JPH06273129A - Method and apparatus for measuring rotary surface - Google Patents

Method and apparatus for measuring rotary surface

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Publication number
JPH06273129A
JPH06273129A JP6560593A JP6560593A JPH06273129A JP H06273129 A JPH06273129 A JP H06273129A JP 6560593 A JP6560593 A JP 6560593A JP 6560593 A JP6560593 A JP 6560593A JP H06273129 A JPH06273129 A JP H06273129A
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JP
Japan
Prior art keywords
sensor
interference fringe
fringe image
image
optical system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6560593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Tsuyusaki
晋 露崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP6560593A priority Critical patent/JPH06273129A/en
Publication of JPH06273129A publication Critical patent/JPH06273129A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a method and an apparatus whereby an image of interference fringes can be formed at all times on a line sensor when a to-be-inspected surface is scanned along a rotary shaft used to form a rotary surface to measure the rotary surface utilizing the interference. CONSTITUTION:A coherent light from the same light source 1 is cast to a reference surface 6a and a to-be-inspected surface 7a which is a rotary surface. A reference wave and a to-be-inspected wave reflected at both surfaces are overlapped, whereby an image of interference fringes is formed on an area sensor 10 and a line sensor 10' via an image forming lens 9 and a beam splitter 15. When the to-be-inspected surface 7a is scanned along a rotary shaft 12, the image of interference fringes is moved. The moving amount is measured by the area sensor 10, corresponding to which the beam splitter 15 is moved in a y-axis or z-axis direction so that the image of interference fringes is superposed on the line sensor 10' at all times.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、参照面と、回転面から
なる参照面とに可干渉光を照射して、反射される参照波
と被検波を重畳して干渉させ、干渉縞の像をセンサ上に
結像させて面形状や面精度を測定する技術に関するもの
で、特に、被検面の走査に合わせて干渉縞像が結像面内
を移動するのを追従する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention irradiates a reference surface and a reference surface composed of a rotating surface with coherent light so that a reflected reference wave and a test wave are superposed and interfered with each other to form an image of an interference fringe. The present invention relates to a technique for forming an image on a sensor to measure a surface shape and a surface accuracy, and more particularly to a technique for following movement of an interference fringe image in an image forming surface in accordance with scanning of a surface to be inspected.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザビーム等の可干渉光を利用して干
渉縞を作り、トロイダル面の面形状や面精度を波長以下
の高精度で測定できる技術として、本発明の出願人は、
先願の特開平4−269609号で、図10(a) ,(b)
に示すトロイダル面の測定装置を提案している。
2. Description of the Related Art As a technique for forming interference fringes using a coherent light such as a laser beam and measuring the surface shape and surface accuracy of a toroidal surface with high accuracy below a wavelength, the applicant of the present invention has
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-269609 of the prior application, FIGS. 10 (a) and 10 (b)
We have proposed a toroidal surface measuring device shown in.

【0003】同図において、1は光源で、可干渉性の高
いガスレーザ又は半導体レーザ等が使用される。2,5
はビームエクスパンダで、光源1からの狭い光束を適当
な大きさに拡げるためのものである。3は空間フィルタ
で、ゴースト光や反射光等の不要な光をカットする。4
は光アイソレータでビームスプリッタ4a、λ/4板4
b及び反射面4cを有する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source, which is a gas laser or semiconductor laser having high coherence. 2,5
Is a beam expander for expanding a narrow luminous flux from the light source 1 to an appropriate size. A spatial filter 3 cuts unnecessary light such as ghost light and reflected light. Four
Is an optical isolator, a beam splitter 4a, a λ / 4 plate 4
b and the reflecting surface 4c.

【0004】ビームエクスパンダ2,5で拡大された光
束は、対物レンズ6を経て、被検体7の被検面7aに達
する。被検面7aは樽型トロイダル面で、この面は、頂
点で直交する曲率半径の相違する主径線のうち、一方の
主径線ABを母線として回転軸12の回りに回転して形
成した回転面である。
The light flux expanded by the beam expanders 2 and 5 passes through the objective lens 6 and reaches the surface 7a to be inspected of the subject 7. The surface 7a to be inspected is a barrel-shaped toroidal surface, which is formed by rotating around the rotary shaft 12 with one main radial line AB among the main radial lines having different radii of curvature orthogonal to each other at the apex as a generatrix. It is a rotating surface.

【0005】対物レンズ6の最終面は、半透鏡としての
参照面6aとなっており、その曲率中心は、回転軸12
上に一致する位置に配置される。また、この参照面6a
又はトロイダル面7aは、干渉縞を形成させるために若
干シフト及び/又はチルト可能に配置される。
The final surface of the objective lens 6 is a reference surface 6a as a semi-transparent mirror, and the center of curvature thereof is the rotation axis 12.
It is placed in a position that matches the top. Also, this reference surface 6a
Alternatively, the toroidal surface 7a is arranged such that it can be slightly shifted and / or tilted to form interference fringes.

【0006】8は併進台で、被検体7を固定しており、
図示しないDCサーボモータやステッピングモータ等に
よって回転軸12に沿って被検面7aを走査する。
[0006] Reference numeral 8 is a translation table for fixing the subject 7
The surface 7a to be inspected is scanned along the rotary shaft 12 by a DC servo motor, a stepping motor or the like (not shown).

