JPH03225206A - 光学式表面形状測定装置 - Google Patents
光学式表面形状測定装置Info
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- JPH03225206A JPH03225206A JP1986290A JP1986290A JPH03225206A JP H03225206 A JPH03225206 A JP H03225206A JP 1986290 A JP1986290 A JP 1986290A JP 1986290 A JP1986290 A JP 1986290A JP H03225206 A JPH03225206 A JP H03225206A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
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
本発明は、被測定物の表面に光を照射してその被測定物
の表面形状を非接触で測定する光学式表面形状測定装置
の改良に関するものである。
の表面形状を非接触で測定する光学式表面形状測定装置
の改良に関するものである。
従来の技術
光プローブから出射される計測光を被測定物の表面に照
射しながらその光プローブと被測定物とを相対移動させ
るとともに、その被測定物の表面で反射された計測光と
参照光とを干渉させることによって得られる干渉光の位
相変化に基づいて、その被測定物の表面形状を測定する
光学式表面形状測定装置が、例えばガラスモールドレン
ズやプラスチックモールドレンズ、或いはそれ等の鋳型
等の形状9表面粗さを三次元測定する場合などに用いら
れている。このような光干渉を利用した測定装置によれ
ば、三角測量の原理を利用した測定装置に比較して分解
能が高く、表面粗さや表面形状を高い精度で測定するこ
とができる。
射しながらその光プローブと被測定物とを相対移動させ
るとともに、その被測定物の表面で反射された計測光と
参照光とを干渉させることによって得られる干渉光の位
相変化に基づいて、その被測定物の表面形状を測定する
光学式表面形状測定装置が、例えばガラスモールドレン
ズやプラスチックモールドレンズ、或いはそれ等の鋳型
等の形状9表面粗さを三次元測定する場合などに用いら
れている。このような光干渉を利用した測定装置によれ
ば、三角測量の原理を利用した測定装置に比較して分解
能が高く、表面粗さや表面形状を高い精度で測定するこ
とができる。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、このような光干渉を利用した光学式表面
形状測定装置は、光プローブの光軸と直角な平面に対す
る被測定物表面の傾きが通常±30°以上になると、計
測光の反射光量が充分に得られなくなって、精度の高い
表面形状測定を行うことができなくなるという問題があ
った。このことは、光プローブを被測定物に対して互い
に直角なX、Y、Z軸方向へ相対移動させる直交座標測
定であるか、光プローブまたは被測定物を一回転軸まわ
りに回転させる極座標測定であるかを問わず生じる問題
である。
形状測定装置は、光プローブの光軸と直角な平面に対す
る被測定物表面の傾きが通常±30°以上になると、計
測光の反射光量が充分に得られなくなって、精度の高い
表面形状測定を行うことができなくなるという問題があ
った。このことは、光プローブを被測定物に対して互い
に直角なX、Y、Z軸方向へ相対移動させる直交座標測
定であるか、光プローブまたは被測定物を一回転軸まわ
りに回転させる極座標測定であるかを問わず生じる問題
である。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、被測定物表面の傾きに拘らずその
表面形状を常に高い精度で測定できるようにすることに
ある。
目的とするところは、被測定物表面の傾きに拘らずその
表面形状を常に高い精度で測定できるようにすることに
ある。
課題を解決するための手段
かかる目的を達成するために、本発明は、被測定物の表
面に光を照射してその被測定物の表面形状を非接触で測
定する光学式表面形状測定装置であって、(a)光ファ
イバを介して光送受信部と光センサヘッド部との間で光
の送受信を行うとともに、その光センサヘッド部から出
射されて前記被測定物の表面で反射された計測光と参照
光とを干渉させることによって得られる干渉光の光強度
変化に対応する計測信号をその光送受信部で取り出す光
ファイバセンサ装置と、(b)前記光センサヘッド部お
よび前記被測定物をそれぞれ移動させてそれ等を相対移
動させる移動装置と、(C)前記光センサヘッド部と前
記被測定物との相対移動量と、その相対移動に伴ってそ
の被測定物の表面形状に応じて変化する前記計測信号の
位相変化とに基づいて、その被測定物の表面形状を測定
する測定手段と、(d)その測定手段によって測定され
た表面形状に基づいて、前記光センサヘッド部が位置さ
せられて表面形状測定が行われる部分の表面の法線方向
を求める法線方向判定手段と、(e)前記光センサヘッ
ド部から出射される前記計測光の光軸が、前記法線方向
判定手段によって求められた法線方向と略一致させられ
、且つ、その計測光の照射位置が予め定められた走査経
路に従って変化させられるように、前記移動装置により
前記光センサヘッド部と前記被測定物とを相対移動させ
る移動制御手段とを有することを特徴とする。
面に光を照射してその被測定物の表面形状を非接触で測
定する光学式表面形状測定装置であって、(a)光ファ
イバを介して光送受信部と光センサヘッド部との間で光
の送受信を行うとともに、その光センサヘッド部から出
射されて前記被測定物の表面で反射された計測光と参照
光とを干渉させることによって得られる干渉光の光強度
変化に対応する計測信号をその光送受信部で取り出す光
ファイバセンサ装置と、(b)前記光センサヘッド部お
よび前記被測定物をそれぞれ移動させてそれ等を相対移
動させる移動装置と、(C)前記光センサヘッド部と前
記被測定物との相対移動量と、その相対移動に伴ってそ
の被測定物の表面形状に応じて変化する前記計測信号の
位相変化とに基づいて、その被測定物の表面形状を測定
する測定手段と、(d)その測定手段によって測定され
た表面形状に基づいて、前記光センサヘッド部が位置さ
せられて表面形状測定が行われる部分の表面の法線方向
を求める法線方向判定手段と、(e)前記光センサヘッ
ド部から出射される前記計測光の光軸が、前記法線方向
判定手段によって求められた法線方向と略一致させられ
、且つ、その計測光の照射位置が予め定められた走査経
路に従って変化させられるように、前記移動装置により
前記光センサヘッド部と前記被測定物とを相対移動させ
る移動制御手段とを有することを特徴とする。
ここで、光センサヘッド部と被測定物との間の離間距離
にばらつきがあると、計測光の光軸を被測定物表面の法
線方向と一致させるためにそれ等を相対移動させた場合
に、その計測光の照射位置すなわち測定位置がばらつい
て測定精度が損なわれたり、装置各部の寸法誤差などに
対する較正値を求めた時の離間距離と異なる場合にはそ
の較正値を適用できなくなったりする。このため、光セ
ンサヘッド部と被測定物との間の離間距離を、表面形状
測定に先立って一定の大きさ、具体的には上記較正値を
求めた時の大きさなどに調整しておくことが望ましく、
上記光センサヘッド部は、前記被測定物の表面に照射さ
れる計測光の焦点位置を光軸方向に微小振動させる振動
付与手段を有するとともに、前記移動制御手段は、前記
微小振動に伴う前記計測信号の信号強度変化に基づいて
、前記光センサヘッド部と前記被測定物との間の離間距
離が一定の大きさとなるように、表面形状測定に先立っ
て前記移動装置により初期調整させるように構成するこ
とが望ましい。
にばらつきがあると、計測光の光軸を被測定物表面の法
線方向と一致させるためにそれ等を相対移動させた場合
に、その計測光の照射位置すなわち測定位置がばらつい
て測定精度が損なわれたり、装置各部の寸法誤差などに
対する較正値を求めた時の離間距離と異なる場合にはそ
の較正値を適用できなくなったりする。このため、光セ
ンサヘッド部と被測定物との間の離間距離を、表面形状
測定に先立って一定の大きさ、具体的には上記較正値を
求めた時の大きさなどに調整しておくことが望ましく、
上記光センサヘッド部は、前記被測定物の表面に照射さ
れる計測光の焦点位置を光軸方向に微小振動させる振動
付与手段を有するとともに、前記移動制御手段は、前記
微小振動に伴う前記計測信号の信号強度変化に基づいて
、前記光センサヘッド部と前記被測定物との間の離間距
離が一定の大きさとなるように、表面形状測定に先立っ
て前記移動装置により初期調整させるように構成するこ
とが望ましい。
また、前記光ファイバセンサ装置としては、従来から種
々多様のものが提案されているが、例えば特開平1−1
75099号公報、特開平1−156628号公報、特
開平1−203906号公報等に記載されている光ファ
イバセンサ装置が好適に採用され得る。
々多様のものが提案されているが、例えば特開平1−1
75099号公報、特開平1−156628号公報、特
開平1−203906号公報等に記載されている光ファ
イバセンサ装置が好適に採用され得る。
作用および発明の効果
このような光学式表面形状測定装置においては、光干渉
を利用して測定を行う光ファイバセンサ装置の光センサ
ヘッド部が、予め定められた走査経路に従って計測光の
照射位置が変化させられるように、移動制御手段によっ
て制御される移動装置により被測定物に対して相対移動
させられ、その相対移動量と光ファイバセンサ装置から
出力される計測信号の位相変化とに基づいて、測定手段
により被測定物の表面形状が測定される。その場合に、
上記測定手段によって測定された実際の表面形状に基づ
いて、表面形状測定が行われる部分の表面の法線方向が
法線方向判定手段によって求められ、上記移動制御手段
は、計測光の光軸がその法線方向と略一致するように移
動装置により光センサヘッド部と被測定物とを相対移動
させるため、被測定物表面の傾きに影響されることなく
常に高い精度で表面形状測定を行うことができるのであ
る。
を利用して測定を行う光ファイバセンサ装置の光センサ
ヘッド部が、予め定められた走査経路に従って計測光の
照射位置が変化させられるように、移動制御手段によっ
て制御される移動装置により被測定物に対して相対移動
させられ、その相対移動量と光ファイバセンサ装置から
出力される計測信号の位相変化とに基づいて、測定手段
により被測定物の表面形状が測定される。その場合に、
上記測定手段によって測定された実際の表面形状に基づ
いて、表面形状測定が行われる部分の表面の法線方向が
法線方向判定手段によって求められ、上記移動制御手段
は、計測光の光軸がその法線方向と略一致するように移
動装置により光センサヘッド部と被測定物とを相対移動
させるため、被測定物表面の傾きに影響されることなく
常に高い精度で表面形状測定を行うことができるのであ
る。
また、本発明では、光干渉によって測定を行う装置とし
て、計測光を出射する光センサヘッド部を自由に動かす
ことができる光ファイバセンサ装置が用いられ、被測定
物のみならずその光センサヘッド部をも移動させるよう
になっているため、被測定物に対して光センサヘッド部
を自在に相対移動させることが可能で、計測光の光軸を
被測定物表面の法線方向と一致させつつ予め定められた
走査経路に従って計測光の照射位置を移動させることが
