JP2591143B2 - 三次元形状測定装置 - Google Patents
三次元形状測定装置Info
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- JP2591143B2 JP2591143B2 JP6548989A JP6548989A JP2591143B2 JP 2591143 B2 JP2591143 B2 JP 2591143B2 JP 6548989 A JP6548989 A JP 6548989A JP 6548989 A JP6548989 A JP 6548989A JP 2591143 B2 JP2591143 B2 JP 2591143B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、複雑な三次元形状を高精度に測定する三
次元形状測定装置の改良に関するものである。
次元形状測定装置の改良に関するものである。
＜従来技術＞ 第３図に光ビームを用いた三次元形状測定装置の構成
を示す。第３図において、周波数F1とF2の２つの周波数
の光を出力するゼーマンレーザ１の出力光は偏光ビーム
スプリッタ２で分離され、周波数F2の光は光学素子３を
介して基準面を構成するミラー４に入射され、このミラ
ー４で反射されて元の光路及び偏光ビームスプリッタ２
を通って光検出器５に入射される。一方、周波数F1の光
は偏光ビームスプリッタ６、ファラデー素子７、偏光ビ
ームスプリッタ８を通ってフォーカスサーボ９により集
光されて測定対象10に照射される。その反射光は測定対
象10の高さに関連してその周波数がドップラーシフトを
受け、偏光ビームスプリッタ８、ミラー11で反射されて
元の光路を逆進して光検出器５に入射される。光検出器
５はこの測定対象10とミラー４の反射光の周波数差から
測定対象の高さを求める。
を示す。第３図において、周波数F1とF2の２つの周波数
の光を出力するゼーマンレーザ１の出力光は偏光ビーム
スプリッタ２で分離され、周波数F2の光は光学素子３を
介して基準面を構成するミラー４に入射され、このミラ
ー４で反射されて元の光路及び偏光ビームスプリッタ２
を通って光検出器５に入射される。一方、周波数F1の光
は偏光ビームスプリッタ６、ファラデー素子７、偏光ビ
ームスプリッタ８を通ってフォーカスサーボ９により集
光されて測定対象10に照射される。その反射光は測定対
象10の高さに関連してその周波数がドップラーシフトを
受け、偏光ビームスプリッタ８、ミラー11で反射されて
元の光路を逆進して光検出器５に入射される。光検出器
５はこの測定対象10とミラー４の反射光の周波数差から
測定対象の高さを求める。
この様な三次元形状測定装置では、測定対象10には第
４図のｂ−Ｐの方向に光が照射される。測定対象10がこ
の入射光に垂直であると反射光は元の光路を逆進し、ミ
ラー４からの光と干渉出来るが、傾いているとその反射
光の光路はＰ−Ｑ−ｂ′になり元の光路とは異なった光
路を進行するようになる。その為、ミラー４からの反射
光と干渉する事が出来なくなり、測定が不可能になる。
従って、偏光ビームスプリッタ８とミラー11の間にサー
ボレンズ12を挿入し、このサーボレンズ12を光路と垂直
に移動させてミラー11に入射する入射点を変えて元の光
路を逆進するようにしている。このようにする事によ
り、測定対象10が傾いても正確に高さを測定する事が出
来る。
４図のｂ−Ｐの方向に光が照射される。測定対象10がこ
の入射光に垂直であると反射光は元の光路を逆進し、ミ
ラー４からの光と干渉出来るが、傾いているとその反射
光の光路はＰ−Ｑ−ｂ′になり元の光路とは異なった光
路を進行するようになる。その為、ミラー４からの反射
光と干渉する事が出来なくなり、測定が不可能になる。
従って、偏光ビームスプリッタ８とミラー11の間にサー
ボレンズ12を挿入し、このサーボレンズ12を光路と垂直
に移動させてミラー11に入射する入射点を変えて元の光
路を逆進するようにしている。このようにする事によ
り、測定対象10が傾いても正確に高さを測定する事が出
来る。
＜発明が解決すべき問題点＞ しかしながら、この様な三次元形状測定装置には次の
ような欠点がある。第１に基準面を構成するミラー４で
反射する参照光と測定対象10で反射する測定光の光路が
長く、かつ異なっている為に空気中の屈折率の違いや振
動等の影響を受け易く、誤差が発生して正確な測定が困
難である事である。第２にサーボレンズ12が光軸に対し
て斜めに移動するとその移動距離によって通過する光の
光路が変化し、誤差が発生する事である。これらの誤差
を防止する為には空気や振動などの環境条件を厳密に制
御し、またサーボレンズ12の駆動の直角度や真直度を厳
密に制御しなければならないという欠点があった。
ような欠点がある。第１に基準面を構成するミラー４で
反射する参照光と測定対象10で反射する測定光の光路が
長く、かつ異なっている為に空気中の屈折率の違いや振
動等の影響を受け易く、誤差が発生して正確な測定が困
難である事である。第２にサーボレンズ12が光軸に対し
て斜めに移動するとその移動距離によって通過する光の
光路が変化し、誤差が発生する事である。これらの誤差
を防止する為には空気や振動などの環境条件を厳密に制
御し、またサーボレンズ12の駆動の直角度や真直度を厳
