JPH0455243B2 - - Google Patents
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- JPH0455243B2 JPH0455243B2 JP60148715A JP14871585A JPH0455243B2 JP H0455243 B2 JPH0455243 B2 JP H0455243B2 JP 60148715 A JP60148715 A JP 60148715A JP 14871585 A JP14871585 A JP 14871585A JP H0455243 B2 JPH0455243 B2 JP H0455243B2
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- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
- G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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- G—PHYSICS
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
- G01B9/02063—Active error reduction, i.e. varying with time by particular alignment of focus position, e.g. dynamic focussing in optical coherence tomography
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- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
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- G01B9/02067—Active error reduction, i.e. varying with time by electronic control systems, i.e. using feedback acting on optics or light
- G01B9/02068—Auto-alignment of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光ヘテロダイン法を利用したレーザ
干渉測長器やマツハツエンダー干渉計型のレーザ
干渉測定器を利用して非球面のレンズやミラー、
一般的な自由曲面の形状を高精度に光学的に非接
触で測定する３次元測定機に関するもので、特に
レーザ光を対物レンズで被測定物体面上に集光
し、その反射光の周波数の測定点又は被測定物体
面の移動によつて生ずるドプラーシフトを検出し
て面形状を測定する光学測定装置に関するもので
ある。
干渉測長器やマツハツエンダー干渉計型のレーザ
干渉測定器を利用して非球面のレンズやミラー、
一般的な自由曲面の形状を高精度に光学的に非接
触で測定する３次元測定機に関するもので、特に
レーザ光を対物レンズで被測定物体面上に集光
し、その反射光の周波数の測定点又は被測定物体
面の移動によつて生ずるドプラーシフトを検出し
て面形状を測定する光学測定装置に関するもので
ある。
従来の技術
光ヘテロダイン法を利用したレーザ測長機が簡
便かつ最も精度の高い測長機として知られてい
る。また、これを３次元移動台に取付けて３次元
測定機や精密施盤として使用できることが知られ
ている。
便かつ最も精度の高い測長機として知られてい
る。また、これを３次元移動台に取付けて３次元
測定機や精密施盤として使用できることが知られ
ている。
これらの従来装置では、移動台にコーナーキユ
ーブやミラーを取付け、移動台の動きのみをレー
ザ測長機で測定したに留まり、３次元測定機の場
合は何らかの測定プローブによつて被測定物の面
形状に沿つて移動台を移動させる。ところが、測
定プローブには接触型と非接触型があるが、いず
れも測定精度がレーザ測長機の精度に比べ一桁程
度落ちる。
ーブやミラーを取付け、移動台の動きのみをレー
ザ測長機で測定したに留まり、３次元測定機の場
合は何らかの測定プローブによつて被測定物の面
形状に沿つて移動台を移動させる。ところが、測
定プローブには接触型と非接触型があるが、いず
れも測定精度がレーザ測長機の精度に比べ一桁程
度落ちる。
そこで、測定プローブを介せずに直接レーザ光
を被測定物表面に照射し、この反射光から光ヘテ
ロダイン法によるレーザ測長法で表面形状を測定
しようとする装置として、本出願人による特願昭
57−189761号に記載された装置がある。この装置
は、測定光を対物レンズで被測定物体面上に集光
し、対物レンズと被測定物体面との距離を一定に
保つ為のフオーカスサーボと、被測定面が傾いた
場合でも入射光と反射光がほぼ同一光路をとるよ
うに対物レンズ又は入射光の光路を光軸に垂直な
方向に動かせる傾き補正サーボとを備えることに
よつて、測定プローブを介せずに直接レーザ光を
被測定物表面に照射し、この反射光から光ヘテロ
ダイン法によつて表面形状が測定できるものであ
る。
を被測定物表面に照射し、この反射光から光ヘテ
ロダイン法によるレーザ測長法で表面形状を測定
しようとする装置として、本出願人による特願昭
57−189761号に記載された装置がある。この装置
は、測定光を対物レンズで被測定物体面上に集光
し、対物レンズと被測定物体面との距離を一定に
保つ為のフオーカスサーボと、被測定面が傾いた
場合でも入射光と反射光がほぼ同一光路をとるよ