【0007】光源1から発された可干渉光は、参照面6
a及び被検面7aで反射されて参照波と被検波となり、
来た光路を戻り重畳され、光アイソレータ4の反射面4
cで反射され、結像レンズ9によって図11に示すよう
にスリット状の干渉縞像11をセンサ10上に結像す
る。
The coherent light emitted from the light source 1 is reflected by the reference surface 6
a and the surface to be inspected 7a are reflected to become a reference wave and an inspected wave,
The optical path that came is returned and superimposed, and the reflecting surface 4 of the optical isolator 4
After being reflected by c, the image forming lens 9 forms a slit-shaped interference fringe image 11 on the sensor 10 as shown in FIG.

【0008】図12は、被検面7aと参照面6a及び回
転軸12との関係を示す図である。併進台8の移動によ
って、参照面6aは被検面7aに対して移動するが、そ
の移動する状態を3か所で例示している。この移動にお
いて、参照面6aの曲率中心O″は常に回転軸12上に
重なり、さらに対物レンズ6から射出された可干渉光は
この回転軸上の点O″に集束するように設定されてい
る。点O′は被検面7aの曲率中心を示す。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship among the surface 7a to be tested, the reference surface 6a and the rotary shaft 12. Although the reference surface 6a moves with respect to the surface 7a to be detected by the movement of the translation table 8, the moving state is illustrated at three positions. In this movement, the center of curvature O ″ of the reference surface 6a always overlaps the rotation axis 12, and the coherent light emitted from the objective lens 6 is set so as to be focused on the point O ″ on this rotation axis. . The point O'indicates the center of curvature of the surface 7a to be tested.

【0009】参照面6aが被検面の中心線14から上又
は下にずれると、参照波と被検波が重なり干渉を起こす
光線は、図の矢印を付した光線となり、参照面の中心か
らずれる。また、干渉縞像11の長さも測定断面の曲率
半径の変化に伴って変化する。すなわち、参照面6aが
被検面7a上を走査すると、図13に示すように干渉縞
像11は結像面13内の仮想線11′で示す範囲内を移
動する。
When the reference surface 6a shifts up or down from the center line 14 of the test surface, the reference light and the test wave overlap and interfere with each other. . Further, the length of the interference fringe image 11 also changes with the change in the radius of curvature of the measurement cross section. That is, when the reference surface 6a scans the surface 7a to be inspected, the interference fringe image 11 moves within a range indicated by a virtual line 11 'in the image plane 13 as shown in FIG.

【0010】そこで、併進台8で走査しつつ、被検面7
aの個々の測定断面について干渉縞像を作り、各干渉縞
像をつなぎ合わせれば、回転面全体の面精度を測定でき
ることになる。その場合、結像面13にエリアセンサを
配置すれば、都合が良い。なお、上記の装置は、ドーナ
ツ型等の他のトロイダル面や球面等を含む各種の回転面
の測定が可能である。
Therefore, the surface to be inspected 7 is scanned by the translation table 8.
By forming an interference fringe image for each measurement cross section of a and connecting the interference fringe images, the surface accuracy of the entire rotating surface can be measured. In that case, it is convenient to dispose an area sensor on the image plane 13. The above-mentioned device can measure various toroidal surfaces such as a toroidal surface and various types of rotating surfaces including spherical surfaces.

【0011】ところで、併進台8を回転軸12に沿って
走査すると、図12からも分かるように、各測定断面と
参照面との間の距離が変化する。この距離の変化を干渉
縞像で観察すると、干渉縞が図11において、x軸方向
に流れて見える。そこで、干渉縞像に一定の観測点を定
め、その観測点を通過する縞の本数をカウントすれば、
可干渉光の波長から測定断面と参照面との距離の変化を
測定できる。すなわち、回転面の母線ABの形状、すな
わち、面形状を知ることができる。この場合、センサ1
0はラインセンサの方がカウントし易い。なお、この測
定については、本願の出願人による先願、特願平4−3
47001号で説明している。
When the translation table 8 is scanned along the rotary shaft 12, the distance between each measurement section and the reference plane changes, as can be seen from FIG. When the change in the distance is observed with an interference fringe image, the interference fringes appear to flow in the x-axis direction in FIG. Therefore, if a fixed observation point is set in the interference fringe image and the number of fringes passing through the observation point is counted,
The change in the distance between the measurement section and the reference plane can be measured from the wavelength of the coherent light. That is, the shape of the generatrix AB of the rotating surface, that is, the surface shape can be known. In this case, the sensor 1
A line sensor of 0 is easier to count. Regarding this measurement, the applicant of the present application has filed a prior application, Japanese Patent Application No. 4-3.
No. 47001.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の回転面
を測定する場合、特に、ラインセンサにより面形状を測
定する場合、図13で説明したように干渉縞像が結像面
内を移動するので、ラインセンサを干渉縞像の位置に追
従させる必要がある。本発明は、この要請に応じたもの
で、回転面の測定において、干渉縞像を常にラインセン
サ上に結像できる方法及び装置を提供することを目的と
している。
However, when measuring the above-mentioned rotating surface, especially when measuring the surface shape by the line sensor, the interference fringe image moves in the image forming plane as described with reference to FIG. Therefore, it is necessary to make the line sensor follow the position of the interference fringe image. The present invention has responded to this request, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus capable of always forming an interference fringe image on a line sensor in measuring a rotating surface.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の測定方法は、同一光源からの可干渉光を参
照面と回転面からなる被検面とに照射し、これら両面か
ら反射される参照波と被検波とを重畳してセンサ上に干
渉縞の像を結像させ、被検面を回転面の創成に使用した
回転軸に沿って走査して連続的に前記干渉縞像を形成す
る回転面の測定方法において、前記干渉縞を結像する光
束内に反射光学系を設け、該反射光学系及び/又は前記
センサを動かして前記干渉縞像を常にセンサ上に結像さ
せる構成を特徴としている。
To achieve the above object, the measuring method of the present invention irradiates coherent light from the same light source onto a reference surface and a surface to be inspected, which is a rotating surface, and from both surfaces. An image of interference fringes is formed on the sensor by superimposing the reflected reference wave and the test wave, and the test surface is scanned along the rotation axis used to create the rotation surface and the interference fringes are continuously formed. In a method of measuring a rotating surface for forming an image, a reflection optical system is provided in a light beam for forming the interference fringe, and the reflection optical system and / or the sensor is moved to always form the interference fringe image on the sensor. It is characterized by the configuration.