密に制御しなければならないという欠点があった。
＜発明の目的＞ この発明の目的は、厳密な環境制御やサーボ駆動を行
わなくても正確な測定が出来る三次元形状測定装置を提
供する事にある。
わなくても正確な測定が出来る三次元形状測定装置を提
供する事にある。
＜問題点を解決する為の手段＞ 前記問題点を解決する為に本発明では、光ビームを測
定対象面と基準面に照射し、これらの反射光の位相差か
ら前記測定対象の形状を求める三次元形状測定装置にお
いて、光源からの光の光軸を第１の光軸移動手段で平行
に移動し、この第１の光軸移動手段の出力光を光分岐手
段で分岐して測定対象面及び基準面に照射し、これら測
定対象面と基準面からの反射光を第２の光軸移動手段に
入力して、この第２の光軸移動手段の出力光の光軸の位
置を位置検出器で検出し、この位置検出器の出力が所定
の値になるように前記第１、第２の光軸移動手段を連動
して制御するようにしたものである。
定対象面と基準面に照射し、これらの反射光の位相差か
ら前記測定対象の形状を求める三次元形状測定装置にお
いて、光源からの光の光軸を第１の光軸移動手段で平行
に移動し、この第１の光軸移動手段の出力光を光分岐手
段で分岐して測定対象面及び基準面に照射し、これら測
定対象面と基準面からの反射光を第２の光軸移動手段に
入力して、この第２の光軸移動手段の出力光の光軸の位
置を位置検出器で検出し、この位置検出器の出力が所定
の値になるように前記第１、第２の光軸移動手段を連動
して制御するようにしたものである。
＜実施例＞ 第１図に本発明に係る三次元形状測定装置の一実施例
の光学系の構成を示す。第１図において、20はレーザー
光源であり、その出力光はミラー21で反射される。22は
第１の光軸移動手段を構成するキューブコーナーであ
り、ミラー21で反射された光が入射される。キューブコ
ーナー22は矢印23の方向に移動できるものとする。24は
ミラーであり、キューブコーナー22の出力光を反射す
る。25は光分岐手段を構成するハーフミラーであり、ミ
ラー24で反射された光が入射され、その光を２つに分岐
する。26は対物レンズであり、ハーフミラー25を透過し
た光を集束する。この集束された光は測定対象面27に照
射される。29は基準面を構成するミラーであり、ハーフ
ミラー25で反射された光が入射される。28はシャッタで
あり、矢印30の方向に移動してミラー29に入射する光を
選択的に遮断する。測定対象面27で反射された光は対物
レンズ26を透過し、ハーフミラー25で反射される。ま
た、ミラー29で反射した光はハーフミラー25を透過し、
測定対象面27で反射した光と合成される。30はキューブ
コーナーであり、ハーフミラー25で合成された光が入射
される。31は第２の光軸移動手段を構成するキューブコ
ーナーであり、キューブコーナー30の出力光が入射され
る。キューブコーナー31はキューブコーナー22と同一基
板に固定され、連動して移動出来るようにされる。32は
ハーフミラーであり、キューブコーナー31の出力光が入
射されその光を２つに分岐する。33は位置検出器であ
り、入射される光スポットの位置を検出する。この位置
検出器33にはハーフミラー32で反射された光が入射され
る。34は合焦検出部であり、焦点があっているかどうか
を検出する。この合焦検出部にはハーフミラー32を透過
した光が入射される。キューブコーナー22、30、31は互
いに平行に位置する。
の光学系の構成を示す。第１図において、20はレーザー
光源であり、その出力光はミラー21で反射される。22は
第１の光軸移動手段を構成するキューブコーナーであ
り、ミラー21で反射された光が入射される。キューブコ
ーナー22は矢印23の方向に移動できるものとする。24は
ミラーであり、キューブコーナー22の出力光を反射す
る。25は光分岐手段を構成するハーフミラーであり、ミ
ラー24で反射された光が入射され、その光を２つに分岐
する。26は対物レンズであり、ハーフミラー25を透過し
た光を集束する。この集束された光は測定対象面27に照
射される。29は基準面を構成するミラーであり、ハーフ
ミラー25で反射された光が入射される。28はシャッタで
あり、矢印30の方向に移動してミラー29に入射する光を
選択的に遮断する。測定対象面27で反射された光は対物
レンズ26を透過し、ハーフミラー25で反射される。ま
た、ミラー29で反射した光はハーフミラー25を透過し、
測定対象面27で反射した光と合成される。30はキューブ
コーナーであり、ハーフミラー25で合成された光が入射
される。31は第２の光軸移動手段を構成するキューブコ
ーナーであり、キューブコーナー30の出力光が入射され
る。キューブコーナー31はキューブコーナー22と同一基
板に固定され、連動して移動出来るようにされる。32は
ハーフミラーであり、キューブコーナー31の出力光が入
射されその光を２つに分岐する。33は位置検出器であ
り、入射される光スポットの位置を検出する。この位置
検出器33にはハーフミラー32で反射された光が入射され
る。34は合焦検出部であり、焦点があっているかどうか
を検出する。この合焦検出部にはハーフミラー32を透過
した光が入射される。キューブコーナー22、30、31は互
いに平行に位置する。
次に、この実施例の動作を説明する。初めにシャツタ
ー30を開にし、キューブコーナー22、31を定位置に設置