うに対物レンズ又は入射光の光路を光軸に垂直な
方向に動かせる傾き補正サーボとを備えることに
よつて、測定プローブを介せずに直接レーザ光を
被測定物表面に照射し、この反射光から光ヘテロ
ダイン法によつて表面形状が測定できるものであ
る。
第２図にそのような従来装置の構成を示す。周
波数1と2で発振するHe−Neゼーマン周波数安
定化レーザからの光は、ハーフミラー２７によつ
て２つに分けられる。1と2の差は数百ＫHz〜数
ＭHz程度であつて、互いに垂直な直線偏光となつ
ている。
波数1と2で発振するHe−Neゼーマン周波数安
定化レーザからの光は、ハーフミラー２７によつ
て２つに分けられる。1と2の差は数百ＫHz〜数
ＭHz程度であつて、互いに垂直な直線偏光となつ
ている。
ハーフミラー２７を透過した光は偏光プリズム
１２によつて周波数1の測定光と周波数2の参照
光に分けられ、測定光は被測定物体面１上に対物
レンズ２によつて集光される。参照光は被測定物
体と一体に取りつけられたミラー１６上に照射さ
れる。被測定物体はＸ−Ｙ移動台上に載せられて
おり、Ｘ−Ｙ方向に動かすと被測定物体面の厚さ
変化に応じて測定光の光路長が変化するため、ド
プラーシフトによつて測定光の反射光の周波数は
1＋Δとなる。
１２によつて周波数1の測定光と周波数2の参照
光に分けられ、測定光は被測定物体面１上に対物
レンズ２によつて集光される。参照光は被測定物
体と一体に取りつけられたミラー１６上に照射さ
れる。被測定物体はＸ−Ｙ移動台上に載せられて
おり、Ｘ−Ｙ方向に動かすと被測定物体面の厚さ
変化に応じて測定光の光路長が変化するため、ド
プラーシフトによつて測定光の反射光の周波数は
1＋Δとなる。
一方、参照光は面精度が10nm以内の高精度の
ミラー１６から反射するが、Ｘ−Ｙ移動台の移動
真直度の誤差によつて反射光の周波数は2＋δと
なる。（1＋Δ）−（2＋δ）は光検出器１８によ
つてビート信号として検出され、厚さＺの正確な
測定値が得られる。
ミラー１６から反射するが、Ｘ−Ｙ移動台の移動
真直度の誤差によつて反射光の周波数は2＋δと
なる。（1＋Δ）−（2＋δ）は光検出器１８によ
つてビート信号として検出され、厚さＺの正確な
測定値が得られる。
一方、測定位置のＸ−Ｙ座標は、対物レンズに
取りつけられたミラー２２と被測定物体に取りつ
けられたミラー２１との位置の差をハーフミラー
２７から反射した1と2の光によつて同様に測定
する。
取りつけられたミラー２２と被測定物体に取りつ
けられたミラー２１との位置の差をハーフミラー
２７から反射した1と2の光によつて同様に測定
する。
発明が解決しようとする問題点
このような測定装置では、被測定面が傾いた場
合でも入射光と反射光はほぼ同一光路をとるよう
に対物レンズ又は入射光の光路を光軸に垂直な方
向に動かしている。しかしながら、対物レンズを
動かした場合は測定点は対物レンズの移動量だけ
動くし、入射光の光路を動かすと一般的には光路
長が変わる。光路長が変わる時は光路長は測定デ
ータそのものなので光路長の変化を測定精度と同
等以上の精度で測定しなければならず、相当難か
しいことである。
合でも入射光と反射光はほぼ同一光路をとるよう
に対物レンズ又は入射光の光路を光軸に垂直な方
向に動かしている。しかしながら、対物レンズを
動かした場合は測定点は対物レンズの移動量だけ
動くし、入射光の光路を動かすと一般的には光路
長が変わる。光路長が変わる時は光路長は測定デ
ータそのものなので光路長の変化を測定精度と同
等以上の精度で測定しなければならず、相当難か
しいことである。
一方、対物レンズの動きを高精度で測定するこ
とは可能で、その方法は第２図のように対物レン
ズ側面に配置したミラーによつてレーザ光で測定
する。しかしこの方法では、測定点の位置は高精
度で測定はできるが、測定したい位置にオープン
ループで測定点を持つてゆくことができない。な
ぜならば被測定面の傾きに応じて対物レンズが動
き、対物レンズの光軸上にあるスポツトがこれに
応じて動くため、目標の測定点と現実の測定点と
の差がゼロになるようなクローズドループのサー
ボをかえなければ測定したい位置に測定点を持つ
てゆくことができないからである。この点は測定
機の性能向上と機能拡大をはかる上での問題点と
なる。
とは可能で、その方法は第２図のように対物レン
ズ側面に配置したミラーによつてレーザ光で測定
する。しかしこの方法では、測定点の位置は高精
度で測定はできるが、測定したい位置にオープン
ループで測定点を持つてゆくことができない。な
ぜならば被測定面の傾きに応じて対物レンズが動
き、対物レンズの光軸上にあるスポツトがこれに
応じて動くため、目標の測定点と現実の測定点と
の差がゼロになるようなクローズドループのサー
ボをかえなければ測定したい位置に測定点を持つ
てゆくことができないからである。この点は測定
機の性能向上と機能拡大をはかる上での問題点と
なる。
問題点を解決する為の手段
本発明は、上記の問題点を解決しようとするも
ので、対物レンズで入射光を被測定面上に集光
し、被測定面からの反射光が入射光と同一経路を
通るように反射光の一部を第１の光検出器群例え
ば４分割光検出器で受け、この光検出器から得ら
れた誤差信号に応じて入射光の位置を対物レンズ
の光軸に対して垂直な方向に動かすと共に、この
時に入射光及び反射光の光路長が変わらないよう
な構成としている。
ので、対物レンズで入射光を被測定面上に集光
し、被測定面からの反射光が入射光と同一経路を
通るように反射光の一部を第１の光検出器群例え
ば４分割光検出器で受け、この光検出器から得ら
れた誤差信号に応じて入射光の位置を対物レンズ
の光軸に対して垂直な方向に動かすと共に、この
時に入射光及び反射光の光路長が変わらないよう
な構成としている。
この具体的な構成例としては、測定光が対物レ
