JPS58123406A - 物体表面測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測定技術に係わり、％に測定対象物表面の幾何
学的パラメータを測定する方法と装置に関するものであ
る。これは、測定対象物の形状や変形の測定、たとえば
ヘリコプタロータのブレードの変形や経路の測定に有用
である。

更に、本発明は、機械の組立て、種々の計測、特に非接
触式測定のような２つの既知の量を用いて物体表面の第
三の座標の精密な測定に広く応用できる。

今日関心がもたれている４１に困麹な問題は、例えば飛
行物体、船舶、機械構造、水面の各種部材の表面のよう
な測定対象物表面の幾何学的パラメータの非接触式測定
であり、更にそのような表面の運動や変形の測定である
。公知技術には、ホログラフ、モアレ、光学干渉の原理
にもとづき、或いは上述の問題に関連ある具体的要求を
満たすように設計された、非常に多くの非接触式光学的
な方法と装萱がある。

技術的に対称な表面の幾何学的パラメータを測定する方
法も開示されている。

上述の方法は測定の対象とする表面に干渉偉を作り、こ
の上に相互に角度をなす２本の干渉光（コヒーレント光
）を投射し、この干渉儂を記録し、同−干渉儂を成る時
間経過後又は他の物体表面上に作り、前記他の物体上の
干渉縞を前に記録した干渉縞と比較して、測定対象表面
の形状の変化、又は２個の比較対象物の表面状態の差を
測定するという構成である。

しかしながら、このモアレ法（ＭＯＩＲＥ　ＭＥＴＨＯ
Ｄ）は異なる時点の対象物表面の状態の差、或いは２個
の対象物の表面状態の差しか測定できず、対象物の変形
の測定、又は対象物と基準との比較に使用される。この
方法の欠点は対象中表面の実際の、或いは真の形状や姿
勢を測定できないことである。

更に、モアレ法は、変形の測定、又は基準との比較に使
用されるときは、モアレ干渉縞が測定対象表面の干渉偉
の周期（ＰＥＲＩＯＤＩの数倍まで拡がるという、この
方法固有の条件に基因して、幾何学的パラメータの比較
的小さい変化によって干渉縞の周期の半分に等しい大き
な誤差を生ずる。

また、公知技術には対象物の幾何学的パラメータを測定
する方法もある。そのような方法では、測定対象物表面
に干渉偉が作られ、引続いてこの干渉縞が記録され、他
方、要求された幾何学的パラメータは、記録された像（
干渉儂）の縞（干渉縞）の数と形を充分考慮して決定さ
れる。

この表面に、零でない発生角度で投射された干渉光の、
交差する２本の光線を用いればこの表面に干渉縞が形成
され、この縞は、測定対象表面と干渉極値の空間的表面
とが交差する線を表わす。

それ故、干渉縞は干渉極値表面によって定められる地形
図等高線のような輪郭となる。光線ａの′１１ 間の角度が既知ならば、干□渉極値の周期はの式で求め
られる。こ＼にλは光の波長である。

他の（基準）点に関する表面の２つの座標で定まる各点
における干渉縞の変化数Δｎと、干渉極値Ｓの周期と、
表面マ上の縞が発生する角度は、第３の座標Δ２の表面
の与えられた点の相対的変化を求めれば決定できる。

ΔＺ＝Ｓ　（１／　ｅｏｓ　ｖ　）ΔＨ＝Ａ−Δｎ（２
）干渉縞の数の変化を５１１定すれば変化する干渉縞の
間隔の整数部分と端数部分を求めることが出来る。それ
故、上述の方法の測定精度はモアレ法よりも高い。

更に、表面の、測定された変動範囲についてはＦｌ等の
制限がなく、このことは、明らかにモアレ法よりすぐれ
ている。

しかしながら、この２つの先行技術の方法は測定対象表
面の形状の、本来の表面又は基準表面からの相対的な変
動しか測定出来ず、表面の真の形状、姿勢、運動を測定
することができないというｖＫ、入な欠点を有する。

公知の方法は、測定対象表面に、２本の平行化された光
線を作って投射させる必要があり、この光線は交差する
区域全域でＳと輩の値を一定にしなければならないとい
う、もう一つの欠点がある。

それ故、平行化された光線の断面は、測定対象表面の寸
法を規制する。このために、例えば、飛行物体の外皮の
ような非常に大きい対象物の測定が不可能である。

測定対象表面は、発散する２本の干渉光で照射されると
きは、光線が交差する区域内の異なる点で、パラメータ
Ｓ及び嘗の値が異なる。この場合、表面形状の相対的変
化を測定する上での問題は、表面上の少くとも１点の移
動に関する既得の情報を利用できなければ、適轟に解決
しないことである。

上記の方法の、もう一つの欠点は、記録された干渉儂の
縞の数が、目視か写真判読によって数えられ、暗さの密
度の極大と極小が数えられることである。

前者の場合には顕著な本質的誤差があり、後者の場合に
は計数誤差が生じ、前記計数誤差は偽の極大偉又は極小
儂の暗さの密度に基因し、この偽の暗さの密度は、測定
対象表面の反射の不均一性、小さい部材の存在、不規則
性、欠陥、干渉儂記録用感光材料の多孔性、表面粒度、
その他の記録上、干渉像を損なう原因になり得る要素に
基因する。