できるのである。
て、計測光を出射する光センサヘッド部を自由に動かす
ことができる光ファイバセンサ装置が用いられ、被測定
物のみならずその光センサヘッド部をも移動させるよう
になっているため、被測定物に対して光センサヘッド部
を自在に相対移動させることが可能で、計測光の光軸を
被測定物表面の法線方向と一致させつつ予め定められた
走査経路に従って計測光の照射位置を移動させることが
できるのである。
また、上記光センサヘッド部が、被測定物の表面に照射
される計測光の焦点位置を光軸方向に微小振動させる振
動付与手段を有するもので、移動制御手段が、その微小
振動に伴う計測信号の信号強度変化に基づいて光センサ
ヘッド部と被測定物との間の離間距離が一定の大きさと
なるように、表面形状測定に先立って移動装置により初
期調整させるものである場合には、測定開始時におtす
る光センサヘッド部と被測定物表面との離間距離が常に
一定の大きさとされるため、例えばそのような測定条件
下において予め求められた寸法誤差などに対する較正値
を用いることにより、計測光の光軸を被測定物表面の法
線方向と一致させつつその計測光が予め定められた走査
経路上に照射されるように、光センサヘッド部と被測定
物とを高い精度で相対移動させることが可能となる。こ
れにより、光センサヘッド部と被測定物との間の離間距
離のばらつきに起因する測定精度の低下が防止される。
される計測光の焦点位置を光軸方向に微小振動させる振
動付与手段を有するもので、移動制御手段が、その微小
振動に伴う計測信号の信号強度変化に基づいて光センサ
ヘッド部と被測定物との間の離間距離が一定の大きさと
なるように、表面形状測定に先立って移動装置により初
期調整させるものである場合には、測定開始時におtす
る光センサヘッド部と被測定物表面との離間距離が常に
一定の大きさとされるため、例えばそのような測定条件
下において予め求められた寸法誤差などに対する較正値
を用いることにより、計測光の光軸を被測定物表面の法
線方向と一致させつつその計測光が予め定められた走査
経路上に照射されるように、光センサヘッド部と被測定
物とを高い精度で相対移動させることが可能となる。こ
れにより、光センサヘッド部と被測定物との間の離間距
離のばらつきに起因する測定精度の低下が防止される。
このような光学式表面形状測定装置においてはまた、被
測定物の表面に通常の光干渉による表面形状測定では測
定し得ないような段差が存在する場合でも、その段差の
手前で測定を中断し、段差の後で測定を再開する際に上
記のように光センサヘッド部と被測定物表面との間の離
間距離が一定の大きさとなるように初期調整を行うこと
により、その時の光センサヘッド部と被測定物との相対
移動量から段差の高さを測定することができる。
測定物の表面に通常の光干渉による表面形状測定では測
定し得ないような段差が存在する場合でも、その段差の
手前で測定を中断し、段差の後で測定を再開する際に上
記のように光センサヘッド部と被測定物表面との間の離
間距離が一定の大きさとなるように初期調整を行うこと
により、その時の光センサヘッド部と被測定物との相対
移動量から段差の高さを測定することができる。
実施例
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。
。
第1図において、光ファイバセンサ装置100の光セン
サヘッド部38および被測定物68は、移動装置102
に取り付けられて相対移動させられるようになっている
。移動装置102は、ベツド104上に配設されて矢印
Aで示されているように略垂直な回転軸心まわりに回転
させられる高精度回転台106と、その高精度回転台1
06上に配設されて矢印Bで示されているように上下方
向へ移動させられる高精度移動台108と、ベツド10
4上に配設されて矢印Cで示されているように略水平な
方向へ移動させられる高精度移動台110と、その高精
度移動台110に配設されて矢印りで示されているよう
に略水平で且つ高精度移動台110の移動方向に対して
直角な回転軸心まわりに回転させられる高精度回転台1
12とを含んで構成されている。上記高精度回転台10
6゜112および高精度移動台108,110は、例え
ば静圧空気軸受などにより高い精度で回転または移動さ
せられるものである。
サヘッド部38および被測定物68は、移動装置102
に取り付けられて相対移動させられるようになっている
。移動装置102は、ベツド104上に配設されて矢印
Aで示されているように略垂直な回転軸心まわりに回転
させられる高精度回転台106と、その高精度回転台1
06上に配設されて矢印Bで示されているように上下方
向へ移動させられる高精度移動台108と、ベツド10
4上に配設されて矢印Cで示されているように略水平な
方向へ移動させられる高精度移動台110と、その高精
度移動台110に配設されて矢印りで示されているよう
に略水平で且つ高精度移動台110の移動方向に対して
直角な回転軸心まわりに回転させられる高精度回転台1
12とを含んで構成されている。上記高精度回転台10
6゜112および高精度移動台108,110は、例え
ば静圧空気軸受などにより高い精度で回転または移動さ
せられるものである。
そして、光センサヘッド部38は、その先軸(後述する
計測光LHの光軸)が高精度回転台112の回転軸心と
略直交させられ且つ高精度回転台106の回転軸心と交
差するように、高精度回転台112に取り付けられてい
る。また、この実施例における被測定物68は回転対称
軸を有するガラスモールドレンズなどであり、その被測
定物68は、上記回転対称軸が高精度回転台106の回
転軸心と略一致する姿勢で、高精度移動台108上にセ
ットされるようになっている。
計測光LHの光軸)が高精度回転台112の回転軸心と
略直交させられ且つ高精度回転台106の回転軸心と交
差するように、高精度回転台112に取り付けられてい
る。また、この実施例における被測定物68は回転対称
軸を有するガラスモールドレンズなどであり、その被測
定物68は、上記回転対称軸が高精度回転台106の回
転軸心と略一致する姿勢で、高精度移動台108上にセ
ットされるようになっている。
一方、光ファイバセンサ装置100は、例えば第2図に
示されているように構成され、He −Neレーザ、半
導体レーザなどのレーザ光源1oがら出射された単色の
レーザ光は、光軸まわりに45°回転させて配置された
偏光ビームスプリッタ12、ファラデー回転子14、偏
光ビームスプリッタ16を通過した後、集光レンズ18
により定偏波光ファイバ20の端面に入射させられる。
示されているように構成され、He −Neレーザ、半
導体レーザなどのレーザ光源1oがら出射された単色の
レーザ光は、光軸まわりに45°回転させて配置された
偏光ビームスプリッタ12、ファラデー回転子14、偏
光ビームスプリッタ16を通過した後、集光レンズ18
により定偏波光ファイバ20の端面に入射させられる。
上記偏光ビームスプリッタ12、ファラデー回転子14
、および偏光ビームスプリッタ16は、光アイソレータ
としても機能するものであり、反射光すなわち前記光セ
ンサヘッド部38がら定偏波光ファイバ20を通して戻
される光をレーザ光源lOへ入射させないようにする。
、および偏光ビームスプリッタ16は、光アイソレータ
としても機能するものであり、反射光すなわち前記光セ
ンサヘッド部38がら定偏波光ファイバ20を通して戻
される光をレーザ光源lOへ入射させないようにする。
また、偏光ビームスプリッタ16は反射光を偏波面(電
気ペルトルの振動面)に従って分割する機能をも備えて
おり、偏光ビームスプリッタ16により反射された光は
、集光レンズ22により第1光センサ24に入射させら
れる。また、偏光ビームスプリッタ16を通過した反射
光は、ファラデー回転子14により偏波面が光軸まわり
に45°回転させられるので偏光ビームスプリッタ12
により反射されて、集光レンズ26により第2光センサ
28に入射させられる。以上の光学素子および光センサ
によって光ファイバセンサ装置100の光送受信部30
が構成されており、この光送受信部30の図示しない機
枠に定偏波光ファイバ20の一端部が固定されている。
気ペルトルの振動面)に従って分割する機能をも備えて
おり、偏光ビームスプリッタ16により反射された光は
、集光レンズ22により第1光センサ24に入射させら
れる。また、偏光ビームスプリッタ16を通過した反射
光は、ファラデー回転子14により偏波面が光軸まわり
に45°回転させられるので偏光ビームスプリッタ12
により反射されて、集光レンズ26により第2光センサ
28に入射させられる。以上の光学素子および光センサ
によって光ファイバセンサ装置100の光送受信部30
が構成されており、この光送受信部30の図示しない機
枠に定偏波光ファイバ20の一端部が固定されている。
上記定偏波光ファイバ20は、コア32とこのコア32
を挟む一対の応力付与部34と、それらを覆うクラッド
36とから構成されており、たとえば互いに直交する偏
波面にて光を伝送するHE11”モードおよびHE+t
’モードの2伝送モードにて偏波面を保存しつつ光を伝
送する。前記のように定偏波光ファイバ20の一端部に
入射させられる光は偏光ビームスプリッタ16を通過し
た直線偏光であるから、定偏波光フアイバ20内におい
ては2伝送モードのうちの一方のモードにて伝送される
ように、定偏波光ファイバ20は光軸まわりの方位が調
整されて固定されている。
を挟む一対の応力付与部34と、それらを覆うクラッド
36とから構成されており、たとえば互いに直交する偏
波面にて光を伝送するHE11”モードおよびHE+t
’モードの2伝送モードにて偏波面を保存しつつ光を伝
送する。前記のように定偏波光ファイバ20の一端部に
入射させられる光は偏光ビームスプリッタ16を通過し
た直線偏光であるから、定偏波光フアイバ20内におい
ては2伝送モードのうちの一方のモードにて伝送される
ように、定偏波光ファイバ20は光軸まわりの方位が調
整されて固定されている。
上記定偏波光ファイバ20の他端部は光センサヘッド部
38の機枠40に固定されており、定偏波光ファイバ2
0の2種類の伝送モードのうちの一方の伝送モードにて
伝送された直線偏光は、集光レンズ46を通って平行光
に変換された後、無偏光ビームスプリッタ48により参
照光りえと計測光LHとに分離される。無偏光ビームス
プリッタ48を通過した計測光LHは、1/4波長板5
4を通過させられた後に対物レンズ56によって前記被
測定物68の表面70上に集光させられる一方、無偏光
ビームスプリッタ48で反射された参照光Lmは、17
8波長板62を通過させられた後にミラー60によって
方向変換させられ、集光レンズ64によってミラー66
上に集光させられる。
38の機枠40に固定されており、定偏波光ファイバ2
0の2種類の伝送モードのうちの一方の伝送モードにて
伝送された直線偏光は、集光レンズ46を通って平行光
に変換された後、無偏光ビームスプリッタ48により参
照光りえと計測光LHとに分離される。無偏光ビームス
プリッタ48を通過した計測光LHは、1/4波長板5
4を通過させられた後に対物レンズ56によって前記被
測定物68の表面70上に集光させられる一方、無偏光
ビームスプリッタ48で反射された参照光Lmは、17
8波長板62を通過させられた後にミラー60によって
方向変換させられ、集光レンズ64によってミラー66
上に集光させられる。
上記対物レンズ56は、振動付与手段としての円筒状の
圧電アクチュエータ58を介して機枠40に取り付けら
