JP2001330416A

JP2001330416A - 形状測定装置

Info

Publication number: JP2001330416A
Application number: JP2000147681A
Authority: JP
Inventors: Masato Negishi; 真人根岸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】光源自体が有する誤差を最小限に抑え、構成
が簡易で、高精度な形状測定を可能にすることができる
ようにする。【解決手段】被測定物１を搭載するベースＢと、この
上の被測定物１の被測定面１Ａに沿って一方向に移動可
能な移動部材Ｍと、この移動部材Ｍに固定した光源２，
光源２からの光ビームが入射する第１及び第２の偏光ビ
ームスプリッタ５，６及び四分の一波長板７と、光源２
から出射しこれらを順次透過して被測定面１Ａで反射し
た光ビームの進行方向を検出する検出手段８と、この検
出手段８からの出力信号と移動部材Ｍの位置を記憶する
とともに記憶したデータを用いた積分計算によって被測
定物１の形状を計算する演算装置９とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばレンズや
鏡の面形状などを精密に測定することができる形状測定
装置に係り、特に比較的曲率の小さな（曲率半径の大き
な）形状を測定するのに好適な形状測定装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】被測定物の被測定面を測定する形状測定
装置として、例えば特開平５−２４０６２４号公報に記
載のものが知られている。

【０００３】即ち、この形状測定装置は、図１１に示す
ように、２つの光源２Ａ，２Ｂを別々に設けており、こ
れらの光源２Ａ，２Ｂから出射された２本の光ビームを
被測定物１の２個所の部位α，βに投光させるようにな
っている。そして、この被測定物１で反射する各光ビー
ムをレンズ１７を透過させた後、光ビームの検出手段１
８であるポジションセンサに入射させて各光ビームの進
行する方向を測定するようになっている。

【０００４】また、この形状測定装置には、被測定物１
を搭載する回転テーブルＲと、この回転テーブルＲを一
方向に移動可能なスライドテーブル２０と、被測定物１
の表面の接線角が被測定物の測定可能範囲に入るように
スライドテーブル２０と回転テーブルＲを制御する制御
装置１９とを備えている。そして、この形状測定装置で
は、各傾き状態での接線角の変化量を全測定区間におい
て、２度積分することにより、被測定物の表面形状を算
出するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな形状測定装置にあっては、以下のような問題を生じ
ているため、精密な測定ができなかった。光源２Ａ，２Ｂから出射する光ビームには、出射方向
がふらついたり、光量が変化したりする誤差要因を必ず
伴なっているが、特に、２個の光源２Ａ，２Ｂから光ビ
ームが出射する構成の場合には、被測定物１に対する測
定誤差が増大している。光源が２個あるため、構造が複雑であるとともに、ポ
ジションセンサが１個であるため、２つの光ビームを区
別して検出するには交互に一方を明滅させるなどの措置
が必要になっている。ポジションセンサは一つであるが、ポジションセンサ
からの出力信号がそれぞれの光源について２つずつ、都
合４つ出力されるが、この出力信号には電気的なノイズ
を必ず含んでいる。従って、これらのノイズを含む各出
力信号に基づいて得られる測定データには、大きな測定
誤差が含まれる虞れがある。ポジションセンサから出力される２つの出力信号の差
をとる演算装置が必要であり、演算誤差が含まれる虞れ
があるとともに、構造が複雑になる。被測定物１の姿勢を変化させて測定するので、重力の
作用による被測定物１の形状変化が生じる虞れがある。
しかも、測定中に被測定物１の形状が変化するため、測
定誤差が大きい。

【０００６】そこで、上記した事情に鑑み、この発明の
第１の目的は、光源自体が有する誤差を最小限に抑え、
構成が簡易で、高精度な形状測定を可能にすることがで
きるようにすることにある。

【０００７】この発明に係る第２の目的は、光源に起因
する測定誤差の影響を最小限に抑えることができ、さら
に高精度な形状測定を実現できるようにすることを目的
とする。

【０００８】この発明に係る第３の目的は、光源からの
光ビームを検出する検出手段を簡易な構成のもので実現
することである。

【０００９】この発明に係る第４の目的は、被測定面で
の形状に応じて検出手段から出力する出力信号に単一の
ものを使用し、これを数学的に処理することにより、簡
単な構成のもので、演算誤差の少ない形状測定が可能と
なるようにすることである。

【００１０】この発明に係る第５の目的は、測定中の被
測定物の形状を安定した状態に保持して安定した形状測
定を行えるようにするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に記
載の発明は、被測定物を搭載するベースと、このベース
上の被測定物の被測定面に沿って一方向に移動可能な移
動部材と、この移動部材に固定した一本の光ビームを発
生する光源と、前記移動部材に固定した四分の一波長板
と、光源からの光ビームが入射する第１及び第２の偏光
ビームスプリッタと、前記移動部材に固定して設け、第
１の偏光ビームスプリッタ及び四分の一波長板を順次透
過して被測定面に垂直に投光させその被測定面で反射し
た後に四分の一波長板及び前記第２の偏光ビームスプリ
ッタを順次透過した光ビームの進行方向を検出する検出
手段と、この検出手段からの出力信号と移動部材の位置
を記憶する記憶装置と、この記憶装置及び移動部材を作
動させるとともに記憶したデータを用いた積分計算によ
って被測定物の形状を計算する演算装置とを備えたもの
である。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、第２の偏光ビームスプリッタと検出手
段との間に、コリメータレンズを設けたものである。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、第１，第２の偏光ビームスプ
リッタと四分の一波長板との間に折り曲げミラーをさら
に備え、第１の偏光ビームスプリッタを透過した光ビー
ムを折り曲げミラーで反射させ、被測定面で反射し四分
の一波長板を透過した光ビームを折り曲げミラーで反射
させ、第１、第２の偏光ビームスプリッタで反射させた
光ビームを折り曲げミラーで反射させ、四分の一波長板
を透過した後に被測定面で反射しさらに四分の一波長板
を透過した光ビームを折り曲げミラーで反射させた後、
第２の偏光ビームスプリッタを透過させるように構成し
たものである。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の発明において、移動部材に固定され、ハーフミ
ラー、折り曲げミラー及びポジションセンサを固定して
設けた回転テーブルと、回転テーブルを回転させる制御
装置とをさらに備え、第１の偏光ビームスプリッタを透
過した光ビームをハーフミラーで反射させ、被測定面に
垂直入射して反射した後に四分の一波長板を透過する光
ビームを、ハーフミラーで透過する光ビームと反射する
光ビームとに分割させ、ハーフミラーで透過した光ビー
ムを検出手段に導くとともに検出手段からの出力が一定
となるように制御装置で回転テーブルを回転させ、ハー
フミラーで反射した光ビームを第１の偏光ビームスプリ
ッタで反射させるとともに第２の偏光ビームスプリッタ
で反射させた後、折り曲げミラーで反射させ、被測定面
で反射した光ビームを四分の一波長板を透過させた後、
折り曲げミラーで反射させるように構成したものであ
る。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の発明において、ベースに固定さ
れた光学定盤に光源，第１、第２の偏光ビームスプリッ
タ及び検出手段を固定して設けるとともに、折り曲げミ
ラー及び四分の一波長板を移動部材に固定して設けたも
のである。

