專利名稱：三維坐標(biāo)測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維坐標(biāo)測定方法。特別涉及一種根據(jù)被檢測物的邊緣求出表面的形狀或多個(gè)面的相對位置關(guān)系的三維坐標(biāo)測定方法。另外，被檢測物有例如金屬模具或光學(xué)元件等。這里，金屬模具為用塑料成型或玻璃成型制造光學(xué)元件時(shí)所使用的構(gòu)件。
背景技術(shù)：
透鏡或棱鏡等光學(xué)元件的表面形狀在很大程度上左右光學(xué)系的性能。因此，形狀的測定是元件制造過程中品質(zhì)管理的重要課題。以前使用干涉法作為測定光學(xué)元件的表面形狀的方法。但是，測量是表面形狀與參照面的相對的比較。因此，只能知道表面形狀對于參照面產(chǎn)生了多大程度的偏差(相對測定)。所以，不進(jìn)行與參照面的比較、就不能進(jìn)行直接導(dǎo)出表面形狀的形狀測定，即絕對形狀的測定。
作為測定絕對形狀的裝置，市售有觸針式形狀測定機(jī)。但是，這樣的測定機(jī)主要是測定與光學(xué)軸垂直的斷面的形狀的儀器。因此，二維的表面形狀的測定困難。所以，該測定機(jī)對于光學(xué)元件的非對稱的表面形狀不能準(zhǔn)確地測定。并且，對于金屬模具的測定也同樣地表面形狀的測定困難。
而作為能夠高精度地測定表面形狀(樣品表面)的三維坐標(biāo)的裝置有三維坐標(biāo)測定機(jī)。但是，三維坐標(biāo)測定機(jī)一般存在對于表面形狀不能測定絕對坐標(biāo)系這樣的問題。
在這樣的情況下，本申請人在日本專利特愿2000-383734、特愿2001-296030、特愿2001-299727中提出過求取光學(xué)元件的絕對形狀的方法的方案。在這里提出了用非接觸光探針同時(shí)測定邊緣和表面形狀、或者標(biāo)記和表面形狀，并且將表面形狀的測定值變換成用其邊緣等確定的坐標(biāo)的方法的方案。
在光學(xué)元件或金屬模具中，在呈現(xiàn)多個(gè)表面形狀的情況下，在每個(gè)表面上設(shè)定坐標(biāo)系。但是在特愿2000-383734等中，對于計(jì)算坐標(biāo)系之間的相對位置關(guān)系的方法沒有詳細(xì)討論。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于以前技術(shù)的這樣的狀況，其目的是提供一種能夠計(jì)算被檢測物的表面形狀或多個(gè)表面之間的相對位置關(guān)系等的三維坐標(biāo)測定方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的三維坐標(biāo)測定方法在被檢測物上的邊緣附近設(shè)定大致沿該邊緣的曲線，沿與該曲線略垂直的方向掃描，檢測出根據(jù)邊緣確定的位置的坐標(biāo)值。
另一種三維坐標(biāo)測定方法以由多個(gè)面構(gòu)成的被檢測物為測定對象，對每個(gè)面分別測定三維坐標(biāo)面形狀和邊緣的形狀，與共同的邊緣的測定值相對應(yīng)，求出上述多個(gè)面的相對位置關(guān)系。
或者，另一種三維坐標(biāo)測定方法以由多個(gè)面構(gòu)成的被檢測物為測定對象，使用基準(zhǔn)面的相對位置關(guān)系已知的基準(zhǔn)元件，將被檢測物與基準(zhǔn)元件相對地固定，用同一測定坐標(biāo)系分別測定各被檢測面的三維坐標(biāo)面形狀和基準(zhǔn)元件的形狀，與由基準(zhǔn)元件的邊緣形狀的測定值求出的面形狀數(shù)據(jù)相對應(yīng)，變換基準(zhǔn)元件的各基準(zhǔn)面的坐標(biāo)，對各被檢測面的三維坐標(biāo)的面形狀的測定值也進(jìn)行與此相同的坐標(biāo)變換，求出多個(gè)被檢測面的相對位置關(guān)系。
這里，“同一測定坐標(biāo)系”是指使用共同的坐標(biāo)系。但是，在例如測定被檢測面與基準(zhǔn)面時(shí)使用不同的坐標(biāo)系。此時(shí)，如果各測定時(shí)使用的坐標(biāo)系的相對位置已知，則能夠用1個(gè)坐標(biāo)系表示2個(gè)坐標(biāo)系的位置。因此，即使在這樣的情況下也作為“同一測定坐標(biāo)系”。
或者，另一種三維坐標(biāo)測定方法為用非接觸光探針測定被檢測面的三維坐標(biāo)的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，在使非接觸光探針從特定的測定點(diǎn)向下一個(gè)測定點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，使位于特定的測定點(diǎn)的非接觸光探針向離開被檢測面的方向移動(dòng)預(yù)定的微小的距離，然后與被檢測面的設(shè)計(jì)值隔開該微小的距離沿被檢測面的設(shè)計(jì)值移動(dòng)到下一個(gè)測定點(diǎn)，以這種狀態(tài)進(jìn)行下一個(gè)測定點(diǎn)的測定。
或者，另一種三維坐標(biāo)測定方法以使用多個(gè)由多個(gè)面構(gòu)成的元件構(gòu)成的被檢測物為測定對象，使用基準(zhǔn)面的相對位置關(guān)系已知的基準(zhǔn)元件，將基準(zhǔn)元件與被檢測物相對地固定，用同一測定坐標(biāo)系分別測定被檢測物的各元件的至少1個(gè)面的三維坐標(biāo)形狀和基準(zhǔn)元件的形狀，與由基準(zhǔn)元件的邊緣形狀的測定值求出的面形狀數(shù)據(jù)相對應(yīng)，變換基準(zhǔn)元件的各基準(zhǔn)面的坐標(biāo)，對各被檢測面的三維坐標(biāo)的面形狀的測定值也進(jìn)行與此相同的坐標(biāo)變換，求出構(gòu)成各元件的至少1個(gè)面的相對位置關(guān)系。
該三維坐標(biāo)測定方法能夠求出每個(gè)被檢測面的外形的本地坐標(biāo)系(設(shè)計(jì)坐標(biāo)系)。并且能夠準(zhǔn)確地求出各本地坐標(biāo)系的相對位置。并且可以使各被檢測面的本地坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系明確。由此可以知道各被檢測面的相對的偏心量。因此能夠?qū)y定結(jié)果反映到光學(xué)性能惡化的因素的闡明、修正等中。
發(fā)明效果如從上述說明能夠明白的那樣，如果采用本發(fā)明的三維坐標(biāo)測定方法，能夠準(zhǔn)確地求出各被檢測面的外形的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系(本地坐標(biāo)系)的相對位置。并且，能夠使多個(gè)被檢測面的本地坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系明確。因此，能夠知道多個(gè)被檢測面的相對的偏心量。并且，能夠?qū)⒃摻Y(jié)果反映到光學(xué)性能惡化的因素的闡明、修正等中。


圖1本發(fā)明能夠使用的自動(dòng)聚焦型非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)的結(jié)構(gòu)的概略示意2本發(fā)明能夠使用的共焦點(diǎn)顯微鏡型非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)的結(jié)構(gòu)的概略示意3用于說明測定圓形邊緣的方法的4用于說明根據(jù)本發(fā)明測定邊緣的形狀的方法的5于說明設(shè)定表示測定邊緣的形狀時(shí)的掃描開始點(diǎn)的曲線的方法的6用于說明根據(jù)本發(fā)明計(jì)算各面的外形的本地坐標(biāo)系的相對位置的方法的7用于說明根據(jù)本發(fā)明算出被檢測物的共有1個(gè)邊緣的多個(gè)被檢測面的偏心量的方法的8用圖7的方法表示相對位置關(guān)系明確的多個(gè)面的本地坐標(biāo)系的9用于說明根據(jù)本發(fā)明用固定在被檢測物上的基準(zhǔn)部件算出多個(gè)被檢測面的偏心量的方法的10用圖9的方法表示相對位置關(guān)系明確的多個(gè)面的本地坐標(biāo)系的11在說明根據(jù)本發(fā)明用固定在被檢測物上的基準(zhǔn)部件導(dǎo)出構(gòu)成多個(gè)元件中的各個(gè)元件的被檢測面的偏心量的方法的圖中，表示通過使光探針掃描1個(gè)元件的被檢測面和基準(zhǔn)部件的1個(gè)基準(zhǔn)面測定該被檢測面的形狀、基準(zhǔn)面的邊緣的形狀時(shí)的狀態(tài)的透視12圖11的被檢測面的俯視13表示通過使光探針掃描圖11的別的元件的被檢測面和基準(zhǔn)部件的其他的基準(zhǔn)面，測定其被檢測面的形狀和基準(zhǔn)面的邊緣的形狀時(shí)的樣子的透視14圖13的被檢測面的俯視15用圖11～圖14的方法表示構(gòu)成相對位置關(guān)系明確的多個(gè)元件中的各個(gè)元件的面的本地坐標(biāo)系的相對位置的16用圖11～14的方法，通過將由預(yù)先導(dǎo)出各元件的面的偏心的元件構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)作為被檢測物，構(gòu)成相對位置關(guān)系明確的多個(gè)元件的各面的本地坐標(biāo)系的相對位置17用于說明根據(jù)本發(fā)明用固定在被檢測物上的基準(zhǔn)部件導(dǎo)出構(gòu)成非球面透鏡的被檢測面的偏心量的方法的18用圖17的方法表示被檢測面為球面時(shí)，為了導(dǎo)出被檢測面的本地坐標(biāo)系而加工的標(biāo)記或被檢測物的外形的19用于說明由2個(gè)透鏡群和棱鏡構(gòu)成的被檢測物的20用于說明根據(jù)本發(fā)明用固定在被檢測物上的基準(zhǔn)部件導(dǎo)出構(gòu)成圖19所示的由2個(gè)透鏡群和棱鏡構(gòu)成的被檢測物的被檢測面的偏心量的方法的21用于說明分別構(gòu)成圖20所示的2個(gè)透鏡群和棱鏡中的各個(gè)元件(透鏡、棱鏡)的各面的本地坐標(biāo)系的22用圖20的方法表示構(gòu)成相對位置關(guān)系明確的多個(gè)群和棱鏡的各元件的面的本地坐標(biāo)系的相對位置的23用圖20的方法表示構(gòu)成因使用由預(yù)先導(dǎo)出了構(gòu)成各元件的面的偏心量的元件構(gòu)成的光學(xué)系作為被檢測物，所以相對位置關(guān)系明確的多個(gè)元件的各個(gè)面的本地坐標(biāo)系的相對位置的24用于說明本發(fā)明的光探針的移動(dòng)方法的圖具體實(shí)施方式
下面根據(jù)實(shí)施例、參照

本發(fā)明的三維坐標(biāo)測定方法。
本發(fā)明的測定方法所使用的三維坐標(biāo)測定機(jī)主要有2種。一種為自動(dòng)聚焦型的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)。這種測定機(jī)為用非接觸光探針測定被檢測物的位置的儀器。另一種為共焦點(diǎn)顯微鏡型非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)。首先，說明它們的原理。
