JPS60244804A - 角度測定方法 - 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】 （技術分野） この発明は、物体の２つの面のなす角を測定する、角度
測定方法に関する。

（従来技術） 金型や光学部品等では、しばしば、２つの面のなす角を
正確に測定する必要がある。

２つの面のなす角を正確に皿ｊ定する方法としては、回
転式オートコリメーターによる方法が、文献をあげるま
でもなく、良く知られている。

しかし、この回転式オートコリメーターによる角度測定
方法は、測定面に凹凸があったりすると、反射光束の鑞
がぼやけてしまい、正確な測定ができないという問題が
あった。

（目　的） 本発明の目的は、被測定面に多少の凹凸があっても、正
確な角度測定が可能である、新規な角度測定方法を提供
することにある。

（構　成） 本発明の角度測定方法は、以下の如くに行なわれる。

被測定物は、回転可能な測定台上に載置される。

この被測定物のひとつの面の傾き角が、固定された平面
鏡からの反射光を基準とする干渉光学系により測定され
る。

つづいて、測定台がステップ的に回転され、別の面が測
定態位にもちきたされ、この別の面の傾き角が、干渉光
学系により測定される。

すると、上記被測定物におけるひとつの面と、別の面と
のなす角は、干渉光学系により測定された各面の傾き角
と、測定台のステップ的な回転角とから算出される。

被測定物における測定面の傾き角を、干渉光学系により
測定するので、上記測定面忙多少の凹凸があっても、上
記傾き角は正確に測定される。

以下、具体的な例に即して説明する。

牙１図は、本発明を実施するための装置の１例の要部を
示している。

図田、符号１［１は測定台、符号２０は基準面部材、符
号３０はレーザー光源、符号３２はハーフミラ−１符号
３４は平面鏡、符号６６はピエゾ素子、符号６８はエリ
アセンサーをそれぞれ示す。

測定台１０は、軸ＡＸ　のまわりに回動自在であって、
腕１１を有している。腕１１は、その先端部が図の如く
おりまげられ、おり曲がった部分の端部１１Ａ、１１Ｂ
は、基準面部材２０に対する当接部となっている。

基準面部材２０は、装置空間に固定されており、基準面
２ＯＡ、２０Ｂを有する。

レーザー光源３０、ハーフミ〉−３２、平面鏡６４、ピ
エゾ素子３６、エリアセンサー６８は、周知の干渉光学
系４０を構成している。

被測定物○ば、適当な方法で、測定台ｉｏ、Ｊ：ｉｙ固
定される。測定すべき角は、被測定物００而Ａ。

Ｂのなす角である。

今、この面Ａ、Ｈのなす角の、設計上の値をθ。

とする。すると、このとき、基準面部材２０の基準面２
０Ａ　、２０Ｂ　（１）　すす角は、予メ正確に０８＝
１８ｏ。

−θ。に設定されている。

まず、坩・１図の如き状態において、レーザー光源６０
を発光させる。発せられたレーザー光は、図示されない
光学系によって、適当な元東径の平行光束とされて、ハ
ーフミラ−６２に入射し、一部はこれを透過して平面鏡
３２・＼向い、他は反射されて、被測定物ＯＫ入射する
。固定された平面鏡３４．により反射された元と、被測
定物Ｏの面Ａで反射された光とは、ハーフミラ−３２で
合流し、エリアセンサー３８・＼入射し、エリアセフサ
−６８上で互いに干渉して干渉縞を生ずる。