【００１６】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５
いずれか１項に記載の発明において、第２の偏光ビーム
スプリッタを透過した光ビームを反射面で３回以上の奇
数回反射させ、この反射面で反射後に略環状に形成した
導光路で再度第１の偏光ビームスプリッタに光ビームを
導く際に、略環状の導光路から抜け出した光ビームが進
行する方向を検出手段で検出するように構成したもので
ある。

【００１７】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６
いずれか１項に記載の発明において、光源と第１の偏光
ビームスプリッタとの間の光路上に、光源からの光を入
射して第１の偏光ビームスプリッタへ向けて出射するシ
ングルモード光ファイバを配設するとともに、シングル
モード光ファイバから出射する拡散光を平行光にするレ
ンズを設けたものである。

【００１８】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７
いずれか１項に記載の発明において、光源からの光を集
光するレンズを設けるとともに、このレンズと光源との
間であって前記レンズの焦点位置にピンホールマスクを
設け、ピンホールマスクから拡散する光を前記レンズで
平行光にするように構成したものである。

【００１９】請求項９に記載の発明は、請求項１乃至７
いずれか１項に記載の発明において、光ビームの進行す
る方向を検出する検出手段として、ポジションセンサを
用いたものである。

【００２０】請求項１０に記載の発明は、請求項２に記
載の発明において、光ビームの進行する方向を検出する
検出手段を前記コリメータレンズの焦点位置に配置した
請求項１１に記載の発明は、請求項３に記載の発明にお
いて、折り曲げミラーを取付けるとともに移動部材に対
して回転可能な回転テーブルと、この回転テーブルを回
転させる制御装置とを追加して設けたものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態について添
付図面に基づき説明する。

【００２２】図１は、この発明に係る第１の実施形態の
形状測定装置を示す構成図であり、この形状測定装置
は、ベースＢ上に固定状態で搭載した被測定物１の被測
定面１Ａの形状を測定するようになっている。なお、こ
の被測定物１の被測定面１Ａは、平面に近い形状を有し
ており、測定する断面方向をＸ軸方向に、測定する被測
定面１Ａの法線方向をＺ軸方向に、それぞれ一致させて
ある。ただし、この図１では、右手系の３次元座標、Ｘ
ＹＺにより表示している。

【００２３】ベースＢには、スぺーサＳを介してガイド
Ｇが固定されている。このガイドＧは、Ｘ軸方向に平行
に設置されており、Ｘ軸移動部材ＭがＸ軸方向に移動自
在となっている。このＸ軸移動部材Ｍには、測定ヘッド
であるハウジングＨが固定されているとともに、図示外
の移動機構が付設されており、後述する制御装置９によ
ってその作動が制御されている。

【００２４】ハウジングＨには、大略構成として、光源
２と、シングルモード光ファイバ３と、レンズ４と、第
１、第２の偏光ビームスプリッタ５，６と、四分の一波
長板７と、光点位置検出手段８とを備えている。

【００２５】光源２には、ハウジングＨに固定された半
導体レーザ（ＬＤ）が使用されており、ここから出射す
るレーザ光をシングルモード光ファイバ３へ入射させる
ようになっている。このシングルモード光ファイバ３
は、ループ状に巻装されており、出射端３Ａはハウジン
グＨに固定されている。この出射端３Ａから出射するレ
ーザ光（以下、光ビームとよぶ）は回折により光束が次
第に広がりながらハウジングＨに固定したレンズ４に導
かれるようになっている。

【００２６】なお、ここで、半導体レーザの光を直接使
用してレンズ４へ入射させるのではなく、一旦シングル
モード光ファイバ３へ送り込むように構成したのは、次
のような理由からである。

【００２７】即ち、この半導体レーザには、ここから出
射されるレーザ光（光ビーム）について、レーザ自体が
有する欠点の一つであるポインテイングスタビリテイの
不安定さを有している。そして、このポインテイングス
タビリテイは、光ビームによる被測定物１の測定の際、
測定結果に大きく影響を及ぼすものであり、この良否が
測定精度を大きく左右するものである。このため、この
実施形態では、半導体レーザからの出射光を直接使用す
るのではなく、一旦、シングルモード光ファイバ３を介
して光ビームの進行方向の安定性を図っているのであ
る。これにより、光ファイバの出射端では、出射する領
域の大きさが数ミクロン程度に絞り込まれ、殆ど点光源
としてみなせるようになっている。

【００２８】さらに、この半導体レーザからの出射光に
は、回折現象などの影響により、出射する方向によって
光強度にむらを生じている。即ち、これは、出射領域が
十分に小さくないためであると考えられており、これに
ついても、シングルモード光ファイバ３を介在させるこ
とで改善できるようになっている。

【００２９】レンズ４は、入射する光ビームを平行光に
するようになっており、この平行状態となった光ビーム
が第１の偏光ビームスプリッタ５へ向けて透過するよう
になっている。

【００３０】第１，第２の偏光ビームスプリッタ５，６
は、ハウジングＨに固定して設けられている。このう
ち、第１の偏光ビームスプリッタ５では、レンズ４から
の光ビームを入射すると、この光ビームに含まれるＳ波
成分を反射するが、Ｐ波成分は透過するようになってお
り、第１光路ａでは、特にこの光ビームの中からそのＰ
波成分を使用するようになっている。なお、この第１光
路ａでは、反射するＳ波成分は使用しないので、図示し
ないものとする。

【００３１】また、このハウジングＨに固定して設けた
四分の一波長板７は、Ｐ波成分からなる光ビームが透過
することにより、偏光状態を直線偏光から円偏光とする
一方、円偏光の光ビームが透過することにより、偏光状
態を円偏光から直線偏光とする。

【００３２】光点位置検出手段８は、ハウジングＨに固
定して設けてあり、この実施形態では、半導体素子の一
種であるポジションセンサが使用されている。このポジ
ションセンサは、光ビームを受光すると、その光の入射
位置に応じた電気信号（以下、出力信号）を制御装置９
へ出力するようになっている。

【００３３】この制御装置９は、光点位置検出手段８か
ら入力する出力信号に基づいて光ビームの受光位置を検
知するものであり、具体的には、被測定面１Ａの形状誤
差がゼロの場合の光ビームの受光位置、即ち光軸Ｌに対
し、どれだけ光ビームの受光位置がずれているのか、
（そのずれ量Ｄ）を検知できるようになっている。

