JPS6097205A - 面形状測定器 - Google Patents
面形状測定器Info
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- JPS6097205A JPS6097205A JP58205563A JP20556383A JPS6097205A JP S6097205 A JPS6097205 A JP S6097205A JP 58205563 A JP58205563 A JP 58205563A JP 20556383 A JP20556383 A JP 20556383A JP S6097205 A JPS6097205 A JP S6097205A
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- Japan
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- light
- components
- polarization
- polarized light
- optical system
- Prior art date
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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
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
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】
技術分野
本発明は、カメラなどに用いられるレンズ特に非球面レ
ンズの面形状を非接触で測定する面形状測定器に関する
。
ンズの面形状を非接触で測定する面形状測定器に関する
。
従来技術
ミラーと被検物の回転駆動を組合せて被検物の全面を走
査しその形状を測定する装置としては、例えばAppl
、 Opt、 2o No、 19 、1981篩、
3367〜3377に記載の’Aspheric 5u
rface caliblator(非球面測定器)゛
がある。第1図にその概要を示すと、光源1から放出さ
れた光ビームeはビームエクスパンダ2により光束が拡
げられ、ビームスプリッタ3により参照鏡4に向う光束
と対物レンズ5゜回転ミラー6を経て被検物7の表面に
集束する光束とに分けられる。回転ミラー6及び被検物
7は図示されていない回転駆動機構により各々矢印のよ
うに回転せしめられ、集束された光束が被検物7の全面
を走査する。この場合、回転ミ5−6と被検物7との距
離は被検物7の表面の曲率半径とほぼ一致させておく。
査しその形状を測定する装置としては、例えばAppl
、 Opt、 2o No、 19 、1981篩、
3367〜3377に記載の’Aspheric 5u
rface caliblator(非球面測定器)゛
がある。第1図にその概要を示すと、光源1から放出さ
れた光ビームeはビームエクスパンダ2により光束が拡
げられ、ビームスプリッタ3により参照鏡4に向う光束
と対物レンズ5゜回転ミラー6を経て被検物7の表面に
集束する光束とに分けられる。回転ミラー6及び被検物
7は図示されていない回転駆動機構により各々矢印のよ
うに回転せしめられ、集束された光束が被検物7の全面
を走査する。この場合、回転ミ5−6と被検物7との距
離は被検物7の表面の曲率半径とほぼ一致させておく。
被検物7の表面で反射された光束は同じ道を逆行し、回
転ミラー6、対物レンズ5を経て平行光束に変換され、
ビームスプリツタ3において参照鏡4から反射された光
束と重ね合せられ、干渉縞計数部8に入射する。この干
渉縞計数部8では被検物7の表面の球面からのずれ量に
応じた干渉縞の移動が計数され、被検物7の非球面量が
測定される。ところが、この装置の場合、原理的に凸面
の測定ができ々いことや非球面量の大きなものの測定が
困難であることなどの欠点がある。
転ミラー6、対物レンズ5を経て平行光束に変換され、
ビームスプリツタ3において参照鏡4から反射された光
束と重ね合せられ、干渉縞計数部8に入射する。この干
渉縞計数部8では被検物7の表面の球面からのずれ量に
応じた干渉縞の移動が計数され、被検物7の非球面量が
測定される。ところが、この装置の場合、原理的に凸面
の測定ができ々いことや非球面量の大きなものの測定が
困難であることなどの欠点がある。
そこで、光束が被検物上に常に集光するように対物レン
ズをオートフォーカス方式に構成し、非球面量の太きい
ものや凸面のものも計測できるように改良された装置と
して、例えば第25回自動制御連合会講演会予稿404
2(P、593〜594)に記載のものがある。その概
要を第2図に示すと、ゼーマンレーザー10から放出さ
れた光束ぎはビームスプリッタ3によシ参照鏡4に向う
光束とビームスプリッタ11.対物レンズ5を経て被検
物7上に集束される光束とに分けられる。被検物7上で
反射された光は対物レンズ5で平行光束に変換され、ビ
ームスプリッタ11によシビームスブリツタ3に向う光
束と光検知器12に向う光束に分割される。対物レンズ
5は公知技術を用いることにより光検知器12からの信
号に応じて矢印aの方向に移動せしめられて入射光束を
被検物7上に常に集光させる機能即ちオートフォーカス
機能を有している。被検物7は矢印すで示されたように
平面的(x−y面とする)に走査される。入射光束の主
光線が被検物7の表面に垂直に入射しない場合には、入
射光束と被検物7からの反射光束は別の光路をたどり、
横ずれした平行光束となって対物レンズ5からビームス
プリッタ11に向う。
ズをオートフォーカス方式に構成し、非球面量の太きい