圖1為概略地表示自動(dòng)聚焦型非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)(例如日本專利特開2000-146532)的結(jié)構(gòu)的圖。激光器11發(fā)出的激光經(jīng)過反射鏡13、12入射到物鏡15中。入射的激光向光軸中心的物鏡15的焦點(diǎn)面前進(jìn)，入射到被檢測物O的被測定面1被反射。反射的激光再次通過物鏡15，經(jīng)過反射鏡12、13、14在光的位置檢測裝置17上成像。當(dāng)物鏡15的焦點(diǎn)沒有會聚在被測定面1上時(shí)，激光在光的位置檢測裝置17上的成像位置改變。
因此，光的位置檢測裝置17檢測這一位置的變化，通過移動(dòng)機(jī)構(gòu)16使物鏡15向聚焦方向移動(dòng)。此時(shí)，如果預(yù)先測定物鏡15的移動(dòng)量，就能夠根據(jù)聚焦時(shí)物鏡15的位置測定被測定面1的Z軸方向的高度。
并且，被檢測物O安裝在XY載物臺18上。因此，根據(jù)XY載物臺18的移動(dòng)量(XY載物臺18相對于物鏡15的光軸的位置)能夠知道被檢測物O在X-Y平面上的位置。這樣，能夠測定被檢測物O的被測定面1的三維形狀。
圖2為概略地表示共焦點(diǎn)顯微鏡型非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖。從光源21射出的光照射第1針孔(pin hole)22。穿過第1針孔22的光被半反射鏡23反射，入射到物鏡24中。入射的光向物鏡24的成像點(diǎn)位置(光軸中心)前進(jìn)，到達(dá)被檢測物O的被測定面1。由被檢測物O反射的光再次通過物鏡24，透過半反射鏡23。透過的光穿過第2針孔25入射到光探測器26中。并且，第2針孔25配置在與第1針孔22共軛的位置上。當(dāng)被測定面1不在與第1針孔22共軛的位置上時(shí)，從第1針孔22射出的光不能穿過第2針孔25。因此，光探測器26不能檢測到光。
因此，用移動(dòng)機(jī)構(gòu)27使這樣的系統(tǒng)整體沿光軸方向移動(dòng)。這樣，能夠使被測定面1處在與第1針孔22共軛的位置上。其結(jié)果，光探測器26檢測到光。此時(shí)，如果預(yù)先測定了系統(tǒng)整體的移動(dòng)量，則能夠根據(jù)光探測器26檢測到光時(shí)的位置，測定被測定面1的Z軸方向的高度。
并且，被檢測物O安置在XY載物臺28上。因此，根據(jù)XY載物臺28的移動(dòng)量(XY載物臺28相對于物鏡24的光軸的位置)能夠知道被檢測物O在X-Y面上的位置。這樣，能夠測定被檢測物O的被測定面1的三維坐標(biāo)形狀。
在上述這樣的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)中，照射到被測定面1上的光束稱為“光探針”。該光探針用于檢測位置。并且，光照射到被測定面1上時(shí)，不會使被測定面1變形。因此，稱為“非接觸光探針”。通過用這樣的光探針掃描被檢測物O的被測定面1，能夠獲得表示表面形狀的數(shù)據(jù)。
并且，在使光探針掃描時(shí)，在被檢測物O的邊緣其取樣點(diǎn)的前后高度的變化很大。因此，設(shè)定以例如掃描開始點(diǎn)的高度為基準(zhǔn)的門限值。并且，將高度值的變化比該門限值大的點(diǎn)定義為邊緣部。由此，能夠檢測到邊緣部的位置。
因此，用圖3說明例如測定圓形的邊緣部E時(shí)的情況。為了有效地測定圓形的邊緣部E，必須要有圓的中心坐標(biāo)和半徑。這里，中心坐標(biāo)為測定的圓的大致的中心就可以。如果知道中心坐標(biāo)的大致值和半徑的近似值，將這些值輸入到測定機(jī)中。于是，根據(jù)輸入的中心坐標(biāo)和半徑，定義用于測定邊緣E的圓F。從位于該圓F上的點(diǎn)開始光探針的掃描。
但是，必須根據(jù)被檢測面的形狀調(diào)整掃描的開始點(diǎn)。例如圖3(a)所示，在從中心向外側(cè)的方向掃描時(shí)(圓板的情況下)，使輸入的半徑值比被檢測物的圓的半徑稍微小一點(diǎn)。通過這樣，使掃描開始點(diǎn)位于被檢測物的圓的內(nèi)側(cè)。
并且，如圖3(b)所示，在從外側(cè)向中心的掃描時(shí)(圓孔的情況下)，使輸入的半徑值比被檢測物的圓的半徑稍微大一點(diǎn)。通過這樣，使掃描開始點(diǎn)位于被檢測物的圓的外側(cè)。
在測定時(shí)，在圓F上設(shè)定多個(gè)掃描開始點(diǎn)。并且在從這些掃描開始點(diǎn)向邊緣E的方向(在圖(a)的情況下為外側(cè)方向，在圖(b)的情況下為內(nèi)側(cè)方向)進(jìn)行掃描。然后，通過與門限值等的比較，求出邊緣E的坐標(biāo)。由于該邊緣E的坐標(biāo)為由這些光探針的掃描獲得的，因此包含被檢測物的圓的信息。因此，可以根據(jù)邊緣E的坐標(biāo)算出被檢測物的中心坐標(biāo)、正圓度等。該計(jì)算通過使用例如最小二乘方法進(jìn)行擬合處理，求出最合適的圓。
但是，在被檢測面的邊緣形狀不是圓或曲線的場合下，與上述同樣的測定很困難。例如被檢測面為自由曲面、圓柱體面、合成面、非球面、偏心球面構(gòu)成的面的場合。在具有這樣的被檢測面的光學(xué)元件(棱鏡等)的情況下，構(gòu)成光學(xué)元件的面的邊緣已經(jīng)不能只用直線或圓來表示。此時(shí)，邊緣為用多項(xiàng)式表示的曲線。
下面就有關(guān)測定由任意的曲線構(gòu)成的邊緣的形狀的例子進(jìn)行說明。
圖4(a)、(b)表示棱鏡O作為被檢測物。圖4(a)為表示通過使光探針2掃描被檢測物O測定其面的形狀、邊緣的形狀的樣子的透視圖。并且，圖4(b)為被檢測物O的被檢測面S1的俯視圖。
在該棱鏡O中，沿表示邊緣E的曲線的形狀定義曲線L。這里，曲線L的形狀也可以由測定的邊緣E的形狀的設(shè)計(jì)值算出?；蛘撸部梢允蛊錇閳D5所示的那樣。在圖5中，測定者在測定的邊緣E的近旁設(shè)定了至少3個(gè)以上的點(diǎn)。并且，將圓滑地連接這些點(diǎn)的線定義為曲線L。此時(shí)，可以通過用多項(xiàng)式進(jìn)行擬合(フイツテイング)或仿樣(スプライン)計(jì)算等算出曲線L。另外，所謂仿樣計(jì)算是指求出圓滑地連接多個(gè)輸入點(diǎn)的曲線L的計(jì)算方法。這就回到求取仿樣函數(shù)。仿樣函數(shù)用在小區(qū)間內(nèi)分別不同的高n次多項(xiàng)式曲線定義。并且，它們?yōu)橄嗷ブg盡量平滑地連接的曲線。
在測定邊緣E的坐標(biāo)時(shí)，在定義的曲線L上設(shè)定多個(gè)掃描開始點(diǎn)。然后使光探針2從各點(diǎn)開始分別沿與曲線L垂直的方向掃描。再通過與門限值等進(jìn)行比較，求出邊緣E的坐標(biāo)。此時(shí)，在測定的邊緣E的范圍內(nèi)使曲線L不與測定的邊緣E相交。如果兩者相交了，則光探針2的掃描變得困難。其結(jié)果，不能準(zhǔn)確地測定邊緣E的坐標(biāo)。在這樣的情況下，可以增加輸入點(diǎn)(算出曲線L需要使用的點(diǎn))的數(shù)量。或者可以增加擬合的多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)。通過這樣，可以用比較少的輸入數(shù)容易地測定由任意的曲線構(gòu)成的邊緣E的坐標(biāo)。
或者，用圖6說明其他的三維坐標(biāo)測定方法。該測定方法使用被檢測面內(nèi)的2個(gè)邊緣和被檢測面內(nèi)的1個(gè)有效區(qū)域。具體如圖6所示，測定邊緣E1、E2及有效區(qū)域B內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。此時(shí)，用同樣的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)和相同的測定坐標(biāo)系測定邊緣E1、E2及有效區(qū)域B。然后進(jìn)行使有效區(qū)域B內(nèi)的表面形狀數(shù)據(jù)(測定值)與設(shè)計(jì)形狀重合的處理，即進(jìn)行坐標(biāo)變換。然后，對邊緣E1、E2的測定值也進(jìn)行該坐標(biāo)變換。
采用這樣的方法能夠準(zhǔn)確地求出各被檢測面對外形的本地坐標(biāo)系(X，Y)的相對位置。由此知道在被檢測面S1的面內(nèi)的偏心量。由此能夠?qū)y定結(jié)果反映到闡明光學(xué)性能惡化的因素、修正等中。
并且，本地坐標(biāo)系為各被檢測面固有的坐標(biāo)系。
在圖6中，只測定圖的左右的邊緣E1、E2。但是，不必將測定的邊緣的數(shù)量限制在2個(gè)。例如，可以測定全部的邊緣部，或者只測定必要的邊緣部。并且，邊緣E1、E2的形狀也不局限于曲線，例如也可以是圓弧或者直線。此時(shí)，通過與以前的測定邊緣的方法(圖3)相組合，可以更加有效地測定。另外，在圖6中，曲線L1為沿邊緣E1定義的曲線，曲線L2為沿邊緣E2定義的曲線。
這里，作為本發(fā)明的被檢測物O的例子，有任意形狀的光學(xué)元件(例如棱鏡)或金屬模具。光學(xué)元件不僅可以是具有球面、旋轉(zhuǎn)對稱非球面的元件，也可以是具有圓柱體面、組合曲面或者自由曲面的元件。這些面可以是折射面，也可以是反射面。并且，金屬模具為用塑料成型或玻璃成型制造任意形狀的光學(xué)元件時(shí)使用的模具。并且，該模具不局限于金屬。并且也包括制造光學(xué)元件以外的目的使用的模具。
這里，自由曲面的表現(xiàn)方法有種種定義式。其中的1例有用以下的公式定義的方法。該定義式的Z軸為自由曲面的軸。
Z=cr2/[1+√{1-(1+k)c2r2}]+Σj=2∞2CjXmYn----(a)]]>這里，(a)式的第1項(xiàng)為球面項(xiàng)，第2項(xiàng)為自由曲面項(xiàng)。
球面項(xiàng)中，c為頂點(diǎn)的曲率k為圓錐曲線常數(shù)(圓錐常數(shù))r＝√(X2+Y2)自由曲面項(xiàng)Σj=266CjXmYn]]>=C2X+C3Y]]>+C4X2+C5XY+C6Y2]]>+C7X3+C8X2Y+C9XY2+C10Y3]]>+C11X4+C12X3Y+C13X2Y2+C14XY3+C15Y4]]>+C16X5+C17X4Y+C18X3Y2+C19X2Y3+C20XY4+C21Y5]]>+C22X6+C23X5Y+C24X4Y2+C25X3Y3+C26X2Y4+C27XY5+C28Y6]]>+C29X7+C30X6Y+C31X5Y2+C32X4Y3+C33X3Y4+C34X2Y5+]]>C35XY6+C36Y7]]>............]]>其中，Cj(j為2以上的整數(shù))為系數(shù)。
用上述公式表示的自由面一般沒有同時(shí)在X-Z面與Y-Z面上對稱的面。但是，通過使X的奇數(shù)次項(xiàng)全部為0，就成為只存在1個(gè)與Y-Z面平行的對稱面的自由曲面。并且，通過使Y的奇數(shù)次項(xiàng)全部為0，就成為只存在1個(gè)與X-Z面平行的對稱面的自由曲面。
