JP3354675B2

JP3354675B2 - 円周面形状測定方法

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Publication number: JP3354675B2
Application number: JP33296693A
Authority: JP
Inventors: 肇諸隈
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 2002-12-09
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: JPH07190734A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円周面形状測定法、特
に高精度で円筒面を正確に測定するのに用いて好適な測
定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】円筒面形状の絶対測定については、円筒
面測定器で被測定物である円筒面を測定し、次に被測定
物を測定器に対して一定角度回転した状態で測定を行
い、以下順次同様な手順で一連の測定を行い、得られた
測定値から形状誤差を測定する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
多くの測定回数が必要であり、測定および解析に長い時
間がかかる。

【０００４】本発明は、従って、できるだけ少ない測定
回数で精度高く測定する方法を提供しようというもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明測定方法は、外筒
とこの外筒の内円周面の径より小さな径の外円周面を有
する内側部材を共軸になるように配置し、前記外筒の内
円周面と前記内側部材の外円周面の第１の間隔分布を測
定する工程と、前記外筒または前記内側部材を前記軸の
まわりに１８０度回転した状態での前記外筒の内円周面
と前記内側部材の外円周面の第2の間隔分布を測定する
工程と、前記外筒の内径分布または前記内側部材の外径
分布を測定する工程と、前記第１の間隔分布と第2の間
隔分布と前記外筒の内径分布又は前記内側部材の外径分
布とにより前記外筒の内円周面又は前記内側部材の外円
周面の形状を算出する工程とを有することを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】上記本発明による形状測定方法においては、円
周面の形状を測定するにあたって、面と面との間隔を測
定することを基本的とする。その両円周面の間隔分布、
１８０度回転した状態での両円周面の間隔分布、及び外
筒の内径等の分布を求めるときでも、面間隔測定で行え
る。間隔測定用干渉計あるいは電気マイクロメータなど
を利用した間隔測定によって外筒と内側部材を組み合わ
せたときの３種類の面間隔の測定値から被測定円周面の
形状を算出することにより円周面形状を精度よく測定す
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１及び図２は、本発明の一実施例を示す。図中、
１は間隔測定器を示し、これには、例えば後記でその例
を示す間隔測定用干渉計を好適に用いることができる。
あるいは、そのほか電気マイクロメータなどを用いても
よい。また、２は外筒、４は外筒３の内径より小さな径
の外円周面を有する例えば内筒をそれぞれ示す。

【０００８】間隔測定器１は、図１では、同図に示すよ
うに、外筒２の内面３（内円周面）と内筒４の外面５
（外円周面）の間に配して、これら外筒内面３と内筒外
面５の間隔を測定するのに供する。間隔測定器１は、本
実施例では、図１及び図２の各測定態様で使用される
が、いずれの場合も、面と面との間の間隔を測定するも
のである。本測定方法は、そのように２つの面間の間隔
を測定することを基本とする。

【０００９】ここに、図１に示すように、外筒２と内筒
４は、外筒２と内筒４を共軸になるように配置されてあ
る。また、外筒２または内筒４は、軸まわりに回転可能
とし、ここでは、外筒２の方を回転可能としてあるもの
とする。

【００１０】本例においては、外筒２と内筒４を共軸に
なるように配置した状態での両円筒面の間隔分布を、間
隔測定器１により測定して求める。

【００１１】今、外筒内面３及び内筒外面５の面形状を
それぞれｅ₁(z,θ) 、ｅ₂(z,θ) とする。ここで、座標
については、円筒軸（図１及び２において紙面と垂直な
方向）をｚとし、また、図１，２に示す如くに動径の角
をθで表すものとする。ｘ，ｙ平面は、そのｚ軸に直交
する面である。

【００１２】間隔分布を得るには、図１のように間隔測
定器１を外筒２と内筒４間に配した態様で、例えば、間
隔測定器１の方を、同じz 座標位置上で、ぐるっと軸ま
わりに１周（３６０度）回転させて（走査して）間隔測
定をし、また、これを、z を変えるようz 座標方向へ間
隔測定器１を動かして（走査して）行うことでなすこと
ができる。このときは、本例では、外筒２と内筒４は、
かかる走査中は動かさない。従って、この間、円周方
向、及び軸方向の両者のその相対対向位置は変わらな
い。

