(57)【要約】  測定器具は、プローブ（１１、１２）と表面（６１）の間の相対的移動を行うことによってワーク（６０）の表面（６１）の表面プロファイルまたは形態を測定し、それによってプローブは表面形態の変化に追従し、それによって変位する。表面に追従するときのプローブの変位手段は、干渉計ゲージ（３５）であってもよい変位プロバイダによって得られる。表面（６１）上で単一の測定経路に沿って測定を行う代わりに、それぞれの測定が対応する測定データセットを得るように測定経路の部分（６１ｄおよび６１ｅまたは６１ｇおよび６１ｈ）上で行われ、これらの測定データセットは基準データセットに独立して位置決めまたは位置合わせされる。基準データセットは、測定経路（６１）の別の部分（６１ｃ）上、構成部品の別の表面（６２ａおよび６２ｂ）の上の別の測定経路（６１ｆ）上、または構成部品が配置される表面の上の別の測定経路上で行われる測定によって得ることができる。位置合わせした測定データセットはその後互いに合わせられて、表面のプロファイルを形成する。
2008533439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品の表面の表面プロファイルを測定する測定器具であって、
構成部品を支持する構成部品支持体と、
測定プローブが、相対移動方向に垂直な方向の表面内の変化に追従するように、測定プローブと前記構成部品支持体の間の相対移動を行う移動手段と、
前記測定プローブが前記表面内の変化に追従するときに、前記測定プローブの変位を示す測定データを提供する測定手段と、
前記構成部品の配向を制御する配向制御手段と、
前記移動手段を制御して、前記測定プローブを第１の配向に前記構成部品を備えた基準測定経路に追従させ、それによって前記測定手段が基準データを得る測定制御手段と、
前記測定手段が第１の測定データを得るように、第２の配向に前記構成部品を備えた前記表面に沿って測定経路の第１の部分に追従する測定プローブと、
前記測定手段が第２の測定データを得るように、第３の配向に前記構成部品を備えた前記表面に沿って測定経路の第２の部分に追従する測定プローブとを備えた器具であって、
前記測定データを処理する処理手段は、前記基準データを使用してデータを規定し、位置合わせした第１の測定データを作り出すように前記第１の測定データを前記データに位置合わせし、位置合わせした第２の測定データを作り出すように前記第２の測定データを前記データと位置合わせし、その後前記位置合わせした第１および第２の測定データを使用して前記構成部品の前記表面の表面プロファイルを生成するように動作可能であることを特徴とする器具。
【請求項２】
前記処理手段は、基準データおよび測定データが得られた相対配向を測定し、前記相対配向を補償するように前記測定データを変換し、前記測定データを前記基準データに適合させることによって、前記測定データを前記データに位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の測定器具。
【請求項３】
前記処理手段は、基準データおよび測定データが得られた相対配向を測定し、前記相対配向を補償するように前記測定データを変換し、最小２乗適合処理を使用して前記測定データを前記基準データに適合させることによって、前記測定データを前記データに位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の測定器具。
【請求項４】
前記処理手段は、オペレータが前記測定データを再配向させて前記測定データを前記基準データに視覚的に位置合わせするように、前記基準および測定データをオペレータに示すそれぞれのトレースを表示することによって前記基準データおよび測定データが得られる相対的配向を測定するように動作可能であることを特徴とする請求項２または３に記載の測定器具。
【請求項５】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記基準測定経路は前記測定経路の第３の部分によって設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の測定器具。
【請求項６】
前記表面はレンズ表面、例えば非球面状レンズ表面であり、前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記測定経路の前記第１、第２および第３の部分は、前記表面にわたる直径経路のそれぞれの部分であることを特徴とする請求項５に記載の測定器具。
【請求項７】
前記表面は金型の窪んだ、例えば非球面状表面であり、前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記測定経路の前記第１、第２および第３の部分は、前記表面にわたる直径経路のそれぞれの部分であることを特徴とする請求項５に記載の測定器具。
【請求項８】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記測定経路の前記第３の部分は測定されている前記表面の対称軸を含むことを特徴とする請求項５、６または７に記載の測定器具。
【請求項９】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、前記測定経路の前記第３の部分は前記測定経路の前記第１および第２の部分それぞれに重なることを特徴とする請求項５、６、７または８に記載の測定器具。
【請求項１０】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御して、前記測定プローブに基準データを提供する前記第１および第２の測定経路領域内に含ませ、前記処理手段は、前記第１および第２の測定経路の対応する領域によって与えられる前記基準データを使用することによって、また前記測定データを前記基準データに適合させることによって前記基準データにより与えられるデータに前記測定データを位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の測定器具。
【請求項１１】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御して、前記測定プローブに基準データを提供する前記第１および第２の測定経路領域内に含ませ、前記処理手段は、前記第１および第２の測定経路のこれらの対応する領域によって与えられる前記基準データを使用することによって、また最小２乗適合処理を使用して前記測定データを前記基準データに適合させることによって前記基準データにより与えられるデータに前記測定データを位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の測定器具。
【請求項１２】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記基準データが、前記構成部品の一部を形成する、または前記構成部品に移動および回転のために固定された平面表面上の基準経路に追従することによって得られ、前記第１および第２の測定経路の前記対応する領域は前記平面表面によって提供されることを特徴とする請求項１、１０または１１に記載の測定器具。
【請求項１３】
前記表面は金型の窪んだ、例えば非球面状表面であり、前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記基準経路、および前記第１および第２の測定経路の前記対応する領域は前記表面を結合させる前記金型の平面表面の部分によって提供されることを特徴とする請求項１２に記載の測定器具。
【請求項１４】
前記表面はレンズ表面、例えば前記構成部品支持体上の平らな表面上に設けられたレンズの非球面状レンズ表面であり、前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記基準経路、および前記第１および第２の測定経路の前記対応する領域は前記レンズを結合させる前記平らな表面の部分によって提供されることを特徴とする請求項１２に記載の測定器具。
【請求項１５】
前記測定経路の前記第１および第２の部分は、前記表面にわたる直径経路のそれぞれの部分であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の測定器具。
【請求項１６】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、それによって前記測定経路の前記第１および第２の部分が重なることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の測定器具。
【請求項１７】
前記測定制御手段は前記移動手段を制御するように動作可能であり、前記測定プローブを前記測定経路の少なくとも１つの別の部分に追従させ、それによって前記測定手段は少なくとも１つの別のセットの測定データを得て、前記処理手段は前記少なくとも１つの別のセットの測定データを前記基準データに、または前記移動手段を制御して前記測定プローブを別の基準経路に追従させる測定制御手段によって得られる別のセットの基準データに位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の測定器具。
【請求項１８】
