JPS6117907A - ３次元形状測定装置 - Google Patents
３次元形状測定装置Info
- Publication number
- JPS6117907A JPS6117907A JP13790284A JP13790284A JPS6117907A JP S6117907 A JPS6117907 A JP S6117907A JP 13790284 A JP13790284 A JP 13790284A JP 13790284 A JP13790284 A JP 13790284A JP S6117907 A JPS6117907 A JP S6117907A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- measured
- light source
- sensor
- light
- 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
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３次元形状測定装置に関し、特に非接触にて高
速に形状測定を行ない得る３次元形状測定装置に関する
。
速に形状測定を行ない得る３次元形状測定装置に関する
。
従来、物体の３次元形状即ち立体的形状を非接触にて測
定するために種々の方法が用いられている。この様な測
定方法としては、コヒーレント光を利用した干渉計測法
や、スリット光による光切断像を読取る方法等が用いら
れている。しかしながら、干渉計測法は被測定物の表面
全体を同時に精度良く測定できるという利点を有する反
面、被測定物表面の凹凸が光の波長に対してかなシ大き
い場合には測定が困難であるという欠点がある。
定するために種々の方法が用いられている。この様な測
定方法としては、コヒーレント光を利用した干渉計測法
や、スリット光による光切断像を読取る方法等が用いら
れている。しかしながら、干渉計測法は被測定物の表面
全体を同時に精度良く測定できるという利点を有する反
面、被測定物表面の凹凸が光の波長に対してかなシ大き
い場合には測定が困難であるという欠点がある。
また、光切断像を読取る方法は光の波長のオーダーの凹
凸形状の測定は困難であシ従って高精度は望めないとい
う欠点がある。
凸形状の測定は困難であシ従って高精度は望めないとい
う欠点がある。
そこで、内部光源を有する合焦状態判別光学系を移動台
上に載置し、該光学系を被測定物表面にフォーカシング
せしめるべく移動台を移動せしめることによシ、該移動
台の移動量から３次元形状を測定する方式が提案されて
いる（特公昭４６−４０２３１号公報）。これによれば
、被測定物表面の凹凸の程度によらず、かなシの精度で
形状測定を行なうことができる。
上に載置し、該光学系を被測定物表面にフォーカシング
せしめるべく移動台を移動せしめることによシ、該移動
台の移動量から３次元形状を測定する方式が提案されて
いる（特公昭４６−４０２３１号公報）。これによれば
、被測定物表面の凹凸の程度によらず、かなシの精度で
形状測定を行なうことができる。
ととるが、被測定物表面に微細な凹凸（即ち、うねシ）
がある場合には、該凹凸の形状を高さの差即ち距離のみ
の測定によシ表現するよシは、傾斜角をも同時に測定し
て表現した方がよシ正確な情報となるが、上記の如き従
来の測定方式においてはこの様な正確な情報を得ること
はできない。
がある場合には、該凹凸の形状を高さの差即ち距離のみ
の測定によシ表現するよシは、傾斜角をも同時に測定し
て表現した方がよシ正確な情報となるが、上記の如き従
来の測定方式においてはこの様な正確な情報を得ること
はできない。
本発明は、上記の如き従来技術に鑑み、高精度。
高ストローク且つスポット計測にて極めて徹細な３次元
形状を正確に測定し得る３次元形状測定装置を提供する
ことを目的とする。
形状を正確に測定し得る３次元形状測定装置を提供する
ことを目的とする。
本発明によれば、上記の如き目的は、内部光源を有する
合焦状態判別光学系と、該合焦状態判別光学系と少なく
とも対物レンズ近傍における光路を共有し且つ内部光源
を有する傾斜角測定光学系とを有しており、上記合焦状
態判別光学系は対物レンズ近傍の光路を維持した状態に
て一部または全部を移動させやことかでき、該可動部の
移動量を測定するための手段が設けられていることを特
徴とする、３次元形状測定装置によシ達成される。
合焦状態判別光学系と、該合焦状態判別光学系と少なく
とも対物レンズ近傍における光路を共有し且つ内部光源
を有する傾斜角測定光学系とを有しており、上記合焦状
態判別光学系は対物レンズ近傍の光路を維持した状態に
て一部または全部を移動させやことかでき、該可動部の
移動量を測定するための手段が設けられていることを特
徴とする、３次元形状測定装置によシ達成される。
