[发明专利]形状测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及形状测量方法，尤其涉及具有圆柱状或多角柱状的外周面和与 该外周面垂直的平面上的曲面的结构体的形状测量方法。

背景技术

近年，许多用于便携电话或数字相机等的非球面透镜，都沿透镜的外形固 定在圆筒状的镜筒上。因此，为了提高商品的成品率，在与将透镜插入镜筒时 相同的条件下，求出以圆筒为基准时的透镜光轴的斜度或偏心量成为光学领域 的课题。

以往，以透镜的外形为基准算出透镜光轴的斜度或偏心量。日本国特开 2002-71344号公报记载的方法，使3个球状物接触透镜的外周部，求出通过 各球状物的中心的圆，从而求出透镜的外形。透镜的外周部为理想圆柱面(即 圆柱形状的外周面)且透镜的底面为平面时，能以求出的透镜的外形和底面为 基准，求光轴的斜度、偏心量。

用于此形状测量方法的形状测量仪，使探头以接触被测量物的状态往XY 方向相对移动，求出探头跟踪被测量面的形状往Z方向移动时的各XY坐标位 置上的Z坐标数据串，根据该XYZ坐标数据串，进行被测量面的形状测量。 这里，XYZ是相互垂直的方向。

采用具有圆柱面和曲面的透镜，则配置成其w轴(处在离开圆柱面实质上 相等距离的中心轴)与测量仪的Z轴平行，对探头如上述那样仅往Z方向施加 随动(伺服)。然而，此方法中，透镜的测量部位对XY平面的倾斜角度θ越大， 伺服跟踪越难，测量精度差，可测量的最大倾斜角度θ相对于XY平面在75度 附近为极限。

这是因为构成探头的气动滑板，在XY方向的刚性大，仅在Z方向可动， 例如施加0.3mN(＝30mg f)的力时，探头前端的触针的歪斜量为纳米(nm)级。 因此，能以纳米级的高精度测量到75度倾斜角，但圆柱面的倾斜角θ为90度， 所以Z方向的伺服不能跟踪，不能进行测量。为了消除这种测量制约，提出上 述使3个球状物接触透镜的外周部的测量方法。

日本国特开2007-155628号公报记载的方法中，在具有3个球状部的测 量用的夹具，设置测量非球面透镜(具有透镜第1面、透镜第2面)的外周部的 3维形状用的测量空间。在此夹具中保持非球面透镜，利用探头扫描其透镜第 1面和透镜第2面的表面形状，取得以3球状部为基准的坐标点串数据，探头 又扫描处在透镜外周部的作为基准的圆柱面和3球状部，取得以3球状部为基 准的坐标点串数据，根据这些数据求出圆柱面与第1面和第2面的相对位置。

日本国专利第3827493号公报揭示关于端部具有复制面的轴部竖立在基座 上的透镜金属模的形状测量方法。此方法中，用取得示踪能力的另一测量仪预 先测量3个球各自的直径后，在使3球接触轴部的圆柱面和基座的上表面两者 的状态下，用探头跟踪3球和复制面，求出数据串，由该数据串求出通过3球 的顶点的圆，并以基座的上表面和轴部的圆柱面为基准，求出复制面的光轴的 斜度、偏心量。

然而，上述日本国特开2002-71344号公报记载的方法中，透镜外形的圆 度畸变或表面粗糙度大的情况下，作为定位夹具的球状物对透镜外形的接触位 置少许错位时，以透镜外形为基准的光轴的斜度、偏心量的再现性差，存在不 满足期望的精度的问题。例如，透镜的光轴偏心量的期望精度为小于1微米(μm) 的情况下，透镜外形的形状精度或表面粗糙度大于1微米时，不能使用此测量 方法。

日本国特开2007-155628号公报记载的方法中，如上文所述，在夹具中 设置测量空间，测量作为基准的圆柱面的3维形状，但存在与日本国特开2002 -71344号公报记载的方法同样的问题。而且，此方法在测量透镜第1面时， 使用对Z方向这1个方向可测量的表面形状测量装置，从上方扫描透镜第1面 和3球，而在测量圆柱面时，使用从上方和从横向探头都能接近的普通3维测 量仪，从侧方扫描圆柱面，从上方扫描3球，但普通3维测量仪的精度为微米 级，存在不能以0.1微米级的精度测量透镜的问题。

又，如果能以0.1微米程度的精度测量并评价包含透镜的表面、背面、侧 面的全方位的面，则有关透镜形状的精度评价的问题实质上解决，但由于测量 机本身精度不够或探头等测量方式的限制，现状不能进行这种测量评价。