前記構成部品支持体は、前記構成部品の前記配向を変えるように回転可能または傾斜可能である支持プラットフォームを備えていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の測定器具。
【請求項１９】
前記構成部品支持体は、前記構成部品の前記配向を変えるように手動回転可能または傾斜可能である支持プラットフォームを備えていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の測定器具。
【請求項２０】
前記支持プラットフォームは、前記構成部品が配向される方向に対してある角度で延びている軸周りに回転可能である支持部材によって担持されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の測定器具。
【請求項２１】
前記構成部品支持体は、支持プラットフォームの表面と垂直な前記構成部品の対称軸で前記構成部品を受けるように構成され、支持プラットフォームの回転軸と一致する支持プラットフォームであって、前記構成部品の前記対称軸の前記配向、したがって前記構成部品の前記配向を変えるように回転可能である支持部材によって担持される支持プラットフォームを備えていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の測定器具。
【請求項２２】
前記支持体は、前記構成部品を保持するチャックを備えていることを特徴とする請求項２１に記載の測定器具。
【請求項２３】
前記第１および第２の配向は鏡像であり、前記第３の配向は前記構成部品が傾斜していないことを特徴とする請求項１ないし２２のいずれかに記載の測定器具。
【請求項２４】
前記測定制御手段および処理手段は、それぞれのプロファイルを前記表面にわたって異なる測定経路に対して測定させるように動作可能であり、前記処理手段は前記表面に対する３次元形態および平均２次元プロファイルの少なくとも１つを測定するように動作可能であることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれかに記載の測定装置。
【請求項２５】
前記処理手段は、前記プロファイルまたは３次元寸法形態から予測形態を取り除いて、予測形態からの誤差の表示を提供するように動作可能であることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれかに記載の測定器具。
【請求項２６】
さらに、スタイラスの形態の前記測定プローブを備えていることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれかに記載の測定器具。
【請求項２７】
前記測定プローブはスタイラスを担持する旋回可能アームを備え、前記アームは前記スタイラスが前記表面に追従するときに旋回するように取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれかに記載の測定器具。
【請求項２８】
前記測定手段は、干渉計測定手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし２７のいずれかに記載に測定器具。
【請求項２９】
請求項１に記載の測定器具で使用されるデータ処理装置であって、
前記測定プローブを第１の配向に前記構成部品で基準測定経路に追従させることによって得られる基準データと、前記測定プローブを第２の配向に前記構成部品で前記表面に沿って測定経路の第１の部分に追従させることによって得られる第１の測定データと、前記測定プローブを第３の配向に前記構成部品で前記表面に沿った前記測定経路の第２の部分に追従させることによって得られる第２の測定データとを受ける受信手段と、
前記基準データを使用してデータを規定し、位置合わせした第１の測定データを作り出すように前記第１の測定データを前記データに位置合わせし、位置合わせした第２の測定データを作り出すように前記第２の測定データを前記データと位置合わせし、その後前記位置合わせした第１および第２の測定データを使用して前記構成部品の前記表面の表面プロファイルを生成するように動作可能である、前記測定データを処理する処理手段とを備えることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項３０】
前記処理手段は、基準データおよび測定データが得られた相対配向を測定し、前記相対配向を補償するように前記測定データを変換し、前記測定データを前記基準データに適合させることによって、前記測定データを前記データに位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項２９に記載のデータ処理装置測定器具。
【請求項３１】
前記処理手段は、基準データおよび測定データが得られた相対配向を測定し、前記相対配向を補償するように前記測定データを変換し、最小２乗適合処理を使用して前記測定データを前記基準データに適合させることによって、前記測定データを前記データに位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項２９に記載のデータ処理装置測定器具。
【請求項３２】
前記処理手段は、オペレータが前記測定データを再配向させて前記測定データを前記基準データに視覚的に位置合わせするように、前記基準および測定データをオペレータに示すそれぞれのトレースを表示することによって前記基準データおよび測定データが得られる相対的配向を測定するように動作可能であることを特徴とする請求項３０または３１に記載のデータ処理装置測定器具。
【請求項３３】
前記受信手段は前記構成部品の各配向に基準データを受けるように動作可能であり、前記処理手段は、前記測定データが得られた相対的配向を前記それぞれの基準データから測定することによって、前記相対的配向を補償するように前記測定データを変換することによって、また前記測定データを前記基準データに適合させることによって、前記測定データを前記データに位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項２９に記載のデータ処理装置測定器具。
【請求項３４】
前記受信手段は前記構成部品の各配向に基準データを受けるように動作可能であり、前記処理手段は基準データおよび測定データが得られた相対配向を測定し、前記相対配向を補償するように前記測定データを変換し、最小２乗適合処理を使用して前記測定データを前記基準データに適合させることによって、前記測定データを前記データに位置合わせするように動作可能であることを特徴とする請求項２９に記載のデータ処理装置。
【請求項３５】
前記処理手段は、それぞれのプロファイルを前記表面にわたって異なる測定経路に対して測定させ、前記表面に対する３次元形態および平均２次元プロファイルの少なくとも１つを測定するように動作可能であることを特徴とする請求項２９ないし３４のいずれかに記載のデータ処理装置。
【請求項３６】
前記処理手段は、前記プロファイルまたは３次元寸法形態から予測形態を取り除いて、予測形態からの誤差の表示を提供するように動作可能であることを特徴とする請求項２９ないし３５のいずれかに記載のデータ処理装置。
【請求項３７】
前記支持体は、前記測定器具の支持基部に取り付けられるスタンドと、前記構成部品の配向を変えることが可能であるように前記スタンドに回転可能に取り付けられた支持プラットフォームとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の測定器具で使用される構成部品支持アセンブリ。
【請求項３８】
前記支持プラットフォームは、前記構成部品の前記配向を変えるように手動回転可能または傾斜可能であることを特徴とする請求項３７に記載の構成部品支持アセンブリ。
【請求項３９】
前記支持プラットフォームは支持部材によって前記スタンドに回転可能に取り付けられ、前記支持プラットフォームは、前記支持プラットフォームの表面と垂直な前記構成部品の対称軸で前記構成部品を受けるように構成され、前記支持プラットフォームが支持部材に対して回転可能である軸と一致することを特徴とする請求項３７または３８に記載の構成部品支持アセンブリ。
【請求項４０】
構成部品の表面の表面プロファイルを測定する方法であって、
測定プローブが基準経路内の変化に追従すると、測定プローブの変位を示す基準データを得るように測定プローブを第１の配向に構成部品で基準経路に追従させ、前記測定プローブが前記測定経路の前記第１の部分の変化に追従すると、前記測定プローブの変位を示す第１の測定データを得るように前記測定プローブを第２の配向に前記構成部品で前記表面に沿った測定経路の第１の部分に追従させ、前記測定プローブが前記測定経路の前記第２の部分の変化に追従すると、前記測定プローブの変位を示す第２の測定データを得るように第３の配向に前記構成部品で前記表面に沿った前記測定経路の第２の部分に追従させるために、前記測定プローブと前記構成部品支持体の間の相対的移動を行うステップと、
前記基準データを使用してデータを規定するステップと、
位置合わせした第１の測定データを作り出すように前記第１の測定データを前記データに位置合わせするステップと、
位置合わせした第２の測定データを作り出すように前記第２の測定データを前記データに位置合わせするステップと、