【0014】又は、前記反射光学系が前記干渉縞を形成
する光束を二つに分割し、一方の光束によりエリアセン
サ上に干渉縞像を結像させ、他方の光束によりラインセ
ンサ上に干渉縞像を結像させ、前記反射光学系及び/又
はラインセンサを動かして干渉縞像を常に該ラインセン
サ上に結像させる構成を特徴としている。
Alternatively, the reflection optical system splits the light beam forming the interference fringe into two, one of the light beams forms an image of the interference fringe on the area sensor, and the other light beam forms the interference fringe on the line sensor. It is characterized in that an image is formed and the reflection optical system and / or the line sensor is moved to always form an interference fringe image on the line sensor.

【0015】次に、本発明の装置は、同一光源からの可
干渉光を被検面と基準になる参照面とに照射し、これら
両面から反射される参照波と被検波とを重畳して干渉縞
像を作る装置と、干渉縞像の結像位置に設けられたセン
サと、被検面をその創成に使用した回転軸に沿って走査
する併進台と、前記干渉縞を結像する光路内に設けられ
た反射光学系と、併進台の前記走査に伴う干渉縞像の移
動に追従して、干渉縞像が常にセンサ上に結像するよう
に、該反射光学系及び/又は前記センサを駆動する追従
装置とからなる構成を特徴としている。
Next, the device of the present invention irradiates the coherent light from the same light source onto the surface to be inspected and the reference surface as a reference, and superimposes the reference wave and the wave to be inspected reflected from both surfaces. A device for forming an interference fringe image, a sensor provided at an image forming position of the interference fringe image, a translation stage for scanning the surface to be inspected along the rotation axis used for its creation, and an optical path for forming the interference fringe. The reflection optical system and / or the sensor so that the interference fringe image is always formed on the sensor by following the movement of the interference fringe image accompanying the scanning of the translation table and the reflection optical system. It is characterized by a configuration including a tracking device for driving the.

【0016】または、同一光源からの可干渉光を被検面
と基準になる参照面とに照射し、これら両面から反射さ
れる参照波と被検波とを重畳して干渉させる装置と、重
畳された参照波と被検波とから干渉縞像を結像させる変
倍光学系と、干渉縞像の結像位置に設けられたセンサ
と、被検面をその創成に使用した回転軸に沿って走査す
る併進台と、前記変倍光学系からの変倍信号を受けて前
記センサを移動し、併進台の前記走査に伴う干渉縞像の
移動にかかわらず、干渉縞像を常にセンサ上に結像させ
るセンサ移動装置を設けた構成としている。
Alternatively, the coherent light from the same light source is applied to the test surface and the reference surface as a reference, and the reference wave and the test wave reflected from both surfaces are superposed and interfered with each other. A variable-magnification optical system that forms an interference fringe image from the reference wave and the test wave, a sensor provided at the position where the interference fringe image is formed, and the surface to be inspected is scanned along the rotation axis used to create it. The translation stage and the sensor are moved in response to the scaling signal from the scaling optical system, and the interference fringe image is always formed on the sensor regardless of the movement of the interference fringe image accompanying the scanning of the translation stage. The sensor moving device is provided.

【0017】[0017]

【作用】光源から射出された可干渉光を被検面と参照面
とに照射し、被検面の一部についてスリット状の干渉縞
像を結像させる。併進台によって被検面を走査すると、
スリット状の干渉縞像が次々と結像されるが、これらの
像は、走査によって結像面内を移動し、センサから外れ
てしまう。そこで、結像光路内に反射光学系を設け、干
渉縞像がセンサから離れた位置に結像していれば、反射
光学系及び/又はセンサを移動して干渉縞像とセンサと
が一致するように追従させる。
The coherent light emitted from the light source is applied to the test surface and the reference surface to form a slit-shaped interference fringe image on a part of the test surface. When the surface to be inspected is scanned by the translation table,
Slit-shaped interference fringe images are formed one after another, but these images move within the image formation plane due to scanning, and come off the sensor. Therefore, if a reflection optical system is provided in the image forming optical path and the interference fringe image is formed at a position away from the sensor, the reflection optical system and / or the sensor is moved so that the interference fringe image and the sensor coincide with each other. To follow.

【0018】反射光学系をビームスプリッタにし、一方
の光路にエリアセンサを置き、他方の光路にラインセン
サを置く。前記の走査に伴い反射光学系を移動してライ
ンセンサ上に干渉縞が結像するように追従させる。
A beam splitter is used as the reflection optical system, an area sensor is placed in one optical path, and a line sensor is placed in the other optical path. Along with the above scanning, the reflection optical system is moved so that the interference fringes are imaged on the line sensor.

【0019】エリアセンサに結像した干渉縞像の位置か
ら、干渉縞像の移動量を知ることができるので、この移
動量によって反射光学系及び/又はラインセンサの追従
装置を自動的に制御することができる。
Since the movement amount of the interference fringe image can be known from the position of the interference fringe image formed on the area sensor, the follow-up device of the reflection optical system and / or the line sensor is automatically controlled by this movement amount. be able to.

