3D光学プロフィロメータ - LUPHOScanのご紹介

光学部品の測定方法とは

テーラーホブソンは光学部品測定に関する2種類のアプローチを提供しています。:

• 1つ目は、ダイヤモンドチップを使ったシングルトレースやラスタースキャンなどの接触式アプローチ。これは、光学表面上で2D測定を高速に行う方法であり、コスト効率も非常に優れています。
• 2つ目は、非接触式のインターフェロメトリック・ポイント・プローブを使用することで高速かつ超高精度な3D形状偏差測定を実現します。

非接触メトロロジー: 多波長干渉計 (MWLI) とは？

干渉点センサーは、数ナノメートルの精度を容易に達成し、ピコメートルの範囲で経路の変化を記録することができます。適切なコリメーションによって、非常に広い範囲の測定も可能です。しかし、ホモダイン干渉計を使用した場合、測定範囲は波長の半分に制限されます。

多波長干渉計 (MWLI) は1つの光路を共有する複数の独立した波長を利用して、合成されたビート波長を算出します。このようにして、干渉計の非常に優れた分解能を維持したまま大きな範囲の測定を可能にします。

例えば、2種類の波長 λ1 と λ2 を利用して同じ距離の測定を行った場合は、それぞれの波長が独自の干渉信号を発します。これは、高精度でありながら測定範囲がそれぞれλ1/2と λ2/2の2種類のホモダイン干渉計に対応します。MWLI 技術によって両方の離散波長が合成されたビート波長を算出し、測定範囲を拡大することが可能になりました。測定範囲の大きさは、合成されたビート波長の半分のサイズに等しく、1 mm を超えることもあります。

多波長干渉計の特性とは

• 非接触方式の光学的測定
• 高精度 (< 2 nm、2 σ)
• 長い作動距離 (最長 30 cm)
• 広い動作範囲
• 絶対値測定（信号遮断後の再リファレンス不要、1.25mmまでの段差を測定可能）
• さまざまな表面タイプおよび素材（透明、不透明、反射面、研磨面、粗い面） に対応
• 反射率範囲 (0.1% ～ 100%)

LUPHOScan と非球面と自由形状の3次元 形状計測 とは？

LUPHOScan システム は、平面または球面（半球面まで）、非球面、凸面と凹面、または変曲点のある面など、さまざまな種類の表面を測定することを目的としたプラットフォーム (Fig3 参照) です。自由曲面に加え、回折光学要素のような小さな段差のある表面、フレネルレンズのような大きな段差、D字型または長方形のレンズのような中断面、中央に穴のあるエレメント、その他不連続性のある表面も測定できます。

本システムの背景となるアイデアは、優れた幾何学的柔軟性による接触式測定と、正確かつ高速な 非接触干渉測定という2つの分野の利点を組み合わせることでした。このようにして、光学式ポイントセンサーをベースにした 走査干渉計 である LUPHOScan が生まれました。

LUPHOScan 非接触型干渉計の動作原理は何ですか？

リニアおよび回転ステージによって、表面上のオブジェクトセンサーの位置が決まります。この場合、半径方向 (R) と垂直方向 (Z) の2つのリニアステージが測定範囲に応じてセンサーの位置を決め、回転ステージ (T) は表面に対して垂直方向に測定を行います。

オブジェクトセンサーが被測定物までの距離を測定しています。測定対象は、表面の幾何学的なデザイン形状がキャプチャされている間、別のエアベアリングスピンドルによって回転します。この結果、面のスパイラル状のパスに沿った測定軌道が実現します。

ただし、測定中は、測定対象からセンサーまでの距離に加え、それぞれの取得データポイントについて測定範囲内での正確な位置も測定する必要があります。このため、 (Fig4 に示されるように) 3つのリファレンスセンサー(基準となるセンサーは)と、高精度のリファレンスミラーを備えた堅牢な計測フレームが必要になります。2つのリニアと1つの円筒状のリファレンスミラーに位置が示されることで、測定範囲にあるオブジェクトセンサーの絶対位置が妨げられることなく測定できます。リファレンスセンサー(基準となるセンサー)は、（ステージの機械的な動きによって発生し、測定距離に影響する）一次のアッベエラー（角度誤差）を完全に補正できるように配置されています。

LUPHOScan の動作原理 ビデオを観る

システム構成と精度

LUPHOScan システム の標準サイズは、テスト対象表面の最大測定可能直径 120 mm から 260 mm、420 mm まで取り揃えています。直径 600 mm の測定、または最大直径 850 mm の大型システムも使用可能です。一方、特にスマートフォンカメラ市場向けには、最大50mmの小型システムもあります。LUPHOScan（標準サイズ）のPVフォームの絶対精度は、30°までが30nm、70°までが70nm、90°までが100nmです（3σ）。

測定対象が標準サイズの場合、LUPHOScan 260 システムの一般的なサイクルタイムは、セットアップ時間を含めて8分以内です。スキャン方式を採用しているため、システムの柔軟性が高く、対象物のデザインが変わってもハードウェアのセットアップを変更する必要がありません。被測定物の非球面係数をソフトウェアに入力して（または以前の測定から読み込んで）測定を開始します。球状性には偏差値の制限はありません。

例: Fig5 は、13 時間にわたる半球面の繰り返し測定を表します。測定から次の測定までに校正は行っていません。赤色は測定電力誤差、青色は PV 値を示します。PVは+/-10nm、パワーは+/-20nmの範囲に収まるレベルであり、LUPHOScanシステムの長時間稼働の安定性を示しています。

LuphoScan 非接触 3D光学 プロフィロメータの用途は？

• 非球面、球面、平面
• セグメント化されたオブジェクト
• 環状オブジェクト
• シリンドリカル（円筒） とアキシコン（円錐）
• 非球面回折レンズとフレネルレンズ
• 自由曲面光学部品
• 面間偏心などの表裏面相関

LUPHOScan 非接触 3D光学プロフィロメータ の詳細については、 当社までお問い合わせください

関連項目：

• フレネルレンズの最先端の測定技術
• 作業現場に最適な自動光学測定システム