ピエゾ素子６６によって、平面鏡６４を光軸方向へ微小
距離ずつ変位させて、周知の縞走査干渉測定ケ行うと、
平面鏡６４の鏡面？基準どする、面への形状が測定され
る。

このように測定された而Ａの形状をディスプレイに表示
すると、例えば、第２図（１）の如きものとなる。この
Ｘうに測定された面への形状にもとづき、測定目的に応
じて、所望の傾き角θ＾　を得る。一般的には、面への
形状は完全な平面ではないから、傾き角θＡ　は、必ら
ずしも一義的に定まらない。そこで、測定目的に応じて
、最も合理的と思われる傾き角を算出するのである。今
、簡単のために、１６図を参照して説明すると、以下の
如くである。簡単のために、之・３図の各図において、
曲線６−１をもって面Ａの形状と考えると、例えば、牙
３図（１）に示す如く、曲面６−１の中央部における接
平面３−２の傾き角θ１　なもって、傾き角θＡ　とし
てもよいし、あるいは、矛３図（１）［示す如く、曲面
６−１の端部における接平面６−６あるいは６−４の傾
き角θ２．θ２の一方をもって、傾き角０人　と口ても
よい。この場合、θ２．θ２の平均をもって傾き角θＡ
　としてもよい。さらには、１６図（Ｉｌｌ）に示す如
き平面６−５を考え、平面３−５と３−１との差の２乗
の積分値が最小となるときの平面の傾き角θ６　をもっ
て傾き角ＯＡ　としてもよいのである。

さて、このようにして、被測定物Ｏの面Ａの傾き角θＡ
　が測定されたら、レーザー光源ろＯを消灯し、測定台
１０を反時計方向・＼回転させて、腕１１０当接部１１
Ｂを基準面部材２００基準面２０Ｂに当接させる。基準
面部材２０の基準面２ＤＡと２［ＩＢとのなす角は予め
、θ８＝　１８０°−〇。に設定されているから、この
とき、測定台２０は、角θ８　だけ、ステ。

プ的に回転したことになる。これによって、被測宝物Ｏ
の面Ｂが、ハーフミラ−６２ｖｃ対向するところとなる
。換言すれば、測定台１０が角θ８　だけステップ的に
回転することによって、面Ｂが測定態位にもちきたされ
た訳である。

つづいて、面Ａの場合と同様にして面Ｂの形状を縞走査
干渉測定する。測定結果をナイスプレイに表示すると、
例えば牙２図（Ｉ）ＶＣ示す如きものとなる。このよう
ｖｃＩｊｌ１１定された面Ｂの形状にもとづき、測定目
的に応じて、所望の傾き角〃ヨ　を得る。なお、角θＢ
　の符号は、測定態位で比較して１面Ａ、Ｂの傾きが同
方向的であるとき負とする。

すると、面Ａ、Ｂのなす角θは、θ９．θＢと測定台１
０のステップ的な回転角θｓ＝　１８（］’−〇。とか
ら、次のように与えられる。

θ＝１８００＋０４＋θＢ−０８ 因みに、面Ａ、Ｂのなす角が、設計上の角θ。

を正確に与えているならば、θｓ＝　１８０°−〇。。

θ６−−θＢとなるから、θ＝θ。となる。特にθ。−
９図度のときは、ＯＳ＝θ。＝９０°、従って、θ＝９
００十　ＯＡ十　θＢ と与えられる。

ところで、才１図に示す例の場合【ま、被１１１１定物
たびに、測定台の回転ステツク“を定める基準面部材を
別のものに変えねばならない。このｊ　ツｉ、ｒ、面倒
を生じない例を、矛４図に承すＯなＪ・５．繁閑１．へ
・避けるため、混同の虞れがなし・と思われるものにつ
いては、２・１図におけると同一の符号を用いた。

矛４図において、被測定物０を固定的に載置される測定
台１０には腕１１′が固定されており、この腕１１′は
、その先端部を、駆動機構１２の先端部に当接させてい
る。腕１１′　と口糸されない不動部材との間に掛設さ
れた緊縮性のばね１３は、腕１１′と駆動機構１２との
当接？保証して（・る。

駆動機構１２は、パルスモータ−を用いており、測定台
１０を回動軸ＡＸ　のまわりに、微小ステップでステッ
プ的に回転させることができる。パルスモータ−を駆動
するパルス信号のパルス数を数えることにより、測定台
１０のステップ的な回転角を知ることができる。回転軸
ＡＸ　から腕１１′の先端までの距離を大きくし、駆動
機構１２における１ステノグのすすみをしかるべく小さ
くすれば、上記の如くして知れるステップ的な回転角の
精度を十分に高くすることができる。

干渉光学系４０′は、その主要部を、レーザー光源３０
、ハーフミラ−３２、平面鏡６４、ピエゾ素子３８、ハ
ーフミラ−４２、平面鏡４４，４６、ツヤツタ−４８，
５０により構成されている。

測定は、ます、７ヤソター５０を閉じて面Ａの形状を、
縞走査干渉測定で測定し、面への傾き角ＯＡを得、つい
で、／キノター４８す閉じ、測定台１０をステップ的に
回転させて、面Ｂを測定態位にもちきたし、ツヤツタ−
５０を開放して、面Ｂの形状を測定し、傾き角θｓｋ得
る・ ／ヤノター４８．５０を各々通る光路が、互いに６１１
１定部で直父して（するので、この場合、面Ａ、Ｂのな
す角０は、ＯＡ、θ１］と、面Ｂを測定態位にもちきた
すのに要したステップ的な回転角０８′す用いて、 θ＝９００−θ８　＋θ６＋θＢ で与えられる。

矛５図に示す例は、才・４図に示す例にさらに、付加的
機構を加えて、ダハミラーアレイ○′の各ダハミラーの
鏡面のなす角を測定しうるようにしたものである。

ダハミラーアレイ０′は、保持体１４に保持されている
。保持体１４は、パルスモータ−を用いたｓ＃１機構１
５により、その長手方向、すなわちＸ方向へダハミラー
の配列周期りずつ、ステップ的に移動させつるようにな
っている。保持体１４と移動機構１５　とは、図示され
ないジノパル機構に１って、測定台１０′に支持されて
いる測定台１０’は回転軸バ′のまわりに回転自在であ
って１．Ｊ−４図に示すのと同じ機構によって、軸ＡＸ
’のまわりにステップ的に回転され、そのステップ的な
回転角が測定されるようになっている。

干渉光学系４０′は、２・４図に示すものと同じである
。

測定はまず、基準となる反射面をえらんで、この反射面
と、これに隣接する反射面とのなす角を測定し、しかる
のち、移動機構１５で、ダハミラーアレイＯ′を長手方
向・＼Ｌだけおくり、となりのダハミラーの反射面の、
基準反射面に対する角を測定することを繰返す。このさ
い、ダノ・ミラーアレイ○′の各ダハミラーの、反射面
の交叉する稜線の位置が、常に、回転軸ＡＸ’の位置に
あるようにする。

なお、各ダハミラーの稜線の方向は、ダハミラーアレイ
の製造誤差で若干のばらつきがあり、測定反射面からエ
リアセンサー３８までの距離が長いと、測定反射面から
の反射光がエリアセンサー６８に入射しなくなる場合も
ある。そこで、前述した図示されないジノパル機構によ
り、ダノ・ミラーアレイＯ’＆Ｘ軸のまわりに揺動させ
て、このような場合にも、測定反射面からの反射光が、
エリアセンサー６８に入射するようにする。

この方式では、ダハミラーアレイのすべての反射面の、
基準反射面に対する角？、容易に知ることができる。も
ちろん、各ダハミラーの反射面同志のなす角の測定は、
矛４図に即して説明した方法を、各ダハミラーごとＶＣ
繰返すことで容易に行うことができる。

（効　果） 以上、本発明によれば、新規な角度側に方法を提供でき
る・ この方法では、縞走査干渉測定により、″＃Ｉ測定物の
測定面の形状を測定し、これにもとづいて、各測定面の
傾き角を得るので、測定面に多少の凹凸があっても、正
確な角度測定を行うことができ、また、光学的に見た角
度のみならす、加工上機械的な角度等をも測定１−るこ
とかでき、極めて便利である。

【図面の簡単な説明】

牙１図は、本発明を尖細するための装置の１例を要部の
み示す図、ツ・２図および牙３図は、本発明を説明する
ための図、第４図は、本発明な実施するための装置の別
の例を要部のみ示す図、矛５図は、本発明な実施するた
めの他の例を要部のみ示す図である。 １０．１θ′・・・測定台、４０　、４［１’・・・干
渉光学系、２゜・・基準面部材、０・・・被測定物 ／）吐［１，イ　（１；］ 処　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２つの面のなす角度を測定する方法であって、回転可能
   な測定台上に、被測定物を載置し、被測定物におけろひ
   とつの面の傾き角を、固定された平面鏡からの反射光を
   基準として干渉光学系により測定し、 つづいて、測定台をステップ的に回転させて、被測定物
   における別の面を測定態位にもちきたし、上記別の面の
   傾き角を上記干渉光学系により測定し、 上記ひとつの面の傾き角と、別の面の傾き角と、上記測
   定台のステップ的な回転角とから、上記ひとつの面と別
   の面とのなす角を知ることを特徴とする角度測定方法。