【００１３】こうした間隔分布についての測定は、誤差
を少なくするよう、外筒２と内筒４の任意の対向位置で
１回行うとともに、外筒２と内筒４とを相対的に１８０
度回転させた状態、即ち本例では内筒４はそのままの位
置で外筒２の方だけを軸まわりに一旦１８０度回転さ
せ、両者の対向位置を丁度半回転分ズラした状態にした
あとで、更にもう１回行う。従って、計２回行えばよ
い。

【００１４】以下、式を用いて説明するに、上記のよう
に、座標ｚ、動径角θとして、外筒２と内筒４との或る
対向位置での両円筒面の間隔の測定値をＷ₁(x,y)とする
と、次の関係が成り立つ。

【００１５】

【数１】

【００１６】また、外筒２をその状態から１８０度（＝
π）回転した（θ＋π）後で同様の測定を行い、得られ
た測定値をＷ₂(x,y)とすると、次の関係が成り立つ。

【００１７】

【数２】

【００１８】ここで、上記（１）式及び（２）式に関
し、ε_i（ｉ＝１または２）、θε _i（ｉ＝１または
２）（なお、ここの「θε_i」なる表記中の「ε」部分
は添字表示である）は、円筒の相対的偏芯を表し、ε_i
は偏芯量、θε_iは偏芯の方向をそれぞれ示す。また、
ｋ_i（ｉ＝１または２）、θｋ_i（ｉ＝１または２）
（なお、ここの「θｋ_i」なる表記中の「ｋ」部分は添
字表示である）は、円筒の相対的傾きを表し、ｋ_iは傾
きの係数、θｋ_iは傾きの方向をそれぞれ示す。これら
の値は、それぞれ未知である。なお、偏芯や傾きは小さ
いものとし、これに起因する相対する円筒面のずれによ
る測定誤差は無視できるものとする。

【００１９】このようにして、上記Ｗ₁(x,y)とＷ₂(x,y)
との２種類のものを得るものであり、外筒２と内筒４を
共軸になるように配置したときの両円筒面の間隔分布、
同じく共軸配置で外筒２を軸のまわりに１８０度回転し
た状態での両円筒面の間隔分布につき、これらは図１の
ような測定態様で間隔測定器１を利用して求めることが
できる。

【００２０】本測定法では、更にもう一種類、円筒面間
隔の測定を行って、被測定円筒面の形状の算出の基礎と
する。これは外筒２の内径または内筒４の外径の分布を
求めることで行えるが、本実施例では、外筒２の内径測
定を行うものとする。この場合も、面と面との間隔を測
定することになる。図２が、その場合において外筒２の
内径分布を測定する例を示している。

【００２１】同図では、図１と異なり、外筒２内部から
内筒４が取り除かれており、測定はこの状態で行う。間
隔測定器１については、これを軸まわりに走査し、z 座
標方向へ走査することは前記のものと同様である。図２
の配置において、外筒２の内面直径の測定値をＷ₃(x,y)
とすれば、次式の関係が得られる。

【００２２】

【数３】

【００２３】こうして、上記測定値Ｗ₃(x,y)を得るもの
であり、これもやはり間隔測定器１を利用して図２のよ
うな測定態様で求めることができる。

【００２４】かくして、上記の（１）式、（２）式、
（３）式より、次式（４）、（５）がが得られる。

【００２５】

【数４】

【００２６】

【数５】

【００２７】上記は測定値Ｗ₁(x,y)，Ｗ₂(x,y)，Ｗ₃(x,
y)に基づき、面形状のｅ₁(z,θ) 、ｅ₂(z,θ) を算出す
ることができることを意味する。なお、ここで、（４）
式，（５）式中のε、ε′は前述の偏芯量から、ｋ、
ｋ′は前述の傾きの係数から導き出された量であるが、
円筒面の形状誤差とは無関係の量であり、最終的に形状
を表示するときに適当に定めればよい。

【００２８】こうして、本実施例による形状測定方法で
は、間隔測定用干渉計などを利用した間隔測定装置によ
る面と面との間隔測定という方法によって、２つの円筒
即ち外筒２と内筒４を組み合わせたときの３種類の円筒
面間隔の測定値Ｗ₁(x,y)，Ｗ ₂(x,y)，Ｗ₃(x,y)を得、こ
れらから、上記（４）式，（５）式に従い被測定円筒面
の形状を算出することができ、このようにして算出する
ことにより円筒面形状を精度よく測定することができ
る。できるだけ少ない測定回数で精度高く測定をなし得
る本測定方法は、簡単に行え、また時間も少なくて済
み、実用的である。