し、かつ対物レンズ26で集束された光が測定対象面27に
対して直角に照射するようにする。すなわち、キューブ
コーナー22、31及び測定対象面27は実線のようにされ
る。その為、レーザー光源20の出力光の光軸は実線35に
なる。この状態で位置検出器33の出力がゼロになるよう
にその出力を調整する。次に測定対象面27をスキャン
し、位置検出器33上の干渉光の位相を測定して測定対象
面の形状を求める。測定対象面27が点線のように傾斜す
ると、位置検出器33上での光スポットの位置は測定対象
面27の傾斜角の正接に比例した距離だけ移動し、その出
力が変化する。このような状態になると、シャツター30
を閉にしてミラー29に入射する光を遮る。次にキューブ
コーナー22、31を点線で示す位置に移動して位置検出器
33の出力がゼロになるようにする。光軸は点線36にな
り、測定対象面27に直角に照射するようになる。この状
態でシャッター30を開にし、位置検出器33における合成
光の位相を求めて測定対象面の形状を測定する。この実
施例では３個のキューブコーナーを用い、これらを互い
に平行に配置して、かつキューブコーナー22、31を連動
して移動させるようにしたので、これらのキューブコー
ナーを移動しても光路の長さが変化せず、かつキューブ
コーナー31から出力する光の光軸の位置は変化しないと
いう特徴がある。
ー30を開にし、キューブコーナー22、31を定位置に設置
し、かつ対物レンズ26で集束された光が測定対象面27に
対して直角に照射するようにする。すなわち、キューブ
コーナー22、31及び測定対象面27は実線のようにされ
る。その為、レーザー光源20の出力光の光軸は実線35に
なる。この状態で位置検出器33の出力がゼロになるよう
にその出力を調整する。次に測定対象面27をスキャン
し、位置検出器33上の干渉光の位相を測定して測定対象
面の形状を求める。測定対象面27が点線のように傾斜す
ると、位置検出器33上での光スポットの位置は測定対象
面27の傾斜角の正接に比例した距離だけ移動し、その出
力が変化する。このような状態になると、シャツター30
を閉にしてミラー29に入射する光を遮る。次にキューブ
コーナー22、31を点線で示す位置に移動して位置検出器
33の出力がゼロになるようにする。光軸は点線36にな
り、測定対象面27に直角に照射するようになる。この状
態でシャッター30を開にし、位置検出器33における合成
光の位相を求めて測定対象面の形状を測定する。この実
施例では３個のキューブコーナーを用い、これらを互い
に平行に配置して、かつキューブコーナー22、31を連動
して移動させるようにしたので、これらのキューブコー
ナーを移動しても光路の長さが変化せず、かつキューブ
コーナー31から出力する光の光軸の位置は変化しないと
いう特徴がある。
第２図に光軸移動手段の他の実施例を示す。第２図
（Ａ）において、光源37の出力光は凸レンズ38を透過
し、ミラー39で反射されて再び凸レンズ38を透過してミ
ラー40で反射される。凸レンズ38を矢印41の方向に移動
させるとミラー40の反射光の光軸は矢印42の方向に移動
する。（Ｂ）はガラスブロックを用いた例であり、光源
37の出力光をガラスブロック43に透過させる。ガラスブ
ロック43を回転させると、それに応じて光軸が矢印44の
方向に移動する。（Ｃ）はミラーを用いた例であり、光
源37の出力光を斜めに配置したミラー45に入射する。ミ
ラー45を矢印46の方向に移動させると、それに応じて光
軸が矢印47の方向に移動する。これらの光軸移動手段は
第１、第２の光軸移動手段に用いることが出来る。
（Ａ）において、光源37の出力光は凸レンズ38を透過
し、ミラー39で反射されて再び凸レンズ38を透過してミ
ラー40で反射される。凸レンズ38を矢印41の方向に移動
させるとミラー40の反射光の光軸は矢印42の方向に移動
する。（Ｂ）はガラスブロックを用いた例であり、光源
37の出力光をガラスブロック43に透過させる。ガラスブ
ロック43を回転させると、それに応じて光軸が矢印44の
方向に移動する。（Ｃ）はミラーを用いた例であり、光
源37の出力光を斜めに配置したミラー45に入射する。ミ
ラー45を矢印46の方向に移動させると、それに応じて光
軸が矢印47の方向に移動する。これらの光軸移動手段は
第１、第２の光軸移動手段に用いることが出来る。
＜発明の効果＞ 以上実施例に基づいて具体的に説明したように、この
発明では光源の出力光を分岐して測定対象面及び基準面
に照射し、これらの反射光の位相差から測定対象の形状
を求める三次元形状測定装置において、基準面と測定面
からの反射光の干渉光の光軸を測定してこれが所定の位
置にくるように前記光源の出力光の光軸及び干渉光の光
軸を連動して変化させるようにした。その為、測定光と
参照光の光路の違いを最小限にする事が出来るので、空
気の乱れや振動等の外乱の影響を最小限にする事が出来
る。
発明では光源の出力光を分岐して測定対象面及び基準面
に照射し、これらの反射光の位相差から測定対象の形状
を求める三次元形状測定装置において、基準面と測定面
からの反射光の干渉光の光軸を測定してこれが所定の位
置にくるように前記光源の出力光の光軸及び干渉光の光
軸を連動して変化させるようにした。その為、測定光と
参照光の光路の違いを最小限にする事が出来るので、空