下面，再對別的三維坐標(biāo)測定方法進(jìn)行說明。該測定方法對每個(gè)構(gòu)成邊緣的面測定由多個(gè)被檢測面的邊界形成的邊緣。并且通過將它們組合算出構(gòu)成邊緣的多個(gè)面的相對的偏心。這里，被檢測面為例如自由曲面、圓柱體面、組合曲面、非球面或球面。并且，這些面為多個(gè)面，而且將它們互相偏心配置。下面表示求取具有這樣的面的光學(xué)元件(例如棱鏡)中的各面的本地坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系的情況。
參照圖7說明算出被檢測面S1、S2的偏心量的方法。圖7(a)為表示測定被檢測物O的被檢測面S1的形狀、邊緣的形狀的樣子的透視圖。圖7(b)為被檢測面S1的俯視圖。圖7(c)為表示測定被檢測面S2的形狀、邊緣的形狀的樣子的透視圖。圖7(d)為被檢測面S2的俯視圖。
這里，被檢測面S1、S2共有被檢測物(棱鏡)O的1個(gè)邊緣E。并且，被檢測物O的被檢測面S1及被檢測面S2的測定通過使光探針2掃描各個(gè)面進(jìn)行。
首先，測定每個(gè)被檢測面S1、S2的邊緣E的形狀和有效區(qū)域B1、B2內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。此時(shí)，用同樣的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)和相同的測定坐標(biāo)系測定各邊緣及各有效區(qū)域。然后，進(jìn)行使該表面形狀數(shù)據(jù)(測定值)與各被檢測面S1、S2的設(shè)計(jì)值相重合的處理，即進(jìn)行坐標(biāo)變換。接著，對邊緣E的測定值也進(jìn)行該坐標(biāo)變換。用這樣的求出邊緣E相對于本地(local)坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2的位置。并且，本地坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2分別為表示被檢測面S1、S2的形狀時(shí)所使用的坐標(biāo)系。
而且，進(jìn)行使在每個(gè)被檢測面上測定的邊緣E的各數(shù)據(jù)在空間上一致的處理。進(jìn)行這樣的處理必須用共同的坐標(biāo)系表示在每個(gè)被檢測面上測定的邊緣E。而且還須對用上述共同的坐標(biāo)系表示的各邊緣的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換。
作為該坐標(biāo)變換的1例，有用本地坐標(biāo)系A(chǔ)1表示在每個(gè)被檢測面上測定的邊緣E的方法?？梢杂帽镜刈鴺?biāo)系A(chǔ)1表示一個(gè)面(被檢測面S1)的邊緣的測定值的位置。
然后，使被檢測面S2的用于表示邊緣測定值和本地坐標(biāo)系A(chǔ)2的坐標(biāo)系和本地坐標(biāo)系A(chǔ)1一致。即，用本地坐標(biāo)系A(chǔ)1表示其他的(被檢測面S2)的邊緣測定值和本地坐標(biāo)系A(chǔ)2的位置。此時(shí)，被檢測面S2的邊緣測定值和本地坐標(biāo)系A(chǔ)2的相對位置即使改變坐標(biāo)也一定。
并且，偏心、變換其他(被檢測面S2)的邊緣測定值。通過這樣，可以進(jìn)行坐標(biāo)變換使S1與S2的邊緣重合。并且，使邊緣重合需要解析。該解析為反復(fù)改變偏心量和變換量的值、檢查兩邊緣的重合程度的處理。作為該解析的例子，有最小二乘法等。
可以對本地坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2兩者進(jìn)行坐標(biāo)變換。由此，能夠如圖8所示那樣明確多個(gè)被檢測面S1、S2的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2的相對位置關(guān)系。另外，雖然在圖8中以構(gòu)成邊緣E的被檢測面只有2個(gè)面為例，但不一定僅限于2個(gè)面，例如，對于被檢測面為3個(gè)以上的本地坐標(biāo)系的相對位置，也可以勇同樣的方法求出。通過這些方法可以知道多個(gè)面的相對偏心量。因此，能夠?qū)⒃摻Y(jié)果反映到光學(xué)性能惡化因素的闡明、修正等上。
下面再說明別的三維坐標(biāo)測定方法。該測定方法如圖9所示，除被檢測物O以外，還使用了作為基準(zhǔn)的元件(基準(zhǔn)元件)D。該基準(zhǔn)元件D固定在被檢測物O上。該測定方法用該基準(zhǔn)元件D算出被檢測面S1、S2的偏心量。
圖9(a)為表示測定被檢測物O的被檢測面S1的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。圖9(b)為被檢測面S1的俯視圖。圖9(c)為表示測定被檢測面S2的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。圖9(d)為被檢測面S2的俯視圖。
這里，被檢測面S1、S2共有被檢測物O的1個(gè)邊緣E。并且，被檢測面S1、被檢測面S2及基準(zhǔn)元件D的基準(zhǔn)面H的測定通過使光探針2掃描各面進(jìn)行。
被檢測物O與基準(zhǔn)元件D用保持具C連接。因此，兩者成為一體，其位置關(guān)系固定。因此，在保持兩者的情況下，也一體地保持。在這樣的狀態(tài)下，用同樣的非接觸三坐標(biāo)測定機(jī)分別測定基準(zhǔn)元件D的各基準(zhǔn)面H和各被檢測面S1、S2的形狀。此時(shí)，使各基準(zhǔn)面和各被檢測面能夠用同樣的測定坐標(biāo)系測定。這里，各基準(zhǔn)面H與各被檢測面S1、S2分別為一一對應(yīng)的關(guān)系。
并且，各被檢測面S1、S2的面形狀數(shù)據(jù)分別進(jìn)行與各被檢測面S1、S2的設(shè)計(jì)形狀相重合的處理，即進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠預(yù)先求出表示被檢測面S1、S2的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2的位置。
最好使基準(zhǔn)元件D的形狀構(gòu)成為能夠在測定被檢測物O的各被檢測面S1、S2的同時(shí)，至少測定2個(gè)邊緣?；蛘咦詈脴?gòu)成為，在測定各被檢測面S1、S2的同時(shí)能夠測定1個(gè)邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置。
此時(shí)，必須使邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)為能夠定義基準(zhǔn)元件D的各基準(zhǔn)面H的位置量。并且，上述邊緣e或坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)為根據(jù)測定的結(jié)果的數(shù)據(jù)。
并且，至少預(yù)先高精度地測定邊緣e的角度或長度，作為已知的量。然后設(shè)法從這些已知的數(shù)據(jù)弄清楚用測定值定義的各基準(zhǔn)面H的相對位置。
另外，基準(zhǔn)元件D的形狀可以是例如多面體的形狀。該多面體的整體的形狀大致與被檢測物O的形狀相同。例如用平面近似被檢測面S1、S2時(shí)的形狀。并且，多面體的平面可以使用用各被檢測面S1、S2的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2定義的平面。
并且，如果用平面構(gòu)成基準(zhǔn)部件D，則能夠使測定的精度高而且簡單，解析也比其他的曲面變得容易。
下面說明測定方法。首先，測定基準(zhǔn)部件D的邊緣e的形狀和被檢測物O的有效區(qū)域B1內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面S1相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。同樣地，對被檢測面S2也測定邊緣e的形狀和有效區(qū)域B2內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面S2相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。并且，邊緣e或有效區(qū)域的測定次序并不局限于上述次序。
此時(shí)，必須使例如測定機(jī)為讓光探針從上方照射到被檢測面的結(jié)構(gòu)，使被檢測面S1、S2向上。此時(shí)，必須如圖9(a)～(d)所示的那樣，對每個(gè)面的測定都保持被檢測物O使之旋轉(zhuǎn)。因此，用圖中沒有示出的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定被檢測物O和基準(zhǔn)部件D使它們沿所希望的方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，使被檢測物O與基準(zhǔn)部件D不會因旋轉(zhuǎn)而改變相對位置關(guān)系。
基準(zhǔn)部件D的測定進(jìn)行預(yù)定的項(xiàng)目的測定。預(yù)定的項(xiàng)目為通過與已知的測定值相對應(yīng)，能夠利用基準(zhǔn)部件D的測定值求出基準(zhǔn)面的位置的項(xiàng)目。
圖9表示對每個(gè)基準(zhǔn)面H測定2個(gè)邊緣e的例子。從這些數(shù)據(jù)能夠求出基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的相對位置。
并且，還可以像例如以下這樣在測定分別與被檢測面S1和S2相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣時(shí)，使測定的邊緣包含成為基準(zhǔn)面H的邊界的棱線。并且，還可以測定不同的邊緣部。通過這樣，也可以求出每個(gè)基準(zhǔn)面的“棱線位置”和“表示基準(zhǔn)面的平面的位置”。
這里，棱線位置是指至少1個(gè)頂點(diǎn)的位置和導(dǎo)出了表示棱線的直線式的結(jié)果。頂點(diǎn)位置為存在于棱線所表示的基準(zhǔn)面的邊上的點(diǎn)的坐標(biāo)。為了算出頂點(diǎn)的位置，可以使用存在于基準(zhǔn)面內(nèi)的2個(gè)邊緣?？梢詼y定2個(gè)邊緣的形狀，根據(jù)該測定結(jié)果求出2個(gè)邊緣的交點(diǎn)，即頂點(diǎn)。
并且，為了求出棱線的位置和表示基準(zhǔn)面的平面的位置，可以這樣做例如，預(yù)先準(zhǔn)備好能夠測定的特定的點(diǎn)，該特定點(diǎn)為與基準(zhǔn)面的頂點(diǎn)的位置關(guān)系已知的點(diǎn)；然后根據(jù)該特定點(diǎn)的測定結(jié)果和成為棱線的邊緣的測定結(jié)果，求出棱線的位置和表示基準(zhǔn)面的平面的位置。
此時(shí)，為了使邊緣的測定值處在近似直線上，可以利用最小二乘法等。而且，可以使導(dǎo)出的平面與基準(zhǔn)部件D的已知的測定值(邊的長度、邊與邊形成的夾角)相對應(yīng)，求出各基準(zhǔn)面的位置。但是，如果將各基準(zhǔn)面的位置分為平面的位置和棱線的位置，則可以導(dǎo)出后述的各被檢測面S1、S2的相對值。