【００２９】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
１及び図２による前記実施例では、外筒内面３の直径を
測定し、他の２種類の測定値Ｗ₁(x,y)，Ｗ₂(x,y)とこれ
を用いて円筒面の形状を求めたが、その外筒内面に対す
る測定に代えて、内筒外面５の直径を測定してもよいこ
とはいうまでもない。

【００３０】本実施例は、内筒４の外径の分布を測定す
るものであり、図３は、かかる内筒測定のための一例を
示している。図中、１３０，１３１，１３２，１３３は
それぞれ反射鏡を示し、これらは間隔測定器としての間
隔測定用干渉計１の光路が内筒４の一直径を通るように
回転台１３４の上に配置されている。また、詳細は省略
するが、回転台１３４自体は、内筒４の軸のまわりに回
転するように構成されている。従って、かかる回転台１
３４を回転させることにより、内筒４の直径分布を測定
することができる。この場合も、面と面との間隔を測定
することになる。内筒４の外径については、このように
して測定することもできる。形状分布を算定するために
は、前記の実施例において、外筒内面の形状と内筒外面
の形状を入れ換えればよいことは、容易に理解しうるこ
とである。本発明は、このようにして実施してもよい。

【００３１】なお、上記各実施例では、円筒面の間隔分
布、外筒内径または内筒外径の分布測定にあたっては、
即ちＷ₁(x,y)，Ｗ₂(x,y)の測定値や、Ｗ₃(x,y)の測定値
を得るにあたっては、走査のし方としては、円筒を固定
し、間隔測定器１の方を軸のまわりに回転させるように
しており、そのようにして測定してもよいし、あるいは
それとは逆に、走査にあたって間隔測定器の方を固定し
て円筒側の方を軸のまわりに回転させてもよい。

【００３２】次に、前記各実施例において、間隔測定器
として用いることのできる、好適な間隔測定用の干渉計
の構成例を示す。図４は、面間隔を測定する間隔測定用
干渉計の一実施例であり、本発明者の案出に係るもので
あるが、他の形式の干渉計を用い得ることはいうまでも
ない。以下、図４に示す構成に従って、この干渉計の作
用を併せて説明する。同図は外筒内面３及び内面外面５
の両円筒面間の面間隔を測定する場合の状態が示され、
干渉計１は、光源（不図示）、偏光プリズム１０１、１
／４波長板１０２，１０３、偏光板１０４、受光素子９
等から構成される。１個の偏光プリズム１０１、受光素
子１０５は、それぞれこの順で光源側から図示の如くに
配置してある。

【００３３】偏光プリズム１０１は、偏光膜を１面有す
るとともに、円筒面３，円筒面５と対向する各面側には
偏光面を回転するための１／４波長板１０２，１０３
が、また受光素子１０５と対向する面側には偏光板１０
４が、それぞれ偏光プリズム１０１と一体に設けてあ
る。１／４波長板１０２，１０３は、偏光プリズム１０
１と円筒面３，５の間の位置にあり、偏光板１０４は、
偏光プリズム１０１から受光素子１０５に至る光路中に
ある。各１／４波長板１０２，１０３は、それぞれ透過
する偏光成分の偏光面を回転させるよう、外筒の円筒面
３と対向する１／４波長板１０２は結晶軸が紙面に対し
て４５度の方位に、また内筒の円筒面５と対向する１／
４波長板１０３は結晶軸が紙面に対して４５度の方位
に、それぞれ選定され、偏光板１０４については、その
偏光軸が紙面とそれに垂直な面以外の面内に選定されて
いる。

【００３４】偏光プリズム１０１には、光源側から細径
のレーザ光束が入射する。測定の分解能は光束の大きさ
で決まるので、光束はでき得る限り小さい方がよい。ま
た、測定のサンプル点の数を合わせるという理由では、
この入射光束は円筒レンズを用いてｚ方向には平行で図
示のように半径方向には円筒軸に収束させることが望ま
しい。ここに、レーザ光束は紙面内に周波数ｆ１で振動
するｐ偏光と紙面に垂直に周波数ｆ２で振動するｓ偏光
を有する２周波数レーザからの光束である。

