(57)【要約】【課題】表面形状測定時、洗浄で温度が下がった被測定物の表面温度がもとに戻るのを待つ際、不要に長い待ち時間を要さず、且つ安定した精度で被測定物の表面形状を測定することができる形状測定方法などを提供する。【解決手段】被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した前記触針子の軌跡を記録して形状を測定する形状測定方法において、被測定物を洗浄し（Ｓ１）、その被測定物を治具に設置し（Ｓ２）、放射型温度計で表面温度を測定する（Ｓ３）。このとき、表示装置に表示された表面温度が所定の温度範囲に収まるまで触針の動作を停止させたままにしておき、その温度が所定の温度範囲に収まり変動しなくなったのを確認すると（Ｓ４でＹｅｓ）、コンピュータを操作し、コンピュータの制御により触針を水平移動させ、表面形状を測定する（Ｓ５）構成にした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した前記触針子の軌跡を記録して形状を測定する形状測定方法において、被測定面の表面温度を測定して、その表面温度が所定の範囲に入ったことを確認させた後に測定を開始することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した前記触針子の軌跡を記録して形状を測定する形状測定方法において、被測定面とその裏面の表面温度を測定して、測定した２つの表面温度の温度差が所定の範囲に入ったことを確認させた後に測定を開始することを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の形状測定方法において、前記所定の温度範囲に入るまで触針子の動作を停止状態にしておくことを特徴とする形状測定方法。
【請求項４】
被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した前記触針子の軌跡を記録して形状を測定する形状測定装置において、被測定面の表面温度を測定する温度測定手段を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の形状測定装置において、前記温度測定手段により測定された表面温度を表示する温度表示手段を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の形状測定装置において、前記温度測定手段により測定された表面温度が所定の範囲に入っているか否かを表示する温度状態表示手段を備えたことを特徴する形状測定装置。
【請求項７】
請求項４記載の形状測定装置において、前記温度測定手段である第１の温度測定手段のほかに、被測定面の裏面の表面温度を測定する第２の温度測定手段を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項８】
請求項７記載の形状測定装置において、前記第１の温度測定手段と第２の温度測定手段により測定された表面温度の温度差が所定の範囲に入っているか否かを表示する温度差表示手段を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の形状測定装置において、前記第１の温度測定手段と第２の温度測定手段により測定された表面温度の温度差が所定の範囲に入るまで触針子の動作を停止状態にしておく構成にしたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項１０】
請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の形状測定装置において、前記温度測定手段、第１の温度測定手段、または第２の温度測定手段が、非接触状態で表面温度を測定する非接触温度測定手段であることを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック光学素子のレンズ面形状など、各種物体の面形状を測定する触針式の形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズやミラーなど光学素子のうち、特に非球面形状を測定する形状測定装置としては、従来より一般に、触針式の形状測定装置が用いられている。触針子を被測定物の表面に接触させた状態で水平方向に移動させたときの触針子の軌跡（上下方向の変位）を記録することにより表面形状を測定するのである。なお、触針式の形状測定装置としては、テーラーホブソン社のフォームタリサーフなど多数が市販されている。
一般に、そのような形状測定装置によるレンズ等の形状測定に際しては、被測定面の表面に付着するゴミなどの異物をできるだけ取り除く必要があるので、測定前にはレンズクリーナなどを用いて表面を拭く。そのとき、レンズクリーナなどの蒸発に伴い、一時的に被測定面の表面温度が下がる。このようなとき、特にプラスチック製の光学素子の形状を測定しようとした場合、プラスチックは金属に比べ温度分布の緩和に時間がかかり、また、ガラスに比べ強度も弱いので、被測定面が温度変化に伴って一時的に収縮し、その部分的な収縮に伴い、被測定物の形状が変化する。このように変化した形状はしばらく経つと温度分布の緩和に伴い元の形状に戻るのであるが、戻る前では、特に長手方向が数百ｍｍもある長尺のレンズの場合、数μｍの形状変化となり、表面形状の測定結果に無視できない影響を及ぼす。
そのため、これまでは温度分布の緩和時間を経験的に見積もり、所定の時間放置した後に測定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、従来技術においては、触針式の形状測定装置を用いた形状測定の際、被測定面の温度分布の緩和時間を経験的に見積もり、所定の時間放置した後に測定していたが、これは繰り返し再現性が低いので、放置時間を短くしようとすると一部の測定結果に影響を与え、また、十分な放置時間を設定した場合、測定装置の占有時間が延び、測定コストの上昇を招いていた。