それ故に、上述の方法の明らかな欠陥は測定の精度及び
信頼性の不適当さである。

測定対象表面の幾何学的パラメータ測定用の公知の装置
は、干渉光の２本の光線を作り、これを測定対象表面に
投射する光学系、前記表面上の干渉壕を記録する感光記
録器、及び干渉像の縞の座像と数を測定する機器を有す
る。大規模な対象物の表ｔｈを、照射するために、光学
系は干渉光の２本の発散光線を作る器材を包含する。し
かしながら、公知の装置は、この表面上の与えられた点
の座標を、この表面上の他の点の座標と比較したときの
相対的増分しか測定できゼい。それ故、この装置は測定
対象物表面の全体的な動きとその形状Ｑこ応答しない。

対象物の規模が大きい場合、公知の装置は、測定対象表
面上の少くとも１つの点の動きに関する付加的表情報が
他の情報源から得られても、相対的なりｌｊＪきしか測
定できない。この装置は、他の場合、測定対象表面の幾
何学的パラメータに関する精密なデータを得るためのみ
使用される。

上述の装置の、その他の欠点は、記録された干渉像の縞
の数を測定する機器の公知の構成が、適当な精度と信頼
性を保証できないことであり、これは、前記測定方法固
有の要素の存在、欠陥に対する固有の感度、及び２次的
要素である記録された儂や感光記録用材料に基因する。

更に、このような構成は、本質的に、記録された縞の解
析を自動化することができない。その原因は計数を誤り
易く、ノイズに弱い丸めである。

それ故に、目視による儂の解析は幾何学的パラメータに
関する正確な情報を得る九めに１複維で長１１′：： 期の、手間のかかる手順を伴なう。

本発明の目的は、測定対象表面の基本的なパラメータを
非接触的に測定する方法を提供することにちゃ、これは
２つの既知の座標に対する第３の座標の絶対値を、干渉
技術を用いて測定する可能性を保証し、（に、縞を用い
て座標を測定する装置を提供することである。

本発明の上述の目的及びその他の目的は、対象物の幾何
学的パラメータを、測定対象表面上に干渉像を作り、２
本の干渉光線を測定対象表面上に、相互に成る角度をな
すように投射し、前記干渉像を記録し、２つの座標で設
定された表面上の各点における前記記録された干渉像の
縞数を用いて第３の座標を測定する段階を設けて測定す
る方法を、本発明により、標示、干渉像の測定前記録、
基準零線を得るための１本の干渉縞、標示された零線に
一致する干渉極値表面の姿勢の測定、第３の座標軸にそ
った干渉極値全表面の周期の空間的分布、及び零線と測
定対象点の間の干渉像の縞数と一致する極値表面の周期
を積算して決定される二つの特定の座標を有する所要の
点の第３の座禅の増分を測定する補助的手段を用いるこ
とにより提供するにある。

このような方法は、記録された干渉像と干渉極値の周期
の分布を用いて、零極値表面に関する所要の第３の座標
の増分を測定することができる。

従って、零極値表面の姿勢も既知であれば、空間面の各
点の絶対位置を求めることができる。

また、本発明の方法は、第３の要求された軸２に沿った
干渉極値表面Ａの周期の測定された分布が、交差区域に
おけるパラメータＳとマの変化を表わすので規模の大き
い対象物を測定するのに適している。Ａが次式で表わさ
れるからである。

Ａ　＝＝　Ｓ　／　ｃｏｇ　ｖ 零線標示のためには、干渉極値の空間分布の形を類似す
ることによって特性化され、一定のファクタで周期が異
なり、互いに倍数でない２つの干渉像を作るのが便利で
ある。２つの干渉像は記録され、零線は２つの干渉像と
縞が一致する縞であることが好ましい。

零線のこのような標示は、交差区域全域で単一の干渉極
値表面を形成することを保証する。この表向は通常、光
線の対象面に含まれる。

更に、このような標示法は、如何なる干渉極値周期の干
渉像にも適する。

移動する対象物の幾何学的パラメータを決定するには、
対象表面の干渉像は、一連の短いパルスによって作られ
ると便利である。

この場合、干渉像は順次作られ、この干渉縞は測定対象
表面の、予め決められた瞬間の形状と位置の情報を運び
、それＫよって対象物表面上の如何なる点の経路も測定
されると共に、その変形の時間への従属性が測定される
。

本発明による対象物の幾何学的パラメータの測定法は、
干渉光の２本の光線を作って、この光線を相互に角度を
なすように測定対象表面に投射する光学系と、設定対象
表面上の干渉像を記録する感光記録器と、２つの座標を
定めるユニットと、干渉像の縞数を決定するユニットよ
り成り、この縞数決定ユニットは測定対象表面めｉ準零
線を作る標示器と、干渉極値表面の姿勢と極値表面間の
周ＨＡを測定する組立体を含み、この組立体は、支持具
に移動可能に装着された感光部材を持った支持具を有し
、この支持具は光線が交差する区域で光線に沿うととも
に光線をよぎる３軸上を移動できるとともにこの軸上の
座標を読めるように設置され、縞数決定ユニットは対象
表面上の第三の座標を決定するユニットを有し、この第
三の座標を測定するユニットは、２つの座標の設定を設
定する器材、記録された干渉像の上にある零線に関する
縞数決定ユニット及び干渉極値表面の姿勢と縞の間の周
期の測定する組立体に結合された蓄積装置を持ったプロ
セッサと一体化され石と共に、零線と、整数部分と端数
部分を含む所望の点間に配設された縞数によって決まる
周期を、測定対象点の測定され九座標に対応する断面区
域の周期の計算をしながら、加算可能に設計されるとと
もに、この周期を断面区域の零線極値表面の第３の座標
に対して加えることを保証するように設計され、こ［・
・ のようにすることにより測定対象表面上の与えられた点
の第三の座標の絶対値が得られる。