れており、その圧電アクチュエータ58が伸縮させられ
ることにより対物レンズ56はその光軸方向へ微小振動
させられ、それに伴って計測光LHの焦点位置も光軸方
向へ微小振動させられる。
圧電アクチュエータ58を介して機枠40に取り付けら
れており、その圧電アクチュエータ58が伸縮させられ
ることにより対物レンズ56はその光軸方向へ微小振動
させられ、それに伴って計測光LHの焦点位置も光軸方
向へ微小振動させられる。
上記表面70およびミラー66で反射された計測光り、
および参照光り、は、それぞれ往路と逆の光路を辿って
定偏波光ファイバ20に入射させられ、互いに干渉させ
られる。この干渉光の光強度は、光センサヘッド部38
と被測定物68との相対移動がなくて計測光LH2参照
光LRの光路長がそれぞれ一定であれば変化しないが、
前記移動装置102によって光センサヘッド部38と被
測定物68とが相対移動させられ、表面70の凹凸形状
に応じて計測光り、Hの光路長、更には位相が変化させ
られると、それに伴って変化する。なお、圧電アクチュ
エータ58によって対物レンズ56が微小振動させられ
た場合にも上記干渉光の光強度は変化させられる。
および参照光り、は、それぞれ往路と逆の光路を辿って
定偏波光ファイバ20に入射させられ、互いに干渉させ
られる。この干渉光の光強度は、光センサヘッド部38
と被測定物68との相対移動がなくて計測光LH2参照
光LRの光路長がそれぞれ一定であれば変化しないが、
前記移動装置102によって光センサヘッド部38と被
測定物68とが相対移動させられ、表面70の凹凸形状
に応じて計測光り、Hの光路長、更には位相が変化させ
られると、それに伴って変化する。なお、圧電アクチュ
エータ58によって対物レンズ56が微小振動させられ
た場合にも上記干渉光の光強度は変化させられる。
一方、前記1/4波長板54の光軸は往路の計測光LH
の偏波面に対して22.5°傾斜させられているため、
その174波長板54を2回通過させられた復路の計測
光し、4の偏波面は45°傾斜させられる。また、前記
178波長板62の光軸は往路の参照光り、の偏波面に
対して45°傾斜させられているため、その1/8波長
板62を2回通過させられた復路の参照光LRは円偏光
に変換される。
の偏波面に対して22.5°傾斜させられているため、
その174波長板54を2回通過させられた復路の計測
光し、4の偏波面は45°傾斜させられる。また、前記
178波長板62の光軸は往路の参照光り、の偏波面に
対して45°傾斜させられているため、その1/8波長
板62を2回通過させられた復路の参照光LRは円偏光
に変換される。
このため、計測光LHは、定偏波光ファイバ20の2種
類の伝送モードHE、、”およびHEllyに対して偏
波面が45°傾斜させられ、それ等2種類の伝送モード
HE、、XおよびHE、、’に同じ位相で等分配される
が、円偏光の参照光Lmは、伝送モードHE、、Xおよ
びHE、νに分配される際にその位相が互いに90°ず
らされる。したがって、伝送モードHE、、Xで伝送さ
れる干渉光の光強度変化の位相と伝送モードHE、、Y
で伝送される干渉光の光強度変化の位相は互いに90°
ずらされることとなる。
類の伝送モードHE、、”およびHEllyに対して偏
波面が45°傾斜させられ、それ等2種類の伝送モード
HE、、XおよびHE、、’に同じ位相で等分配される
が、円偏光の参照光Lmは、伝送モードHE、、Xおよ
びHE、νに分配される際にその位相が互いに90°ず
らされる。したがって、伝送モードHE、、Xで伝送さ
れる干渉光の光強度変化の位相と伝送モードHE、、Y
で伝送される干渉光の光強度変化の位相は互いに90°
ずらされることとなる。
上記2種類の干渉光は、光強度変化の位相が90°ずら
されたまま定偏波光ファイバ20によって光送受信部3
0まで伝送され、それぞれ集光レンズ18により平行光
とされた後、偏光ビームスプリンタ16によって分離さ
れ、前記第1光センサ24.第2光センサ28に入射さ
せられる。そして、それ等の第1光センサ24および第
2光センサ28からは、2種類の干渉光の光強度変化に
対応して変化するとともに、位相が90°ずらされた2
種類の電気信号、すなわち計測信号MSI。
されたまま定偏波光ファイバ20によって光送受信部3
0まで伝送され、それぞれ集光レンズ18により平行光
とされた後、偏光ビームスプリンタ16によって分離さ
れ、前記第1光センサ24.第2光センサ28に入射さ
せられる。そして、それ等の第1光センサ24および第
2光センサ28からは、2種類の干渉光の光強度変化に
対応して変化するとともに、位相が90°ずらされた2
種類の電気信号、すなわち計測信号MSI。
MS2が出力される。
かかる光学式表面形状測定装置は第3図に示されている
制御回路を備えており、上記計測信号MSlおよびMS
2は測定制御装置114に供給されるとともに、その測
定制御装置114からは、駆動信号DM1〜5がそれぞ
れ駆動制御装置116.118,120,122,12
4に出力され、駆動モーフ126,128,130.1
32および前記圧電アクチュエータ58の作動が制御さ
れる。駆動モータ126,128,130,132は、
それぞれ前記移動装置102の高精度回転台106、高
精度移動台108,110.高精度回転台112を回転
または移動させるものであり、それ等の駆動モータ12
6,128,130.132からは、高精度回転台10
6.高精度移動台108.110.高精度回転台112
の位置に対応する位置信号SXI〜4が測定制御装置1
14に供給される。また、駆動制御装置124は、電圧
値が周期的に変化する駆動電力を圧電アクチュエータ5
8に出力するもので、これにより圧電アクチュエータ5
8が伸縮させられ、前記対物レンズ56が光軸方向へ微
小振動させられる。この駆動制御装置124からは、上
記駆動電力の周期変化に対応して変化するモニタ信号S
Pが測定制御装置114に供給される。
制御回路を備えており、上記計測信号MSlおよびMS
2は測定制御装置114に供給されるとともに、その測
定制御装置114からは、駆動信号DM1〜5がそれぞ
れ駆動制御装置116.118,120,122,12
4に出力され、駆動モーフ126,128,130.1
32および前記圧電アクチュエータ58の作動が制御さ
れる。駆動モータ126,128,130,132は、
それぞれ前記移動装置102の高精度回転台106、高
精度移動台108,110.高精度回転台112を回転
または移動させるものであり、それ等の駆動モータ12
6,128,130.132からは、高精度回転台10
6.高精度移動台108.110.高精度回転台112
の位置に対応する位置信号SXI〜4が測定制御装置1
14に供給される。また、駆動制御装置124は、電圧
値が周期的に変化する駆動電力を圧電アクチュエータ5
8に出力するもので、これにより圧電アクチュエータ5
8が伸縮させられ、前記対物レンズ56が光軸方向へ微
小振動させられる。この駆動制御装置124からは、上
記駆動電力の周期変化に対応して変化するモニタ信号S
Pが測定制御装置114に供給される。
上記測定制御装置114はマイクロコンピュータ等を含
んで構成されており、第4図に示されている機能を備え
ている。かかる第4図において、表面形状測定ブロック
134は、計測信号MS l。
んで構成されており、第4図に示されている機能を備え
ている。かかる第4図において、表面形状測定ブロック
134は、計測信号MS l。
MS2および位置信号SXI〜SX4に基づいて被測定
物68の表面形状を測定するブロックであり、計測信号
MSIおよびMS2は、例えばその直流成分が除去され
た後電圧Ovを闇値とするコンパレータによりその位相
が1/2位相πだけ変化する毎にパルスの発生、消滅を
繰り返し、且つ互いに位相が90°ずらされたA相およ
びB相のパルス信号に変換され、可逆のアップダウンカ
ウンタによってその位相変化量が求められる。この位相
変化量は被測定物68と光センサヘッド部3日との相対
移動に伴う被測定物表面70と光センサヘッド部38と
の間の離間距離の変動量に対応するもので、位置信号S
x1〜4から求められる被測定物68と光センサヘッド
部38との相対移動量や移動方向と、上記変動量とに基
づいて、被測定物表面70の凹凸形状や表面粗さが測定
される。
物68の表面形状を測定するブロックであり、計測信号
MSIおよびMS2は、例えばその直流成分が除去され
た後電圧Ovを闇値とするコンパレータによりその位相
が1/2位相πだけ変化する毎にパルスの発生、消滅を
繰り返し、且つ互いに位相が90°ずらされたA相およ
びB相のパルス信号に変換され、可逆のアップダウンカ
ウンタによってその位相変化量が求められる。この位相
変化量は被測定物68と光センサヘッド部3日との相対
移動に伴う被測定物表面70と光センサヘッド部38と
の間の離間距離の変動量に対応するもので、位置信号S
x1〜4から求められる被測定物68と光センサヘッド
部38との相対移動量や移動方向と、上記変動量とに基
づいて、被測定物表面70の凹凸形状や表面粗さが測定
される。
そして、この表面70の形状を表す測定信号SSが表示
記録装置136(第3図参照)、法線方向判定ブロック
138.および相対位置制御ブロック140に出力され
、表示記録装置136において、その表面形状が表示さ
れるとともに記録される。この表面形状測定ブロック1
34は測定手段に相当する。
記録装置136(第3図参照)、法線方向判定ブロック
138.および相対位置制御ブロック140に出力され
、表示記録装置136において、その表面形状が表示さ
れるとともに記録される。この表面形状測定ブロック1
34は測定手段に相当する。
上記法線方向判定ブロック13Bは、測定信号SSが表
す表面形状に基づいて、光センサヘッド部38から出射
された計測光り、が照射されて表面形状測定が行われて
いる部分の表面70の法線方向を求めるブロックであり
、例えば前記移動装置102の高精度移動台110を矢
印Cの方向へ移動させながら被測定物68の回転対称軸
を通る一直線方向へ走査して表面形状測定が行われる場
合には、直前の2点の測定データから表面70の接線方
向を求め、高精度回転台112の回転による光センサヘ
ッド部38の光軸の回転平面、すなわち上記2点を含む
垂直な平面内におけるその接線方向と直角な方向を法線
方向として算出すれば良い。被測定物68は回転対称軸
を有するとともに、その回転対称軸が上記光センサヘッ
ド部38の光軸の回転平面内に位置するようにセットさ
れるため、上記のように二次元的に法線方向を求めても
大きな狂いは生じないのである。この法線方向判定ブロ
ック138は法線方向判定手段に相当する。
す表面形状に基づいて、光センサヘッド部38から出射
された計測光り、が照射されて表面形状測定が行われて
いる部分の表面70の法線方向を求めるブロックであり
、例えば前記移動装置102の高精度移動台110を矢
印Cの方向へ移動させながら被測定物68の回転対称軸
を通る一直線方向へ走査して表面形状測定が行われる場
合には、直前の2点の測定データから表面70の接線方
向を求め、高精度回転台112の回転による光センサヘ
ッド部38の光軸の回転平面、すなわち上記2点を含む
垂直な平面内におけるその接線方向と直角な方向を法線
方向として算出すれば良い。被測定物68は回転対称軸
を有するとともに、その回転対称軸が上記光センサヘッ
ド部38の光軸の回転平面内に位置するようにセットさ
れるため、上記のように二次元的に法線方向を求めても
