JPH04295708A - Noncontact-type shape measuring apparatus - Google Patents

Noncontact-type shape measuring apparatus

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JPH04295708A
JPH04295708A JP13236191A JP13236191A JPH04295708A JP H04295708 A JPH04295708 A JP H04295708A JP 13236191 A JP13236191 A JP 13236191A JP 13236191 A JP13236191 A JP 13236191A JP H04295708 A JPH04295708 A JP H04295708A
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JP
Japan
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light
optical path
measured
zone plate
fresnel zone
Prior art date
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Pending
Application number
JP13236191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Saito
晋 斎藤
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Topcon Corp
Original Assignee
Topcon Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to measure the shape of a material to be measured by constituting a flat-plate type optical member wherein sawtooth-shaped grooves are provided in concentric shapes so as to condense the light of an objective optical system. CONSTITUTION:A fresnel zone plate 12 of an objective optical system casts light 30 from a light source 20, which emits the light on a material to be measured, along a first light path 40 on the material to be measured 11. A prism 16 deflects the reflected light from the material to be measured 11 into a second light path 50 from the first light path 40. Detectors 24 and 27 are arranged on the light path 50. The plate 12 is a flat-plate type optical member wherein sawtooth-shaped grooves are provided concentrically and condenses the light on the material to be measured 11. The shape of the material to be measured 11 is measured in response to the outputs of the lights received with the detectors 24 and 27.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は非接触式形状測定装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact shape measuring device.

【0002】0002

【従来の技術】近年、機械加工の要求精度がますます上
がる一方で、集積度を上げるために、加工部品は微小化
、形状の複雑化の傾向がある。これらの複雑な加工部品
の寸法精度を測定する手段として、一般的には三次元測
定機が用いられている。この三次元測定機は、加工物の
ある点における三次元空間での座標位置を決定するため
に、タッチプローブ(接触式)を実際に測定物(加工物
)のある点に、ある力で押しあてて、その時得られる検
出信号によってその座標位置を決定している。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, while the precision required for machining has increased more and more, there is a tendency for machined parts to become smaller and more complex in shape in order to increase the degree of integration. A three-dimensional measuring machine is generally used as a means for measuring the dimensional accuracy of these complicated machined parts. This three-dimensional measuring machine actually pushes a touch probe (contact type) to a certain point on the workpiece (workpiece) with a certain force in order to determine the coordinate position in three-dimensional space at a certain point on the workpiece. The coordinate position is determined based on the detection signal obtained at that time.

【0003】さて、この接触式によるプローブでは、測
定物が金属のような、硬いものであれば変形したりする
こともないので、何ら問題にはならない。
[0003] With this contact-type probe, if the object to be measured is hard, such as metal, it will not deform, so there will be no problem.

【0004】しかし、測定物が例えば、ゴムや軟かいプ
ラスチックなど、測定圧によって変形してしまうものや
、レンズ面、ミラー面、金型などのように傷つきやすい
ものの場合は、接触式では測定することが困難であった
However, if the object to be measured is something that deforms due to the measurement pressure, such as rubber or soft plastic, or something that is easily damaged, such as a lens surface, mirror surface, or mold, the contact method cannot be used for measurement. It was difficult.

【0005】そこで、上述の例のような測定物を測定す
る手段として、光等で測定する、いわゆる非接触式のも
のが考えられた。これは、測定したい部分に、光のスポ
ットをあて、そこから得られる光の情報によって、その
座標位置を決めることができるものである。これを用い
ることで、接触式と異なり、測定物を変形させたり傷を
つけてしまうこともなく測定が可能である。
[0005] Therefore, as a means for measuring the object to be measured as in the above-mentioned example, a so-called non-contact type measuring method using light or the like has been considered. This allows you to shine a light spot on the part you want to measure and determine its coordinate position based on the light information obtained from the spot. By using this, unlike a contact type, measurement can be performed without deforming or damaging the object to be measured.

【0006】この非接触式の三次元プローブの従来例を
図5に示す。
A conventional example of this non-contact three-dimensional probe is shown in FIG.

