JPS62113006A - 面形状測定器の非接触式プロ−ブ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非球面等の形状測定に用いる面形状測定器の
非接触式プローブに関するものである。

〔従来の技術〕

面形状測定器としては、たとえば特開昭５９−１０８９
０４号公報に記載のものがある。これは空気圧により被
検面とプ１１−プとの間の距離を一定に保ち、干渉ｄ１
測により被検面の形状を測定ずものである。この計測方
法は、被検面の状態が傷のない良好なものの場合には高
精度の測定を保証するが、金型あるいはこれによりモー
ルドされた製品の表面に異物やピンホール等が存在する
場合には、誤計数が生ずることがある。これに対する対
策は従来なされてない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記問題点に鑑み、被検面に傷や異物やピン
ホール等が存在する場合にも、これらが干渉計測に与え
る影響を軽減除去して高精度の形状測定を保証し得る非
接触式プローブを提供することを目的とするものである
。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
非接触式プローブを含む面形状測定器の概念図を第１図
に示す。光源１から発した平行な光束２は偏光プリズム
３により透過２反射する三光束に分けられる。透過光束
はＰ偏光となり、１／４波長板４によりさらに円偏光に
変換され、凸レンズ５により被検面６の上に集束される
。

凸レンズ５は空気圧や電磁力等により被検面６に公知の
技術を用いてオートフォーカスされているものとする。

被検面６で反射された光束は再び凸レンズ５を通って平
行光束に変換され、１／４波長板４によりＳ偏光に変換
され、偏光プリズム３で反射されて干渉縞計測部７に入
る。一方、最初に偏光プリズム３で反射された光束はＳ
偏光となり、１／４波長板８を通って円偏光に変換され
、参照鏡９で反射された後再び１／４波長板８を通って
Ｐ偏光に変換され、偏光プリズム３を通って干渉縞計測
部７に入り、被検面６からの反射光束と重ねられて干渉
縞を形成し、その移動を計数することにより干渉計測が
なされる。干渉縞計測部７としてはたとえば特公昭５１
−４７３４４号公報に開示された公知の技術手段を用い
ることができる。被検面６には被検面６をその近催曲率
中心０のまわりに矢印のように回転せしめる機構が取り
付けられており、理想球面からのずれ量を検出すること
により形状測定がなされる。

本発明の要点は凹レンズ１０にあり、これを点線図示の
如く凸レンズ５の近傍位置に挿入することにより凸レン
ズ５の焦点距離を長くし、被検面６上の収束スポット光
のスポット径を広げることにより、傷等の影響を軽減除
去しようとするものである。いいかえると傷等のサイズ
に比較して収束スポット光の径が充分大きければ、受け
る影響を軽減また除去することが可能となるという原理
による。

〔実施例〕

以下、図示した一実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

第２図に一実施例を含む面形状測定器の光学径を示す。

第１図と異なる点は、焦点可変レンズ１１を１／４波長
板４と凸レンズ５の間に挿入し、干渉縞計測部７からの
信号を信号処理回路１２に入れ、その出力を電圧供給部
１３に人力し、信号に応じた電圧を焦点可変レンズ１１
に印加できるようにしたことである。

被検面６に傷があると、干渉縞計測部７からの干渉二相
信号は、第３図（７１＞に示すリサージュ図形では、円
周上をまわる正規の信号から内側に落ち込んで（る。こ
れは傷における散乱により信号光量が減少するためであ
る。たとえば点Ｐから矢印のような経路をたどって中心
Ｏを何回かまわり、傷を通過するに従い元の円周軌道へ
戻って行き点Ｐ′で復帰する。傷がない場合は円周軌道
上を点Ｐから点Ｐ′まで移動し、位相角１ｐｏｐ′に相
当する位相の変化があったことになるが、傷があると中
心０をまわった回数をＮとするとＮ×２πの位相角だけ
余計に計数することになり、この分だけ誤計数となる。