再用與測定各基準(zhǔn)面H時(shí)所用的坐標(biāo)系相同的測定坐標(biāo)系測定被檢測面S1、S2的形狀。由此，能夠在每個(gè)被檢測面S1、S2把握各基準(zhǔn)面H與被檢測面S1、S2的相對位置。
進(jìn)一步，變換由各基準(zhǔn)面H的測定值求出的各面的位置。該變換與構(gòu)成基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的已知數(shù)據(jù)相對應(yīng)進(jìn)行。由此，使各面的相對位置關(guān)系一致。此時(shí)，必須進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)之類的坐標(biāo)變換。
例如，進(jìn)行坐標(biāo)變換，使從包含同一棱線的各基準(zhǔn)面H的測定結(jié)果分別導(dǎo)出的棱線的位置在空間上一致。然后，以因此而在空間上一致的棱線為旋轉(zhuǎn)軸，使包含棱線的各平面旋轉(zhuǎn)。但是，也可以固定1個(gè)平面而旋轉(zhuǎn)其他的平面。該旋轉(zhuǎn)使各平面旋轉(zhuǎn)，以便與基準(zhǔn)元件的已知值(用基準(zhǔn)元件構(gòu)成相同棱線的各基準(zhǔn)面之間的夾角)相對應(yīng)。在進(jìn)行該旋轉(zhuǎn)的過程中，可以算出進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的參數(shù)。由此，可以用基準(zhǔn)部件D的已知的角度求出各基準(zhǔn)面H的相對位置。
對各被檢測面S1、S2的形狀的測定數(shù)據(jù)也進(jìn)行這些坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠算出各被檢測面S1、S2的相對位置。并且，各被檢測面S1、S2為用與各基準(zhǔn)面相同的測定坐標(biāo)系測定的面。
并且，對本地坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2也進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠使如圖10所示那樣的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1、A2的相對位置關(guān)系明確。這里，本地坐標(biāo)系A(chǔ)1為各被檢測面S1的本地坐標(biāo)系。并且，本地坐標(biāo)系A(chǔ)2為各被檢測面S2的本地坐標(biāo)系。
并且，雖然圖10表示只有2個(gè)構(gòu)成邊緣E的面的例子，但并不局限于2個(gè)面，例如也可以用同樣的方法求出3個(gè)面以上的本地坐標(biāo)系的相對位置。并且，雖然本實(shí)施形態(tài)對1個(gè)被檢測面同時(shí)測定了基準(zhǔn)部件D的1個(gè)基準(zhǔn)面，但根據(jù)被檢測物的形狀，也可以對2個(gè)以上的被檢測物同時(shí)測定1個(gè)基準(zhǔn)面。通過這些方法，可以知道多個(gè)面的相對的偏心量。因此，能夠?qū)⑵浣Y(jié)果反映到光學(xué)性能惡化的因素的闡明、修正等中。
并且，通過根據(jù)本方法的結(jié)果實(shí)施制造，能夠制造精度高的光學(xué)元件。
下面參照圖11～圖14說明別的三維坐標(biāo)測定方法。這里，被檢測物O由多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成。測定該被檢測物O，算出各光學(xué)元件的偏心量。并且，該測定方法也使用了作為基準(zhǔn)的元件(基準(zhǔn)部件)D。
如圖11所示，框W上配置有多個(gè)光學(xué)元件(例如棱鏡)。并且，該框W保持被檢測物O。而且，基準(zhǔn)部件D用保持具C固定在框W上。
此時(shí)，被檢測物O這樣配置在某個(gè)方向上至少能夠測定構(gòu)成各光學(xué)元件的1個(gè)面的表面形狀。在圖11～圖14中，棱鏡P1和棱鏡P2配置在框W內(nèi)。并且，構(gòu)成棱鏡P1的面S1-1和構(gòu)成棱鏡P2的面S2-2伸出到框外側(cè)。因此，通過使光探針2照射到該面上能夠測定該面。
圖11為表示測定棱鏡P1的被檢測面S1-1的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。圖12為被檢測面S1-1的俯視圖。圖13為表示測定棱鏡P2的被檢測面S2-1的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。圖14為被檢測面S2-1的俯視圖。
這里，被檢測面S1-1、被檢測面S2-1及基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的測定通過使光探針2掃描各面進(jìn)行。
被檢測物O與基準(zhǔn)部件D用保持具C連接著。因此，兩者成為一體，它們的位置關(guān)系固定。因此，在保持兩者時(shí)也一體地保持。在這樣的狀態(tài)下，用非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)分別測定基準(zhǔn)部件D的各基準(zhǔn)面H和各被檢測面S1-1、被檢測面S2-1的形狀。此時(shí)，各基準(zhǔn)面H與各被檢測面S1-1、被檢測面S2-1分別為一一對應(yīng)的關(guān)系。
并且，各被檢測面S1-1、被檢測面S2-1的面形狀數(shù)據(jù)分別進(jìn)行與各被檢測面S1-1、被檢測面S2-1的設(shè)計(jì)形狀重合的處理，即進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，預(yù)先求出表示被檢測面S1-1、被檢測面S2-1的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1、A2-1的位置。
最好使基準(zhǔn)面H的形狀構(gòu)成為能夠在測定棱鏡P1、P2的各被檢測面S1-1、S2-1的同時(shí)，至少測定2個(gè)邊緣e?；蛘咦詈脴?gòu)成為，在測定各被檢測面S1-1、S2-1的同時(shí)能夠測定1個(gè)邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置。
此時(shí)，必須使邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)為能夠定義基準(zhǔn)元件D的各基準(zhǔn)面H的位置的量。并且，上述邊緣e或坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)為根據(jù)測定的結(jié)果的數(shù)據(jù)。
并且，至少預(yù)先高精度地測定邊緣e的角度或長度。然后設(shè)法從這些已知的數(shù)據(jù)弄清楚用測定值定義的各基準(zhǔn)面H的相對位置。
另外，基準(zhǔn)元件D的形狀可以是例如多面體的形狀。該多面體的整體的形狀大致與被檢測物O的形狀相同。例如用平面近似被檢測面S1-1、S2-1時(shí)的形狀。并且，多面體的平面可以使用用各被檢測面S1-1、S2-1的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1、A2-1定義的平面。
并且，如果用平面構(gòu)成基準(zhǔn)部件D，則能夠使測定的精度高而且簡單，解析也比其他的曲面變得容易。并且，基準(zhǔn)部件D的材質(zhì)可以是玻璃或金屬等。如果用這些材質(zhì)制造，則能夠高精度地加工。因此，能夠高精度地測定基準(zhǔn)面的角度。并且，由于能夠形成銳利的邊緣形狀，因此能夠高精度地測定基準(zhǔn)面。
下面說明測定方法。首先，測定基準(zhǔn)部件D的邊緣e的形狀和棱鏡P1的有效區(qū)域B1-1內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面S1-1相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。同樣地，對被檢測面S2-1也測定邊緣e的形狀和有效區(qū)域B2-1內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面S2-1相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。并且，這些測定用同樣的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)和相同的測定坐標(biāo)系測定。并且，邊緣e或有效區(qū)域的測定次序并不局限于上述次序。
此時(shí)，必須使例如測定機(jī)為讓光探針從上方照射被檢測面的結(jié)構(gòu)，使被檢測面S1-1、S2-1向上。此時(shí)，使被檢測面S1-1、S2-1大致垂直于光探針2的入射方向。為了達(dá)到這個(gè)目的，必須如圖11～圖14所示的那樣，對每個(gè)面的測定都保持被檢測物O使之旋轉(zhuǎn)。為此，用圖中沒有示出的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定被檢測物O和基準(zhǔn)部件D使它們沿所希望的方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，使被檢測物O與基準(zhǔn)部件D不會因旋轉(zhuǎn)而改變相對位置關(guān)系。
此時(shí)，預(yù)先使基準(zhǔn)部件D為具有用各被檢測面S1-1、S2-1設(shè)計(jì)時(shí)所使用的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1、A2-1定義的平面的多面體的形狀。如果預(yù)先這樣做，則在測定各被檢測面S1-1、S2-1和基準(zhǔn)面H時(shí)，能夠使各被檢測面S1-1、S2-1和基準(zhǔn)面H同時(shí)略垂直于光探針2的入射方向這樣地配置。因此，能夠容易地進(jìn)行測定。
基準(zhǔn)部件D進(jìn)行預(yù)定項(xiàng)目的測定。預(yù)定項(xiàng)目為通過與已知的測定值相對應(yīng)，能夠利用基準(zhǔn)部件D的測定值求出基準(zhǔn)面的位置的項(xiàng)目。另外，已知的測定值為例如各基準(zhǔn)面的邊長。
圖11～圖14表示對每個(gè)基準(zhǔn)面H測定2個(gè)邊緣e的例子。從這些數(shù)據(jù)能夠求出基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的相對位置。
并且，基準(zhǔn)面H的位置的導(dǎo)出可以用與圖9所示的例子相同的方法。由此，能夠求出基準(zhǔn)部件D的各基準(zhǔn)面H的位置。并且，用與測定各基準(zhǔn)面H時(shí)所使用的坐標(biāo)系相同的測定坐標(biāo)系測定被檢測面S1-1、S2-1。由此，能夠在每個(gè)被檢測面S1-1、S2-1把握各基準(zhǔn)面H與被檢測面S1-1、S2-1的相對位置。