【００３４】即ち、この制御装置９は、後述する数学的
な演算処理により、被測定物１の被測定面１Ａの形状、
特に傾き具合を検出するため、演算装置を構成してい
る。また、この制御装置９は、移動測定中の被測定面１
Ａの各測定部位に対応してその面形状（傾き具合）を順
次読取って記憶するため、検出手段からの出力信号と移
動部材の位置とを相関させて記憶する記憶装置としても
機能するようになっている。さらに、この制御装置９
は、Ｘ軸移動部材Ｍの移動機構の制御も行うようになっ
ており、被測定面１Ａの測定部位をＸ軸に沿って走査す
るようになっている。

【００３５】なお、ここで、この出力信号は、被測定物
１の被測定面１Ａの形状の２階微分に相当するものであ
り、Ｘ軸にそって各位置におけるこの２階微分値が測定
されたことになる。従って、この制御装置９では、この
２次微分値を重積分することにより、被測定面の形状を
算出することができるようになっている。即ち、ハウジ
ングＨをＸ軸方向に移動走査させることにより、Ｘ軸方
向に沿った２点での傾斜の差（θ）を測定すると、この
傾斜が測定する被測定面１Ａの１次微分値であるが、こ
の傾斜の差（θ）はそのさらに微分演算を行った２階微
分値に相当するからである。

【００３６】次に、この実施形態の形状測定装置につい
て、その作用原理を説明する。

【００３７】光源２である半導体レーザから出射するレ
ーザ光は、シングルモード光ファイバ３内を伝播されて
その出射端３Ａから出射したのち、レンズ４に入射す
る。そして、このレンズ４を透過した光ビームは、第１
の偏光ビームスプリッタ５によりＰ波成分のみが直進し
て透過し、四分の一波長板７へ導かれる。そして、この
四分の一波長板７を透過する光ビームは、直線偏光状態
のものから円偏光状態に変わって被測定物１の被測定面
１Ａへ向かう。

【００３８】なお、この被測定物１の被測定面１Ａにお
いてその面形状がＸ軸方向に平行な平面形状であれば、
入射光路ａを進行する光ビームの第１の入射点αでの法
線とそこで反射する光ビームの進行する反射光路ｂとが
一致する訳であるが、入射点αでの形状がＸ軸方向とは
異なり傾きを有していると、反射光路ｂが入射光路ａか
らずれることとなる。つまり、入射角度が法線方向に対
して角度（θａ）だけズレを生じることとなり、その結
果、周知のように、光梃の原理により、反射角度はその
２倍（２θａ）だけずれが拡大する。

【００３９】そして、この被測定面１Ａで反射した光ビ
ームは、再度、四分の一波長板７へ導かれ、そこを透過
すると、円偏光状態であったものがＳ波の直線偏光状態
となる。次に、このＳ波成分の光ビームは、光路ｂを進
行して再度、第１の偏光ビームスプリッタ５に入射する
と、ここで反射して進行する光路が折曲・偏向され、第
２偏光ビームスプリッタ６へ入射する。そして、この第
２偏光ビームスプリッタ６において、光ビームは、反射
して再び光路が折曲され、光路ｃを進行して再度、四分
の一波長板７へ導かれる。なお、ここで、光路ｂと光路
ｃとは、コーナリフレクタの原理から、互いに平行な関
係にある。そして、このＳ波成分の光ビームは、再度、
この四分の一波長板７で円偏光状態となり、再び被測定
物１の被測定面１Ａへ向かうこととなる。

【００４０】従って、この被測定面１Ａの第２の入射点
βで反射したＳ波成分の光ビームは、再度、四分の一波
長板７へ導かれ、そこを透過すると、円偏光状態であっ
たものがＰ波の直線偏光状態となる。そして、このＰ波
成分の光ビームは、光路ｄを進行して第２偏光ビームス
プリッタ６へ入射すると、この第２偏光ビームスプリッ
タ６において、直進・透過してそのまま光点検出手段８
であるポジションセンサへ入射・受光する。

【００４１】このポジションセンサでは、光ビームの入
射位置に応じた出力信号が制御装置９へ出力される。そ
して、この制御信号を入力した制御装置９では、所定の
演算、つまり２重積分をおこない、Ｘ軸方向にそった各
部位での被測定面１Ａの傾き具合を算出する。

【００４２】次に、この第１の実施形態の形状測定装置
を用いた傾斜偏差の測定方法について、図２を参照しな
がら説明する。

【００４３】（１）初めに、被測定物１をベースＢへ取
付けてセットする（第１ステップＳ１）。

【００４４】（２）次に、Ｘ軸移動部材Ｍを予め設定さ
れた初期位置、例えばＸ＝０の位置へ移動させる（第２
ステップＳ２）。

【００４５】（３）その後、ポジションセンサからの出
力信号と、Ｘ軸移動部材Ｍの位置とを逐次記録しなが
ら、Ｘ軸に沿って移動走査する。そして、被測定物１の
被測定面１Ａに対し、その傾斜偏差データであるポジョ
ンセンサからの出力信号を制御装置９に取り込む（第３
ステップＳ３）。

【００４６】（４）このようにして走査作業が完了した
ら、その被測定物１をベースＢから取り外す（第４ステ
ップＳ４）。

【００４７】（５）次に、制御装置９に記憶された傾斜
偏差データについて、所定の積分を行い、被測定面１Ａ
の傾斜状態を検出する（第５ステップＳ５）。

【００４８】従って、この実施形態によれば、次のよう
な効果が得られる。被測定物１である被測定面１Ａの２点の測定部位での
角度差を取るようになっているから、測定ヘッドである
ハウジングＨが傾斜していても、その傾斜角度差をとる
ときに、互いにそのハウジングＨの傾斜角度がキャンセ
ルされるので、測定結果については精度の高いデータが
得られる。

【００４９】これにより、例えば、ガイドＧの精度が悪
くハウジングＨを移動させるときの誤差が大きい場合で
も、測定結果はそれらに影響されず、高精度な形状測定
が可能となる。光源２及び光点位置検出手段８については、ともに１
個のもので済むから、その分、コストダウンが図れる。
また、このような光学素子には、どうしてもこれに付随
して製作誤差が生じるものであるが、この光学素子の使
用個数を最小限の数に抑えることができるので、製作誤
差についても最小限に抑えることができ、延いては検査
光である光ビームの品質の劣化が抑えられるようにな
る。シングルモード光ファイバ３を用いているから、その
出射端からのレーザ光はほぼ点光源とみなすことがで
き、光源であるレーザに起因した光強度のむらやポイン
テイングスタビリテイが改善されるので、均質な光ビー
ムが得られる。通常、被測定面１Ａでの形状誤差が小さいときには、
その被測定面１Ａでの形状が平面度の高いところで反射
する場合の光ビームの光軸に対して、その光ビームの光
軸Ｌのずれ量が十分に小さいので、このずれ量を近似的
に無視することができる。そのため、特に、この実施形
態では、光点位置検出手段８としてポジションセンサを
用いており、ポジションセンサという簡易な構成のもの
で、光ビームの進行方向、延いては、被測定面１Ａでの
傾斜角度が測定できるようになっている。