これを防ぐために点線で示す領域を定め、この領域内に
信号の軌跡が進入した時に信号を発し、第２図の電圧供
給部１３に信号を印加し、焦点可変レンズ１１が凹レン
ズとなるように電圧を供給すればよい。このようにする
と、第１図で述べたように実効的に凸レンズ５の焦点距
離が長くなったことに相当し、被検面６上の収束スポッ
ト径が大きくなり、傷等の影響を受けにくくなる。この
結果、干渉信号の軌跡が点線の領域の内側に入ることは
なくなり、第３図（ｂ）の点Ｓで止まるように制御する
ことが可能となる。測定点が傷の部分を通過するに従い
干渉信号の軌跡は元の円周軌道に戻るようになり、点Ｓ
から点Ｐ゛に向かう軌道をたどって点Ｐ′で円周軌道に
戻る。この場合は第３図（ａ）のように原点０のまわり
を何回もまわることはないので、誤計数を著しく軽減す
ることが可能となる。

第４図に上記実施例の信号処理回路の一例を示す。二相
の干渉信号をｓｉｎ信号１４．ｃｏｓ信号１５とすると
、これの二乗平均をとる演算回路１６の出力を差動増ｌ
】器１７．アナログスイッチ１９を介して出力する。演
算回路１６の出力の一部はコンパレータ１８を介してア
ナログスイッチ１９の制御に用いられる。コンパレータ
１８の基準電圧は第３図の点線の領域を表わし、差動増
巾器１７の基準電圧ともなっている。干渉信号の軌跡が
点線の領域に入ると、コンパレータ１８の出力が変化し
、アナログスイッチ１９がＯＮとなり導通する。差動増
巾器１７では、干渉信号の軌跡が点線の領域内のより内
側に入れば入る程大きな出力信号が出される。干渉信号
の軌跡が点線の領域の外側に出だ場合は、コンパレータ
１８の制御によりアナログスイッチ１９はＯＦＦとなり
、差動増巾器１７の出力は阻止される。

本実施例は種々の変更が可能である。第２図では凸レン
ズ５と焦点可変トンズ１ｊとば別のもの、トと、だが、
これを・体化１．た構造のものが可能であることは勿論
である。また対物１／ンズにズーＪ、機能をもたせるこ
とにより対応させることｔ）可能である。まノ１−焦点
可変１．・ンズ１１の焦点距離を変化さ干た時、三光束
干渉旧の一力の光束である被検面側の光束の光路長が僅
かに変化する場合は、これを補止する光学系を直列に配
置することができる。、τれは、例えば第り図のように
固定ブリズＪ、２０１位置可変プリズム２１を介して光
路査折り曲げ、位置可変プリズム２１を台座２３を介し
て圧電素子２２に固着し、この圧電素子２２に必要な印
加電圧を加えて矢印の方向に位置可変プリズム２１を移
動することにより達成される。

本実施例の特徴は１、傷等の場所でのめビームスポット
径を広げるので、他の測定点での横方向の分解能が低］
・することを回避し７ながら誤計数の防止が可能となる
ことにある。

〔発明の効犀〕

子連の如く、本発明のＪ１接触式プローブによれば、Ｊ
Ｉ４　［面レンズ１９の面形状測定に於て、被検面上の
傷や異物等による−「ン歩ｄ１測の誤計数を傷の有無に
応じて対物レンズの焦点距離を可変とすることにより防
止し、傷等による影響を軽減除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による非接触式プローブを含む面形状側
蓋の概念図、第２図は一実施例を含む面形状測定器の光
学系を示す図、第３図は上記面形状測定器における干渉
二相信号のリリ゛−シュ図形を示す図、第４図は」ニス
実施例の信号処理回路の一例を示す図、第５図は」−記
実施例の光路長補正光学系を示す図である。 １・・・・光源、２・・・・光束、３・・・・偏光プリ
ズム、４・・・・１／４波長＋Ｘｉ、５・・・・凸）／
ンズ、６・・・・被検面、７・・・・干渉縞Ｈ１測部、
８・・・・１／４波長板、９・・・、参照鏡、１０・・
・・凹レンズ、１１・・・・焦点可変レンズ、１２・・
・・信号処理回路、１３・・・・電圧供給部、ｊ４・・
・・ｓｉｎ信号、１５・・・・ｃｏｓ信号、１６・・・
・演算回路、１７・・・・差動増巾器、１８・・・・−
Ｉンパレータ、１９・・・・アナログスイッチ１，２０
・・・・Ｅ　定７”リズム、２１・・・・位置可変プリ
ズム、２２・・・・圧電素子、２３・・・・台座。 矛Ｍ　図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検面の傷を検出する回路と、該回路からの信号に応じ
   て対物レンズの焦点距離を変化させる焦点距離可変機構
   とを具備する、面形状測定器の非接触式プローブ。