【0020】結像レンズを変倍光学系にすると、干渉縞
像の大きさを変えることができる。干渉縞像が大きくな
ると、走査により、エリアセンサから干渉縞像がはみ出
る場合が起こる。その場合は、エリアセンサを動かして
常に干渉縞像がエリアセンサ上に結像するようにする。
こうすれば、多様な回転体の面形状や面精度の測定が可
能となる。
If the imaging lens is a variable power optical system, the size of the interference fringe image can be changed. When the interference fringe image becomes large, scanning may cause the interference fringe image to protrude from the area sensor. In that case, the area sensor is moved so that an interference fringe image is always formed on the area sensor.
This makes it possible to measure the surface shape and surface accuracy of various rotary bodies.

【0021】[0021]

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて以下に説明す
る。図1は、本発明における測定装置の構成の一実施例
を示すものであるが、その大部分は図10で説明した従
来例の装置と同じである。そこで、相違点を中心に以下
に構成の説明をする。なお、図示の干渉計と異なるタイ
プの干渉計を使用してもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the configuration of the measuring apparatus according to the present invention, but most of it is the same as the conventional apparatus described in FIG. Therefore, the configuration will be described below focusing on the difference. Note that an interferometer of a type different from the illustrated interferometer may be used.

【0022】本発明の装置は、結像レンズ9から射出さ
れた平行な光束内に、反射光学系としてのビームスプリ
ッタ15を設けている。ビームスプリッタ15として
は、ハーフミラーやハーフプリズム等を使用できる。こ
のビームスプリッタ15は結像レンズ9からの光束を2
つに分割し、その一方をエリアセンサ10に、他方をラ
インセンサ10′に射出し、それぞれのセンサ上に干渉
縞像を結像させる。エリアセンサやラインセンサには、
CCDやフォトダイオードアレイ等を使用することがで
きる。そして、エリアセンサ10に結像した干渉縞像の
強度信号から面精度情報を得、ラインセンサ10′の強
度信号から面形状の情報を得る。
The apparatus of the present invention is provided with a beam splitter 15 as a reflection optical system in the parallel light flux emitted from the imaging lens 9. As the beam splitter 15, a half mirror or a half prism can be used. The beam splitter 15 divides the luminous flux from the imaging lens 9 into two.
The image is divided into two parts, one of which is emitted to the area sensor 10 and the other of which is emitted to the line sensor 10 'to form an interference fringe image on each sensor. For area sensors and line sensors,
A CCD, a photodiode array or the like can be used. The surface accuracy information is obtained from the intensity signal of the interference fringe image formed on the area sensor 10, and the surface shape information is obtained from the intensity signal of the line sensor 10 '.

【0023】ビームスプリッタ15は、追従装置16上
に固定され、追従装置16は図示しないステッピングモ
ータ等によりy軸方向(又はz軸方向)に移動できるよ
うになっている。
The beam splitter 15 is fixed on a tracking device 16, and the tracking device 16 can be moved in the y-axis direction (or z-axis direction) by a stepping motor or the like not shown.

【0024】エリアセンサ10に結像した干渉縞像は、
併進台8の走査に伴い結像面内で移動するが、移動量算
出手段17によりその移動量を算出することができ、そ
の移動量に応じた信号が追従装置16に送られる。
The interference fringe image formed on the area sensor 10 is
Although it moves in the image plane as the translation table 8 scans, the movement amount calculating means 17 can calculate the movement amount, and a signal corresponding to the movement amount is sent to the tracking device 16.

【0025】図2(a) は、ビームスプリッタ15により
干渉縞像を追従する様子を説明する図である。入射光線
は、当初Iから入射し、実線で示すビームスプリッタ1
5でP1 とP2 とに分けられている。併進台8の走査に
よって、入射光線がI′に移動し、ビームスプリッタ1
5が実線の位置に止まっていると、今度はP1 ′と
2 ′とに分けられる。P2 からP2 ′への移動はエリ
アセンサ10内での移動でなので問題ないが、P1 から
1 ′への移動は、ラインセンサ10′を外れてしま
い、干渉縞の縞をカウントすることができなくなる。
FIG. 2A shows the beam splitter 15
It is a figure explaining a mode that an interference fringe image is followed. Incident ray
Is the beam splitter 1 that initially enters from I and is shown by the solid line.
P in 51And P2It is divided into For scanning the translation table 8
Therefore, the incident light beam moves to I ′ and the beam splitter 1
If 5 stays in the position of the solid line, this time P1'When
P 2’ P2To P2Move to ′
There is no problem because it is a movement within the sensor 10, but P1From
P1When moving to ', the line sensor 10' will be disengaged.
It becomes impossible to count the interference fringes.

【0026】そこで、図1に示す移動量算出装置17で
2 ,P2 ′間の距離dを測定し、これに応じて移動台
16即ちビームスプリッタ15を光軸と直交するy軸方
向にeだけ移動してP1 ′をP1 に重ねる。なお、図2
(b) に示すように、ビームスプリッタ15を光軸(z
軸)方向にe′だけ移動する構成としてもよい。
Therefore, the moving amount calculating device 17 shown in FIG. 1 measures the distance d between P 2 and P 2 ′, and accordingly, the moving table 16 or the beam splitter 15 is moved in the y-axis direction orthogonal to the optical axis. Move by e and overlap P 1 ′ with P 1 . Note that FIG.
As shown in (b), the beam splitter 15 is moved to the optical axis (z
It may be configured to move by e'in the (axis) direction.