ものや凸面のものも計測できるように改良された装置と
して、例えば第25回自動制御連合会講演会予稿404
2(P、593〜594)に記載のものがある。その概
要を第2図に示すと、ゼーマンレーザー10から放出さ
れた光束ぎはビームスプリッタ3によシ参照鏡4に向う
光束とビームスプリッタ11.対物レンズ5を経て被検
物7上に集束される光束とに分けられる。被検物7上で
反射された光は対物レンズ5で平行光束に変換され、ビ
ームスプリッタ11によシビームスブリツタ3に向う光
束と光検知器12に向う光束に分割される。対物レンズ
5は公知技術を用いることにより光検知器12からの信
号に応じて矢印aの方向に移動せしめられて入射光束を
被検物7上に常に集光させる機能即ちオートフォーカス
機能を有している。被検物7は矢印すで示されたように
平面的(x−y面とする)に走査される。入射光束の主
光線が被検物7の表面に垂直に入射しない場合には、入
射光束と被検物7からの反射光束は別の光路をたどり、
横ずれした平行光束となって対物レンズ5からビームス
プリッタ11に向う。
この横ずれ量は光検知器12により計測され、対物レン
ズ5を光束に対して直交する方向(矢印C方向)に移動
させて入射光束と反射光束とが重なるようにする。尚、
これと共に被検物7を対応する量だけ移動させる。ビー
ムスプリッタ3に向った光束はこのビームスプリッタ3
において参照鏡4からの反射光と重ね合せられて干渉縞
を形成し、干渉縞計数部8によシ計数される。
ズ5を光束に対して直交する方向(矢印C方向)に移動
させて入射光束と反射光束とが重なるようにする。尚、
これと共に被検物7を対応する量だけ移動させる。ビー
ムスプリッタ3に向った光束はこのビームスプリッタ3
において参照鏡4からの反射光と重ね合せられて干渉縞
を形成し、干渉縞計数部8によシ計数される。
この装置の特徴は、オートフォーカス機能を有している
ため、非球面量の大きいものや凹面だけでなく凸面の測
定が可能なことにあるが、高精度を維持するためには参
照鏡4と被検物7との相対的振動を抑制する必要があり
、そのため参照鏡4全被検物7と同じ振動系に固定する
必要を生じる。
ため、非球面量の大きいものや凹面だけでなく凸面の測
定が可能なことにあるが、高精度を維持するためには参
照鏡4と被検物7との相対的振動を抑制する必要があり
、そのため参照鏡4全被検物7と同じ振動系に固定する
必要を生じる。
しかし、振動条件とアツベの誤差とを同時に満足させる
ことは困難が多く、干渉光学系の剛性や振動系の精度に
厳しいものが要求されるので高価になると共に、振動等
の機械的擾乱による影#を軽減するための環境条件を必
要とする。又、前記したように主光線が被検物7に垂直
に入射するように対物レンズ5を矢印Cの方向に横移動
させると主光線が被検物7にあたる位置もずれるため、
このずれに対応した量だけ被検物7を適当なサーボ機構
を用いて平行移動させることが必要となり、その結果被
検物7を駆動するのに高精度のサーボ磯溝を必要とする
と共に測定時間も長くなるという欠点があった。又、被
検物7を平面的に移動させているため、深いR(曲率半
径が小さく且つ開き角が大きいこと)の凸面又は凹面に
ついては反射光束が対物レンズ5のNAを越えることと
なり、測定ができないという欠点も有していた。
ことは困難が多く、干渉光学系の剛性や振動系の精度に
厳しいものが要求されるので高価になると共に、振動等
の機械的擾乱による影#を軽減するための環境条件を必
要とする。又、前記したように主光線が被検物7に垂直
に入射するように対物レンズ5を矢印Cの方向に横移動
させると主光線が被検物7にあたる位置もずれるため、
このずれに対応した量だけ被検物7を適当なサーボ機構
を用いて平行移動させることが必要となり、その結果被
検物7を駆動するのに高精度のサーボ磯溝を必要とする
と共に測定時間も長くなるという欠点があった。又、被
検物7を平面的に移動させているため、深いR(曲率半
径が小さく且つ開き角が大きいこと)の凸面又は凹面に
ついては反射光束が対物レンズ5のNAを越えることと
なり、測定ができないという欠点も有していた。
そこで、参照鏡を被検物と一致させて振動等の機械的擾
乱の影響を軽減した例を第3図に示すと、入射する光ビ
ームeはウォラストンプリズム13により正常光と異常
光とに分けられ、対物レンズ5により被検物7(ロータ
リーテーブル14に支持されている)の異なる二点(そ
のうち一点はロータリーテーブル14の回転中心と一致
させる)に集束される。被検物7で反射した光束は、対
物レンズ5を経て平行光束に変換された後ウォラストン
プリズム13において再び重ね合せられ、被検物7の凹
凸に応じた干渉縞を形成する。そして、ロータリーテー
ブル14をその軸のまわりに回転させることにより被検
物7の軸上の集束点と他の集束点との間の相対的高低が
図示しない干渉縞計数部によシ計赦される。これは被検
物7の面粗さの測定に用いられる。
乱の影響を軽減した例を第3図に示すと、入射する光ビ
ームeはウォラストンプリズム13により正常光と異常
光とに分けられ、対物レンズ5により被検物7(ロータ
リーテーブル14に支持されている)の異なる二点(そ
のうち一点はロータリーテーブル14の回転中心と一致
させる)に集束される。被検物7で反射した光束は、対
物レンズ5を経て平行光束に変換された後ウォラストン
プリズム13において再び重ね合せられ、被検物7の凹
凸に応じた干渉縞を形成する。そして、ロータリーテー
ブル14をその軸のまわりに回転させることにより被検
物7の軸上の集束点と他の集束点との間の相対的高低が
図示しない干渉縞計数部によシ計赦される。これは被検
物7の面粗さの測定に用いられる。