以下、図面を参照しつつ本発明測定装置の具体的実施例
を説明する。
を説明する。
第１図は本発明の３次元形状測定装置の第１の実施例を
示す概略構成図である。Ｍ１図において、２は合焦状態
判別光学系であり、４は傾斜角測定光学系である。光学
系２及び４はケーシング６に組込まれている。
示す概略構成図である。Ｍ１図において、２は合焦状態
判別光学系であり、４は傾斜角測定光学系である。光学
系２及び４はケーシング６に組込まれている。
合焦状態判別光学系２において、８は光源であり、ｘｏ
はコリメーターレンズであシ、１２はナイフェツジであ
シ、１４は偏光ビームスノリツタ−であ多、１６はハー
フミラ−であシ、１８は１／４波長板であυ、２０は対
物レンズであシ、２２はバンドパスフィルターで６Ｄ、
２４はレンズであシ、２６は光学的センサーである。
はコリメーターレンズであシ、１２はナイフェツジであ
シ、１４は偏光ビームスノリツタ−であ多、１６はハー
フミラ−であシ、１８は１／４波長板であυ、２０は対
物レンズであシ、２２はバンドパスフィルターで６Ｄ、
２４はレンズであシ、２６は光学的センサーである。
傾斜角測定光学系４において、２８は光源であｊＤ、３
０及び３２はレンズであシ、３４は偏光ビームスプリッ
タ−であｆｉ、３６はバンドパスフィルターで４ｊ５．
３８は光学的センサーである。尚、この光学系４におい
てはハーフミラ−１６，１７４波長板１８及び対物レン
ズ２０は光学系２と共用されている。
０及び３２はレンズであシ、３４は偏光ビームスプリッ
タ−であｆｉ、３６はバンドパスフィルターで４ｊ５．
３８は光学的センサーである。尚、この光学系４におい
てはハーフミラ−１６，１７４波長板１８及び対物レン
ズ２０は光学系２と共用されている。
ケーシング６は外部に固設されたアクチュエーター４０
に接続されている。該アクチーエータ−４０を駆動せし
めることによシ、ケーシング６は対物レンズ２０の光軸
Ｘに沿って移動することができる。アクチェエータ−４
０としては高精度な移動量コントロールを実現すべく流
体移動軸受スライド機構を備えたもの等を用いるのが好
ましい。
に接続されている。該アクチーエータ−４０を駆動せし
めることによシ、ケーシング６は対物レンズ２０の光軸
Ｘに沿って移動することができる。アクチェエータ−４
０としては高精度な移動量コントロールを実現すべく流
体移動軸受スライド機構を備えたもの等を用いるのが好
ましい。
ケーシング６にはまたその移動量を測定するための測長
手段４２が付設されている。測長手段４２としてはたと
えば格子干渉測長方式によるもの（Ｏｐｌｕｇ Ｅ、１
９８１年４月号ｐ８４〜）が用いられ、仁の場合、第１
図における４４はケーシング６に固定された基準格子で
あシ、４６は外部に固設された格子ピッチ読取装置であ
る。
手段４２が付設されている。測長手段４２としてはたと
えば格子干渉測長方式によるもの（Ｏｐｌｕｇ Ｅ、１
９８１年４月号ｐ８４〜）が用いられ、仁の場合、第１
図における４４はケーシング６に固定された基準格子で
あシ、４６は外部に固設された格子ピッチ読取装置であ
る。
５０は形状を測定されるべき被測定物である。
本実施例における合焦状態判別光学系２０合焦状態判別
法につき以下説明する。
法につき以下説明する。
光源８から発せられた光はコリメーターレンズ１０によ
シ平行光束とされ、該平行光束は偏光ビームスプリッタ
−１４を透過してハーフミラ−１６により反射されて、
１７４波長板１８を透過し対物レンズ２０に入射する。
シ平行光束とされ、該平行光束は偏光ビームスプリッタ
−１４を透過してハーフミラ−１６により反射されて、
１７４波長板１８を透過し対物レンズ２０に入射する。
尚、コリメーターレンズ１０を出た平行光束はナイフエ
、ｙ −） ｔ ２によシ一部遮光され、対物レンズ２
０にはその光軸Ｘを通る境界面によ９２分される２つの
ゾーンのうちの一方（図においては上半分のゾーン）に
のみ入射する。かくして、対物レンズ２０によりｓ束せ
しめられた光は被測定物５０の表面上にスポットを結ぶ
。該スポットから反射された光は、再び対物レンズ２０
を透過し、１７４波長板１８を経てハーフミラ−１６に
よ）反射せしめられ、ビームスノリツタ−１４によシ反
射せしめられ、パントノ４スフイルター２２及びレンズ
２４を透過した後、センサー２６に到達する。
、ｙ −） ｔ ２によシ一部遮光され、対物レンズ２
０にはその光軸Ｘを通る境界面によ９２分される２つの
ゾーンのうちの一方（図においては上半分のゾーン）に
のみ入射する。かくして、対物レンズ２０によりｓ束せ
しめられた光は被測定物５０の表面上にスポットを結ぶ
。該スポットから反射された光は、再び対物レンズ２０
を透過し、１７４波長板１８を経てハーフミラ−１６に
よ）反射せしめられ、ビームスノリツタ−１４によシ反
射せしめられ、パントノ４スフイルター２２及びレンズ
２４を透過した後、センサー２６に到達する。