前記位置合わせした第１および第２の測定データを使用して、前記構成部品の前記表面の表面プロファイルを生成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項１に記載の測定器具によって提供されるデータを処理する方法であって、
前記測定プローブを第１の配向に前記構成部品で基準測定経路に追従させることによって得られる基準データと、前記測定プローブを第２の配向に前記構成部品で前記表面に沿って測定経路の第１の部分に追従させることによって得られる第１の測定データと、前記測定プローブを第３の配向に前記構成部品で前記表面に沿った前記測定経路の第２の部分に追従させることによって得られる第２の測定データとを受け、
前記基準データを使用してデータを規定し、
位置合わせした第１の測定データを作り出すように前記第１の測定データを前記データに位置合わせし、
位置合わせした第２の測定データを作り出すように前記第２の測定データを前記データと位置合わせし、
前記位置合わせした第１および第２の測定データを使用して前記構成部品の前記表面の表面プロファイルを生成するデータプロセッサを含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項４０または４１に記載の方法を行うようにプロセッサ手段をプログラミングするためのプログラム指示を担持することを特徴とする信号。
【請求項４３】
請求項２９ないし３６のいずれかに記載のデータ処理装置を設けるように構成されるようにプロセッサ手段をプログラミングするためのプログラム指示を担持することを特徴とする信号。
【請求項４４】
請求項１ないし２９のいずれかに記載の測定器具を設けるように構成されるように、測定器具のプロセッサ手段をプログラミングするためのプログラム指示を担持することを特徴とする信号。
【請求項４５】
請求項４２、４３または４４に記載の信号を記憶することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークまたは構成部品の表面のプロファイルまたは形態（全体の形状）を測定することが可能な測定器具（metrological instrument）に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｔａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎ  Ｌｉｍｉｔｅｄ、Ａｍｅｔｅｋ  Ｉｎｃ．の部門は、表面のプロファイルまたは形態を測定するために機械スタイラスの形の測定プローブを使用するいくつかの表面プロファイルまたは形態測定器具を製造する。これらの器具の多くでは、相対移動が測定経路（従来、「ｘ軸」と示される）に沿ってスタイラスと構成部品との間で行われ、ｚ方向への表面変化がスタイラスを担持するアームを、スタイラスがこれらの表面変化に追従する（follow）と軸周りで旋回または回転させる。測定ゲージ、この場合干渉計ゲージはｚ変位を測定する。
【０００３】
Ｔａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎによって製造された１つのタイプのこのような測定器具は、Ｆｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩ（登録商標）シリーズである。このシリーズの器具は、特に優れた範囲／解像度比を有し、それによってかなりの程度の形態を有する表面上の形態および表面粗さまたは組織の両方の測定を行うことが可能である。これにより、Ｆｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩシリーズの器具の使用が、非球面測定に特に有利になる。
【０００４】
このような測定器具で非球面構成部品を測定する際、表面上の対向する点の間で、また構成部品の回転軸がそれを通して延びる表面上の点を通る測定経路上で測定が行われることが普通であり、それによって円形基部を有する非球面体の場合、測定経路は非球面上の円形基部の直径の突起を示す。この理由で、測定経路は「直径経路」と呼ぶこともできる。
【０００５】
構成部品は普通、回転軸が測定器具のｚ軸に公称上位置合わせされるように位置決めされている。
【０００６】
いくつかの状況では、物理的制限により構成部品の全直径経路を測定することができない可能性もある。これらの制限は例えば、構成部品の寸法が器具の測定エンベロープを超える（例えば、直径は最大測定長さより長い）、または構成部品表面の傾斜の少なくとも一部が大きすぎることである。普通、Ｆｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩ測定器具によって測定することができるｚ平面の最大勾配は約３０°であり、これを超えてスタイラスアームに加えられる応力は大きくなり過ぎ、屈曲を引き起こす可能性がある。測定される表面が窪んだまたは凹状表面である場合、別の物理的制約は測定プローブの寸法である可能性がある。
【０００７】
後者の２つの問題が生じる構成部品の１つのタイプは、小さな非球面レンズ、特にデジタルカメラおよび携帯電話に使用されるレンズ用の金型である。というのは、このようなレンズは１０ミリ未満の領域に基部直径を有することができるからである。表面勾配の問題はまた、このような金型によって製造されるレンズを測定する場合の問題である可能性がある。
【０００８】
勾配の問題はまた、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）レコーダおよびプレーヤなどの光学記憶装置用のレンズの分野において著しく普及してきている。これは、大きなデータ記憶容量に対する需要がより大きくなっているので、ＤＶＤ上にデータを焼き付けるのに使用される光の光学分解能がより高くならなければならないからである。これは、光源の波長を赤外線から青色光まで小さくすることによって達成されている。しかし、青色光を使用するシステムは、より大きな程度の非球面性を備えたレンズが必要である可能性があり、したがって、レンズ表面の少なくとも一部は３０°より大きな勾配を有することができる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５５１７３０７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３４４６５６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態は、プローブと表面の間の相対移動を行うことによってワークの表面の表面プロファイルまたは形を測定するための測定器具を提供し、それによってプローブが追従し、表面形状の変化によって、また表面に追従するときにプローブの変位の測定を判断することによって変位され、表面上で単一の測定経路に沿って測定を行う代わりに、それぞれの測定は対応する測定データセットを得るためにその測定経路の部分上で行われ、これらの測定データセットは、（表面の上の測定経路の別の部分上、構成部品の別の表面上の別の測定経路上、および構成部品が配置された表面の上の別の測定経路上で行われる少なくとも１つの測定によって得られる）基準データセットを使用することによって位置決めまたは位置合わせされ、位置合わせされた測定データセットはその後互いに合わせられる。基準データセットは、互いに合わせられるデータの一部を形成しなくてもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態は、測定経路の一部上で測定を行いその後ワークを再び位置決めし、測定経路の別の部分上で測定を行うことによって表面の形を判断することを可能にする。これにより、表面の形またはプロファイルの測定を、単一の測定経路を使用して測定することが難しい構成部品上で行うことが可能になる。例えば、急勾配を有する表面（上記のレンズ金型またはレンズなど）の場合、構成部品は表面の一端部から表面の一部に沿って測定するために一方向にその光軸周りで傾けるまたは回転させることができ、その後表面のもう一端部から表面の一部に沿って測定するために反対方向に傾けるまたは回転させることができ、それによってプローブに対するこれらの表面部の表面勾配が小さくなり、またこれらの表面部に対するプローブのアクセスが容易になる。この場合、基準データセットにより測定データセットの正確な回転が可能になって、プロファイルを作るように位置合わせすることが可能である。
【００１２】
基準データセットは、測定経路の前記部分の間の測定経路の別の部分上での測定によって得ることができる。例えば上記レンズ金型またはレンズの場合、基準データセットは、光字区を含む測定経路の中心部の上での測定によって得ることができる。普通、測定部の間、および各測定部と中心部の間に重なりがある。
【００１３】
別の可能性としては、基準データセットは構成部品の別の表面上での基準測定経路上で行われる測定によって得ることができる。例えば平面金型表面内のキャビティの形の表面の場合、例えば上に論じたレンズ金型の場合、基準データセットはキャビティの両側の平面金型表面のそれぞれの表面領域上の基準測定経路上で測定を行うことによって得ることができる。別の可能性としては、基準データセットは、構成部品が測定過程中にその上に配置されるガラス平面または他の基準表面の表面領域上の基準測定経路部上で測定を行うことによって得ることができる。この技術は例えば、上に論じたレンズなどのワークの凸状表面の場合に使用することができる。いずれの場合も、これにより基準データセットを得ることが可能となり、測定データセットを得るためにワークの回転または傾斜が基準とすることができ、測定データセットの正確な相対回転がこれらを位置合わせすることを可能にする基線を画定する。