気の乱れや振動等の外乱の影響を最小限にする事が出来
る。
また、測定光と参照光に分岐する前に光軸を第１の光
軸移動手段で平行移動しているので、この第１の光軸移
動手段による誤差の影響は参照光と測定光双方に同一と
なるのでキャンセルする事が出来、高精度の測定が出来
る。
軸移動手段で平行移動しているので、この第１の光軸移
動手段による誤差の影響は参照光と測定光双方に同一と
なるのでキャンセルする事が出来、高精度の測定が出来
る。
また、２つの光軸移動手段と光軸との直角度や真直度
の誤差は原理上問題にならないという特徴がある。
の誤差は原理上問題にならないという特徴がある。
さらに、位置検出器上での光スポットの位置は移動し
ないので、位置検出器の感度のばらつきの影響を受け
ず、高精度な測定が可能になる。
ないので、位置検出器の感度のばらつきの影響を受け
ず、高精度な測定が可能になる。
第１図は本発明に係る三次元形状測定装置の一実施例を
示す構成図、第２図は光軸移動手段の他の実施例を示す
構成図、第３図及び第４図は従来の三次元形状測定装置
の構成を示す構成図である。 20…レーザー光源、22,30,31…キューブコーナー、25…
ハーフミラー26…対物レンズ、27…測定対象面、29…ミ
ラー、33…位置検出器。
示す構成図、第２図は光軸移動手段の他の実施例を示す
構成図、第３図及び第４図は従来の三次元形状測定装置
の構成を示す構成図である。 20…レーザー光源、22,30,31…キューブコーナー、25…
ハーフミラー26…対物レンズ、27…測定対象面、29…ミ
ラー、33…位置検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−210805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−98206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−167227（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】光ビームを測定対象面と基準面に照射し、
これらの反射光の位相差から前記測定対象の形状を求め
る三次元形状測定装置において、 光源と、この光源の出力光の光軸を平行に移動する第１
の光軸移動手段と、この第１の光軸移動手段の出力光を
分岐して測定対象面及び基準面に照射する光分岐手段
と、これら測定対象面と基準面からの反射光の光軸を移
動させる第２の光軸移動手段と、この第２の光軸移動手
段の出力光の光軸の位置を検出する位置検出手段とを有
し、この位置検出手段の出力値が所定の値になるように
前記第１及び第２の光軸移動手段を連動して制御するよ
うにしたことを特徴とする三次元形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6548989A JP2591143B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 三次元形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6548989A JP2591143B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 三次元形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02245605A JPH02245605A (ja) | 1990-10-01 |
| JP2591143B2 true JP2591143B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=13288563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6548989A Expired - Fee Related JP2591143B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 三次元形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2591143B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011145232A (ja) * | 2010-01-16 | 2011-07-28 | Canon Inc | 計測装置及び露光装置 |
-
1989
- 1989-03-17 JP JP6548989A patent/JP2591143B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011145232A (ja) * | 2010-01-16 | 2011-07-28 | Canon Inc | 計測装置及び露光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02245605A (ja) | 1990-10-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
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