【0007】図5の非接触式の三次元プローブ10によ
り得られる画像を処理する。この三次元プローブ10は
顕微鏡の対物レンズである。光の進む順に従って説明す
ると、光源5から出た光は、レンズ4を通って、プリズ
ム3によって折り曲げられ、対物レンズ2に入り、測定
物1の測定視野内を照明することになる。次に、測定物
1で反射した光は、再び対物レンズ2を通り、プリズム
3を通過してレンズ6によって画像テレビカメラ7上に
結像する。
An image obtained by the non-contact three-dimensional probe 10 shown in FIG. 5 is processed. This three-dimensional probe 10 is an objective lens of a microscope. Explaining the order in which the light travels, the light emitted from the light source 5 passes through the lens 4, is bent by the prism 3, enters the objective lens 2, and illuminates the measurement field of the object 1. Next, the light reflected by the measurement object 1 passes through the objective lens 2 again, passes through the prism 3, and forms an image on the image television camera 7 by the lens 6.

【0008】画像テレビカメラ7によって、モニタ8で
測定点Pの観察が可能になる。また、画像テレビカメラ
7からのビデオ信号は、画像処理装置9により処理され
る。
The image television camera 7 allows the measurement point P to be observed on a monitor 8 . Further, the video signal from the image television camera 7 is processed by the image processing device 9.

【0009】この画像処理装置9によって、得られた測
定点Pの像の位置を検出する。
The image processing device 9 detects the position of the image of the obtained measurement point P.

【0010】例えば、像のコントラストが最大になるよ
うに測定物1とこの光学系との距離WDを定めてやれば
ピントが合い、この光学系の光軸方向での測定物1まで
の距離がわかることになる。この測定物1を例えば、X
Yテーブル上に載せておけばある点からの測定点の位置
が、上記のような方法で、空間的な座標位置として決定
することができる。
For example, if the distance WD between the object 1 and this optical system is determined so that the contrast of the image is maximized, the focus will be achieved, and the distance to the object 1 in the optical axis direction of this optical system will be You'll understand. For example, if this measurement object 1 is
If it is placed on a Y table, the position of a measurement point from a certain point can be determined as a spatial coordinate position using the method described above.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし非接触式の対物
レンズ形の三次元プローブ10を用いる場合、光学素子
としての対物レンズの高開口数(NA)化、長い作動距
離の確保、および収差の低減を図る必要上、レンズの数
が増し鏡筒部分が複雑になったり、特に物理的に大きく
なってしまう。
However, when using the non-contact objective lens type three-dimensional probe 10, it is necessary to increase the numerical aperture (NA) of the objective lens as an optical element, ensure a long working distance, and reduce aberrations. Due to the need to reduce the number of lenses, the number of lenses increases, making the lens barrel complex and especially physically large.

【0012】たとえば三次元プローブ10は径が20数
mm、長さが30数mm程度のかなり大きいものである
。したがって狭い領域での測定、たとえば細い溝の内面
の位置検出が難しい。
For example, the three-dimensional probe 10 is quite large, with a diameter of about 20 mm and a length of about 30 mm. Therefore, it is difficult to measure in a narrow area, for example, to detect the position of the inner surface of a narrow groove.

【0013】この発明はこの課題を解決するもので、小
形、軽量でかつ簡単な構成であっても三次元的に非接触
で測定物を測定できる非接触式形状測定装置を提供する
ことを目的としている。
[0013] The present invention solves this problem, and aims to provide a non-contact shape measuring device that can measure an object in three dimensions without contact, even if it is small, lightweight, and has a simple configuration. It is said that

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】図1を参照する。[Means for Solving the Problems] Refer to FIG. 1.

【0015】対物光学系であるフレネルゾーンプレート
12は、測定物11に光を照射する光源20からの光3
0を、第1の光路40に沿って測定物11に照射する。
The Fresnel zone plate 12, which is an objective optical system, receives light 3 from a light source 20 that irradiates the measurement object 11 with light.
0 is irradiated onto the measurement object 11 along the first optical path 40.

【0016】光路偏向手段であるプリズム16は、測定
物11からの反射光を第1の光路40から第2の光路5
0に偏向する。第2の光路側には検出器24、27が配
置されている。
The prism 16, which is an optical path deflecting means, directs the reflected light from the measurement object 11 from the first optical path 40 to the second optical path 5.
Deflect to 0. Detectors 24 and 27 are arranged on the second optical path side.

【0017】対物光学系であるたとえばフレネルゾーン
プレート12は、同心円状に鋸歯状の溝を設けた平板型
光学部材であり、光を測定物11に集光する。
The objective optical system, for example, the Fresnel zone plate 12, is a flat optical member having concentric sawtooth grooves, and focuses light onto the object 11 to be measured.

