JPH0210212A - 非接触表面形状測定装置 - Google Patents

非接触表面形状測定装置

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JPH0210212A
JPH0210212A JP16115688A JP16115688A JPH0210212A JP H0210212 A JPH0210212 A JP H0210212A JP 16115688 A JP16115688 A JP 16115688A JP 16115688 A JP16115688 A JP 16115688A JP H0210212 A JPH0210212 A JP H0210212A
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JP
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light
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prism
objective lens
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JP16115688A
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Hiromasa Doi
土井 博雅
Yoshiharu Kuwabara
義治 桑原
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野1 この発明は非接触で被測定物の表面形状を測定する装置
の改良に関する。 [従来の技術] 従来、第6図に示されるように、レーザダイオード等の
光源1から光ビーム2をビームスプリッタ3及び対物レ
ンズ4を介して被測定物5での被測定表面5Aに、これ
と略直交する方向に投射し、該被測定表面5△で散乱反
射された反則光を、再度対物レンズ4、ビームスプリッ
タ3を経て、該ビームスプリッタ3の反射面3Aにより
、直角に反射させ、プリズム6を介して、受光素子8に
入射させるようにした表面形状測定装置がある。 前記受光素子8はホトダイオード等からなる内側素子8
A及びその外側に隣接する外側素子8Bとから構成され
、これら内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、比較
器9を経て、検出器(図示省略)に入力されるようにな
っている。 ここで、前記内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、
前記被測定表面5Aの凹凸により、光源1からの距離に
変化が生じると、これに対応して増減し、両者の出力の
差に基づいて、被測定表面5Aの光源1からの距離、即
ち表面形状を測定することができる。 【発明が解決しようとする課題】 上記従来の表面形状測定装置は、その光学系の配置が1
字型となるために、装置容積が大きくなり、且つ部品点
数が多いという問題点がある。 更に、ビームスプリッタ3を用いているため、光量損が
大きいという問題点もある。 これに対して、前記ビームスプリッタ3をフーコーのプ
リズムと称される偏光器にして、光量損を低減させるこ
とも考えられるが、この場合は、直線偏光を投光しなけ
ればならず、測定結果に癖が出やすく、又、この対策と
して、波長板で円偏光に戻す場合は新たな光量損が発生
するという問題点がある。
【発明の目的】
この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、小型、軽量、且つ低コストで製造することができ
、更に、ビームスプリッタによる光の損失がなく、検出
可能範囲を広くすることができる非接触表面形状測定装
置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
この発明は、光ビームを射出する光源と、被測定物の被
測定表面に対向して配置され、該被測定表面と略直交す
る前記光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと;
この対物レンズと前記光源の間に配置され、前記光軸を
中心とする咳光軸近傍部であって、前記光ビームが前記
光路を通って前記被測定表面に直進し、且つ、該被測定
表面で反射されて形成された反射光が、前記光軸と略平
行に通過することを許容する中央部、及び、この中央部
の外側に隣接し、前記対物レンズ及び前記中央部を通っ
た反射光の外側で前記反射光を集光させる断面三角形の
外側部からなるプリズムと:前記外側部により前記反射
光が集光される光スポットの位置近傍にあるように配置
された少なくとも1個の受光素子と;この受光素子上の
、前記外側部による前記反射光の光スポットの位置変化