この装置の特徴は、参照鏡が被検物と一致していること
から両者の間の相対的振動を殆ど無視することかでき、
振動等の機械的擾乱に対して極めて安定した系になって
いることである。しかし、測定しているものが二点間の
高低の相対的変化いいかえると被検物の面形状の各点の
微分値或は勾配なので、面形状をめるためにはこれらの
値を積分する必要があり、個々の微分値或は勾配での誤
差量が積算される欠点があった。
から両者の間の相対的振動を殆ど無視することかでき、
振動等の機械的擾乱に対して極めて安定した系になって
いることである。しかし、測定しているものが二点間の
高低の相対的変化いいかえると被検物の面形状の各点の
微分値或は勾配なので、面形状をめるためにはこれらの
値を積分する必要があり、個々の微分値或は勾配での誤
差量が積算される欠点があった。
目 的
本発明は、上記問題点に鑑み、振動や空気の流動等の機
械的擾乱や被検物の回転駆動機構の精度に影響されるこ
とが少なく、非球面量の太きいもの或は深いRのものを
凹面及び凸面の両方について高精度に且つ短時間に測定
し得る面形状測定器を提供せんとするものである。
械的擾乱や被検物の回転駆動機構の精度に影響されるこ
とが少なく、非球面量の太きいもの或は深いRのものを
凹面及び凸面の両方について高精度に且つ短時間に測定
し得る面形状測定器を提供せんとするものである。
概要
本発明による面形状測定器は、可干渉性光源を発した光
ビームを直交する二つの偏光(夫々ヲp偏光及びS偏光
とする)状態にある光束に分離し、各々被検物上の一定
距離だけ横ずれ(シア量と呼ぶ)した場所に被検物の表
面に垂直に自動集束させ、それらの反射光束をp、8両
偏光に対応した共役光路を形成する参照光路からの光束
と各々独立に干渉させることによりシア量だけ離れた被
検物上の二点における面形状に関する情報を取得して、
被検物の表面形状の測定を行うようになっている。
ビームを直交する二つの偏光(夫々ヲp偏光及びS偏光
とする)状態にある光束に分離し、各々被検物上の一定
距離だけ横ずれ(シア量と呼ぶ)した場所に被検物の表
面に垂直に自動集束させ、それらの反射光束をp、8両
偏光に対応した共役光路を形成する参照光路からの光束
と各々独立に干渉させることによりシア量だけ離れた被
検物上の二点における面形状に関する情報を取得して、
被検物の表面形状の測定を行うようになっている。
実施例
以下、第4図乃至第6図に示した一実施例に基づき上記
従来例と同一の部材には同一符号を付して本発明の詳細
な説明すれば、第4図は本発明による面形状測定器の基
本的な構成を示しており、光源1は可視、赤外或は紫外
の光ビームlを発する光源であって、He−Neレーザ
ーのように可干渉性の光束を発するものが用いられる。
従来例と同一の部材には同一符号を付して本発明の詳細
な説明すれば、第4図は本発明による面形状測定器の基
本的な構成を示しており、光源1は可視、赤外或は紫外
の光ビームlを発する光源であって、He−Neレーザ
ーのように可干渉性の光束を発するものが用いられる。
15 、16゜17は偏光プリズムで、p、8両偏光を
分離または結合する。18は1/2波長板で、軸のまわ
りに回転可能となっている。19. 、20はファラデ
イローテータで、ガラスまたは結晶が用いられ、たとえ
ば光ビームの進行方向に磁場が印加されていて入射する
p、8両偏光の偏光面を45°だけ回転する機能をもつ
。尚、ガラスとしては保谷硝子株式会社製のFR−5な
どを用いることができる。
分離または結合する。18は1/2波長板で、軸のまわ
りに回転可能となっている。19. 、20はファラデ
イローテータで、ガラスまたは結晶が用いられ、たとえ
ば光ビームの進行方向に磁場が印加されていて入射する
p、8両偏光の偏光面を45°だけ回転する機能をもつ
。尚、ガラスとしては保谷硝子株式会社製のFR−5な
どを用いることができる。
21.22はπ/40−テータで、入射光ビームの偏光
面を右または左に45°回転せしめる。ビームスプリッ
タ11は、被検物7からの反射光束を分割して一方を干
渉計の方へ戻し他方を光検知器12に向ける。23は複
屈折プリズムで、たとえばロションプリズムなどが用い
られ、対物レンズ5の焦点位置に固定され、対物レンズ
5ヘプリズムの喫角により定まる一定の開き角をもった
正常光束と異常光束を供給する。これらの光束は対物レ
ンズ5によシ平行な二つの光束となって被検物7上のた
とえば60μmだけ横ずれした二点に集束せしめられる
。又、複屈折プリズム23は対物レンズ5と組になって
図示しない回転防止機構を具備した無摩擦の直線案内装
置に保持され、やけシ図示しない直線駆動装置によシ被
検物7と対物レンズ5との間隔が常に該対物レンズ5の
焦点距離に等しくなるように駆動される。光検知器12
は対物レンズ5と被検物7の間隔の対物レンズ5の焦点
距離からのずれ量(デフォーカス量)を公知の手段を用
いて検出し、前述の直線駆動装置へ誤差信号として送る
。24 、25’、 26 、27は鏡である。参照鏡
4には直角プリズムを用いる。従って、p、S両側光成
分に対応した参照光束は丁度共通の光路を逆行する形に
なる。28.29は干渉縞計数部であり、たとえば特公
昭51−47344号公報に開示されている偏光を利用
した可逆計数のできる光波干渉計を用いることができる
。尚、被検物7はガラス或はプラスチックのレンズ又は
金型などが対象となり、光軸のまわシ或は第4図矢印方
向へ回転駆動せしめられる。
面を右または左に45°回転せしめる。ビームスプリッ
タ11は、被検物7からの反射光束を分割して一方を干
渉計の方へ戻し他方を光検知器12に向ける。23は複
屈折プリズムで、たとえばロションプリズムなどが用い