【0018】検出器24、27により受光された光出力
に応じて測定物11の形状を測定する。
The shape of the object 11 is measured according to the light outputs received by the detectors 24 and 27.

【0019】分波器としてのプリズム21は、第2の光
路50に配置され、反射光を分波する。第2の光路50
には検出器27が配置され、分波された第3の光路70
上には検出器24を有する。
The prism 21 as a demultiplexer is disposed on the second optical path 50 and demultiplexes the reflected light. Second optical path 50
A detector 27 is placed in the split third optical path 70.
It has a detector 24 on top.

【0020】第2の光路50には光束絞り26aが配置
されている。第3の光路70には光束絞り23aが配置
されている。
A light flux diaphragm 26a is arranged in the second optical path 50. A light flux diaphragm 23a is arranged in the third optical path 70.

【0021】光束絞り26aには、フレネルゾーンプレ
ート12の焦点位置(測定点A)とほぼ共役な共役点A
1から検出器27側に所定距離離して配置されている。 光束絞り23aは、フルネルゾーンプレート12の焦点
位置(測定点A)とほぼ共役な共役点A2からプリズム
21側に前記所定距離と同じ距離離して配置されている
The light flux diaphragm 26a has a conjugate point A that is almost conjugate with the focal position (measurement point A) of the Fresnel zone plate 12.
1 to the detector 27 side by a predetermined distance. The light flux diaphragm 23a is placed on the prism 21 side at a distance equal to the predetermined distance from a conjugate point A2 that is substantially conjugate with the focal position (measurement point A) of the Fresnel zone plate 12.

【0022】図4のように、平板型光学部材からの光の
出射側に、光路偏向手段である好ましいプリズム60を
設けて、測定物51の垂直方向の形状を測定するように
なっている。
As shown in FIG. 4, a preferable prism 60, which is an optical path deflecting means, is provided on the output side of the light from the flat optical member to measure the shape of the object 51 in the vertical direction.

【0023】[0023]

【実施例】図1は共焦点方式の非接触式形状測定装置を
示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a confocal type non-contact shape measuring device.

【0024】光源20、レンズ19,17、光束絞り1
8aのピンホール18、レンズ17、プリズム16、レ
ンズ15,13、ミラー14、レンズ13および対物光
学系としてのフレネルゾーンプレート12は、光源20
の光を測定物11に対して与える第1の光路40を構成
している。
[0024] Light source 20, lenses 19, 17, light flux diaphragm 1
The pinhole 18 of 8a, the lens 17, the prism 16, the lenses 15, 13, the mirror 14, the lens 13, and the Fresnel zone plate 12 as an objective optical system are connected to the light source 20.
A first optical path 40 is configured to provide light to the object 11 to be measured.

【0025】プリズム16、プリズム21、レンズ25
,光束絞り26aのピンホール26、受光器27は、測
定物11の測定点Aの位置検出用の第2の光路50を構
成している。レンズ22、光束絞り23のピンホール2
3、受光器24は第3の光路70を構成している。
Prism 16, prism 21, lens 25
, the pinhole 26 of the light flux diaphragm 26a, and the light receiver 27 constitute a second optical path 50 for detecting the position of the measurement point A of the measurement object 11. Pinhole 2 of lens 22 and light flux diaphragm 23
3. The light receiver 24 constitutes a third optical path 70.

【0026】光源20はたとえばHe−Neレーザであ
る。この光源20のビームは、レンズ19、ピンホール
18、レンズ17を通って所定の平行光束30になる。 平行光束30はプリズム16、レンズ15、ミラー14
そしてレンズ13を通って、フレネルゾーンプレート1
2に入る。
The light source 20 is, for example, a He-Ne laser. The beam from this light source 20 passes through a lens 19, a pinhole 18, and a lens 17, and becomes a predetermined parallel light beam 30. The parallel light beam 30 includes a prism 16, a lens 15, and a mirror 14.
Then, through the lens 13, the Fresnel zone plate 1
Enter 2.