に基づく出力信号の変化により、前記被測定物表面の前
記光軸方向の変位量を検出する検出器と;から非接触表
面形状測定装置を構成することにより上記目的を達成す
るものである。 又、この発明は、前記中央部を平行平面ガラスとして上
記目的を達成するものである。 更にこの発明は、前記中央部を空洞とすることにより上
記目的を達成するものである。
【作用】
この発明においては、光源から投射された光ビーム及び
この光ビームが被測定表面で反射された反射光、即ち、
投光系及び受光系を同一の中心光軸を共有して配置する
ことができ、従って、測定装置全体を筒状に構成でき、
これによって、装置の小型、軽量化、更には部品点数の
削減、製造コストの低減、を図ることができる。又、装
置全体をプローブ形状に構成できるので、利用範囲が増
大すると共に、被測定面の検出可能範囲が大きくなる。 更には、ビームスプリッタを用いていないので、ビーム
スプリッタによる光量損がなく、且つ、偏光器等を用い
る必要がない。 (実施例] 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例は、第1図及び第2図に示されるように、光
ビーム10を射出するレーザーダイオード等の光源12
と;被測定物14の被測定表面14Aに対向して配置さ
れ、該被測定表面14と略直交する前記光ビーム1oの
光路上に光軸11を備えた対物レンズ16と;この対物
レンズ16と前記光源10の間に配置され、前記光軸1
1を中心とする該光軸近傍部であって、前記光ビーム1
0が前記光路10Aを通って前記被測定表面14Aに直
進し、且つ、該被測定表面14Aで反射されて形成され
た反射光が、前記光軸11と略平行に通過することを許
容する中央部18、及び、この中央部18の外側に隣接
し、前記対物レンズ16及び前記中央部18を通った反
射光の外側で前記反射光を集光させる断面三角形の外側
部2oからなるプリズム22と;内側素子24A及びこ
の内側素子24Aの外側に隣接する外側素子24Bから
なり、これらの境界24Cが前記外側部20による前記
反射光が集光される光スポット位置近傍にあるように配
置された2個の受光素子26A、26Bと;前記内側素
子24A及び外側素子24Bの受光量変化に基づく出力
信号の変化により、前記被測定表面14Aの前記光軸1
1方向の変位器を検出する検出器28と;から非接触表
面形状測定装置を構成したものである。 前記プリズム22における中央部18は、第1図に示さ
れるように、平行平面ガラス上に構成されている。 又、対物レンズ16は、光源12から、中央部18を経
て入射された平行光線を、光軸11と被測定表面14A
との交点に屈折させ、更に、該交点から散乱反射された
反射光を、平行光線としてプリズム22方向に屈折させ
るように、その焦点距離が選択されている。 上記受光素子26A、26Bはともに前記対物レンズ1
6の光軸側、即ち内側に配置された内側素子24Aとこ
れに隣接して外側に配置された外側素子24Bとからな
り、これらの境界24Cは光軸11を中心とし、且つこ
れに直交する平面上の同心円の接線方向となるようにさ
れている。 又、前記プリズム22における外側部2oは、光軸11
から見て外側が先細りとなる断面三角形状に形成されて
いて、対物レンズ16を通って、光軸11と平行光線と
された反射光が、該光軸11を斜めに横切り、反対側に
集光するように、反射光を屈折させる構成となっている
。 上記第1図及び第2図に示される実施例によれば、例え
ば、対物レンズ16に対して被測定表面14Aの距離り
が図の状態から増大すると、外側部20による光スポッ
トは内側、即ち光軸11方向に移動し、逆に、距離りが
減少すると光スポットは外側に移動する。 従って、距離りが増大したときは、受光素子26A、2
6Bそれぞれにおける内側素子24Aの受光量が増大し
、又外側素子24Bの受光量が減少する。逆に、距離り
が減少した場合は、内側素子24Aの受光量が減少し、
外側素子24Bの受光量が増大する。 これら内側素子24A、24Bの出力は、比較器3oを
経て検出回路28Aに入力され、内側素子24A、外側
素子24Bそれぞれの出力信号の差に基づいて、距離り
の位置が求められる。 これによって、被測定物14の被測定表面14Aの形状
が把握されることになる。 この実施例においては、光軸11の両側に受光素子26
A、26Bが配置されているので、該光軸11の傾き、
被測定表面14Aの傾き、形状ムラ等の影響を受は難く
なる。 なお、上記実施例において、プリズム22の外側部20
は、中央部18の両側にのみ配置されているが、これは
、第3図に示されるように、断面三角形状のプリズムか
らなる4個の外側部32を中央部18の周囲に配置した
プリズム22Aとしてもよい。 この場合は、外側部32に合わせて4個の受光素子26
八〜26Dを設ける。 この第3図の実施例の場合は、前記第1実施例と比較し
て、更に、被測定表面14Aの傾斜、形状のバラツキ、
