[發(fā)明專利]三維測(cè)定探頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710162415.9
• 申請(qǐng)日: 2007-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN101206110A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉住惠一;久保圭司;望月博之;舟橋隆憲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李貴亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維測(cè)定探頭，其主要以0.01微米級(jí)的超高精度來測(cè)定非球面透鏡等被測(cè)物的形狀等，其中，其安裝在測(cè)定范圍對(duì)小的物體來說XYZ方向(長(zhǎng)、寬、高)是30mm×30mm×20mm、對(duì)大的物體來說是400mm×400mm×90mm的超高精度三維測(cè)定儀上，測(cè)定面的傾斜角度從0度至與任意方向成75度的高傾斜部，能夠通過連續(xù)掃描在探頭(probe)軸方向用測(cè)定力0.1～0.3mN這一低測(cè)定力幾乎不造成傷痕地來測(cè)定被測(cè)物。

背景技術(shù)

非球面透鏡需要制作到0.1微米以下的高精度，只用機(jī)械性加工是達(dá)不到該精度的。于是，發(fā)明了0.01微米級(jí)精度的超高精度三維測(cè)定儀和安裝于該三維測(cè)定儀的三維測(cè)定探頭。其內(nèi)容如專利文獻(xiàn)1、2等所述。利用這種測(cè)定儀來測(cè)定非球面透鏡，通過將其測(cè)定結(jié)果反饋給非球面透鏡的加工，就能夠以0.1微米以下的精度來制造非球面透鏡的模具。

但是，近年來應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)或大容量光盤等的非球面透鏡由于要求薄型化、高畫質(zhì)、廣角化及高變焦倍數(shù)等，其必要精度越發(fā)提高。于是，要求實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步高精度化的探頭。另一方面，還要求在工廠的現(xiàn)場(chǎng)，操作者可以簡(jiǎn)便又頻繁使用的、牢固的、長(zhǎng)壽命的三維測(cè)定探頭。

下面，參照專利文獻(xiàn)1、2簡(jiǎn)單地說明現(xiàn)有的非球面透鏡的三維形狀測(cè)定探頭。

圖10表示專利文獻(xiàn)1所述的三維測(cè)定探頭。固定于與被測(cè)物S相接的觸針305上的小滑動(dòng)軸部306可相對(duì)于小空氣軸承307在Z方向移動(dòng)，由板簧350從原子力探頭框303吊起。

在小滑動(dòng)軸部306上安裝有反射鏡309，使發(fā)自半導(dǎo)體激光器334的半導(dǎo)體激光在反射鏡309聚光，被反射鏡309反射，以光探頭變位檢測(cè)部302和原子力探頭框303作為一體由線圈313進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以使小滑動(dòng)軸部306的相對(duì)于光探頭變位檢測(cè)部302的變位保持恒定。此處，將以使發(fā)自半導(dǎo)體激光器334的半導(dǎo)體激光聚光于反射鏡309的面上的形式開始的伺服稱作聚焦伺服。

對(duì)于測(cè)定點(diǎn)的Z坐標(biāo)測(cè)定，直接測(cè)出至反射鏡309的距離的變位量，使振蕩頻率穩(wěn)定化激光Fz照射在反射鏡309上，使來自反射鏡309的反射光發(fā)生干涉來測(cè)定的，所以，在上述聚焦伺服上即使有誤差也只造成一點(diǎn)測(cè)定力的變動(dòng)，幾乎不會(huì)成為測(cè)定誤差。

圖11表示專利文獻(xiàn)2所述的測(cè)定用探頭。與專利文獻(xiàn)1同樣，小滑動(dòng)部316為圓筒形，由板簧315支承，安裝有反射鏡319。

圖5B表示專利文獻(xiàn)3所述的適合搭載專利文獻(xiàn)1～2的探頭的超高精度三維測(cè)定儀的構(gòu)成。搭載有用于測(cè)定XYZ坐標(biāo)的振蕩頻率穩(wěn)定化激光器127、測(cè)長(zhǎng)單元、Z滑塊111、光探頭變位檢測(cè)部112的上石平臺(tái)106，利用X載物臺(tái)121、Y載物臺(tái)122而在XY方向移動(dòng)。在下石平臺(tái)123上固定有X參照反射鏡124、Y參照反射鏡125、上Z參照反射鏡126，其中，上Z參照反射鏡126固定于在下石平臺(tái)123上固定的圓形底座107上，在被測(cè)物101的測(cè)定點(diǎn)的軸上，通過利用振蕩頻率穩(wěn)定化激光器127測(cè)定它們到高平面反射鏡(X參照反射鏡124、Y參照反射鏡125、上Z參照反射鏡126)的距離的變化，從而即使X載物臺(tái)121、Y載物臺(tái)122的移動(dòng)直線度是1微米級(jí)，也能得到參照反射鏡124、125、126的直線度即10nm級(jí)的坐標(biāo)軸精度。

但是，專利文獻(xiàn)3由于是在發(fā)明出被命名為專利文獻(xiàn)1～2的原子力探頭的三維測(cè)定探頭之前撰寫的，所以探頭只涉及光探頭112。

圖12及圖13表示專利文獻(xiàn)4所述的接觸式探頭。圖14A及圖14B表示專利文獻(xiàn)5所述的靜壓軸承裝置及變位測(cè)定裝置。

專利文獻(xiàn)1：日本特許第3000819號(hào)公報(bào)(第3頁，圖1)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2006-78367號(hào)公報(bào)(第16頁，圖8)

專利文獻(xiàn)3：日本特許第3046635號(hào)公報(bào)(第6頁，圖1)

專利文獻(xiàn)4：日本特開2003-42742號(hào)公報(bào)(第19頁，圖1、圖2)

專利文獻(xiàn)5：日本特公平07-58161號(hào)公報(bào)(第6頁，圖1)

(1)敘述獨(dú)立形式的技術(shù)方案所述的本發(fā)明想要解決的課題。

本發(fā)明的一個(gè)方式的目的是實(shí)現(xiàn)三維測(cè)定探頭，其能夠以更高精度測(cè)定非球面透鏡等被測(cè)物的形狀，可實(shí)現(xiàn)不易損壞且長(zhǎng)壽命低成本的三維測(cè)定探頭。

用于以超高精度測(cè)定的探頭的必要條件是，測(cè)定力小到0.1～0.3mN(10～30mgf)、與此相反相對(duì)于該微小的測(cè)定力探頭快速響應(yīng)、相對(duì)于橫向的力探頭前端的觸針不會(huì)傾斜。