大きな狂いは生じないのである。この法線方向判定ブロ
ック138は法線方向判定手段に相当する。
上記法線方向を表す信号は相対位置制御ブロック140
に供給される。相対位置制御ブロック140は、ROM
などの記憶ブロック142に予め記憶された走査経路を
示す走査データに従って走査、すなわち被測定物表面7
0に対する計測光LHの照射位置が変更され、且つ光セ
ンサヘッド部38の光軸が上記法線方向と一致するよう
に、光センサヘッド部38と被測定物68とを相対移動
させるための駆動信号DMI〜4を出力する。走査デー
タは、被測定物68の設計上の表面形状や同一形状の試
料を用いて試験的に測定した表面形状などに基づいて、
光センサヘッド部38が表面70に沿って移動させられ
るように予め定められており、本実施例では、高精度回
転台106を固定した状態において高精度移動台110
および108を移動させることにより、被測定物68の
回転対称軸を通る矢印Cと平行な一直線方向へ表面70
に沿って走査を行うとともに、高精度回転台106を一
定角度ずつ回転させて上記走査を繰り返すことにより、
表面70全体の表面形状が三次元的に測定されるように
設定されている。また、光センサヘッド部38の光軸を
法線方向と一致させるだめに、前記法線方向判定ブロッ
ク13Bから供給される信号に従って高精度回転台11
2の回転位置を変更するとともに、その時の計測光し。
に供給される。相対位置制御ブロック140は、ROM
などの記憶ブロック142に予め記憶された走査経路を
示す走査データに従って走査、すなわち被測定物表面7
0に対する計測光LHの照射位置が変更され、且つ光セ
ンサヘッド部38の光軸が上記法線方向と一致するよう
に、光センサヘッド部38と被測定物68とを相対移動
させるための駆動信号DMI〜4を出力する。走査デー
タは、被測定物68の設計上の表面形状や同一形状の試
料を用いて試験的に測定した表面形状などに基づいて、
光センサヘッド部38が表面70に沿って移動させられ
るように予め定められており、本実施例では、高精度回
転台106を固定した状態において高精度移動台110
および108を移動させることにより、被測定物68の
回転対称軸を通る矢印Cと平行な一直線方向へ表面70
に沿って走査を行うとともに、高精度回転台106を一
定角度ずつ回転させて上記走査を繰り返すことにより、
表面70全体の表面形状が三次元的に測定されるように
設定されている。また、光センサヘッド部38の光軸を
法線方向と一致させるだめに、前記法線方向判定ブロッ
ク13Bから供給される信号に従って高精度回転台11
2の回転位置を変更するとともに、その時の計測光し。
の照射位置が矢印Cと平行な方向において上記走査デー
タに定められた位置となるように、測定信号SSが表す
表面70の高さに応じて高精度移動台108または11
0の位置が補正される。なお、上記高精度移動台108
を固定した状態で表面形状測定を行うこともできる。
タに定められた位置となるように、測定信号SSが表す
表面70の高さに応じて高精度移動台108または11
0の位置が補正される。なお、上記高精度移動台108
を固定した状態で表面形状測定を行うこともできる。
ここで、移動装置102の各部に寸法誤差や組付誤差、
調整不良等が存在すると、そのままでは充分な測定精度
が得られないため、それ等の誤差や調整不良等に拘らず
走査データ通りに計測光LHの照射位置が変更され且つ
光軸が法線方向と一致させられるようにするための較正
値が、移動装置102毎に予め真球等を用いてその表面
形状測定を行うことにより求められている。第5図は上
記較正値の一例を示すもので、高精度回転台112の回
転軸心Oに対する光センサヘッド部38の光軸lの偏差
e2や、回転軸心0から光軸2に下した垂線の交点から
対物レンズ56の焦点位置までの距離e、がそれである
。そして、前記相対位置制御ブロック140は、走査デ
ータ通りに計測光り、の照射位置が変更され且つ光軸が
法線方向と一致させられるように、それ等の較正値に基
づいて駆動信号DM1〜4を補正して出力するようにな
っている。第5図の146は較正用の真球であり、この
真球146の表面形状測定を行うことにより、上記偏差
e2や距Melその他の較正値が求められる。なお、こ
れ等の較正値は前記表面形状測定ブロック134におい
て表面形状を測定する際にも用いられる。
調整不良等が存在すると、そのままでは充分な測定精度
が得られないため、それ等の誤差や調整不良等に拘らず
走査データ通りに計測光LHの照射位置が変更され且つ
光軸が法線方向と一致させられるようにするための較正
値が、移動装置102毎に予め真球等を用いてその表面
形状測定を行うことにより求められている。第5図は上
記較正値の一例を示すもので、高精度回転台112の回
転軸心Oに対する光センサヘッド部38の光軸lの偏差
e2や、回転軸心0から光軸2に下した垂線の交点から
対物レンズ56の焦点位置までの距離e、がそれである
。そして、前記相対位置制御ブロック140は、走査デ
ータ通りに計測光り、の照射位置が変更され且つ光軸が
法線方向と一致させられるように、それ等の較正値に基
づいて駆動信号DM1〜4を補正して出力するようにな
っている。第5図の146は較正用の真球であり、この
真球146の表面形状測定を行うことにより、上記偏差
e2や距Melその他の較正値が求められる。なお、こ
れ等の較正値は前記表面形状測定ブロック134におい
て表面形状を測定する際にも用いられる。
一方、上記のような較正値を求めて補正する場合、実際
に被測定物68の表面形状測定を行う際に、較正値を求
めた時の条件を再現する必要がある。すなわち、較正値
を求める際の初期条件として、対物レンズ56の焦点位
置を真球146の表面と一致させた場合には、被測定物
68の表面形状測定に際しても、予め対物レンズ56の
焦点位置を被測定物68の表面70と一致させる必要が
あるので、ある。このために、本実施例では前記測定制
御装置114に焦点位置調整ブロック144が設けられ
ている。
に被測定物68の表面形状測定を行う際に、較正値を求
めた時の条件を再現する必要がある。すなわち、較正値
を求める際の初期条件として、対物レンズ56の焦点位
置を真球146の表面と一致させた場合には、被測定物
68の表面形状測定に際しても、予め対物レンズ56の
焦点位置を被測定物68の表面70と一致させる必要が
あるので、ある。このために、本実施例では前記測定制
御装置114に焦点位置調整ブロック144が設けられ
ている。
かかる焦点位置調整ブロック144は、前記駆動制御装
置116に駆動信号DM5を出力して圧電アクチュエー
タ58を作動させることにより、対物レンズ56を光軸
方向へ振動させるとともに、相対位置制御ブロック14
0により光センサヘッド部38と被測定物68とを上記
光軸方向へ相対的に接近離間させることにより、その時
の計測信号MSIの信号強度変化から対物レンズ56の
焦点位置が表面70と一致する相対位置を割り出して、
光センサヘッド部38と被測定物68とをその相対位置
に位置させるものである。
置116に駆動信号DM5を出力して圧電アクチュエー
タ58を作動させることにより、対物レンズ56を光軸
方向へ振動させるとともに、相対位置制御ブロック14
0により光センサヘッド部38と被測定物68とを上記
光軸方向へ相対的に接近離間させることにより、その時
の計測信号MSIの信号強度変化から対物レンズ56の
焦点位置が表面70と一致する相対位置を割り出して、
光センサヘッド部38と被測定物68とをその相対位置
に位置させるものである。
対物レンズ56の焦点位置が表面70よりも手前にある
第6図、表面70上にある第7図、および表面70より
も遠くにある第8図を参照しつつ具体的に説明すると、
レーザ光の波長がHe−Neレーザの代表的な波長63
3nm、定偏波光ファイバ20のコア32の直径が約4
μmの場合、そこから出射されて表面70で反射された
計測光LHは、焦点位置が表面70と一致する第7図の
場合には高効率で元のコア32内に再入射されるが、焦
点位置が表面70からずれた第6図、第8図の場合には
、計測光LMがコア32内に入射する際にそのコア32
がピンホールの機能を果たすため、コア32内に入射す
る計測光LMの光量は減少し、計測信号MSIの信号強
度も低下する。
第6図、表面70上にある第7図、および表面70より
も遠くにある第8図を参照しつつ具体的に説明すると、
レーザ光の波長がHe−Neレーザの代表的な波長63
3nm、定偏波光ファイバ20のコア32の直径が約4
μmの場合、そこから出射されて表面70で反射された
計測光LHは、焦点位置が表面70と一致する第7図の
場合には高効率で元のコア32内に再入射されるが、焦
点位置が表面70からずれた第6図、第8図の場合には
、計測光LMがコア32内に入射する際にそのコア32
がピンホールの機能を果たすため、コア32内に入射す
る計測光LMの光量は減少し、計測信号MSIの信号強
度も低下する。
そして、各図の状態において対物レンズ56が圧電アク
チュエータ58により光軸方向に微小振動させられると
、それに同期して計測信号MSIの信号強度も変化させ
られるが、第6図と第8図とでは逆相となり、また、第
7図では倍周波の信号となる。したがって、前記駆動制
御装置124から供給されるモニタ信号SPを参照信号
として計測信号MSIを位相弁別検波し、その検波信号
が0となるように光センサヘッド部38と被測定物68
とを相対移動させれば、対物レンズ56による計測光L
Hの焦点位置が表面70と一致させられる。なお、第6
図および第8図は、理解を容易とするために表面70で
反射された計測光り、の反射光のみを示したものである
。
チュエータ58により光軸方向に微小振動させられると
、それに同期して計測信号MSIの信号強度も変化させ
られるが、第6図と第8図とでは逆相となり、また、第
7図では倍周波の信号となる。したがって、前記駆動制
御装置124から供給されるモニタ信号SPを参照信号
として計測信号MSIを位相弁別検波し、その検波信号
が0となるように光センサヘッド部38と被測定物68
とを相対移動させれば、対物レンズ56による計測光L
Hの焦点位置が表面70と一致させられる。なお、第6
図および第8図は、理解を容易とするために表面70で
反射された計測光り、の反射光のみを示したものである
。
本実施例では、この焦点位置調整ブロック144および
前記相対位置制御ブロック140によって移動制御手段
が構成されている。
前記相対位置制御ブロック140によって移動制御手段
が構成されている。
以上のように構成された光学式表面形状測定装置におい
ては、被測定物68が移動装置102の高精度移動台1
08上にセットされると、相対位置制御ブロック140
から出力される駆動信号DM1〜4に従って光センサヘ
ッド部38と被測定物68とが測定開始位置へ相対移動
させられ、その測定開始位置において、焦点位置調整ブ
ロック144により光センサヘッド部38から出射され
る計測光LHの焦点位置が被測定物68の表面70と一
致させられるように初期調整が行われる。
ては、被測定物68が移動装置102の高精度移動台1
08上にセットされると、相対位置制御ブロック140
から出力される駆動信号DM1〜4に従って光センサヘ
ッド部38と被測定物68とが測定開始位置へ相対移動
させられ、その測定開始位置において、焦点位置調整ブ
ロック144により光センサヘッド部38から出射され
る計測光LHの焦点位置が被測定物68の表面70と一
致させられるように初期調整が行われる。