しかして、この際、被測定物５０の表面と対物レンズ２
０との距離によシセンサー２６に到達する光に差が生ず
る。即ち、第２図に示される様に、被測定物５０の表面
がちょうど対物レンズ２０の焦点位置に存在する場合（
図中のイの位置）には、被測定物５００表面におけるス
ポットはちょうど光軸Ｘ上にその中心が位置するため、
反射光はセンサー２６において光軸Ｙ上に中心をもって
位置することになる。また、被測定物５０の表面が対物
レンズ２０の焦点位置よシも遠くに位置する場合（図中
の口の位置）には、被測定物５０の表面におけるスポッ
トは光軸Ｘからずれた図におけるＡゾーン内に中心をも
って位置する様になるため、その反射光はセンサー２６
において光軸Ｙからずれた図におけるＡ′ゾーンに中心
をもって位置することになる。一方、被測定物５００表
面が対物レンズ２０の焦点位置よシも近くに位置する場
合（図中のハの位置）には、被測定物５ｏの表面におけ
るスポットは光軸Ｘからずれた図におけるＢゾーンに中
心をもって位置する様になるため、その反射光はセンサ
ー２６において光軸Ｙからずれた図におけるＢ′ゾーン
に中心をもって位置することになる。
０との距離によシセンサー２６に到達する光に差が生ず
る。即ち、第２図に示される様に、被測定物５０の表面
がちょうど対物レンズ２０の焦点位置に存在する場合（
図中のイの位置）には、被測定物５００表面におけるス
ポットはちょうど光軸Ｘ上にその中心が位置するため、
反射光はセンサー２６において光軸Ｙ上に中心をもって
位置することになる。また、被測定物５０の表面が対物
レンズ２０の焦点位置よシも遠くに位置する場合（図中
の口の位置）には、被測定物５０の表面におけるスポッ
トは光軸Ｘからずれた図におけるＡゾーン内に中心をも
って位置する様になるため、その反射光はセンサー２６
において光軸Ｙからずれた図におけるＡ′ゾーンに中心
をもって位置することになる。一方、被測定物５００表
面が対物レンズ２０の焦点位置よシも近くに位置する場
合（図中のハの位置）には、被測定物５ｏの表面におけ
るスポットは光軸Ｘからずれた図におけるＢゾーンに中
心をもって位置する様になるため、その反射光はセンサ
ー２６において光軸Ｙからずれた図におけるＢ′ゾーン
に中心をもって位置することになる。
センサー２６としてはＣＣＤ （Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕ
ｐｌｅｄＤｅｖｉｓｅ）等のアレイセンサーが用いられ
る。第３図はこの様なセンサー２６の平面図である。こ
の図は第２図におけるセンサー２６を左方から見たもの
である。図中、斜線を付した部分はセンサーセグメント
間を分離しているチャンネルストツノ４一部を示す。第
３図のセンサー２６には、被測定物５０の表面位置が第
２図の４２口又はハである場合のスポット位置及びその
光量分布のグラフが記されている。
ｐｌｅｄＤｅｖｉｓｅ）等のアレイセンサーが用いられ
る。第３図はこの様なセンサー２６の平面図である。こ
の図は第２図におけるセンサー２６を左方から見たもの
である。図中、斜線を付した部分はセンサーセグメント
間を分離しているチャンネルストツノ４一部を示す。第
３図のセンサー２６には、被測定物５０の表面位置が第
２図の４２口又はハである場合のスポット位置及びその
光量分布のグラフが記されている。
センサー２６において、Ａ′ゾーンにおける全セ
□・ンサーセグメントの出力の和をＩ Ａ／とし Ｂ／
ゾーンにおける全センサーセグメントの出力の和をＩＢ
ｔとすると、光学系２の被測定物５０に対する合焦状態
に応じてΔＩ ＝ Ａ、ｔ Ｉ 、ｔが変化する。そ
の関係を第４図に示す。第４図から分る様に、フォーカ
シングが完全になされている場合（上記イの状態）の近
傍においてはΔ■はほぼＩＪ ニアに変化する。この特
性を利用することによって光学系２が前ピント外れ状態
であるか、完全フォーカシング状態であるか、後ピント
外れ状態であるかが判別できる。
□・ンサーセグメントの出力の和をＩ Ａ／とし Ｂ／
ゾーンにおける全センサーセグメントの出力の和をＩＢ
ｔとすると、光学系２の被測定物５０に対する合焦状態
に応じてΔＩ ＝ Ａ、ｔ Ｉ 、ｔが変化する。そ
の関係を第４図に示す。第４図から分る様に、フォーカ
シングが完全になされている場合（上記イの状態）の近
傍においてはΔ■はほぼＩＪ ニアに変化する。この特
性を利用することによって光学系２が前ピント外れ状態
であるか、完全フォーカシング状態であるか、後ピント
外れ状態であるかが判別できる。
従って、この出力Δ■に基づきΔ■をＯにするべくアク
チェエータ−４０をサー？駆動せしめるこ・とによシ、
自動フォーカシングが実現できる。この際のケーシング
６の移動量を測長子段４２で測定することによシ被測定
物５０の表面の光軸Ｘと交わる部分の位置が測定される
。この位置測定を被測定物表面の全体について行なうこ