【００３５】上記構成において、２周波数レーザからの
ｐ偏光及びｓ偏光のうちのｓ偏光成分を、円筒面３及び
円筒面５の間を往復させる測定光束として、またｐ偏光
成分を参照光束として使用し、下記するようにして測定
を行う。この場合において、分割されるｓ偏光成分の測
定光束の方は、円筒面３と円筒面５の間の間隔に対応す
る光路長差をもって、ｐ偏光成分の参照光束と結合し、
それら面間隔がこの光路差に反映することになる。

【００３６】今、上述のレーザから光束が入射すると、
偏光プリズム１０１への入射ｓ偏光成分は、偏光プリズ
ム１０１の偏光膜で反射し、１／４波長板１０２を通っ
て円筒面３に至り、円筒面３で反射される。かくして反
射した光は、再び１／４波長板１０２を透過する。ここ
で偏光はｐ偏光に変わるので、今度は偏光プリズム１０
１の偏光膜を透過して内筒側へ向かい、もう一つの１／
４波長板１０３を通ってその内筒面５で反射する。そし
て、これは反射した後、再び１／４波長板１０３を通る
が、上記の過程でｓ偏光になる結果、偏光プリズム１０
１の偏光膜５０１で反射し、偏光軸が紙面とそれに垂直
な面以外の面内にある偏光板１０４を通って受光素子１
０５に入る。このようにして、測定光束のｓ偏光成分が
両円筒面の間の光路を往復するようなす。

【００３７】一方、参照光束のｐ偏光の方は、同光路を
通らないで受光素子９に至る。即ち、入射ｐ偏光は、偏
光プリズム１０１と偏光板１０４を透過して受光素子１
０５に入り、円筒面３と円筒面５の間を往復した上述の
ｓ偏光と干渉し、２つの周波数ｆ１，ｆ２の差に等しい
ビート信号を得る。本干渉計を予め定められた経路に沿
ってｘｙ面内で軸のまわりに回転させるよう動かしたと
き、良く知られているように、このビート信号の位相変
化を測定することにより移動に伴う光路長変化を測定す
ることができる。この測定法はヘテロダイン干渉測定法
として公知であるのでこれ以上の説明は省略するが、上
述のような走査時のビート信号の位相変化を２つの円筒
面３，５間の間隔変化として測定することができる。

【００３８】このように円筒面３と５の両面間にわたる
光路を往復する測定光束と同光路を通らない参照光束を
有する本構成の干渉計により面間隔を精度よく測定する
ことができ、従って、かかる干渉計を使用するときは、
前述の３種類の各測定値もそれだけ正確なものとして得
られ、結果、円筒面形状をより高精度で測定できる利点
がある。また、干渉計自体も小型であり、製作も容易で
ある。本円筒面形状測定法は、円筒面の形状を測定する
際、面と面の間隔を測定することを基本とするものであ
り、この場合、本発明者の先の開発に係る上記の間隔測
定用干渉計１は、面間隔を測定するのに好適な干渉計を
提供し得、精密長さ測定の実用化に大いに効果を発揮す
る。円筒面の形状を精度高く測定する必要性は高くなっ
てきており、ナノメータオーダーの保証が簡易にできる
測定法が要求されているが、上記間隔測定用干渉計１を
利用する円筒面形状測定法は、そのような精度で円筒面
を正確に測定する方法を容易に実現させることもでき
る。小型な干渉計は、これを動かし走査して形状の測定
をする場合も、小型であるほど有利で、容易に適切な走
査を可能とするのにも役立つ。

【００３９】なお、本干渉計の方を動かすよう走査をす
る場合において、測定にはレーザの部分及びその他の干
渉計構成部分を一体にして動かすか、またはレーザは固
定してその他の干渉計構成部分のみを動かすかの二つの
方法が考えられ、そのどちらであってもよい。いずれに
せよ、測定系をどのように構成するかは、必要に応じ当
業者には容易にできるところである。

【００４０】図５は、面間隔を測定する間隔測定用干渉
計１として使用して好適な他の実施例である。図４の場
合のものと異なる点は、光束を外筒及び内筒のそれぞれ
の円筒面３，５上に集光するレンズ１０６とレンズ１０
７が挿入されていることである。本構成による干渉計１
を使用すると、上記の利点等に加え、更に、光束が集束
されるために集束された光スポットの大きさに対応した
高い分解能を得ることができる。なお、２つのレンズの
焦点距離を等しくする必要はない。