あるいは光軸の傾き等の影響が受は難く、正確な測定が
できる。 更に又、第4図(A)に示されるように、円形の中央部
34の外側を断面三角形状のプリズムである環状の外側
部36で囲むように配置し、プリズム22Bを構成して
もよい。 この場合は、同心輪状の内側素子27A及び外側素子2
7Bを境界27Cを間に配置して構成される輪状の受光
素子27を設けるのが最もよい。 又、第4図(B)に示されるように、中央部34の周囲
に例えば6個の受光素子26A〜26Fを等角度間隔で
配置するようにしてもよい。 なお上記実施例において、受光素子26A〜26Fは、
各々が内側素子24A及びこれに隣接する外側素子24
Bから構成されたものであるが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、受光素子がプリズムにおける外側部に
よる反射光線の光スポットの位置を検出できるものであ
ればよい。 従って、例えば、検出器として、シリコンフォトダイオ
ード等を利用した光半導体装置検出器(PSD)等を用
いるものであってもよい。 次に、第5図に示される本発明の第4実施例につき説明
する。 この第4実施例は、外側部21の間の中央部19が空洞
とされたプリズム23を設け、前記光源12を、前記光
軸11上であって、一対のプリズム23の交叉する光路
の内側の位置に配置したものである。第5図の符号36
はレンズを示す。 この実施例の場合、光軸11を中心とした該光軸11近
傍部である中央部19が空洞とされているので、光量損
失が少なく、又、ビームスプリッタを用いていないので
、光量損失が少なく、製造コストを低減させること・が
でき、いわゆるフーコー法を利用した散乱光検出方式の
自動焦点装置、レーザーディスク、コンパクトディスク
プレーヤー等におけるピックアップ、変位計に応用する
ことができる。又、外乱光を遮ることができるので、受
光素子によって得られる信号のSN比を向上させること
ができる。
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、投光系及び受光系
を同一の光軸層りに配置して、装置全体を筒状に構成で
き、装置の小型軽母化、部品点数の削減、製造コストの
低減を図ることができると共に、ビームスプリッタによ
る光の損失を解消し、且つ検出可能範囲を拡大すること
ができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る非接触表面形状測定装置の実施例
を示す断面図、第2図は同実施例におけるプリズムを示
す平面図、第3図は本発明の第2実施例に係る非接触表
面形状測定装置におけるプリズムを示す平面図、第4図
は同第3実施例におけるプリズムを示す平面図、第5図
は本発明の第4実施例に係る非接触表面形状測定装置を
示す断面図、第6図は従来の非接触表面形状測定装置を
示す断面図である。 第3図 10・・・光ビーム、     10A・・・光路、1
0B・・・交点、       11・・・光軸、12
・・・光源、       14・・・被測定物、14
A・・・被測定物表面、  16・・・対物レンズ、1
8.19.34・・・中央部、 20.2L 32.36・・・外側部、22.22A、
22B、23−・・プリズム、28・・・検出器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光ビームを射出する光源と、被測定物の被測定表
    面に対向して配置され、該被測定表面と略直交する前記
    光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと;この対
    物レンズと前記光源の間に配置され、前記光軸を中心と
    する該光軸近傍部であつて、前記光ビームが前記光路を
    通つて前記被測定表面に直進し、且つ、該被測定表面で
    反射されて形成された反射光が、前記光軸と略平行に通
    過することを許容する中央部、及び、この中央部の外側
    に隣接し、前記対物レンズ及び前記中央部を通つた反射
    光の外側で前記反射光を集光させる断面三角形の外側部
    からなるプリズムと;前記外側部により前記反射光が集
    光される光スポットの位置近傍にあるように配置された
    少なくとも1個の受光素子と;この受光素子上の、前記
    外側部による前記反射光の光スポット位置変化に基づく
    出力信号の変化により、前記被測定表面の前記光軸方向
    の変位量を検出する検出器と;を有してなる非接触表面
    形状測定装置。
  2. (2)前記中央部は平行平面ガラスとされた請求項1の
    非接触表面形状測定装置。
  3. (3)前記中央部は空洞とされた請求項1の非接触表面
    形状測定装置。
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