JP2009180712A - Inner diameter measuring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inner diameter measuring device for measuring the inner diameter also of an object to be measured having a small inner diameter, in inner diameter dimension measurement of the cylindrical object to be measured using white interference. <P>SOLUTION: This inner diameter measuring device 1 includes a surface reflecting element 3 for reflecting a first light flux divided from incident light from a white light source 2 on the object to be measured and causing the first optical path difference corresponding to the inner diameter of the object 10 between the first light flux and the second light flux divided from the incident light, an interferometer 4 for dividing the light flux coming from the spherical surface reflecting element 3 into a third light flux and a fourth light flux going to a moving mirror 44, and causing the second optical path difference between the third light flux and the fourth light flux, a detector 5 for receiving the third and fourth light fluxes, and a controller 6 for determining the inner diameter of the object by measuring the position of the moving mirror 44 corresponding to the maximum value of the interference signal occurring when the first optical path difference is substantially equal to the second optical path difference and by calculating the second optical path difference. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、筒状の被測定物の内径を測定する内径測定装置に関し、特に、白色干渉を用いた内径測定装置に関する。   The present invention relates to an inner diameter measuring apparatus that measures the inner diameter of a cylindrical object to be measured, and more particularly, to an inner diameter measuring apparatus that uses white interference.

従来より、円筒状の部品を、非接触で精密に測定する方法として、白色干渉の原理を用いた方法が提案されている。例えば、白色干渉を用いて、シリンダの内径を測定するための干渉計が知られている(非特許文献1参照)。非特許文献1に記載された干渉計では、白色光源から放射された光を、コリメータで平行光とし、シリンダ内に配置されたハーフミラーで二つの光束に分割する。そして、それらの光束は、シリンダの内面または平面鏡で反射された後、例えばシリンダの内径の2倍に相当する光路差を生じて再度ハーフミラーで結合されてシリンダ内から出射する。そして、シリンダ内から出射した光束を、別途設けられた干渉計で再度二つの光束に分割し、シリンダ内で生じた光路差と略等しい光路差を生じさせることにより、白色干渉縞を生じさせる。白色干渉縞は、シリンダ内で生じた光路差と干渉計側で生じさせた光路差とが等しい場合に最大振幅を有するので、干渉計側で生じさせた二つの光束の光路差を測定することにより、正確にシリンダの内径を測定することができる。   Conventionally, a method using the principle of white interference has been proposed as a method for accurately measuring a cylindrical part in a non-contact manner. For example, an interferometer for measuring the inner diameter of a cylinder using white interference is known (see Non-Patent Document 1). In the interferometer described in Non-Patent Document 1, light emitted from a white light source is converted into parallel light by a collimator and divided into two light beams by a half mirror arranged in a cylinder. Then, these light beams are reflected by the inner surface of the cylinder or the plane mirror, and then, for example, an optical path difference corresponding to twice the inner diameter of the cylinder is generated, and are combined again by the half mirror and emitted from the cylinder. Then, the light beam emitted from the inside of the cylinder is divided again into two light beams by an interferometer provided separately, and an optical path difference substantially equal to the optical path difference generated in the cylinder is generated, thereby generating white interference fringes. Since the white interference fringe has the maximum amplitude when the optical path difference generated in the cylinder is equal to the optical path difference generated on the interferometer side, measure the optical path difference between the two light beams generated on the interferometer side. Thus, the inner diameter of the cylinder can be accurately measured.

植木、大岩、「シリンダの内径測定用干渉計」、計量研究所報告、昭和63年1月、第37巻、第1号、p.53-57Ueki, Oiwa, "Interferometer for measuring inner diameter of cylinder", Report of Metrology Institute, January 1988, Vol. 37, No. 1, p.53-57

ところで、近年の微細加工技術の進展により、内径が非常に小さい、場合によっては、内径が1mm以下しかない部品が様々な製品に使用されるに至っている。このような部品についても、加工精度の確認などのために、内径を精度良く計測することについての要望がある。そのような要望に応えるために、上記の干渉計を用いて円筒状の部品の内径を測定しようとすれば、その内径よりも小さいハーフミラーを使用することが必要となる。さらに、ハーフミラーをその部品の円筒内部に位置固定するために、ハーフミラーの保持用部材もその円筒内部に配置することが必要となる。しかし、ハーフミラー及びその保持用部材を小型化するには限界があるため、内径があまりに小さくなると、ハーフミラー及びその保持用部材を円筒内部に配置することが困難となる。そのため、このような内径の小さい部品の内径寸法を精度良く測定することは困難であった。   By the way, due to the recent progress in microfabrication technology, parts having an extremely small inner diameter, and in some cases having an inner diameter of only 1 mm or less have been used for various products. For such parts, there is a demand for measuring the inner diameter with high accuracy in order to confirm processing accuracy. In order to meet such a demand, if it is going to measure the internal diameter of a cylindrical part using said interferometer, it will be necessary to use a half mirror smaller than the internal diameter. Furthermore, in order to fix the position of the half mirror inside the cylinder of the component, it is necessary to arrange the holding member of the half mirror inside the cylinder. However, since there is a limit to downsizing the half mirror and its holding member, if the inner diameter becomes too small, it becomes difficult to dispose the half mirror and its holding member inside the cylinder. For this reason, it has been difficult to accurately measure the inner diameter of a component having such a small inner diameter.

上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、白色干渉を用いた円筒状の被測定物の内径寸法測定において、小さな内径を有する被測定物についても内径を測定可能な内径測定装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an inner diameter measuring apparatus capable of measuring an inner diameter of a measured object having a small inner diameter in measuring the inner diameter of a cylindrical measured object using white interference. There is.

本発明の一つの実施態様によれば、筒状の被測定物の内径寸法を測定する内径測定装置が提供される。係る内径測定装置は、白色光源と、白色光源から放射された入射光から分割された第1の光束を被測定物で反射させ、入射光から分割された第2の光束との間に被測定物の内径に対応する第1の光路差を生じさせる表面反射素子と、位置が固定された固定鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、表面反射素子から出射した第1及び第2の光束を、それぞれ固定鏡に向かう第3の光束と、移動鏡に向かう第4の光束に分岐して、第3の光束と第4の光束との間に第2の光路差を生じさせる干渉計と、第3の光束と第4の光束を受光し、第1の光路差と第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、その干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、検出された干渉信号の最大値に対応する移動鏡の位置を測定し、その位置から第2の光路差を計算することにより、被測定物の内径を求めるコントローラとを有する。   According to one embodiment of the present invention, an inner diameter measuring device for measuring an inner diameter dimension of a cylindrical object to be measured is provided. Such an inner diameter measuring apparatus reflects a first light beam divided from incident light emitted from a white light source and the white light source by an object to be measured, and measures between the second light beam divided from the incident light. An interferometer having a surface reflecting element that generates a first optical path difference corresponding to the inner diameter of an object, a fixed mirror that is fixed in position, and a movable mirror that is movable along the optical path, The emitted first and second light beams are branched into a third light beam directed toward the fixed mirror and a fourth light beam directed toward the movable mirror, respectively, and the second light beam is between the third light beam and the fourth light beam. An interferometer that generates the optical path difference, and the third and fourth light fluxes are received, an interference signal that is generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and the interference signal is detected. The position of the moving mirror corresponding to the maximum value of the detected interference signal and the detector that outputs the signal corresponding to Constant, and by calculating the second optical path difference from that position, and a controller for determining the inner diameter of the object.

また、本発明によれば、表面反射素子は球体であり、表面反射素子は、入射光の一部をその表面反射素子の表面で反射して、被測定物の内面に略垂直に入射させることにより第1の光束を形成し、かつ、入射光の他の一部を表面反射素子の白色光源側の頂点あるいは表面反射素子が設置された設置台の表面で反射することにより第2の光束を形成することが好ましい。   Further, according to the present invention, the surface reflecting element is a sphere, and the surface reflecting element reflects a part of incident light on the surface of the surface reflecting element so as to enter the inner surface of the object to be measured substantially perpendicularly. To form a first light flux and reflect another part of the incident light on the vertex of the white light source side of the surface reflection element or the surface of the installation base on which the surface reflection element is installed. Preferably formed.

さらに、本発明によれば、表面反射素子は、被測定物の軸を含む平面における断面形状が台形となる形状を有し、表面反射素子は、入射光の一部をその表面反射素子の側面で反射して、被測定物の内面に略垂直に入射させることにより第1の光束を形成し、かつ、入射光の他の一部を表面反射素子の頂面あるいは表面反射素子が設置された設置台の表面で反射することにより第2の光束を形成することが好ましい。   Further, according to the present invention, the surface reflecting element has a shape in which a cross-sectional shape in a plane including the axis of the object to be measured is a trapezoid, and the surface reflecting element is configured to allow a part of incident light to be side surfaces of the surface reflecting element. The first light beam is formed by being incident substantially perpendicularly on the inner surface of the object to be measured, and the other part of the incident light is installed on the top surface of the surface reflecting element or the surface reflecting element. It is preferable to form the second light flux by reflecting on the surface of the installation table.

また、本発明によれば、白色光源から放射された光を第1の光束と第2の光束に分割する光束分割素子をさらに有することが好ましい。   According to the present invention, it is preferable to further include a light beam splitting element that splits the light emitted from the white light source into a first light beam and a second light beam.