ンズに入射する前にビームスプリツタを通過さ
せ、集光レンズによつてミラー上に集光させ、こ
の反射光をビームスプリツタで反射させる構成が
あり、集光レンズ４をＺ−Ｙ方向に動かすことに
よつて光路長を変えずに入射光の位置を平行移動
させることができる。
ンズに入射する前にビームスプリツタを通過さ
せ、集光レンズによつてミラー上に集光させ、こ
の反射光をビームスプリツタで反射させる構成が
あり、集光レンズ４をＺ−Ｙ方向に動かすことに
よつて光路長を変えずに入射光の位置を平行移動
させることができる。
作 用
上記手段によつて、被測定面の傾きに応じて対
物レンズで入射する略平行光である測定光を光軸
に対し垂直な方向に移動させることができ、その
時は測定光の光路長は変らないので測定誤差を発
生せずに、又、測定光は常に対物レンズの光軸に
平行な光路で対物レンズに入射するので対物レン
ズによる集光位置も変化せず、従つて測定位置
（Ｘ−Ｙ座標）の誤差も発生しない。
物レンズで入射する略平行光である測定光を光軸
に対し垂直な方向に移動させることができ、その
時は測定光の光路長は変らないので測定誤差を発
生せずに、又、測定光は常に対物レンズの光軸に
平行な光路で対物レンズに入射するので対物レン
ズによる集光位置も変化せず、従つて測定位置
（Ｘ−Ｙ座標）の誤差も発生しない。
実施例
第１図に本発明の第１の実施例の光学系を示
す。周波数安定化He−Neゼーマンレーザ（図示
せず）から互いに直交偏光した周波数1と周波数
2のレーザ光が放射される。これらのレーザ光は
ハーフミラーによつて一部分離されて測定位置の
Ｘ−Ｙ座標測定に使用されるが、これらの点はこ
こでは図示していない。
す。周波数安定化He−Neゼーマンレーザ（図示
せず）から互いに直交偏光した周波数1と周波数
2のレーザ光が放射される。これらのレーザ光は
ハーフミラーによつて一部分離されて測定位置の
Ｘ−Ｙ座標測定に使用されるが、これらの点はこ
こでは図示していない。
1と2の光は偏光プリズム１２によつて分離さ
れる。周波数1と2の光をそれぞれ測定光と参照
光と呼ぶ。測定光1はフアラデー素子９で偏波面
が45°回転したのちλ／２板によつて−45°回転
し、偏光プリズム３をＰ偏波となつて全透過す
る。λ／４板７、集光レンズ４を通過してミラー
５上に集光し、反射した測定光1はλ／４板７に
よつてＳ偏波となり、偏光プリズム３を全反射し
対物レンズ２に入射し、被測定物体１面上に集光
される。対物レンズ２はコイル１７によつて常に
被測定面上に焦点位置が来るようにＺ方向に駆動
され、フオーカスサーボがかけられる。フオーカ
スサーボの誤差信号の検出法としては、特願昭57
−189761号や特願昭59−228114号に記載されてい
る一般的な方法が使えるが重複するので省略す
る。又、光線を一本の直線として図解している
が、現実には直径２mm程度の略平行光であつて、
対物レンズ２によつて被測定面上に直径２〜3μ
ｍ程度のスポツトとなつて絞られる。なお、対物
レンズの入射光束径は4.3mmである。
れる。周波数1と2の光をそれぞれ測定光と参照
光と呼ぶ。測定光1はフアラデー素子９で偏波面
が45°回転したのちλ／２板によつて−45°回転
し、偏光プリズム３をＰ偏波となつて全透過す
る。λ／４板７、集光レンズ４を通過してミラー
５上に集光し、反射した測定光1はλ／４板７に
よつてＳ偏波となり、偏光プリズム３を全反射し
対物レンズ２に入射し、被測定物体１面上に集光
される。対物レンズ２はコイル１７によつて常に
被測定面上に焦点位置が来るようにＺ方向に駆動
され、フオーカスサーボがかけられる。フオーカ
スサーボの誤差信号の検出法としては、特願昭57
−189761号や特願昭59−228114号に記載されてい
る一般的な方法が使えるが重複するので省略す
る。又、光線を一本の直線として図解している
が、現実には直径２mm程度の略平行光であつて、
対物レンズ２によつて被測定面上に直径２〜3μ
ｍ程度のスポツトとなつて絞られる。なお、対物
レンズの入射光束径は4.3mmである。
被測定面からの反射光は図のように入射光と全
く同じ光路を戻るが、λ／２板８とフアラデー素
子９の作用でＳ偏波となり、特殊偏光プリズム１
１で一部反射し、偏光プリズム１２を全反射し、
光検出器１８に達する。ここで、被測定面１の傾
きに応じて反射光の光路がずれようとするが、こ
れを４分割光検出器１４が検知し、集光レンズ４
をＹ−Ｚ方向に動かすことによつて対物レンズへ
の入射位置を変化させ、常に反射光が同一光路を
戻るように制御する。
く同じ光路を戻るが、λ／２板８とフアラデー素
子９の作用でＳ偏波となり、特殊偏光プリズム１
１で一部反射し、偏光プリズム１２を全反射し、
光検出器１８に達する。ここで、被測定面１の傾
きに応じて反射光の光路がずれようとするが、こ
れを４分割光検出器１４が検知し、集光レンズ４
をＹ−Ｚ方向に動かすことによつて対物レンズへ
の入射位置を変化させ、常に反射光が同一光路を
戻るように制御する。
この時、測定光の光路長が変化せず、測定誤差
が発生しないことを説明する。集光レンズ４と対
物レンズ２が無収差であると仮定する。そうする
と、平行光がこれらのレンズのどこに入射して
も、これらのレンズの光軸上に集光し、光路長も
変わらない。又、集光レンズ４は、Ｙ−Ｚ方向に
動かすと集光点もミラー５上をＹ−Ｚ方向に動
く。しかし、ミラー５の反射面がＹ−Ｚ平面にあ
つて高い平面度を持つたミラーであれば、光路差
の変化はほとんどない。従つて、光路長の変化は
集光レンズと対物レンズの持つ波面収差量とミラ
ー５の面精度の分だけあつて、容易に40nm以下
にすることができる。
が発生しないことを説明する。集光レンズ４と対
物レンズ２が無収差であると仮定する。そうする
と、平行光がこれらのレンズのどこに入射して