とによシ３次元形状が測定できる。
チェエータ−４０をサー？駆動せしめるこ・とによシ、
自動フォーカシングが実現できる。この際のケーシング
６の移動量を測長子段４２で測定することによシ被測定
物５０の表面の光軸Ｘと交わる部分の位置が測定される
。この位置測定を被測定物表面の全体について行なうこ
とによシ３次元形状が測定できる。
次に、本実施例における傾斜角測定光学系４の傾斜角測
定法につき以下説明する。
定法につき以下説明する。
光源２８から発せられた光はし／ズ３０及び３２を透過
した後、平行光束となって偏光ビームスジリッター３４
に入射して反射せしめられ、ハーフミラ−１６及び１７
４波長板１８を透過して、対物レンズ２０によシ集束せ
しめられる。尚、この光学系４においては対物レンズ２
０に入射スる光束が光軸Ｘ上に中心を有し且つ該光軸Ｘ
に平行に入射する様になっている。かくして対物レンズ
２０によシ集束せしめられた光は被測定物５００表面上
においてＸ軸上に中心を有するスポットを結ぶ。該スポ
ットから反射された光束は再び対物レンズ２０を透過し
、１／４波長板１８、ハーフミラ−１６、偏光ビームス
プリッタ−３４及びバンドパスフィルター３６を透過し
た後、センサー３８に到達する。
した後、平行光束となって偏光ビームスジリッター３４
に入射して反射せしめられ、ハーフミラ−１６及び１７
４波長板１８を透過して、対物レンズ２０によシ集束せ
しめられる。尚、この光学系４においては対物レンズ２
０に入射スる光束が光軸Ｘ上に中心を有し且つ該光軸Ｘ
に平行に入射する様になっている。かくして対物レンズ
２０によシ集束せしめられた光は被測定物５００表面上
においてＸ軸上に中心を有するスポットを結ぶ。該スポ
ットから反射された光束は再び対物レンズ２０を透過し
、１／４波長板１８、ハーフミラ−１６、偏光ビームス
プリッタ−３４及びバンドパスフィルター３６を透過し
た後、センサー３８に到達する。
しかして、この際、被測定物５００表面の傾斜角によシ
センサー３８に到達する光に差が生ずる。
センサー３８に到達する光に差が生ずる。
即ち、第５図に示される様に、被測定物５０の表面が光
軸Ｘ上の位置において光軸Ｘと垂直の面に対し角度αだ
け傾いているとすると、投光スポットからの反射光束は
光軸Ｘに対し角度２αをなす方向に中心を有して対物レ
ンズ２０に入射する。
軸Ｘ上の位置において光軸Ｘと垂直の面に対し角度αだ
け傾いているとすると、投光スポットからの反射光束は
光軸Ｘに対し角度２αをなす方向に中心を有して対物レ
ンズ２０に入射する。
かくして、対物レンズ２０に入射した光束は光軸Ｘと平
行に進行し、その光速中心は光軸Ｘからｈ÷ｆｄｎ２α
（ここで、ｆは対物レンズ２０の焦点距離をあられす）
だけ隔てられている。
行に進行し、その光速中心は光軸Ｘからｈ÷ｆｄｎ２α
（ここで、ｆは対物レンズ２０の焦点距離をあられす）
だけ隔てられている。
センサー３８としては光束の重心位置検知センサーいわ
ゆるポジションセンサーなどが用いられ、これによシ上
記のｈを測定することによって上記αを求めることがで
きる。
ゆるポジションセンサーなどが用いられ、これによシ上
記のｈを測定することによって上記αを求めることがで
きる。
以上の説明から分る様に、傾斜角測定に際しては被測定
物５０の表面が対物レンズ２０の焦点位置にあることが
必要であるが、上記光学系２とアクチュエーター４０と
の作用によシ常にフォーカシングがなされているのでこ
の条件は常に満たされている。
物５０の表面が対物レンズ２０の焦点位置にあることが
必要であるが、上記光学系２とアクチュエーター４０と
の作用によシ常にフォーカシングがなされているのでこ
の条件は常に満たされている。
また、合焦状態判別光学系２と傾斜角測定光学系４とは
一部共通部分を有するので、各光学系において用いる光
源の波長帯域を異ならせたシ、偏光状態を異゛ならせた
シして、クロストークが生じない様にする。このため、
バンドパスフィルター２２及び３６、更には偏光ビーム
スプリッタ−１４及び３４及び１７４波長板１８が用い
られている。
一部共通部分を有するので、各光学系において用いる光
源の波長帯域を異ならせたシ、偏光状態を異゛ならせた
シして、クロストークが生じない様にする。このため、
バンドパスフィルター２２及び３６、更には偏光ビーム
スプリッタ−１４及び３４及び１７４波長板１８が用い
られている。
以上の如き実施例の３次元形状測定装置の性能につき以
下に評価を試みる。
下に評価を試みる。
先ず、位置測定の精度は光学系２０合焦状態判別分解能
と測長手段４２の測定精度とによシ定まる。たとえば、
対物レン／ｅ２０として焦点距離ｆ ＝２．１ Ｋｍ、
ＮＡ ＝ ０．９のものを、レンズｌＯとして焦点距
離ｆ １ ＝ ６．６ ｔｔｔｓのものを、レンズ２４
として焦点距離ｆｚ＝８５ｍｌ＋のものを用い、センサ
ー２６としてＣＯＤセンサーアレイを用いた場合には、