【００４１】これら図４及び５の干渉計１を間隔測定器
として用いる場合も、上述のように、走査では、円筒側
を固定し、干渉計１を軸のまわりに回転させて測定して
もよいし、干渉計１を固定して円筒（図４，５の測定態
様の場合には、内筒も外筒も）を軸のまわりに回転させ
て走査するようにしてもよい。

【００４２】次に、本測定法を実施するに好適な円筒面
測定装置の全体構成について、説明する。図６は、円筒
面を鉛直方向に設置したときの測定装置の一実施例であ
る。また、このものの場合は、走査は、間隔測定用干渉
計の方を軸まわりに回転させる例でもある。

【００４３】同図において、装置はレーザ６を備える。
レーザ６は、既述したような２周波数レーザであってよ
い。レーザ６からの光束は反射鏡７，８，９及びレンズ
１０８を経て間隔測定用干渉計１の偏光プリズム１０１
を含む本体部に入射する。ここに、図示の干渉計１は、
レンズ１０６，１０７を有する前記図５で述べた態様の
ものである。なお、使用干渉計１としては、前記図４で
説明した態様のものを用いるようにしてもよい。

【００４４】間隔測定用干渉計１は、外筒２及び内筒４
の２つの円筒の作る空間に挿入可能な保持アーム１０の
先端部に固定されている。ここに、外筒２と内筒４を共
軸になるように配置するものである。また、かかる間隔
測定用干渉計のための保持アーム１０は、公知の回転角
測定装置（図示せず）のついた精密な回転体１１にその
基部が固定されている。

【００４５】この回転体１１の軸受けは、支柱１２に対
してＺ軸方向（図６での上下方向で、鉛直方向である）
にスライドする移動台１３に固定されている。支柱１２
と移動台１３の相対的な移動量は、公知の方法による測
定器（図示せず）により精度高く測定できるものとす
る。なお、支柱１２はベース１４に固定されている。ま
た、被測定物である円筒２（外筒）及び／又は４（内
筒）については、公知の装着方法によりベース１４の上
に装着されている。

【００４６】このような装置によって間隔測定用干渉計
１を回転かつＺ軸方向に移動させながら外筒２の円筒面
３と内筒４の円筒面５の間隔を測定することができる。
外筒２と内筒４の任意の対向位置でこれを行ったら、次
に外筒２または内筒４を軸のまわりに１８０度回転した
状態で、同様の測定を行うことができる。そして、例え
ば前記図２のようにして外筒２の内面直径の方を測定す
るなら、内筒４はこれを取り外し、外筒２だけの状態で
それを行えばよい。外筒２と内筒４を共軸になるように
配置したときの両円筒面３，５の間隔分布、外筒２また
は内筒４を軸のまわりに１８０度回転した状態での両円
筒面３，５の間隔分布、及び外筒２の内径または内筒４
の外径の分布から円筒面の形状を算出する本測定方法
は、上記のような測定装置でも実施できる。

【００４７】以上の測定方法は、円筒の軸が鉛直方向に
合致しているとき正しい形状の測定結果が得られ、実用
的でもあり、円筒面形状測定において十分効果を発揮し
得る。

【００４８】次に、図７のものについて説明する。いま
までの説明では、被測定円筒が鉛直の面内にある場合を
述べてきた。ところで、上記に対し、鉛直以外のときは
円筒を回転すると形状が変わってしまう場合があり、こ
の点では、正確な測定が期待通りにはできなくなる場合
も生ずることから、これに対する対策を講ずることは有
用なものとなる。

【００４９】具体的にいえば、測定面が水平面内にある
ときには重力による変形を含んだ形で測定がなされ、こ
れを考えるときは、形状を正確に測定しているとはいい
難いことになる。特に、変形しやすいのもの場合、変形
しにくいものに比し、その測定結果は、かかる重力変形
による影響を受けやすくなる。これはまた、水平鉛直以
外の任意の方向を向いた場合も同様にいえることであ
る。被測定円筒面を鉛直以外の方向にしたときには被測
定円筒面を１８０度回転したときの形状が変化しないと
いう保証はない。従って、次に例をもって説明するもの
の他の一つの目的は、そのように被測定面が鉛直以外の
面内にあるときでも、正確に測定ができる方法を提供し
ようというものである。