られ、対物レンズ5の焦点位置に固定され、対物レンズ
5ヘプリズムの喫角により定まる一定の開き角をもった
正常光束と異常光束を供給する。これらの光束は対物レ
ンズ5によシ平行な二つの光束となって被検物7上のた
とえば60μmだけ横ずれした二点に集束せしめられる
。又、複屈折プリズム23は対物レンズ5と組になって
図示しない回転防止機構を具備した無摩擦の直線案内装
置に保持され、やけシ図示しない直線駆動装置によシ被
検物7と対物レンズ5との間隔が常に該対物レンズ5の
焦点距離に等しくなるように駆動される。光検知器12
は対物レンズ5と被検物7の間隔の対物レンズ5の焦点
距離からのずれ量(デフォーカス量)を公知の手段を用
いて検出し、前述の直線駆動装置へ誤差信号として送る
。24 、25’、 26 、27は鏡である。参照鏡
4には直角プリズムを用いる。従って、p、S両側光成
分に対応した参照光束は丁度共通の光路を逆行する形に
なる。28.29は干渉縞計数部であり、たとえば特公
昭51−47344号公報に開示されている偏光を利用
した可逆計数のできる光波干渉計を用いることができる
。尚、被検物7はガラス或はプラスチックのレンズ又は
金型などが対象となり、光軸のまわシ或は第4図矢印方
向へ回転駆動せしめられる。
本発明による面形状測定器は上述の如く構成されている
から、光ビームeが直線偏光であって紙面内の偏光(p
偏光)から45°傾いた偏光面をもつように設定されて
いるとすれば、光ビームlは偏光プリズム15によりp
偏光とS偏光成分に分離され、前者は1/2波長板18
を通り楕円偏光に変換される。この偏光状態は1/2波
長板18を回転することにより変えることができる。こ
の回転角は、被検物7の反射率が低い場合たとえばガラ
ス面での反射のように4チ程度の反射率となる場合には
、偏光プリズム16に入射する光をp偏光に近い楕円偏
光とし、被検物7からの反射光と参照鏡4からの反射光
量とがなるべく同程度となるように選ぶ。逆に、被検物
7が一部の金型のように反射率の高いものの場合には、
偏光プリズム16に対し45°の方向に偏光面を選び、
なるべく等量の光が被検物7及び参照鏡4に向うように
する。
から、光ビームeが直線偏光であって紙面内の偏光(p
偏光)から45°傾いた偏光面をもつように設定されて
いるとすれば、光ビームlは偏光プリズム15によりp
偏光とS偏光成分に分離され、前者は1/2波長板18
を通り楕円偏光に変換される。この偏光状態は1/2波
長板18を回転することにより変えることができる。こ
の回転角は、被検物7の反射率が低い場合たとえばガラ
ス面での反射のように4チ程度の反射率となる場合には
、偏光プリズム16に入射する光をp偏光に近い楕円偏
光とし、被検物7からの反射光と参照鏡4からの反射光
量とがなるべく同程度となるように選ぶ。逆に、被検物
7が一部の金型のように反射率の高いものの場合には、
偏光プリズム16に対し45°の方向に偏光面を選び、
なるべく等量の光が被検物7及び参照鏡4に向うように
する。
次に、偏光プリズム16では、楕円偏光のp偏光成分が
ファラデイローテータ19に向い、S偏光成分は反射さ
れて参照鏡4に向う。最初にp偏光成分についてのべる
とファラデイローテータ19により45°だけ偏光面が
回転せしめられる。この様子を第5図に示す。p偏光を
第5図のIで表わすと、ファラデイローテータ19を通
過することによりたとえば■の状態に変り、πン40−
テータ21に左旋性のものを用いるならばこれを通過す
ることにより■のp偏光に戻り、偏光プリズム17を通
過してビームスプリッタ12を経て複屈折プリズム23
に至る。この複屈折プリズム23にロションプリズムを
用いた時にはp偏光は方向を変化させずに進み、対物レ
ンズ5により被検物7の表面に集束される。そして、p
偏光は被検物7の形状による位相変化を受けた後再び同
じ光路を逆行し、対物レンズ5.複屈折プリズム23を
経てビームスプリッタ11に至る。ここで反射された光
束は光検知器12に入射するので、デフォーカス量が検
知される。通過した光束は偏光プリズム17を通過し、
π/40−テータ21を通過して第5図のIからHの状
態に偏光面が変り、更にファラデイローテータ19を通
過することによシ■から■の状態即ちS偏光に変換され
、偏光プリズム16で反射して干渉縞計数部28に向う
。
ファラデイローテータ19に向い、S偏光成分は反射さ
れて参照鏡4に向う。最初にp偏光成分についてのべる
とファラデイローテータ19により45°だけ偏光面が
回転せしめられる。この様子を第5図に示す。p偏光を
第5図のIで表わすと、ファラデイローテータ19を通
過することによりたとえば■の状態に変り、πン40−
テータ21に左旋性のものを用いるならばこれを通過す
ることにより■のp偏光に戻り、偏光プリズム17を通
過してビームスプリッタ12を経て複屈折プリズム23
に至る。この複屈折プリズム23にロションプリズムを
用いた時にはp偏光は方向を変化させずに進み、対物レ
ンズ5により被検物7の表面に集束される。そして、p
偏光は被検物7の形状による位相変化を受けた後再び同
じ光路を逆行し、対物レンズ5.複屈折プリズム23を
経てビームスプリッタ11に至る。ここで反射された光
束は光検知器12に入射するので、デフォーカス量が検
知される。通過した光束は偏光プリズム17を通過し、
π/40−テータ21を通過して第5図のIからHの状
態に偏光面が変り、更にファラデイローテータ19を通
過することによシ■から■の状態即ちS偏光に変換され
、偏光プリズム16で反射して干渉縞計数部28に向う
。
また、偏光プリズム16に左から入射した楕円偏光のも
う一方のS偏光成分についてのべると、これは偏光プリ
ズム16で反射され参照鏡4への光路を左まわりにたど