【００５０】なお、この実施形態では、半導体レーザか
らのレーザ光をシングルモード光ファイバ３に導き、点
光源を発生させているが、集光レンズとピンホールとを
用いても同様のものが得られる。

【００５１】また、この実施形態によれば、ガイドＧの
配置誤差については、測定結果に影響を与えないので、
Ｘ軸移動部材Ｍの具体的な構成としては、例えば、転動
式の直動ガイドとボールネジなどがコストの点では好都
合であるが、エアーベアリグやリニアモータなどの高精
度な位置決めが可能な構成としてもよい。

【００５２】また、光源２である半導体レーザは移動可
能なハウジングＨに固定してあるが、この半導体レーザ
の先に設けた光ファイバ３はフレキシブルであるから、
ハウジングＨを不動部分と移動部分とに分割し、半導体
レーザの方を不動部分に取り付けてもよい。この場合、
光ファイバ３の方は、入射端側を不動部分に、また、出
射端側を移動部分にそれぞれ取付けて、これら不動部分
と移動部分との間の光路をフレキシブルな光ファイバで
つないでもよい。なお、被測定物１は着脱可能とした
が、常時同じ被測定物１を測定する場合には、当然、被
測定物１の着脱手段や着脱操作は不要である。

【００５３】次に、この発明に係る第２の実施形態につ
いて説明する。なお、この実施形態において、先の実施
形態のものと同一部分には同一符号を付して重複説明を
避ける。

【００５４】図３は、この実施形態の形状測定装置を示
す構成図である。この実施形態においては、第１の実施
形態とほぼ同様の構成であるが、第２偏光ビームスプリ
ッタ６と光点位置検出手段８との間に、コリメータレン
ズ１０を配設させている。

【００５５】このコリメータレンズ１０は、光軸Ｌを光
点位置検出手段８の中心位置に一致させた状態でハウジ
ングＨに固定配置されている。また、このコリメータレ
ンズ１０の光軸Ｌは、図４に示すように、光源２から出
射するレーザ光の光軸Ｌ１と平行になっており、Ｚ軸に
平行に設定されている。ところで、このコリメータレン
ズ１０へ入射する光ビームは、図５に示す位置ずれ成分
（Ｄ）と傾斜角度成分（θ）とにより、その進行する光
路が一義的に決定されるわけであるが、そのうち位置ず
れ成分（Ｄ）の方は、設定する基準となる座標の位置に
応じて、当然、さまざまな値に変化する。そこで、この
実施形態では、光点位置検出手段８の中心位置を基準と
して設定しており、このためこの光点位置検出手段８の
中心にコリメータレンズ１０の焦点位置が一致するよう
に、コリメータレンズ１０を位置決めして設けている。

【００５６】さて、ここで、この光点位置検出手段８で
あるポジションセンサの出力値ｓは、次式に示すよう
に、ｓ∝Ｄ ……（１）の関係にあり、光点位置検出手段８の中心位置からのず
れ量Ｄに比例する。

【００５７】一方、そのずれ量Ｄは、図５において、コ
リメータレンズ１０の焦点距離をｆ、このコリメータレ
ンズ１０へ入射する光ビームの傾斜角度をθとすると、
幾何光学でよく知られているように、次式、Ｄ＝ｆ・ｔａｎθ ≒ｆ・θ ……（２）但し、θ≪１（ｒａｄ）で決定される。

【００５８】従って、これら（１），（２）の関係か
ら、ポジションセンサの出力値ｓについては、次式のよ
うな関係、ｓ∝ｆ・θ ……（３）が成立する。換言すれば、光点位置検出手段８からは光
ビームの傾斜角度θにほぼ比例して出力値ｓが得られる
ようになっている。

【００５９】次に、この実施形態での傾斜角度θについ
て説明する。

【００６０】例えば、光路ａを通って光ビームが入射す
る被測定面１Ａの入射点αでは、その部分の形状が、Ｚ
軸方向を基準にしてθａだけ左上方向に傾斜しているも
のとする。すると、この入射点αで反射する光ビーム
は、光梃子の原理により、図４に示すように、Ｘ軸方向
に平行な平面形状の場合に比べて、ここでの反射後の光
ビームが、光軸Ｌ１に対して左方へ２θａだけ傾斜する
（反射角が２θａ）こととなる。

【００６１】その後、その光ビームは、第１の偏光ビー
ムスプリッタ５で反射するまでの光路ｂと第２の偏光ビ
ームスプリッタ６で反射後の光路ｃとが平行であるの
で、この光路ｃを進行する光ビームは、光軸Ｌ２に対し
て傾斜角度が依然として２θａである。また、この光路
ｃを進行する光ビームが入射する被測定面１Ａの入射点
βでは、その部分の形状が、Ｚ軸方向を基準にしてθｂ
だけ右上方向に傾斜しているものとする。すると、この
入射点βで反射する光ビームは、同じように光梃子の原
理により、図４に示すように、Ｘ軸方向に平行な平面形
状の場合に比べて、ここでの反射後の光ビームが、光軸
Ｌ２に対して右方へ２θｂ（ただし、この場合、θｂ＜
０）だけ余計にずれて傾斜する。

【００６２】従って、この入射点Ｂで反射する光ビーム
は、光源２から出射した光ビームの進行する光路ａに対
して（光軸Ｌ２に対しても同様）傾斜角度θ、即ち θ＝２（θａ−θｂ） ……（４）だけ光路ｄが傾斜することとなる。

【００６３】従って、この実施形態によれば、第２偏光
ビームスプリッタ６を透過した光ビームは、コリメータ
レンズ１０に入射してここを透過した後、光点位置検出
手段８へ入射する。その結果、光ビームに含まれる位置
ずれ成分（ｓに対応）と、傾斜角度成分（θに対応）と
を分離させることができ、傾斜角度成分θだけを測定す
ることができるようになる。

【００６４】また、この実施形態によれば、第１の実施
形態での効果の他に、次にような効果が得られる。即
ち、例えば、被測定物１と光点位置検出手段８との間の距
離が変化すると、光ビームの位置ずれ量（Ｄ）が変化
し、これが測定誤差をもたらす。これは、被測定物１で
反射する光ビームは、被測定物１に対して完全に垂直で
はないからである。しかしながら、この実施形態では、
光ビームの傾斜角度を測定しているので、譬え光点位置
検出手段８と被測定物１との間の距離が変化しても、光
ビームの進行する光路の位置は動かず、その光路位置が
変動することがない。これにより、被測定物に対する高
精度な測定が可能となるものである。被測定面１Ａでの２点の傾斜角度差を直接検出してお
り、被測定面１Ａでの２点の傾斜角度をそれぞれ別個に
検出してこれらの角度差を演算する構成とはなっていな
いから、その分の演算処理が必要なく、制御装置９での
処理手順が簡単になる。