また、本発明の他の実施態様によれば、筒状の被測定物の内径寸法を測定する内径測定装置が提供される。係る内径測定装置は、白色光源と、位置が固定された参照鏡と光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、白色光源から放射された光を、参照鏡に向かう第1の光束と移動鏡に向かう第2の光束に分岐して、第1の光束と第2の光束との間に第1の光路差を生じさせる干渉計と、干渉計から出射された第1の光束及び第2の光束から分割された第3の光束を被測定物で反射させ、第1の光束及び第2の光束から分割された第4の光束との間に被測定物の内径に対応する第2の光路差を生じさせる表面反射素子と、第3の光束と第4の光束を受光し、第1の光路差と第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、その干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、検出された干渉信号の最大値に対応する移動鏡の位置を測定し、その位置から第1の光路差を計算することにより、被測定物の内径を求めるコントローラと、を有する。
なお、上記の各実施態様において、白色光源とは、可視光域において広帯域発光する光源に限られず、所定の波長を中心波長とした一定の波長帯域の光を放射する光源をいう。
According to another embodiment of the present invention, an inner diameter measuring device for measuring an inner diameter dimension of a cylindrical object to be measured is provided. The inner diameter measuring apparatus is an interferometer having a white light source, a reference mirror whose position is fixed, and a movable mirror that can move along the optical path. The inner diameter measuring device transmits light emitted from the white light source toward the reference mirror. An interferometer that branches into a first light beam and a second light beam that travels toward the moving mirror to produce a first optical path difference between the first light beam and the second light beam, and a first light emitted from the interferometer The third light beam divided from the first light beam and the second light beam is reflected by the object to be measured, and the inner diameter of the object to be measured is between the first light beam and the fourth light beam divided from the second light beam. A surface reflection element that causes a corresponding second optical path difference, and a third light flux and a fourth light flux are received, and an interference signal that is generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected. The detector that outputs a signal corresponding to the interference signal and the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the detected interference signal It was measured by calculating the first optical path difference from that position, having a controller for determining the inner diameter of the object.
In each of the above embodiments, the white light source is not limited to a light source that emits light in a broad band in the visible light range, but a light source that emits light in a certain wavelength band with a predetermined wavelength as a center wavelength.

本発明によれば、白色干渉を用いた円筒状の被測定物の内径寸法測定において、小さな内径を有する被測定物についても内径を測定可能な内径測定装置を提供することが可能となった。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it became possible to provide the internal diameter measuring apparatus which can measure an internal diameter also about the to-be-measured object which has a small internal diameter in the internal-diameter dimension measurement of the cylindrical to-be-measured object using white interference.

以下、本発明を、リングゲージ、シリンダなど、円筒状の被測定物の内径を計測する内径測定装置に適用した実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本発明を適用した内径測定装置は、白色光源からの光を、被測定物の略中心に配置した球体の表面反射素子に入射させる。その表面反射素子は、入射光の一部を頂点で垂直反射するとともに、入射光の他の一部を、球表面の頂点と異なる位置で、被測定物の内面に対して略垂直な方向に反射することにより、白色光源からの光を、被測定物の内径に応じて定まる光路差を有する二つの光束に分割する。そして、内径測定装置は、それぞれの光束を、別途用意された干渉計に入射させる。干渉計では、上記光路差とほぼ等しい光路差を生じる二つの光路に光束を分割して干渉させることにより、白色干渉縞を生じさせる。そして、検出器で白色干渉縞の最大信号値を検出して干渉計の二つの光路間の光路差を測定することにより、被測定物の内径を求める。
Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to an inner diameter measuring device that measures the inner diameter of a cylindrical object to be measured, such as a ring gauge and a cylinder, will be described with reference to the drawings.
An inner diameter measuring apparatus to which the present invention is applied causes light from a white light source to be incident on a spherical surface reflecting element disposed substantially at the center of an object to be measured. The surface reflecting element vertically reflects a part of the incident light at the apex, and another part of the incident light at a position different from the apex of the sphere surface in a direction substantially perpendicular to the inner surface of the object to be measured. By reflecting, the light from the white light source is split into two light beams having an optical path difference determined according to the inner diameter of the object to be measured. Then, the inner diameter measuring device causes each light beam to enter a separately prepared interferometer. In the interferometer, white interference fringes are generated by splitting the light beam into two optical paths that cause an optical path difference substantially equal to the optical path difference to cause interference. Then, the inner diameter of the object to be measured is obtained by detecting the maximum signal value of the white interference fringe with a detector and measuring the optical path difference between the two optical paths of the interferometer.

図1は、本発明を適用した内径測定装置1の概略構成を示す図である。内径測定装置1は、白色光源2と、被測定物の内径に応じて定まる光路差を有する二つの光束を生じさせる表面反射素子3と、表面反射素子3で生じた光路差と同程度の光路差を生じさせて白色干渉縞を発生させる干渉計4と、干渉計4で発生した干渉縞を検出する検出器5と、各部の制御を行い、かつ検出された干渉縞から被測定物の内径を求めるコントローラ6を有する。さらに、内径測定装置1は、白色光源2からの光を表面反射素子3に伝える光ファイバ7と、表面反射素子3から出射した光束を干渉計4へ伝える光ファイバ8と、その光束の向きを変えて光ファイバ8に入射させるためのビームスプリッタ9を有する。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an inner diameter measuring apparatus 1 to which the present invention is applied. The inner diameter measuring device 1 includes a white light source 2, a surface reflecting element 3 that generates two light fluxes having an optical path difference determined according to the inner diameter of the object to be measured, and an optical path that is approximately the same as the optical path difference generated by the surface reflecting element 3. An interferometer 4 that generates a white interference fringe by causing a difference, a detector 5 that detects the interference fringe generated by the interferometer 4, and controls each part, and from the detected interference fringes, the inner diameter of the object to be measured It has the controller 6 which calculates | requires. Further, the inner diameter measuring device 1 includes an optical fiber 7 that transmits light from the white light source 2 to the surface reflecting element 3, an optical fiber 8 that transmits the light beam emitted from the surface reflecting element 3 to the interferometer 4, and the direction of the light beam. It has a beam splitter 9 for entering the optical fiber 8 instead.

白色光源2は、コヒーレンス長が短く、広帯域な波長の光を放射可能な光源である。白色光源2として、例えば、LED、SLD(スーパールミネッセントダイオード)、SOA(Semiconductor Optical Amplifier)光源、ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源などを用いることができる。また、白色光源2から出射される光の中心波長は、例えば750nm、1300nm、1550nmなどに設定することができる。本実施形態では、白色光源2として、中心波長1550nmの赤外LEDを用いた。   The white light source 2 is a light source that has a short coherence length and can emit light having a broad wavelength. As the white light source 2, for example, an LED, an SLD (super luminescent diode), an SOA (Semiconductor Optical Amplifier) light source, an ASE (Amplified Spontaneous Emission) light source, or the like can be used. The center wavelength of the light emitted from the white light source 2 can be set to 750 nm, 1300 nm, 1550 nm, and the like, for example. In the present embodiment, an infrared LED having a center wavelength of 1550 nm is used as the white light source 2.

図2に、被測定物10と、表面反射素子3の概略配置図を示す。被測定物10は、XYZステージ14上に配置される。また、XYZステージ14の略中央部に設けられた穴を通じて、設置台16が設置される。そして、被測定物10の筒内部に位置するように、その設置台16の上に、表面反射素子3が設置される。表面反射素子3は、被測定物10の内径に応じて定まる光路差を有する二つの光束B1、B2を生成する。白色光源2から放射された光は、第1の光ファイバ7、コリメータレンズ11、ビームスプリッタ9及びウェッジプリズム12を経て表面反射素子3に導かれる。なお、コリメータレンズ11は、入射した光を平行光とする。そして、ウェッジプリズム12は、コリメータレンズ11を経て入射した平行光の位置を調整して出射する。そして、ウェッジプリズム12から出射した光は、被測定物10の内径の略中心に配置された表面反射素子3に入射する。   FIG. 2 shows a schematic layout of the DUT 10 and the surface reflection element 3. The DUT 10 is placed on the XYZ stage 14. Further, the installation table 16 is installed through a hole provided in a substantially central portion of the XYZ stage 14. And the surface reflective element 3 is installed on the installation stand 16 so that it may be located inside the cylinder of the DUT 10. The surface reflecting element 3 generates two light beams B1 and B2 having an optical path difference determined according to the inner diameter of the DUT 10. The light emitted from the white light source 2 is guided to the surface reflecting element 3 through the first optical fiber 7, the collimator lens 11, the beam splitter 9 and the wedge prism 12. The collimator lens 11 makes incident light parallel light. The wedge prism 12 adjusts the position of the parallel light incident through the collimator lens 11 and emits it. Then, the light emitted from the wedge prism 12 is incident on the surface reflecting element 3 disposed at the approximate center of the inner diameter of the DUT 10.

表面反射素子3は球体で構成され、ウェッジプリズム12を経て入射した光を、その表面で反射する。そして、その光の一部は、表面反射素子3の頂点で垂直反射してビームスプリッタ9へ向かう光束B2となる。また、ウェッジプリズム12から出射した光の他の一部は、表面反射素子3の表面の別の位置で反射され、被測定物10の内面S1に向かう。そしてその光のうち、被測定物10の内面S1に対して垂直に入射した光は、その内面S1で反射された後、再度表面反射素子3の表面で反射されて、ビームスプリッタ9へ向かう光束B1となる。   The surface reflecting element 3 is formed of a sphere, and reflects light incident through the wedge prism 12 on the surface thereof. A part of the light is vertically reflected at the apex of the surface reflecting element 3 to become a light beam B <b> 2 directed to the beam splitter 9. Further, another part of the light emitted from the wedge prism 12 is reflected at another position on the surface of the surface reflecting element 3 and travels toward the inner surface S <b> 1 of the DUT 10. Of the light, the light perpendicularly incident on the inner surface S1 of the object to be measured 10 is reflected by the inner surface S1 and then reflected again by the surface of the surface reflecting element 3 and travels toward the beam splitter 9. B1.

なお、表面反射素子3は、例えば、金属、光学ガラス、あるいは光学プラスチックからなる。また表面反射素子3の表面には、白色光源2から発する光の波長に対応した反射膜が形成されていてもよい。さらに、表面反射素子3は、設置台16に対して、接着剤などで固定される。あるいは、表面反射素子3の半径が事前に測定されている場合、設置台16の表面に窪みを設け、その窪みに表面反射素子3を設置してもよい。   The surface reflecting element 3 is made of, for example, metal, optical glass, or optical plastic. A reflective film corresponding to the wavelength of light emitted from the white light source 2 may be formed on the surface of the surface reflective element 3. Further, the surface reflecting element 3 is fixed to the installation table 16 with an adhesive or the like. Alternatively, when the radius of the surface reflecting element 3 is measured in advance, a recess may be provided on the surface of the installation table 16, and the surface reflecting element 3 may be installed in the recess.