進(jìn)一步，變換由各基準(zhǔn)面H的測定值求出的各面的位置。該變換與構(gòu)成基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的已知數(shù)據(jù)相對應(yīng)進(jìn)行。由此，使各面的相對位置關(guān)系一致。此時(shí)，必須進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)之類的坐標(biāo)變換。
為了求出各面的相對位置，可以用與圖9所示的例子相同的方法。對各被檢測面S1-1、S2-1也進(jìn)行這些坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠把握被檢測面S1-1、S2-1的相對的位置。并且，各被檢測面S1-1、S2-1為用與測定各基準(zhǔn)面所用的坐標(biāo)系相同的測定坐標(biāo)系測定的面。
并且，對各本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1、A2-1也進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠求出如圖15所示那樣的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1、A2-1的相對位置關(guān)系。這里，本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1為構(gòu)成棱鏡P1的面S1-1的本地坐標(biāo)系。并且，本地坐標(biāo)系A(chǔ)2-1為構(gòu)成棱鏡P2的面S2-1的本地坐標(biāo)系。
并且，雖然圖11～圖14表示由2個(gè)棱鏡P1、P2構(gòu)成的例子，但并不局限于2個(gè)棱鏡，例如也可以用同樣的方法求出3個(gè)以上的光學(xué)元件的相對位置。
并且，雖然表示的是對于光學(xué)元件(棱鏡P1、P2)將被檢測面作為1個(gè)面的例子，但并不局限于此，對于各元件，也可以測定多個(gè)面。如果增加測定的面的數(shù)量，由此能夠獲得更多的偏心及尺寸的信息。此時(shí)，也可以根據(jù)必要增加基準(zhǔn)部件的基準(zhǔn)面的數(shù)量。
并且，這里表示的是求取不同的棱鏡作為被檢測物的相對位置的例子。但被檢測物不局限于此。也可以是例如透鏡、光學(xué)元件的金屬模具、光圈、框W之類的構(gòu)件。
并且，在例如框的情況下，雖然也可以測定被檢測面的形狀，但也可以測定能夠由測定值決定框的位置的元件。也可以用相同的測定坐標(biāo)測定例如凹凸、標(biāo)記之類的元件和基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H。
并且，在組裝到框W中之前，用例如圖9所示的方法預(yù)先求出各棱鏡的各面的局部坐標(biāo)的相對位置。如果預(yù)先這樣做了，則在每個(gè)棱鏡中構(gòu)成棱鏡的各面的本地坐標(biāo)系的相對位置變得已知。如果這樣，可以根據(jù)這些結(jié)果使圖15所示的各棱鏡P1、P2的被檢測面S1-1、S2-1與求出的每個(gè)棱鏡的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1、A2-1的位置相對應(yīng)。其結(jié)果如圖16所示那樣，能夠求出構(gòu)成棱鏡P1的面S1-1以外的面(S1-2、S1-3)及構(gòu)成棱鏡P2的面S2-1以外的面(S2-2、S2-3)的各面的本地坐標(biāo)系(A1-2、A1-3、A2-2、A2-3)的相對位置。通過這些方法，可以知道多個(gè)元件的相對的偏心量。因此，能夠?qū)⒃摻Y(jié)果反映到光學(xué)性能惡化的因素的闡明、修正等中。并且，通過根據(jù)本方法的結(jié)果實(shí)施制造，能夠制造精度高的光學(xué)系。
下面再參照圖17說明別的三維坐標(biāo)測定方法。該例的被檢測物O為非球面透鏡。并且算出配置在透鏡的里外面的被檢測面S3-1和S3-2的偏心量。并且，該測定方法也使用作為基準(zhǔn)的元件(基準(zhǔn)元件)D。
圖17(a)為從旁邊看的表示測定非球面透鏡O的被檢測面S3-1的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的圖。圖17(b)為被檢測面S3-1的透視圖。圖17(c)為表示測定被檢測面S3-2的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。
這里，被檢測面S3-1、被檢測面S3-2及基準(zhǔn)元件D的基準(zhǔn)面H的測定通過使光探針2掃描各面進(jìn)行。
被檢測物O與基準(zhǔn)元件D用保持具C連接。因此，兩者成為一體，其位置關(guān)系固定。因此，在保持兩者的情況下，也一體地保持。在這樣的狀態(tài)下，用非接觸三坐標(biāo)測定機(jī)分別測定基準(zhǔn)元件D的各基準(zhǔn)面H和各被檢測面S3-1、S3-2的形狀。此時(shí)，使各基準(zhǔn)面和各被檢測面能夠用相同的測定坐標(biāo)系測定。
這里，各基準(zhǔn)面H與各被檢測面S3-1、S3-2分別為一一對應(yīng)的關(guān)系。
并且，各被檢測面S3-1、S3-2的面形狀數(shù)據(jù)分別進(jìn)行與各被檢測面S3-1、S3-2的設(shè)計(jì)形狀相重合的處理，即進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠預(yù)先求出表示被檢測面S3-1、S3-2的本地坐標(biāo)系A(chǔ)1-1、A2-1的位置。
最好使基準(zhǔn)元件D的形狀構(gòu)成為在測定非球面透鏡的各被檢測面S3-1、S3-2的同時(shí)，至少能夠測定2個(gè)邊緣。或者最好構(gòu)成為，在測定各被檢測面S1-1、S2-2的同時(shí)能夠測定1個(gè)邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置。
此時(shí)，必須使邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)為能夠定義基準(zhǔn)元件D的各基準(zhǔn)面H的位置的量。并且，上述邊緣e或坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)為根據(jù)測定的結(jié)果的數(shù)據(jù)。
并且，至少預(yù)先高精度地測定邊緣e的角度或長度。然后設(shè)法從這些已知的數(shù)據(jù)弄清楚用測定值定義的各基準(zhǔn)面H的相對位置。
另外，基準(zhǔn)元件D的形狀可以是例如被檢測物O的各被檢測面S3-1、S3-2的厚度左右的矩形體。此時(shí)，可以以相對的平面為基準(zhǔn)面，在各基準(zhǔn)面上測定2個(gè)邊緣。此時(shí)，最好預(yù)先高精度地測定基準(zhǔn)部件D的各邊的長度、各基準(zhǔn)面之間的平行度、與基準(zhǔn)面相鄰的面的角度(正交度)及基準(zhǔn)面之間的高度等。
下面說明測定方法。首先，測定基準(zhǔn)部件D的邊緣e的形狀和各被檢測面S3-1的有效區(qū)域的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面S3-1相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。同樣地，對被檢測面S3-2也測定邊緣e的形狀和有效區(qū)域內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面S3-2相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。并且，這些測定用相同的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)和同一測定坐標(biāo)系測定。并且，邊緣e或有效區(qū)域的測定次序并不局限于上述次序。
此時(shí)，必須使例如測定機(jī)為讓光探針從上方照射到被檢測面的結(jié)構(gòu)，使被檢測面S3-1、S3-2向上。此時(shí)，必須如圖17(a)～(c)所示的那樣，對每個(gè)面的測定都保持被檢測物O使之旋轉(zhuǎn)約180°。此時(shí)，使被檢測物O與基準(zhǔn)部件D不會因旋轉(zhuǎn)而改變相對位置關(guān)系。
基準(zhǔn)部件D進(jìn)行預(yù)定的項(xiàng)目的測定。預(yù)定的項(xiàng)目為通過與已知的測定值相對應(yīng)，能夠利用基準(zhǔn)部件D的測定值求出基準(zhǔn)面的位置的項(xiàng)目。并且，已知的測定值為例如各基準(zhǔn)面的邊的長度。
圖17表示對每個(gè)基準(zhǔn)面H測定2個(gè)邊緣e的例子。從這些數(shù)據(jù)能夠求出基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的位置。
并且，基準(zhǔn)面H的位置的導(dǎo)出可以用與圖9所示的例子相同的方法。由此，能夠求出基準(zhǔn)部件D的各基準(zhǔn)面H的位置。并且，用與測定各基準(zhǔn)面H時(shí)所使用的坐標(biāo)系相同的測定坐標(biāo)系測定被檢測面S3-1、S3-1的形狀。由此，能夠?qū)⒏骰鶞?zhǔn)面H與被檢測面S3-1、S3-2的相對位置把握在每個(gè)被檢測面S3-1、S3-2上。
并且，變換由各基準(zhǔn)面H的測定值求出的各面的位置。該變換與構(gòu)成基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的已知數(shù)據(jù)相對應(yīng)進(jìn)行。由此，使各面的相對位置關(guān)系一致。在基準(zhǔn)部件D為略矩形體的情況下，如下這樣進(jìn)行例如，可以使根據(jù)測定算出的各基準(zhǔn)面的頂點(diǎn)的坐標(biāo)和各基準(zhǔn)面的傾斜度與已知數(shù)據(jù)的頂點(diǎn)的相對位置和平行度數(shù)據(jù)相對應(yīng)。
并且，在圖17中沒有測定成為基準(zhǔn)面的邊界的棱線的邊緣的形狀。但是，如果已知各基準(zhǔn)面的邊緣的相對位置關(guān)系，則能夠解析。對各被檢測面S3-1、S3-2也進(jìn)行這些坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠把握各被檢測面S3-1、S3-2的相對的位置。并且，各被檢測面S3-1、S3-2為用與各基準(zhǔn)面相同的測定坐標(biāo)系測定的面。
并且，也可以測定相對的基準(zhǔn)面和分別與兩基準(zhǔn)面相連的基準(zhǔn)面的相對位置。并且，也可以使這些結(jié)果與已知的基準(zhǔn)部件的各面的角度相對應(yīng)，導(dǎo)出相對的基準(zhǔn)面的相對位置進(jìn)行解析。
