JPS6117908A - 3次元形状測定装置 - Google Patents

3次元形状測定装置

Info

Publication number
JPS6117908A
JPS6117908A JP13790384A JP13790384A JPS6117908A JP S6117908 A JPS6117908 A JP S6117908A JP 13790384 A JP13790384 A JP 13790384A JP 13790384 A JP13790384 A JP 13790384A JP S6117908 A JPS6117908 A JP S6117908A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measured
lens
optical system
sensor
dimensional shape
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.)
Pending
Application number
JP13790384A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsushi Nose
哲志 野瀬
Yukichi Niwa
丹羽 雄吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP13790384A priority Critical patent/JPS6117908A/ja
Publication of JPS6117908A publication Critical patent/JPS6117908A/ja
Priority to US07/517,514 priority patent/US5033856A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices 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。

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
速に形状測定を行々い得る3次元形状測定装置に関する
〔従来技術〕
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。
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。
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り、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、かなりの精度で
形状測定を行なうことができる。しかしながら、従来提
案されているこの方式のものは合焦状態判別光学系全体
を移動台上に固定して移動せしめるため可動部の重量が
大きくなシ移動のために大きなエネルギーを必要とする
という問題点があった。
〔発明の目的〕
本発明は、上記の如き従来技術に鑑み、高精度、高スト
ロークにて微細な3次元形状を比較的少ない駆動エネル
ギーにて正確に測定し得る3次元形状測定装置を提供す
ることを目的とする。
〔発明の要旨〕
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を有し、該光学系は対物レンズ近傍
の光路を維持した状態にてその一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次元形状測定装置により
達成される。
〔発明の実施例〕
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。
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。第1図において、2は合焦状態
判別光学系である。光学系2において、4は光源であシ
、6/iコリメーターレンズであり、8はナイフェツジ
であ、9.10はハーフミラ−であシ、12は対物レン
ズであシ、14はレンズであIC116は光学的センサ
ーである。2゜は形状を測定されるべき被測定物である
光源4から発せられた光はコリメーターレンズ6により
平行光束とされ、該平行光束はハーフミラ−10117
mよシ反射されて、対物レンズ12に入射する。尚、コ
リメーターレンズ6を出た平行光束はナイフェツジ8に
よシ一部遮光され、対物レンズ12にはその光軸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(
図においては上半分のゾーン)にのみ入射する。かくし
て、対物レンズ12により集束せしめられた光は被測定
物200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、ハーフミ
ラ−10を透過して、レンズ14によシ集束せしめられ
てセンサー16に到達する。
しかして、この際、被測定物20の表面と対物レンズ1
2との距離によシセンサー16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200表面
がちょうど対物レンズ12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20の表面におけるス
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16において光軸X上に中心をもって
位置することに表る。また、被測定物200表面が対物
レン、e12の焦点位置よりも遠くに位置する場合(図
中の口の位置)には、被測定物200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1
6においてB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20の表面が対物レンズ12の焦点位
置よりも近〈に位置する場合(図中のハの位置)Kは、
被測定物20の表面におけるスポットは光軸Xからずれ
た図にかける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16においてAゾーンに中
心をもって位置することになる。
センサー16としてはCCD (Charg@Coup
ledDevice )等のセンサーアレイが用いられ
る。第3図はこの様なセンサー16の平面図である。こ
の図は第2図におけるセンサー16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や一部を示す。第
3図のセンサー16には、被測定物200表面位置が第
2図のイ、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16において、Bゾーンにおける全センサーセ
グメントの出力の和を!、とじ、Aゾーンにおける全セ
ンサーセグメントの出力の和を■□とすると、光学系2
の被測定物20に対する合焦状態に応じてΔI = I
、 −IA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外されている
場合(上記イの状態)の近傍においてはΔ■はほぼリニ
