パナソニック,10nm精度の三次元測定機を商品化

パナソニックは,小型から大型のレンズや金型の高精度測定を可能とする新たな2つの超高精度三次元測定機を開発した(ニュースリリース)。

小型用は30mm角の測定領域,大型用は500mm角の測定領域までカバーし,最高10nm精度の測定が可能。2015年4月より,パナソニック ファクトリーソリューションズにおいて「UA3P-3000」「UA3P-700H」として本格受注を開始した。

超高精度三次元測定機「UA3P」シリーズは,これまで各種レンズや金型の精密測定を可能とする測定機として,機器の小型化や機能の高度化に貢献してきた。しかし,近年モバイル機器に用いられる小型レンズにおいてはさらなる小型・高精度化,また半導体用露光装置や宇宙用機器で用いられる大型の光学系においても高精度化が求められている。

今回,同社はこのような要求に対応する超高精度三次元測定機を2機種開発した。小型用の「UA3P-3000」は,レンズの高傾斜部においても高精度測定を可能にするもので,スマートフォン等の光学機器の小型薄型化の要求に対応する。主たる技術として,以下の2点を開発した。

①新Z軸駆動系:移動軸と駆動軸を同じ軸上に配置した高剛性中空エアースライダーを開発し,重心部をエアーシリンダーにより支えることで,測定機におけるアッベの誤差を排除し,安定したZ軸駆動制御を実現した精密機構技術を有している。
②新光学系:前記の高剛性中空エアースライダーに,スタイラスの倒れを検出する傾き光学系を内蔵した高傾斜高精度測定技術を有している。

以上の技術により,モバイル機器用の小型レンズの課題であった,高傾斜角部分におけるヒステリシス,振動を低減し,ナノメーターレベルの再現性で検知することが可能になった。具体的には傾斜角度60度における測定精度を従来の150nmから70nmと50%以上向上させ,シリーズ史上最高精度を実現した。

一方,大型用の「UA3P-700H」は,大型の光学部品において,最高30mm/sの高速走査が可能であり,産業機器の高精度光学システムの実現をサポートする。この装置は,新XYステージとして,百kgオーダーの重量物のXYステージを安定してエアー浮上させるエアーベアリング技術と,高速測定時のステージの反作用を受けない構造の開発により,走査時の振動を低減できる高精度高速駆動技術を有する。

これにより,測定精度を維持したままで走査速度を従来の10mm/sから30mm/sと3倍に向上し,最大500mm角の大面積をより高速・高精度で測定する。大型レンズを測定する場合の課題であった測定時間を従来比1/10まで低減させ,温度ドリフトの影響を低減させるとともに,作業時間の効率化を実現している。

主な仕様は以下の通り。

品名 UA3P-3000 UA3P-700H
本体外形寸法 W1,260×D840×H1,510 mm W2,100×D1,821×H2,105 mm
質量 本体:950 kg 本体:8,500 kg
測定範囲(X,Y,Z) 30×30×20 mm 500×500×120 mm
プローブによる測定精度 30度以下 10~50 nm 10~50 nm
45度以下 ~60 nm ~80 nm
60度以下 ~70 nm ~100 nm
70度以下 ~100 nm ~150 nm(下り)
測定速度 0.005~5 mm/s 0.01~30 mm/s

なお,本装置は2015年4月22日(水)~4月24日(金)にパシフィコ横浜で開催された「レンズ設計・製造展 2015」に出展された。