その後、予め設定された走査データに従って表面形状測
定が行われるように、相対位置制御ブロック140によ
り光センサヘッド部38と被測定物68とが相対移動さ
せられ、表面形状測定ブロック134によりそれ等の相
対移動量と計測信号MSlおよびMS2の位相変化量と
に基づいて表面70の凹凸形状が測定される。
定が行われるように、相対位置制御ブロック140によ
り光センサヘッド部38と被測定物68とが相対移動さ
せられ、表面形状測定ブロック134によりそれ等の相
対移動量と計測信号MSlおよびMS2の位相変化量と
に基づいて表面70の凹凸形状が測定される。
上記表面形状の測定時には、測定された表面形状に基づ
いて法線方向判定ブロック13Bにより測定位置におけ
る表面70の法線方向が求められ、光センサヘッド部3
8の光軸がその法線方向と一致させられ、且つ測定位置
が前記走査データに従って移動させられるように、相対
位置制御ブロック140によって光センサヘッド部38
と被測定物68とが相対移動させられる。
いて法線方向判定ブロック13Bにより測定位置におけ
る表面70の法線方向が求められ、光センサヘッド部3
8の光軸がその法線方向と一致させられ、且つ測定位置
が前記走査データに従って移動させられるように、相対
位置制御ブロック140によって光センサヘッド部38
と被測定物68とが相対移動させられる。
なお、被測定物68の表面70に通常の光干渉による表
面形状測定では測定し得ないような段差が存在する場合
には、その段差の手前で測定を中断し、段差の後で測定
を再開する際に前記焦点位置調整ブロック144によっ
て焦点位置を表面70と一致させることにより、その時
の光センサヘッド部38と被測定物68との相対移動量
から段差の高さを測定することもできる。
面形状測定では測定し得ないような段差が存在する場合
には、その段差の手前で測定を中断し、段差の後で測定
を再開する際に前記焦点位置調整ブロック144によっ
て焦点位置を表面70と一致させることにより、その時
の光センサヘッド部38と被測定物68との相対移動量
から段差の高さを測定することもできる。
このように、本実施例の表面形状測定装置は、表面70
に対して計測光り、が常に略垂直な方向から照射される
ようになっているため、その表面70の傾きに影響され
ることなく常に高い精度で表面形状測定を行うことがで
きるのである。
に対して計測光り、が常に略垂直な方向から照射される
ようになっているため、その表面70の傾きに影響され
ることなく常に高い精度で表面形状測定を行うことがで
きるのである。
また、光ファイバセンサ装置100の光センサヘッド部
38を自由に動かすことができるところから、本実施例
では高精度移動台110および高精度回転台112によ
りその光センサヘッド部38が直線移動および回転させ
られるようになっているため、被測定物68の移動と相
俟って、計測光り。の光軸を被測定物表面70の法線方
向と一致させつつ予め定められた走査データに従って計
測光り、の照射位置を精度良く移動させることができる
。
38を自由に動かすことができるところから、本実施例
では高精度移動台110および高精度回転台112によ
りその光センサヘッド部38が直線移動および回転させ
られるようになっているため、被測定物68の移動と相
俟って、計測光り。の光軸を被測定物表面70の法線方
向と一致させつつ予め定められた走査データに従って計
測光り、の照射位置を精度良く移動させることができる
。
また、本実施例では表面形状測定に先立って計測光LH
の焦点位置が表面70と一致させられ、寸法誤差等に対
する較正値を求めた時の測定条件が再現されるようにな
っているため、その較正値を用いることにより高い精度
で表面形状測定を行うことができる。
の焦点位置が表面70と一致させられ、寸法誤差等に対
する較正値を求めた時の測定条件が再現されるようにな
っているため、その較正値を用いることにより高い精度
で表面形状測定を行うことができる。
また、上記のように計測光LHの焦点位置を表面70と
一致させることができるところから、光干渉による測定
では不可能な段差の測定も可能なのである。
一致させることができるところから、光干渉による測定
では不可能な段差の測定も可能なのである。
また、この実施例では、往路においては参照光Lllお
よび計測光LHを取り出すための直線偏光が一つの伝送
モードで定偏波光フアイバ20内を伝送され、復路にお
いては2種類の干渉光が定偏波光ファイバ20の2つの
伝送モードでそれぞれ伝送されるようになっているため
、温度変動、歪、振動などの外部刺激に起因する定偏波
光フアイバ20内における干渉光の位相変化が相殺され
、高い測定精度が得られる。
よび計測光LHを取り出すための直線偏光が一つの伝送
モードで定偏波光フアイバ20内を伝送され、復路にお
いては2種類の干渉光が定偏波光ファイバ20の2つの
伝送モードでそれぞれ伝送されるようになっているため
、温度変動、歪、振動などの外部刺激に起因する定偏波
光フアイバ20内における干渉光の位相変化が相殺され
、高い測定精度が得られる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実
施例において前記第1実施例と実質的に共通する部分に
は同一の符合を付して説明を省略する。
施例において前記第1実施例と実質的に共通する部分に
は同一の符合を付して説明を省略する。
第9図は移動装置の別の態様を示す図で、この移動装置
150は、ベツド152上に配設されて矢印Eで示され
ているように略水平な方向へ移動させられる高精度移動
台154と、その高精度移動台154上に配設されて矢
印Fで示されているように略水平で且つ上記矢印Eと直
角な方向へ移動させられる高精度移動台156と、その
高精度移動台156上に配設されて矢印Gで示されてい
るように上記矢印EおよびFに対して直角な垂直方向へ
移動させられる高精度移動台158と、ベツド152の
両側部に配設された一対のコラム160に跨がって配設
され、矢印Hで示されているように上記矢印Fと平行な
回転軸心まわりに回転させられる高精度回転台162と
、その高精度回転台162に配設されて矢印■で示され
ているように高精度回転台162の回転軸心と直角な回
転軸心まわりに回転させられる高精度回転台164とを
備えて構成されている。そして、前記光センサヘッド部
38は、その先軸が高精度回転台164の回転軸心と略
直交させられる姿勢でその高精度回転台164に取り付
けられ、表面166が湾曲させられた被測定物16Bは
、その曲率中心が前記矢印Eと略平行止なる姿勢で高精
度移動台158上にセットされるようになっている。
150は、ベツド152上に配設されて矢印Eで示され
ているように略水平な方向へ移動させられる高精度移動
台154と、その高精度移動台154上に配設されて矢
印Fで示されているように略水平で且つ上記矢印Eと直
角な方向へ移動させられる高精度移動台156と、その
高精度移動台156上に配設されて矢印Gで示されてい
るように上記矢印EおよびFに対して直角な垂直方向へ
移動させられる高精度移動台158と、ベツド152の
両側部に配設された一対のコラム160に跨がって配設
され、矢印Hで示されているように上記矢印Fと平行な
回転軸心まわりに回転させられる高精度回転台162と
、その高精度回転台162に配設されて矢印■で示され
ているように高精度回転台162の回転軸心と直角な回
転軸心まわりに回転させられる高精度回転台164とを
備えて構成されている。そして、前記光センサヘッド部
38は、その先軸が高精度回転台164の回転軸心と略
直交させられる姿勢でその高精度回転台164に取り付
けられ、表面166が湾曲させられた被測定物16Bは
、その曲率中心が前記矢印Eと略平行止なる姿勢で高精
度移動台158上にセットされるようになっている。
このような移動装置150においては、高精度移動台1
56により矢印Fで示す方向へ被測定物168を移動さ
せて表面形状測定を行うとともに、高精度移動台154
により矢印Eで示す方向へ順次被測定物168を移動さ
せることにより、表面166全体の表面形状を三次元的
に測定することができる。また、表面166に対して略
垂直な方向から計測光り、sを照射するためには、例え
ば走査方向(矢印F方向)における最新の2点の測定デ
ータと、その走査方向と直角な方向(矢印E方向)にお
いて隣接する既に測定された部分の測定データとを用い
て、計3点の測定データからその3点が含まれる平面を
求め、その平面に垂直な法線方向と光センサヘッド部3
8の光軸とが一致するように高精度回転台162および
164を駆動するようにしたり、走査方向の2点の測定
データからその2点を含む略垂直な平面内における法線
方向を求めるとともに、走査方向と直角な方向の2点の
測定データからその2点を含む略垂直な平面内における
法線方向を求め、その2つの法線方向に基づいて高精度
回転台164および162をそれぞれ駆動するようにし
たりすれば良い。この場合にも、光センサヘッド部38
の光軸の変更に伴う照射位置のずれを防止するため、高
精度移動台154,156.158の位置が光軸方向や
測定データによって補正される。
56により矢印Fで示す方向へ被測定物168を移動さ
せて表面形状測定を行うとともに、高精度移動台154
により矢印Eで示す方向へ順次被測定物168を移動さ
せることにより、表面166全体の表面形状を三次元的
に測定することができる。また、表面166に対して略
垂直な方向から計測光り、sを照射するためには、例え
ば走査方向(矢印F方向)における最新の2点の測定デ
ータと、その走査方向と直角な方向(矢印E方向)にお
いて隣接する既に測定された部分の測定データとを用い
て、計3点の測定データからその3点が含まれる平面を
求め、その平面に垂直な法線方向と光センサヘッド部3
8の光軸とが一致するように高精度回転台162および
164を駆動するようにしたり、走査方向の2点の測定
データからその2点を含む略垂直な平面内における法線
方向を求めるとともに、走査方向と直角な方向の2点の
測定データからその2点を含む略垂直な平面内における
法線方向を求め、その2つの法線方向に基づいて高精度
回転台164および162をそれぞれ駆動するようにし
たりすれば良い。この場合にも、光センサヘッド部38
の光軸の変更に伴う照射位置のずれを防止するため、高
精度移動台154,156.158の位置が光軸方向や
測定データによって補正される。
なお、かかる移動装置150によって測定可能な被測定
物の表面形状は、上記被測定物16Bからも明らかなよ
うに回転対称軸を有するものに限定されず、測定すべき
表面166がある程度滑らかであれば良い。
物の表面形状は、上記被測定物16Bからも明らかなよ
うに回転対称軸を有するものに限定されず、測定すべき
表面166がある程度滑らかであれば良い。
また、第10図および第11図は、それぞれ光ファイバ
センサ装置の他の態様を示すもので、第10図の光ファ
イバセンサ装置200においては、レーザ光源10から
出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ12、フ
ァラデー回転子14、偏光ビームスプリッタ16、無偏
光ビームスプリッタ74.174波長板76を通過した
後、集光レンズ18により定偏波光ファイバ20に入射
させられる。上記無偏光ビームスプリッタ74は、分岐
比が偏光成分に依存しないで反射光の一部を取り出すも
ので、その無偏光ビームスプリッタ74により取り出さ