【0027】図3は、本発明の第2実施例の構成を示す
図である。この実施例では、反射光学系としてのビーム
スプリッタ15を、光アイソレータ4から射出された光
束が集束する位置に配置している。また、追従装置18
は回転台で、その回動により干渉縞の移動に追従するよ
うにしている。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the beam splitter 15 as a reflection optical system is arranged at a position where the light beam emitted from the optical isolator 4 is focused. In addition, the tracking device 18
Is a turntable, and the rotation thereof follows the movement of the interference fringes.

【0028】図4により作用を説明する。入射光線は、
当初Iの方向から入射する。ビームスプリッタ15は当
初は実線で示す位置にあって入射光線をP1 とP2 とに
分ける。併進台8の走査によって、入射光線がI′の方
向からに移動すると、P1 ′とP2 ′とに分ける。そこ
で、エリアセンサ10により干渉縞像の移動距離dを求
める。ビームスプリッタ15からエリアセンサ10まで
の距離は一定であるから、このdの値からP1 ′をP1
に重ねるのに必要な角度θを算出し、回転台18を仮想
線に示す位置まで回転させる。
The operation will be described with reference to FIG. The incident ray is
Initially incident from the direction of I. The beam splitter 15 is initially located at the position shown by the solid line and splits the incident light beam into P 1 and P 2 . When the incident light beam is moved from the direction I'by scanning the translation table 8, it is divided into P 1 'and P 2 '. Therefore, the moving distance d of the interference fringe image is obtained by the area sensor 10. Since the distance from the beam splitter 15 to the area sensor 10 is constant, P 1 and P 1 'from the value of the d
Then, the angle θ required to overlap with each other is calculated, and the rotary table 18 is rotated to the position indicated by the imaginary line.

【0029】図5は、ビームスプリッタ15のハーフミ
ラーに中心の小円15a内を除いてマスキング15bを
したものである。この小円15a内に光束を集束させる
ことにより、迷光を排除でき、鮮明な干渉縞像を得るこ
とができる。
In FIG. 5, the half mirror of the beam splitter 15 is masked 15b except inside the small circle 15a at the center. By focusing the light flux within the small circle 15a, stray light can be eliminated and a clear interference fringe image can be obtained.

【0030】図6は、本発明の他の実施例を示す図であ
る。この図における結像レンズ9′には、可変焦点レン
ズ又はズームレンズ等の変倍レンズが使用されて干渉縞
像の大きさを自在に変化できる。結像レンズ9′から射
出された平行光束内に、反射光学系としてビームスプリ
ッタ15が置かれている。この実施例におけるビームス
プリッタ15は固定されている。
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. A variable magnification lens such as a variable focus lens or a zoom lens is used as the imaging lens 9'in this figure, and the size of the interference fringe image can be freely changed. A beam splitter 15 is placed as a reflection optical system in the parallel light flux emitted from the imaging lens 9 '. The beam splitter 15 in this embodiment is fixed.

【0031】ビームスプリッタ15は結像レンズ9′か
ら来た光束を、ラインセンサ10′に向かうのと、ミラ
ー19に向かうのとの二つに分ける。ミラー19で反射
された光束はセンサ10に達し、干渉縞像を結像する。
The beam splitter 15 splits the light beam coming from the imaging lens 9'into the line sensor 10 'and the mirror 19. The light flux reflected by the mirror 19 reaches the sensor 10 and forms an interference fringe image.

【0032】ラインセンサ10′は追従装置20上に固
定され、y軸方向に進退する。この移動は、併進台8と
同様に図示しないDCサーボモータやステッピングモー
タ等により行われる。エリアセンサ10は、移動装置2
1上にあって、移動装置21と共にy軸方向に進退し、
結像レンズ9からエリアセンサ10までの距離を変化さ
せる。
The line sensor 10 'is fixed on the tracking device 20 and moves back and forth in the y-axis direction. This movement is performed by a DC servo motor, a stepping motor, or the like (not shown) similar to the translation table 8. The area sensor 10 is a moving device 2
1 and moves back and forth in the y-axis direction together with the moving device 21,
The distance from the imaging lens 9 to the area sensor 10 is changed.

【0033】移動量算出装置17で、エリアセンサ10
上に結像した干渉縞像の位置から移動量を算出し、それ
に基づいて追従装置20を駆動する。符号22は、セン
サ制御装置で、結像レンズ9からズームの倍率に応じた
信号を受けて、移動装置21を駆動して干渉縞像をエリ
アセンサ10からはみ出さないように結像させる。
In the movement amount calculation device 17, the area sensor 10
The movement amount is calculated from the position of the interference fringe image formed above, and the tracking device 20 is driven based on the calculated movement amount. Reference numeral 22 denotes a sensor control device, which receives a signal corresponding to the zoom magnification from the imaging lens 9 and drives the moving device 21 to form an interference fringe image so as not to protrude from the area sensor 10.

【0034】図6の装置の作用を図7から図9を用いて
説明する。まず、併進台8が被検面の全体を走査したと
きにできる干渉縞像11の軌跡11′が、図7(a) ,
(b) に示すようにエリアセンサ10内に収まった仮想線
で表される場合、エリアセンサ10は動かさなくて良
い。
The operation of the apparatus shown in FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 7 to 9. First, the locus 11 'of the interference fringe image 11 formed when the translation table 8 scans the entire surface to be inspected is shown in FIG.
As shown in (b), the area sensor 10 does not have to be moved when the area sensor 10 is represented by a virtual line.