本発明を構成する方法において、高い測定精度と信頼性
は、記録された干渉像の縞数が、移動する干渉縞の付加
的干渉縞を用いて測定され、移動する縞が記録され九干
渉儂より小さい寸法で、記録された干渉像の縞の周期に
等しいかその倍数の干渉縞周期を有し、後続する段階で
プリセットされた座標の表面上の２点での付加的干渉像
による連続的掃引と、記録され丸干渉縞と交差した後の
付加的干渉像の光の電気信号への変換と、零線の中にあ
る記録され九干渉儂の点における信号の位相に関して得
られた信号の交番部分の位相の変化によって、縞の全体
部分と小部分を含む縞数の測定が行われることによって
得られる。

−回の上記操作で得られる光電信号の交番部分の位相は
、付加的干渉像の中心の掃引でクロスした記録された干
渉像の縞の数に等しく、位相変動の整数は掃引の際クロ
スする整数の縞の数に相当し、一方２π内の位相変動は
位相が計算される点と先付する縞の間の区間の位相と一
致する。

今日の位相角度計は、約０．１°の測定誤差を有し、こ
れは周期の約３ＸＩＯ”の部分と一致する。

それ故、本発明の方法を用いれば、記録された干渉像の
縞の部分をＡ／４０，０００ないしＡ／１０００或いは
それ以上の精度で測定することができる。

また、高い測定精度は、光電信号が狭帯域の無線周波数
信号であって、この信号が公知の無線工学的装置によっ
て擬似信号、雑音、ピックアップから分離され、その後
に適当に増巾されるという事実によるところが大きい。

位相測定には適宜の長さの周期を超える測定値を平均化
して、光学的、電気的信号の経路における振動と変動の
影響を排除し得る利点がある。

掃引座標と縞数の測定に１目視で計数したり手動でデー
タを記録するような部材を使用する必要がなく、これに
より関連測定誤差が除かれる。

このことは測定精度と信頼性を高めるのに有益である。

また、上記目的は、本発Ｆ！ＡＫもとづく方法を実施す
る装置において、干渉縞を測定するための装置が、その
中に記録された干渉像が位置付られる座標トランスミッ
タと電気駆動器材を持った２段式の座標測定板、連続波
干渉光の光源で移動する干渉縞の儂を作る光学系、適当
なトランスミッタと電気駆動器材を含んだ干渉縞調整用
組立体、移動する干渉縞の中心から放射される光の一部
をこれが記録された干渉像と相互に作用する以前に検知
する光電器材、記録される干渉像と相互作用する光を検
知する光電器材、ｒ−ｆフィルタを通って光電検知器の
出力と結合する入力を有する位相デジタル変換器、入力
が位相デジタル変換器の出力と、座標板トランスミッタ
と、干渉縞調整用トランスミッタにつながり、出力が座
標板と干渉像調整組立体の電気駆動器材につながる制御
マイクロプロセッサに合体することにより達成される。

高い計測精度と信頼性に加えて、こ＼に開示された装置
は、操作する者の介入（ｉｎｔ＠ｒｆｓｎｔｉｏｎ）な
しの完全な測定のくり返し、測定段階の充分な単純化、
迅速化、容易化の利益、及び測定対象物表向の幾何学的
パラメータの完全自動化の可能性を保証する。

以下、図によって本発明の好ましい実施態様を説明する
。

第１図にブロック線図で示した装置は、干渉光の２本の
光線を作り、この光線を互に成る角度をなすように測定
対象表面２に投射する光学系１１測定対象表面上に形成
される干渉像を記録する感光記録器材３、記録された干
渉像上の零線を分離する標示器４．２つの座標を定める
装置５、記録された干渉像の縞の数を測定するユニット
６、支持具８に移動可能に装着されて座標軸ｘ、ｙ、ｚ
に沿って座標を読む感光部材９を伴なった支持具８を有
し、プロセッサ１１と蓄積装置１２と周辺器材と一体化
されて測定対象表面上の点の第３の座標を測定するユニ
ットｌＯをも含んで、干渉光線が交差する区域内の干渉
極値表面の姿勢を測定する機器組立体７、表示器１３、
座標記入板１５、感光記録器３の出力と結合された装置
６、前記２つの座標をセットするユニット５、及び姿勢
測定用機器組：：１： 立体７よυ成り、このプロセッサの入力はユニット６と
機器組立体７の出力に結合される。

本発明を構成する装置は次のように作用する。

干渉像は、測定対象表面２に、光学系によって作られ、
干渉光の２本の光線はこの表面に投射される。２本の光
線は平行で、測定対象表面の寸法と測定される幾何学的
特性の範囲に応じて収束又は発散させられる。

感光記録器３は干渉像を記録するのに使用される。感光
記録器３としては、写真機、シネカメラ、又はテレビカ
メラを使用することができ、得られた１１！は、引続い
て、ビデオレコーダ、蓄積装置内の対応するデジタルコ
ードの適当な入口を有する感光部材の回路、及び測定対
象表面に直接設定された感光層に記録される。本発明に
もとづく方法は写真機かシネカメラを使用して都合よ〈
実施できる。

座標設定器（ユニット）５は記録された干渉像の表面上
の計測点の２つの座標を設定又は選定するために使用さ
れる。測定点の座標Ｘ、Ｙは、測定開始時と測定中、換
言すれば測定される移動に支配されないか支配される測
定対象物表面の被測定部分によく一致させた座標面ｏｘ
ｙ　（第２ｂ図）の中に設定される。測定点の２つの座
標の設定又は測定は何等かの公知の方法、例えば、測定
対象面上に座標格子ＸＹをプロット又は投射して、その
座標格子の交点で記録された干渉像の縞数をよく測定す
るか記録された干渉像の面の選定された点を測定して像
の寸法を考慮して座標を再計算するというような方法で
行なうことができる。