れた光は、光軸まわりに45°回転して配置された信号
成分取出用の偏光ビームスプリッタ78を透過させられ
て信号成分だけとされ、集光レンズ22により第1光セ
ンサ24に入射させられる。また、偏光ビームスプリッ
タ16によって反射された反射光は、集光レンズ26に
より第2光センサ28に入射させられる。さらに、17
4波長板76は図に示す破線の矢印の方向に結晶軸を備
えていて、直線偏光を円偏光に変換する。
センサ装置の他の態様を示すもので、第10図の光ファ
イバセンサ装置200においては、レーザ光源10から
出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ12、フ
ァラデー回転子14、偏光ビームスプリッタ16、無偏
光ビームスプリッタ74.174波長板76を通過した
後、集光レンズ18により定偏波光ファイバ20に入射
させられる。上記無偏光ビームスプリッタ74は、分岐
比が偏光成分に依存しないで反射光の一部を取り出すも
ので、その無偏光ビームスプリッタ74により取り出さ
れた光は、光軸まわりに45°回転して配置された信号
成分取出用の偏光ビームスプリッタ78を透過させられ
て信号成分だけとされ、集光レンズ22により第1光セ
ンサ24に入射させられる。また、偏光ビームスプリッ
タ16によって反射された反射光は、集光レンズ26に
より第2光センサ28に入射させられる。さらに、17
4波長板76は図に示す破線の矢印の方向に結晶軸を備
えていて、直線偏光を円偏光に変換する。
このため、定偏波光ファイバ20の2種類の伝送モード
HE++”およびHE、、’では、互いに位相が90°
異なる2種類の直線偏光が伝送される。
HE++”およびHE、、’では、互いに位相が90°
異なる2種類の直線偏光が伝送される。
この2種類の直線偏光が計測光LHおよび参照光り、で
ある。この実施例では、以上の光学素子および光センサ
によって、光ファイバセンサ装置200の光送受信部8
0が構成されている。なお、無偏光ビームスプリッタ7
4により外部へ出された光は、レーザ光源10の出力光
のモニタとじて利用される。
ある。この実施例では、以上の光学素子および光センサ
によって、光ファイバセンサ装置200の光送受信部8
0が構成されている。なお、無偏光ビームスプリッタ7
4により外部へ出された光は、レーザ光源10の出力光
のモニタとじて利用される。
上記定偏波光ファイバ20の他端部は、光センサヘッド
部82の機枠83に固定されており、その他端部から出
射された計測光LMおよび参照光LRは、集光レンズ4
6によって平行光とされた後、ファラデー回転子84に
より偏波面が45゜回転させられる。その後、かかる計
測光LMおよび参照光LRは偏光ビームスブリック86
により分離され、この偏光ビームスプリッタ86を透過
した計測光LMは圧電アクチュエータ58に取り付けら
れた対物レンズ56によって被測定物68の表面70上
に集光させられる一方、偏光ビームスプリッタ86によ
り反射された参照光り、は、ミラー60により方向変換
された後集光レンズ64によってミラー66に集光させ
られる。
部82の機枠83に固定されており、その他端部から出
射された計測光LMおよび参照光LRは、集光レンズ4
6によって平行光とされた後、ファラデー回転子84に
より偏波面が45゜回転させられる。その後、かかる計
測光LMおよび参照光LRは偏光ビームスブリック86
により分離され、この偏光ビームスプリッタ86を透過
した計測光LMは圧電アクチュエータ58に取り付けら
れた対物レンズ56によって被測定物68の表面70上
に集光させられる一方、偏光ビームスプリッタ86によ
り反射された参照光り、は、ミラー60により方向変換
された後集光レンズ64によってミラー66に集光させ
られる。
表面70.ミラー66によってそれぞれ反射された計測
光L8および参照光Lmは、それぞれ往路と逆の光路を
辿って定偏波光ファイバ20に入射させられるが、それ
等の偏波面は反射によりそれぞれ180°反転させられ
ているとともに、フアラデー回転子84により45°回
転させられるため、それぞれ往路と反対の伝送モードに
入射させられる。そして、定偏波光ファイバ20により
光送受信部80まで伝送された計測光り、および参照光
り、は、集光レンズ18により平行光とされた後、1/
4波長板76により右回転円偏光および左回転円偏光に
変換されるが、計測光LHおよび参照光り、の振幅は略
等しいため、左右円偏光による干渉により直線偏光とな
り、その偏波面の向きは計測光り。と参照光LRとの位
相差により決定される。たとえば、計測光り、と参照光
り。
光L8および参照光Lmは、それぞれ往路と逆の光路を
辿って定偏波光ファイバ20に入射させられるが、それ
等の偏波面は反射によりそれぞれ180°反転させられ
ているとともに、フアラデー回転子84により45°回
転させられるため、それぞれ往路と反対の伝送モードに
入射させられる。そして、定偏波光ファイバ20により
光送受信部80まで伝送された計測光り、および参照光
り、は、集光レンズ18により平行光とされた後、1/
4波長板76により右回転円偏光および左回転円偏光に
変換されるが、計測光LHおよび参照光り、の振幅は略
等しいため、左右円偏光による干渉により直線偏光とな
り、その偏波面の向きは計測光り。と参照光LRとの位
相差により決定される。たとえば、計測光り、と参照光
り。
との位相差が2πであると、直線偏光は1回転する。こ
の直線偏光は、計測光り、4と参照光り、とを干渉させ
ることによって得られる干渉光である。
の直線偏光は、計測光り、4と参照光り、とを干渉させ
ることによって得られる干渉光である。
このような直線偏光は、無偏光ビームスプリッタ74に
より2分され、偏光ビームスプリッタ78および16を
通して第1光センサ24および第2光センサ28により
検出される。偏光ビームスプリッタ78および16の偏
波面は互いに45゜傾斜させられているため、第1光セ
ンサ24および第2光センサ28によって検出される直
線偏光の光強度の位相は互いに90°ずらされる。そし
て、これ等の光センサ24.2Bから出力される計測信
号MSIおよびMS2は前記測定制御装置114に供給
され、前記第1実施例と同様にして被測定物表面70の
表面形状や表面粗さが測定される。
より2分され、偏光ビームスプリッタ78および16を
通して第1光センサ24および第2光センサ28により
検出される。偏光ビームスプリッタ78および16の偏
波面は互いに45゜傾斜させられているため、第1光セ
ンサ24および第2光センサ28によって検出される直
線偏光の光強度の位相は互いに90°ずらされる。そし
て、これ等の光センサ24.2Bから出力される計測信
号MSIおよびMS2は前記測定制御装置114に供給
され、前記第1実施例と同様にして被測定物表面70の
表面形状や表面粗さが測定される。
この実施例では、参照光LRおよび計測光り。
が、定偏波光フアイバ20内において往路と復路とでそ
れぞれ反対の伝送モードにて伝送されるようになってい
るため、温度変動、歪、振動などの外部刺激に起因する
定偏波光フアイバ20内における位相変化が相殺され、
前記第1実施例と同様な効果が得られる。
れぞれ反対の伝送モードにて伝送されるようになってい
るため、温度変動、歪、振動などの外部刺激に起因する
定偏波光フアイバ20内における位相変化が相殺され、
前記第1実施例と同様な効果が得られる。
なお、この実施例では光送受信部80で計測光LHと参
照光り、とを干渉させるようになっているため、それ等
の計測光り、と参照光LRとの位相差を検出することが
できるものであれば、上記のように90”位相のずれた
2種類の計測信号MS1およびMS2から位相変化量を
読み取る方式以外にも種々の方式を採用することができ
る。また、周波数が僅かに異なる2種類の光を参照光お
よび計測光として用いて、それ等の干渉光のビート数の
変化から測定を行うヘテロゲイン方式の光ファイバセン
サ装置を利用することもできる。
照光り、とを干渉させるようになっているため、それ等
の計測光り、と参照光LRとの位相差を検出することが
できるものであれば、上記のように90”位相のずれた
2種類の計測信号MS1およびMS2から位相変化量を
読み取る方式以外にも種々の方式を採用することができ
る。また、周波数が僅かに異なる2種類の光を参照光お
よび計測光として用いて、それ等の干渉光のビート数の
変化から測定を行うヘテロゲイン方式の光ファイバセン
サ装置を利用することもできる。
また、第11図の光ファイバセンサ装置250において
は、レーザ光源lOから出射されたレーザ光は、光周波
数変調器90により互いに偏波面が直交し且つ周波数が
異なる2種類の直線偏光に変換された後、無偏光ビーム
スプリッタ74、および集光レンズ18を通して定偏波
光ファイバ20の端面に入射させられる。上記無偏光ビ
ームスプリッタ74は、直線偏光の一部を反射により分
割し、集光レンズ92を通してモニタ用光センサ94へ
入射させる。また、定偏波光ファイバ20から戻された
2種類の干渉光は、集光レンズ18により平行光とされ
るとともに無偏光ビームスプリッタ74により反射され
た後、偏光ビームスプリッタ16によって偏波面毎に分
割され、一方の干渉光が集光レンズ22を通して第1光
センサ24によって受けられるとともに、他方の干渉光
が集光レンズ26を通して第2光センサ28によって受
けられるようになっている。本実施例では、以上の光学
素子および光センサによって光ファイバセンサ装置25
0の光送受信部96が構成されている。
は、レーザ光源lOから出射されたレーザ光は、光周波
数変調器90により互いに偏波面が直交し且つ周波数が
異なる2種類の直線偏光に変換された後、無偏光ビーム
スプリッタ74、および集光レンズ18を通して定偏波
光ファイバ20の端面に入射させられる。上記無偏光ビ
ームスプリッタ74は、直線偏光の一部を反射により分
割し、集光レンズ92を通してモニタ用光センサ94へ
入射させる。また、定偏波光ファイバ20から戻された
2種類の干渉光は、集光レンズ18により平行光とされ
るとともに無偏光ビームスプリッタ74により反射され
た後、偏光ビームスプリッタ16によって偏波面毎に分
割され、一方の干渉光が集光レンズ22を通して第1光
センサ24によって受けられるとともに、他方の干渉光
が集光レンズ26を通して第2光センサ28によって受
けられるようになっている。本実施例では、以上の光学
素子および光センサによって光ファイバセンサ装置25
0の光送受信部96が構成されている。
定偏波光ファイバ20の一端部に入射させられるレーザ
光は互いに直交する偏波面を有し且つ周波数が異なる直
線偏光であるから、定偏波光フアイバ20内においては
前記2種類の伝送モードHE11におよびHE、、’に
て伝送される。この定偏波光ファイバ20の他端部は、
光センサヘッド部98の機枠99に固定されており、前
記2伝送モードにて伝送され且つ定偏波光ファイバ20
の他端部から出射された互いに直交する直線偏光は集光
レンズ46を通って平行光に変換された後、無偏光ビー
ムスプリッタ48により上記2種類の直線偏光をそれぞ
れ含む参照光り、と計測光LHとに分離される。無偏光
ビームスプリッタ48を透過した計測光しいは、圧電ア
クチュエータ58に取り付けられた対物レンズ56によ
って被測定物68の表面70上に集光させられる一方、
無偏光ビームスプリンタ48により反射された参照光り
。
光は互いに直交する偏波面を有し且つ周波数が異なる直
線偏光であるから、定偏波光フアイバ20内においては