【００１４】
基準データセットの使用により、測定データセットを互いに合わせるまたは合体させて、測定データセットの再配向が異なる部分の測定間のワークまたは構成部品の配向（orientation）の変化を考慮することを可能にすることによって所望の直径トレースを再構築する。これにより、直径トレースが各測定のために異なる配向で構成部品を備えた測定経路の異なる部分上の測定によって得られた事実により生じる測定不確定性の増大が少なくなる、または最小限に抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態を例として、添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
図面を参照すると、記載する測定器具は、測定装置および制御装置を備えている。図１および図２は、測定器具１の測定装置２の極めて模式的なものを示しており、図１は（測定方向と垂直な方向である）ｙ方向をほぼ見ており、図２は（ｘ方向である）測定方向をほぼ見ている。明確にする目的で、図１に示す特定の構成部品は、図２では示されないか、または完全には示されない。逆も同様である。いくつかの構成部品は、同様の理由で図１および図２の極細線によって示される。また、図１および図２は決まった縮尺ではなく、相対寸法は図１および図２では異なるように示されている。
【００１７】
図３ａは、測定器具１の測定装置２および制御装置３の両方の主な機能的構成部品を示すブロック図であり、図３ｂは制御装置３のプログラミングによって提供される測定器具１のデータプロセッサ４の機能的ブロック図を示す。
【００１８】
測定装置２は、作業台６によって支持されるように設計された花崗岩ベース５を有する。ベース５は、垂直またはｚ軸基準データを規定するカラム７を担持する。カラム台車８はカラム７に取り付けられて、カラム７に対してｚ方向に移動可能である。カラム台車８の移動は、電動リードスクリュ、プーリ、または他の駆動装置（図示せず）によって行われる。
【００１９】
カラム台車８は、電動駆動装置（図示せず）により、ｘ方向にカラム台車８に対して移動可能である横断ユニット９を担持する。
【００２０】
横断ユニット９の台車は、この実施形態では、その自由端に測定動作中の検査においてワークまたは構成部品の表面と接触するスタイラス先端１２を有するスタイラス１１を担持する（横断ユニット９内に点線で図１および２に極めて略図的に示した）旋回可能に取り付けられたスタイラスアーム１０からなる測定プローブを担持し、それによって横断ユニット９がｘ方向に移動されると、スタイラスアーム１０が旋回して、スタイラススタイラス先端１２が表面上の測定経路に沿ってｚ方向の変化に追従することが可能になる。
【００２１】
次に図３ａを参照すると、制御装置３は普通はパーソナルコンピュータであり、処理ユニット１３を有する。処理ユニット１３は、バス１３ａを介し、関連データおよびプログラム命令／ソフトウェア記憶装置１４に結合される。装置１４は、ＲＡＭ１５、ＲＯＭ１６、ハードディスクドライブなどの大容量記憶装置１７、およびＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリカード、ＤＶＤまたはフロッピー（登録商標）ディスクなどの取外可能媒体（ＲＭ）１９を受ける少なくとも１つの取外可能媒体ドライブ１８の形である。別の可能性としては、取外可能媒体ドライブ自体は取り外し可能であり、例えば外部ハードディスクドライブであってもよい。
【００２２】
制御装置はまた、ディスプレイ２１、キーボード２２、マウスなどのポインティング装置２３、プリンタ２４、および任意選択で、制御装置３がインターネット、イントラネット、ＷＡＮまたはＬＡＮなどのネットワークを介した他の制御装置またはコンピュータとの有線または無線接続を介して信号Ｓを通信することを可能にするＭＯＤＥＭまたはネットワークカードの少なくとも１つなどの通信装置２５を備えた入出力装置２０に対し、同じまたは異なるバスを介して結合されている。
【００２３】
処理ユニット１３は、
通信装置２５を介して信号Ｓとしてダウンロードされるもの、
ＲＯＭ１６、ＲＡＭ１５、および大容量記憶装置１７のいずれか１つまたは複数内に予め記憶されるもの、
取外可能媒体ドライブ１８によって受けられる取外可能記憶媒体１９から読取られるもの、および
キーボード２２を使用してユーザによって入力されるもの、
の少なくとも１つであるプログラム命令およびデータによってプログラミングされている。
【００２４】
測定装置２は、測定動作に関するデータを制御装置３に通信することを可能にするように、適当なリンク、例えばシリアルリンク３０ａを介して制御装置３の処理ユニット１３と通信するデータ取得および処理ユニット（ＤＡＰＵ）３０を有する。
【００２５】
測定装置２の制御構成部品は、台車８をｚ方向にカラムの上下に駆動させるカラム駆動制御装置３１と、横断ユニット９をｘ方向に駆動させるｘ位置制御装置３２と、スタイラス１１がｘ方向に測定経路に沿って横断ユニット９の移動中に測定される表面に追従するときに、スタイラス先端１２のｚ変位の尺度を提供する干渉計ｚ変位プロバイダ３５とを備えている。普通、干渉計ｚ変位プロバイダ３５は、横断ユニット９内に設けられる。
【００２６】
ｘ方向制御装置３２は、例えば、ｘ位置制御装置３２を提供するモータに取り付けられたシャフトエンコーダであってもよく、またはリニア格子タイプの変換器であってもよいｘ位置プロバイダ３４に取り付けられている。カラムドライブ３１はまた、カラムｚ位置プロバイダ３３（図３ａに極細線で示す）、例えばカラムドライブ３１を提供するモータに取り付けられたシャフトエンコーダに取り付けることができる。またはカラムｚ位置はカラムモータ駆動信号から直接的に開ループの方法で測定することができる。図３ａに示すように、カラムドライブ３１およびｘ位置制御装置３２は、制御装置３からの指示により制御するように制御装置３（リンク１３ｂ、および図示しない適当なインターフェイスを介して）制御装置３に結合されている。これらの少なくとも一部は、ユーザによって供給することができる。
【００２７】
これまで記載した測定器具１は、Ｆｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩシリーズとしてＴａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎによって製造されたタイプの測定器具である。これらの器具は、これまで記載した測定器具をさらに詳述するために言及すべきである（その全内容を参照として本明細書に援用する）主題である（例えば、特許文献１参照）。特に、この測定器具は、「Ｆｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩ  １２４０、非球面測定システム」という題名のＴａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎによって製造されたパンフレットに記載されたＴａｙｌｏｒ  ＨｏｂｓｏｎのＦｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩ  １２４０（登録商標）測定器具に基づいている。このＦｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩシリーズの測定器具は特に、明らかな形態を有する表面の表面形態（と粗さ）を測定するのに特に適している。この主な理由は、干渉計ｚ変位プロバイダ３５は、特許文献１に記載のようにスタイラスアームがこの周りで旋回する軸と一致する曲率半径を有する湾曲した回折格子を使用するということである。これにより、より長い範囲にわたってより正確なｚ変位測定が行われる。
【００２８】
図１から図３ｂに示した測定器具は、ワークをｙ軸方向に傾斜させ、また回転させることを可能にするワークまたは構成部品用の支持アセンブリを備えているという点において、Ｆｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩ  １２４０測定器具と異なる。
【００２９】
図１および図２に示すように、この支持アセンブリ４０は、基部５に締め付けられたあるいは固定されたＬ字形支持スタンド４１を備えている。普通、必ずしもではないが、締付または固定により、スタンドを取り除くことが可能になるおよび／またはその位置を調節することが可能になる。
【００３０】
Ｌ字形支持部材４２（図１に一部のみを示す）は、ｙ軸周りのＬ字形支持部材４２の回転を可能にする軸４３（図２参照）を介してＬ字形支持スタンド４１に結合され、それによってＬ字形支持部材４２の基部４２ａは回転したときにｙ軸周りの円弧を描く。
【００３１】
Ｌ字形支持アーム４２は、Ｌ字形支持アーム４２の基部４２ａと垂直な軸周りの支持プラットフォーム４７の回転を可能にする軸４４を介してＬ字形支持アーム４２の基部４２ａに取り付けられた支持プラットフォーム４７を担持する。図１に示すように、支持アーム４２はｙ軸周りに回転され、それによってプラットフォーム４７はｚ軸に対して角度θで傾斜される。