偉の縞数は、ユニット６を用いて、予め測定された縞、
例えば記録される前の縞の上に分離できるように標示器
４で標示された基準零線、との関連の下に測定される。

基準零線は、例えば零線（第１図）になるように選定さ
れた縞と一致する巾の狭い光線を用いる等の方法で標示
される。本発明による方法を実施するための装置の好ま
しい実施態様において、零線の分離が行なわれるが、こ
れは光学系１について述べた手順の基本的段階である。

干渉光の２本の光線が交差する区域で、干渉極値（極大
又は極小）の表面が交互に形成され、この表面は測定対
象物２の表面と交差して、それぞれ、明暗の干渉縞を形
成する。もし、交差する光線が平行、即ちコリメートさ
れていれば、前記表１ｔＩＦｉ、互いに平行で、交差す
る光線の対称面に対しても平行な等距離の面１６（第２
＆図）になる。同様な極値の交番する周期１６は、光の
波長λと、交差する光線と光線がなす角αによって定ま
り、前記周期は（１）式により求められる。零線が巾の
狭い光線で分離されるときは、この光線は零線に選ばれ
る縞ｔ８（第２ｂ図）に一致する干渉極値の完全な表面
１７と並ぶ。

干渉光の交差する光線が平行でないときは、干渉極値表
面は平面にならない。この面は実際には双曲面、或いは
錯綜した面（第３図）にさえなる。

干渉極値表面１６の位置付けと交番周期は、光線が交差
する区域の異なる部分では異なるものとなる。

本発明にもとづく対象表面の幾何学的パラメータ測定装
置は、標示された零線１８　（第２ｂ図）、以下これを
標示された零線表面又は零極値表面という、に一致する
干渉極値表面１７　（第３図）の姿勢を測定するために
使用される姿勢測定器（第１図）と、予め選定された座
”標面ＯＸＹに直角な篇３の座標ＤＺの軸に沿った全て
の極値の表面の周期の空間的分布とを含む。

干渉極値表面の姿勢と周期を測定するための機器組立体
７（第１図）は支持具８を有し、支持具８は感光部材９
を有し、感光部材９は支持具８に移動可能に装着されて
、光線が交差する区域の３つの座標ｘ、ｙ、ｚ上の座標
を読み取る。感光部材９は光電ダイオード、又はスリッ
トかポイントダイヤフラムを備えた光電倍増器で差支え
なく、写真フィルムは乾板を使うこともできる。写真フ
ィルム又は乾板を使用する場合には支持具８は座標軸Ｏ
Ｘに沿って予め決めである部分まで、引続いて移行され
、座標軸ＯＸは、基本的には、測定対象表面に投射され
る光線の対称面の軸と同一の方向に伸び、他方、前記座
標軸ＯＸＫ垂直に選定された各部分に装着された感光器
材９は、篇光されている間、他の２つの一一軸の零極値
を含む極値の全表面の位置を表示する。選定され先部分
のＸ座標に関する情報は、ユニットの蓄積装置１２に送
られる。Ｙ軸と２軸の情報はユニット６を用いて得られ
た儂から読み取られて蓄積装置１２に送られる。

干渉光の光線が平行な場合は、蓄積装置１２に貯見られ
た零線表面の位置と周期の分布に関する情報は、基本的
に、零線平面の空間的レベルのノくラメータと、零線平
面間の周期Ｓの値と、座標面Ｏｘｙと極値面の間の角度
Ｖ（第２ａ図）の値を特定する。Ａの値Ａ＝Ｓ／ｅｏｓ
ｖは、第３の座標ｏｚの軸に沿った極値の循環周期であ
る。

平行でない光線が交差した場合は、零ｌ／ｓ表面は次数
が筒＜、計算表によるのと同程度の精度の式Ｚ＝Ｆ（Ｘ
Ｙ）で表わされ、他方周期の分布Ａは座＠Ｘ、Ｙ、Ｚに
解析的に従属する式Ａ＝Ａ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）によって表わ
されるか、蓄積装置に蓄積された計算表Ａ１ｋ　＝　、
（ｉ　（ＸｊＹｋ）によって表わされ、と＼にｉ＝〔ｎ
〕＝０．±１．±２．・・・・・・は干渉極値の数、Ｘ
ｊ。

Ｙｋは座標格子の交差する点の座標である。

ユニット６は、零線の座標格子が交差する点を通る干渉
縞の縞数ｎを測定すると共に、得られたデータを蓄積装
＃、１２に送るために使用される。

第３の座標を測定するためのユニットｌＯは、極値表面
間の周期Δｉ　（ＸｊＹｋ）を集計し、極値表面は零線
とＸｊ、Ｙｋ座標を有する座標格子上の測定点の間にあ
る記録された干渉像の縞数に一致し、座標格子ＸｊＹｋ
は全体部分及び小部分 を含む。こ＼に［ｎ］は縞ｎの全体部分、ｇ　（ｎ）は
縞ｎの小部分で、縞ｎは測定点がその中に位置する縞で
ある。

座標ΔＺｊｋの得られ九増分は座標格子が交差する点で
零線表面の座標に加えられ、それにより、測定点の第３
の座標Ｚｊｋの絶対値は Ｚｊｋ　＝Δｚｊｋ　＋　ｐ（ｘｊｙｋｔ　　　　　　
　　（４）で求められる。