XYZステージ14は、被測定物10の軸方向(すなわち、図2及び図3における垂直方向)、被測定物10の軸方向に直交する円筒断面内で互いに直交する2方向に移動可能であり、ステージコントローラ15により駆動される。またステージコントローラ15は、コントローラ6と電気的に接続され、コントローラ6によって制御される。そして、ステージコントローラ15は、コントローラ6からの制御信号に基づいてXYZステージ14を駆動し、表面反射素子3と被測定物10の位置関係を調節する。   The XYZ stage 14 is movable in two directions orthogonal to each other within an axial direction of the device under test 10 (that is, a vertical direction in FIGS. 2 and 3) and a cylindrical cross section orthogonal to the axis direction of the device under test 10. It is driven by the stage controller 15. The stage controller 15 is electrically connected to the controller 6 and controlled by the controller 6. Then, the stage controller 15 drives the XYZ stage 14 based on the control signal from the controller 6 and adjusts the positional relationship between the surface reflecting element 3 and the device under test 10.

図3を参照しつつ、光束B1と光束B2の間に生じる光路差について説明する。この実施形態では、ウェッジプリズム12から出射された光は平行光であり、被測定物10の内面S1に対して略平行に、上方から表面反射素子3へ入射する。また、表面反射素子3は、被測定物10の内径の中心軸上に、表面反射素子3の中心Oが位置するように配置されているものとする。このとき、その入射光の一部の光束B2は、表面反射素子3のウェッジプリズム側の頂点aで垂直反射され、入射方向と逆方向に出射する。一方、入射光の他の一部の光束B1は、表面反射素子3の上方から、その表面上の点bに対して45°の角度で入射する。そのため、その光束B1は、表面反射素子3で、水平方向、すなわち、被測定物10の内面S1に対して垂直な方向に沿って反射される。そして、その光束B1は、被測定物の内面S1で垂直反射され、その後表面反射素子3の表面上の点bで再度反射されて、上方へ向けて出射する。なお、設置台16の表面からの高さが、点bと等しい、表面反射素子3の他の部分で反射された光も、点bで反射される光と同様に、被測定物10の内面S1での垂直反射及び表面反射素子3での再度の反射を経て、上方へ向けて出射する。したがって光束B1は、リング状の光束となる。   With reference to FIG. 3, the optical path difference generated between the light beams B1 and B2 will be described. In this embodiment, the light emitted from the wedge prism 12 is parallel light and is incident on the surface reflecting element 3 from above substantially parallel to the inner surface S <b> 1 of the DUT 10. Further, the surface reflecting element 3 is arranged so that the center O of the surface reflecting element 3 is positioned on the central axis of the inner diameter of the DUT 10. At this time, a part of the incident light beam B2 is vertically reflected at the vertex a on the wedge prism side of the surface reflecting element 3 and is emitted in the direction opposite to the incident direction. On the other hand, another part of the incident light beam B1 is incident on the surface b from the upper side of the surface reflecting element 3 at an angle of 45 °. Therefore, the light beam B <b> 1 is reflected by the surface reflecting element 3 along the horizontal direction, that is, the direction perpendicular to the inner surface S <b> 1 of the DUT 10. Then, the light beam B1 is vertically reflected by the inner surface S1 of the object to be measured, and then reflected again by the point b on the surface of the surface reflecting element 3, and is emitted upward. In addition, the light reflected by the other part of the surface reflective element 3 whose height from the surface of the installation base 16 is equal to the point b is the same as the light reflected by the point b. The light is emitted upward through the vertical reflection at S1 and the reflection at the surface reflection element 3 again. Therefore, the light beam B1 becomes a ring-shaped light beam.

ここで、表面反射素子3の半径をrとする。このとき、光束B1が反射する表面反射素子3の表面上の点bにおける、表面反射素子3の表面に対する法線bOが、表面反射素子3の頂点aと中心Oを通る線aO(すなわち、被測定物10の内径の軸)となす角は、45°である。したがって、頂点aと点bとの高さの差Δhは、r(1−1/√2)となる。一方、点bと線aOまでの距離は、r/√2となる。そこで、被測定物10の内径をDとすると、点bから被測定物10の内面S1までの距離Δdは、D/2−r/√2となる。したがって、光束B1と光束B2の光路差Δlは、以下の式で求められる。
Δl=2(Δh+Δd)=(2−2√2)r+D (1)
Here, the radius of the surface reflecting element 3 is r. At this time, the normal bO with respect to the surface of the surface reflecting element 3 at the point b on the surface of the surface reflecting element 3 where the light beam B1 is reflected is a line aO passing through the vertex a and the center O of the surface reflecting element 3 (that is, the object to be covered). The angle formed with the axis of the inner diameter of the measured object 10 is 45 °. Therefore, the height difference Δh between the vertex a and the point b is r (1-1 / √2). On the other hand, the distance between the point b and the line aO is r / √2. Therefore, when the inner diameter of the DUT 10 is D, the distance Δd from the point b to the inner surface S1 of the DUT 10 is D / 2−r / √2. Therefore, the optical path difference Δl between the light beams B1 and B2 can be obtained by the following equation.
Δl = 2 (Δh + Δd) = (2-2√2) r + D (1)

(1)式より、被測定物10の内径Dを測定するためには、表面反射素子3の半径rを正確に知ることが必要である。ここで、表面反射素子3の半径rは、公知の様々な方法を用いて、事前に測定しておくことができる。あるいは、図3に示すように、表面反射素子3が設置される設置台16の上面で垂直反射される光束B3と、光束B2との光路差を、干渉計4を用いて測定し、求められた光路差の1/4を表面反射素子3の半径rとすることができる。なお、光束B2と光束B3の光路差を測定する際には、被測定物10をXYZステージ14から除去することが好ましい。干渉計4にて観測可能な干渉縞を生じさせる光束を、光束B2とB3に限定することにより、誤測定の可能性を減らすことができるためである。   From the equation (1), in order to measure the inner diameter D of the DUT 10, it is necessary to know the radius r of the surface reflecting element 3 accurately. Here, the radius r of the surface reflecting element 3 can be measured in advance using various known methods. Alternatively, as shown in FIG. 3, the optical path difference between the light beam B3 vertically reflected by the upper surface of the installation table 16 on which the surface reflecting element 3 is installed and the light beam B2 is measured by using an interferometer 4 and obtained. Further, ¼ of the optical path difference can be set as the radius r of the surface reflecting element 3. Note that it is preferable to remove the DUT 10 from the XYZ stage 14 when measuring the optical path difference between the light beams B2 and B3. This is because the possibility of erroneous measurement can be reduced by limiting the light fluxes that generate the interference fringes observable by the interferometer 4 to the light fluxes B2 and B3.

さらに、表面反射素子3が、被測定物10に対して偏心して配置される場合(すなわち、表面反射素子3の中心Oが、被測定物10の軸上に存在しない場合)も想定される。この場合、点bと同じ高さの表面反射素子3の表面上の点から被測定物10の内面S1までの距離は、その表面上の点の位置によって異なる。さらに、表面反射素子3によって偏心方向と平行でない方向へ反射された光は、被測定物10の軸と直交する面内において、内面S1に対して斜入射となり、内面S1で垂直反射される場合よりも光路が長くなる。そのため、光束B1は、表面反射素子3における反射位置によって光路長が異なり、光束B2との光路差も、その反射位置によって異なる。   Furthermore, a case where the surface reflecting element 3 is arranged eccentrically with respect to the object to be measured 10 (that is, a case where the center O of the surface reflecting element 3 does not exist on the axis of the object to be measured 10) is assumed. In this case, the distance from the point on the surface of the surface reflecting element 3 having the same height as the point b to the inner surface S1 of the DUT 10 varies depending on the position of the point on the surface. Further, the light reflected by the surface reflecting element 3 in a direction not parallel to the eccentric direction is obliquely incident on the inner surface S1 in a plane orthogonal to the axis of the object to be measured 10 and is vertically reflected by the inner surface S1. The optical path is longer than. Therefore, the optical path length of the light beam B1 differs depending on the reflection position on the surface reflecting element 3, and the optical path difference from the light beam B2 also differs depending on the reflection position.

このような場合、検出器5で観測される白色干渉縞の振幅は、表面反射素子3の偏心量が増大するほど減少し、また干渉縞を観測できる範囲は広くなる。そこで、以下の手順により、表面反射素子3が被測定物10の内径に対して偏心していない位置を決定する。
まず、表面反射素子3と被測定物10の位置関係を、被測定物10の軸方向に直交する円筒断面内で、特定の方向にずらしながら干渉縞の測定を繰り返す。そして、得られた干渉縞の振幅の測定値が最大となるときの表面反射素子3の位置を決定する。その後、上記の特定方向と直交する方向に、同様に表面反射素子3を移動させつつ、干渉縞の振幅が最大となる位置を求める。最終的に、最も干渉縞の振幅が大きくなった時、表面反射素子3は、被測定物10の内径に対して偏心なく配置されていると判断する。
In such a case, the amplitude of the white interference fringe observed by the detector 5 decreases as the amount of eccentricity of the surface reflecting element 3 increases, and the range in which the interference fringe can be observed becomes wider. Therefore, the position where the surface reflecting element 3 is not eccentric with respect to the inner diameter of the DUT 10 is determined by the following procedure.
First, the measurement of interference fringes is repeated while shifting the positional relationship between the surface reflecting element 3 and the device under test 10 in a specific direction within a cylindrical cross section orthogonal to the axial direction of the device under test 10. And the position of the surface reflective element 3 when the measured value of the amplitude of the obtained interference fringe becomes the maximum is determined. Thereafter, the position where the amplitude of the interference fringes is maximized is obtained while moving the surface reflecting element 3 in the same direction in the direction orthogonal to the specific direction. Finally, when the amplitude of the interference fringes becomes the largest, it is determined that the surface reflecting element 3 is arranged without eccentricity with respect to the inner diameter of the DUT 10.