【００３２】
この例では、Ｌ字形支持部材４２は回転角度θを正確に測定することを可能にするように割り出された、あるいはキャリブレーションされた手動回転可能制御部材４３ａを使用することによって回転される。別の可能性としては、軸周りの回転を電動化することができ、角度θを制御装置３を介して制御することができ、この場合、図３ａの極細線で示すように、測定装置は制御装置３によって制御されるθ位置制御装置３６を備えている。閉ループサーボ装置が必要な場合、θ位置プロバイダ３７（シャフトエンコーダであってもよい）はまた、ＤＡＰＵ３０に角度θを示す信号を供給するように設けられる。
【００３３】
この例では、支持プラットフォーム４７は、回転角度αを正確に測定することができるように割り出された、あるいはキャリブレーションされた手動回転可能制御部材４５を使用することによって回転される。別の可能性としては、軸周りの回転を電動化することができ、角度αを制御装置３を介して制御することができる。そうする場合には、図３ａの極細線で示すように、測定装置は制御装置によって制御されるα位置制御装置３８を備える。閉ループサーボ装置が必要である場合、α位置プロバイダ３９（シャフトエンコーダであってもよい）はまた、角度αを示す信号をＤＡＰＵ３０に供給するために設けられる。
【００３４】
検査においてワークまたは構成部品６０をしっかり保持するためのレセプタクルまたはチャック４６は、支持プラットフォーム４７に取り付けられて、支持プラットフォーム４７で傾斜および回転する。
【００３５】
支持アセンブリ４０により、支持プラットフォーム４７、したがって検査において構成部品６０を傾斜および回転させることが可能となり、そうでなければ大きすぎる勾配（普通は３０度より大きい）を有する測定経路を横切るスタイラス先端１２を、このような測定装置によって測定することが可能になる。したがって、支持アセンブリ４０により、支持プラットフォーム４７（したがって、構成部品６０）を傾斜させることによって表面６１上の測定経路の一端部６１ａから始まる第１の部分を測定することが可能となり、その後、支持プラットフォーム４７（したがって、構成部品６０）を１８０度にわたって回転させることによって表面６１上の測定経路の他端部６１ｂから始まる第２の部分を測定することが可能になる。これにより、表面への容易なアクセスが可能になり、各部分に対して、表面勾配が測定器具の動作パラメータを超えないことが保証される。
【００３６】
制御装置３は、通常はＦｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩシリーズの測定器具に提供されたソフトウェアを備えている。加えて、制御装置３は（上記の経路のいずれか１つまたは複数を介して）プログラム命令およびデータ、例えばソフトウェアルーチンまたはモジュールを備えている。これらは普通、大容量記憶装置１７またはＲＯＭ１６内に記憶される。実行する場合、これらのプログラム指示は、測定経路のプロファイルを測定経路の異なる部分に対して得られる独立して位置合わせされた測定データセットを組み合わせることによって測定することが可能になる、図３ｂに示すデータプロセッサ５０を提供するように処理ユニット１３をプログラミングする。
【００３７】
図３ｂに示すように、データプロセッサ５０は、測定器具２からデータを受けるデータ受信機５１と、データを記憶するデータ記憶装置５２と、雑音および他の望ましくない変化をなくすよう、受信したデータをフィルタリングするデータ予備調整機５３と、データセット全体を別のデータセットに対して回転または平行移動させることを可能にするデータ変換器５４と、この例では、最小２乗適合処理を使用して１つのデータセットを別のものに位置合わせするデータ位置合わせ装置５５と、単一の連続データセットを形成するように２セットのデータを互いに合わせるまたは融合させるデータ融合装置５６とを提供する。データプロセッサ５０はまた、キーボード２２またはポインティング装置２３からのユーザ入力を受信するユーザ入力受信機５７と、ディスプレイ２１、プリンタ２４、および、ある場合は、通信装置２５の少なくとも１つに出力データを提供する出力プロバイダ５８とを提供する。データプロセッサ５０はまた、データプロセッサの動作全体を制御する制御装置５９を提供する。
【００３８】
データ変換装置５４は、（設けられている場合はそれぞれの位置プロバイダ３７および３９によって測定される、またはユーザによって入力される）θおよびα角度を示すデータ、およびＤＡＰＵによってログ記録されたｘ位置データに従ってデータセットの自動回転および平行移動を可能にする。しかし、この例では、データ変換装置５４は計算装置によって行われるグラフィック処理と合わせて動作して（または、このようなグラフィック処理を組み込んで）、データセットをポインティング装置２３またはキーボード２２を使用してオペレータによってスクリーン上で平行移動または回転させることが可能になる。
【００３９】
本発明を利用する方法の実施例を次に、検査における構成部品またはワークが、例えば、デジタルカメラ、移動電話（携帯電話）カメラ、またはＤＶＤレコーダで使用される非球面レンズ用の非球面レンズ金型、すなわち極めて小さい（普通は、１０ミリ未満の）非球面レンズ用金型である場合、また検査における構成部品またはワークが非球面レンズ自体である場合の例で記載する。しかし、構成部品またはワークはその形態が測定されるあらゆる構成部品またはワークであってもよいが、測定器具は表面の勾配を許容可能なパラメータ内であるように、または凹状のまたは窪んだ表面へのアクセスを容易にするように傾斜させる必要がある場合の使用に特に有利であることを理解されたい。
【００４０】
非球面レンズ金型の表面にわたって測定経路のプロファイルを測定する第１の方法を、データプロセッサ５０によって行われる処理を示すフローチャートである図４、および測定動作中のそれぞれ異なる測定処理に対するレンズ金型６０の配向を示す略図を示す図５ａから図５ｃを参照して説明する。図５ａから図５ｃの黒点Ｄは、単に、この回転対象体の回転の事実を図中で明らかにすることができるように金型の一方側で特定するために設けられている。
【００４１】
支持アセンブリ４０は既に、基部５上に正確に位置決めしたと仮定する。したがって、構成部品またはワーク６０を支持プラットフォーム４７上で位置合わせするように、最初に標準的なクレスト処理（ｃｒｅｓｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を含むセットアップ処理が行われる。これは、支持プラットフォーム４７が傾斜していない（すなわち、θがゼロである）状態で（レンズ金型の対称軸である）測定経路上の最も低い点を見つけ、その後、調節ねじなどを使用してプラットフォーム４７上のチャック４６の位置（または、チャック内の構成部品６０の位置）を調節し、それによって支持プラットフォーム４７の回転軸７０（図５ａ〜図５ｃ参照）がレンズ金型６０の光軸と一致する必要がある。セットアップ処理はまた、オペレータが金型にわたって測定経路６１の端点を測定器具に特定する必要がある可能性がある。窪んだ金型表面へのアクセスが難しい場合、セットアップ処理は、金型表面と同じ寸法および形態を有するが、凹状ではなく凸状であるセットアップ構成部品を使用して行うことができる。
【００４２】
セットアップ処理が完了すると、支持プラットフォーム４７の静止レベルで（すなわち、図５ａに示すようにレンズ金型６０で）、オペレータは（キーボード２２および／またはポインティング装置２３を介して）測定器具の制御装置に指示して、基準測定処理を測定経路６１の中心基準部６１ｃ上で行わせる。基準部６１ｃは、構成部品６０の基準軸、この場合、レンズ金型の光軸７０を備えるように選択される。横断ユニット９がスタイラス先端１２を中心部６１ｃの上で移動させると、干渉計ｚ変位プロバイダ３５は、スタイラス先端１２のｚ変位の変化を基準部６１ｃに沿ってｘで示す基準部をＤＡＰＵ３０に提供する。
【００４３】
図４のＳ１では、データプロセッサ５０のデータ受信機５１はＤＡＰＵ３０から基準部データを受ける。制御装置５９は、このデータをデータ記憶装置５２によって記憶させ、それによって、基準測定処理の最後に、データ記録装置５２は基準部上の測定を示す基準データセットを記憶する。制御装置５９はその後、出力プロバイダ５８に、基準測定が完了したことをディスプレイを介してユーザに助言させる。
【００４４】
この例では、オペレータはその後、制御部材４３ａを使用して、図５ｂに示す配向へと、横断ユニット９に向かいｙ方向に（すなわち、図２の紙面の平面内に）角度θを通して（この例では、４０°であるが、実際の角度は測定される構成部品の経路、およびスタイラスが横断することが可能である勾配に左右される）支持プラットフォーム４７を手動で傾斜させる。オペレータはその後、（キーボード２２および／またはポインティング装置２３を介して）測定器具１の制御装置に指示して、第１の測定処理を軸７０のちょうど左から始まり測定経路の一縁部６１ａ（この例では、レンズ形状表面と金型の結合表面または「ウィング」６２ａの間の交点）のちょうど下までの測定経路６１の第１の測定部６１ｄの上で行わせ、それによって第１の測定部６１ｄは基準部６１ｃの最も近い端部と重なる。横断ユニット９がスタイラス先端１２を第１の測定部の上で移動させると、干渉計ｚ変位プロバイダ３５は、スタイラス先端１２のｚ変位の変化を第１の測定部６１ｄに沿ってｘで示す第１の測定部データをＤＡＰＵ３０に提供する。Ｓ２では、データプロセッサ５０のデータ受信機５１はＤＡＰＵ３０から第１の測定部データを受け、制御装置５９はこのデータをデータ記憶装置５２によって記憶させる。第１の測定処理の最後に、データ記憶装置５２は第１の測定部上の測定を示す第１の測定部データセットを記憶する。