好ましい実施態様において、零線の縞は、本発明によれ
ば所与の表面上の２本の類似する干渉縞を作ることによ
シ標示され、前記干渉像は干渉極値表面の空間分布の類
似形状によって特性化され、一定のファクタにより異る
周期を有し、前記周期は相互に倍数でなく、次の段階で
２本の干渉縞の１帰と、零線に同じくこの２本の干渉縞
に一致した縞の選択が行なわれる。

２本の干渉縞は、２本の光線を前記表面に投射して得ら
れ、この２本の光線は対称ではあるが異なる交差角α１
．α２を有する共有面を有し、そのためにｓ　ｉ　ｎ　
’　ｔ／ｚとｓｉｎ”２／２の値は相互に倍数でなく、
異なる波長λ１．λ２も同様に相互に倍数ではない。前
者の場合に得られる縞は測定対象表面が所与の時間間隔
の始から終まで著しく変化せず、或いは相互に直交の偏
光を有する光線を対にし、同時に偏光器による儂の記録
を行なって著しい変化がなければ、ｆ象を連続して作る
ことにより分離される。後者の場合には、干渉縞は狭帯
域の光学フィルタに波長２０．λ２の光を通すことによ
り同時に記録される便利さがある□。・・ 第４図及びＭ５図は、２対の干渉光線を作る光学系（第
１図）の２つの態様を示し、前記光学系は零線の標示器
のように筒時に使用される。図示の光学系は、レーザー
９、コリメート系加、鏡又はプリズムスプリッタ、及び
レンズ系ｎを含む。第１の実施態様（第４図）では、レ
ーザー９は１つの波長λの光線を放射し、この光線はコ
リメータ加によって要求されたサイズまで拡大される。

スプリッタ２１は光線分割表開田と、不透明な反射面冴
と、偏光分動表面δ上の入射面に直角な偏光を有する光
を反射して、この表面５０入射面に平行な偏光を通過さ
せる偏光分割表面５とを含む。更に１スプリツタ２１の
前方には、上記の構成要素が等しくなるように光を偏光
させる部材あが装着される。

このような部材をλ／４板という。４本の光線は面ｎに
集束される。レンズ系ｎは面ｎを、測定対象物を含む面
２８まで反射させる。

第２の場合は、レーザー９は波長が互いに倍数である２
つの波長λ１λす有する光を放射する。

λ＝　０．４８８０μ、λ２＝６′、　５１４５μの波
長はイオンアルゴンレーザで作られる。

第６図は測定対象表面近傍の、光線が交差する区域を示
す。図において、実線と破線は、異なる干渉像を形成す
る干渉極値表面を示す。各々対をなす光線は相互に閤一
対称面に対して対称であるので、この２つの干渉像の極
値は前記の面で一致する。換言すれば、この対称面は零
線表面である。

干渉像の周期のファクタＫが、＠１の場合に８２　１１
２１　ａ　１／２ に＝−＝□ ８１　　ａｌｎ（１２／２Ｂ に等しく、第２の場合に Ｓ２　　λ２ に＝−＝− ８ｌ　　λｌ に等しくて、既知の量であるならば、記録された１家の
対をなす干渉縞の測定時点の縞数ｈ□、ｎ２は、零線極
値面が測定対象面と交差しない場合でも測定される。こ
の測定は、２つの干渉像の同じ２点の縞数の差Δｎ　１
ｓΔｎ２を測定することによって行なわれる。そこで、
次の１組の式が得られる。

それ故、未知の量ｎ　１　ｓ　ｎ　２が得られる。一般
的には、ｎ　１　＊　ｎ　２＋Δｎ　＞　＋Δｎ２は整
数ではなく、正数か負数である。

本発明を構成する方法は、移動する対象表面に、一連の
短いパルスを照射して干渉像を作ることにより、この移
動する対象表面の幾何学的パラメータを測定できる。こ
のパルスの持続時間は、予め決めである測定時間か、測
定対象物の予想位置かに同調する。この場合、干渉光は
パルス源又は制御可能のゲートを有する光源によって作
られる。

高い測定精度と信頼性を得る丸めに、記録された干渉像
の縞の数は、移動する干渉縞の付加的な干渉縞を用いて
測定され、この移動する干渉縞は記録された干渉縞より
寸法が小さく、記録された干渉像の縞の周期に等しいか
、その倍数であって、包含される手順は、２つの座標に
設定された２点における付加的干渉像の中心を連続的に
掃引することと、付加的干渉像の光を電気信号に変換す
ることである。そこで、縞数は、得られた信号の交番成
分の位相の逸脱によって、全体の部分と小部分を含んで
測定される。

測定する干渉縞の増分の縞数を求めるための好ましい手
順を第７ａ図及び第７ｂ図に示す。

初期の時点１＝０において、移動する干渉縞（極大の照
度と一致する）が、記録された干渉縞（第７ａ図に示す
ように、感光層の極小の暗さの密度と一致する）と一致
すると仮定する。この場合、記録された干渉像を通る光
量は極大であり、光′（検知器４４の出力に最大の光電
流が現れる。移動する干渉縞は速度■で移動するので、
光電流１の値は周波数ｆ＝Ｖ／Ｌをもって周期的に変化
する。