図4(a)及び(b)を参照しつつ、表面反射素子3が被測定物10に対して偏心している場合における、被測定物10の内径Dの別の測定方法を示す。図4(a)は、被測定部10と表面反射素子3の位置関係を示す概略側面断面図であり、図4(b)は、その表面反射素子3に入射する光束を制限するシャッタ素子31の平面図である。
図4(a)に示すように、この測定方法では、光束B1のうち、表面反射素子3の表面上の一点(例えば、点b)で反射される部分と表面反射素子3の頂点aで垂直反射される光束B2のみが透過可能な、スリット状の開口32を有するシャッタ素子31を、ウェッジプリズム12と表面反射素子3の間に配置する。その開口32の長手方向の長さは、例えば表面反射素子3の半径rとほぼ等しい。さらにシャッタ素子31は、開口32の長手方向に沿って移動可能に構成される。この場合、図4(a)及び(b)に示すように、スリット状の開口32の長手方向と、表面反射素子3の被測定物10に対する偏心方向が略平行な場合にのみ、光束B1がその開口を通過することができる。そこで、まず、このシャッタ素子31を配置した状態で、観測された白色干渉縞に基づいて光束B1(例えば、点bで反射された光束)とB2の光路差Δl1を測定する。その後、表面反射素子3上の反射位置を、最初の反射位置bに対して頂点aと表面反射素子3の中心Oを結ぶ直線を中心とした軸対称の位置(例えば、図4(a)における点c)になるように、シャッタ素子31をスリットの長手方向に沿って平行に移動する。そして、再度光束B1とB2の光路差Δl2を測定する。そして、測定された光路差Δl1、Δl2の平均値を、表面反射素子3が偏心していないときの光路差Δlとすることができる。
With reference to FIGS. 4A and 4B, another measurement method of the inner diameter D of the device under test 10 when the surface reflecting element 3 is eccentric with respect to the device under test 10 will be described. FIG. 4A is a schematic side sectional view showing the positional relationship between the part to be measured 10 and the surface reflecting element 3, and FIG. 4B is a shutter element 31 that restricts the light beam incident on the surface reflecting element 3. FIG.
As shown in FIG. 4A, in this measurement method, a portion of the light beam B1 that is reflected at one point (for example, point b) on the surface of the surface reflecting element 3 and a vertex a of the surface reflecting element 3 are perpendicular to each other. A shutter element 31 having a slit-like opening 32 through which only the reflected light beam B 2 can be transmitted is disposed between the wedge prism 12 and the surface reflecting element 3. The length of the opening 32 in the longitudinal direction is substantially equal to the radius r of the surface reflecting element 3, for example. Furthermore, the shutter element 31 is configured to be movable along the longitudinal direction of the opening 32. In this case, as shown in FIGS. 4A and 4B, the light beam B1 is generated only when the longitudinal direction of the slit-like opening 32 and the eccentric direction of the surface reflecting element 3 with respect to the object to be measured 10 are substantially parallel. It can pass through the opening. Therefore, first, with the shutter element 31 disposed, the optical path difference Δl 1 between the light beam B1 (for example, the light beam reflected at the point b) and B2 is measured based on the observed white interference fringes. Thereafter, the reflection position on the surface reflecting element 3 is set to an axially symmetric position (for example, in FIG. The shutter element 31 is moved in parallel along the longitudinal direction of the slit so as to be point c). Then, the optical path difference Δl 2 between the light beams B1 and B2 is measured again. Then, the average value of the measured optical path differences Δl 1 and Δl 2 can be set as the optical path difference Δl when the surface reflecting element 3 is not decentered.

表面反射素子3で反射され、入射方向と逆方向に出射した光束B1及びB2は、再度ウェッジプリズム12を通った後、ビームスプリッタ9で反射されて、光ファイバ8に入射する。そして、その光束B1及びB2は、光ファイバ8を通って、干渉計4へ入射する。   The light beams B 1 and B 2 reflected by the surface reflecting element 3 and emitted in the direction opposite to the incident direction pass through the wedge prism 12 again, are reflected by the beam splitter 9, and enter the optical fiber 8. The light beams B 1 and B 2 enter the interferometer 4 through the optical fiber 8.

図5に、干渉計4の概略構成図を示す。光ファイバ8から出射した光束B1及びB2は、干渉計4のコリメータレンズ41を経て、平行光となる。そして、ビームスプリッタ42へ入射する。光束B1及びB2は、ビームスプリッタ42で反射されて第1の光路へ向かう光束B11、B21と、ビームスプリッタ42を透過して第2の光路へ向かう光束B12、B22に分岐する。なお、光束B11は、表面反射素子3から出射した光束B1のうち、干渉計4の第1の光路へ向かう光束を表し、光束B21は、表面反射素子3から出射した光束B2のうち、干渉計4の第1の光路へ向かう光束を表す。同様に、光束B12は、表面反射素子3から出射した光束B1のうち、干渉計4の第2の光路へ向かう光束を表し、光束B22は、表面反射素子3から出射した光束B2のうち、干渉計4の第2の光路へ向かう光束を表す。   FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the interferometer 4. The light beams B1 and B2 emitted from the optical fiber 8 pass through the collimator lens 41 of the interferometer 4 and become parallel light. Then, the light enters the beam splitter 42. The light beams B1 and B2 are reflected by the beam splitter 42 and branched into light beams B11 and B21 that travel toward the first optical path, and light beams B12 and B22 that pass through the beam splitter 42 and travel toward the second optical path. The light beam B11 represents the light beam B1 emitted from the surface reflection element 3 toward the first optical path of the interferometer 4, and the light beam B21 represents the interferometer among the light beam B2 emitted from the surface reflection element 3. 4 represents a light beam traveling toward the first optical path 4. Similarly, the light beam B12 represents the light beam B1 emitted from the surface reflection element 3 toward the second optical path of the interferometer 4, and the light beam B22 represents the interference light beam B2 emitted from the surface reflection element 3. This represents the light flux toward the second optical path in total.

第1の光路には、位置が固定された参照鏡43が設置される。そして、第1の光路へ向かう光束B11、B21は、参照鏡43で反射されてビームスプリッタ42へ戻り、その一部はビームスプリッタ42を透過して検出器5へ向かう。一方、第2の光路には、その光路に沿って移動可能な移動鏡44が設けられる。そして、第2の光路へ向かう光束B12、B22は、移動鏡44で反射されてビームスプリッタ42へ戻り、その一部はビームスプリッタ42で反射されて、B11、B21とともに検出器5へ向かう。   A reference mirror 43 whose position is fixed is installed in the first optical path. The light beams B <b> 11 and B <b> 21 going to the first optical path are reflected by the reference mirror 43 and return to the beam splitter 42, and part of the light passes through the beam splitter 42 and goes to the detector 5. On the other hand, a movable mirror 44 that is movable along the optical path is provided in the second optical path. Then, the light beams B12 and B22 traveling toward the second optical path are reflected by the moving mirror 44 and returned to the beam splitter 42. A part of the light beams B12 and B22 are reflected by the beam splitter 42 and travel to the detector 5 together with B11 and B21.

移動鏡44は、支持部材45に取り付けられる。そして、移動鏡44及び支持部材45は、移動範囲が狭いものの、移動鏡44の位置の微調整が可能なピエゾ微動ステージ46の上に設置される。また、移動鏡44及び支持部材45は、ピエゾ微動ステージ46とともに、移動範囲が相対的に大きく、移動鏡44の位置を大まかに決定する粗動ステージ47上に設置される。ピエゾ微動ステージ46及び粗動ステージ47は、それぞれピエゾコントローラ51及びステージコントローラ52と電気的に接続される。そして、ピエゾ微動ステージ46及び粗動ステージ47は、ピエゾコントローラ51及びステージコントローラ52からの制御信号に基づいて、移動鏡44を第2の光路に沿って移動させる。   The movable mirror 44 is attached to the support member 45. The movable mirror 44 and the support member 45 are installed on a piezo fine movement stage 46 that can finely adjust the position of the movable mirror 44 although the movement range is narrow. The movable mirror 44 and the support member 45 are installed on a coarse movement stage 47 that, together with the piezo fine movement stage 46, has a relatively large movement range and roughly determines the position of the movement mirror 44. The piezo fine movement stage 46 and the coarse movement stage 47 are electrically connected to the piezo controller 51 and the stage controller 52, respectively. Then, the piezo fine movement stage 46 and the coarse movement stage 47 move the movable mirror 44 along the second optical path based on control signals from the piezo controller 51 and the stage controller 52.

また、支持部材45の背面には、コーナーキューブ48が取り付けられる。さらに、支持部材45よりも後方(すなわち、支持部材45を中心として、ビームスプリッタ42の反対側)には、移動鏡44の位置計測用干渉計49が設置される。そして、位置計測用干渉計49は、コーナーキューブ48へ向けて照射され、コーナーキューブ48で反射されて位置計測用干渉計49に戻ってきたコヒーレント光と、参照光との間で観測される干渉縞の移動本数を計数することにより、移動鏡44の移動量を計測することができる。
なお、移動鏡44を移動させつつ、その移動の間に連続的に干渉信号を測定する場合には、ピエゾ微動ステージ46及びピエゾコントローラ51を省略してもよい。
A corner cube 48 is attached to the back surface of the support member 45. Further, an interferometer 49 for measuring the position of the movable mirror 44 is installed behind the support member 45 (that is, on the opposite side of the beam splitter 42 with the support member 45 as the center). The position measurement interferometer 49 is irradiated to the corner cube 48, reflected by the corner cube 48 and returned to the position measurement interferometer 49, and interference observed between the reference light and the reference light. The amount of movement of the movable mirror 44 can be measured by counting the number of moving stripes.
If the interference signal is continuously measured during the movement while moving the movable mirror 44, the piezo fine movement stage 46 and the piezo controller 51 may be omitted.

検出器5は、検出した光量を電気信号として出力するものである。検出器5として、例えば、フォトダイオード、CCDまたはC−MOSなどの半導体検出素子を使用することができる。本実施形態では、検出器5として、CCD素子を2次元アレイ状に並べたものを用いた。
また、検出器5は、コントローラ6と電気的に接続され、検出した光量に対応する電気信号を、コントローラ6へ送信する。
The detector 5 outputs the detected light quantity as an electrical signal. As the detector 5, for example, a semiconductor detection element such as a photodiode, CCD, or C-MOS can be used. In this embodiment, a detector in which CCD elements are arranged in a two-dimensional array is used as the detector 5.
The detector 5 is electrically connected to the controller 6 and transmits an electrical signal corresponding to the detected light amount to the controller 6.