【0027】フレネルゾーンプレート12に入った平行
光束は、測定物11のピント位置である測定点A上に集
光する。このときの、スポット径ρ0は、ρ0=1.2
2λF (λ:使用波長、F:フルネルゾーンプレートのFナン
バ) で表わされる。このρ0がいわゆる横分解能になる。
The parallel light beam entering the Fresnel zone plate 12 is focused on the measurement point A, which is the focus position of the measurement object 11. At this time, the spot diameter ρ0 is ρ0=1.2
It is expressed as 2λF (λ: wavelength used, F: F number of Fournel zone plate). This ρ0 becomes the so-called lateral resolution.

【0028】この測定物11で、反射した光は、再びフ
ルネルゾーンプレート12を通って、プリズム16に至
る。このプリズム16で、反射光の光束は折り曲げられ
、そしてプリズム21によって、2つの光束、つまり光
束31と32に分けられる。一方の光束31は、第2の
光路50のレンズ25を通って、共役点A1点で集光す
る。
The light reflected by this measurement object 11 passes through the Fournel zone plate 12 again and reaches the prism 16. The reflected light beam is bent by the prism 16 and divided into two beams 31 and 32 by the prism 21. One light beam 31 passes through the lens 25 of the second optical path 50 and is focused at the conjugate point A1.

【0029】また、他の光束32は、第3の光路70の
レンズ22とピンホール23を通って、共役点A2点で
集光する。これらの共役点A1,A2点は、フルネルゾ
ーンプレート12の測定点Aと光学的にほぼ共役になっ
ている。
The other light beam 32 passes through the lens 22 and pinhole 23 of the third optical path 70 and is focused at the conjugate point A2. These conjugate points A1 and A2 are almost optically conjugate with the measurement point A of the Fresnel zone plate 12.

【0030】ここで共役点A1とピンホール26の間隔
は+ΔZ、共役点A2とピンホール23の間隔は−ΔZ
となっている。つまり同じ距離である。ピンホール26
,23の口径は同じである。
Here, the distance between the conjugate point A1 and the pinhole 26 is +ΔZ, and the distance between the conjugate point A2 and the pinhole 23 is −ΔZ.
It becomes. That is, the same distance. pinhole 26
, 23 have the same diameter.

【0031】ピンホール26を通った光だけを検出器2
7が受ける。ピンホール23を通った光だけを検出器2
4が受ける。検出器27,24の検出出力をIA,IB
とすると、IAとIBの差の絶対値Iを計算する。もし
、測定物11の測定点Aが正確にフレネルゾーンプレー
ト12のピント面上にあれば、I=0となるはずである
Only the light passing through the pinhole 26 is detected by the detector 2.
7 will receive it. Detector 2 detects only the light passing through pinhole 23
4 will receive it. The detection outputs of the detectors 27 and 24 are IA and IB.
Then, calculate the absolute value I of the difference between IA and IB. If the measurement point A of the measurement object 11 is exactly on the focus plane of the Fresnel zone plate 12, I should be equal to 0.

【0032】ここで、測定物11が光軸方向にずれる、
つまり、デフォーカスすると、得られる出力IA,IB
は等しくなくなり、I≠0となる。
[0032] Here, the object to be measured 11 is shifted in the optical axis direction.
In other words, when defocusing, the resulting outputs IA and IB
are no longer equal, and I≠0.

【0033】そこで、常にI=0となるように光学系全
体もしくは、測定物11をピント面上にもってくるよう
にすれば、光軸方向の位置が定められることになる。
Therefore, by bringing the entire optical system or the object 11 onto the focal plane so that I=0, the position in the optical axis direction can be determined.

【0034】従来ではすでに述べたように比較的大型の
顕微鏡用の対物レンズを三次元プローブとして用いてい
るので、おのずと測定物の形状、大きさには制限が生ず
ることになる。つまり対物レンズより小さな場所に、対
物レンズを持っていかなければならないような測定はで
きない。しかし本発明では、フレネルゾーンプレート1
2が1枚のみで対物レンズの役目を果たしている。
Conventionally, as already mentioned, a comparatively large objective lens for a microscope is used as a three-dimensional probe, so there are naturally restrictions on the shape and size of the object to be measured. In other words, measurements that require the objective lens to be moved to a location smaller than the objective lens are not possible. However, in the present invention, the Fresnel zone plate 1
Only one lens 2 plays the role of an objective lens.

【0035】次にフレネルゾーンプレート12について
述べる。
Next, the Fresnel zone plate 12 will be described.