ここに、Ｌは移動する干渉縞（第７Ｃ図）の間の平均間
隔である。

光電流の変動周期は Ｔ　＝　１／ｌ　＝　Ｌ／Ｖ　　　　　　　　　　　（
５）に弄しい。

光電流Ｖｉｔｒｎ＝ｍ−Ｔの瞬間に極大である。

ここで、記録された干渉像が距離ΔＸ（第７ｂ図）を超
えて移動する場合を検討する。移動する干渉縞が記録さ
れた干渉像の縞と一致する瞬間は、Δｔ＝　ΔＶ′■ の値（第７ｄ図）によって変化することが明らかである
。

そこで、位相の変動は次のように変化する。

７９−２、／’ｒ　＝　２ｗΔＫＡ（６）−Δを 記録された干渉像が選択された段階（ｓｔｅｐ）を越え
て移動した後、即ち ΔＸ＝［ｎｌ・Ｌ＋Δｘ０ ここに、Δｘｏ＝ε（ｎ）、Ｌ＜Ｌ、そこでΔ９”　２
π［ｎｌ　＋　２ｗｔ　（ｎ）　　　　　　　　（７）
換首すれば、整数の位相変動周期は整数の掃引干渉縞を
表わし、他方、分数の位相変動周期は２よりも小さくて
、移動している間の分数の干渉像を表わす。　　　　　
　　　　；・１１ 本発明によれば、縞数（第８図のブロック線図参照）を
測定するためのユニット６（第１図）は、座標トランス
ミッタ蜀と電気駆動機器３１を備えた２段座標測定根固
と、この根固に表れる記録された干渉像３２と、移動す
る干渉縞の像を作る光学系を有し、前記光学系は、連続
波の干渉光−レーザ３；３、ダブルビーム干渉計あ、干
渉計あの１本の光線の光の周波数とレンズ蘭をシフトさ
せる装置、及び平坦な平行透明板間を備えた干渉像ご調
整器材、例えば相互に垂直で光線軸に直角な軸を有する
二軸ヒンジ干渉計の他方の光線のガラス板と、回転角ト
ランスミッタ加を有する前記ヒンジと、（気駆動機器４
０を含む。その上、縞数測定用器材は、光電検知器４１
．４４を有し、光電検知器４１は光線分割器４２とポイ
ントダイヤフラム４３によって、記録された干渉４ａ３
２と相互作用する前の移動する干渉縞の像の中心部から
分離された光を受は入れ、光電検知器４４ｆｉ記録され
た干渉像と相互作用した恢の光を受は入れる。

また、本装置ｔは、位相デジタル変換器４５を有し、こ
の位相デジタル変換器４５の入力はｒ−ｆフィルタ１６
と制御用マイクロプロセッサ４７を通して、光電検知器
４１　、４４に結合され、このマイクロプロセッサ４７
は、その入力が位相デジタル変換器４５と座標トランス
ミッタ（９）と、干渉像調整組立の回転角トランスミッ
タ３９とに接続され、他方、前記マイクロプロセッサの
出力は、座標板３１と干渉ａｖ４ｅ組立４０の電気駆動
機器に結合される。

第８図の干渉縞測定器材は次のように作用する。

レーザ関からの光線は、干渉計割によって２本の光線に
分割される。干渉計からの１本の光線は、光周波数シフ
タあを通り、この周波数はゼネレータ４８によって設定
される値Ωによって、ＩＱＩＯ（ｚから１０　ＭＨｚま
でのｒ−ｆ範囲で変化する。干渉計からの、他方の光線
は平坦な平行板μｓを通り、組立３７は光線の軸に対し
て予め設定された角度で配置され前記角度の値によって
定められる平行な変速機構に支配される。２本の周波数
の異なる平行な光線は干渉針から放射される。この２本
の光線は座標版画の記録された干渉縞の面に集められて
焦点を結ぶ。干渉縞が移動する干渉ｇＩは、上記光線の
交差によって形成される。

受光レンズ４９とダイヤフラムＩは、光電検知器４４が
干渉縞の平均周波数と一致する記録された像の基本的な
空間周波数のスペクトルの一部のみを受は入れるように
するために、干渉縞の中の、分赦し、阻止された光を１
別する。周波数Ωの電気信号は光電検知器４４の出力で
作られる。光線分割器４２と、ポイントダイヤフラムあ
は、移動する干渉縞より成る投射された干渉像の中心か
らの光の一部を分離して充電感知器４】まで通過させる
。また周波数Ωの電気信号は光電検知器４１の出力で作
られる。光電検知器４１　、４４から分割された備考の
間の位相差は、移動する干渉縞の付加的干渉像によって
形成される測定区域の中心にある記録された干渉像の縞
の位相に等しく、精度は一定値に等しい。一本の干渉縞
の中に含まれる記肴された干渉像の移動は、サイクル２
πにより、信号位相差ｔｆ化させる。位相デジタル変換
器４５は座標板が移動する間に、サイクルの整一部分と
位相変化の分数部分をデジタルコードに変換し、得られ
たデータはマイクロプロセッサに蓄積される。これらの
位相は、マイクロプロセッサによるか、又は同時に行な
われる座標測定によってセットされる掃引点で、予め定
められた瞬間に測定される。

記録された像の縞は、異なる周期と方向を有するので、
像と投射された干渉像の空間周波数は掃引中に配列が乱
れ、そのために位相変化の測定は乱されて失敗する結果
となる。