前記2種類の伝送モードHE11におよびHE、、’に
て伝送される。この定偏波光ファイバ20の他端部は、
光センサヘッド部98の機枠99に固定されており、前
記2伝送モードにて伝送され且つ定偏波光ファイバ20
の他端部から出射された互いに直交する直線偏光は集光
レンズ46を通って平行光に変換された後、無偏光ビー
ムスプリッタ48により上記2種類の直線偏光をそれぞ
れ含む参照光り、と計測光LHとに分離される。無偏光
ビームスプリッタ48を透過した計測光しいは、圧電ア
クチュエータ58に取り付けられた対物レンズ56によ
って被測定物68の表面70上に集光させられる一方、
無偏光ビームスプリンタ48により反射された参照光り
。
は、174波長板54を通過させられた後ミラー60に
より方向変換され、集光レンズ64によってミラー66
に集光させられる。
より方向変換され、集光レンズ64によってミラー66
に集光させられる。
表面70. ミラー66によってそれぞれ反射された
計測光り、および参照光り、は、それぞれ往路と逆の光
路を辿って無偏光ビームスプリッタ48により合波され
るが、参照光り、を構成する2つの直線偏光は、往路に
おいて1/4波長板54を通過させられることにより、
進行方向に対してそれぞれ右まわりおよび左まわりの円
偏光に変換され、復路において再び174波長板54を
通過させられることにより、往路の偏波面に対して偏波
面がそれぞれ反対方向へ90°回転した直線偏光とされ
る。すなわち、参照光り、を構成する互いに偏波面が直
交する2種類の直線偏光は、1/4波長板54を往復透
過させられることにより、往路と復路とで偏波面が互い
に反対とされるのである。
計測光り、および参照光り、は、それぞれ往路と逆の光
路を辿って無偏光ビームスプリッタ48により合波され
るが、参照光り、を構成する2つの直線偏光は、往路に
おいて1/4波長板54を通過させられることにより、
進行方向に対してそれぞれ右まわりおよび左まわりの円
偏光に変換され、復路において再び174波長板54を
通過させられることにより、往路の偏波面に対して偏波
面がそれぞれ反対方向へ90°回転した直線偏光とされ
る。すなわち、参照光り、を構成する互いに偏波面が直
交する2種類の直線偏光は、1/4波長板54を往復透
過させられることにより、往路と復路とで偏波面が互い
に反対とされるのである。
そして、計測光り、を構成する2種類の直線偏光と参照
光Lllを構成する2種類の直線偏光は、上記無偏光ビ
ームスプリッタ4日によりそれぞれ合波されて干渉させ
られ、かかる2種類の干渉光は定偏波光ファイバ20の
2つの伝送モードHEIIxおよびHE、、’にてそれ
ぞれ伝送され、光送受信部96まで戻される。光送受信
部96において、上記2種類の干渉光は無偏光ビームス
プリッタ74により反射された後、偏光ビームスプリッ
タ16によって偏波面の方向により2つに分割され、第
1光センサ24および第2光センサ28に入射させられ
る。
光Lllを構成する2種類の直線偏光は、上記無偏光ビ
ームスプリッタ4日によりそれぞれ合波されて干渉させ
られ、かかる2種類の干渉光は定偏波光ファイバ20の
2つの伝送モードHEIIxおよびHE、、’にてそれ
ぞれ伝送され、光送受信部96まで戻される。光送受信
部96において、上記2種類の干渉光は無偏光ビームス
プリッタ74により反射された後、偏光ビームスプリッ
タ16によって偏波面の方向により2つに分割され、第
1光センサ24および第2光センサ28に入射させられ
る。
ここで、光周波数、変調器90から出力される2種類の
直線偏光の周波数をそれぞれr、、r2、往路において
温度変化や振動等に起因して定偏波光ファイバ20から
受ける周波数シフトをそれぞれΔ「7.Δf2、光セン
サヘッド部9日が被測定物68の表面70に沿って相対
移動させられ、表面70の凹凸形状に応じて計測光り、
の位相が変化させられることによるその計測光り、の周
波数シフトをΔfa、復路において温度変化や振動等に
起因して定偏波光ファイバ20から受ける周波数シフト
をそれぞれΔ(、l Δf2 ′とすると、計測光し
。に分配された元の周波数がflの直線偏光の最終的な
周波数はf、十Δr1+Δf。
直線偏光の周波数をそれぞれr、、r2、往路において
温度変化や振動等に起因して定偏波光ファイバ20から
受ける周波数シフトをそれぞれΔ「7.Δf2、光セン
サヘッド部9日が被測定物68の表面70に沿って相対
移動させられ、表面70の凹凸形状に応じて計測光り、
の位相が変化させられることによるその計測光り、の周
波数シフトをΔfa、復路において温度変化や振動等に
起因して定偏波光ファイバ20から受ける周波数シフト
をそれぞれΔ(、l Δf2 ′とすると、計測光し
。に分配された元の周波数がflの直線偏光の最終的な
周波数はf、十Δr1+Δf。
+Δ′f1 °で、その直線偏光と干渉させられる参照
光り、に分配された元の周波数がf2の直線偏光の最終
的な周波数はr2+Δf2+Δr1 °となり、それ等
の干渉光の光強度は次式(1)で表されるビート周波数
f、で変化させられる。また、参照光LRに分配された
元の周波数がf、の直線偏光の最終的な周波数は「1+
ΔrI十Δ(21で、その直線偏光と干渉させられる計
測光り、に分配された元の周波数がr2の直線偏光の最
終的な周波数はf2+Δf2+Δf、+Δ(21となり
、それ等の干渉光の光強度は次式(2)で表されるビー
ト周波数f0で変化させられる。したがって、これ等の
干渉光が入射させられる前記光センサ24゜28から出
力される計測信号BSI、BS2の一方は、上記ビート
周波数f、で信号強度が変化させられ、他方はビート周
波数ratで信号強度が変化させられることとなる。
光り、に分配された元の周波数がf2の直線偏光の最終
的な周波数はr2+Δf2+Δr1 °となり、それ等
の干渉光の光強度は次式(1)で表されるビート周波数
f、で変化させられる。また、参照光LRに分配された
元の周波数がf、の直線偏光の最終的な周波数は「1+
ΔrI十Δ(21で、その直線偏光と干渉させられる計
測光り、に分配された元の周波数がr2の直線偏光の最
終的な周波数はf2+Δf2+Δf、+Δ(21となり
、それ等の干渉光の光強度は次式(2)で表されるビー
ト周波数f0で変化させられる。したがって、これ等の
干渉光が入射させられる前記光センサ24゜28から出
力される計測信号BSI、BS2の一方は、上記ビート
周波数f、で信号強度が変化させられ、他方はビート周
波数ratで信号強度が変化させられることとなる。
fs+= (f + +Δf + +Δf−+Δf+
’ )(rz+Δf2+Δf11) = (ft fz )+ (Δf1−Δrz)十Δ
r、 ・・・(1)fmz= (f
t +Δf+ 十Δfz ’)(rz+Δf2+Δf
、+Δf2 ′)=(ft fz)+(Δf+−Δ
r2)−Δf1 ・・・(2)そし
て、上記計測信号BSIおよびBS2の差動すなわち周
波数差を検出するとともに、たとえばそれらの差動量に
対応した時間だけ開かれるゲートを介して一定周波数の
クロック信号を計数するカウンタにより、計測信号BS
IとBS2との1位相2π以下の位相変化量を求めるこ
とにより、計測光LHの周波数シフトΔf、が高精度に
求められ、この周波数シフトΔf1に基づいて光センサ
ヘッド部3日と被測定物68との相対移動に伴う表面7
0と光センサヘッド部38との間の離間距離の変動量が
求められる。そして、この変動量と、光センサヘッド部
38と被測定物68との相対移動量とに基づいて、表面
70の凹凸形状や表面粗さが測定される。なお、上記計
測信号BSIおよびBS2の周波数差は単位時間当たり
の1位相2πをオーダーとする位相変化量に相当するも
ので、基本的には計測信号BSIおよびBS2の位相変
化に基づくものである。
’ )(rz+Δf2+Δf11) = (ft fz )+ (Δf1−Δrz)十Δ
r、 ・・・(1)fmz= (f
t +Δf+ 十Δfz ’)(rz+Δf2+Δf
、+Δf2 ′)=(ft fz)+(Δf+−Δ
r2)−Δf1 ・・・(2)そし
て、上記計測信号BSIおよびBS2の差動すなわち周
波数差を検出するとともに、たとえばそれらの差動量に
対応した時間だけ開かれるゲートを介して一定周波数の
クロック信号を計数するカウンタにより、計測信号BS
IとBS2との1位相2π以下の位相変化量を求めるこ
とにより、計測光LHの周波数シフトΔf、が高精度に
求められ、この周波数シフトΔf1に基づいて光センサ
ヘッド部3日と被測定物68との相対移動に伴う表面7
0と光センサヘッド部38との間の離間距離の変動量が
求められる。そして、この変動量と、光センサヘッド部
38と被測定物68との相対移動量とに基づいて、表面
70の凹凸形状や表面粗さが測定される。なお、上記計
測信号BSIおよびBS2の周波数差は単位時間当たり
の1位相2πをオーダーとする位相変化量に相当するも
ので、基本的には計測信号BSIおよびBS2の位相変
化に基づくものである。
この実施例では、174波長板54によって参照光LR
を構成する2種類の直線偏光を反対向きに90°回転さ
せるとともに、その参照光LRと計測光り、とを合波さ
せることによって得られる2種類の干渉光を表す計測信
号BSIとBS2との周波数差を測定するようになって
いるため、往路の定偏波光ファイバ20において発生す
るコア32の歪などに起因する周波数シフトΔflおよ
びΔf2が打ち消され、前記第2図、第10図の実施例
と同様に高い測定精度が得られる。
を構成する2種類の直線偏光を反対向きに90°回転さ
せるとともに、その参照光LRと計測光り、とを合波さ
せることによって得られる2種類の干渉光を表す計測信
号BSIとBS2との周波数差を測定するようになって
いるため、往路の定偏波光ファイバ20において発生す
るコア32の歪などに起因する周波数シフトΔflおよ
びΔf2が打ち消され、前記第2図、第10図の実施例
と同様に高い測定精度が得られる。
なお、この場合には、往路と復路とで異なる定偏波光フ
ァイバを用いるように構成することもできる。
ァイバを用いるように構成することもできる。
以上、本発明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳細に
説明したが、本発明はその他の態様で実施することもで
きる。
説明したが、本発明はその他の態様で実施することもで
きる。
例えば、前記実施例では圧電アクチュエータ5日によっ
て対物レンズ56を微小振動させるようになっているが
、CDプレーヤ等に多用されている対物レンズ付きのム
ービングマグネット式のものを用いたり、光センサヘッ
ド部38自体を小型移動台で光軸方向へ移動させたりす
るようにしてもよい。
て対物レンズ56を微小振動させるようになっているが
、CDプレーヤ等に多用されている対物レンズ付きのム
ービングマグネット式のものを用いたり、光センサヘッ
ド部38自体を小型移動台で光軸方向へ移動させたりす
るようにしてもよい。
また、前記実施例では対物レンズ56の焦点位置が表面
70と一致させられるようになっているが、これは較正
値を求める際の測定条件、具体的には光センサヘッド部
38と表面70との離間距離が再現されればよく、必ず
しも焦点位置を表面70と一致させる必要はない。
70と一致させられるようになっているが、これは較正
値を求める際の測定条件、具体的には光センサヘッド部
38と表面70との離間距離が再現されればよく、必ず
しも焦点位置を表面70と一致させる必要はない。
また、対物レンズ56の焦点位置を表面70に一致させ