并且，對各本地坐標(biāo)系A(chǔ)3-1、A3-2也進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠使如圖17(d)所示那樣的本地坐標(biāo)系A(chǔ)3-1、A3-2的相對位置關(guān)系明確。這里，本地坐標(biāo)系A(chǔ)3-1為構(gòu)成非球面透鏡的面S3-1的本地坐標(biāo)系。并且，本地坐標(biāo)系A(chǔ)3-2為構(gòu)成非球面透鏡的面S3-2的本地坐標(biāo)系。
并且，由于通過解析能夠知道各被檢測面的相對位置關(guān)系，因此除偏心外，還能夠獲得透鏡的壁厚等信息。而且，通過根據(jù)這些信息實(shí)施制造，能夠制造精度高的光學(xué)元件。
在被檢測面的形狀為非球面的情況下，通過進(jìn)行使被檢測面的面形狀數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)形狀相重合的處理，能夠求出局部坐標(biāo)的位置。但是，當(dāng)被檢測面的形狀為球面時(shí)，即使用同樣的方法，也不能決定本地坐標(biāo)系的位置。在這樣的情況下，為了能夠求出本地坐標(biāo)系的位置，可以在被檢測面上添加標(biāo)記M。然后，在測定被檢測面的形狀的同時(shí)測定該標(biāo)記。此時(shí)，標(biāo)記M相對于本地坐標(biāo)系的相對位置預(yù)先知道。通過這樣，能夠從多個(gè)標(biāo)記的測定結(jié)果導(dǎo)出本地坐標(biāo)系的位置。
并且，標(biāo)記的形狀只要能夠進(jìn)行上述解析就可以，并不限定特定的形狀。例如可以是圖18(a)所示的十字或圖18(b)所示的圓柱。
并且，如果從外形上能夠進(jìn)行上述解析，就不必加工標(biāo)記等。這種情況為例如被檢測物為如圖18(c)所示的橢圓外形的情況。此時(shí)，能夠從外形的直線部的形狀或圓弧部的頂點(diǎn)的位置導(dǎo)出本地坐標(biāo)系的相對位置就可以。如果這樣，由于也可以從這些測定結(jié)果導(dǎo)出被檢測面的本地坐標(biāo)系進(jìn)行解析，因此不需要標(biāo)記。
并且，在被檢測面的形狀為球面的情況下，能夠通過例如用球去擬合面形狀數(shù)據(jù)算出球心位置。因此，能夠求出各面的球心的相對位置。此時(shí)，在測定球面被檢測面時(shí)，希望用同一坐標(biāo)系測定例如圖18所示那樣的標(biāo)記或外形等。
并且，外形的測定并不局限于圖18(c)那樣的橢圓形，也可以是普通的圓形。在這種情況下，通過用圓去擬合外形的測定結(jié)果，可以求出外形中心的位置。由此可以求出與基準(zhǔn)位置相對的各面的球心的相對位置。該基準(zhǔn)位置為例如標(biāo)記位置或外形的中心等。并且，在包含非球面的場合下，同樣也可以求出本地坐標(biāo)系及近似球心的位置。有例如用球面擬合非球面的面形狀數(shù)據(jù)等方法。
這樣，可以用上述三維坐標(biāo)測定方法對具有旋轉(zhuǎn)對稱光學(xué)面的被檢測物進(jìn)行偏心的測定。
下面再參照圖20說明別的三維坐標(biāo)測定方法。該例的被檢測物O由圖19所示的多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成。測定該被檢測物O并算出各光學(xué)元件的偏心量。并且，該測定方法也使用作為基準(zhǔn)的元件(基準(zhǔn)元件)D?？騑上配置有多個(gè)光學(xué)元件(例如透鏡、棱鏡)。并且，基準(zhǔn)部件D用保持具C固定在該框W上。
此時(shí)，被檢測物O為光軸被棱鏡彎曲的光學(xué)系。并且，被檢測物O能夠在某個(gè)方向測定多個(gè)面的形狀這樣地配置。因此，最好使框W的結(jié)構(gòu)為在測定被檢測面時(shí)，框W不與構(gòu)成測定機(jī)的構(gòu)件相干涉。構(gòu)成測定機(jī)的構(gòu)件有例如圖中沒有示出的照射光探針2的透鏡。
在圖19中，第1透鏡群G1包括透鏡L1-1、L1-2。并且，第2透鏡群G2包括透鏡L2-1、L2-2、L2-3、L2-4及L2-5。
在圖19中，第1透鏡群G1、棱鏡P3及第2透鏡群G2配置在框W內(nèi)。并且，形成透鏡L1-1的面SL1-1、形成棱鏡P3的面SP3-2和形成透鏡L2-5的面SL2-5伸出到外面。因此，通過使光探針2到射到這些面上，能夠進(jìn)行各面的測定。
圖20(a)為表示測定被檢測面SL1-1的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。圖20(b)為表示測定被檢測面SP3-2的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。圖20(c)為表示測定被檢測面SL2-5的形狀、基準(zhǔn)面H的邊緣e的形狀時(shí)的樣子的透視圖。
這里，被檢測面SL1-1、被檢測面SP3-2、被檢測面SL2-5及基準(zhǔn)元件D的基準(zhǔn)面H的測定通過使光探針2掃描各面進(jìn)行。
被檢測物O與基準(zhǔn)元件H用保持具C連接。因此，兩者成為一體，其位置關(guān)系固定。因此，在保持兩者的情況下，也一體地保持。在這樣的狀態(tài)下，用非接觸三坐標(biāo)測定機(jī)分別測定基準(zhǔn)元件D的各基準(zhǔn)面H和各被檢測面SL1-1、SP3-2、SL2-5的形狀。此時(shí)，使各基準(zhǔn)面和各被檢測面能夠用相同的測定坐標(biāo)系測定。這里，各基準(zhǔn)面H與各被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5分別為一一對應(yīng)的關(guān)系。
并且，各被檢測面SL1-1、SP3-2、SL2-5的面形狀數(shù)據(jù)分別進(jìn)行與各被檢測面SL1-1、SP3-2、SL2-5的設(shè)計(jì)形狀相重合的處理，即進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠預(yù)先求出表示被檢測面SL1-1、SP3-2、SL2-5的本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-1、AP3-2、AL2-5-2的位置。
最好使基準(zhǔn)元件D的形狀構(gòu)成為在測定透鏡L1-1、L2-5、棱鏡P3的各被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5的同時(shí)，至少能夠測定2個(gè)邊緣e。或者最好構(gòu)成為，在測定各被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5的同時(shí)能夠測定1個(gè)邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置。
此時(shí)，必須使邊緣e和坐標(biāo)已知的點(diǎn)為能夠定義基準(zhǔn)元件D的各基準(zhǔn)面H的位置的量。并且，上述邊緣e或坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)為根據(jù)測定的結(jié)果的數(shù)據(jù)。
并且，至少預(yù)先高精度地測定邊緣e的角度或長度。然后設(shè)法從這些已知的數(shù)據(jù)弄清楚用測定值定義的各基準(zhǔn)面H的相對位置。
另外，基準(zhǔn)元件D的形狀可以是例如多面體的形狀。該多面體的整體的形狀大致與被檢測物O的形狀相同。例如，用平面近似被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5時(shí)的形狀。并且，多面體的平面可以使用用各被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5的本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-1-1、AP3-2、AL2-5-2定義的平面。
下面說明測定方法。首先，測定基準(zhǔn)部件D的邊緣e的形狀和各被檢測面SL1-1的有效區(qū)域內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面SL1-1相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。同樣地，對被檢測面SP3-2也測定邊緣e的形狀和有效區(qū)域內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面SP3-2相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。同樣地，對被檢測面SL2-5也測定邊緣e的形狀和有效區(qū)域內(nèi)的表面形狀，獲得測定值。并且，此時(shí)的邊緣e為與被檢測面SL2-5相對應(yīng)的基準(zhǔn)面H的邊緣。并且，這些測定用相同的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)在同一測定坐標(biāo)系測定。
此時(shí)，必須使例如測定機(jī)為讓光探針從上方照射到被檢測面的結(jié)構(gòu)，使被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5向上。此時(shí)，使被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5略垂直于光探針2的入射方向。為了達(dá)到這個(gè)目的，必須如圖20(a)～(c)所示的那樣，對每個(gè)面的測定都保持被檢測物O使之旋轉(zhuǎn)。因此，用圖中沒有示出的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定被檢測物O和基準(zhǔn)部件D使之沿所希望的方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，使被檢測物O與基準(zhǔn)部件D不會因旋轉(zhuǎn)而改變相對位置關(guān)系。
基準(zhǔn)部件D進(jìn)行預(yù)定的項(xiàng)目的測定。預(yù)定的項(xiàng)目為通過與已知的測定值相對應(yīng)，能夠利用基準(zhǔn)部件D的測定值求出基準(zhǔn)面的位置的項(xiàng)目。并且，已知的測定值為例如各基準(zhǔn)面的邊的長度。
圖20表示對每個(gè)基準(zhǔn)面H測定2個(gè)邊緣e的例子。從這些測定數(shù)據(jù)能夠求出基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的位置。并且，基準(zhǔn)面H的位置的導(dǎo)出可以用與圖9所示的例子相同的方法。由此，能夠求出基準(zhǔn)部件D的各基準(zhǔn)面H的位置。并且，用與測定各基準(zhǔn)面H時(shí)所使用的坐標(biāo)系相同的測定坐標(biāo)系測定被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5的形狀。由此，能夠?qū)⒏骰鶞?zhǔn)面H與被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5的相對位置把握在每個(gè)被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5上。