も、これらのレンズの光軸上に集光し、光路長も
変わらない。又、集光レンズ４は、Ｙ−Ｚ方向に
動かすと集光点もミラー５上をＹ−Ｚ方向に動
く。しかし、ミラー５の反射面がＹ−Ｚ平面にあ
つて高い平面度を持つたミラーであれば、光路差
の変化はほとんどない。従つて、光路長の変化は
集光レンズと対物レンズの持つ波面収差量とミラ
ー５の面精度の分だけあつて、容易に40nm以下
にすることができる。
被測定物体１とミラー１６は固定され、その他
の部分はＸ−Ｙ移動台上に載置されており、さら
に対物レンズ２１はフオーカスコイル１７によつ
てＺ方向に動く。特願昭59−228114号に記述され
ているように、半導体レーザによつてフオーカス
サーボの誤差信号を得る場合は、図示していない
半導体レーザによる誤差信号検出光学系が対物レ
ンズ２と一体となつてＺ方向に動く。
の部分はＸ−Ｙ移動台上に載置されており、さら
に対物レンズ２１はフオーカスコイル１７によつ
てＺ方向に動く。特願昭59−228114号に記述され
ているように、半導体レーザによつてフオーカス
サーボの誤差信号を得る場合は、図示していない
半導体レーザによる誤差信号検出光学系が対物レ
ンズ２と一体となつてＺ方向に動く。
被測定物体面上を測定点が動いてゆくので、測
定点のＺ座標の変動速度に応じて反射光の周波数
はドプラーシフトして1＋Δとなる。
定点のＺ座標の変動速度に応じて反射光の周波数
はドプラーシフトして1＋Δとなる。
一方、参照光2は、レンズ１３によつてミラー
１６上に集光され、反射し、やはり光検出器具１
８上に達する。
１６上に集光され、反射し、やはり光検出器具１
８上に達する。
上記の傾き補正手段によつて被測定面の傾きに
かかわらず常に反射してきた測定光と参照光は光
検出器１８上で重なり、干渉し、ビート信号（1
＋Δ）−（2＋δ）を発生する。なお、光検出器１
８には測定光と参照光の偏光方向をそろえるため
の偏光板が入れられている。
かかわらず常に反射してきた測定光と参照光は光
検出器１８上で重なり、干渉し、ビート信号（1
＋Δ）−（2＋δ）を発生する。なお、光検出器１
８には測定光と参照光の偏光方向をそろえるため
の偏光板が入れられている。
ビート信号（1＋Δ）−（2＋δ）を演算処理し
てＺ座標を検出できる。ここで、光学系全体をＸ
−Ｙ方向に移動させる前記のＸ−Ｙ移動台は、最
も高精度のものでも±100nmの真直度で動くのが
限界である。しかし、ミラー１６の平面度は±
10nm程度である。従つて、Ｘ−Ｙ移動台の移動
真直度±100μｍの誤差分は、ドプラーシフトδ
となつて補正され、測定精度には影響しない。即
ち、測定精度は１６の平面度によつてのみ限定さ
れる。
てＺ座標を検出できる。ここで、光学系全体をＸ
−Ｙ方向に移動させる前記のＸ−Ｙ移動台は、最
も高精度のものでも±100nmの真直度で動くのが
限界である。しかし、ミラー１６の平面度は±
10nm程度である。従つて、Ｘ−Ｙ移動台の移動
真直度±100μｍの誤差分は、ドプラーシフトδ
となつて補正され、測定精度には影響しない。即
ち、測定精度は１６の平面度によつてのみ限定さ
れる。
第３図は、本発明の第２実施例の光学系の要部
説明図である。第１実施例とほとんど同じであつ
て、異なるのは、入射光がＳ偏波で偏光プリズム
によつて最初に反射し、ミラー５から反射した後
偏光プリズムを透過するという点である。
説明図である。第１実施例とほとんど同じであつ
て、異なるのは、入射光がＳ偏波で偏光プリズム
によつて最初に反射し、ミラー５から反射した後
偏光プリズムを透過するという点である。
第４図は、本発明の第３実施例の光学系の要部
説明図である。測定光は偏光プリズム３を透過
し、ミラー５で反射した後、λ／４板７の作用で
偏光プリズム３１で反射され、対物レンズ２に入
射する。被測定物体面１６からの反射光はλ／４
板７の作用で偏光プリズム３を透過し、ミラー５
で反射し、偏光プリズム３で反射し、元の方向
（−Ｘ方向）に戻る。この後は、第１の実施例の
場合と同様に、一部は４分割検出器１４上に達
し、傾きを誤差信号を発生させ、これに応じて偏
光プリズム３を±Ｘ方向に駆動する。
説明図である。測定光は偏光プリズム３を透過
し、ミラー５で反射した後、λ／４板７の作用で
偏光プリズム３１で反射され、対物レンズ２に入
射する。被測定物体面１６からの反射光はλ／４
板７の作用で偏光プリズム３を透過し、ミラー５
で反射し、偏光プリズム３で反射し、元の方向
（−Ｘ方向）に戻る。この後は、第１の実施例の
場合と同様に、一部は４分割検出器１４上に達
し、傾きを誤差信号を発生させ、これに応じて偏
光プリズム３を±Ｘ方向に駆動する。
この時、第４図から明らかなように、対物レン
ズ２に入射する測定光の光路は±Ｘ方向に平行移
動するが、入射光と反射光との光路長は変化しな
い。但し、この第３実施例の方式によつて傾きが
補正できるのは一方向（図では±Ｘ方向）のみで
ある。
ズ２に入射する測定光の光路は±Ｘ方向に平行移
動するが、入射光と反射光との光路長は変化しな
い。但し、この第３実施例の方式によつて傾きが
補正できるのは一方向（図では±Ｘ方向）のみで
ある。
第２の実施例の場合と同様に、測定光を最初に
偏光プリズム３にＳ偏波で入射させ、Ｚ方向に反
射させた後、ミラー５で反射し、偏光プリズム３
を透過して対物レンズ２に達するようにすること
も可能である。これが本発明の第４の実施例であ
る。
偏光プリズム３にＳ偏波で入射させ、Ｚ方向に反
射させた後、ミラー５で反射し、偏光プリズム３
を透過して対物レンズ２に達するようにすること
も可能である。これが本発明の第４の実施例であ
る。
第５図は、本発明の第５の実施例の光学系の要
部説明図である。これは第１実施例と第３実施例
の両方を混合した方式であつて、偏光プリズム３