本発明の目的は、このような従来技術の問題を解決することにあり、具体的には、測定のために不要に長い待ち時間を要さず、且つ安定した所定の精度で被測定物の形状を測定することができる形状測定方法および形状測定装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した前記触針子の軌跡を記録して形状を測定する形状測定方法において、被測定面の表面温度を測定して、その表面温度が所定の範囲に入ったことを確認させた後に測定を開始する構成にした。
また、請求項２記載の発明では、被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した前記触針子の軌跡を記録して形状を測定する形状測定方法において、被測定面とその裏面の表面温度を測定して、測定した２つの表面温度の温度差が所定の範囲に入ったことを確認させた後に測定を開始する構成にした。
また、請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の発明において、前記所定の温度範囲に入るまで触針子の動作を停止状態にしておく構成にした。
また、請求項４記載の発明では、被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した前記触針子の軌跡を記録して形状を測定する形状測定装置において、被測定面の表面温度を測定する温度測定手段を備えた。
また、請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明において、前記温度測定手段により測定された表面温度を表示する温度表示手段を備えた。
また、請求項６記載の発明では、請求項４または請求項５記載の発明において、前記温度測定手段により測定された表面温度が所定の範囲に入っているか否かを表示する温度状態表示手段を備えた。
また、請求項７記載の発明では、請求項４記載の発明において、前記温度測定手段である第１の温度測定手段のほかに、被測定面の裏面の表面温度を測定する第２の温度測定手段を備えた。
また、請求項８記載の発明では、請求項７記載の発明において、前記第１の温度測定手段と第２の温度測定手段により測定された表面温度の温度差が所定の範囲に入っているか否かを表示する温度差表示手段を備えた。
また、請求項９記載の発明では、請求項７または請求項８記載の発明において、前記第１の温度測定手段と第２の温度測定手段により測定された表面温度の温度差が所定の範囲に入るまで触針子の動作を停止状態にしておく構成にした。
また、請求項１０記載の発明では、請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の形状測定装置において、前記温度測定手段、第１の温度測定手段、または第２の温度測定手段が、非接触状態で表面温度を測定する非接触温度測定手段である構成にした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す形状測定装置を含む全体構成図である。このような構成で、第１の実施例では、被測定物Ｔが治具２に設置・固定され、図示していないコンピュータからの指令により、形状測定装置１の触針１１を所定の圧力で被測定物表面に接触させた状態で水平方向に走査させ、触針１１に倣い動作させる。つまり、触針１１は先端が接触した被測定物Ｔの表面が高くなればそれに伴って上方へ変位し、表面が低くなれば、それに伴って下方へ変位するのである。そして、そのときの水平方向の位置と垂直方向の変位を座標としてコンピュータ内の記憶手段に逐次記憶し、その点列データを表面形状の測定データとして出力する。
また、図１に示したように、被測定面近傍に請求項記載の温度測定手段として非接触型の放射型温度計２１を設置し、被測定面の表面温度を逐次測定し、その結果を表示装置２２に表示させる。なお、この実施例では、請求項記載の温度表示手段は表示装置２２により実現される。
【０００６】
図２に、この実施例の形状測定方法の動作フローを示す。以下、図２に従って、被測定物の表面形状を測定する形状測定方法を説明する。
まず、操作者は被測定物Ｔの被測定面を例えばレンズクリーナなどの洗浄液等を用いて洗浄する（Ｓ１）。これにより、そのレンズクリーナなどの蒸発により一般には被測定物の温度が下がり、被測定物は収縮する。
続いて、その被測定物Ｔを治具２に設置し（Ｓ２）、放射型温度計２１で表面温度を測定する（Ｓ３）。このとき、表示装置２２に表示された表面温度が所定の温度範囲に収まるまで触針１１の動作を停止させたままにしておく。そして、その温度が所定の温度範囲に収まり変動しなくなったのを確認すると（Ｓ４でＹｅｓ）、コンピュータを操作し、コンピュータの制御により触針１１を水平移動させ、表面形状を測定する（Ｓ５）。
前記したように、形状測定の測定環境は所定の温度に管理するので、あらかじめ設定した所定の温度範囲から外れている間は表示装置２２内に設けたランプ２３を点灯させるようにコンピュータをプログラミングしておく構成も可能である。このような構成では、操作者はランプが消えるのを確認した後に測定を開始すればよい。なお、ランプ２３は請求項記載の温度状態表示手段である。
また、放射型温度計２１の出力をコンピュータに送り、操作者が測定開始を指示しても、コンピュータでは表面温度が所定の温度範囲に入るまで測定を開始しないようにしておいてもよいし、所定の温度範囲に入っていない間、その旨を示すメッセージを表示することも可能である。
こうして、この実施例によれば、測定前にレンズクリーナなどを用いて表面を拭いた際のレンズクリーナなどが蒸発するのに伴い、一時的に被測定面の表面温度が下がり形状が収縮しても、その温度が所定の温度に収まったことを確認して且つ必要以上に待つこともなく形状測定をおこなうことができるので、操作者によらず安定して、所定の精度で効率よく被測定物の形状を測定することができる。
【０００７】
次に、図３に従って、本発明の第２の実施例について説明する。
図３に示したように、この実施例では、図１に示した第１の実施例の構成に加えて第２の温度測定手段として放射型温度計２４を備え、この放射型温度計２４により被測定面の裏面の表面温度も測定する。また、表示装置２２は被測定面の温度と裏面の温度の温度差を表示するようにしている。つまり、表示装置２２は請求項記載の温度差表示手段でもある。