【００４５】
制御装置５９はその後、出力プロバイダ５８に、第１の測定部の測定が完了したことをディスプレイを介してユーザに助言させる。
【００４６】
この例では、オペレータはその後、制御部材４３ａを使用して、図５ｃに示す配向へと、１８０度の角度αを通して支持プラットフォーム４７を手動で回転させる。オペレータはその後、（キーボード２２および／またはポインティング装置２３を介して）測定器具１の制御装置に指示して、第２の測定処理を軸７０のちょうど右（回転により、図５ｃでは左）から始まり測定経路６１のもう一縁部６１ｂ（この例では、レンズ形状表面と金型の結合表面または「ウィング」６２ｂの間の交点）のちょうど下まで延びている測定経路６１の第２の測定部６１ｅで行わせ、それによって第２の測定部６１ｅは基準部６１ｃの最も近い端部と重なる。横断ユニット９がスタイラス先端１２を第２の測定部６１ｅの上で移動させると、干渉計ｚ変位プロバイダ３５は、スタイラス先端のｚ変位の変化を第２の測定部６１ｅに沿ってｘで示す第２の測定部データをＤＡＰＵ３０に提供する。
【００４７】
Ｓ３では、データプロセッサ５０のデータ受信機５１はＤＡＰＵ３０から第２の測定部データを受け、制御装置５９はこのデータをデータ記憶装置５２によって記憶させる。第２の測定処理の最後に、データ記憶装置５２は第２の測定部６１ｅ上の測定を示す第２の測定部データセットを記憶する。制御装置５９はその後、出力プロバイダ５８に、第２の測定部の測定が完了したことをディスプレイを介してユーザに助言させる。
【００４８】
図５ａ〜図５ｃから分かるように、第１および第２の測定経路部は、基準経路だけでなく、互いにも重なる。
【００４９】
制御装置５９が、３つの測定データセットが得られ記憶されたと判断すると、制御装置５９はデータ予備調整機５３に指示して、例えば、環境条件または汚染による雑音または変化を取り除くようにフィルタリングすることによって、Ｓ４でデータを予備調整することができる。この実施形態では、交互シーケンスボールフィルタは、以下に説明するデータ適合処理の前に非球面性を抑圧するのに使用される。そのように記載されるように、フィルタはデータプロセッサによって実施されるソフトウェアフィルタである。しかし、フィルタは、データが制御装置、この場合、図３ｂに示すデータ予備調整機に供給される前にＤＡＰＵ３０内のハードウェアで実施することができ、図４の処理Ｓ４は省略する。
【００５０】
この例では、データ受信機または取得機は、特に、Ｆｏｒｍ  Ｔａｌｙｓｕｒｆ  ＰＧＩシリーズの器具で使用するμＬＴＲＡ（登録商標）の名前でＴａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎによって供給されるグラフィックパッケージによって提供される。
【００５１】
データプロセッサ５０は、ｘ位置プロバイダ３４によって記録されたｘデータに対してプロットされた干渉計ｚ変位プロバイダ３５によって提供されるｚデータを示す図式的トレースとしてディスプレイ２１上に測定したデータセットを表示することを可能にするグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）を提供する。この例では、基準データセットの図式的トレースは「データトレース」と呼ばれ、第１の測定部のデータセットによって提供されるトレースは「ＲＨＳトレース」と呼ばれ、ＲＨＳは右手側を表す、第２の測定部のデータセットによって提供されるトレースは「ＬＨＳトレース」と呼ばれ、ＬＨＳは左手側を表す。
【００５２】
実際２つ以上の異なるトレースが表示される場合、データプロセッサ５０は異なる色を使用してこれらを表示する。これは、実線、鎖線、および点線を使用することによって添付の図面に示されている。
【００５３】
この例では、オペレータはキーボード２２および／またはポインティング装置２４を使用して、基準データセットのプロファイルであるデータトレースを最初に表示するようにグラフィカルユーザインターフェイスを介して制御装置５９に指示する。データプロセッサ５０のユーザ入力受信機５７がこのような指示を受けると、制御装置５９は出力プロバイダ５８に基準データセットをデータトレースとして表示させる。図６は、データトレース８１を示す表示画面（または、表示画面内のウィンドウ）８０を示している。
【００５４】
オペレータはその後、キーボード２２および／またはポインティング装置２４を使用して、データトレースと共にＲＨＳトレースとして第１の測定部データを表示するようにグラフィカルユーザインターフェイスを介してデータプロセッサ５０に指示する。図７ａは、データトレース８１（鎖線で示す）と共にＲＨＳトレース８３（実線で示す）を示す表示画面（または、表示画面内のウィンドウ）８２を示している。
【００５５】
データプロセッサ５０のグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）は、グラフィックパッケージでよく知られているように、選択した表示対象物の鏡面反射（反射）、回転および平行移動、この場合図式的に示したトレースを可能にするユーザ動作可能制御を提供する。
【００５６】
オペレータは、ＲＨＳトレースを選択し、さらにユーザ動作可能制御を使用して、ｘおよびｚ方向にトレースを平行移動させ、および軸周りのトレースを（表示画面に垂直である）ｙ方向に回転させることでＲＨＳトレース全体を単体として移動および／または回転させてデータトレースとほぼ位置合わせるようにすることによって、目によりＲＨＳトレースをデータトレースに大まかに位置合わせする。したがって、図式的表示により、最初の粗位置合わせを目で行うことが可能になる。
【００５７】
図７ｂは、データトレース８１（ｚ軸寸法の変化により、データトレースは図７ｂと異なって見えることを理解する）と共に変換したＲＨＳトレース８３′を示す表示画面（または、表示画面内のウィンドウ）８４を示している。これにより、制御装置５９に、データ変換器５４に指示して、オペレータによるＲＨＳトレースの変換にしたがって第１の測定部データセットを変換するように（図４のＳ５）第１の測定部データセット上の変換を行わせる。データ記憶装置５２は、変換した第１の測定部データセットを記憶する。
【００５８】
オペレータはその後、制御装置５９に指示して、データ位置合わせ装置５５に変換したＲＨＳトレース８３′をデータトレース８１に位置合わせさせる、すなわち記憶した変換された第１の測定データセットを基準データセットに位置合わせさせる。したがって、図４のＳ６では、データ位置合わせ装置５５は、ＲＨＳトレースがデータトレースと位置合わせされたと考えられる点である、最小２乗誤差が最小になるまでＲＨＳトレースの回転およびｘおよびｚ位置を調節する最小２乗適合処理などの知られている位置合わせ処理を使用する。図８は、データトレース８１に位置合わせされた変換したＲＨＳトレース８３”を示す表示画面（または、表示画面内のウィンドウ）８５を示している。図８の点線８６は、位置合わされた変換したＲＨＳトレース８３”とデータトレース８１の間の違いを示しており、また２つのトレースの重なりの範囲を示している。制御装置は、データ記憶装置５２に変換および位置合わせした第１の測定データセットを記憶させる。
【００５９】
オペレータはその後、グラフィカルユーザインターフェイスを介しデータプロセッサ５０に指示して、データトレースと共にＬＨＳトレースとして第２の測定部データを表示させる。オペレータはその後、最初にＬＨＳトレースを鏡面反射または反射させるようにＧＵＩのユーザ動作可能制御を使用する。オペレータはその後、ＲＨＳトレースで上に説明した方法で、鏡面反射させたＬＨＳトレースを目によってデータトレースに大まかに位置合わせする。これにより、制御装置５９が図４のＳ７でデータ変換器５４に指示して、オペレータによってＬＨＳトレースの反射および変換にしたがって第２の測定部データセットを反射および変換させる。図９は、オペレータによってデータトレース８１に大まかに位置合わせされた反射または鏡面反射させたＬＨＳトレース８８を示す表示画面（または、表示画面内のウィンドウ）８７を示している。制御装置５９は、データ記憶装置５２に、反射および変換された第２の測定データセットを記憶させる。
【００６０】
オペレータはその後、制御装置５９に指示して、データ位置合わせ装置５５に反射および変換したＬＨＳトレース８８をデータトレース８１に位置合わせさせる。すなわち記憶した反射および変換した第２の測定データセットを基準データセットに位置合わせさせる。従って、図４のＳ８ではデータ位置合わせ装置５５は、反射および変換したＬＨＳトレース８８をデータトレース８１に位置合わせするように、Ｓ６に関して上に論じた位置合わせ処理を使用する。図１０は、データトレース８１に位置合わせされた反射、変換および位置合わせしたＬＨＳトレース８８”を示す表示画面（または、表示画面内のウィンドウ）８９を示している。図１０の点線９０は、反射、変換および位置合わせしたＬＨＳトレース８８”とデータトレース８１の間の違いを示しており、また２つのトレースの重なりの範囲を示している。制御装置は、データ記憶装置５２に反射、変換および位置合わせした第２の測定データセットを記憶させる。