【0036】図2にその原理図を示している。光軸01
−02に垂直な面にフレネルゾーンプレート12が設け
られている。図2ではフレネルゾーンプレート12の半
分が例示されている。フレネルゾーンプレート12の構
造には同心円状に規則的な回折格子が出来ている。回折
格子による光の回折は、次式のようになる。
FIG. 2 shows a diagram of its principle. Optical axis 01
A Fresnel zone plate 12 is provided on a plane perpendicular to -02. In FIG. 2, one half of the Fresnel zone plate 12 is illustrated. The Fresnel zone plate 12 has a structure in which regular diffraction gratings are formed in concentric circles. Diffraction of light by a diffraction grating is as follows.

【0037】sinθn=±nλ/Pn………(1)つ
まり、使用波長λとするとき、n(回折次数(整数値)
)の回折角θnは、回折格子のピッチPnによって、(
1)式のような関係になる。この(1)式によれば、今
波長λを一定とするとき、回折する角度θnはピッチP
nが小さいほど大きくなることがわかる。
sinθn=±nλ/Pn (1) That is, when the wavelength used is λ, n (diffraction order (integer value)
) is determined by the pitch Pn of the diffraction grating.
1) The relationship is as shown in Eq. According to this equation (1), when the wavelength λ is constant, the diffraction angle θn is the pitch P
It can be seen that the smaller n is, the larger the value becomes.

【0038】そこで、この回折格子で回折した光、例え
ば1次光が、どの半径rn位置でも同じ点Fに集まるよ
うにしてやれば、この回折格子は凸レンズと同じような
働きをすることになる。
Therefore, if the light diffracted by this diffraction grating, for example, the primary light, is made to converge at the same point F at any radius rn position, this diffraction grating will function in the same way as a convex lens.

【0039】具体的には、光軸01−02から半径方向
に離れれば離れるほど、つまり、rnが大きくなるほど
、ピッチPnを小さくしてやることになる。これらの関
係を式で表わすと、 rn=((2nλf+(nλ)2)1/2……(2)(
n:整数) のようになる。
Specifically, the pitch Pn is made smaller as the distance from the optical axis 01-02 in the radial direction increases, that is, as rn increases. Expressing these relationships as a formula, rn=((2nλf+(nλ)2)1/2...(2)(
n: integer).

【0040】集めたい光の位置F、つまり焦点距離fを
決めたとき、あるrnの長さが決まる。
When the position F of the light to be collected, that is, the focal length f, is determined, the length of a certain rn is determined.

【0041】従って、ピッチPnは、 Pn/2=rn−rn−1  …………………(3)で
与えられ、n番目の同心円の格子は、rn−rn−1の
幅のリング状の円をつくってやればよいことになる。
[0041] Therefore, the pitch Pn is given by Pn/2=rn-rn-1 (3), and the n-th concentric grid is a ring-shaped grid with a width of rn-rn-1. All you have to do is make a circle.

【0042】次に、図2で考えたフレネルゾーンプレー
ト12は、1次回折光が焦点位置Fに集まるようにした
ので、他次数の光(0次、2次、3次…)はFには集ま
らない。そこで、1次回折光以外の光も効率よくF点に
集めてやるために、図3に示すような工夫をする。すな
わちフレネルゾーンプレートのパターンの断面形状を歯
高dののこぎり歯状にする。この角度はプレーズ角と一
般に呼ばれている。このように、のこぎり歯状の溝をつ
けてやると、1次光以外の回折光も、F点に効率よく集
まることになる。この時の回折効率ηは次式で表わされ
る。
Next, the Fresnel zone plate 12 considered in FIG. 2 is designed so that the first-order diffracted light is focused at the focal position F, so that other orders of light (0th, 2nd, 3rd, etc.) are not directed to F. We can't gather. Therefore, in order to efficiently collect light other than the first-order diffracted light at point F, a device as shown in FIG. 3 is devised. That is, the cross-sectional shape of the pattern of the Fresnel zone plate is made into a sawtooth shape with a tooth height d. This angle is commonly called the praise angle. By providing the sawtooth grooves in this manner, diffracted light other than the first-order light will also be efficiently collected at point F. The diffraction efficiency η at this time is expressed by the following equation.