第４図のグラフにおけるリニア部分の傾きとして２００
〜１０００１００Ｏが得られ、更にこの時のΔＩの出力
のノイズとして１〜２ ｍＶ以下が達成される。これに
よシ、光学系２の合焦状態判別分解能として０．０１〜
０，０２μｍが得られる。また、測長手段４２として格
子干渉測長方式によるものを用いれば０．１〜０．０１
μｍの精度が達成される。尚、測長手段４２としては、
その細光ヘテロダインの干渉方式によるもの（たとえば
、Ｈｓｗｌｅｔｔ Ｐａｅｋａｒｄ社のレーザー測長機
、Ｏｐｌｕｓ Ｅ、 １９８２年１２月号ｐ８６〜）や
、レーザー干渉計の波数読取シ方式によるもの等を用い
ることもでき、これらによっても同様な精度が達成され
る。
と測長手段４２の測定精度とによシ定まる。たとえば、
対物レン／ｅ２０として焦点距離ｆ ＝２．１ Ｋｍ、
ＮＡ ＝ ０．９のものを、レンズｌＯとして焦点距
離ｆ １ ＝ ６．６ ｔｔｔｓのものを、レンズ２４
として焦点距離ｆｚ＝８５ｍｌ＋のものを用い、センサ
ー２６としてＣＯＤセンサーアレイを用いた場合には、
第４図のグラフにおけるリニア部分の傾きとして２００
〜１０００１００Ｏが得られ、更にこの時のΔＩの出力
のノイズとして１〜２ ｍＶ以下が達成される。これに
よシ、光学系２の合焦状態判別分解能として０．０１〜
０，０２μｍが得られる。また、測長手段４２として格
子干渉測長方式によるものを用いれば０．１〜０．０１
μｍの精度が達成される。尚、測長手段４２としては、
その細光ヘテロダインの干渉方式によるもの（たとえば
、Ｈｓｗｌｅｔｔ Ｐａｅｋａｒｄ社のレーザー測長機
、Ｏｐｌｕｓ Ｅ、 １９８２年１２月号ｐ８６〜）や
、レーザー干渉計の波数読取シ方式によるもの等を用い
ることもでき、これらによっても同様な精度が達成され
る。
次に、位置測定のストロークはアクチーエータ−４０の
ストローク及び測長手段４２のストロークによシ決まる
。上記の如き格子干渉測長方式、光ヘテロダイン干渉方
式、レーザー干渉計の波数読取ｐ方式等はいづれも１０
０ｍ以上の高ストロークを実現することができ、またア
クチェエータ−も同様なストロークを実現できる。
ストローク及び測長手段４２のストロークによシ決まる
。上記の如き格子干渉測長方式、光ヘテロダイン干渉方
式、レーザー干渉計の波数読取ｐ方式等はいづれも１０
０ｍ以上の高ストロークを実現することができ、またア
クチェエータ−も同様なストロークを実現できる。
更ニ、投光スポット径は対物レンズ２０のＮＡによシ定
まる。たとえば、対物レンズ２０としてＮ Ａ ＝ ０
．８のものを用いれば光学系２の投光スポ、ト径φはφ
＝２．４４ＦλΦ２．３８μｍ（ここで、Ｆ ”’ ２
Ｘ ２ＮＡ ”” １−２５ 、λ＝０．７８μｍと
した）とな９．２μｍ程度のスポット計測が可能となる
。尚、スポット径を大きくしたい場合には光学系２の投
光有効光束径を小さくして実効的な光束のＮＡを小さく
すればよい。
まる。たとえば、対物レンズ２０としてＮ Ａ ＝ ０
．８のものを用いれば光学系２の投光スポ、ト径φはφ
＝２．４４ＦλΦ２．３８μｍ（ここで、Ｆ ”’ ２
Ｘ ２ＮＡ ”” １−２５ 、λ＝０．７８μｍと
した）とな９．２μｍ程度のスポット計測が可能となる
。尚、スポット径を大きくしたい場合には光学系２の投
光有効光束径を小さくして実効的な光束のＮＡを小さく
すればよい。
また、傾斜角測定精度はセンサー３Ｂの位置検出精度に
よ）定まる。たとえば、センサー３８の検出精度０．３
μｍで、対物レンズ２０の焦点距離ｆ ＝ ３．３ ｍ
の場合には約９”の傾斜角測定精度が実現できる。更に
、傾斜角の測定範囲としては、対物レンズ２０としてＮ
Ａ ＝ ０．５〜０．９のものを用いれば１０〜３０
°位まで測定が可能となる。
よ）定まる。たとえば、センサー３８の検出精度０．３
μｍで、対物レンズ２０の焦点距離ｆ ＝ ３．３ ｍ
の場合には約９”の傾斜角測定精度が実現できる。更に
、傾斜角の測定範囲としては、対物レンズ２０としてＮ
Ａ ＝ ０．５〜０．９のものを用いれば１０〜３０
°位まで測定が可能となる。
第６図は本発明の３次元形状測定装置のＭ２の実施例を
示す概略構成図である。本実施例装置においては傾斜角
測定光学系４の構成のみ上記第１の実施例と異なる。本
実施例の光学系４において、６０は光源であシ、６２は
コリメーターレンズであシ、６４はアパーチャーであｐ
ｌ ６６はノ為−７ミラーであシ、６７はパントノ母ス
フイルターであシ、６８はレンズであシ、７０はミラー
であシ、７２及び７４はレンズであシ、７６及び７８は
光学的センサーである。本光学系において、ミラー７０
は光軸Ｘを通る境界面によシ２分される２つのゾーンの
うちの一方（図においては下半分のゾーン）にのみ位置
する。また、アノ４−チャー６４とミラー７０とは対物
し／ズ２０及びレンズ６８に関し共役に配置されている
。即ち、アパーチャー６４は対物レン、ｅ２０の焦点位