【００６１】
ＲＨＳおよびＬＨＳトレース（すなわち、第１および第２のデータセット）は従って、データトレース（すなわち、基準データセット）に独立して位置合わせされている。この例では、基準データセットは、プロファイルを作るのに必要な残りの処理では使用しない。
【００６２】
ＬＨＳトレースがデータトレースに位置合わせされると、Ｓ９では、制御装置５９からの指示により、出力プロバイダ５８は位置合わせおよび変換したＲＨＳトレース８３”、および位置合わせ、反射および変換したＬＨＳトレース８８”を表示する。図１１は、これらの２つの位置合わせしたトレース８３”および８８”（ＬＨＳトレース８８”は鎖線で示されている）を表示する表示画面９２を示している。
【００６３】
制御装置５９はその後、Ｓ１０でデータ融合装置５６に位置合わせした第１および第２のデータセットの重なり領域を合わせさせる。２つのデータセットを合わせるいくつかの方法がある。一実施例では、プロファイルを示す最終データセットは変更することなく重なり領域内で両方の測定データセットからの点を含み、それによって左からプロファイルの中心を横断し、データ点はＬＨＳおよびＲＨＳトレースから交互に来る。最終データセット内のデータ点の合計数は、両方のデータセット内のデータ点の合計と等しい。別の方法は、重なり領域内の点をデータの加重平均に基づく推定値と置換することである。これにより、最終データセット内の点の数が少なくなり、単純な融合技術によって生じる中心領域内の明らかな「雑音」のいくつかを取り除く。
【００６４】
構成部品の物理的パラメータ、例えば、粗さパラメータＲａまたはピークから谷までのプロファイル高さＲｔは融合したプロファイルより判断することができる。このようなパラメータは、測定パラメータを構成部品に対する公称製造値と比較するために、品質保証処理で使用することができる。
【００６５】
非球面構成部品のプロファイルは普通、多項式によって示される。例えば、上記μＬＴＲＡ（登録商標）ソフトウェアパッケージを使用して予測多項式形を取り除くことによって測定プロファイルと予測多項式プロファイルの間の誤差を測定することが可能である。図１２は、このような形取除き処理の結果を示す表示画面９５を示している。図１２から、構成部品の直径プロファイルの大部分にわたって、この例ではｘ方向で１．０から２．４ｍｍの間で、誤差は小さいことがわかる。より大きな誤差が、普通は非球面状構成部品を製造するのに使用される旋回処理の結果物（artefect）である構成部品の周面に向かって存在する。この処理の追加的な結果物は、普通は旋回処理の中心の位置に存在する中心非均一性である。このような非均一性は、図１２のｘ＝１．７ｍｍで僅かに大きい誤差によって分かる。
【００６６】
上記技術の有効性を示すためには、本発明を利用した方法、および測定データセットのみを使用する、すなわち基準データセットまたはデータトレースを使用することのない方法が、単一の連続測定経路を使用する方法と比較されている。
【００６７】
図１３は、非球面形態を取り除いた後に、上記方法によって得られるプロファイル１００ａ、および上記測定器具を使用して単一の連続測定を行うことを可能にする非球面状構成部品上の単一の連続測定経路を使用した方法によって得られるプロファイル１００ｂを拡大寸法で示す表示画面１００を示している。これから分かるように、これらの２つのトレースの間には非常に小さな違いしかない。
【００６８】
図１４から図１８は、比較する目的で、第１および第２の測定データセットが上記のように得られるが、基準データセットは得られない方法を示す表示画面１０１から１０５を示している。
【００６９】
図１４は、公称角度を通してフィルタリングおよび回転されるＲＨＳトレース１１０を示す表示画面１０１を示している。図１５の図示する表示画面１０２は、ＲＨＳトレース１１０に目で大まかに位置合わせしたＬＨＳトレース１１１を示している（鎖線で示す）。図１６は、位置合わせがこれに基づくデータの範囲を示す点線１１３でデータ位置合わせ装置５５の動作により生じるプロファイル１１２を示す表示画面１０３を示している。これは、本発明を利用した方法のものより明らかに短い。
【００７０】
図１７は、拡大寸法で、非球面形状を取り除いたトレースに、図１４から図１６によって示される方法によって、すなわち基準データセットを使用することなく得られるプロファイル１０４ａ、および非球面形状を取り除いた後に、単一の連続測定を上記測定器具を使用して行うことを可能にした非球面状構成部品上の単一の連続測定経路を使用した方法によって得られるプロファイル１０４ｂを示す表示画面１０４を示している。これから分かるように、これらの２つのトレースの間には明らかな違いがある。
【００７１】
図１８は、本発明を利用した方法を使用して得られるプロファイル１０７、および比較方法により得られるプロファイル１０６により得られる誤差を示す表示画面１０５を示し、比較方法によるプロファイル１０６の誤差は本発明を利用した方法によるものよりはるかに大きく、またその傾向は認知された形態誤差につながる光軸からの距離でより急速に増加することを示している。
【００７２】
図１から図１３を参照して上に記載した方法は、基準データセットまたはデータトレースを使用しない、図１４から図１６によって示された方法を参照して記載された方法よりも、単一の測定経路を使用して得られる結果にはるかに近い適合を与える。加えて、２つのトレース測定に関連する誤差の全体の大きさははるかに大きい。
【００７３】
２つおよび３つのトレース測定間の誤差の違いは基本的に、トレースを位置合わせすることができる精度によるものである。（アクセスおよび／または表面勾配の問題により、基準軸のそれぞれ両側までより小さな距離だけ延びることができる）２つのトレースだけでは、トレースの間の重なりの程度は小さく、重なり領域内にほぼ同じデータを生じさせる、２つのトレースの間のより大きな範囲の相対位置があることを意味する。このような範囲の配向は誤差を生じる。というのは、どの配向が正しいか判断することができないからである。逆に、データトレースを使用することによって、構成部品の基準軸にわたって連続測定を得ることが可能であり、これとＲＨＳまたはＬＨＳトレースの間の重なり領域をはるかに大きくすることが可能になる。その結果、例えばＬＨＳおよびＲＨＳトレースの相対配向内の誤差を必然的に小さくする適合アルゴリズムに供給されるより多くの制約がある。
【００７４】
上記方法では、基準データは中心測定トレースによって与えられる。本発明を利用した別の方法では、基準データは、中心測定トレースの代わりに、レンズ金型表面６１を結合させる平面金型表面（「ウィング」または「フラット」）６２ａおよび６２ｂ（図５ａから図５ｂ）上で行われる測定によって与えられる。２つのフラット６２ａおよび６２ｂは、製造許容範囲内で、非球面形の配向に関する基準データを提供するのに使用することができる平行な平面を形成する。
【００７５】
この方法では、基準データセットは、データ（図５ａに点線で示す基準経路６１ｆ）を提供するように、図５ａに示す非傾斜位置の金型でフラット６２ａおよび６２ｂ上のそれぞれの基準経路６１ｆ（図５ａに点線で示す）上で測定を行うことによって得られる。第１および第２の測定経路はその後、それぞれ図５ｂおよび図５ｃの点線６１ｆおよび６１ｇによって示すように、それぞれ隣接するフラット６２ａおよび６２ｂの上に延びるように制御される。第１の測定データセットはその後、データのフラット部をデータの対応する部に位置合わせするように回転および平行移動される。第２の測定データセットはその後、データのフラット部をデータの対応する部と位置合わせするように、鏡面反射、回転および平行移動させる。これを行うことによって、第１の測定データセットのフラット部と第２の測定データセットのフラット部の間で定められた角度は、データの２つのフラット部間で定められた角度と等しい。測定データセットはその後、最小２乗位置合わせによって測定されるように、重なり領域内で最良の適合を提供するようにｘおよびｚで平行移動される。
【００７６】
上記の実施例では、構成部品は測定される凹状表面を有していた。図１９ａから図１９ｃは、デジタルカメラ、携帯電話、またはＤＶＤレコーダなどの光学記憶装置で使用することができる非球面状レンズなどの構成部品６００の凸状非球面状表面６１０に対する、図５ａから図５ｃに等しい図を示している。図４から図１３を参照して上に記載した方法は、この構成部品上で使用することができ、この場合、第１および第２の測定経路部、および基準経路部はそれぞれ線６１０ｄ、６１０ｅおよび６１０ｃによって図１９ａに示されている。上記第２の方法はまた、図１９ａから図１９ｃに示すように、構成部品がチャック内でガラスフラット７００上にしっかり取り付けられる場合に使用することができる。この場合、構成部品を結合させるガラスフラットの部分７１０ａおよび７１０ｂは金型のウィングまたはフラットの代わりをし、基準経路点線６１０ｆによって示され、第１および第２の測定経路は図１９ａから図１９ｃの点線６１０ｇおよび６１０ｈによって示されている。黒点Ｄはまた、回転を目視できるように設けられている。
【００７７】