【0043】η=sinc2π{(n−1)d−λ}こ
こで d:溝の深さ n:屈折率 d=λ/(n−1)のとき、η=1となることがわかり
、溝の深さdを決めてやることができる。実際には60
〜80%くらいの回折効率が得られるようになる。
[0043] η=sinc2π{(n-1)d-λ} where d: depth of the groove n: refractive index When d=λ/(n-1), it can be seen that η=1, and the groove This can be done by determining the depth d. Actually 60
A diffraction efficiency of about 80% can be obtained.

【0044】このフレネルゾーンプレート12を対物レ
ンズとして従来の顕微鏡用の対物レンズに代えて使用す
ると、以下に記すような利点がある。
When this Fresnel zone plate 12 is used as an objective lens in place of a conventional objective lens for a microscope, there are the following advantages.

【0045】まず、光学的な諸値が簡単に決定すること
ができ、設計が楽である。
First, various optical values can be determined easily, making the design easy.

【0046】例えば、レンズの径Dと、焦点距離fを決
めると、フレネルゾーンプレート12は1枚の平板と考
えられるので、作動距離WDと、開口数NAが、一義的
に決まってしまう。つまり開口数NAとレンズ径Dおよ
び焦点距離fの関係は、NA=D/2fとなり、作動距
離WDは焦点距離fにほぼ等しい。このような条件下で
、fの値より、(2)、(3)式によって回折格子のr
nとPnが簡単に求まってしまう。従って、普通の顕微
鏡の対物レンズを設計するよりも、はるかに自由度があ
ることになる。
For example, when the diameter D and focal length f of the lens are determined, the working distance WD and the numerical aperture NA are uniquely determined since the Fresnel zone plate 12 is considered to be one flat plate. In other words, the relationship between the numerical aperture NA, the lens diameter D, and the focal length f is NA=D/2f, and the working distance WD is approximately equal to the focal length f. Under these conditions, from the value of f, the r of the diffraction grating is determined by equations (2) and (3).
n and Pn can be easily found. Therefore, there is much more freedom in designing an objective lens for an ordinary microscope.

【0047】以上のような、フレネルゾーンプレートよ
り、実際の非接触式三次元光プローブ用の対物レンズを
考えてみる。
Let's consider an actual objective lens for a non-contact three-dimensional optical probe using the Fresnel zone plate as described above.

【0048】条件は、D=3mm,f=4mm,NA=
0.35,WDは約4,F=1.3,        
  λ=0.8μm(800nm),r350=1.5
226,r349=1.5203,ρ0=1.3μm,
P350/2=r350−r349=2.3×10−3
mm=2.3 μm  溝の深さdは、d=λ/(n−1)よりd=0
.8/(1.48−1)=1.7μmとなる。
[0048] The conditions are: D=3mm, f=4mm, NA=
0.35, WD is about 4, F=1.3,
λ=0.8μm (800nm), r350=1.5
226, r349=1.5203, ρ0=1.3μm,
P350/2=r350-r349=2.3×10-3
mm=2.3 μm The depth d of the groove is d=0 from d=λ/(n-1)
.. 8/(1.48-1)=1.7 μm.

【0049】したがって350本の同心円で、最外周部
での幅は約2μm、溝の深さ約2μmのパターンになる
。これは、現在の加工技術でも、十分対応できるもので
ある。従って、加工技術の限界がレンズ径Dをとfを決
めてしまうものともいえる。
Therefore, a pattern of 350 concentric circles has a width of about 2 μm at the outermost periphery and a groove depth of about 2 μm. This can be fully handled even with current processing technology. Therefore, it can be said that the limits of processing technology determine the lens diameters D and f.

【0050】このような条件下では、レンズ径D=3m
m,f=4mm,NA=0.35の対物レンズ用フレネ
ルゾーンプレートが簡単に出来てしまう。これは従来の
顕微鏡用の対物レンズに比べて非常に小形である。
Under these conditions, the lens diameter D=3m
A Fresnel zone plate for an objective lens with m and f=4 mm and NA=0.35 can be easily made. This is extremely small compared to conventional microscope objective lenses.

【0051】ところで、図4に示すように、光軸を曲げ
た状態で測定物の細部を測定したいときなどの場合、例
えば折り曲げプリズム60を使用しなければならない。 たとえば測定物51の溝52の垂直方向の測定点Aを測
定する場合である。
By the way, as shown in FIG. 4, when it is desired to measure the details of an object with the optical axis bent, for example, a bending prism 60 must be used. For example, this is the case when measuring a measurement point A in the vertical direction of the groove 52 of the measurement object 51.