コントローラ6は、いわゆるPCで構成され、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ、磁気ディスク、光ディスク及びそれらの読取装置等からなる記憶部と、RS232C、イーサネット(登録商標)などの通信規格にしたがって構成された電子回路及びデバイスドライバなどのソフトウェアからなる通信部を有する。
さらにコントローラ6は、図示していないCPU,ROM,RAM及びその周辺回路と、CPU上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして、検出された光量及び移動鏡44の位置に基づいて、被測定物10の内径Dを求めたり、位置計測用干渉計49、ピエゾコントローラ51、ステージコントローラ52及び検出器5など、コントローラ6に接続された機器を制御する制御部とを有する。
The controller 6 is configured by a so-called PC, and is configured in accordance with a communication unit such as RS232C and Ethernet (registered trademark), and a storage unit including an electrically rewritable nonvolatile memory, a magnetic disk, an optical disk, and a reading device thereof. A communication unit including software such as an electronic circuit and a device driver.
Further, the controller 6 is a functional module realized by a CPU, ROM, RAM and its peripheral circuits (not shown) and a computer program executed on the CPU, based on the detected light quantity and the position of the movable mirror 44. It has a control unit that obtains the inner diameter D of the object to be measured 10 and controls devices connected to the controller 6 such as a position measurement interferometer 49, a piezo controller 51, a stage controller 52, and a detector 5.

以下、内径測定装置1による被測定物10の内径を測定する動作について説明する。
白色光源2からの光は、コヒーレンス長が短いため、光路差がほぼ等しい場合にのみ干渉縞を生じる。ここで、干渉計4の第1の光路における、ビームスプリッタ42から参照鏡43までの距離がL1であり、第2の光路における、ビームスプリッタ42から移動鏡44までの距離がL2であるとすると、第3の光束と第4の光束との間に、光路差ΔL=2(L2−L1)が生じる(ただし、L2>L1とする)。このとき、光路差ΔLと、光束B1とB2の間に生じた光路差Δlが等しければ、表面反射素子3において、被測定物10の内面S1で反射された光束B1のうち、干渉計4において、第1の光路を通った光束B11と、表面反射素子3の頂点aで垂直反射された光束B2のうち、干渉計4において、第2の光路を通った光束B22との光路差が0となる。そのため、最大の干渉信号を観測することができる。そして、干渉計4で生じた光路差ΔLと光束B1とB2との間に生じた光路差Δlとの差が大きくなるにつれて、干渉信号の大きさは急激に低下する。また、光束B1とB2との間に生じた光路差Δlに関しては、上記の(1)式で示したように、表面反射素子3の半径rと、被測定部10の内径Dに基づいて決定される。そこで、予め、あるいは、光路差ΔLの測定後、表面反射素子3の半径rを測定する。そして、(1)式のΔlに光路差ΔLの測定値を代入し、半径rにその測定値を代入することにより、被測定物10の内径Dを求めることができる。
Hereinafter, an operation for measuring the inner diameter of the DUT 10 by the inner diameter measuring apparatus 1 will be described.
Since the light from the white light source 2 has a short coherence length, interference fringes are generated only when the optical path differences are substantially equal. Here, it is assumed that the distance from the beam splitter 42 to the reference mirror 43 in the first optical path of the interferometer 4 is L1, and the distance from the beam splitter 42 to the moving mirror 44 in the second optical path is L2. An optical path difference ΔL = 2 (L2−L1) occurs between the third light flux and the fourth light flux (where L2> L1). At this time, if the optical path difference ΔL is equal to the optical path difference Δl generated between the light beams B1 and B2, the interferometer 4 out of the light beam B1 reflected by the inner surface S1 of the object to be measured 10 by the surface reflecting element 3. The optical path difference between the light beam B11 passing through the first optical path and the light beam B2 vertically reflected by the apex a of the surface reflecting element 3 is 0 in the interferometer 4 with the light beam B22 passing through the second optical path. Become. Therefore, the maximum interference signal can be observed. Then, as the difference between the optical path difference ΔL generated in the interferometer 4 and the optical path difference Δl generated between the light beams B1 and B2 increases, the magnitude of the interference signal rapidly decreases. Further, the optical path difference Δl generated between the light beams B1 and B2 is determined based on the radius r of the surface reflecting element 3 and the inner diameter D of the part to be measured 10 as shown in the above equation (1). Is done. Therefore, the radius r of the surface reflecting element 3 is measured in advance or after measuring the optical path difference ΔL. Then, the inner diameter D of the DUT 10 can be obtained by substituting the measured value of the optical path difference ΔL for Δl in the equation (1) and substituting the measured value for the radius r.

また、移動鏡44をビームスプリッタ42に近づけていくと、第3の光束と第4の光束との間に生じる光路差ΔL=2(L1−L2)が、光束B1のうち、第2の干渉計4において第2の光路を通った光束B12と、光束B2のうち、第2の干渉計4において第1の光路を通った光束B21との光路差が0となったところでも、干渉縞を観測することができる(ただし、L1>L2である)。そこで、光束B11と光束B22との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡44の位置と、光束B12と光束B21との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡44の位置との差を2で割った値を、上記のΔLとすることができる。   When the moving mirror 44 is moved closer to the beam splitter 42, the optical path difference ΔL = 2 (L1−L2) generated between the third light flux and the fourth light flux is the second interference in the light flux B1. Even when the optical path difference between the light beam B12 passing through the second optical path in the total 4 and the light beam B21 passing through the first optical path in the second interferometer 4 among the light beams B2 is 0, interference fringes are generated. Can be observed (where L1> L2). Therefore, the difference between the position of the moving mirror 44 at which the interference signal generated between the light beams B11 and B22 is maximized and the position of the moving mirror 44 at which the interference signal generated between the light beams B12 and B21 is maximized. The value divided by 2 can be used as the above ΔL.

図6に、被測定物10の内径Dを測定する際の内径測定装置1の動作フローチャートを示す。最初に事前準備として、表面反射素子3の半径rを測定し、コントローラ6の記憶部に記憶しておく。なお、その半径rの値は、上記のように、公知の測定方法を用いて、あるいは、光束B2とB3の光路差を測定することにより、測定することができる。
測定を開始すると、まず初期化手順として、移動鏡44の基準位置、すなわち、干渉計4の第1の光路と第2の光路間の光路差が0となる移動鏡44の位置を決定する(ステップS101)。そのために、内径測定装置1に、被測定物10を設置せず、干渉計4で干渉縞の検出される位置を求める。このとき、被測定物10の内面で反射される光束は存在しないから、表面反射素子3から出射する光束は、全てB2となる。なお、設置台16の表面で垂直反射された光束B3と光束B2との干渉縞の発生を避けるために、光ファイバ7から表面反射素子3までの間に絞りを設け、表面反射素子3にのみ光が照射されるようにしてもよい。干渉計4では、第1の光路におけるビームスプリッタ42から参照鏡43までの距離L1と、第2の光路におけるビームスプリッタ42から移動鏡44までの距離L2との差が0のとき、干渉信号は最大となる。そこで、コントローラ6は、移動鏡44を移動させて、複数の測定点で検出器5で検出される光量を観測し、検出光量が最大、すなわち、干渉信号が最大値となる位置を見つける。そして、コントローラ6は、干渉信号が最大値となったときの移動鏡44の位置を、位置計測用干渉計49から受信し、L1=L2となる位置P1として、コントローラ6の記憶部に記憶する。
FIG. 6 shows an operation flowchart of the inner diameter measuring apparatus 1 when measuring the inner diameter D of the DUT 10. First, as advance preparation, the radius r of the surface reflecting element 3 is measured and stored in the storage unit of the controller 6. Note that the value of the radius r can be measured by using a known measurement method as described above or by measuring the optical path difference between the light beams B2 and B3.
When the measurement is started, first, as an initialization procedure, the reference position of the movable mirror 44, that is, the position of the movable mirror 44 at which the optical path difference between the first optical path and the second optical path of the interferometer 4 becomes 0 is determined ( Step S101). Therefore, the position where the interference fringes are detected by the interferometer 4 is obtained without installing the DUT 10 in the inner diameter measuring device 1. At this time, since there is no light beam reflected from the inner surface of the DUT 10, all the light beams emitted from the surface reflecting element 3 are B2. In order to avoid generation of interference fringes between the light beam B3 and the light beam B2 vertically reflected on the surface of the installation table 16, a diaphragm is provided between the optical fiber 7 and the surface reflection element 3, and only the surface reflection element 3 is provided. Light may be irradiated. In the interferometer 4, when the difference between the distance L1 from the beam splitter 42 to the reference mirror 43 in the first optical path and the distance L2 from the beam splitter 42 to the movable mirror 44 in the second optical path is zero, the interference signal is Maximum. Therefore, the controller 6 moves the movable mirror 44, observes the light amount detected by the detector 5 at a plurality of measurement points, and finds the position where the detected light amount is maximum, that is, the interference signal is maximum. The controller 6 receives the position of the movable mirror 44 when the interference signal reaches the maximum value from the position measurement interferometer 49 and stores it in the storage unit of the controller 6 as a position P1 where L1 = L2. .

次に、表面反射素子3が被測定物10の円筒内部に位置するように、被測定物10をXYZステージ14上に設置する。このとき、上述したように、白色干渉縞は、光束B1とB2との間に生じる光路差Δlと、ΔL=2(L2−L1)がほぼ等しい位置でのみ観測される。そこで、コントローラ6は、ステージコントローラ52を通じて粗動ステージ47を駆動し、干渉計4の移動鏡44を白色干渉縞が観測されるようになるまで後退させる。そして、コントローラ6は、上記と同様に、移動鏡44を移動させて、複数の測定点で検出器5で検出される光量の増減を調べ、出力信号値の最大値、すなわち干渉信号の最大値を求める(ステップS102)。出力信号が最大となったときの移動鏡44の位置P2を、位置計測用干渉計49から受信する(ステップS103)。そして、コントローラ6は、記憶部からL1=L2のときの移動鏡44の位置P1を読み出してP2−P1の値を計算し、光路差ΔL=2(L2−L1)を求める(ステップS104)。干渉計4で生じる光路差が求まると、コントローラ6は、記憶部から、表面反射素子3の半径rの値を読み出す(ステップS105)。そして、被測定物10について求めた光路差ΔLと、その半径rの値から、(1)式にしたがって、被測定物10の内径Dを求める(ステップS106)。   Next, the device under test 10 is placed on the XYZ stage 14 so that the surface reflecting element 3 is positioned inside the cylinder of the device under test 10. At this time, as described above, the white interference fringes are observed only at a position where the optical path difference Δl generated between the light beams B1 and B2 is substantially equal to ΔL = 2 (L2−L1). Therefore, the controller 6 drives the coarse movement stage 47 through the stage controller 52 and moves the moving mirror 44 of the interferometer 4 backward until white interference fringes are observed. Then, similarly to the above, the controller 6 moves the movable mirror 44 to check increase / decrease in the amount of light detected by the detector 5 at a plurality of measurement points, and the maximum value of the output signal value, that is, the maximum value of the interference signal. Is obtained (step S102). The position P2 of the movable mirror 44 when the output signal becomes maximum is received from the position measurement interferometer 49 (step S103). Then, the controller 6 reads the position P1 of the movable mirror 44 when L1 = L2 from the storage unit, calculates the value P2-P1, and obtains the optical path difference ΔL = 2 (L2-L1) (step S104). When the optical path difference generated in the interferometer 4 is obtained, the controller 6 reads the value of the radius r of the surface reflecting element 3 from the storage unit (step S105). Then, the inner diameter D of the device under test 10 is obtained from the optical path difference ΔL obtained for the device under test 10 and the value of the radius r according to the equation (1) (step S106).