データ位置合わせ装置５５によって使用される位置合わせ処理は十分に影響力があり、前の粗位置合わせが必要ないほど十分迅速に集まることができることを理解されたい。
【００７８】
上記方法のいずれかでは、構成部品の完全な３次元表面地形は、構成部品の光軸周りのαの異なる角度で一連の直径プロファイルを測定することによって、すなわちα＝０＋ｎおよびα＝１８０＋ｎでの測定で第１および第２の測定データセットの対を得ることによって得ることができ、ｎは対の間の所定の角度増分だけ大きくなる。形態はその後、２次元プロファイルから形成される「枠組み」によって、または測定したプロファイル間の挿入によって連続３次元形態として示すことができる。別の可能性としては、または加えて、ワークが回転対称である場合、異なる測定プロファイルを平均化することができる。
【００７９】
上記のように、支持アームの傾斜、およびプラットフォームの回転を自動化することができる。加えて、ユーザによって与えられる傾斜および回転角度（または、存在する場合、θおよびα位置プロバイダ３７および３９によって与えられるデータ）、およびｘ位置プロバイダ３４によって与えられるｘデータを使用して、ユーザによって行われるように上記粗位置合わせ処理を自動化することも可能である。そうである場合、上記表示画面の多くは、必ずしもオペレータに対して表示される必要はない。
【００８０】
干渉計ｚ変位プロバイダ３５は、誘導ゲージ（例えば、ＬＶＤＴ）などのあらゆる他の適切な形の変換器と代えることができる。同様に、ｘ位置プロバイダ３４は必ずしも格子である必要はないが、干渉計などのあらゆる他の適切な形の変換器である可能性もある。
【００８１】
本発明を利用した方法は、スタイラスアームがｚ方向に延び、それによって表面に追従する場合に旋回するのではなくその長さに平行に移動する場合に適用することができる（例えば、特許文献２参照）。上記測定技術は、表面プローブが表面を判断するまたはこれにしたがう方法と関係なく適用することができる。プローブは、表面と接触してもしなくともよく、例えば、プローブは原子間力プローブであってもよい。また、本発明は、ｘおよびｚの独立した測定を、ｚ内の変化をｘでログ記録するのではなく表面形態を測定するのに使用される、座標測定タイプ機械に適用することができる。
【００８２】
本発明は、円環状構成部品および回折構成部品を含むあらゆる非球面状構成部品に適用することができる。加えて、本発明は回転対称の構成部品に限るものではない。
【００８３】
上に記載するように、構成部品は第２のセットの測定を行う前に回転される。横断ユニットがｘ方向の前進および逆転経路の両方に沿って測定を行うことができる場合、回転させるのではなく、単に構成部品を他の方向に傾斜させることが可能である。この場合、支持プラットフォームは必ずしも回転可能である必要はない。
【００８４】
本発明は、あらゆる構成部品の形の測定に適用することができるが、上に記載したように、測定される表面の勾配の少なくとも一部、または表面へのアクセスの問題のいずれかが測定経路を部分に分割することが望ましい場合に特に有利である。また、測定経路が３つ以上の部分に分割される場合に本発明を適応させることが可能であり、図４から図１３を参照して記載した方法の場合、それぞれの基準データセットは互いに合わせられる測定データセットの各対に対して得られる。例えば、３つ以上のトレースの加重組合せを使用することもできる。
【００８５】
上に記載したように、第１および第２の測定経路が重なる。本発明は、第１および第２の経路が単に当接するが、互いに重ならない場合に、さらにおそらく第１と第２の測定経路の間に間隙がある場合に適用することができる。後者の場合、図４から図１４を参照して説明する方法が使用される場合、基準経路部自体の測定結果を使用して、構成部品の表面プロファイルの一部を形成することができる。このような場合、データ融合装置５６はまた、失われたデータを埋める多項式適合処理を使用することによって連続プロファイルを生成することが可能である。この技術はまた、表面が連続しており中断されていない構成部品ではなく、その形態内の孔などの中断を有する構成部品に適用可能である。
【００８６】
検査における構成部品が極めて小さい、特に凹状プロファイルを備えている場合、凸状プロワイルを備えた別個の構成部品を代わりに使用することによってキャリブレーションを行うことも可能である。検査構成部品はその後、キャリブレーション中に使用される構成部品の位置に配置することができる。別の方法では、より大きな凹状プロファイルを備えた別個の構成部品を使用することができる。第３の代替形態として、支持アセンブリは、キャリブレーションを行う必要を避ける精密位置合わせ用具を備えることができる。
【００８７】
制御装置３および測定器具２は、必ずしも物理的に共に配置されている必要はないが、遠隔通信リンクによって、例えばネットワークを介して結合させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明を利用した測定器具の測定装置の、測定方向と垂直な方向で見た極めて模式的な図である。
【図２】図１に示す測定装置の、測定方向で見た、極めて模式的な図である。
【図３ａ】本発明を利用した測定器具の主な制御構成部品を示す機能ブロック図である。
【図３ｂ】測定器具の制御装置をプログラミングすることによって提供される測定器具のデータプロセッサの機能ブロック図である。
【図４】図１から図３ｂに示す測定器具を使用してワークの形態を判断するように、本発明を利用した方法でデータプロセッサによって行われるステップを例示するフローチャートである。
【図５ａ】測定動作中のレンズ金型の形のワークの配向を示す略図で、基準データセットを得るための、測定経路の中心部の測定中の配向を示す図である。
【図５ｂ】測定動作中のレンズ金型の形のワークの配向を示す略図で、第１の部分測定データセットを得るための、測定経路の一端部で第１の部分の測定中の配向を示す図である。
【図５ｃ】測定動作中のレンズ金型の形のワークの配向を示す略図で、第２の部分測定データセットを得るための、測定経路のもう一端部で第２の部分の測定中の配向を示す図である。
【図６】本発明を利用する方法中に作り出された基準データセットを示す基準またはデータトレースを示す表示画面の図である。
【図７ａ】基準データトレースを点線で示した、図５ｂの第１の部分の測定によって作り出された第１の部分の測定データセットを示す第１の測定トレースを示す表示画面の図である。
【図７ｂ】基準トレースに対する第１の測定トレースのおおよその位置合わせ後に、（基準データトレースを点線で示した）第１の測定トレースおよび基準トレースを示す表示画面を示す図である。
【図８】基準トレースに対する第１の測定トレースの最小２乗適合による位置合わせ後に、（基準またはデータトレースを点線で示した）第１の測定トレースおよび基準トレースを示す表示画面を示す図である。
【図９】基準トレースに対する第２の測定トレースのおおよその位置合わせ後に、（基準トレースを点線で示した）図５ｃの第２の部分の測定によって作り出された第２の測定データセットを示す第２の測定トレースを示す表示画面の図である。
【図１０】基準トレースに対する第２の測定トレースの最小２乗適合後に、（基準データトレースを点線で示した）第２の測定トレースおよび基準トレースを示す表示画面の図である。
【図１１】基準トレースに対するそれぞれ別の位置合わせ後に、第１および第２の測定トレースを互いに合わせることによって作り出される直径プロファイルを示す表示画面の図である。
【図１２】本発明を利用する方法を使用して得られるプロファイルから予測表面を取り除く効果を示すトレースを示す表示画面の図である。
【図１３】基部非球面形態を取り除いた後に、本発明を利用した方法、および単一の連続測定経路を使用した方法を使用して得られるプロファイルの比較を示す図である。
【図１４】基準データセットが使用されていない比較方法で、図５ｂの第１の部分の測定によって作り出された測定データセットを示す第１の測定トレースを示す表示画面の図である。
【図１５】比較方法で第１の測定トレースとの第２の測定トレースの位置合わせを示す表示画面を示す図である。
【図１６】比較方法での位置合わせ後に、第１および第２の測定トレースを互いに合わせることによって作り出されるプロファイルを示す表示画面の図である。
【図１７】基部非球面形態を取り除いた後の、単一の連続測定経路を使用する方法、および比較方法を使用して得られるプロファイルを示す表示画面の図である。
【図１８】本発明を利用する方法、および比較方法を使用して得られるプロファイルによる誤差を示す表示画面の図である。
【図１９ａ】本発明を利用する方法中の、レンズの形のワークの配向を示す略図で、基準データセットを得るために、測定経路の中心部の測定中の配向を示す図である。
【図１９ｂ】本発明を利用する方法中の、レンズの形のワークの配向を示す略図で、第１の測定データセットを得るために、測定経路の一端部での第１の測定部の測定中の配向を示す図である。
【図１９ｃ】本発明を利用する方法中の、レンズの形のワークの配向を示す略図で、第２の測定データセットを得るために、測定経路のもう一端部での第２の測定部の測定中の配向を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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