【0052】このようなプリズムは、一辺が3mm程度
までのものしか普通は製作が困難である。従って、作動
距離WDは、4mm程度は必要である。フレネルゾーン
プレートを使用した場合は、前記のように、簡単に設計
製作が出来る。
[0052] Such a prism is usually difficult to manufacture only if its side is up to about 3 mm. Therefore, the working distance WD needs to be about 4 mm. When a Fresnel zone plate is used, it can be easily designed and manufactured as described above.

【0053】ごく普通の従来の顕微鏡の対物レンズの場
合は、このような一枚構成の小さな物は困難である。し
かしこの発明では、対物レンズ部、つまりプローブ先端
部が径3mm程度に納められるので、例えば径4mmく
らいの深い穴の側面の部分等の測定や幅の狭い溝の幅な
ども三次元的に測定することが出来る。
[0053] In the case of an ordinary conventional microscope objective lens, it is difficult to produce such a small one-piece lens. However, in this invention, the objective lens part, that is, the tip of the probe, is housed in a diameter of about 3 mm, so for example, the side surface of a deep hole with a diameter of about 4 mm or the width of a narrow groove can be measured three-dimensionally. You can.

【0054】従来のように普通の顕微鏡の対物レンズを
使用した場合は、このような細部の測定はほとんど不可
能である。
[0054] When an ordinary microscope objective lens is used as in the past, it is almost impossible to measure such details.

【0055】ところでこの発明は上述の実施例に限定さ
れない。フレネルゾーンプレートは一枚だけでなく、複
数枚重ねてもよい。また、レンズとの組み合わせでも、
もちろんよい。
However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Not only one Fresnel zone plate but also a plurality of Fresnel zone plates may be stacked. Also, in combination with lenses,
Of course it's good.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上のように、請求項1と3の発明によ
れば、少くとも一枚の薄く小型の対物光学系に置き換え
ることが出来るので、従来に比して、極めて小型・軽量
かつ簡単な構成で、対物レンズの機能が果せることが出
来、位置検出を行う観測場所が極めて狭い領域、例えば
、深い小径の穴の側面などまで拡張されるという、効果
がある。
As described above, according to the inventions of claims 1 and 3, it is possible to replace the objective optical system with at least one thin and compact objective optical system. With a simple configuration, it can perform the function of an objective lens, and has the advantage that the observation location for position detection can be extended to an extremely narrow area, such as the side of a deep, small-diameter hole.

【0057】請求項2の発明によれば、共役関係を用い
て測定ができる。
According to the second aspect of the invention, measurement can be performed using the conjugate relationship.

【0058】請求項4の発明によれば、垂直方向の形状
、例えば、溝を形成する垂直面の形状を測定できる。
According to the fourth aspect of the invention, the shape in the vertical direction, for example, the shape of a vertical surface forming a groove can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明の非接触式形状測定装置を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a non-contact shape measuring device of the present invention.

【図2】フレネルゾーンプレートの原理を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the principle of a Fresnel zone plate.

【図3】フレネルゾーンプレートを示す図。FIG. 3 is a diagram showing a Fresnel zone plate.

【図4】この発明の非接触式形状測定装置の他の使用例
を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing another usage example of the non-contact shape measuring device of the present invention.

【図5】従来の非接触式形状測定装置を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a conventional non-contact shape measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11    測定物 12    フレネルゾーンプレート(対物光学系)6
      プリズム(光路偏向手段)21    プ
リズム(分波器) 18    ピンホール 18a  光束絞り 23    ピンホール 23a  光束絞り 26    ピンホール 26a  光束絞り 24    検出器 27    検出器 40    第1の光路 50    第2の光路 70    第3の光路 51    測定物 52    溝 60    プリズム A      測定点
11 Measurement object 12 Fresnel zone plate (objective optical system) 6
Prism (optical path deflection means) 21 Prism (branching filter) 18 Pinhole 18a Luminous diaphragm 23 Pinhole 23a Luminous diaphragm 26 Pinhole 26a Luminous diaphragm 24 Detector 27 Detector 40 First optical path 50 Second optical path 70 Third Optical path 51 Measurement object 52 Groove 60 Prism A Measurement point