なお、ステップS101で移動鏡44の基準位置P1を測定する代わりに、上記のように、移動鏡44を参照鏡43よりもビームスプリッタ42に近づけて、光束B12と光束B21との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡44の位置P3を求めてもよい。そして、(P2−P3)/2の値を計算し、その値をΔLとしてもよい。   Instead of measuring the reference position P1 of the movable mirror 44 in step S101, as described above, the movable mirror 44 is moved closer to the beam splitter 42 than the reference mirror 43, and interference occurs between the light beams B12 and B21. The position P3 of the movable mirror 44 that maximizes the signal may be obtained. Then, the value of (P2−P3) / 2 is calculated, and the value may be ΔL.

以上説明してきたように、本発明を適用した内径測定装置1は、被測定物10の円筒内部に、表面反射素子3を配置することで、被測定物10の内径に応じた光路差を有する二つの光束を生成し、その光路差に対応する白色干渉縞の生成を可能とする。また、公知の製造技術を使用して、直径1mm以下のサイズであっても、真球度の高い表面反射素子を製造することができるため、内径測定装置1は、被測定物10の内径が小さい場合でも、その内径寸法を正確に測定することができる。さらに、表面反射素子3は、入射光を第1の光束と第2の光束に分割する際に表面で入射光を反射し、その内部に侵入した光を使用しないので、屈折率分散による光路差を生じない。そのため、内径測定装置1は、被測定物10の内径を正確に測定することができる。   As described above, the inner diameter measuring apparatus 1 to which the present invention is applied has an optical path difference corresponding to the inner diameter of the device under test 10 by disposing the surface reflecting element 3 inside the cylinder of the device under test 10. Two light fluxes are generated, and white interference fringes corresponding to the optical path difference can be generated. Further, since the surface reflection element having a high sphericity can be manufactured using a known manufacturing technique even when the diameter is 1 mm or less, the inner diameter measuring apparatus 1 has an inner diameter of the object to be measured 10. Even if it is small, the inner diameter can be accurately measured. Further, the surface reflecting element 3 reflects the incident light at the surface when splitting the incident light into the first light flux and the second light flux, and does not use the light that has entered the inside. Does not occur. Therefore, the inner diameter measuring device 1 can accurately measure the inner diameter of the DUT 10.

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態において、ウェッジプリズム12と表面反射素子3の間に集光レンズを配置して、収束光を表面反射素子3に入射させるようにしてもよい。例えば、表面反射素子3への入射光が設置台16の表面で焦点を結ぶように、集光レンズが構成されている場合について説明する。この場合、表面反射素子3の中心Oと頂点aとを結ぶ線と、その中心Oにて60度の角をなす法線が通る表面反射素子3の表面上の点cに、線aOに対して30度の角をなす光線が入射すると、表面反射素子3で反射されて被測定物10の円筒断面に対して平行な光となる(すなわち、光束B1となる)。   In addition, this invention is not limited to said embodiment. For example, in the above embodiment, a condensing lens may be disposed between the wedge prism 12 and the surface reflecting element 3 so that convergent light is incident on the surface reflecting element 3. For example, the case where the condensing lens is configured so that the incident light on the surface reflecting element 3 is focused on the surface of the installation table 16 will be described. In this case, a line connecting the center O and the vertex a of the surface reflecting element 3 and a point c on the surface of the surface reflecting element 3 through which a normal line forming an angle of 60 degrees at the center O passes, with respect to the line aO. When a light beam having an angle of 30 degrees is incident, the light is reflected by the surface reflecting element 3 and becomes light parallel to the cylindrical cross section of the object to be measured 10 (that is, the light beam B1).

図7を参照しつつ、この場合における光束B1と、表面反射素子3の頂点aで反射される光束B2の光路差Δl'について説明する。まず、表面反射素子3が設置されていない場合における、収束光の等位相面70から設置台16表面の焦点fまでの光路長をLとする。この場合、光束B1に関して、表面反射素子3の中心Oを通る線aOから点cまでの距離は、r√3/2である。そこで、点cから被測定物10の内面S1までの距離Δd'は、D/2−r√3/2となる。また、点cから焦点fまでの距離は、√3rとなる。したがって、光束B1の、等位相面70から点c、内面S1を経由して再度等位相面70に到達するまでの光路長l1は、
1=2L−2×√3r+2Δd'=2L+D−3√3r (2)
となる。一方、光束B2の、等位相面70から頂点aで反射されて再び等位相面に到達するまでの光路長l2は、頂点aから焦点fまでの距離が2rであるから、
2=2L−2×2r=2L−4r (3)
となる。したがって、光束B1と光束B2の光路差Δl'は、(2)、(3)式より、以下のようになる。
Δl'=l1−l2=D+(4−3√3)r (4)
With reference to FIG. 7, the optical path difference Δl ′ between the light beam B1 in this case and the light beam B2 reflected by the apex a of the surface reflecting element 3 will be described. First, let L be the optical path length from the equiphase surface 70 of the convergent light to the focal point f of the surface of the installation table 16 when the surface reflecting element 3 is not installed. In this case, with respect to the light beam B1, the distance from the line aO passing through the center O of the surface reflecting element 3 to the point c is r√3 / 2. Therefore, the distance Δd ′ from the point c to the inner surface S1 of the DUT 10 is D / 2−r√3 / 2. The distance from the point c to the focal point f is √3r. Therefore, the optical path length l 1 of the light beam B1 from the equiphase surface 70 until it reaches the equiphase surface 70 again via the point c and the inner surface S1 is:
l 1 = 2L−2 × √3r + 2Δd ′ = 2L + D−3√3r (2)
It becomes. On the other hand, the optical path length l 2 of the light beam B2 from the equiphase surface 70 until it reaches the equiphase surface again after being reflected from the equiphase surface 70 is 2r from the vertex a to the focal point f.
l 2 = 2L−2 × 2r = 2L−4r (3)
It becomes. Accordingly, the optical path difference Δl ′ between the light beams B1 and B2 is as follows from the equations (2) and (3).
Δl ′ = l 1 −l 2 = D + (4−3√3) r (4)

なお、表面反射素子3への入射光が焦点を結ぶ位置を調節することにより、表面反射素子3の他の位置で反射する光を、光束B1とすることができる。
また、光束B2として、表面反射素子3の頂点で垂直反射される光束の代わりに、設置台16の表面で垂直反射される光束を用いて、被測定物の内径Dを測定することができる。この場合、光束B1とB2との光路差Δl"は、例えば表面反射素子3への入射光が平行光の場合、(1)式より、Δl"=Δl−2・2r=D−(2+2√2)rとなる。
By adjusting the position where the incident light on the surface reflecting element 3 is focused, the light reflected at other positions on the surface reflecting element 3 can be changed to the light beam B1.
Further, the inner diameter D of the object to be measured can be measured by using a light beam vertically reflected on the surface of the installation table 16 instead of a light beam vertically reflected at the apex of the surface reflecting element 3 as the light beam B2. In this case, the optical path difference Δl ″ between the light beams B1 and B2 is, for example, when the incident light to the surface reflecting element 3 is parallel light, from the equation (1), Δl ″ = Δl−2 · 2r = D− (2 + 2√ 2) r.

さらに、ウェッジプリズム12と表面反射素子3の間に、光束B1と光束B2のみを通すように構成されたマスク素子を配置してもよい。このようにマスク素子を配置することにより、白色干渉縞の生成と関係しない光が干渉計4に伝播することを防止できるので、検出器5により検出される干渉縞のS/N比を改善することができる。なお、このようなマスク素子は、光束B1あるいは光束B2が通る部分のみを透明あるいは中空とし、他の部分を不透明な部材で構成するか、その他の部分の表面に不透明な膜を設けることにより形成できる。   Further, a mask element configured to pass only the light beam B1 and the light beam B2 may be disposed between the wedge prism 12 and the surface reflecting element 3. By arranging the mask elements in this way, it is possible to prevent light that is not related to the generation of white interference fringes from propagating to the interferometer 4, thereby improving the S / N ratio of the interference fringes detected by the detector 5. be able to. Such a mask element is formed by making only the part through which the light beam B1 or the light beam B2 pass transparent or hollow, and configuring the other part with an opaque member or providing an opaque film on the surface of the other part. it can.

さらに、表面反射素子3に入射する前に、表面反射素子3の頂点aに垂直入射する光束と、表面反射素子3の他の位置に入射する光束とを分割してもよい。このような構成の例を図8(a)及び(b)に示す。図8(a)及び(b)では、理解を容易にするために、被測定物10と表面反射素子3、及びそれらに入射する光束の位置関係の説明に必要な構成要素のみを図示している。
図8(a)に示すように、白色光源からの光は、ハーフミラー81により、光束B1とB2に分割される。光束B1は、ミラー82でさらに反射されて表面反射素子3へ向かう。そして、その光束B1は、表面反射素子3で反射された後、被測定物10の内面S1で反射され、再度表面反射素子3で反射されて、元の入射方向と反対向きに進む。一方、光束B2は、ハーフミラー81で反射された後、表面反射素子3の頂点aで垂直反射されて、元の入射方向と反対向きに進む。この場合における、光束B1とB2の光路差は、表面反射素子3の半径rと、ハーフミラー81とミラー82間の距離と、光束B1が表面反射素子3へ入射する入射角と、被測定物10の内径Dに基づいて決定することができる。
Furthermore, before entering the surface reflecting element 3, the light beam perpendicularly incident on the apex “a” of the surface reflecting element 3 and the light beam incident on another position of the surface reflecting element 3 may be divided. An example of such a configuration is shown in FIGS. In FIGS. 8A and 8B, only the components necessary for explaining the positional relationship between the DUT 10 and the surface reflecting element 3 and the light beams incident thereon are shown for ease of understanding. Yes.
As shown in FIG. 8A, the light from the white light source is split into light beams B1 and B2 by the half mirror 81. The light beam B1 is further reflected by the mirror 82 and travels toward the surface reflecting element 3. The light beam B1 is reflected by the surface reflecting element 3, then reflected by the inner surface S1 of the object to be measured 10, reflected again by the surface reflecting element 3, and travels in the direction opposite to the original incident direction. On the other hand, after being reflected by the half mirror 81, the light beam B2 is vertically reflected by the vertex a of the surface reflecting element 3, and proceeds in the direction opposite to the original incident direction. In this case, the optical path difference between the light beams B1 and B2 includes the radius r of the surface reflecting element 3, the distance between the half mirror 81 and the mirror 82, the incident angle at which the light beam B1 enters the surface reflecting element 3, and the object to be measured. It can be determined based on the inner diameter D of ten.