シ、再び偏光プリズム16で反射され鏡25を経て干渉
縞計数部291C入射する。
う一方のS偏光成分についてのべると、これは偏光プリ
ズム16で反射され参照鏡4への光路を左まわりにたど
シ、再び偏光プリズム16で反射され鏡25を経て干渉
縞計数部291C入射する。
要約すれば、偏光プリズム16に左から入射した光束の
p偏光成分は被検物7の形状に関する情報を坦って干渉
縞計数部28に入射し、S偏光成分は参照光束となり干
渉縞計数部29に入射する。
p偏光成分は被検物7の形状に関する情報を坦って干渉
縞計数部28に入射し、S偏光成分は参照光束となり干
渉縞計数部29に入射する。
以上偏光プリズム15を通過したp偏光成分についての
べてきたが、偏光プリズム15で反射したS偏光成分に
ついても全く同様の経過をたどる。
べてきたが、偏光プリズム15で反射したS偏光成分に
ついても全く同様の経過をたどる。
S偏光成分は、1/2波長板18によシ楕円偏光に変換
され、鏡24.26を経て偏光プリズム16に下から入
射する。入射光束のうちp偏光成分は、偏光プリズム1
6を通過して参照鏡4への光路を右まわりにたどり偏光
プリズム16を経て干渉縞計数部28に入射する。S偏
光成分は、偏光プリズム16で反射された後ファラデイ
ローテータ20゜π/40−テータ22.鏡27.偏光
プリズム17゜複屈折プリズム23を経てp偏光の光路
に対して一定の開き角を有する異常光の光路をとり、対
物レンズ5によりp偏光の集束点に対してシア量だけ横
ずれした点に集束し、その点の形状に対する情報を担っ
て同じ光路を逆にたどシ、対物レンズ5、複屈折プリズ
ム23を経て偏光プリズム17で反射され、鏡27.π
/40−テータ22.ファラデイローテータ20を経て
p偏光に変換され、偏光プリズム16を通過して鏡25
を経て干渉縞計数部29に入射する。
され、鏡24.26を経て偏光プリズム16に下から入
射する。入射光束のうちp偏光成分は、偏光プリズム1
6を通過して参照鏡4への光路を右まわりにたどり偏光
プリズム16を経て干渉縞計数部28に入射する。S偏
光成分は、偏光プリズム16で反射された後ファラデイ
ローテータ20゜π/40−テータ22.鏡27.偏光
プリズム17゜複屈折プリズム23を経てp偏光の光路
に対して一定の開き角を有する異常光の光路をとり、対
物レンズ5によりp偏光の集束点に対してシア量だけ横
ずれした点に集束し、その点の形状に対する情報を担っ
て同じ光路を逆にたどシ、対物レンズ5、複屈折プリズ
ム23を経て偏光プリズム17で反射され、鏡27.π
/40−テータ22.ファラデイローテータ20を経て
p偏光に変換され、偏光プリズム16を通過して鏡25
を経て干渉縞計数部29に入射する。
以上のことから、干渉縞計数部28では、偏光プリズム
15を透過した成分のうちのp成分がファラデイローテ
ータ19を往復1回通過することによ[S偏光に変換さ
れて被検物7の一場所の形状の情報を担った信号光とし
て入射し、偏光プリズム15で反射した成分のうちのp
成分が参照光として入射する。同様に、干渉縞計数部2
9では、偏光プリズム15で反射した成分のうちS偏光
がファラデイローテータ20を往復1回通過することに
よりp偏光に変換されて被検物7のシア量だけ横ずれし
た場所の形状情報を担った信号光として入射し、偏光プ
リズム15を透過した成分のうちのS偏光成分が参照光
として入射する。いいかえると、被検物7のシア量だけ
離れた二点に対して偏光の異なる独立の干渉計が二つあ
ることになる。そして、両方の参照光路及び信号光路は
共通光路に近い配置をとっているため、振動或は空気の
流動などの機械的擾乱や被検物7の回転駆動系の精度の
影響を受けにくい構成となっている。
15を透過した成分のうちのp成分がファラデイローテ
ータ19を往復1回通過することによ[S偏光に変換さ
れて被検物7の一場所の形状の情報を担った信号光とし
て入射し、偏光プリズム15で反射した成分のうちのp
成分が参照光として入射する。同様に、干渉縞計数部2
9では、偏光プリズム15で反射した成分のうちS偏光
がファラデイローテータ20を往復1回通過することに
よりp偏光に変換されて被検物7のシア量だけ横ずれし
た場所の形状情報を担った信号光として入射し、偏光プ
リズム15を透過した成分のうちのS偏光成分が参照光
として入射する。いいかえると、被検物7のシア量だけ
離れた二点に対して偏光の異なる独立の干渉計が二つあ
ることになる。そして、両方の参照光路及び信号光路は
共通光路に近い配置をとっているため、振動或は空気の
流動などの機械的擾乱や被検物7の回転駆動系の精度の
影響を受けにくい構成となっている。
更に第6図を用いて詳しく説明すれば、第6図は縦軸に
非球面量りを横軸に回転角θを夫々とったものであり、
第4図に於て被検物7をその近似曲率中心を中心として
回転させた時の回転角θと非球面量りとの関係を示した
ものである。被検物7の形状情報をシア量だけ横ずれし
た偏光の異なる二つの光束を用いて取得しているため、
同じ形状を二重に測定している。たとえば、P偏光の光
束が第6図の0からPまで測定したとすれば、S偏光は
同じ形状を0からPを経てシア量だけずれたQまで測定
することになる。測定の途中で振動などの機械的擾乱や
回転駆動系の不完全性などにより被検物7が移動したと
すれば、たとえばP偏光の測定値には図中矢印で示七た
実線の擾乱が入るが、これとほぼ同じ擾乱(図中点線図
示)がS偏光の測定値にも入る。従って、測定から得ら
れた非球面曲線OPと横軸θの間の面積と非球面曲線O
PQと横軸θとの間の面積の差をめると、擾乱等による
ノイズ成分は打ち消されて非球面曲線PQと横軸θとの
間のノイズを含まない真の面積がめられ、これをシア量