上述の条件は、移動する干渉縞の投射された干渉像の空
間周波数をイメージバンド周波数（ｉｍａｇｅｂａｎｄ
　ｆｒ＠ｑｕ＠ｎｃｙ　）Ｋ適合させることで予防し得
る。測定された座標Ｘ、Ｙと縞の数を用いて、マイクロ
プロセッサ４７は、イメージ空間周波数Δｎ／ΔＸとΔ
ｎ／Ａｙの成分を計算し、得られた結果を、干渉像調整
機構のトランスミッタ（ト）によって作られたデータと
比較する。一致しない場合は、前記プロセッサ株制＃信
号を、平坦な平行板３７の回転角を変える電気駆動機、
、器４０に加え、それにより、交差する光線とその伝播
面の位置との間の角度が変えられる。引続いて、移動す
る干渉縞の周波数と方向（ｏｒｉ・ｎｔａｔｉｏｎ）は
要求された程度に一致するまで変化する。

縞数を測定する装置は、周期的に変化する構造のて象な
らばどのようなものでも、例えば、干渉像、ホログラム
、ラスタ、回折格子、その他類似の像を解析できる長所
を有することに注意する必簀がある。

縞数測定装置に設けられたマイクロプロセッサ４７け独
立しても使用できる。その場合、その出力を上記主プロ
セツサ１１（第１図）の入力につなげば、与えられた座
標で記録された干渉像の縞の数Ｖこ関するデータをこの
主プロセツサ１１に送ることができる。しかしながら、
制御用マイクロプロセッサの機能は、主プロセツサによ
って発揮される。