このような構成で、この実施例では、被測定物の表面形状を測定する際、まず、操作者は被測定物Ｔの被測定面を例えばレンズクリーナなどを用いて洗浄し、治具２に設置した後、表示装置２２に表示された温度差を確認する。そして、この温度差が所定の範囲内に入っていることを確認した後、被測定物Ｔの表面形状の測定を開始する。温度差が所定の温度範囲に入るまでは触針１１の動作を停止状態にしておくのである。
また、前記温度差があらかじめ設定した所定の温度範囲から外れている間は表示装置２２内のランプ２３が点灯する構成にしてもよい。このような構成では、操作者はランプ２３が消えるのを確認した後に測定を開始すればよい。また、放射型温度計２１，２４の出力をコンピュータへ送ることにより、操作者が測定開始を指示しても、コンピュータでは２つの温度計の温度差が所定の範囲に入るまで測定を開始しないようにしておく構成も可能であるし、所定の範囲に入っていない間、その旨を示すメッセージを表示する構成も可能である。
こうして、この実施例によれば、形状測定開始タイミングの決定に被測定物の温度分布が考慮されるので、より安定した、より高精度の測定が可能となる。
なお、以上の説明において、温度測定手段は一般に用いられる熱電対温度計など接触式の温度計でも実現可能であるが、その場合、被測定面にゴミなど異物を付着させる可能性があるので、一般に用いられている放射式温度計など非接触式の温度計を用いた方がよい。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、請求項１記載の発明では、被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査したその触針子の軌跡を記録して形状を測定する際、被測定面の表面温度が測定され、その表面温度が所定の範囲に入ったことが確認された後に測定が開始されるので、レンズクリーナなどを用いて洗浄した後の放置時間が短かすぎて測定結果に影響が出るということがなくなり、したがって、安定した所定の精度で被測定物の形状を測定することができるし、放置時間が長すぎて測定装置の占有時間が延び、測定コストの上昇を招くという問題もなくなる。
また、請求項２記載の発明では、被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した触針子の軌跡を記録して形状を測定する際、被測定面とその裏面の表面温度が測定され、測定された２つの表面温度の温度差が所定の範囲に入ったことが確認された後に測定が開始されるので、形状測定開始タイミングの決定に被測定物の温度分布が考慮されることになり、したがって、より安定した、より高精度の形状測定が可能となる。
また、請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の発明において、所定の温度範囲に入るまで触針子の動作が停止状態となるので、操作者の誤りにより、所定の温度範囲に入る前に形状測定を開始してしまうということがなくなる。
また、請求項４記載の発明では、被測定面の表面温度を測定する温度測定手段を備えたので、被測定面に触針子を接触させ、接触させた状態で走査した触針子の軌跡を記録して形状を測定する際、被測定面の表面温度を測定し、その表面温度が所定の範囲に入ったことが確認された後に測定を開始させることが可能になる。
【０００９】
また、請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明において、測定された表面温度が表示されるので、操作者は被測定面の表面温度が所定の範囲に入ったことを容易に確認することができる。
また、請求項６記載の発明では、請求項４または請求項５記載の発明において、測定された表面温度が所定の範囲に入っているか否かが表示されるので、操作者は所定の範囲を覚えていなくても所定の範囲に入っているか否かがわかる。
また、請求項７記載の発明では、請求項４記載の発明において、被測定面の表面温度だけでなく、被測定面の裏面の表面温度が測定されるので、形状測定開始タイミングの決定に被測定物の温度分布を考慮することができ、したがって、より安定した、より高精度の形状測定が可能となる。
また、請求項８記載の発明では、請求項７記載の発明において、第１の温度測定手段と第２の温度測定手段により測定された表面温度の温度差が所定の範囲に入っているか否かが表示されるので、操作者はその温度差の所定の範囲を覚えていなくても所定の範囲に入っているか否かがわかる。
また、請求項９記載の発明では、請求項７または請求項８記載の発明において、第１の温度測定手段と第２の温度測定手段により測定された表面温度の温度差が所定の範囲に入るまで触針子の動作が停止状態となるので、操作者の誤りにより、その温度差が所定の温度範囲に入る前に形状測定を開始してしまうということがなくなる。
また、請求項１０記載の発明では、請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の発明において、温度測定手段、第１の温度測定手段、または第２の温度測定手段が、非接触状態で表面温度を測定する非接触温度測定手段であるので、被測定面にゴミなど異物が付着するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す形状測定装置を含む全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す形状測定方法の動作フロー図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す形状測定装置を含む全体構成図である。
【符号の説明】
１  形状測定装置
２  治具
１１  触針
２１  放射型温度計
２２  表示装置
２３  ランプ
２４  放射型温度計
【図１】
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【図２】
2004163330.tif 000004
【図３】
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