で除することにより即ち、本発明の面形状測定器は、P
、8両偏光について共通の参照鏡4を有していると共に
各々独立の干渉計を有しているので、被検物7の非球面
量りを各回転角に対し誤差の積算なしにめることができ
ることに特徴があり、この点が第3図に示した従来例と
異なるところである。従って、本発明の面形状測定器に
よれば、振動や空気の流動等の機械的擾乱や被検物7の
回転駆動機構の精度に影響されることが少なく高精度の
測定が可能である。又、本発明の面形状測定器は、オー
トフォーカス機能を有しているので非球面量の大きいも
のや凹面だけでなく凸面の測定も可能であると共に、被
検物7を回転駆動する構成となっているので深いRのも
のも測定し得る。
非球面量りを横軸に回転角θを夫々とったものであり、
第4図に於て被検物7をその近似曲率中心を中心として
回転させた時の回転角θと非球面量りとの関係を示した
ものである。被検物7の形状情報をシア量だけ横ずれし
た偏光の異なる二つの光束を用いて取得しているため、
同じ形状を二重に測定している。たとえば、P偏光の光
束が第6図の0からPまで測定したとすれば、S偏光は
同じ形状を0からPを経てシア量だけずれたQまで測定
することになる。測定の途中で振動などの機械的擾乱や
回転駆動系の不完全性などにより被検物7が移動したと
すれば、たとえばP偏光の測定値には図中矢印で示七た
実線の擾乱が入るが、これとほぼ同じ擾乱(図中点線図
示)がS偏光の測定値にも入る。従って、測定から得ら
れた非球面曲線OPと横軸θの間の面積と非球面曲線O
PQと横軸θとの間の面積の差をめると、擾乱等による
ノイズ成分は打ち消されて非球面曲線PQと横軸θとの
間のノイズを含まない真の面積がめられ、これをシア量
で除することにより即ち、本発明の面形状測定器は、P
、8両偏光について共通の参照鏡4を有していると共に
各々独立の干渉計を有しているので、被検物7の非球面
量りを各回転角に対し誤差の積算なしにめることができ
ることに特徴があり、この点が第3図に示した従来例と
異なるところである。従って、本発明の面形状測定器に
よれば、振動や空気の流動等の機械的擾乱や被検物7の
回転駆動機構の精度に影響されることが少なく高精度の
測定が可能である。又、本発明の面形状測定器は、オー
トフォーカス機能を有しているので非球面量の大きいも
のや凹面だけでなく凸面の測定も可能であると共に、被
検物7を回転駆動する構成となっているので深いRのも
のも測定し得る。
第7図は第二の実施例を示す。図中、30.31は直角
プリズムで、30は矢印で示したように紙面内で光軸に
垂直な方向に図示されていない駆動機構により駆動でき
るように保持され、31は固定されている。また、ビー
ムスプリッタ11と光検知器12は偏光プリズム16と
干渉縞計数部28との間に設置され、公知の技術にょシ
ブフォーカス量の検出と共に光ビームの横ずれ量をも検
出できる構造を有しているものとする。この実施例は、
入射光束の主光線と被検物7の表面とが直交しない場合
に入射光束を横ずれさせてその主光線が被検物7の表面
に垂直に入射させるための補正光学系を具備したもので
ある。第8図に示すように入射光束lに対し被検物7が
βだけ傾いている場合には、反射光束は2βだけ振られ
て実線で示す反射光路をとり、対物レンズ5を通過した
後では入射光束に対して平行に横ずれした光束となって
干渉計の方へ戻ってゆく。この光束の横ずれ量は光検知
器12により検知され、直角プリズム30が光検知器1
2からの誤差信号が零となるように光束の横ずれ量の半
分だけ平行移動され、第8図の点線で示した光路をとり
対物レンズ5により被検物7に垂直に入射する。従って
、反射光は入射と同じ光路を逆にたどる。本実施例に示
された傾き角補正光学系の、従来の第2図に示された対
物レンズ5を移動させる方式に対する利点は、第8図に
示されたように、入射光束lと被検物7との交点が入射
光束eを点線のように平行移動させても対物レンズ5の
球面収差を除いて全く同じ位置にあるので、第2図に示
されたように被検物7を移動させる必要がなく、サーボ
機構が簡単になり且つ測定時間が短縮されることにある
。
プリズムで、30は矢印で示したように紙面内で光軸に
垂直な方向に図示されていない駆動機構により駆動でき
るように保持され、31は固定されている。また、ビー
ムスプリッタ11と光検知器12は偏光プリズム16と
干渉縞計数部28との間に設置され、公知の技術にょシ
ブフォーカス量の検出と共に光ビームの横ずれ量をも検
出できる構造を有しているものとする。この実施例は、
入射光束の主光線と被検物7の表面とが直交しない場合
に入射光束を横ずれさせてその主光線が被検物7の表面
に垂直に入射させるための補正光学系を具備したもので
ある。第8図に示すように入射光束lに対し被検物7が
βだけ傾いている場合には、反射光束は2βだけ振られ
て実線で示す反射光路をとり、対物レンズ5を通過した
後では入射光束に対して平行に横ずれした光束となって
干渉計の方へ戻ってゆく。この光束の横ずれ量は光検知
器12により検知され、直角プリズム30が光検知器1
2からの誤差信号が零となるように光束の横ずれ量の半
分だけ平行移動され、第8図の点線で示した光路をとり
対物レンズ5により被検物7に垂直に入射する。従って
、反射光は入射と同じ光路を逆にたどる。本実施例に示
された傾き角補正光学系の、従来の第2図に示された対
物レンズ5を移動させる方式に対する利点は、第8図に
示されたように、入射光束lと被検物7との交点が入射
光束eを点線のように平行移動させても対物レンズ5の
球面収差を除いて全く同じ位置にあるので、第2図に示
されたように被検物7を移動させる必要がなく、サーボ
機構が簡単になり且つ測定時間が短縮されることにある
。
第9図は第三の実施例を示す。図中、32は光アイソレ
ータであり、33は1/4波長板である。
ータであり、33は1/4波長板である。
光アイソレータ32は光源1と干渉計との間の干渉を遮
断するもので公知のものである。第−及び第二の実施例
のファラデイローテータ19.20およびπ/40−テ
ータ21,22の代りに本実施例では1/4波長板33
が挿入しである。偏光プリズム16−を通過したP偏光
は1/4波長板33により円偏光に変換され、偏光プリ
ズム17により円偏光のうちのP偏光成分が透過し、S
偏光成分は系の外に向う。偏光プリズム17を通過した
P偏光は、第一の実施例の説明でのべたようにビームス
グリツタ11.複屈折プリズム23゜対物レンズ5を経
て被検物7に収束され、反射された後入射の光路を逆に
たどり対物レンズ5等を経て1/4波長板33に入射す
る。ここでP偏光は円偏光に変換され、そのうちのS偏
光成分は信号光として偏光プリズム16により反射され
干渉縞計数部28に至る。又、円偏光のうちのP偏光成
分は、偏光プリズム16.1/2波長板18を経て偏光
プリズム15に入射し、光束の一部は偏光プリズム15
により反射され系の外に向い、残りの光束はこれを通過
して光アイソレータ32に入射し遮断される。1/4波
長板33に左から入射するS偏光の光束も同様にして一
部は信号光として干渉縞計数部29に入射し、残りは系
外に或いは光アイソレータ32により遮断され失なわれ
る。以上のべた事から、本実施例は、光量の損失を除け
ば第4図に示された第一の実施例と全く同じ作用を示す
ことがわかる。
断するもので公知のものである。第−及び第二の実施例
のファラデイローテータ19.20およびπ/40−テ
ータ21,22の代りに本実施例では1/4波長板33
が挿入しである。偏光プリズム16−を通過したP偏光
は1/4波長板33により円偏光に変換され、偏光プリ
ズム17により円偏光のうちのP偏光成分が透過し、S
偏光成分は系の外に向う。偏光プリズム17を通過した
P偏光は、第一の実施例の説明でのべたようにビームス
グリツタ11.複屈折プリズム23゜対物レンズ5を経
て被検物7に収束され、反射された後入射の光路を逆に
たどり対物レンズ5等を経て1/4波長板33に入射す
る。ここでP偏光は円偏光に変換され、そのうちのS偏
光成分は信号光として偏光プリズム16により反射され
干渉縞計数部28に至る。又、円偏光のうちのP偏光成
分は、偏光プリズム16.1/2波長板18を経て偏光
プリズム15に入射し、光束の一部は偏光プリズム15
により反射され系の外に向い、残りの光束はこれを通過
して光アイソレータ32に入射し遮断される。1/4波
長板33に左から入射するS偏光の光束も同様にして一
部は信号光として干渉縞計数部29に入射し、残りは系
外に或いは光アイソレータ32により遮断され失なわれ
る。以上のべた事から、本実施例は、光量の損失を除け
ば第4図に示された第一の実施例と全く同じ作用を示す
ことがわかる。
尚、以上のべた各実施例では偏光プリズム15として偏
光ビームスプリッタを用いているがふつうのビームスプ
リッタを用いることも可能である。
光ビームスプリッタを用いているがふつうのビームスプ
リッタを用いることも可能である。
〜また4あるいは30として直角プリズムを用いている
が、キャッツアイを用いることもできる。また被検物7
の駆動機構として回転駆動機構を用いた場合を示したが
、平面駆動機構を用いることができることはもちろんで
ある。鵞た対物レンズ5ノ代すにホログラムレンズなど
の他の光収束部材動や空気の流動等の機械的擾乱や被検
物の回転駆動機構の精度に影響されることが少なく、非
球面量の大きいもの或は深いRのものを凹面及び凸面の
両方について高精度に且つ短時間に測定し得るという実
用上極めて重要な利点を有している。
が、キャッツアイを用いることもできる。また被検物7
の駆動機構として回転駆動機構を用いた場合を示したが
、平面駆動機構を用いることができることはもちろんで
ある。鵞た対物レンズ5ノ代すにホログラムレンズなど
の他の光収束部材動や空気の流動等の機械的擾乱や被検
物の回転駆動機構の精度に影響されることが少なく、非
球面量の大きいもの或は深いRのものを凹面及び凸面の
両方について高精度に且つ短時間に測定し得るという実
用上極めて重要な利点を有している。
第1図乃至第3図は夫々従来の面形状測定器の光学系を
示す図、第4図は本発明による面形状測定器の一実施例
の光学系を示す図、第5図は上記実施例における偏光面
の回転を説明する図、第6図は上記実施例の非球面量算
出の原理図、第7図は第二の実施例の光学系を示す図、
第8図は上記第二の実施例の傾き角補正光学系の作用を
説明する図、第9図は第三の実施例の光学系を示す図で
ある。 1・・・・光源、4・・・・参照鏡、5・・・・対物レ
ンズ、7・・・・被検物、11・・・・ビームスプリッ
タ、12・・・・光検知器、15,16.17・・・・
偏光プリズム、18・・・・1/2波長板、19.20
・・・・ファラデイローテータ、21.22・・・・π
/40−テータ、23・・・・複屈折プリズム、24,
25゜26.27・・・・鏡、28.i9・・・・干渉
縞計数部。 辷DjIじC 第1頁の続き 0発 明 者 川 島 隆 @発明者 用土 −雄 @発明者植竹 敏文 東京都渋谷区幡ケ谷2の43の2 オリンパス光学工業
株式東京都渋谷区幡ケ谷2の6の2 オリンパス光学工
業株式会社内
示す図、第4図は本発明による面形状測定器の一実施例
の光学系を示す図、第5図は上記実施例における偏光面
の回転を説明する図、第6図は上記実施例の非球面量算
出の原理図、第7図は第二の実施例の光学系を示す図、