るためには、必ずしも上記圧電アクチュエータ58のよ
うな振動付与手段を用いる必要はなく、例えば計測信号
MSI、MS2の信号強度や振幅が最大となるように、
光センサヘッド部38と被測定物68とを相対移動させ
るようにしてもよい。
るためには、必ずしも上記圧電アクチュエータ58のよ
うな振動付与手段を用いる必要はなく、例えば計測信号
MSI、MS2の信号強度や振幅が最大となるように、
光センサヘッド部38と被測定物68とを相対移動させ
るようにしてもよい。
上述したのは、第1O図、第11図の光ファイバセンサ
装置200,250についても同様である。
装置200,250についても同様である。
また、前記実施例の移動装置102,150はあくまで
も一例であり、表面形状測定が行われる被測定物の表面
形状に応じて、その移動台や回転台の数、移動方向9回
転軸心の向きなどは適宜定められる。
も一例であり、表面形状測定が行われる被測定物の表面
形状に応じて、その移動台や回転台の数、移動方向9回
転軸心の向きなどは適宜定められる。
また、前述した光ファイバセンサ装置100゜200.
250はあくまでも一例であり、他の種々の光ファイバ
センサ装置を利用することができる。
250はあくまでも一例であり、他の種々の光ファイバ
センサ装置を利用することができる。
その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。
第1図は本発明の一実施例である光学式表面形状測定装
置の測定部を説明する斜視図である。第2図は第1図の
測定装置における光ファイバセンサ装置の光学的構成を
説明する図である。第3図は第1図の測定装置に備えら
れている制御回路を説明するブロック線図である。第4
図は第3図の測定制御装置の機能を説明するブロック線
図である。第5図は第1図の測定装置における較正値の
求め方を説明する図である。第6図乃至第8図は計測光
の焦点位置を被測定物の表面に一致させる方法を説明す
る図で、第6図は焦点位置が表面より手前にある状態で
あり、第7図は焦点位置が表面と一致させられた状態で
あり、第8図は焦点位置が表面よりも遠くにある状態で
ある。第9図は本発明における移動装置の他の態様を示
す斜視図である。第10図は本発明における光ファイバ
センサ装置の他の態様を説明する構成図である。第11
図は本発明における光ファイバセンサ装置の更に別の態
様を説明する構成図である。 :定偏波光ファイバ 80,96:光送受信部 82.98:光センサヘッド部 :圧電アクチュエータ(振動付与手段)168:被測定
物 166:表面 200.250:光ファイバセンサ装置150:移動装
置 二表面形状測定ブロック(測定手段) :法線方向判定ブロック (法線方向判定手段) 0 30゜ 38゜ 8 68゜ 70゜ 100゜ 102゜ 34 38 LH:計測光 LR:参照光
置の測定部を説明する斜視図である。第2図は第1図の
測定装置における光ファイバセンサ装置の光学的構成を
説明する図である。第3図は第1図の測定装置に備えら
れている制御回路を説明するブロック線図である。第4
図は第3図の測定制御装置の機能を説明するブロック線
図である。第5図は第1図の測定装置における較正値の
求め方を説明する図である。第6図乃至第8図は計測光
の焦点位置を被測定物の表面に一致させる方法を説明す
る図で、第6図は焦点位置が表面より手前にある状態で
あり、第7図は焦点位置が表面と一致させられた状態で
あり、第8図は焦点位置が表面よりも遠くにある状態で
ある。第9図は本発明における移動装置の他の態様を示
す斜視図である。第10図は本発明における光ファイバ
センサ装置の他の態様を説明する構成図である。第11
図は本発明における光ファイバセンサ装置の更に別の態
様を説明する構成図である。 :定偏波光ファイバ 80,96:光送受信部 82.98:光センサヘッド部 :圧電アクチュエータ(振動付与手段)168:被測定
物 166:表面 200.250:光ファイバセンサ装置150:移動装
置 二表面形状測定ブロック(測定手段) :法線方向判定ブロック (法線方向判定手段) 0 30゜ 38゜ 8 68゜ 70゜ 100゜ 102゜ 34 38 LH:計測光 LR:参照光
Claims (2)
- (1)被測定物の表面に光を照射して該被測定物の表面
形状を非接触で測定する光学式表面形状測定装置であっ
て、 光ファイバを介して光送受信部と光センサヘッド部との
間で光の送受信を行うとともに、該光センサヘッド部か
ら出射されて前記被測定物の表面で反射された計測光と
参照光とを干渉させることによって得られる干渉光の光
強度変化に対応する計測信号を該光送受信部で取り出す
光ファイバセンサ装置と、 前記光センサヘッド部および前記被測定物をそれぞれ移
動させてそれ等を相対移動させる移動装置と、 前記光センサヘッド部と前記被測定物との相対移動量と
、該相対移動に伴って該被測定物の表面形状に応じて変
化する前記計測信号の位相変化とに基づいて、該被測定
物の表面形状を測定する測定手段と、 該測定手段によって測定された表面形状に基づいて、前
記光センサヘッド部が位置させられて表面形状測定が行
われる部分の表面の法線方向を求める法線方向判定手段
と、 前記光センサヘッド部から出射される前記計測光の光軸
が、前記法線方向判定手段によって求められた法線方向
と略一致させられ、且つ、該計測光の照射位置が予め定
められた走査経路に従って変化させられるように、前記
移動装置により前記光センサヘッド部と前記被測定物と
を相対移動させる移動制御手段と を有することを特徴とする光学式表面形状測定装置。 - (2)前記光センサヘッド部は、前記被測定物の表面に
照射される計測光の焦点位置を光軸方向に微小振動させ
る振動付与手段を有するものであり、前記移動制御手段
は、前記微小振動に伴う前記計測信号の信号強度変化に
基づいて、前記光センサヘッド部と前記被測定物との間
の離間距離が一定の大きさとなるように、表面形状測定
に先立って前記移動装置により初期調整させるものであ
る請求項(1)に記載の光学式表面形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1986290A JPH03225206A (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | 光学式表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1986290A JPH03225206A (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | 光学式表面形状測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03225206A true JPH03225206A (ja) | 1991-10-04 |
Family
ID=12011033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1986290A Pending JPH03225206A (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | 光学式表面形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03225206A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008008816A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Mitsutoyo Corp | 干渉測長機 |
JP2008286734A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 形状測定装置及び形状測定方法 |
JP2011033490A (ja) * | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Osaka Univ | 回転対称形状の超精密形状測定方法及びその装置 |
JP2012181150A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Niigata Univ | カム表面の観察方法 |
WO2016194019A1 (ja) * | 2015-06-01 | 2016-12-08 | オリンパス株式会社 | 干渉縞投影装置及び計測装置 |
US9733070B2 (en) | 2012-11-29 | 2017-08-15 | Nikon Corporation | Shape measuring apparatus, structure manufacturing system, stage apparatus, shape measuring method, structure manufacturing method, program, and recording medium |
-
1990
- 1990-01-30 JP JP1986290A patent/JPH03225206A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008008816A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Mitsutoyo Corp | 干渉測長機 |
JP2008286734A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 形状測定装置及び形状測定方法 |
JP2011033490A (ja) * | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Osaka Univ | 回転対称形状の超精密形状測定方法及びその装置 |
JP2012181150A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Niigata Univ | カム表面の観察方法 |
US9733070B2 (en) | 2012-11-29 | 2017-08-15 | Nikon Corporation | Shape measuring apparatus, structure manufacturing system, stage apparatus, shape measuring method, structure manufacturing method, program, and recording medium |
WO2016194019A1 (ja) * | 2015-06-01 | 2016-12-08 | オリンパス株式会社 | 干渉縞投影装置及び計測装置 |
JPWO2016194019A1 (ja) * | 2015-06-01 | 2018-03-22 | オリンパス株式会社 | 干渉縞投影装置及び計測装置 |
US10288416B2 (en) | 2015-06-01 | 2019-05-14 | Olympus Corporation | Interference fringe projection apparatus and measurement apparatus |
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