【００５０】図７が、円筒が水平方向に設置された場合
の円筒面測定装置の例を示す図である。これは、次のよ
うな点に着想を得て、上記目的を実現せんとする。即
ち、上述のように、円筒の軸が鉛直以外のときは円筒を
回転すると、形状が変わってしまうと正確な測定がしに
くくなるが、しかし、内筒については両端をＶブロック
あるいはエッジ等公知の支持装置で支持したとき中心部
の形状は変化していないと考えられることから、これを
利用しようするのが本例のものであって、図７のような
方法で円筒内面の形状を測定することができる。なお、
本例は、円筒が水平に置かれた場合であるが、水平以外
に置かれた場合でも同様に測定することができる。

【００５１】以下、要部を説明すると、本例による測定
の内容、手順等は、次の通りである。図７においては、
前述の方法で形状が既知の円筒４は、ベース１４に固定
された支持装置１５、１６を介してベース１４に固定さ
れている。また、ここでは、被測定円筒面３を有する外
筒２（外面の形状は円である必要はない）の方は、図中
左右方向（Ｘ方向）、従って水平方向に移動可能な移動
台１３に固定されている。

【００５２】間隔測定器である例えば前記図４または図
５に示した間隔測定用干渉計１（本体部）は、保持アー
ム１０に固定され、該保持アーム１０は回転体１１に固
定されている。また、その回転体１１の軸受け１７は上
記移動台１３に固定されている。移動台１３は、公知の
方法によりＸ軸方向にスライドすることができるように
なす。反射鏡１８は、既知の形状の反射面１９を有する
Ｘ軸に平行に置かれた反射鏡であって、図示しない適宜
の固定部材を介してベース１４に固定されている。

【００５３】外筒２に固定された干渉計２０によって、
移動台１３が移動したとき、そのＺ方向（図中上下方
向）の動きｚを測定する。図示していないが、同様に移
動台１３のＹ方向の動きｙを干渉計によって測定する。
また、上記回転体１１に関しては、前記図６のもので
は、その回転体１１の内孔はレーザからの光束を通せば
よいので、それに足る小さい直径のものでよかったが、
図７の場合の装置では、図示の如くに当該回転体１１は
円筒４（内筒）が貫通できるように、充分大きな内孔を
有する。装置のベース１４にはまた、台２１が固定さ
れ、その固定された台２１の上に設置されたレーザ６
（例えば、既述の２周波数レーザ等）からの光束は、上
記回転体１１に連動して回転するもう一つの回転体２２
に取り付けられた反射鏡７、８により間隔測定用干渉計
１へ導かれるようになっている。なお、図中、２３は回
転体２２の軸受を示す。

【００５４】本装置においては、円筒４の中心部分を利
用して測定を行い、移動台１３の位置ｘ、Ｚ方向の動き
ｚ、Ｙ方向の動きｙ、及び間隔測定用干渉計１の測定値
から外筒内面３の形状を測定することができる。このよ
うにして外筒２の内面形状が知れると、これを基準にし
て円筒の外面形状を測定することができる。即ち、形状
既知の円筒の代わりに被測定物である円筒を設置し、同
じ手順で測定を行えばよい。

【００５５】本実施例は、円筒を鉛直に保持したときの
形状が円筒を水平に両端部で保持したとき、その中央部
分では形状が変化していないことを利用したのであり、
外筒の基準平面に対するＹ，Ｚ方向への動きの測定を干
渉計で行うことは本質でなく、他の計測手段を利用でき
ることはいうまでもない。

【００５６】次に、図８を参照し、間隔測定の他の実施
例について述べる。これまで説明してきた実施例におい
ては、円筒面の間隔測定に図４または図５に示した干渉
計を用いたが、他の間隔測定の方法も利用することがで
きる。

【００５７】図８は、その一つであって、原子間力顕微
鏡のカンチレバー１１８，１１９と例えば前記図５の間
隔測定用干渉計１を組み合わせた例であり、この場合は
外筒と内筒の両円筒面間の間隔の測定は、カンチレバー
１１８，１１９の各端部のチップ１２０，１２１背面間
の間隔を干渉計１により求めることで行うことになる。