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0にするべく光学
系2の一部をサーボ駆動せしめることにより自動フォー
カシングが実現できる。
本実施例装置においては光学系2のうちの対物レンズ1
2を除く部分がケーシング22に取付けられており、対
物レンズ12は該ケーシング22に対し移動することが
できる。対物レンズ12の移動はその光軸Xに沿って行
なわれ、たとえばケーシング22に付設せしめられたア
クチュエーター(図示せず)によシ駆動することができ
る。該アクチュエーター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動軸受スライド9機構を備えた
もの等を用いるのが好ましい。
本実施例装置においては、可動性対物レンズ12の移動
量を測定するための測長手段が設けられている。即ち、
ケーシング22にはし〜ザー干渉計の波数読取り方式に
よる測長手段本体24が取付けられておシ、一方対物レ
ンズ12には測長手段の一部を構成するコーナーキュー
ブ26が付設されておシ、本体24から発せられたレー
ザー光がコーナーキューブ26によシ反射されて本体2
4へと進行する様になっている。
かくして、自動フォーカシングを行ない、その際の対物
レンズ12の移動量を測長手段にて測定することによシ
被測定物200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。
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。
先ず、位置測定の精度は光学系20合焦状態判別分解能
と測長手段の測定精度とによシ定まる。   □たとえ
ば、対物レンズ12として焦点距離f=2.1am 、
 N A = 0.9のものを、レンズ6として焦点距
離fl=6.6mmのものを、レンズ14として焦点距
離fl=85mmのものを用い、センサー16としてC
CD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200〜10100O
/μmが得られ、更にこの時のΔ■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υ、光学系
20合焦状態判別分解能として0.01〜002μmが
得られる。また、測長手段として上記の如きレーザー干
渉計の波数読取シ方式によるものを用いれば、0.1〜
001μmの精度が達成される。尚、測長手段としては
、その細光ヘテロゲインの干渉方式によるもの(たとえ
ば、Hewlett Packard社のレーザー測長
機Oplusg+1982年12月号9.86〜)や、
格子干渉測長方式によるもの(Oplus E 、 1
981年4月号p84〜)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ュエーターのスト
ローク及び測長手段のストロークにより決まる。上記の
如き格子干渉測長方式、光へテロダイン干渉方式、レー
ザー干渉計の波数読取シ方式等はいづれも100110
0l+以上の高ストロークを実現することができ、また
アクチュエーターも同様なストロークを実現できる。
更に、投光スポット径は対物レンズ12のNAによシ定
まる。たとえば、対物レンズ12としてN A = 0
.8のものを用いれば光学系20投光スポツト径φはφ
= 2.44 Fλ中2.38μm(ここで、なシ、2
μm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、本実施例装置においては、合焦時に被測定物20
0表面の光軸X上の点とセンサー16とが共役関係に々
るので、対物レンズ12のNAを大きくしておけば被測
定物20の表面が鏡面である場合の他に粗面であっても
測定は可能となる。
第5図は本発明の3次元形状測定装置の第2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、対物
レンズ12がケーシング22に固定されており且つ光源
4がケーシング22に対し移動し得る点のみ上記第1の
実施例と異なる。光源4の移動はコリメーターレンズ6
の光軸に沿って行なわれ、上記第1の実施例におけると
同様にケーシング22に付設せしめられたアクチュエー
ター(図示せず)によ勺駆動することができる。
また、ケーシング22には上記第1の実施例におけると
同様に測長手段本体24が取付けられておシ、一方光源
4には測長手段の一部を構成するコーナーキューブ26
が付設されている。かくして、光源41r:移動させる
ことによシ自動フォーカシングを行ない、その際の光源
4の移動量を測長手段にて測定することによシ被測定物
200表面の光軸Xと交わる部分の位置が測定される。
但し、本実施例装置においては光源4の移動量を対物レ
ンズ12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。
以上の実施例においては自動合焦の方式としていわめる
TTL−A2F (Tbrougb the Taki
ng Len畠Active Auto Focus 
)方式(テレビジョン学会誌、第35巻第8号、198
1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。
〔発明の効果〕
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
定を行表うことができ、また本発明装置においては可動
部が小さいので駆動エネルギーが少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の構成図であシ、第2図はその部分
図であシ、第3図はセンサーの平面図であシ、第4図は
センサーの出力のグラフであシ、第5図は本発明装置の
構成図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内部光源を有する合焦状態判別光学系を有し、該
    光学系は対物レンズ近傍の光路を維持した状態にてその
    一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. (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. (3)可動部が対物レンズである、第1項の3次元形状
    測定装置。
  4. (4)可動部が光源である、第1項の3次元形状測定装
    置。
JP13790384A 1984-07-05 1984-07-05 3次元形状測定装置 Pending JPS6117908A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13790384A JPS6117908A (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
JP13790384A JPS6117908A (ja) 1984-07-05 1984-07-05 3次元形状測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6117908A true JPS6117908A (ja) 1986-01-25