は集光レンズ３４と一体となつて±Ｘ方向に動
き、Ｘ方向の傾きを補正する。さらに、偏光プリ
ズム、集光レンズ３４，３５を一体として±Ｙ方
向に動かし、Ｙ方向の傾きをも補正する。この方
式においても、偏光プリズム３によつて最初に反
射しても、透過しても良いことは、第１〜第４実
施例と同じで、これが本発明の第６実施例であ
る。
部説明図である。これは第１実施例と第３実施例
の両方を混合した方式であつて、偏光プリズム３
は集光レンズ３４と一体となつて±Ｘ方向に動
き、Ｘ方向の傾きを補正する。さらに、偏光プリ
ズム、集光レンズ３４，３５を一体として±Ｙ方
向に動かし、Ｙ方向の傾きをも補正する。この方
式においても、偏光プリズム３によつて最初に反
射しても、透過しても良いことは、第１〜第４実
施例と同じで、これが本発明の第６実施例であ
る。
第３〜第６実施例の方式は、第１〜第２実施例
の方式と、２次元（Ｘ−Ｙ方向）の傾きを補正す
るという観点では同じ機能を持つているが、フア
ラデー素子を使う必要がないという利点がある。
の方式と、２次元（Ｘ−Ｙ方向）の傾きを補正す
るという観点では同じ機能を持つているが、フア
ラデー素子を使う必要がないという利点がある。
発明の効果
このように、本発明によれば、光ヘテロダイン
法によるレーザ測長法を利用した超高精度の非接
触３次元測定機において、対物レンズによつて被
測定面に集光した測定光の反射光が被測定面の傾
きに応じて異なる方向に反射するのを防止するた
めに対物レンズに入射する測定光の光路を平行移
動させるようにしたので、この光路の平行移動に
よつても測定光の光路長も測定位置も変化せず、
従つて測定誤差を発生しないということが可能と
なり、測定装置の測定精度向上に著しい効果をも
たらすものである。
法によるレーザ測長法を利用した超高精度の非接
触３次元測定機において、対物レンズによつて被
測定面に集光した測定光の反射光が被測定面の傾
きに応じて異なる方向に反射するのを防止するた
めに対物レンズに入射する測定光の光路を平行移
動させるようにしたので、この光路の平行移動に
よつても測定光の光路長も測定位置も変化せず、
従つて測定誤差を発生しないということが可能と
なり、測定装置の測定精度向上に著しい効果をも
たらすものである。
第１図は本発明の第１の実施例の光学測定装置
の光学系の原理図、第３図〜第５図は本発明の他
の実施例の光学測定装置の光学系の原理図、第２
図は従来例の光学測定装置の光学系の原理図であ
る。 １……被測定物、２……対物レンズ、３，１
２，２３……偏光プリズム、４，３４，３５……
集光レンズ、５，１５，１６，２１、２２……ミ
ラー、６，２８……集光レンズ駆動装置、７……
λ／４板、８……λ／２板、９……フアラデー素
子、１０……磁石、１１……特殊偏光プリズム、
１３……レンズ、１４……４分割検出器、１７…
…フオーカスコイル、１８……光検出器、１９…
…Ｚ座標検出装置、２０……対物レンズ駆動装置
（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）、２４……コーナキユーブ、２
５……光検出器、２６……Ｘ座標検出装置、２７
……ハーフミラー、２９……プリズム駆動装置、
３０……Ｘ方向駆動装置、３１……Ｙ方向駆動装
置、３２……Ｘ方向移動部枠、３３……Ｙ方向移
動部枠。
の光学系の原理図、第３図〜第５図は本発明の他
の実施例の光学測定装置の光学系の原理図、第２
図は従来例の光学測定装置の光学系の原理図であ
る。 １……被測定物、２……対物レンズ、３，１
２，２３……偏光プリズム、４，３４，３５……
集光レンズ、５，１５，１６，２１、２２……ミ
ラー、６，２８……集光レンズ駆動装置、７……
λ／４板、８……λ／２板、９……フアラデー素
子、１０……磁石、１１……特殊偏光プリズム、
１３……レンズ、１４……４分割検出器、１７…
…フオーカスコイル、１８……光検出器、１９…
…Ｚ座標検出装置、２０……対物レンズ駆動装置
（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）、２４……コーナキユーブ、２
５……光検出器、２６……Ｘ座標検出装置、２７
……ハーフミラー、２９……プリズム駆動装置、
３０……Ｘ方向駆動装置、３１……Ｙ方向駆動装
置、３２……Ｘ方向移動部枠、３３……Ｙ方向移
動部枠。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２つの異なる周波数のレーザ光を発する光放
射手段と、この光放射手段から放射された略平行
光の放射光を２つに分離する光分離手段と、この
光分離手段による分離後の一方の放射光をＺ方向
に直交する面に載置された被測定物体面上に集光
する対物レンズと、前記被測定物体面に焦点を結
ばせるよう対物レンズをＺ方向に駆動する対物レ
ンズ駆動手段と、この放射光の前記被測定物体面
からの反射光の一部を受光して前記被測定物体面
の傾きによつて生ずる前記反射光の位置のずれを
検出する第１の光検出器と、この第１の光検出器
の出力から得られる誤差信号に応じて前記放射光
の光路長を変化させずに、前記対物レンズの光軸
に対して垂直な方向に前記放射光の光路を移動さ
せ、前記被測定物体面からの反射光の光路を前記
被測定物体面の傾きにかかわらず一定にして前記
反射光の位置ずれをなくする傾き補正手段と、前
記第１の放射光の前記光分離手段による分離後の
他方の放射光を反射させる参照ミラーと、この参
照ミラーからの反射光と前記被測定物体面からの
反射光を一致させ、干渉させて受光する第２の光
検出器と、前記第２の光検出器によつて検出され
る干渉強度変化から前記被測定物体面上の測定位
置のＺ座標を読みとるＺ座標読みとり手段とを有
する光学測定装置であつて前記傾き補正手段は、
光路に直交するミラーと、前記平行光を前記ミラ