その場合、位相デジタルコンバータと座標板のトランス
ミッタと干渉ｇＩＩＩ）４豊川機器組立体のトランスミ
ッタの出力はプロセッサの入力につながれ、他方、主プ
ロセツサの制御出力は座標板と干渉像調整用機器組立の
アクチュエータにつながれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にもとづく、測定対象物表面の幾何学的
パラメータを測定する方法を実施するだめの装置のブロ
ック図、第２ａ図は本発明にもとづく、測定対象表面を
お＼う干渉光の平行な光線が交差する区域を示すと共に
座標面ＯＸＺの零線極値を含む干渉極値の面の細部を示
す線図、第２ｂ図は本発明にもとづく、座標面ＯｘＹの
表面上の干渉縞の線図、第３図は本発明にもとづく、干
渉光の反射光が交差する区域７の干渉極値表面の線図、
第４図は本発明による、５．交差角の異なる２対の干渉
光を発生させる光テ系の態様の詳細線図、第５図は本発
明にもとづく、光学系の他の態様であって、２つの波長
の光を放射するものを示す図、第６図は本発明による、
２対の光線が交差する区域の細部とこの交差の結果物で
ある２系統の干渉極値表面の細部を示す線図、第７ａ図
は移動する干渉縞の像の光の強度と、この干渉像が記録
されるフォトメータの暗さの密度の分布の線図、第７ｂ
図は、第７ａ図と同一条件下での記録された干渉像がｘ
ｉる距離以上移動し九場合を示す線図、第７ｃ図は第７
ａ図に示す実施態様において、紀鍮された１の交差後の
光の強度の時間的変化を示す線図、第７ｄ図は第７ｂ図
に示す実施態様の、第７ｃ図におけると同じ条件下での
状態を示す線図、第８図は本発明による縞数の精密測定
のための装置ｉｔ＜第１図）のブロック図である。 １・・・標示器、６・・・干渉縞測定ユニット、７・・
・表面姿勢ｆ１４１１定用機器組立体、８・・・支持具
、９・・・感光部材、」０・・・座標測定ユニット、Ｉ
】・・・主プロセツサ、Ｉ２・・・蓄積装置、１８・・
・基準零線、四・・・座標板、加・・・座標、３１・・
・電気駆動機器、３２・・・干渉儂、４１　、４４・・
・光電検知器、４５・・・位相デジタル変換器、４６・
・・フィルタ、４７・・・制御用マイクロプロセッサ。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 第１頁の続き ０発　明　者　アナトリー・アントノウィッチ・オルロ
フ ソビエト連邦スコフスキーーモ スコフスコイ・オープラスチ・ ナーベレズナヤ・ライオルコツ スコボ２２カーベー８２ ０発　明　者　タチアナ・ゲンナデイエフナ・セミコワ ソビエト連邦ズコフスキー・モ スコフスコイ・オープラスチ・ ウーリツツア・マヤコフスコボ １７カーベー３７ ０発　明　者　セルゲイ・ドミトリエウイッチ・フオノ
フ ソビエト連邦モスコフスカヤ・ オーブラスト・、バラシヒンスキ ー・ライオン・ポショロク・ザ ルイア・カーベー１８０カーベー５ ■発　明　者　レオニード・マドウソウィッチ・モスカ
リク ソビエト連邦ズコフスキー・モ スコフスコイ・オープラスチ・ ウーリツツア・モロデズナヤ１３ 力一べ−１７７ ■出　願　人　ウラジミール・ピョートロウィツチ・ク
レシ ソビエト連邦ズコフスキー・モ スコフスコイ・オープラスチ・ ウーリツツア・ストロイチェル チャ６カーベー２９ ＠出　願　人　アポリナリー・コンスタンティノウイツ
チ・マルテイノフ ソビエト連邦モスクワ３フルン ゼンスガヤ・ウーリッツア３力 −べ−４０ ■出　願　人　アナトリー・アントノウィッチ・オルロ
フ ソビエト連邦ズコフスキー・モ スコフスコイ・オープラスチ・ ナーベレズナヤ・ライオルコツ スコボ２２カーベー８２ ■出　願　人　タチアナ・ゲンナデイエフナ・セミコワ ソビエト連邦ズコフスキー・モ スコフスコイ・オープラスチ・ ウーリツツア・マヤコフスコボ １７カーベー３７ ■出　願　人　セルゲイ・ドミトリエウイッチ・フオノ
フ ソビエト連邦モスコフスカヤ・ オーブラスト・バラシヒンスキ ー・ライオン・ポショロク・ザ ルイア・カーベー１８０カーベー５ ■出　願　人　レオニード・マドウソウィッチ・モスカ
リク ソビエト連邦ズコフスキー・モ スコフスコイ・オープラスチ・ ウーリツツア・モロデズナヤ１３ カーベー１７７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物体の測定対象とする表面に干渉光の２本の光線を
   、互いに成る角度をなすように、投射して干渉像を作り
   、前記干渉像を記帰し、配置された干渉像の縞数にもと
   づく２つの座標が設定する表面上の各点の第３の座標の
   増分を測定するような段階より成る測定法において、基
   準零線を得るための干渉縞の１本は、干渉像を記帰する
   に先立って標示され、標示された零線Ｋ　一致する干渉
   極値表面の姿勢が決定され、第３の座標の軸に沿りた全
   ての干渉極値の表面の周期の空間分布が測定され、２つ
   の予め定められた座標を有する望ましい点における前記
   零線の表面に関する第３の座標の増分は、零−と測定対
   象点の間に配置され、記帰された干渉像の各個の縞の極
   値表面の周期を加算することＫより決定されることを特
   徴とする物体表面測定方法。 ２、零線干渉縞は、干渉極値の空間分布の形状が類似し
   て、一定のファクタによって周期が変化する２個の干渉
   像を用いることＫより標示され、前記周期は相互に倍数
   でなく、後続する段階において前記２個の干渉像および
   零線である２個の干渉像に一致する干渉縞の選択が記帰
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の物
   体表面測定方法。 ３、移動する物体の幾何学的パラメータを測定するため
   の方法において、移動する物体のパラメータは物体の表
   面に一連の短いパルスを応用して干渉ｇＩを作ることに
   より測定されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の物体表面測定方法。 ４、記帰された干渉像の縞Ｏ数は、配置された干渉像の
   寸法より寸法が小さ゛く、周期が記帰された干渉像の周
   期に比較して等しいか倍数であるような移動する干渉縞
   の付加的な干渉像を使用して決定され、２つのプリセッ
   トされた座標で設定された点において、付加的干渉像を
   もって連続的に攪引され、記録された干渉像と相互作用
   した後に付加的干渉像の光が電気信号に変換され、零線
   に位置づけられ記録された干渉像の中の点における信号
   位相に関して得られた信号の交番成分の位相の変動によ
   って、干渉縞の整数部分と熾数部分を含む縞の数が決定
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１ＪＪＩ記載
   の物体表面測定方法。 ５、干渉光の２本の光線を作シ、これを相互に角ｔ’ｔ
   なすように測定対象表面に投射して、このｔＩ面に干渉
   縞を作る光学系と、前記表面上に作られた干渉縞を記録
   する感光記録器と、対象物表面の点の２つの座標を設定
   する丸めのユニットと、記録された干渉像の縞数を決定
   するためのユニットとを有する装置において、この装置
   は対象物の表面上の基準零ＩＩ（１８）を分離する標示
   器（４）と、干渉極値の表面（１６，１７）の姿勢及び
   周期を測定するために前記光線が交差する区域において
   前記光線に沿い、これを横切る三本の軸上を移動し得る
   ように装着された感光部材（９）を備えた前記支持具を
   有する組立体（７）と、２つの座標をセットするための
   ユニツ）（５）、記録された干渉像の零線（１８）に対
   して縞数を決定するためのユニット（５）及び干渉極値
   表面の姿勢並びに周期を決定する丸めのユニット（７）
   の各々につながれた蓄積装置（１２）を備えたプロセッ
   サ（１１）を有する表面上の点の第３座標を測定する丸
   めのユニツ）（１０）とより成り、このユニット（ｉｏ
   　）は、零線（１８）と所望の点の間にある縞の数によ
   って定まる前記周期を、整数部分と端数部分を含む測定
   対象点の２つの測定座標に一致する断面区域内の周期を
   充分く計算しながら加算できるとともに上記同一断面区
   域の零線極値表面（１７）の第３の座標に付加す・るこ
   とを保証するように設計され、それによｐ前記表面上の
   所与の点の第３の座標の絶対値を得ることを特徴とする
   物体表面測定装置。 ６座椰トランスミツタ（３０）および電気的駆動機器（
   ３１）を備えた２段座標板を含み、干渉像（３２）がそ
   の上に見出される縞数を決定するためのユニット（６）
   と、連続波干渉光の光源（３３）を有して、移動する干
   渉縞の儂を作る光学系と、トランスミッタ（３９）及び
   電気的駆動機器（４０）を有して、移動する干渉像を調
   整する組立体（３７）と、移動する干渉縞の儂の中央部
   から分離された光を、前記記録された干渉像と相互に作
   用する前に、受は入れる光電検知器（４目と、前記記録
   された干渉像に相互作用した後の光を受は入れる光電検
   知器（４４）と、光電検知器の出力をｒ−ｆフィルタ（
   ４６）を介して入力とする位相デジタル変換器（４５）
   と、その入力を位相デジタル変換器の出力、座標板のト
   ランスミッタ（３０）、及び干渉像を調整するための組
   立体のトランスミッタ（３９）につなげられる制御プロ
   セッサ（４７）とを有し、前記制御用プロセッサの出力
   が座標板の電気的駆動機器及び干渉像を調整するための
   組立体に連結されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の物体表面測定装置。