并且，變換由各基準(zhǔn)面H的測定值求出的各面的位置。該變換與構(gòu)成基準(zhǔn)部件D的基準(zhǔn)面H的已知數(shù)據(jù)相對應(yīng)進(jìn)行。由此，使各面的相對位置關(guān)系一致。此時(shí)，必須進(jìn)行平移或旋轉(zhuǎn)這樣的坐標(biāo)變換。
并且，為了求出各面的相對的位置，可以使用與圖9所示的例子相同的方法。對各被檢測面SL1-1、SP3-2、SL2-5也進(jìn)行這些坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠把握各被檢測面SL1-1、SP3-2、SL2-5的相對位置。并且，各被檢測面SL1-1、SP3-2及SL2-5為用與各基準(zhǔn)面相同的測定坐標(biāo)測定的值。
并且，對各本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-1-1、AP3-2、AL2-5-2也進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過這樣，能夠求出如圖22所示那樣的本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-1-1、AP3-2、AL2-5-2的相對位置關(guān)系。這里，本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-1-1為構(gòu)成透鏡L1-1的面SL1-1的本地坐標(biāo)系。并且，本地坐標(biāo)系A(chǔ)P3-2為構(gòu)成棱鏡P3的面SP3-2的本地坐標(biāo)系。并且，本地坐標(biāo)系A(chǔ)L2-5-2為構(gòu)成透鏡L2-5的面SL2-5的本地坐標(biāo)系。
并且，在組裝到框W中之前，最好預(yù)先對例如各群或棱鏡求出各光學(xué)元件的各面的本地坐標(biāo)系的相對位置。圖21(a)～(c)表示對每個(gè)透鏡群G1、棱鏡P3及透鏡群G2測定的各面的偏心的結(jié)果。透鏡群G1、G2內(nèi)的偏心可以用既存的測定機(jī)導(dǎo)出。并且，對于棱鏡P3也可以用例如圖9所示的方法導(dǎo)出偏心?？梢詮膶?dǎo)出的結(jié)果知道每個(gè)面的本地坐標(biāo)系的相對位置。如圖21(a)～(c)所示那樣，知道某個(gè)面與其他的面的本地坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系。
例如，在透鏡群G1中知道本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-1-1、AL1-1-2與本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-2-1、AL1-2-2的相對位置關(guān)系。(AL1-1-1及AL1-1-2為構(gòu)成透鏡L1-1的面的本地坐標(biāo)系。AL1-2-1及AL1-2-2為構(gòu)成透鏡L1-2的面的本地坐標(biāo)系。)并且，例如在棱鏡P3中，知道本地坐標(biāo)系A(chǔ)P3-1、AP3-2、AP3-3的相對位置關(guān)系。(AP3-1、AP3-2及AP3-3為構(gòu)成棱鏡P3的面的本地坐標(biāo)系。)并且，在透鏡群G2中，知道本地坐標(biāo)系A(chǔ)L2-1-1、AL2-1-2，本地坐標(biāo)系A(chǔ)L2-2-1、AL2-2-2，本地坐標(biāo)系A(chǔ)L2-3-2，本地坐標(biāo)系A(chǔ)L2-4-1、AL2-4-2，本地坐標(biāo)系A(chǔ)L2-5-1、AL2-5-2的相對位置關(guān)系。(AL2-1-1及AL2-1-2為構(gòu)成透鏡L2-1的面的本地坐標(biāo)系。AL2-2-1及AL2-2-2為構(gòu)成透鏡L2-2的面的本地坐標(biāo)系。AL2-3-2為構(gòu)成透鏡L2-3的面的本地坐標(biāo)系。AL2-4-1及AL2-4-2為構(gòu)成透鏡L2-4的面的本地坐標(biāo)系。AL2-5-1及AL2-5-2為構(gòu)成透鏡L2-5的面的本地坐標(biāo)系。)此時(shí)，對于每個(gè)透鏡群或棱鏡，各面的本地坐標(biāo)系的相對位置已知。因此，在透鏡L1-1、L2-5、棱鏡P3的各被檢測面(SL1-1、SP3-2、SL2-5)的各本地坐標(biāo)系A(chǔ)L1-1-1、AP3-2、AL2-5-2中可以組合進(jìn)其相對相位的解析結(jié)果。其結(jié)果，可以求出包括構(gòu)成透鏡群G1的被檢測面SL1-1以外的面、構(gòu)成棱鏡P3的SP3-2以外的面及構(gòu)成透鏡群G2的SL2-5以外的面的各本地坐標(biāo)系(AL1-1-1、AL1-1-2、AL1-2-1、AL1-2-2、AP3-1、AP3-2、AP3-3、AL2-1-1、AL2-1-2、AL2-2-1、AL2-2-2、AL2-3-2、AL2-4-1、AL2-4-2、AL2-5-1、AL2-5-2)的相對位置。通過這些方法，可以知道多個(gè)元件的相對的偏心量。因此，能夠?qū)⒃摻Y(jié)果反映到光學(xué)性能惡化的因素的闡明、修正等中。并且，通過根據(jù)本方法的結(jié)果實(shí)施制造，能夠制造精度高的光學(xué)系。
并且，在測定各被檢測面的形狀時(shí)，必須使被檢測面略向上地配置。在這樣的情況下，雖然表示的是使用圖中沒有示出的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。但是，測定時(shí)可以不改變基準(zhǔn)部件D與被檢測物的相對位置?；蛘呖梢怨潭ㄏ鄬ξ恢?。因此，如果可以這樣保持，也可以不使用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。例如，可以改變配置姿勢固定。
但是，在測定被檢測物O的被測定面1(S1、S2)的三維坐標(biāo)的形狀時(shí)，使圖1或圖2所示的非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)的光探針2掃描。此時(shí)，連續(xù)地掃遍被測定面1的整個(gè)面由于測定時(shí)間等的原因困難。因此，通常是對測定面內(nèi)的隔三跳四的取樣點(diǎn)進(jìn)行測定。光探針2在該隔三跳四的點(diǎn)之間的移動(dòng)以前為圖24(b)所示的狀態(tài)，即，將在特定的位置測定高度的①狀態(tài)的光探針2在保持其高度不變的狀態(tài)下水平地移動(dòng)，在②的狀態(tài)下進(jìn)行下一個(gè)位置的測定。
但是，光探針2在測定點(diǎn)之間的這樣的移動(dòng)在被測定面1的傾斜度急的場合下，產(chǎn)生下面這樣的不適其一為伸出光探針2的物鏡15、24與被測定面1接觸了。因此，可能損傷被測定面1或物鏡15、24。
并且，另一點(diǎn)是與被測定面1的距離過遠(yuǎn)這樣的問題。因此，可能存在由于反射的光不能再次收進(jìn)到物鏡15、24中而不能測定的情況。
因此，本發(fā)明的測定方法如圖24(a)所示。即，使在特定的位置測定高度的①狀態(tài)的光探針2向上移動(dòng)微小的距離α變成②的狀態(tài)。然后使光探針離開被測定面1的設(shè)計(jì)形狀微小的距離α沿設(shè)計(jì)形狀那樣地移動(dòng)，變成保持在下一個(gè)測定位置的③的狀態(tài)。然后在這樣的狀態(tài)下在下一個(gè)測定位置進(jìn)行高度的測定。
這里，從②狀態(tài)向③狀態(tài)的移動(dòng)可以以最短距離移動(dòng)，或者也可以沿設(shè)計(jì)值+α的面這樣地移動(dòng)。通過使光探針2采取這樣的移動(dòng)方法，可以避免物鏡15、24與被測定面1接觸和反射光不能收進(jìn)的任何一種情況。并且，微小距離α可以在0以上到能夠使被測定面1的反射光被非接觸三維坐標(biāo)測定機(jī)的物鏡收進(jìn)的范圍內(nèi)任意地設(shè)定。
權(quán)利要求
1.一種三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，在被檢測物上的邊緣附近設(shè)定大體沿該邊緣的曲線，沿與該曲線略垂直的方向掃描，檢測出根據(jù)邊緣確定的位置的坐標(biāo)值。
2.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，用多項(xiàng)式定義上述曲線。
3.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，上述曲線為在邊緣的附近選擇多個(gè)點(diǎn)，圓滑地連接該多個(gè)點(diǎn)定義的曲線。
4.如權(quán)利要求3所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，在圓滑地連接上述多個(gè)點(diǎn)時(shí)，使用仿樣計(jì)算。
5.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，構(gòu)成被檢測物的面中，至少1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物為構(gòu)成面中至少有1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成的光學(xué)元件。
7.如權(quán)利要求5所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物為用于制造構(gòu)成面中至少有1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成的光學(xué)元件的金屬模具。
8.一種三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，對由多個(gè)面構(gòu)成的被檢測物，分別測定每個(gè)面的三維坐標(biāo)形狀和邊緣的形狀，與共同的邊緣的測定值相對應(yīng)，求出上述多個(gè)面的相對位置關(guān)系。
9.如權(quán)利要求8所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，使對每個(gè)不同的面測定的共同的邊緣的測定值落在大致同一的曲線上來進(jìn)行對應(yīng)，求出上述多個(gè)面的相對位置關(guān)系。
10.如權(quán)利要求9所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，通過使對各個(gè)面測定的面形狀測定值與面的設(shè)計(jì)值相重合，求出每個(gè)面的本地坐標(biāo)系，對上述本地坐標(biāo)系也進(jìn)行使在1個(gè)面上測定的共同邊緣的測定值與在其他的面上測定的共同邊緣的測定值相對應(yīng)的坐標(biāo)變換，求出多個(gè)面的本地坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系。