ーの面に結像させる集光レンズと、前記集光レン
ズを光軸直交方向に駆動する駆動手段を少なくと
も備えたことを特徴とする光学測定装置。 ２ 傾き補正手段は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系にお
いてＸ方向に進む放射光を透過させるビームスプ
リツタと、この透過光を集光するレンズと、この
集光レンズによる集光位置に置かれ前記透過光を
−Ｘ方向に反射させるミラーと、この−Ｘ方向に
進む反射光が再び前記ビームスプリツタによつて
−Ｚ方向に反射されて入射するように置かれＺ方
向に光軸を持つ対物レンズと、前記集光レンズを
前記誤差信号に応じてＹ−Ｚ方向に移動させる駆
動手段とによつて構成された特許請求の範囲第１
項記載の光学測定装置。 ３ 傾き補正手段は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系にお
いてＸ方向に進む放射光をＺ方向に反射させるビ
ームスプリツタと、この反射光を集光する集光レ
ンズと、この集光レンズによる集光位置に置かれ
前記反射光を−Ｚ方向に反射させるミラーと、こ
の−Ｚ方向に進む反射光が再び前記ビームスプリ
ツタを透過した後に入射するように置かれＺ方向
に光軸を持つ対物レンズと、前記集光レンズを前
記誤差信号に応じてＸ−Ｙ方向に移動させる駆動
手段とによつて構成された特許請求の範囲第１項
記載の光学測定装置。 ４ 傾き補正手段は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系にお
いてビームスプリツタによりＸ方向に進む放射光
を透過させ、この透過光を第１のミラーにより−
Ｘ方向に反射させ、この−Ｘ方向に進む反射光を
前記ビームスプリツタで−Ｚ方向に反射させた後
に対物レンズを通過させて被測定物体面上に集光
し、この被測定物体面によりＺ方向に反射し再び
この対物レンズを通過させ、前記ビームスプリツ
タを透過した反射光を第２のミラーで−Ｘ方向に
反射させ、前記ビームスプリツタを前記誤差信号
に応じて±Ｘ方向に移動させるようにした特許請
求の範囲第１項記載の光学測定装置。 ５ 傾き補正手段は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系にお
いてＸ方向に進む放射光をビームスプリツタによ
りＺ方向に反射させ、この反射光を第１のミラー
により−Ｚ方向に反射させ、この−Ｚ方向に進む
反射光を前記ビームスプリツタを透過させて前記
対物レンズを通過させ前記被測定物体面上に集光
させ、この被測定物体面によりＺ方向に反射し再
びこの対物レンズを通過し、前記ビームスプリツ
タによつてＸ方向に反射された反射光を第２のミ
ラーにより−Ｘ方向に反射させ、前記ビームスプ
リツタを前記誤差信号に応じて±Ｘ方向に移動さ
せるように構成された特許請求の範囲第１項記載
の光学測定装置。 ６ 傾き補正手段は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系にお
いてビームスプリツタによりＸ方向に進む放射光
を透過させ、この透過光をを第１の集光レンズで
集光し、第１の集光レンズによる集光位置に置か
れた第１のミラーにより前記透過光を−Ｘ方向に
反射させ、この−Ｘ方向に進む反射光を前記ビー
ムスプリツタによつて−Ｚ方向に反射した後、前
記対物レンズに通過させて前記被測定物体面上に
集光させ、この被測定物体面によりＺ方向に反射
し再び前記対物レンズを通過し前記ビームスプリ
ツタを透過した反射光を第２の集光レンズで集光
し、この第２の集光レンズによる集光位置に置か
れた第２のミラーで前記Ｘ方向に進む反射光を−
Ｘ方向に反射させ、前記ビームスプリツタと前記
第１の集光レンズを第１の移動手段で±Ｘ方向に
移動させ、前記ビームスプリツタと前記第１の集
光レンズと前記第２の集光レンズを第２の移動手
段によつて±Ｙ方向に移動させるように構成され
た特許請求の範囲第１項記載の光学測定装置。 ７ 傾き補正手段は、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系にお
いて、Ｘ方向に進む放射光をビームスプリツタに
よりＺ方向に反射させ、この反射光を第１の集光
レンズにより集光し、この第１の集光レンズによ
る集光位置に置かれた第１のミラーにより前記反
射光を−Ｚ方向に反射させ、この−Ｚ方向に進む
反射光を前記ビームスプリツタを透過させて前記
対物レンズによつて前記被測定物体面上に集光さ
せ、この被測定物体面によりＺ方向に反射し、再
び前記対物レンズを通過して前記ビームスプリツ
タによつてＸ方向に反射した反射光を第２の集光
レンズにより集光し、この第２の集光レンズによ
る集光位置に置かれた第２のミラーにより前記Ｘ
方向に進む反射光を−Ｘ方向に反射させ、前記ビ
ームスプリツタと前記第１の集光レンズを第１の
移動手段により±Ｘ方向に移動させ、前記ビーム
スプリツタと前記第１の集光レンズと前記第２の
集光レンズとを第２の移動手段により±Ｙ方向に
移動させるように構成された特許請求の範囲第１
項記載の光学測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60148715A JPS629211A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 光学測定装置 |
| US06/881,283 US4776699A (en) | 1985-07-05 | 1986-07-02 | Optical measuring device |
| EP86109145A EP0208276B1 (en) | 1985-07-05 | 1986-07-04 | Optical measuring device |