【００５８】本例においては、各カンチレバー１１８，
１１９におけるチップ１２０，１２１部分の背面は鏡面
になっている。一方のチップ１２０の先端と円筒表面３
との間隔、他方のチップ１２１の先端と円筒表面５の間
隔については、通常それぞれチップ背面に平行光束１２
２，１２３を照射し、反射鏡１２４，１２５を経てそこ
から離れた位置で反射光の位置をポジションセンサ１２
６、１２７により検出させ、このように反射光の位置を
検出するポジションセンサ１２６，１２７と各チップ１
２０，１２１の位置を変化させるアクチュエータ１２
８，１２９の組み合わせで、それぞれ原子間力が一定に
なるよう制御することにより一定に保たれる。円筒表面
とチップ先端の間隔が一定になったときのチップ背面の
位置変化を干渉計１を用いて測定する。

【００５９】このように原子間力顕微鏡のカンチレバー
１１８，１１９と間隔測定用干渉計１を組み合わせた本
実施例では、横分解能は各カンチレバー１１８，１１９
の端部にあるチップ１２０，１２１の大きさで決まるの
で、ナノメータ以下にすることもできる。前記図５の実
施例のものに比較すると、その干渉計１自体だけとした
なら実現できない程度の高い横分解能も容易に得ること
ができ、より一層高精度の結果が得られる。

【００６０】なお、上記のように円筒表面とチップ先端
の間隔が一定になったときのチップ背面の位置変化を図
のように組み合わせた干渉計１を用いて測定することも
できるが、電気容量変化を検出する方式など他の手段に
よって測定することもできるものである。従って、その
ような手段を用いることも妨げない。本発明は、以上の
ような間隔測定の方法を利用して実施することもでき
る。

【００６１】

【発明の効果】本発明方法によれば、間隔測定用干渉計
あるいは電気マイクロメータなどを利用した間隔測定装
置によって外筒と内側部材を組み合わせたときの３種類
の面間隔の測定値から被測定面の形状を算出することに
より円筒面形状等を精度よく測定することができる。形
状測定のため本方法に従って求められる３種類のいずれ
の分布も、面と面との間隔を測定することによって得る
ことができ、できるだけ少ない測定回数で精度高く測定
を可能にし、簡単に行え、かつ時間も少なくて済み、実
用的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、外筒と内筒の
面間隔測定の説明に供する図である。

【図２】同じく、外筒の直径測定の説明に供する図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例方法において適用できる、
内筒の直径測定をする場合の一例を示す図である。

【図４】間隔測定器として適用できる間隔測定用干渉計
の構成の一例を示す図である。

【図５】同じく、間隔測定用干渉計の構成の他の例を示
す図である。

【図６】測定装置の全体図にして、鉛直方向に設置され
た円筒面測定装置の例を示す図である。

【図７】同じく、水平方向に設置された円筒面測定装置
の例を示す図である。

【図８】間隔測定の他の例の説明に供する図である。

【符号の説明】

１間隔測定器（間隔測定用干渉計）２外筒３外筒の内面４内筒５内筒の外面６レーザ７，８，９反射鏡１０間隔測定用干渉計の保持アーム１１回転体１２支柱１３移動台１４ベース１５，１６支持装置１７軸受１８反射鏡１９反射面２０干渉計２１台２２回転体１０１偏光プリズム１０２，１０３１／４波長板１０４偏光板１０５受光素子１０６，１０７，１０８レンズ１１８，１１９原子間力顕微鏡のカンチレバー１２０，１２１カンチレバーのチップ１２２，１２３入射平行光束１２４，１２５反射鏡１２６，１２７ポジションセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０１Ｂ 11/14 Ｇ０１Ｂ 21/16 21/14 21/20 Ｄ 21/16 11/24 Ｂ 21/20 7/12 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/24 G01B 11/12 G01B 11/14 G01B 7/28 G01B 7/12 G01B 7/14 G01B 21/20 G01B 21/14 G01B 21/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外筒と、この外筒の内円周面の径より小
さな径の外円周面を有する内側部材を共軸になるように
配置し、前記外筒の内円周面と前記内側部材の外円周面
の第１の間隔分布を測定する工程と、前記外筒または前
記内側部材を前記軸のまわりに１８０度回転した状態で
の前記外筒の内円周面と前記内側部材の外円周面の第2
の間隔分布を測定する工程と、前記外筒の内径分布また
は前記内側部材の外径分布を測定する工程と、前記第１
の間隔分布と第2の間隔分布と前記外筒の内径分布又は
前記内側部材の外径分布とにより前記外筒の内円周面又
は前記内側部材の外円周面の形状を算出する工程とを有
することを特徴とする円周面形状測定方法。