Family

ID=15209370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13790384A Pending JPS6117908A (ja) 1984-07-05 1984-07-05 3次元形状測定装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6117908A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63252211A (ja) * 1986-12-19 1988-10-19 ホンメルヴエルケ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 表面との間隔を無接触式に測定するための装置
JPS6426106A (en) * 1987-03-13 1989-01-27 Canon Kk Surface shape measuring instrument
JPH0328375A (ja) * 1989-06-26 1991-02-06 Kyocera Corp 被覆超硬合金
KR101085014B1 (ko) 2009-02-27 2011-11-21 연세대학교 산학협력단 광학식 표면 측정 장치 및 방법
CN109990729A (zh) * 2019-01-15 2019-07-09 广东工业大学 一种基于电流波数扫描的透镜三维轮廓测量装置及方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63252211A (ja) * 1986-12-19 1988-10-19 ホンメルヴエルケ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 表面との間隔を無接触式に測定するための装置
JPS6426106A (en) * 1987-03-13 1989-01-27 Canon Kk Surface shape measuring instrument
JPH0328375A (ja) * 1989-06-26 1991-02-06 Kyocera Corp 被覆超硬合金
KR101085014B1 (ko) 2009-02-27 2011-11-21 연세대학교 산학협력단 광학식 표면 측정 장치 및 방법
CN109990729A (zh) * 2019-01-15 2019-07-09 广东工业大学 一种基于电流波数扫描的透镜三维轮廓测量装置及方法
US11092511B2 (en) 2019-01-15 2021-08-17 Guangdong University Of Technology Device and method for measuring lens contour based on laser wave number scanning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5991034A (en) Interferometer which varies a position to be detected based on inclination of surface to be measured
US5033856A (en) Three-dimensional shape measuring apparatus
CS401088A2 (en) Scanning device for information level scanning on record's optical carrier by means of optical radiation
JPS6117905A (ja) 厚さ測定装置
JPS6117908A (ja) 3次元形状測定装置
JPS6383931A (ja) 発光素子
JPS5979104A (ja) 光学装置
JPS6161178B2 (ja)
JPS59231736A (ja) フォーカスおよびトラッキング誤差検出装置
JPS6117907A (ja) 3次元形状測定装置
US4905216A (en) Method for constructing an optical head by varying a hologram pattern
CA1297285C (en) High accuracy structured light profiler
JPS63241407A (ja) 微細凹部の深さ測定方法及びその装置
JPH05164556A (ja) 合焦点型非接触変位計
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
JP3187041B2 (ja) 光ピックアップ装置
JPS6242327Y2 (ja)
JP3061653B2 (ja) 非球面の測定方法および測定装置
JPS63223510A (ja) 面形状測定装置
JP4106191B2 (ja) 光学システムの調整方法
JPH0255722B2 (ja)
JPH03276044A (ja) 曲面における曲率半径の測定方法及び測定装置
JPS63229314A (ja) 形状測定装置
CN115790438A (zh) 基于点自聚焦原理的光探针测头
JPS62157507A (ja) 三次元形状測定装置