| DE8686109145T DE3677649D1 (de) | 1985-07-05 | 1986-07-04 | Optische messanordnung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60148715A JPS629211A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 光学測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS629211A JPS629211A (ja) | 1987-01-17 |
| JPH0455243B2 true JPH0455243B2 (ja) | 1992-09-02 |
Family
ID=15458972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60148715A Granted JPS629211A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 光学測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4776699A (ja) |
| EP (1) | EP0208276B1 (ja) |
| JP (1) | JPS629211A (ja) |
| DE (1) | DE3677649D1 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0287005A (ja) * | 1988-09-26 | 1990-03-27 | Brother Ind Ltd | 光ヘテロダイン干渉表面形状測定装置 |
| US5042949A (en) * | 1989-03-17 | 1991-08-27 | Greenberg Jeffrey S | Optical profiler for films and substrates |
| JP2661314B2 (ja) * | 1990-03-07 | 1997-10-08 | 松下電器産業株式会社 | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2748702B2 (ja) * | 1991-02-04 | 1998-05-13 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定機の誤差補正方法 |
| US5133602A (en) * | 1991-04-08 | 1992-07-28 | International Business Machines Corporation | Particle path determination system |
| JPH05133712A (ja) * | 1991-11-12 | 1993-05-28 | Nikon Corp | 表面位置測定装置 |
| GB2301967B (en) * | 1992-04-10 | 1997-08-13 | Gec Marconi Avionics Holdings | An optical remote object sensing apparatus |
| US5315604A (en) * | 1993-01-28 | 1994-05-24 | International Business Machines Corporation | Optical structure for adjusting the peak power of a laser beam |
| JP3000819B2 (ja) * | 1993-03-15 | 2000-01-17 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定用プローブ及び形状測定方法 |
| GB9705105D0 (en) | 1997-03-12 | 1997-04-30 | Brown & Sharpe Limited | Optical surface measurement apparatus and methods |
| US6008901A (en) * | 1997-08-22 | 1999-12-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Shape measuring heterodyne interferometer with multiplexed photodetector aaray or inclined probe head |
| US6611379B2 (en) | 2001-01-25 | 2003-08-26 | Brookhaven Science Associates Llc | Beam splitter and method for generating equal optical path length beams |
| JP2002340538A (ja) * | 2001-05-14 | 2002-11-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄板材の平坦度測定装置および方法 |
| US7312924B2 (en) * | 2005-09-01 | 2007-12-25 | Richard G Trissel | Polarizing multiplexer and methods for intra-oral scanning |