【００６５】次に、この発明に係る第３の実施形態につ
いて説明する。なお、この実施形態において、先の実施
形態のものと同一部分には同一符号を付して重複説明を
避ける。

【００６６】図６は、この実施形態の形状測定装置を示
す構成図である。この実施形態においては、第２の実施
形態での構成のものにおいて、ハウジングＨ内に設けた
各種の光学素子のうち、四分の一波長板７を除くすべて
のもの、即ち、光源２、シングルモード光ファイバ３、
レンズ４、第１、第２の偏光ビームスプリッタ５，６、
光点位置検出手段８を、四分の一波長板７の直上位置を
中心として、すべて左方向に９０度回転移動させた状態
で配置させてある。

【００６７】さらに、この形状測定装置では、第１、第
２の偏光ビームスプリッタ５，６と四分の一波長板７と
の間に、すべての光路を９０度折曲させて偏向させる手
段として、折り曲げミラー１１をＸ軸方向に対して９０
度傾斜させた状態でハウジングＨに固定して配設させて
ある。

【００６８】この実施形態でも、被測定物１の被測定面
１Ａに入射する２個所の入射点Ａ，Ｂでの傾斜角度の差
Δθを検出させるようになっているので、譬え光源２や
偏光ビームスプリッタ５，６などの光学系全体が傾斜し
ても、実質上、測定結果に影響はない。

【００６９】なお、この実施形態によれば、第２実施形
態のものに比べて、さらに測定ヘッドであるハウジング
Ｈの上下（Ｚ軸）方向での寸法を小さく抑えることがで
きるようになるとともに、光学素子のレイアウトについ
て自由度が高まり、ユーザの使い勝手にあわせた配置の
ものが容易に提供できる。

【００７０】次に、この発明に係る第４の実施形態につ
いて説明する。なお、この実施形態において、先の実施
形態のものと同一部分には同一符号を付して重複説明を
避ける。

【００７１】図７は、この実施形態の形状測定装置を示
す構成図である。この実施形態においては、第２の実施
形態での構成のものにおいて、折り曲げミラー１１の替
わりに、全反射用のミラー１１Ａとハーフミラー１１Ｂ
とが配設されている。

【００７２】これらの全反射用のミラー１１Ａとハーフ
ミラー１１Ｂとは、反斜面が互いに平行で、かつ、同一
ライン、つまりＸ軸方向に対してそれぞれ４５度傾斜し
た状態で設置されている。

【００７３】さらに、この実施形態の形状測定装置で
は、ハーフミラー１１Ｂを透過した光ビームが進行する
光路上に、第２のコリメータレンズ１２と第２の光点位
置検出手段１３とを配設しているが、これらミラー１１
Ａとハーフミラー１１Ｂ及び第２のコリメータレンズ１
２と第２の光点位置検出手段１３は、全て回転テーブル
Ｒ上に固設されている。

【００７４】この回転テーブルＲは、ハウジングＨに回
転可能な状態で固定されており、制御装置９によってそ
の作動が制御されている。また、この制御装置９の入力
には、第２の光点位置検出手段１３の出力が接続されて
いる。

【００７５】次に、この実施形態の形状測定装置の作用
原理について説明する。

【００７６】光源２である半導体レーザから出射するレ
ーザ光は、シングルモード光ファイバ３中を搬送されて
その出射端３Ａから出射したのち、レンズ４に入射す
る。そして、このレンズ４を透過した光ビームは、第１
の偏光ビームスプリッタ５によりＰ波成分のみが直進し
て透過し、ハーフミラー１１Ｂへ向かう。そして、この
ハーフミラー１１Ｂにおいて、反射光と透過光とに分離
するが、このうち反射した光ビームのみを被測定物１の
測定用として使用する。このため、この図７では、透過
光については、図示していない。

【００７７】この反射光である光ビームは、四分の一波
長板７へ導かれる。そして、この四分の一波長板７を透
過すると、この光ビームは、直線偏光状態のものから円
偏光状態になって被測定物１の被測定面１Ａへ向かう。
そして、この被測定面１Ａの入射点αで反射した光ビー
ムは、再度、四分の一波長板７へ導かれ、そこを透過す
ると、円偏光状態であったものがＳ波の直線偏光状態と
なる。

【００７８】次に、このＳ波成分の光ビームは、光路ｂ
を進行して再度、ハーフミラー１１Ｂへ入射し、ここ
で、透過光と、反射光とに分離する。このうち、透過し
た光ビームは、第２のコリメータレンズ１２に入射して
これを透過した後、第２の光点位置検出手段１３である
ポジションセンサへ入射する。このような構成とするこ
とにより、先述したように、光ビームに含まれる位置ず
れ成分と、傾斜角度成分とを分離させることができるの
で、傾斜角度成分だけを測定することができる。その
後、ポジションセンサからの出力信号を入力する制御装
置９により、適宜の演算処理が行われる。

【００７９】一方、ハーフミラー１１Ｂで反射した光ビ
ームは、再度、第１の偏光ビームスプリッタ５に入射す
ると、ここで反射して進行する光路が折曲・偏向され、
第２偏光ビームスプリッタ６へ入射する。そして、この
第２偏光ビームスプリッタ６において、光ビームは、反
射して再び光路が折曲され、全反射ミラー１１Ａで反射
する。これにより、進行する光路が折曲された光ビーム
は、光路ｃを進行して再度、四分の一波長板７へ導かれ
る。なお、ここで、被測定面１Ａでの入射点αで反射
後、ハーフミラー１１Ｂに入射する前の光ビームの光路
ｂと、ミラー１１Ａで反射後の光ビームの光路ｃとは、
これらのミラー１１Ａ、ハーフミラー１１Ｂで正反射す
る限り、互いに平行な状態にある。そして、この光路ｃ
を進行するＳ波成分の光ビームは、再度、この四分の一
波長板７で円偏光状態となり、再び被測定物１の被測定
面１Ａへ向かう。

【００８０】この被測定面１Ａの入射点βで反射した光
ビームは、再度、四分の一波長板７へ導かれ、そこを透
過すると、円偏光状態であったものがＰ波の直線偏光状
態となる。そして、このＰ波成分の光ビームは、光路ｄ
を進行して全反射ミラー１１Ａへ向かい、この全反射ミ
ラー１１Ａで反射した光ビームは、次に、第２偏光ビー
ムスプリッタ６へ入射する。そして、この第２偏光ビー
ムスプリッタ６において、この光ビームは、直進・透過
し、第２のコリメータレンズ１２に入射してこれを透過
した後、第２の光点位置検出手段１３であるポジション
センサへ入射・受光する。その後、同様にして、ポジシ
ョンセンサからの出力信号を入力する制御装置９によ
り、適宜の演算処理が行われる。