置に配置されている。
示す概略構成図である。本実施例装置においては傾斜角
測定光学系４の構成のみ上記第１の実施例と異なる。本
実施例の光学系４において、６０は光源であシ、６２は
コリメーターレンズであシ、６４はアパーチャーであｐ
ｌ ６６はノ為−７ミラーであシ、６７はパントノ母ス
フイルターであシ、６８はレンズであシ、７０はミラー
であシ、７２及び７４はレンズであシ、７６及び７８は
光学的センサーである。本光学系において、ミラー７０
は光軸Ｘを通る境界面によシ２分される２つのゾーンの
うちの一方（図においては下半分のゾーン）にのみ位置
する。また、アノ４−チャー６４とミラー７０とは対物
し／ズ２０及びレンズ６８に関し共役に配置されている
。即ち、アパーチャー６４は対物レン、ｅ２０の焦点位
置に配置されている。
本実施例の光学系４においては、被測定物５０の表面が
光軸Ｘに垂直な面に対し傾斜を有していない場合には、
被測定物５０の表面に当たって反射した光は対物レンズ
２０の瞳位置で光軸Ｘと平行ずれなしにレンズ６８に到
達する。この状態では、ミラー７０によシ反射され、レ
ンズ７２を経てセンサー７６に到達する光量と、ミラー
７０に入射しないでレンズ７４を経てセンサー７８に到
達する光量とは等しく、この際のセンサー７６の出力と
センサー７８の出力とを等しくしておく。
光軸Ｘに垂直な面に対し傾斜を有していない場合には、
被測定物５０の表面に当たって反射した光は対物レンズ
２０の瞳位置で光軸Ｘと平行ずれなしにレンズ６８に到
達する。この状態では、ミラー７０によシ反射され、レ
ンズ７２を経てセンサー７６に到達する光量と、ミラー
７０に入射しないでレンズ７４を経てセンサー７８に到
達する光量とは等しく、この際のセンサー７６の出力と
センサー７８の出力とを等しくしておく。
被測定物５０の表面が光軸Ｘに垂直な面に対し傾斜を有
［７ている場合には、被測定物５００表面に当たって反
射した光は対物レンズ２０の瞳位置で光軸Ｘに対して平
行ずれを生じレンズ６８に入射する。この状態ではミラ
ー７０で反射されレンズ７２を経てセンサー７６に到達
する光量とミラー７０に入射しないでレンズ７４を経て
センサー７８に到達する光量とが異なシ、センサー７６
と７８との差動出力を求めれば、その値から傾斜角を求
めることができる。
［７ている場合には、被測定物５００表面に当たって反
射した光は対物レンズ２０の瞳位置で光軸Ｘに対して平
行ずれを生じレンズ６８に入射する。この状態ではミラ
ー７０で反射されレンズ７２を経てセンサー７６に到達
する光量とミラー７０に入射しないでレンズ７４を経て
センサー７８に到達する光量とが異なシ、センサー７６
と７８との差動出力を求めれば、その値から傾斜角を求
めることができる。
尚、以上の実施例においては、合焦状態判別光学系２は
合焦のため全体が移動する様になっている例を示したが
、光学系２はその一部のみが移動する様になっていても
よい。第７図及び第８図はその様な光学系の一部を示す
ものである。
合焦のため全体が移動する様になっている例を示したが
、光学系２はその一部のみが移動する様になっていても
よい。第７図及び第８図はその様な光学系の一部を示す
ものである。
第７図の光学系２においては、対物レンズ２゜のみが光
軸Ｘに沿って移動可能である。そして測長手段の一部を
構成するコーナーキューブ８０が該対物レンズ２０に固
定されておシ、測長手段本体から発せられたレーザー光
が該コーナーキューブ８０によシ反射されて測長手段本
体へと通性る。
軸Ｘに沿って移動可能である。そして測長手段の一部を
構成するコーナーキューブ８０が該対物レンズ２０に固
定されておシ、測長手段本体から発せられたレーザー光
が該コーナーキューブ８０によシ反射されて測長手段本
体へと通性る。
第８図の光学系２においては、光源８のみがレンズ１０
の光軸に沿って移動可能である。そして測長手段の一部
を構成するコーナーキー−ブ８０が光源８に固定されて
いる。尚、この場合には光 ［源８の移動量を対物
レンズ２０から投光される光束のフォーカシング位置の
移動量に換算する必要がある。
の光軸に沿って移動可能である。そして測長手段の一部
を構成するコーナーキー−ブ８０が光源８に固定されて
いる。尚、この場合には光 ［源８の移動量を対物
レンズ２０から投光される光束のフォーカシング位置の
移動量に換算する必要がある。
尚、第７図及び第８図の実施例においては可動部のみを
移動させるアクチーエータ−が備えられているが、これ
は図示を省略した。
移動させるアクチーエータ−が備えられているが、これ
は図示を省略した。
この様にして可動部を小さくすると、アクチーエータ−
を小型化することができる。
を小型化することができる。
以上の実施例においては自動合焦の方式としていわゆる
ＴＴＬ−Ａ Ｆ （Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｔａｋｉ
ｎｇ ＬｅｎｓＡｏｔｌｖ＠Ａｕｔｏ Ｆｏｅｕｓ ）
方式（テレビジｍ ７学会誌。
ＴＴＬ−Ａ Ｆ （Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｔａｋｉ
ｎｇ ＬｅｎｓＡｏｔｌｖ＠Ａｕｔｏ Ｆｏｅｕｓ ）
方式（テレビジｍ ７学会誌。
第３５巻第８号、１９８１年、ｐ６３７〜）を用いた例
を示したが自動合焦の方式としては他の方式たとえばビ
デオのピックアップに用いられている方式やカメラのオ
ートフォーカスで使用されている方式等を用いることも
できる。
を示したが自動合焦の方式としては他の方式たとえばビ
デオのピックアップに用いられている方式やカメラのオ
ートフォーカスで使用されている方式等を用いることも
できる。
以上の如き本発明の３次元形状測定装置によれば、高精
度、高ストロークにて微小スポットによる３次元形状測
定を高速にて行なうことができ、同時に被測定物表面の
傾斜角測定をも行なうことができるので、３次元形状に
関する正確な情報を短時間のうちに得ることができる。
度、高ストロークにて微小スポットによる３次元形状測
定を高速にて行なうことができ、同時に被測定物表面の
傾斜角測定をも行なうことができるので、３次元形状に
関する正確な情報を短時間のうちに得ることができる。
第１図は本発明装置の構成図でアシ、第２図及び第５図
はその部分図であり、第３図は七ンｙ−の平面図であシ
、第４図はセンサーの出力のグラフであシ、第６図は本
発明装置の構成図であシ、第７図及び第８図は本発明装
置の部分構成図である。 ２：合焦状態判別光学系、４：傾斜角測定光学系、６：
ケーシング、８，２８．６０：光源、２０：対物レンズ
、２６，３８，７６．７８：センサー、４０ニアクチ−
エータ−１４２：測長手段、５０：被測定物。
はその部分図であり、第３図は七ンｙ−の平面図であシ
、第４図はセンサーの出力のグラフであシ、第６図は本
発明装置の構成図であシ、第７図及び第８図は本発明装
置の部分構成図である。 ２：合焦状態判別光学系、４：傾斜角測定光学系、６：
ケーシング、８，２８．６０：光源、２０：対物レンズ
、２６，３８，７６．７８：センサー、４０ニアクチ−
エータ−１４２：測長手段、５０：被測定物。
Claims (3)
- （１）内部光源を有する合焦状態判別光学系と、該合焦
状態判別光学系と少なくとも対物レンズ近傍における光
路を共有し且つ内部光源を有する傾斜角測定光学系とを
有しており、上記合焦状態判別光学系は対物レンズ近傍
の光路を維持した状態にて一部または全部を移動させる
ことができ、該可動部の移動量を測定するための手段が
設けられていることを特徴とする、３次元形状測定装置
。 - （２）判別された合焦状態に基づき、合焦状態判別光学
系をフォーカシングせしめるべく可動部を駆動せしめる
ための手段が設けられている、第１項の３次元形状測定
装置。 - （３）２つの光学系が異なる波長帯域の光源を有し、且
つ各光学系が該光学系の光源の発する波長帯域の光を透
過せしめ他の光学系の光源の発する波長帯域の光を透過
せしめないバンドパスフィルターを有する、第１項の３
次元形状測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13790284A JPH0652168B2 (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | ３次元形状測定装置 |
| US07/517,514 US5033856A (en) | 1984-07-05 | 1990-04-30 | Three-dimensional shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13790284A JPH0652168B2 (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | ３次元形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6117907A true JPS6117907A (ja) | 1986-01-25 |
| JPH0652168B2 JPH0652168B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=15209346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13790284A Expired - Fee Related JPH0652168B2 (ja) | 1984-07-05 | 1984-07-05 | ３次元形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652168B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6275303A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-07 | Yokogawa Electric Corp | 変位変換器 |