第8図は上記第二の実施例の傾き角補正光学系の作用を
説明する図、第9図は第三の実施例の光学系を示す図で
ある。 1・・・・光源、4・・・・参照鏡、5・・・・対物レ
ンズ、7・・・・被検物、11・・・・ビームスプリッ
タ、12・・・・光検知器、15,16.17・・・・
偏光プリズム、18・・・・1/2波長板、19.20
・・・・ファラデイローテータ、21.22・・・・π
/40−テータ、23・・・・複屈折プリズム、24,
25゜26.27・・・・鏡、28.i9・・・・干渉
縞計数部。 辷DjIじC 第1頁の続き 0発 明 者 川 島 隆 @発明者 用土 −雄 @発明者植竹 敏文 東京都渋谷区幡ケ谷2の43の2 オリンパス光学工業
株式東京都渋谷区幡ケ谷2の6の2 オリンパス光学工
業株式会社内
Claims (2)
- (1)可干渉性の光束を発する光源と、該光束を相異な
る二つの偏光成分に一旦分離した後これらを結合させる
分−結合光学系と、分離された二つの偏光成分の各一部
に対して共通光路を有する参照光学系と、結合した二つ
の偏光成分を分離して被検物上の横ずれした二点に夫々
集束させる集束光学系と、被検物上で反射した二つの偏
光成分と前記参照光学系の二つの偏光成分の同じ偏光成
分同志により形成される干渉縞を夫々計数する二つの干
渉縞計数部とから構成された面形状測定器。 - (2)被検面に入射する光束の傾き角を補正する光学系
を具備していることを特徴とする特許請求の範囲(1)
に記載の面形状測定器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58205563A JPS6097205A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 面形状測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58205563A JPS6097205A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 面形状測定器 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3118474A Division JPH0678894B2 (ja) | 1991-05-23 | 1991-05-23 | 面形状測定器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6097205A true JPS6097205A (ja) | 1985-05-31 |
JPH0510602B2 JPH0510602B2 (ja) | 1993-02-10 |
Family
ID=16508962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58205563A Granted JPS6097205A (ja) | 1983-11-01 | 1983-11-01 | 面形状測定器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6097205A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101023193B1 (ko) | 2007-08-29 | 2011-03-18 | 한국전광(주) | 삼차원 형상 측정용 엘티피 시스템 |
CN111238419A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 中车齐齐哈尔车辆有限公司 | 制动阀滑阀副平面度的检测装置及检测方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5147344A (ja) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Hitachi Ltd | |
JPS58173423A (ja) * | 1982-04-05 | 1983-10-12 | Canon Inc | 面形状測定方法 |
-
1983
- 1983-11-01 JP JP58205563A patent/JPS6097205A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5147344A (ja) * | 1974-10-21 | 1976-04-22 | Hitachi Ltd | |
JPS58173423A (ja) * | 1982-04-05 | 1983-10-12 | Canon Inc | 面形状測定方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101023193B1 (ko) | 2007-08-29 | 2011-03-18 | 한국전광(주) | 삼차원 형상 측정용 엘티피 시스템 |
CN111238419A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 中车齐齐哈尔车辆有限公司 | 制动阀滑阀副平面度的检测装置及检测方法 |
CN111238419B (zh) * | 2020-01-20 | 2021-10-01 | 中车齐齐哈尔车辆有限公司 | 制动阀滑阀副平面度的检测装置及检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0510602B2 (ja) | 1993-02-10 |
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