【００８１】従って、この実施形態によれば、Ｘ軸移動
部材Ｍの移動走査に伴い、その被測定面１Ａの傾き具合
によっては、そこで反射後の光ビームが大きく向きを変
え、全反射ミラー１１Ａやハーフミラー１１Ｂから外れ
た方向に傾く虞れもある。そこで、この実施形態では、
被測定面１Ａを走査しながら測定する際に、第２のポジ
ションセンサからの出力信号が常時一定になるように制
御装置９で回転テーブルＲの回転位置を随時調整させる
ようになっている。

【００８２】従って、被測定面１Ａの形状変化が大きい
場合でも、回転テーブルＲを適宜回転させそこで反射す
る光ビームの方向を常時一定に制御することにより、被
測定面１Ａで反射後の光ビームが全反射ミラー１１Ａや
ハーフミラー１１Ｂから外れて測定できなくなる、とい
ったことを防止できる。これにより、測定対象物とし
て、被測定面１Ａにおいて譬え大きな傾斜角度の斜面を
有するものであっても、その形状を確実に測定すること
ができるようになり、汎用性が高まる。

【００８３】次に、この発明に係る第５の実施形態につ
いて説明する。なお、この実施形態において、先の実施
形態のものと同一部分には同一符号を付して重複説明を
避ける。

【００８４】図８は、この実施形態の形状測定装置を示
す構成図である。この実施形態においては、第４の実施
形態での構成のものにおいて、測定ヘッドであるハウジ
ングＨ部分が２分割されており、第１，第２のヘッド部
Ｈ１，Ｈ２から構成されている。

【００８５】そのうち、第１ヘッド部Ｈ１には、全反射
用のミラー１１Ａ，ハーフミラー１１Ｂ，第２のコリメ
ータレンズ１２及び第２の光点位置検出手段１３が配設
された回転テーブルＲと、四分の一波長板７とを搭載し
ており、Ｘ軸移動部材ＭによってＸ軸方向に移動可能に
設置されている。

【００８６】一方、第２ヘッド部Ｈ２は、光学定盤であ
るベースＢ側にスぺーサＳを介して固定されている。こ
の第２ヘッド部Ｈ２には、全反射用のミラー１１Ａ，ハ
ーフミラー１１Ｂ，第２のコリメータレンズ１２及び第
２の光点位置検出手段１３を除く残りの光学素子、即
ち、光源２、シングルモード光ファイバ３、レンズ４、
第１，第２の偏光ビームスプリッタ５，６、第１のコリ
メータレンズ１０及び第１の光点位置検出手段８が搭載
されており、スぺーサＳに固定されている。

【００８７】従って、この実施形態によれば、第４の実
施形態での効果の他に、次のような効果が得られる。Ｘ軸移動部材Ｍと一体の第１ヘッド部Ｈ１には、光源
２である半導体レーザやレンズ４などが搭載されていな
いから、移動部材を小型化させることができ、その分、
図示外の駆動手段であるモータなどの小型化が図れるも
のである。光源２である半導体レーザやレンズ４など光学素子
を、可動部分に設置するのではなく不動部分に設置する
から、Ｘ軸移動部材Ｍが作動して移動する際に、振動な
どの影響を受けることがなく、高精度の測定が行える。
特に、光ファイバ３にあっては、構造的に脆弱であると
ともに外乱振動などにより変形を起こし易い。このた
め、例えば、光ファイバ３が変形を起こすと、その中を
伝播する光ビームの光路が変化するので、出射端３Ａか
ら出射する光ビームもその影響を受けて、検査光として
の品質が劣化する虞れがある。このような事情から、こ
の光ファイバ３は、不動部分である第２ヘッド部Ｈ２に
搭載されていることにより、そのような影響もなく、高
精度な形状測定が可能となる。

【００８８】次に、この発明に係る第６の実施形態につ
いて説明する。なお、この実施形態において、先の実施
形態のものと同一部分には同一符号を付して重複説明を
避ける。

【００８９】図９は、この実施形態の形状測定装置を示
す構成図である。この実施形態においては、第２の実施
形態での構成のものにおいて、第１，第２の偏光ビーム
スプリッタ５，６の上側に、第１乃至第３のミラー１４
〜１６を追加した構成となっており、被測定面１Ａにお
いて、４個所の入射点α，β，γ，δへ入射するように
なっている。

【００９０】これらのミラー１４〜１６は、それぞれで
の反射面１４Ａ〜１６Ａを最適な角度に傾斜させてあ
る。即ち、これらのミラー１４〜１６は、図１０に示す
ように、被測定面１Ａの入射点α，βでの形状がＸ軸に
平行な平面形状である場合、それらの部分で反射後の光
ビームについて、第１ミラー１４で正反射した後の光路
Ｌ１上での光軸と、第３ミラー１６で正反射した後の光
路Ｌ２上での光軸とが直交するように設置されている。

【００９１】次に、この実施形態における光ビームが進
行する光路について説明する。

【００９２】図９において、光源２である半導体レーザ
から出射する光ビームは、第２の実施形態での場合と同
様に、光路ａに沿って、光ファイバ３、レンズ４、第１
偏光ビームスプリッタ５、四分の一波長板７を最初に透
過し、被測定面１Ａの入射点αで反射した後、光路ｂを
進行し、第１，第２の偏光ビームスプリッタ５，６へ入
射して透過するところまで、光路が同様であるが、第２
の偏光ビームスプリッタ５，６を透過した後のところか
ら、進行光路が異なる。

【００９３】即ち、この実施形態では、Ｓ波成分の光ビ
ームが入射点βで反射後、光路ｄを進行して四分の一反
射板７でＰ波の直線偏向状態となり、このＰ波成分の光
ビームが、第２偏光ビームスプリッタ６へ入射したの
ち、第２偏光ビームスプリッタ６を直進・透過すると、
第１ミラー１４へ入射する。この第１入射ミラー１４で
反射した光ビームは、次に、第２ミラー１５、第３ミラ
ー１６の順で反射を繰り返し、第３ミラー１６での反射
後に、再び、第１偏光ビームスプリッタ５へ入射するこ
ととなる。

【００９４】その後、第３ミラー１６での反射位置にも
よるが、この第１偏光ビームスプリッタ５中において、
この光ビームは、最初の入射の場合の光ビームの光路ａ
とは異なる光路ｅ（勿論、光路ｅが光路ａと同一光路と
なる場合もある）を進行する。そして、この光ビーム
は、第１偏光ビームスプリッタ５中において、最初の場
合と同様にして、同様のルート、即ち、光路ｅ、光路
ｆ、光路ｇ、光路ｈを再度進行する。なお、この場合に
も、第１偏光ビームスプリッタ５に入射した光ビームの
うち、反射するＳ成分については、使用しないので省略
する。

【００９５】このようにして、最後に、この被測定面１
Ａの入射点δで反射した光ビームは、光路ｈ上にある四
分の一波長板７へ入射し、そこを透過すると、円偏光状
態であったものがＰ波の直線偏光状態となる。従って、
このＰ波成分の光ビームは、光路ｄを進行して第２偏光
ビームスプリッタ６へ入射すると、この第２偏光ビーム
スプリッタ６において、直進・透過し、コリメータレン
ズ１０へ入射する。その後、第２の実施形態の場合と同
様にして、コリメータレンズ１０に入射してこれを透過
した光ビームは、光点位置検出手段８であるポジション
センサへ入射する。なお、このポジションセンサでは、
先の実施形態の場合と同様にして、光ビームの入射位置
に応じた出力信号が制御装置９へ出力され、この制御信
号を入力した制御装置９では、同様の演算をおこない、
Ｘ軸方向にそった各部位での被測定面の傾き具合を算出
する。

【００９６】次に、この実施形態において、光ビームに
よる第１〜第３ミラー１４〜１６での傾斜角度の関係に
ついて図１０を参照しながら説明する。なお、この図１
０において、一点鎖線の部分は、光ビームが被測定面１
Ａに入射したときに、その入射点での形状に傾きを有し
ない場合、つまりＸ軸に平行な平面状態の場合の光路を
示す。

【００９７】例えば、被測定面１Ａは入射点で角度θだ
け傾いた形状を有するとすると、第１ミラー１４へ入射
した光ビームは、その被測定面１Ａの入射点での形状が
平面のところでの反射に比べ、入射角度が２θだけずれ
て小さくなる。そして、この第１ミラー１４で正反射し
た光ビームも、同様に、反射角度が２θだけ小さくな
る。次に、この反射光を入射する第２ミラー１５でも、
入射角及び反射角が同一角度２θだけ小さくなる。

【００９８】一方、この第２ミラー１５からの反射光を
入射する第３ミラー１６では、同一角度２θだけ入射角
度が大きくなり、この入射点で正反射すると、同様に同
一角度２θだけ反射角度が大きくなる。これにより、第
１ミラー１４へ入射するときの光ビームの光軸のずれ方
向と、第３ミラー１６で正反射した後の光ビームの光軸
のずれ方向とでは、傾斜角度の向きが左右逆の関係とな
る。

【００９９】このような事情から、例えば被測定面１Ａ
の入射点α〜δまでの各４点での傾斜角度がそれぞれＸ
軸に対して、θａ，θｂ，θｃ，θｄとすると、ポジシ
ョンセンサの出力（ｓ）は、次式θ、即ち θ＝２（θａ−θｂ）＋２（θｃ−θｄ） ……（５）に比例する。ここで、互いに接近して設けたα点とγ点
の平均傾斜角度をθ１、β点とδ点の平均傾斜角度をθ
２とすると、 θ１＝（θａ＋θｃ）／２ ……（６） θ２＝（θｂ＋θｄ）／２ ……（７）であるから、ポジションセンサの出力（ｓ）は、（５）
式より、 θ＝２（θａ＋θｃ）−２（θｂ＋θｄ）＝２・２θ１−２・２θ２（（６），（７）より）＝４（θ１−θ２） ……（８）に比例し、第２の実施形態の場合の（４）式に比較し
て、２倍の感度が得られる。

【０１００】従って、この実施形態によれば、被測定面
１Ａでの形状検出用の光ビームを、２度同様のルートで
被測定面１Ａへ送り込むように構成してあるので、別言
すれば、２つの環状の光路を設けており、傾斜角度差を
拡大させて取出すことができ、測定分解能が飛躍的に向
上し、曲面形状の測定精度が大幅に向上する。なお、こ
の光ビームを３度以上に亙って送り出すように構成して
もよい。

【０１０１】なお、この実施形態にあっては、光源２で
ある半導体レーザを移動可能なハウジングＨに固定して
あるが、光ファイバ３はフレキシブルであるから、例え
ば、半導体レーザを不動部材に設置するとともに、この
光ファイバ３の出射端３Ａを移動部材側のハウジングＨ
に配線するようにしてもよい。さらに、この実施形態に
おいて、第４実施形態のように回転テーブルＲを用いる
ようにしてもよいし、第５実施形態のようにハウジング
Ｈの一部を固定させてもよい。なお、この実施形態で
は、光ビームを被測定面１Ａで４回反射させてあるが、
２回反射させる構成でもよい。なお、これを実現するに
は、光ビームを３回繰り返し反斜面で反射させればよ
い。

【０１０２】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、以下のような効果が得られる。被測定面に対して少なくとも２個所での傾斜角度の差
を測定するようになっており、譬え移動部材の姿勢など
に誤差を生じていても、その誤差を互いの傾斜角度から
キャンセルさせることができるから、精度の高い形状測
定が得られる。測定中、被測定物はベースに固定されているから、被
測定物に作用する重力の影響を受けることがなく、その
形状がそのまま保持され、変形状態もそのまま保持され
るので、高精度な形状測定が行える。通常、光源から出射する光ビームにはふらつきや光量
変化を伴なっており、精度の良好な形状測定を行う場合
には、できるだけこのような誤差を抑えるのが好ましい
訳であるが、光源については単一のもので構成できるか
ら、このような誤差による影響を最小限に抑えることが
でき、より高精度な形状測定が実現できる。光点位置検出手段として、単一のもので構成できるか
ら、この光点位置検出手段の製造誤差による影響も最小
限に抑えることができ、さらに高精度な形状測定が行え
る。被測定面上の２個所での傾斜角度の差を直接測定する
ことができるから、これら各個所での傾斜角度を測定し
た後それらの角度差を演算するといったことが必要な
く、この演算を行うための演算装置が不要であるから、
装置が簡略化されるとともに、コストダウンを図ること
ができる。光学素子を最小限の点数で構成することができるか
ら、光学素子の製作誤差がもたらす悪影響を最小限に抑
えることができ、その分精度の向上が図れるようにな
る。

【０１０３】さらに、この発明によれば、この他に、光ビームによる被測定物への入射ルートを複数回に亙
って繰り返し設けるように光ビームの光路を形成するこ
とができるから、被測定面の傾斜角度を倍増させること
ができ、形状測定の精度を飛躍的に向上させることがで
きるようになる。移動部材に固定する光学素子を最小限に抑えることに
より、移動部材の小型化が図れるので、これを駆動する
モータなども小型化が可能となる。光ファイバを不動部材側に設置することにより、移動
部材の移動に伴う振動により光ファイバが変形して光ビ
ームの品質劣化をもたらす、といった不都合を防止する
ことができるようになる。光ビームの検出手段をハウジングに対して回転可能な
回転テーブルに搭載することにより、被測定物の形状変
化が大きなものであっても、反射光の進路が大きくずれ
て測定可能な領域からはみ出すといった事態が防止でき
るから、被測定物の適用対象が拡大して各種のものの形
状測定が可能となる。被測定物をベースに固定させたまま形状測定を行うよ
うになっており、重力が常時一定方向に作用するので、
測定中の被測定物の配置状態によっては重力の作用を受
けて形状が変化する、といったことが防止でき、測定精
度の向上につながる。シングルモードの光ファイバを使用することにより、
その出射端から出射する光ビームはほぼ点光源とみなす
ことができるから、光源として、例えば半導体レーザを
使用するような場合に発生する光強度のむらやポインテ
ィングスタビリテイが改善され、均一で良好な光ビーム
が得られるから、さらに高精度の形状測定が可能にな
る。被測定物の形状変化が小さいものを測定する場合、光
ビームの光軸方向からのずれ成分を近似的に無視するこ
とができるから、検出手段としてそのポジションセンサ
のみで構成しても傾斜角度成分を検出することができ、
検出手段として簡単な構造のもので構成できるから、コ
ストダウンの削減を図ることができる。移動部材の移動誤差に起因して光ビームの光路が大き
く変動しても、少なくとも被測定面の２個所で反射する
光ビームでの光路の変動を互いにキャンセルすることが
できるから、その移動誤差の影響を全く受けること無
く、精度の高い形状測定が実現できる。被測定物の形状変化が大きいために、被測定物の走査
に伴ない走査方向での光ビームの変動量が大きくなって
も、その光ビームの進行方向を分離し、測定するので、
これに影響されない高精度な測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る形状測定装置を示す概略構成図
である。

【図２】その形状測定装置の操作方法を示すフローチャ
ートである。

【図３】その第２の実施形態を示す概略構成図である。

【図４】その作用原理を示す説明図である。

【図５】その実施形態における光ビームのずれと傾斜角
度と焦点距離との関係を示す説明図である。

【図６】その第３実施形態を示す概略構成図である。

【図７】その第４実施形態を示す概略構成図である。

【図８】その第５実施形態を示す概略構成図である。

【図９】その第６実施形態を示す概略構成図である。

【図１０】その第６実施形態における３個のミラーでよ
る光ビームの光路の変化を示す説明図である。

【図１１】従来例を示す構成ブロック図である。

【符号の説明】

１被測定物１Ａ被測定面２光源３シングルモード光ファイバ４レンズ５第１の偏光ビームスプリッタ６第２の偏光ビームスプリッタ７四分の一波長板８位置検出手段９制御装置１０コリメータレンズ１１Ａ全反射ミラー１１Ｂハーフミラー１２第２コリメータレンズ１３第２ポジションセンサ（光点位置検出手段）１４第１ミラー１５第２ミラー１６第３ミラーＢベースＧガイドＨハウジングＬ光軸ＭＸ軸移動部材Ｒ回転テーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物を搭載するベースと、このベース上の被測定物の被測定面に沿って一方向に移
動可能な移動部材と、この移動部材に固定した一本の光ビームを発生する光源
と、前記移動部材に固定した四分の一波長板と、光源からの光ビームが入射する第１及び第２の偏光ビー
ムスプリッタと、前記移動部材に固定して設け、第１の偏光ビームスプリ
ッタ及び四分の一波長板を順次透過して被測定面に垂直
に投光させその被測定面で反射した後に四分の一波長板
及び前記第２の偏光ビームスプリッタを順次透過した光
ビームの進行方向を検出する検出手段と、この検出手段からの出力信号と移動部材の位置を記憶す
る記憶装置と、この記憶装置及び移動部材を作動させるとともに記憶し
たデータを用いた積分計算によって被測定物の形状を計
算する演算装置とを備えたことを特徴とする形状測定装
置。
【請求項２】第２の偏光ビームスプリッタと検出手段
との間に、コリメータレンズを設けたことを特徴とする
請求項１に形状測定装置。
【請求項３】第１，第２の偏光ビームスプリッタと四
分の一波長板との間に折り曲げミラーをさらに備え、第１の偏光ビームスプリッタを透過した光ビームを折り
曲げミラーで反射させ、被測定面で反射し四分の一波長板を透過した光ビーム
を折り曲げミラーで反射させ、第１、第２の偏光ビームスプリッタで反射させた光ビー
ムを折り曲げミラーで反射させ、四分の一波長板を透過した後に被測定面で反射しさらに
四分の一波長板を透過した光ビームを折り曲げミラーで
反射させた後、第２の偏光ビームスプリッタを透過させ
るように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記
載の形状測定装置。
【請求項４】移動部材に固定され、ハーフミラー、折
り曲げミラー及びポジションセンサを固定して設けた回
転テーブルと、回転テーブルを回転させる制御装置とをさらに備え、第１の偏光ビームスプリッタを透過した光ビームをハー
フミラーで反射させ、被測定面に垂直入射して反射した後に四分の一波長板を
透過する光ビームを、ハーフミラーで透過する光ビーム
と反射する光ビームとに分割させ、ハーフミラーで透過した光ビームを検出手段に導くとと
もに検出手段からの出力が一定となるように制御装置で
回転テーブルを回転させ、ハーフミラーで反射した光ビームを第１の偏光ビームス
プリッタで反射させるとともに第２の偏光ビームスプリ
ッタで反射させた後、折り曲げミラーで反射させ、被測定面で反射した光ビームを四分の一波長板を透過さ
せた後、折り曲げミラーで反射させるように構成したこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項５】ベースに固定された光学定盤に光源，第
１、第２の偏光ビームスプリッタ及び検出手段を固定し
て設けるとともに、折り曲げミラー及び四分の一波長板を移動部材に固定し
て設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
項に記載の形状測定装置。
【請求項６】第２の偏光ビームスプリッタを透過した
光ビームを反射面で３回以上の奇数回反射させ、この反
射面で反射後に略環状に形成した導光路で再度第１の偏
光ビームスプリッタに光ビームを導く際に、略環状の導
光路から抜け出した光ビームが進行する方向を検出手段
で検出するように構成したことを特徴とする請求項１乃
至５のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項７】光源と第１の偏光ビームスプリッタとの
間の光路上に、光源からの光を入射して第１の偏光ビー
ムスプリッタへ向けて出射するシングルモード光ファイ
バを配設するとともに、シングルモード光ファイバから出射する拡散光を平行光
にするレンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至６
のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】光源からの光を集光するレンズを設ける
とともに、このレンズと光源との間であって前記レンズの焦点位置
にピンホールマスクを設け、ピンホールマスクから拡散する光を前記レンズで平行光
にするように構成したことを特徴とする請求項１乃至７
のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項９】光ビームの進行する方向を検出する検出
手段として、ポジションセンサを用いたことを特徴とす
る請求項１乃至８のいずれか１項に記載の形状測定装
置。
【請求項１０】光ビームの進行する方向を検出する検
出手段を前記コリメータレンズの焦点位置に配置したこ
とを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項１１】折り曲げミラーを取付けるとともに移
動部材に対して回転可能な回転テーブルと、この回転テーブルを回転させる制御装置とを追加して設
けたことを特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。