[发明专利]三维形状测定装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及利用纳米级超高精度测定非球面透镜等测定物的形状等的装置。

背景技术

非球面透镜根据光学设计要求的设计值，必须制作成误差范围在0.1微米以下的高精度透镜，但仅在非球面透镜的加工作业中不存在能加工出达到这种精度的加工机器。因此，发明者过去发明了0.01微米级别的超高精度的三维测定机。此测定机，作为开发、制造非球面透镜的必需品被广为利用。其内容在专利文献1～4等中记载。利用此测定机，通过将测定结果反馈给非球面透镜的加工作业，可以在0.1微米以下的精度下制作非球面透镜的模具或非球面透镜。

但是，近来的数码相机等使用的非球面透镜，对于超薄化、高画质化、广角化和高变焦倍率化等，要求越来越严格，不仅要求形状精度高，还要求品质优良。特别是，现有的测定机不能测定非球面透镜的表背面光轴的倾斜及偏心的问题显现出来。另外，在只能从非球面透镜表背面中的一侧进行测定的测定机中，也要求向纳米级别的更高精度化，且为了使操作者在工厂的现场能简单地使用，还要求测定机的小型化和廉价化。

作为现有的非球面透镜的三维形状测定机，如所述那样，从表背面之中的一面以0.01微米级别的超高精度测定非球面透镜或其模具的形状。参照专利文献1～4简单说明。

图10是表示专利文献1所记载的超高精度三维测定机的整体结构的图。在图10中，上石平台106搭载有用于测定XYZ坐标的振荡频率稳定化激光器138、测量长度单元、Z滑块111和探头110，该上石平台106在XY载物台(stage)120、121的作用下，在XY方向移动。在下石平台123上固定有X参照镜103、Y参照镜104、和在下石平台123固定的门型架台107上固定的Z参照镜108，在测定物101的测定点的轴上，分别由测定机构114、115、112、113测定从振荡频率稳定化激光器138到这些高平面镜(X参照镜103、Y参照镜104、上Z参照镜108)的距离的变化，从而即使XY载物台120、121的移动直线度是1微米的级别，也可以得到参照镜103、104、108的平面度为10纳米级别的坐标轴精度。

图11表示的是专利文献2所记载的三维测定装置的探头和Z轴的构成图。包含探头210的Z方向上的可动部，由卷绕的一对薄板状弹簧部件217吊起自身重量。与螺旋弹簧相比，由于长度较短、弹簧力变化相对于长度变化少，因而叫作恒载弹簧。包含探头210的Z可动部在线圈213的作用下被上下驱动。根据这样的结构，能够以较轻的力使探头210追随于测定面的凹凸顺畅地上下移动。并且，线圈213因为在包含探头210的Z可动部的重心附近施加驱动力，所以将由驱动力对Z气动滑块211的移动直线度的不良影响限制在最小限度。

图12表示的是专利文献3记载的三维测定探头。在与测定物301相接的触针(stylus)305上固定的小滑动部306，在含有小空气轴承307的可动部的作用下可以沿Z方向移动，由板簧350支承，粘贴有反光镜309，半导体激光器334的光被反光镜309反射，通过线性马达344对探头整体进行驱动，以使小滑动部306相对于小空气轴承307的变位一定。Z坐标测定用的振荡频率稳定化激光被同一透镜314集光到同一反光镜309，根据反射光测定Z坐标。

图13表示的是专利文献4记载的形状测定装置。虽然与专利文献1是相同的想法，但探头405不在XY方向上移动，而是构成为测定物401与XYZ参照镜403、404、402成为一体，在XY移动装置421的作用下在XY方向上移动。

图14表示的是专利文献5记载的三维形状测定装置。是可以从上侧和下侧这两侧测定透镜501的形状的装置。

图15是专利文献6的说明图，记载了如下的透镜面形状的测定方法，即，将测定探头在透镜面上进行聚焦伺服后，找出中心即搜索顶点，将其作为测定面601的测定原点。

专利文献7记载了一种形状测定方法及装置，其使用带有三个球体的透镜固定夹具，分别在表、背测定非球面透镜和三个球体，从而可以测定非球面透镜的倾斜及偏心。

专利文献8和9记载了使透镜以光轴方向为中心旋转、从两侧测定形状的方法。

图16A及图16B表示的是专利文献10中记载的接触式探头的自重支承方法。

【专利文献1】日本特许第3046635号公报(第六页、图1)

【专利文献2】日本特许第2973637号公报(第五页、图6)

【专利文献3】日本特许第3000819号公报(第三页、图1)

【专利文献4】日本特开平10-170243号公报(第11页、图3)