| JPS63223510A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Canon Inc | 面形状測定装置 |
| JPS6426105A (en) * | 1987-03-13 | 1989-01-27 | Canon Kk | Surface shape measuring instrument |
-
1984
- 1984-07-05 JP JP13790284A patent/JPH0652168B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6275303A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-07 | Yokogawa Electric Corp | 変位変換器 |
| JPS63223510A (ja) * | 1987-03-13 | 1988-09-19 | Canon Inc | 面形状測定装置 |
| JPS6426105A (en) * | 1987-03-13 | 1989-01-27 | Canon Kk | Surface shape measuring instrument |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0652168B2 (ja) | 1994-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2913984B2 (ja) | 傾斜角測定装置 | |
| US4358200A (en) | Optical focussing-error detection system | |
| US5033856A (en) | Three-dimensional shape measuring apparatus | |
| NL7904579A (nl) | Optisch afbeeldingsstelsel voorzien van een opto- -elektronisch detektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldings- stelsel en een tweede vlak waarop afgebeeld moet worden. | |
| JPS61178635A (ja) | 波面収差測定用の干渉装置 | |
| JPH02161332A (ja) | 曲率半径測定装置及び方法 | |
| US5011287A (en) | Interferometer object position measuring system and device | |
| JPS6117905A (ja) | 厚さ測定装置 | |
| US4125778A (en) | Apparatus for laser anemometry | |
| JPS5979104A (ja) | 光学装置 | |
| JPS6161178B2 (ja) | ||
| JPS6117907A (ja) | ３次元形状測定装置 | |
| JPS6117908A (ja) | ３次元形状測定装置 | |
| US4120590A (en) | Method for measuring the thickness of transparent articles | |
| US3832063A (en) | Lens axis detection using an interferometer | |
| JPS63241407A (ja) | 微細凹部の深さ測定方法及びその装置 | |
| KR100484283B1 (ko) | 층밀리기 간섭을 이용한 광부품 검사 장치 | |
| JPS60211306A (ja) | 縞走査シエアリング干渉測定装置における光学系調整方法 | |
| JPS6242327Y2 (ja) | ||
| JPS63223510A (ja) | 面形状測定装置 | |
| JPS63148106A (ja) | 物体位置測定装置 | |
| JPS61105408A (ja) | 光学測定装置 | |
| JPS62157507A (ja) | 三次元形状測定装置 | |
| JP2686323B2 (ja) | フォーカス誤差検出装置 | |
| US3554650A (en) | Focus sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |