JPS60104206A - 光学測定装置 - Google Patents
光学測定装置Info
- Publication number
- JPS60104206A JPS60104206A JP21275683A JP21275683A JPS60104206A JP S60104206 A JPS60104206 A JP S60104206A JP 21275683 A JP21275683 A JP 21275683A JP 21275683 A JP21275683 A JP 21275683A JP S60104206 A JPS60104206 A JP S60104206A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measured
- optical
- objective lens
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
- G01B11/2416—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures of gears
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、はぼ回転対称な形状を持つ自由曲面、又は非
球面のレンズやミラーの表面形状を、高精度に、光学的
に非接触で測定する３次元測定器に関するもので、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被測定物体面の移動によって生ずる
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。
球面のレンズやミラーの表面形状を、高精度に、光学的
に非接触で測定する３次元測定器に関するもので、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被測定物体面の移動によって生ずる
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（＋ｑの構成とその問題点
光ヘテロダイン法を利用したレーザ測長器としては、ヒ
ユーレットバラカード社の製品がある（例えば、ＨＰ５
５２６Ａ）。これは、現在、簡便かつ、最も精度の高い
測長器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次元測定器や、精密旋盤として使用でき
ることが知られている。
ユーレットバラカード社の製品がある（例えば、ＨＰ５
５２６Ａ）。これは、現在、簡便かつ、最も精度の高い
測長器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次元測定器や、精密旋盤として使用でき
ることが知られている。
ところで、従来装置では、移動台にコーナーキー−ブや
ミラーを取付け、移動台の動きのみをレーザ測長器で測
定したに溜まり、３次元測定器の場合は、何らかの測定
プローグによって被測定物の面形状に沿って、移動台を
移動させる。ところが、測定プローグは接触型と非接触
型があるが、いずれも測定精度が、レーザ測長器の精度
に比べ一桁程度落ちる。
ミラーを取付け、移動台の動きのみをレーザ測長器で測
定したに溜まり、３次元測定器の場合は、何らかの測定
プローグによって被測定物の面形状に沿って、移動台を
移動させる。ところが、測定プローグは接触型と非接触
型があるが、いずれも測定精度が、レーザ測長器の精度
に比べ一桁程度落ちる。
〒方、上記の欠点を解消する為、被測定物体面の形状を
、レーザ測長法で直接測定することを可能とした装置と
して、特願昭５７−１８９７６１号や、特願昭５８−６
２４４４号に記載の装置がある。しかしこれらの装置で
は、最大、３００程度の傾きを持つ面までしか測定でき
ない。
、レーザ測長法で直接測定することを可能とした装置と
して、特願昭５７−１８９７６１号や、特願昭５８−６
２４４４号に記載の装置がある。しかしこれらの装置で
は、最大、３００程度の傾きを持つ面までしか測定でき
ない。
又、非球面レンズ面のような回転対称な面を、従来法に
よって、ｘ−ｙ−ｚ座標を測定した場合、測定データを
円筒座標系に変換する必要がある。
よって、ｘ−ｙ−ｚ座標を測定した場合、測定データを
円筒座標系に変換する必要がある。
発明の目的
本発明は、上記の従来法の欠点を解消するもので、被測
定物体面の形状を、レーザ測長法で直接測定することに
よって高精度測定を可能とすると共に、非球面レンズ面
等の、はぼ回転対称な被測定物を、傾いた軸を中心に回
転させることにより、従来法の２倍、即ち、最大±６０
０の傾きを持つ面の測定まで可能とし、さらに、直接円
筒座標系による測定データを出すことができる光学測定
装置を得ることを目的とする。
定物体面の形状を、レーザ測長法で直接測定することに
よって高精度測定を可能とすると共に、非球面レンズ面
等の、はぼ回転対称な被測定物を、傾いた軸を中心に回
転させることにより、従来法の２倍、即ち、最大±６０
０の傾きを持つ面の測定まで可能とし、さらに、直接円
筒座標系による測定データを出すことができる光学測定
装置を得ることを目的とする。
発明の構成
上記目的を達する為、本発明の光学測定装置は、測定光
（周波数ｆ１）と、参照光（周波数ｆ２）の２つの周波
数が安定化された放射光を発生ずる放射光源と、この放
射光源からの放射光を一定のスポ、ソトサイズと広がり
角を持つ放射光に変換する光学系と、この放射光を測定
光ｆ１と参照９０゜に光路を分離する光分離手段と、測
定光を被測定物体面上に集光する対物レンズと、測定光
の光軸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸からの距離をＲとした
円筒座標系Ｒ−θ−Ｚにおいて、被測定物をＲ方向（半
径方向）の移動と、θ方向（回転角）の回転を可能とし
た移動手段と、被測定物体面からの反射光の一部を受光
して、焦点が被測定物体面からずれた場合の焦点誤差信
号を検出する第二の光検出器群、及び、焦点誤差信号を
発生する」−うに、反射光の光路内に設置された光学系
と、この焦点誤差信号に応じて対物レンズと被測定物体
面との距離が一定となるよう対物レンズを移動さぜる移
動台を有し、被測定物体面から反射した測定光と、参照
光とを干渉させ、これらのビート周波数の変動から被測
定物体面の形状を高精度に測定できる構成としたもので
ある。
（周波数ｆ１）と、参照光（周波数ｆ２）の２つの周波
数が安定化された放射光を発生ずる放射光源と、この放
射光源からの放射光を一定のスポ、ソトサイズと広がり
角を持つ放射光に変換する光学系と、この放射光を測定
光ｆ１と参照９０゜に光路を分離する光分離手段と、測
定光を被測定物体面上に集光する対物レンズと、測定光
の光軸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸からの距離をＲとした
円筒座標系Ｒ−θ−Ｚにおいて、被測定物をＲ方向（半
径方向）の移動と、θ方向（回転角）の回転を可能とし
た移動手段と、被測定物体面からの反射光の一部を受光
して、焦点が被測定物体面からずれた場合の焦点誤差信
号を検出する第二の光検出器群、及び、焦点誤差信号を
発生する」−うに、反射光の光路内に設置された光学系
と、この焦点誤差信号に応じて対物レンズと被測定物体
面との距離が一定となるよう対物レンズを移動さぜる移
動台を有し、被測定物体面から反射した測定光と、参照
光とを干渉させ、これらのビート周波数の変動から被測
定物体面の形状を高精度に測定できる構成としたもので
ある。
実施例の説明
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明す
る。発振周波数ｆ１．ｆ２のゼーマンレーザ１から出た
光は、λ／４板２で、２つの偏光方向、つ寸り、電場が
紙面に垂直な方向に偏波したｆ２の光と、紙面に平行な
方向に偏波したｆｌの光に分けられる。そして、ビーム
スプリッタ３で一部の光が分離され、ビート周波数（ｆ
ｌ−ｆ２）が光検出器４により検出される。ビームスプ
リッタ３を通過した光のうちｆ２の光は偏光プリズム５
によって上方に反射し、固定ミラー７で反射して光検出
器８上に達する。一方、ｆｌの光は被測定物９の表面で
反射するが、被測定物９が移動すると、る。反射光は一
部が偏光プリズム１０によって分けられ、位置サーボと
フォーカスサーボの誤差信号を発生させる為、光検出器
１１．１２に達する。
る。発振周波数ｆ１．ｆ２のゼーマンレーザ１から出た
光は、λ／４板２で、２つの偏光方向、つ寸り、電場が
紙面に垂直な方向に偏波したｆ２の光と、紙面に平行な
方向に偏波したｆｌの光に分けられる。そして、ビーム
スプリッタ３で一部の光が分離され、ビート周波数（ｆ
ｌ−ｆ２）が光検出器４により検出される。ビームスプ
リッタ３を通過した光のうちｆ２の光は偏光プリズム５
によって上方に反射し、固定ミラー７で反射して光検出
器８上に達する。一方、ｆｌの光は被測定物９の表面で
反射するが、被測定物９が移動すると、る。反射光は一
部が偏光プリズム１０によって分けられ、位置サーボと
フォーカスサーボの誤差信号を発生させる為、光検出器
１１．１２に達する。
前記偏光プリズム１０はＰ偏波が全透過し、Ｓ偏波が−
１部反射し、残シが透過する性質を持つ。偏光プリズム
１０を透過した反射光は、偏光プリズム５で全反射し、
光検出器８上に達する。光検出器８上でＦ２とｆ１＋Δ
ｆとのビート周波数ｆ１−１−Δｆ−ｆ２が得られ、光
検出器４上で得られたビート周波数ｆ１−１２との差か
らΔｆが寸り、こノ１゜を積分して変位２がまる。こう
してめた２の測定精度は、０．１〜０．ｏ１μｍ程度で
ある。位置サーボ及びフォーカスサーボについては、特
願昭５７−１８９７６１号に記載されているが、阿掲す
ると以下のとおりとなる。位置サーボについては、第二
図において、被照射面９がσ傾くと、反射光は２σ傾き
、対物レンズ１３透過後の反射光の中心位置はＦ２５ｉ
ｎ ２ａだけ変化する。なおＦ２は対物レンズ１３の焦
点距離である。ところが、対物レンズ１３か、あるいは
入射光の中心をＦ２５ｉｎσだけ平行移動させれば、反
射光は入射光と同一の光路を戻る。すなわち第２図のよ
うに、反射光の位置ずれがあれば、例えば反射光の一部
を、二分割されている光検出器１１で受け、位置ずれに
応じて発生する誤差信号によって、対物レンズ１３を光
軸に対して垂直な方向に動かし、第３図のように、反射
光位置が一定になるようサーボをかける。
１部反射し、残シが透過する性質を持つ。偏光プリズム
１０を透過した反射光は、偏光プリズム５で全反射し、
光検出器８上に達する。光検出器８上でＦ２とｆ１＋Δ
ｆとのビート周波数ｆ１−１−Δｆ−ｆ２が得られ、光
検出器４上で得られたビート周波数ｆ１−１２との差か
らΔｆが寸り、こノ１゜を積分して変位２がまる。こう
してめた２の測定精度は、０．１〜０．ｏ１μｍ程度で
ある。位置サーボ及びフォーカスサーボについては、特
願昭５７−１８９７６１号に記載されているが、阿掲す
ると以下のとおりとなる。位置サーボについては、第二
図において、被照射面９がσ傾くと、反射光は２σ傾き
、対物レンズ１３透過後の反射光の中心位置はＦ２５ｉ
ｎ ２ａだけ変化する。なおＦ２は対物レンズ１３の焦
点距離である。ところが、対物レンズ１３か、あるいは
入射光の中心をＦ２５ｉｎσだけ平行移動させれば、反
射光は入射光と同一の光路を戻る。すなわち第２図のよ
うに、反射光の位置ずれがあれば、例えば反射光の一部
を、二分割されている光検出器１１で受け、位置ずれに
応じて発生する誤差信号によって、対物レンズ１３を光
軸に対して垂直な方向に動かし、第３図のように、反射
光位置が一定になるようサーボをかける。
被照射面９が焦点位置からずれだ場合、反射光の光路は
一定でなくなるので良くない。そとで例えば、反射光を
レンズ１６と円柱レンズ１７とで絞り込み、生じた非点
収差から誤差信号を取り出し、対物レンズ１３、或いは
、被測定物体を光軸方向に動かし、フォーカスサーボを
かける。
一定でなくなるので良くない。そとで例えば、反射光を
レンズ１６と円柱レンズ１７とで絞り込み、生じた非点
収差から誤差信号を取り出し、対物レンズ１３、或いは
、被測定物体を光軸方向に動かし、フォーカスサーボを
かける。
本発明における光学測定装置は、回転対称な、非球面レ
ンズ面の測定等に好適なもので、回転対称な被測定物９
は、回転方向（θ）とＸ方向（ｒ）の二方向に動かされ
、Ｚ方向の厚さ変化が、測定される。
ンズ面の測定等に好適なもので、回転対称な被測定物９
は、回転方向（θ）とＸ方向（ｒ）の二方向に動かされ
、Ｚ方向の厚さ変化が、測定される。
前述のように、被測定面９の傾きに応じて、対物レンズ
１３をＸ方向に移動させた時、集光点の位置は、対物レ
ンズの移動量（ｘｌ）だけ移動する。
１３をＸ方向に移動させた時、集光点の位置は、対物レ
ンズの移動量（ｘｌ）だけ移動する。
これは、入射光が平行光であれば厳密に成り立つ。
従って、測定点の位置は、被測定物の移動量ｘ１から、
対物レンズの移動量ｘ２を引いた、ｘｌ−ｘ２となる。
対物レンズの移動量ｘ２を引いた、ｘｌ−ｘ２となる。
回転対称な被測定面９の中心をゼｌ′Ｊ占おくと、ｘｌ
−ｘ２は、円筒座標系での半径ｒとなる１゜ｘｌ−ｘ２
は、対物レンズ及び被測定物の取利は部に取り付けられ
たミラーを利用して、Ｚ方向と同様、レーザ測長法で高
精度で測定できる。回転角度θについては、回転部２３
に取り（＝Ｊけられたロータリーエンコーダによって測
定できる。
−ｘ２は、円筒座標系での半径ｒとなる１゜ｘｌ−ｘ２
は、対物レンズ及び被測定物の取利は部に取り付けられ
たミラーを利用して、Ｚ方向と同様、レーザ測長法で高
精度で測定できる。回転角度θについては、回転部２３
に取り（＝Ｊけられたロータリーエンコーダによって測
定できる。
＆お、１５ｕビームスプリツタ、１４，１８はλ／４板
、１７は円柱レンズ、２１は測定値表示部、２０は被測
定物測定位置表示部、２２ ｉ＋：Ｊ： ’；ｒＪ物レ
ンズ駆動装置、１９は被測定物駆動装置である。
、１７は円柱レンズ、２１は測定値表示部、２０は被測
定物測定位置表示部、２２ ｉ＋：Ｊ： ’；ｒＪ物レ
ンズ駆動装置、１９は被測定物駆動装置である。
対物レンズ１３の開口角より、被測定面の傾き角σが大
きい場合は、原理的に測定できない。作動距離との関係
で、対物レンズのＮＡ（開１」数）を０．６より大きく
するのはむずかしいので、Ｉｊｉ４ Ｉ−１角は、３６
°より大きくとりにくい。（開口角は、５ｉｎ−１ＮＡ
で表わされるが、Ｎ Ａ ＝ ０．６の時、３６０とな
る。）従って、上述の方法でも、被測定面の傾きが、３
０°より大の時、測定ができなくなる。
きい場合は、原理的に測定できない。作動距離との関係
で、対物レンズのＮＡ（開１」数）を０．６より大きく
するのはむずかしいので、Ｉｊｉ４ Ｉ−１角は、３６
°より大きくとりにくい。（開口角は、５ｉｎ−１ＮＡ
で表わされるが、Ｎ Ａ ＝ ０．６の時、３６０とな
る。）従って、上述の方法でも、被測定面の傾きが、３
０°より大の時、測定ができなくなる。
そこで、本発明の第二実施例においては、第４図のよう
に、被測定物の回転方向への駆動部の回転軸を、角度β
だけ傾ける。その後、Ｘ方向とθ方向に被測定物を移動
させ測定する。はぼ回転対称な面であれば、面の中心か
ら周辺までＸを変化させ、θ方向に回転させれば、全面
の測定ができる。
に、被測定物の回転方向への駆動部の回転軸を、角度β
だけ傾ける。その後、Ｘ方向とθ方向に被測定物を移動
させ測定する。はぼ回転対称な面であれば、面の中心か
ら周辺までＸを変化させ、θ方向に回転させれば、全面
の測定ができる。
面の傾きが最大σ１まで測定できるとし、回転軸をβ（
β≦０１）傾けると、回転中心に対し、最大σ１＋βの
傾きを持った被測定物まで測定可能で、最大では、σ１
−β＝３００．の時、６ＣＰの傾きを持つ被測定物まで
測定可能となる。
β≦０１）傾けると、回転中心に対し、最大σ１＋βの
傾きを持った被測定物まで測定可能で、最大では、σ１
−β＝３００．の時、６ＣＰの傾きを持つ被測定物まで
測定可能となる。
発明の効果
非球面レンズの場合、大きな傾き面を持った形状が必要
な場合も多いが、本発明によればほとんどの非球面レン
ズの形状を、非接触で、きわめて高精度の測定が可能と
なる。又、上述のｒ、θ移動台は、このまま、超精密旋
盤や、研磨機に取りつけることができ、中心出し等の手
間を省くことができる等の点で、この工業的利用価値は
極めて大である。
な場合も多いが、本発明によればほとんどの非球面レン
ズの形状を、非接触で、きわめて高精度の測定が可能と
なる。又、上述のｒ、θ移動台は、このまま、超精密旋
盤や、研磨機に取りつけることができ、中心出し等の手
間を省くことができる等の点で、この工業的利用価値は
極めて大である。
第１図は本発明の光学測定装置の第１実施例の構成図、
第２図及び第３図は本発明の実施例の原理説明図、第４
図は本発明の第２の実施例における部分的な構成図であ
る。 ４．８，１１．１２・・・・・・光検出器、１・・・・
・・ゼーマンレーサ、１４ 、１８・・・・λ／４Ｍ、
３．１５・・・・・ビームスプリッタ、５．１０・・・
・・・偏光プリズム、７・・・・・・ミラー、９・・・
・・・被測定物、１３・・・対物レンズ、６．１６・・
・・・・レンズ、１７・・・・・・円柱レンズ、２１・
・・・・測定値表示部、２０・・・・被測定物位置表示
部、２２・・・・・対物レンズ駆動装置、１９・・・・
−・被測定物駆動装置。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図
第２図及び第３図は本発明の実施例の原理説明図、第４
図は本発明の第２の実施例における部分的な構成図であ
る。 ４．８，１１．１２・・・・・・光検出器、１・・・・
・・ゼーマンレーサ、１４ 、１８・・・・λ／４Ｍ、
３．１５・・・・・ビームスプリッタ、５．１０・・・
・・・偏光プリズム、７・・・・・・ミラー、９・・・
・・・被測定物、１３・・・対物レンズ、６．１６・・
・・・・レンズ、１７・・・・・・円柱レンズ、２１・
・・・・測定値表示部、２０・・・・被測定物位置表示
部、２２・・・・・対物レンズ駆動装置、１９・・・・
−・被測定物駆動装置。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図
Claims (2)
- （１）周波数ｆ１の測定光と周波数ｆ２の参照光を発生
する光放射手段と、これらの光を別の光路に分離する第
１の光分離手段と、前記測定光を被測定物体面上に集光
させる為の対物レンズと、被測定物体面から反射して、
再び前記対物レンズを通過した測定光と、前記参照光を
第１の光検出器上で干渉させる光学系と、光検出器上で
発生したビート周波数の変動を検出し、前記被測定物体
面の変位を測定可能とする為の信号処理手段と、前記測
定光の光軸方向をＺ軸とし、Ｚ １ｌｌｊからの距離を
Ｒとした円筒座標系Ｒ−θ−Ｚにおいて、被測定物をＲ
（半径）方向の移動と、θ（角度）方向への回転を可能
とした移゛動手段と、前記被測定物体面から反射した測
定光を一部第２の光分離手段によって分離した光、又は
別の第２の光源からの光を前記対物レンズを通して前記
被側定物体面」二に照射させ、反射した光を、測定光の
反射光から分離する第３の光分離手段によって分離され
た光を受光するフォーカス誤差信号検出用の第２の光検
出器群と、前記第２、又は第３の光分離手段と前記第２
の光検出器群の間に位置し、前記反射光の光路を、前記
第２の光検出器群上で好適な焦点誤差信号を得ることが
できる形に変換する為の光学手段を備え、前記光検出器
群から得られた焦点誤差信号によって、前記対物レンズ
と前記被測定物体面との距離を一定に保つよう、前記対
物レンズ、又は、前記被測定物体をＺ軸方向に移動させ
る手段を備えた光学測定装置。 - （２）被測定物を、Ｒ及びθ方向に移動させる移動手段
のθ方向の回転の中心軸を、測定光の光軸に対して傾斜
させる手段を備えた特許請求の範囲第１項記載の光学測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21275683A JPS60104206A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 光学測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21275683A JPS60104206A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 光学測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60104206A true JPS60104206A (ja) | 1985-06-08 |
| JPH0211084B2 JPH0211084B2 (ja) | 1990-03-12 |
Family
ID=16627889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21275683A Granted JPS60104206A (ja) | 1983-11-11 | 1983-11-11 | 光学測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60104206A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63252207A (ja) * | 1987-04-08 | 1988-10-19 | Olympus Optical Co Ltd | ステ−ジ |
| JP2016080390A (ja) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | 横河電機株式会社 | 共振周波数測定システム、共振周波数測定方法 |
| JP2019155254A (ja) * | 2018-03-12 | 2019-09-19 | 日本植生株式会社 | ろ過方法及び該ろ過方法に用いるろ過布 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0669190U (ja) * | 1993-03-08 | 1994-09-27 | 益弘 光山 | 展示具 |
| JPH0680690U (ja) * | 1993-04-26 | 1994-11-15 | 益弘 光山 | 展示具 |
-
1983
- 1983-11-11 JP JP21275683A patent/JPS60104206A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63252207A (ja) * | 1987-04-08 | 1988-10-19 | Olympus Optical Co Ltd | ステ−ジ |
| JP2016080390A (ja) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | 横河電機株式会社 | 共振周波数測定システム、共振周波数測定方法 |
| JP2019155254A (ja) * | 2018-03-12 | 2019-09-19 | 日本植生株式会社 | ろ過方法及び該ろ過方法に用いるろ過布 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0211084B2 (ja) | 1990-03-12 |
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