【0035】一方、ラインセンサ10′の方は、移動量
算出装置17で干渉縞像の移動量を算出し、それに応じ
て追従装置20で干渉縞像に追従する。この実施例で
は、反射光学系としてのビームスプリッタ15を動かさ
ずに、ラインセンサ10′の方を動かす点で、前述した
実施例と相違している。
On the other hand, in the line sensor 10 ', the movement amount calculation device 17 calculates the movement amount of the interference fringe image, and the tracking device 20 follows the interference fringe image accordingly. This embodiment is different from the above-described embodiments in that the line sensor 10 'is moved without moving the beam splitter 15 as the reflection optical system.

【0036】次に、干渉縞像の軌跡が、図8(a) ,(b)
に示すようにエリアセンサ10内に収まった仮想線で表
される場合であっても、中央の干渉縞像の長さd0 が短
い場合には、縞の間隔が小さくなり、明暗の区別がしに
くくなってしまう。
Next, the loci of the interference fringe images are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b).
Even if it is represented by an imaginary line that fits within the area sensor 10 as shown in FIG. 3, if the length d 0 of the interference fringe image at the center is short, the interval between the fringes becomes small and the distinction between bright and dark is made. It becomes difficult to do.

【0037】そこで、結像レンズ9′により図9(a) に
示すように、干渉縞像を大きくする。こうすることによ
って、干渉縞の明暗は明確になり、面形状や面精度の測
定が容易になる。
Therefore, the image forming lens 9'enlarges the interference fringe image as shown in FIG. 9 (a). By doing so, the contrast of the interference fringes becomes clear, and the surface shape and surface accuracy can be easily measured.

【0038】ところが、干渉縞像を大きくすると、被検
面を走査したとき、図9(b) に示すように干渉縞像がエ
リアセンサ10からはみ出てしまう。そのため、センサ
制御装置22は、結像レンズ9′から倍率に応じた信号
を受け、図9(b) に示すはみ出る長さに応じて移動装置
21を駆動してエリアセンサ10を矢印方向に進退させ
る。このようにすることにより、従来測定が困難な形状
を有する回転面の測定が可能になる。
However, if the interference fringe image is enlarged, when the surface to be inspected is scanned, the interference fringe image will protrude from the area sensor 10 as shown in FIG. 9B. Therefore, the sensor control device 22 receives a signal according to the magnification from the imaging lens 9 ', drives the moving device 21 according to the protruding length shown in FIG. 9 (b), and moves the area sensor 10 forward and backward in the arrow direction. Let By doing so, it becomes possible to measure a rotating surface having a shape that is conventionally difficult to measure.

【0039】なお、この実施例における変倍光学系9′
は、図1に示す実施例にも使用することができること
は、上記の説明から自明であろう。
The variable power optical system 9'in this embodiment is used.
It will be apparent from the above description that can also be used in the embodiment shown in FIG.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
回転面の測定において、回転面の走査によって干渉縞像
が移動するにもかかわらず、常に干渉縞像をラインセン
サ上に結像させることができる。反射光学系を動かす方
式にすれば、装置をコンパクトにすることができる。ま
た、結像レンズをズームレンズ又は可変焦点レンズに
し、かつエリアセンサを移動できる構成にすれば、多様
な回転面の測定をすることができる。
As described above, according to the present invention,
In the measurement of the rotating surface, the interference fringe image can be always formed on the line sensor, even though the interference fringe image moves due to the scanning of the rotating surface. The device can be made compact by adopting a method of moving the reflection optical system. Further, if the imaging lens is a zoom lens or a variable focus lens and the area sensor is movable, it is possible to measure various rotating surfaces.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus of the present invention.

【図2】反射光学系による追従原理を説明する図で、
(a) は反射光学系をy軸方向に移動する場合、(b) はz
軸方向に移動する場合を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating a tracking principle by a reflective optical system,
(a) is for moving the reflective optical system in the y-axis direction, (b) is for z
The case of moving in the axial direction is shown.

【図3】反射光学系を回動させて追従させる実施例の構
成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an embodiment in which a reflective optical system is rotated to follow.

【図4】図3の追従原理を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the following principle of FIG. 3;

【図5】反射光学系の反射面にマスキングをした状態を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a state in which the reflective surface of the reflective optical system is masked.

【図6】本発明の他の実施例の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention.

【図7】図6の作用を説明する図で、干渉縞像の大きさ
が丁度良い場合の例で、(a) はラインセンサと干渉縞の
軌跡との関係を示す図、(b) はエリアセンサと干渉縞の
軌跡との関係を示す図である。
7A and 7B are diagrams for explaining the operation of FIG. 6, where the size of an interference fringe image is just right, FIG. 7A is a diagram showing a relationship between a line sensor and a locus of interference fringes, and FIG. It is a figure which shows the relationship between an area sensor and the locus | trajectory of an interference fringe.

【図8】干渉縞像の大きさが小さすぎた場合の例で、
(a) はラインセンサと干渉縞の軌跡との関係を示す図、
(b) はエリアセンサと干渉縞の軌跡との関係を示す図で
ある。
FIG. 8 is an example when the size of an interference fringe image is too small,
(a) is a diagram showing the relationship between the line sensor and the locus of interference fringes,
(b) is a diagram showing a relationship between an area sensor and a locus of interference fringes.