11.如權(quán)利要求9所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，構(gòu)成被檢測物的面中，至少1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求11所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物為構(gòu)成面中至少有1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成的光學(xué)元件。
13.如權(quán)利要求11所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物為用于制造構(gòu)成面中至少有1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成的光學(xué)元件的金屬模具。
14.一種三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，是一種在將由多個(gè)面構(gòu)成的被檢測物與基準(zhǔn)面的相對位置關(guān)系已知的基準(zhǔn)元件相對地固定的狀態(tài)下進(jìn)行測定的方法，用同一測定坐標(biāo)系分別測定被檢測物的各被檢測面的三維坐標(biāo)面形狀和基準(zhǔn)元件的形狀，與由基準(zhǔn)元件的邊緣形狀的測定值求出的面形狀數(shù)據(jù)相對應(yīng)，變換基準(zhǔn)元件的各基準(zhǔn)面的坐標(biāo)，對各被檢測面的三維坐標(biāo)的面形狀的測定值也進(jìn)行與此相同的坐標(biāo)變換，求出被檢測物的多個(gè)被檢測面的相對位置關(guān)系。
15.一種三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，是一種在使用多個(gè)由多個(gè)面構(gòu)成的元件構(gòu)成的被檢測物中，將基準(zhǔn)面的相對位置關(guān)系已知的基準(zhǔn)元件與被檢測物相對地固定的狀態(tài)下進(jìn)行測定的方法，用同一測定坐標(biāo)系分別測定被檢測物的各元件的至少1個(gè)面的三維坐標(biāo)形狀和基準(zhǔn)元件，與由基準(zhǔn)元件的邊緣形狀的測定值求出的面形狀數(shù)據(jù)相對應(yīng)，變換基準(zhǔn)元件的各基準(zhǔn)面的坐標(biāo)，對各被檢測面的三維坐標(biāo)的面形狀的測定值也進(jìn)行與此相同的坐標(biāo)變換，求出構(gòu)成各元件的至少1個(gè)面的相對位置關(guān)系。
16.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，測定基準(zhǔn)元件的至少2個(gè)邊緣或1個(gè)邊緣和坐標(biāo)已知的點(diǎn)的位置，求出基準(zhǔn)元件的形狀。
17.如權(quán)利要求16所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，構(gòu)成基準(zhǔn)元件的各基準(zhǔn)面的夾角已知。
18.如權(quán)利要求17所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，基準(zhǔn)面的測定邊緣包括由各基準(zhǔn)面形成的棱線。
19.如權(quán)利要求18所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，測定結(jié)果為測定了基準(zhǔn)面的至少2個(gè)邊緣或1個(gè)邊緣和坐標(biāo)已知的點(diǎn)的結(jié)果，從該測定結(jié)果導(dǎo)出各基準(zhǔn)面形成的棱線的位置和表示基準(zhǔn)面的平面的位置。
20.如權(quán)利要求19所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，進(jìn)行坐標(biāo)變換使由包含同一棱線的各基準(zhǔn)面的測定結(jié)果分別導(dǎo)出的棱線的位置在空間上一致，以由此而在空間上一致的棱線為旋轉(zhuǎn)軸，算出進(jìn)行坐標(biāo)變換的參數(shù)，使包含棱線的各平面與基準(zhǔn)元件的已知值相對應(yīng)。
21.如權(quán)利要求20所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，對用與各基準(zhǔn)面相同的測定坐標(biāo)系測定的各被檢測面的測定結(jié)果實(shí)施上述坐標(biāo)變換。
22.如權(quán)利要求20所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，對由用與各基準(zhǔn)面相同的測定坐標(biāo)系測定的各被檢測面的測定結(jié)果求出的本地坐標(biāo)系實(shí)施上述坐標(biāo)變換。
23.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，通過使對每個(gè)面測定的面形狀測定值與面的設(shè)計(jì)值相重合，求出每個(gè)面的本地坐標(biāo)系，對求出的本地坐標(biāo)系進(jìn)行對各被檢測面的三維坐標(biāo)的面形狀的測定值進(jìn)行的坐標(biāo)變換，求出被檢測物的多個(gè)被檢測面的本地坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系。
24.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，構(gòu)成被檢測物的面中，至少1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物為構(gòu)成面中至少有1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成的光學(xué)元件。
26.如權(quán)利要求24所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物為用于制造構(gòu)成面中至少有1個(gè)面由自由曲面構(gòu)成的光學(xué)元件的金屬模具。
27.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，構(gòu)成基準(zhǔn)元件的基準(zhǔn)面由平面構(gòu)成。
28.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，基準(zhǔn)元件的形狀為用平面近似被檢測面構(gòu)成的多面體。
29.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，基準(zhǔn)元件的形狀為用被檢測面的本地坐標(biāo)系定義的平面構(gòu)成的多面體。
30.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，基準(zhǔn)元件用玻璃形成。
31.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，基準(zhǔn)元件用金屬形成。
32.如權(quán)利要求14或15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物和基準(zhǔn)元件被保持在具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的夾具上。
33.如權(quán)利要求1～32中的任一項(xiàng)所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，用非接觸光探針進(jìn)行測定，為了在此時(shí)使非接觸光探針從特定的測定點(diǎn)向下一個(gè)測定點(diǎn)移動(dòng)，使位于特定的測定點(diǎn)的非接觸光探針向離開被檢測面的方向移動(dòng)預(yù)定的微小的距離，然后與被檢測面的設(shè)計(jì)值隔開該微小的距離，沿被檢測面的設(shè)計(jì)值移動(dòng)到下一個(gè)測定點(diǎn)，以這種狀態(tài)進(jìn)行下一個(gè)測定點(diǎn)的測定。
34.如權(quán)利要求15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，構(gòu)成構(gòu)成被檢測物的各元件的各個(gè)面的相對位置關(guān)系已知。
35.如權(quán)利要求16所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，使用多個(gè)由多個(gè)面構(gòu)成的元件構(gòu)成的被檢測物用框保持著。
36.如權(quán)利要求16所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，保持被檢測物的框采用使光能夠照射到被檢測面的結(jié)構(gòu)。
37.如權(quán)利要求15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物具有旋轉(zhuǎn)對稱的光學(xué)面。
38.如權(quán)利要求15所述的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，被檢測物具有彎曲的光軸。
39.一種用非接觸光探針測定被檢測面的三維坐標(biāo)的三維坐標(biāo)測定方法，其特征在于，在使非接觸光探針從特定的測定點(diǎn)向下一個(gè)測定點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，使位于特定的測定點(diǎn)的非接觸光探針向離開被檢測面的方向移動(dòng)預(yù)定的微小的距離，然后與被檢測面的設(shè)計(jì)值隔開該微小的距離，沿被檢測面的設(shè)計(jì)值移動(dòng)到下一個(gè)測定點(diǎn)，以這種狀態(tài)進(jìn)行下一個(gè)測定點(diǎn)的測定。
40.一種測定機(jī)，其使用權(quán)利要求1～39中的任一項(xiàng)所述的三維坐標(biāo)測定方法。
41.一種使用權(quán)利要求1～39中的任一項(xiàng)所述的三維坐標(biāo)測定方法進(jìn)行測定的被檢測物。
全文摘要
本發(fā)明公開一種根據(jù)當(dāng)作被檢測物的光學(xué)元件或其模具的邊緣求出面形狀和多個(gè)面的相對位置關(guān)系等的三維坐標(biāo)測定方法。該方法通過對由多個(gè)面S1、S2構(gòu)成的被檢測物O分別測定每個(gè)面的三維坐標(biāo)的面形狀和邊緣的形狀，使共同的邊緣E的測定值相對應(yīng)求出多個(gè)面S1、S2的相對位置關(guān)系。
文檔編號G06T17/00GK1495408SQ0316483
公開日2004年5月12日 申請日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者大出壽, 安垣誠人, 人 申請人:奧林巴斯光學(xué)工業(yè)株式會社