さらに、図8(b)に示すように、ハーフミラー81よりも白色光源側に、もう一つのハーフミラー83を設置して、光束B1が反射される位置と同じ高さで、かつ、表面反射素子3の表面に対してなす角が光束B1と同一となる光束B3を生成してもよい。この場合、表面反射素子3が、被測定物10の内径に対して白色光源からの光と平行な方向に偏心して設置されていても、光束B1とB2間の光路差、及び光束B3とB2間の光路差を別途測定することにより、被測定物10の内径Dを測定することができる。   Further, as shown in FIG. 8B, another half mirror 83 is installed on the white light source side of the half mirror 81, and is at the same height as the position where the light beam B1 is reflected, and the surface is reflected. A light beam B3 whose angle formed with respect to the surface of the element 3 is the same as that of the light beam B1 may be generated. In this case, even if the surface reflection element 3 is installed eccentrically in the direction parallel to the light from the white light source with respect to the inner diameter of the object to be measured 10, the optical path difference between the light beams B1 and B2 and the light beams B3 and B2 By separately measuring the optical path difference between them, the inner diameter D of the DUT 10 can be measured.

また、本発明において、被測定物の円筒内部に配置される表面反射素子は、球体に限られない。図9に、本発明の内径測定装置において、上記の表面反射素子3の代わりに使用可能な表面反射素子90の概略側面断面図を示す。図9では、理解を容易にするために、被測定物10と表面反射素子90、及びそれらに入射する光束の位置関係の説明に必要な構成要素のみを図示している。図9に示すように、この表面反射素子90は、三角プリズムの頂点近傍を、底面と平行な面で切り取った形状を有する。すなわち、表面反射素子90は、被測定物の軸方向に沿った断面における断面形状が台形となるように形成されている。頂面93を挟んで対称に形成される側面91、92は、その断面内で90°の角度をなすように、すなわち、底面と45度の角をなすように形成される。そして、表面反射素子90は、その底面が設置台16上に面し、頂面93が白色光源からの光が入射する側に位置し、側面91、92が被測定物10の軸に対してそれぞれ45°傾斜するように配置される。   In the present invention, the surface reflecting element disposed inside the cylinder of the object to be measured is not limited to a sphere. FIG. 9 shows a schematic side sectional view of a surface reflecting element 90 that can be used in place of the surface reflecting element 3 in the inner diameter measuring apparatus of the present invention. In FIG. 9, only the components necessary for explaining the positional relationship between the DUT 10 and the surface reflecting element 90 and the light beams incident thereon are shown for easy understanding. As shown in FIG. 9, the surface reflecting element 90 has a shape in which the vicinity of the apex of the triangular prism is cut out by a plane parallel to the bottom surface. That is, the surface reflecting element 90 is formed so that the cross-sectional shape in the cross section along the axial direction of the object to be measured is a trapezoid. The side surfaces 91 and 92 formed symmetrically with respect to the top surface 93 are formed so as to form an angle of 90 ° in the cross section, that is, to form an angle of 45 degrees with the bottom surface. The surface reflecting element 90 has a bottom surface facing the installation table 16, a top surface 93 positioned on the side where light from the white light source is incident, and side surfaces 91 and 92 with respect to the axis of the DUT 10. They are arranged so as to be inclined at 45 °.

この場合、白色光源からの光を平行光にして、被測定物10の軸に沿って表面反射素子の頂点及び側面91、92に入射する。このとき、頂面93で垂直反射される光束B2と、側面91、92で反射され、被測定物10の内面S1またはS2で垂直反射された後、再度その側面で反射される光束B1、B1'とが得られる。そして、光束B1とB2の光路差、及び光束B1'とB2の光路差を干渉計で測定することにより、被測定物10の内径を測定することができる。この場合における、光束B1と光束B2の光路差について、以下に説明する。   In this case, the light from the white light source is converted into parallel light and is incident on the apex and side surfaces 91 and 92 of the surface reflecting element along the axis of the DUT 10. At this time, the light beam B2 that is vertically reflected by the top surface 93 and the light beams B1 and B1 that are reflected by the side surfaces 91 and 92, are vertically reflected by the inner surface S1 or S2 of the object to be measured 10, and then are reflected again by the side surfaces. 'And get. The inner diameter of the DUT 10 can be measured by measuring the optical path difference between the light beams B1 and B2 and the optical path difference between the light beams B1 ′ and B2 with an interferometer. The optical path difference between the light beams B1 and B2 in this case will be described below.

図9に示すように、側面91と92を仮想的に延長した場合に交わる点を点aとする。また、点aから被測定物10の内面S1までの距離をd1とする。また、表面反射素子90の底面の長さをxとし、頂面93から底面までの高さをhとする。なお、底面の長さxは、既知の長さ測定方法を用いて予め測定される。このとき、側面91及び92は被測定物10の軸に対して45°の角度をなしているので、点aから頂面93までの距離は(x/2−h)となる。したがって、光束B1と光束B2の光路差は、2(d1−(x/2−h))となる。同様に、光束B1'と光束B2の光路差は、点aから被測定物10の内面S2までの距離d2とすると、2(d2−(x/2−h))となる。したがって、被測定物10の内径Dは、d1、d2をそれぞれ上記の図6に示した手順に従って測定した後、d1とd2を合計することにより求められる。なお、光束B1とB2の光路差、及び光束B1'とB2の光路差を別個に測定するために、上述したシャッタ素子31を用いてもよい。
また、表面反射素子90の高さhは、設置台16の表面で反射される光束B3と、表面反射素子90の頂面93で反射される光束B2の光路差を、上記の手順に従ってこの内径測定装置1で測定することにより求められる。あるいは、その高さhを予め別の方法を用いて測定しておいてもよい。さらに、光束B2の代わりに、設置台16の表面で垂直反射される光束B3を用いて、被測定物の内径Dを測定することができる。この場合、光束B1、B1'とB3との光路差は、それぞれ、2d1−x、2d2−xとなる。
As shown in FIG. 9, a point a is defined as a point where the side surfaces 91 and 92 are virtually extended. In addition, the distance from the point a to the inner surface S1 of the DUT 10 is defined as d 1 . Further, the length of the bottom surface of the surface reflecting element 90 is x, and the height from the top surface 93 to the bottom surface is h. The length x of the bottom surface is measured in advance using a known length measuring method. At this time, since the side surfaces 91 and 92 form an angle of 45 ° with respect to the axis of the DUT 10, the distance from the point a to the top surface 93 is (x / 2−h). Therefore, the optical path difference between the light beam B1 and the light beam B2 is 2 (d 1 − (x / 2−h)). Similarly, the optical path difference between the light beam B1 ′ and the light beam B2 is 2 (d 2 − (x / 2−h)) when the distance d 2 from the point a to the inner surface S2 of the object to be measured 10 is obtained. Accordingly, the inner diameter D of the object to be measured 10, after measuring according to the procedure given d 1, d 2 to the above FIG. 6, respectively, is determined by summing the d 1 and d 2. Note that the shutter element 31 described above may be used to separately measure the optical path difference between the light beams B1 and B2 and the optical path difference between the light beams B1 ′ and B2.
Further, the height h of the surface reflecting element 90 is determined by the optical path difference between the light beam B3 reflected by the surface of the installation table 16 and the light beam B2 reflected by the top surface 93 of the surface reflecting element 90 according to the above procedure. It is calculated | required by measuring with the measuring apparatus 1. FIG. Alternatively, the height h may be measured in advance using another method. Furthermore, the inner diameter D of the object to be measured can be measured using the light beam B3 vertically reflected by the surface of the installation table 16 instead of the light beam B2. In this case, the optical path differences between the light beams B1, B1 ′ and B3 are 2d 1 −x and 2d 2 −x, respectively.

なお、表面反射素子として、上記の三角プリズムの頂点を切り取った形状のものを用いる代わりに、円錐あるいは多角錐の頂点を底面と平行な面で切り取った形状を有するものを用いることもできる。この場合でも、被測定物の軸を含む断面内において、頂面を挟んで対向する位置にある各側面は、それぞれ底面と45°の角度をなすように形成される。そして、表面反射素子は、その底面が設置台16上に面し、頂面が白色光源からの光が入射する側に位置し、各側面が被測定物10の軸に対してそれぞれ45°傾斜するように配置される。そして、白色光源からの光をその頂面に入射することにより、頂面で垂直反射される光束と、表面反射素子の側面で反射され、被測定物10の内面で垂直反射された後、再度その側面で反射される光束とを得る。そして、それら二つの光束の光路差を、干渉計で測定することにより、被測定物10の内径を測定することができる。   In addition, as a surface reflection element, instead of using the above-described triangular prism cut out, a conical or polygonal pyramid may be cut out with a plane parallel to the bottom. Even in this case, in the cross section including the axis of the object to be measured, each side surface at a position facing each other across the top surface is formed so as to form an angle of 45 ° with the bottom surface. The surface reflecting element has a bottom surface facing the installation table 16, a top surface located on the side where light from the white light source is incident, and each side surface inclined by 45 ° with respect to the axis of the object to be measured 10. To be arranged. Then, by making the light from the white light source incident on the top surface, the light beam is vertically reflected on the top surface, reflected on the side surface of the surface reflecting element, and vertically reflected on the inner surface of the object to be measured 10, and then again. A light beam reflected on the side surface is obtained. Then, the inner diameter of the DUT 10 can be measured by measuring the optical path difference between the two light beams with an interferometer.