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  測定物(11)に光を照射するための
光源(20)と、その光源(20)からの光を第1の光
路(40)に沿って測定物(11)に照射するための対
物光学系(12)と、その測定物(11)からの反射光
を第1の光路(40)から第2の光路(50)に偏向す
る光路偏向手段(16)と、その光路偏向手段(16)
により偏向された測定物(11)からの反射光を受ける
ために第2の光路(50)側に配置された検出手段(2
4、27)を有する非接触式形状測定装置において、対
物光学系(12)を、同心円状に鋸歯状溝を設けた平板
型光学部材として光を測定物(11)に集光するように
構成し、検出手段(24、27)により受光された光出
力に応じて測定物(11)の形状を測定することを特徴
とする非接触式形状測定装置。
Claim 1: A light source (20) for irradiating light onto a measurement object (11), and a light source (20) for irradiating light from the light source (20) onto the measurement object (11) along a first optical path (40). an objective optical system (12) for the measurement, an optical path deflection means (16) for deflecting the reflected light from the measurement object (11) from the first optical path (40) to the second optical path (50), and the optical path deflection means Means (16)
A detection means (2
4, 27), the objective optical system (12) is configured as a flat optical member having concentric sawtooth grooves to condense light onto the object to be measured (11). A non-contact shape measuring device characterized in that the shape of the object (11) is measured according to the light output received by the detection means (24, 27).
【請求項2】  上記第2の光路(50)上に配置され
て測定物(11)からの反射光を分波するための分波器
(21)と、第2の光路(50)上に配置された第1の
検出手段(27)と、分波器(21)により分波された
第3の光路(70)上に配置された第2の検出手段(2
4)と、上記第2の光路(50)上及び第3の光路(7
0)上で上記対物光学系(12)の焦点位置とほぼ共役
な位置(A1、A2)からそれぞれ検出手段側および分
波器側に同一距離だけ離した位置に配置した第1の光束
絞り(26a)及び第2の光束絞り(23a)とを有す
ることを特徴とする請求項1に記載の非接触式形状測定
装置。
2. A demultiplexer (21) disposed on the second optical path (50) for demultiplexing the reflected light from the measurement object (11); The first detection means (27) arranged on the second detection means (27) and the second detection means (27) arranged on the third optical path (70) split by the splitter (21).
4), on the second optical path (50) and on the third optical path (7
0) above, a first light flux diaphragm ( 26a) and a second light flux diaphragm (23a).
【請求項3】  上記平板型光学部材をフレネルゾーン
プレートとしたことを特徴とする請求項1または請求項
2に記載の非接触式形状測定装置。
3. The non-contact shape measuring device according to claim 1, wherein the flat optical member is a Fresnel zone plate.
【請求項4】  上記平板型光学部材からの光の出射側
に光路偏向手段(60)を設け、測定物(51)の垂直
方向の形状を測定することを特徴とする請求項1〜3の
いずれか1つに記載の非接触式形状測定装置。
4. An optical path deflecting means (60) is provided on the exit side of the light from the flat optical member to measure the shape of the object (51) in the vertical direction. The non-contact shape measuring device according to any one of the above.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007526468A (en) * 2004-03-04 2007-09-13 カール マール ホールディング ゲーエムベーハー Optical measuring head
JP2009535645A (en) * 2006-05-02 2009-10-01 クオリティー ヴィジョン インターナショナル インコーポレイテッド Optical adapter and method for laser range sensor system
JP2012002573A (en) * 2010-06-15 2012-01-05 Mitaka Koki Co Ltd Non-contact shape measuring apparatus
CN109084686A (en) * 2017-06-13 2018-12-25 株式会社基恩士 confocal displacement sensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007526468A (en) * 2004-03-04 2007-09-13 カール マール ホールディング ゲーエムベーハー Optical measuring head
JP2009535645A (en) * 2006-05-02 2009-10-01 クオリティー ヴィジョン インターナショナル インコーポレイテッド Optical adapter and method for laser range sensor system
JP2012002573A (en) * 2010-06-15 2012-01-05 Mitaka Koki Co Ltd Non-contact shape measuring apparatus
CN109084686A (en) * 2017-06-13 2018-12-25 株式会社基恩士 confocal displacement sensor
JP2019002722A (en) * 2017-06-13 2019-01-10 株式会社キーエンス Confocal displacement meter

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