| CN110686618B (zh) * | 2019-11-22 | 2020-09-15 | 北京理工大学 | 结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法及系统 |
| FR3109626B1 (fr) * | 2020-04-27 | 2022-06-03 | Michelin & Cie | Procede d’obtention du profil d’une surface en mouvement par rapport au systeme |
| FR3109627B1 (fr) * | 2020-04-27 | 2022-10-14 | Michelin & Cie | Systeme de generation de signal representatif du profil d’une surface en mouvement par rapport au systeme |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3877788A (en) * | 1973-03-30 | 1975-04-15 | Itek Corp | Method and apparatus for testing lenses |
| GB1472894A (en) * | 1974-03-15 | 1977-05-11 | Nat Res Dev | Interferometric methods and apparatus for measuring distance to a surface |
| US3977789A (en) * | 1975-04-07 | 1976-08-31 | Zygo Corporation | Scanning differential photoelectric autocollimator |
| DE2528209C3 (de) * | 1975-06-25 | 1979-09-27 | Siegfried Dipl.-Ing. Dr.- Ing. 8520 Erlangen Raith | Optischer Feintaster |
| US4139304A (en) * | 1977-02-10 | 1979-02-13 | National Research Development Corporation | Methods and apparatus for measuring variations in distance to a surface |
| US4148587A (en) * | 1977-10-03 | 1979-04-10 | The Boeing Company | Laser gauge for measuring changes in the surface contour of a moving part |
| US4353650A (en) * | 1980-06-16 | 1982-10-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Laser heterodyne surface profiler |
| GB2128734B (en) * | 1982-10-08 | 1986-02-19 | Nat Res Dev | Irradiative probe system |
| JPS5979104A (ja) * | 1982-10-27 | 1984-05-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学装置 |
| DE3318678A1 (de) * | 1983-05-21 | 1984-11-22 | Adolf Friedrich Prof. Dr.-Phys. Fercher | Verfahren und vorrichtung zur interferometrie rauher oberflaechen |
| US4611916A (en) * | 1984-05-11 | 1986-09-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical measuring apparatus |
| JPH104206A (ja) * | 1996-01-29 | 1998-01-06 | Matsushita Denchi Kogyo Kk | 化合物半導体薄膜の形成法と同薄膜を用いた光電変換素子 |
-
1985
- 1985-07-05 JP JP60148715A patent/JPS629211A/ja active Granted
-
1986
- 1986-07-02 US US06/881,283 patent/US4776699A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-07-04 DE DE8686109145T patent/DE3677649D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-07-04 EP EP86109145A patent/EP0208276B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS629211A (ja) | 1987-01-17 |
| US4776699A (en) | 1988-10-11 |
| EP0208276A1 (en) | 1987-01-14 |
| EP0208276B1 (en) | 1991-02-27 |
| DE3677649D1 (de) | 1991-04-04 |
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