【図9】干渉縞像の大きさを拡大した状態を示す例で、
(a) はラインセンサと干渉縞の軌跡との関係を示す図、
(b) はエリアセンサが移動して干渉縞像を結像させる状
態を示す図である。
FIG. 9 is an example showing a state in which the size of an interference fringe image is enlarged,
(a) is a diagram showing the relationship between the line sensor and the locus of interference fringes,
(b) is a diagram showing a state in which the area sensor moves to form an interference fringe image.

【図10】従来の回転面の測定装置の構成を示す図で、
(a) はy−z面図、(b) はx−z面図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional measuring device for a rotating surface,
(a) is a yz plane view, (b) is an xz plane view.

【図11】エリアセンサ上に干渉縞像が結像した状態を
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a state in which an interference fringe image is formed on the area sensor.

【図12】回転面を走査するに伴い干渉縞像が参照面に
対して移動する状態を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which an interference fringe image moves with respect to a reference surface as a rotating surface is scanned.

【図13】図12に示す走査に伴い、干渉縞像が結像面
内で移動する状態を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a state in which an interference fringe image moves in the image plane along with the scanning shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 6a 参照面 7a 被検面 9,9′ 結像レンズ 10 エリアセンサ 10′ ラインセンサ 11 干渉縞像 12 回転軸 15 反射光学系(ビームスプリッタ) 16,18,20 追従装置 17 移動量算出装置 21 移動装置 22 センサ制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light source 6a reference surface 7a test surface 9, 9'imaging lens 10 area sensor 10 'line sensor 11 interference fringe image 12 rotating shaft 15 reflection optical system (beam splitter) 16, 18, 20 tracking device 17 movement amount calculating device 21 moving device 22 sensor control device

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一光源からの可干渉光を参照面と回転
面からなる被検面とに照射し、これら両面から反射され
る参照波と被検波とを重畳してセンサ上に干渉縞の像を
結像させ、被検面を回転面の創成に使用した回転軸に沿
って走査して連続的に前記干渉縞像を形成する回転面の
測定方法において、 前記干渉縞を結像する光路内に反射光学系を設け、該反
射光学系及び/又は前記センサを動かして前記干渉縞像
を常にセンサ上に結像させることを特徴とする回転面の
測定方法。
1. Coherent light from the same light source is applied to a reference surface and a surface to be inspected consisting of a rotating surface, and the reference wave and the wave to be detected reflected from both surfaces are superimposed to form an interference fringe on the sensor. An optical path for forming the interference fringes in a method of measuring a rotating surface, which forms an image and scans the surface to be inspected along the rotation axis used to create the rotating surface to continuously form the interference fringe image. A method of measuring a rotating surface, characterized in that a reflection optical system is provided inside, and the reflection optical system and / or the sensor is moved to constantly form the interference fringe image on the sensor.
【請求項2】 前記反射光学系が前記干渉縞を形成する
光束を二つに分割し、一方の光束によりエリアセンサ上
に干渉縞像を結像させ、他方の光束によりラインセンサ
上に干渉縞像を結像させ、前記反射光学系及び/又はラ
インセンサを動かして干渉縞像を常に該ラインセンサ上
に結像させることを特徴とする請求項1記載の回転面の
測定方法。
2. The reflection optical system splits a light beam forming the interference fringe into two, one light beam forms an interference fringe image on an area sensor, and the other light beam forms an interference fringe on a line sensor. 2. The method for measuring a rotating surface according to claim 1, wherein an image is formed, and the reflection optics and / or the line sensor is moved so that an interference fringe image is always formed on the line sensor.
【請求項3】 前記反射光学系が前記干渉縞を形成する
平行な光束内に置かれ、該反射光学系が直線的に移動す
ることにより前記一方の干渉縞像を常にラインセンサ上
に結像させることを特徴とする請求項2記載の回転面の
測定方法。
3. The reflection optical system is placed in a parallel light flux forming the interference fringes, and the reflection optical system linearly moves so that the one interference fringe image is always formed on a line sensor. The method for measuring a rotating surface according to claim 2, wherein
【請求項4】 前記反射光学系が前記干渉縞を形成する
光束の集束点に置かれ、該反射光学系が回動することに
より前記一方の干渉縞像を常に前記ラインセンサ上に結
像させることを特徴とする請求項2記載の回転面の測定
方法。
4. The reflection optical system is placed at a focal point of a light flux forming the interference fringes, and the reflection optical system is rotated to constantly form the one interference fringe image on the line sensor. The method for measuring a surface of revolution according to claim 2, characterized in that.
【請求項5】 前記エリアセンサで干渉縞像の移動量を
測定し、該移動量に応じて前記反射光学系及び/又はラ
インセンサを動かすことにより、他方の干渉縞像を常に
ラインセンサ上に結像させることを特徴とする請求項2
記載の回転面の測定方法。
5. The area sensor measures the amount of movement of the interference fringe image, and the reflection optical system and / or the line sensor is moved in accordance with the amount of movement so that the other interference fringe image is always on the line sensor. 3. Forming an image.
The method of measuring the surface of revolution described.
【請求項6】 同一光源からの可干渉光を参照面と回転
面からなる被検面とに照射し、これら両面から反射され
る参照波と被検波とを重畳してセンサ上に被検面の一測
定断面についての干渉縞の像を結像させ、被検面を回転
面の創成に使用した回転軸に沿って移動して連続的に前
記干渉縞像を形成する回転面の測定方法において、 前記センサにエリアセンサを使用し、干渉縞像の長さを
所望の大きさに変倍して該エリアセンサ上に結像させ、
被検面を回転軸に沿って移動させたとき干渉縞像が移動
してエリアセンサからはみ出す分をエリアセンサを移動
して追従させることを特徴とする回転面の測定方法。
6. Coherent light from the same light source is applied to a reference surface and a surface to be inspected, which is a rotating surface, and the reference wave and the wave to be detected reflected from both surfaces are superimposed on the surface to be inspected on the sensor. In the measuring method of the rotating surface for forming an image of the interference fringes on one measurement cross section, and moving the surface to be tested along the rotation axis used to create the rotating surface to continuously form the interference fringe image. An area sensor is used as the sensor, and the length of the interference fringe image is scaled to a desired size to form an image on the area sensor,
A method for measuring a rotating surface, characterized in that when the surface to be inspected is moved along the rotation axis, the interference fringe image moves and the portion that extends beyond the area sensor is moved to follow the area sensor.
【請求項7】 同一光源からの可干渉光を被検面と基準
になる参照面とに照射し、これら両面から反射される参
照波と被検波とを重畳して干渉縞像を作る装置と、 干渉縞像の結像位置に設けられたセンサと、 被検面をその創成に使用した回転軸に沿って走査する併
進台と、 前記干渉縞を結像する光路内に設けられた反射光学系
と、 併進台の前記走査に伴う干渉縞像の移動に追従して、干
渉縞像が常にセンサ上に結像するように、該反射光学系
及び/又は前記センサを駆動する追従装置とからなるこ
とを特徴とする回転面の測定装置。
7. An apparatus for irradiating a coherent light beam from the same light source on a test surface and a reference surface as a reference, and superimposing a reference wave and a test wave reflected from both surfaces to form an interference fringe image. , A sensor provided at the image forming position of the interference fringe image, a translation stage for scanning the surface to be inspected along the rotation axis used for its creation, and a reflection optics provided in the optical path for forming the interference fringe image. A system and a tracking device that drives the reflection optical system and / or the sensor so that the interference fringe image is always formed on the sensor by following the movement of the interference fringe image accompanying the scanning of the translation table. A measuring device for a rotating surface, characterized by:
【請求項8】 前記反射光学系が前記干渉縞を形成する
光束を二つに分割するビームスプリッタであり、前記セ
ンサが一方の光路の結像面に配置されたラインセンサと
他方の光路の結像面に配置されたエリアセンサとからな
り、一方の干渉縞像を常に前記ラインセンサ上に結像さ
せるように前記反射光学系及び/又はラインセンサを駆
動する追従装置を設けたことを特徴とする請求項7記載
の回転面の測定装置。
8. The reflection optical system is a beam splitter that divides a light beam forming the interference fringe into two beams, and the sensor connects a line sensor arranged on an image plane of one optical path and the other optical path. An area sensor disposed on the image plane, and a follow-up device for driving the reflection optical system and / or the line sensor so that one interference fringe image is always formed on the line sensor. The device for measuring a rotating surface according to claim 7.
【請求項9】 前記エリアセンサに結像した干渉縞像の
位置から干渉縞像の移動量を算出する装置を設け、前記
追従装置が該移動量算出装置から出力される干渉縞像の
移動量の信号に応じて駆動されることを特徴とする請求
項8記載の回転面の測定装置。
9. An apparatus for calculating the movement amount of the interference fringe image from the position of the interference fringe image formed on the area sensor, wherein the tracking device outputs the movement amount of the interference fringe image output from the movement amount calculation apparatus. The rotating surface measuring device according to claim 8, wherein the rotating surface measuring device is driven in response to the signal.
【請求項10】 同一光源からの可干渉光を被検面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面から反射される
参照波と被検波とを重畳して干渉させる装置と、 重畳された参照波と被検波とから干渉縞像を結像させる
変倍光学系と、 干渉縞像の結像位置に設けられたセンサと、 被検面をその創成に使用した回転軸に沿って走査する併
進台と、 前記変倍光学系からの変倍信号を受けて前記センサを移
動し、併進台の前記走査に伴う干渉縞像の移動にかかわ
らず、干渉縞像を常にセンサ上に結像させるセンサ移動
装置を設けたことを特徴とする回転面の測定装置。
10. A device for irradiating a coherent light beam from the same light source on a test surface and a reference surface as a reference, and superimposing and interfering a reference wave and a test wave reflected from these both surfaces with each other. A variable-magnification optical system that forms an interference fringe image from the reference wave and the test wave, a sensor that is provided at the position where the interference fringe image is formed, and the surface to be inspected is scanned along the rotation axis used to create it. The translation stage and the sensor are moved in response to the scaling signal from the scaling optical system, and the interference fringe image is always formed on the sensor regardless of the movement of the interference fringe image accompanying the scanning of the translation stage. A measuring device for a rotating surface, characterized by being provided with a sensor moving device for moving the sensor.
【請求項11】 前記センサがエリアセンサであり、前
記変倍光学系の変倍信号からエリアセンサの移動量を算
出するセンサ制御装置を設け、該センサ制御装置により
前記センサ移動装置を駆動することを特徴とする請求項
10記載の回転面の測定装置。
11. The sensor is an area sensor, and a sensor control device for calculating a movement amount of the area sensor from a magnification signal of the magnification changing optical system is provided, and the sensor movement device is driven by the sensor control device. The measuring device for the rotating surface according to claim 10.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003527564A (en) * 1999-05-05 2003-09-16 ザイゴ コーポレーション Interferometer system with dynamic beam steering assembly for measuring angles and distances
KR100637639B1 (en) * 1998-08-20 2006-10-23 가부시키가이샤 니콘 A laser interferometer, a position measuring apparatus and measuring method, an exposure apparatus, and a method of manufacturing thereof

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