また、上記の実施形態の測定装置において、干渉計をフィゾー型の干渉計としてもよい。さらに、被測定物は、円筒状のものに限られない。上記の実施形態の測定装置は、被測定物の向かい合った2面間の距離を測定したい場合、そのまま適用することができる。
さらに、表面反射素子側に配置された白色光源と、干渉計側に配置された検出器を入れ替えてもよい。この場合、干渉計側で予め被測定物の測定対象寸法に相当する光路差を有する二つの光束を発生させ、それらの光束を光ファイバを通じて表面反射素子側へ送る。そして、表面反射素子では、受け取った二つの光束を、被測定物の内面で反射される光束と表面反射素子の頂点あるいは頂面で反射される二つの光束にさらに分割し、それらを一つに合わせて検出器で検出することにより、白色干渉縞を観察する。この場合も、干渉計側で発生させた光路差を測定することにより、被測定物の内径を求めることができる。
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
In the measurement apparatus of the above embodiment, the interferometer may be a Fizeau interferometer. Furthermore, the device under test is not limited to a cylindrical one. The measuring apparatus of the above embodiment can be applied as it is when measuring the distance between two opposing surfaces of an object to be measured.
Furthermore, the white light source arranged on the surface reflecting element side and the detector arranged on the interferometer side may be interchanged. In this case, two light beams having an optical path difference corresponding to the measurement target dimension of the object to be measured are generated in advance on the interferometer side, and these light beams are sent to the surface reflecting element side through the optical fiber. In the surface reflecting element, the received two light beams are further divided into a light beam reflected on the inner surface of the object to be measured and two light beams reflected on the apex or top surface of the surface reflecting element. The white interference fringes are observed by detecting them with a detector. In this case as well, the inner diameter of the object to be measured can be obtained by measuring the optical path difference generated on the interferometer side.
As described above, various modifications can be made within the scope of the present invention according to the embodiment to be implemented.

本発明を適用した内径測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the internal diameter measuring apparatus to which this invention is applied. 被測定物と表面反射素子の位置関係を示す概略配置図である。It is a schematic arrangement | positioning figure which shows the positional relationship of a to-be-measured object and a surface reflective element. 表面反射素子により分割された二つの光束の光路差を示す図である。It is a figure which shows the optical path difference of the two light beams divided | segmented by the surface reflective element. (a)は、表面反射素子が被測定物に対して偏心している場合に被測定物の内径を測定するための構成を示す図であり、(b)はその構成で使用されるシャッタの平面図である。(A) is a figure which shows the structure for measuring the internal diameter of a to-be-measured object when a surface reflective element is eccentric with respect to a to-be-measured object, (b) is the plane of the shutter used by the structure. FIG. 内径測定装置を構成する干渉計の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the interferometer which comprises an internal diameter measuring apparatus. 内径測定装置の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of an internal diameter measuring apparatus. 表面反射素子に収束光を入射した場合における、表面反射素子により分割された二つの光束の光路差を示す図である。It is a figure which shows the optical path difference of the two light beams divided | segmented by the surface reflection element when convergent light injects into a surface reflection element. (a)及び(b)は、それぞれ光束分割手段を用いて被測定物の内径に応じた光路差を有する複数の光束を生成する実施形態の概略側面図である。(A) And (b) is a schematic side view of embodiment which produces | generates the several light beam which has an optical path difference according to the internal diameter of a to-be-measured object, respectively using a light beam splitting means. 表面反射素子の他の実施形態の概略側面断面図である。It is a schematic side sectional drawing of other embodiment of a surface reflective element.

符号の説明Explanation of symbols

1 内径測定装置
10 被測定物
2 白色光源
3 表面反射素子
4 干渉計
5 検出器
6 コントローラ
7、8 光ファイバ
9 ビームスプリッタ
11 コリメータレンズ
12 ウェッジプリズム
13 集光レンズ
14 XYZステージ
15 ステージコントローラ
16 設置台
31 シャッタ
32 開口
44 移動鏡
45 支持部材
46 ピエゾ微動ステージ
47 粗動ステージ
48 コーナーキューブ
49 位置計測用干渉計
51 ピエゾコントローラ
52 ステージコントローラ
81、83 ハーフミラー
82 ミラー
90 表面反射素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner diameter measuring apparatus 10 Object to be measured 2 White light source 3 Surface reflection element 4 Interferometer 5 Detector 6 Controller 7, 8 Optical fiber 9 Beam splitter 11 Collimator lens 12 Wedge prism 13 Condensing lens 14 XYZ stage 15 Stage controller 16 Installation stand 31 Shutter 32 Aperture 44 Moving mirror 45 Support member 46 Piezo fine movement stage 47 Coarse movement stage 48 Corner cube 49 Position measurement interferometer 51 Piezo controller 52 Stage controller 81, 83 Half mirror 82 Mirror 90 Surface reflection element

Claims (5)

筒状の被測定物の内径寸法を測定する内径測定装置であって、
白色光源と、
前記白色光源から放射された入射光から分割された第1の光束を前記被測定物で反射させ、前記入射光から分割された第2の光束との間に前記被測定物の内径に対応する第1の光路差を生じさせる表面反射素子と、
位置が固定された固定鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、前記表面反射素子から出射した前記第1及び第2の光束を、それぞれ該固定鏡に向かう第3の光束と、該移動鏡に向かう第4の光束に分岐して、該第3の光束と該第4の光束との間に第2の光路差を生じさせる干渉計と、
前記第3の光束と前記第4の光束を受光し、前記第1の光路差と前記第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
前記干渉信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を測定し、該位置から前記第2の光路差を計算することにより、前記被測定物の内径を求めるコントローラと、
を有することを特徴とする内径測定装置。
An inner diameter measuring device for measuring an inner diameter dimension of a cylindrical object to be measured,
A white light source,
The first light beam divided from the incident light emitted from the white light source is reflected by the object to be measured, and corresponds to the inner diameter of the object to be measured between the second light beam divided from the incident light. A surface reflective element that produces a first optical path difference;
An interferometer having a fixed mirror whose position is fixed and a movable mirror movable along an optical path, wherein the first and second light beams emitted from the surface reflecting element are directed to the fixed mirror, respectively. An interferometer for branching into a third light flux and a fourth light flux toward the movable mirror to produce a second optical path difference between the third light flux and the fourth light flux;
The third light beam and the fourth light beam are received, an interference signal generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a signal corresponding to the interference signal is output. A detector to
A controller that determines the inner diameter of the object to be measured by measuring the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the interference signal and calculating the second optical path difference from the position;
An inner diameter measuring device comprising:
前記表面反射素子は球体であり、前記表面反射素子は、前記入射光の一部を該表面反射素子の表面で反射して、前記被測定物の内面に略垂直に入射させることにより前記第1の光束を形成し、かつ、前記入射光の他の一部を前記表面反射素子の前記白色光源側の頂点あるいは前記表面反射素子が設置された設置台の表面で反射することにより前記第2の光束を形成する、請求項1に記載の内径測定装置。   The surface reflecting element is a sphere, and the surface reflecting element reflects a part of the incident light on the surface of the surface reflecting element so as to be incident substantially perpendicularly on the inner surface of the object to be measured. And the other part of the incident light is reflected on the top of the surface light reflecting element on the white light source side or on the surface of the installation base on which the surface reflecting element is installed. The inner diameter measuring apparatus according to claim 1, wherein the inner diameter measuring apparatus forms a light beam. 前記表面反射素子は、前記被測定物の軸を含む平面における断面形状が台形となる形状を有し、前記表面反射素子は、前記入射光の一部を該表面反射素子の側面で反射して、前記被測定物の内面に略垂直に入射させることにより前記第1の光束を形成し、かつ、前記入射光の他の一部を前記表面反射素子の頂面あるいは前記表面反射素子が設置された設置台の表面で反射することにより前記第2の光束を形成する、請求項1に記載の内径測定装置。   The surface reflecting element has a shape in which a cross-sectional shape in a plane including the axis of the object to be measured is a trapezoid, and the surface reflecting element reflects a part of the incident light on a side surface of the surface reflecting element. The first light beam is formed by being incident substantially perpendicularly on the inner surface of the object to be measured, and the top surface of the surface reflecting element or the surface reflecting element is installed as another part of the incident light. The inner diameter measuring apparatus according to claim 1, wherein the second light flux is formed by reflection on a surface of the installation table. 前記白色光源から放射された光を前記第1の光束と前記第2の光束に分割する光束分割素子をさらに有する、請求項1〜3の何れか一項に記載の内径測定装置。   The inner diameter measuring device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a light beam splitting element that splits light emitted from the white light source into the first light beam and the second light beam. 筒状の被測定物の内径寸法を測定する内径測定装置であって、
白色光源と、
位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、前記白色光源から放射された光を、該参照鏡に向かう第1の光束と、該移動鏡に向かう第2の光束に分岐して、該第1の光束と該第2の光束との間に第1の光路差を生じさせる干渉計と、
前記干渉計から出射された前記第1の光束及び第2の光束から分割された第3の光束を前記被測定物で反射させ、前記第1の光束及び第2の光束から分割された第4の光束との間に前記被測定物の内径に対応する第2の光路差を生じさせる表面反射素子と、
前記第3の光束と前記第4の光束を受光し、前記第1の光路差と前記第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
前記干渉信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を測定し、該位置から前記第1の光路差を計算することにより、前記被測定物の内径を求めるコントローラと、
を有することを特徴とする内径測定装置。
An inner diameter measuring device for measuring an inner diameter dimension of a cylindrical object to be measured,
A white light source,
An interferometer having a reference mirror having a fixed position and a movable mirror movable along an optical path, wherein the light emitted from the white light source is directed to the first light flux toward the reference mirror, and the movement An interferometer that branches into a second light beam directed to the mirror to produce a first optical path difference between the first light beam and the second light beam;
A third beam split from the first beam and the second beam emitted from the interferometer is reflected by the object to be measured, and a fourth beam split from the first beam and the second beam. A surface reflection element that generates a second optical path difference corresponding to the inner diameter of the object to be measured,
The third light beam and the fourth light beam are received, an interference signal generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a signal corresponding to the interference signal is output. A detector to
A controller that determines the inner diameter of the object to be measured by measuring the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the interference signal and calculating the first optical path difference from the position;
An inner diameter measuring device comprising:
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