JPS63158406A - 面形状測定装置 - 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） 本発明は、レーザー光による干渉縞を利用した固形状測
定装置に関するものである。

（従来技術） 物体の固形状を測定する手段として、所謂トワイマング
リーン干渉光学系を利用した干渉計がある。

この干渉計は１例えば、レーザー光源からの光をビーム
スプリッタで分割して分割された一方の光を基準ミラー
で反射させ、上記ビームスプリンタで分割された他方の
光を被測定面で反射させ、上記両反射光を干渉させてエ
リ７センサに導き、干渉縞により被測定面からの反射波
面を観測するものである。

しかし、従来のこの種の干渉計は光軸と直交する方向の
位置情報を持っておらず、これは被ｌｌ＋ｑ定物の外径
（輪郭）でおおまかに判断していた。従って、測定結果
は「表面粗さ」、「真球度」等の１次元（光軸方向）の
ものに限られており、被測定物の３次元的な固形状を測
定するには至っていなかった。

（目　　的） 従って１本発明の目的は物体固形状を３次元で測定する
ことのできる改良され永固形状測定装置を提０（するこ
とにある。

（構　　成） 本発明は上記の目的を達成させるため、レーザー光源と
ビームスプリッタ間の光路に、等間隔で同心円状の又は
放射状の目盛が印刷された透明な目盛板を設けたことを
特徴としたものである。

以下、本発明の一実施例に基づいて具体的に説明する。

本発明に係る固形状測定装置の一例を第１図に示す。

図において、符号１はレーザー光源、符号２は目盛板、
符号３はビームスプリッタ、符号４はシャッター、符号
５は基準ミラー、符号６は一対のレンズ、符号７は被測
定物たるサンプル、符号８はビームスプリッタ、符号９
はレンズ、符号１０゜１１はエリアセンサをそれぞれ示
す。エリアセンサｔｏ、　ｔｌは例えばホトダイオード
アレイ、撮像管、ＣＣＤビデオカメラ等からなる。

上記中、サンプル７、目盛板２．エリアセンサ１１はそ
れぞれ光軸方向に移動調整可能である。他は固定的に配
置されている。

目盛板２には第２図に示す如く同心円状の目盛が印刷さ
れており、背景部は透明である。

このような構成において、レーザー光源１から出射され
た光束は目盛板２を透過してビームスプリッタ３により
基準光と測定光に分割される。最初サンプル７はレンズ
５により光が一点に集まる人位置にあり１次に被測定面
と球面波面が最もフィツトするＢ位置まで移動されろ。

測定光はレンズ６により平面波から球面波、に変換され
、Ｂ位置におけるサンプル７の被測定面で反射されて再
び戻ってくる。

基準光はシャッター４が開いているときに、基準ミラー
５で反射されて平面波のまま戻ってくる。。

これら測定光の戻り光及び基準光の戻り光はビームスプ
リッタ３で合流し、干渉縞をつくる。

そこで、測定光の戻り光の平面波からのずれ量を上記、
干渉縞より測定するのである。

この干渉縞は被測定面の非球面量を表わしており、エリ
アセンサ１１でｗｔ察される。

エリアセンサｌＯはレンズ９により集光したスポット状
態を表示し、サンプルの人位置及びＢ位置を検知する手
段として用いられる。

次に測定手順を説明する。

（１）サンプル位置の調節。

目盛板２を光路上より抜き取り、シャッター４を閉じて
エリアセンサ１０をみながらサンプル７を光軸方向に微
動し、レンズ９による集光点が最小になる位置を探し、
その位置をＡ位置とする。

次に、サンプル７を矢印方向に移動し、再びレンズ９に
よる集光点がエリアセンサにあられれる位置を探し、そ
の位置をＢ位置とする。

そして、Ａ位にとＢ位置の間隔を例えばリニアスケール
、レーザー測長機等適宜の手段で測定する。この間隔を
Ｒｍとする。

（２）測定光波面の測定。

サンプル７の位置はＢ位置のままで、シャッター４を開
き、エリアセンサ１１で第３図（ａ）に示す如き干渉縞
をｌ１ｔ８Ｉ！Ｉする。場合により写真に記録する。

（３）目盛の読取り。

サンプル７の位置はＢ位置のままで、シャッター４を閉
じ、第３図（ｂ）に示す如き光学系の歪を含むことによ
り不等間隔となっている目盛像を１１′Ｂする。場合に
より写真に記録する。

（４）被測定固形状の作像。

前記手順（１）におけるＲ−は基準球面波曲率半径と合
致する。そこで、第２図に示す如く曲率半径Ｒ１１の円
弧に手順（２）により得た測定光波面のずれＷを加え合
わせてプロットすれば被測定固形状が作像される。その
際１手順（３）で読取った目盛の４番目の像高は角度０
４に対応するので、レンズ６の条件により角度θ斗に換
算し、その位置にずれＷを加え合わせれば、光学系の歪
をキャンセルした状態で被測定面上の一点が求まる。

光軸に直交する面内におけるデ方向の角度位置は目盛板
２を光軸を中心に一定角度ずつ回転させるが、Ｔ方向の
目盛を読取って対応させる。

より具体的には、第３図において　方向での角度が零の
軸をｔ軸とすると、第３図（ｂ）で３番目の同心円目盛
に関してその高さり、を求め。

これに対応する測定光波面の高とＷ（ｈｉ）を求める。

この３番目の同心円目盛の高さは１本来第４図に示す如
く、サンプル７の被測定面上での角度θツに対応してお
り、設計データより求めることができる。

従って、第５図に示す如く、半径Ｒｍの角度Ｏ９の方向
の半径を高さＷ（ｈｓ）だけ延長して点Ｐｓをプロット
する。

以下、上記に準じて点ＰＩ＊Ｐ２等をプロットし、各点
を結ぶことにより第４図に示す如き被測定固形状が求ま
る。

さらに、方向ｒについて適宜の角度をとり、状を知るこ
とができる。

エリアセンサ１１とサンプル７の被測定面の位置の対応
関係はレンズ５の実際の条件（焦点距離。

偏心等）により、又、サンプル７の非球面量により変化
する。

従って、実際の光学系を使い、被測定面からの反射光を
用いて位置の対応を決定することのできる本例装置は高
精度で３次元的な固形状を測定することができる。

干渉方式としては１本例の如きトワイマングリ−タイプ
の他に、シアリングタイプにも応用可能である。特にシ
アリングタイプの場合には測定非球面量を大きくとれる
ので、一層有効である。

又、本例でレンズ６を外せば平面ミラーの表固形状測定
にも応用することができる。

目盛板２の位置は、エリアセンサ１１の受光位置からみ
て結像位置に配置されていると目盛をはっきりと読取る
ことができる。

（効　　果） 本発明では、光軸と直交する方向の位置を光学系の誤差
をキャンセルする方式で測定する事により物体固形状を
３次元で高精度に測定することができ、好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固形状測定装置の一構成例を説明
した図、第２図は目盛位置とサンプル入射光の角度との
関係を説明した図、第３図は光学系の誤差を含んだ目盛
の像と測定光の波面との対応関係を説明した図、第４図
、第５図は被測定固形状の作図法を説明した図である。 ｌ・・・・レーザー光源、２・・・・目盛板、３・・・
・ビームスプリッタ。 第　ｌ　図 第Ｚ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー光源からの光をビームスプリッタで分割して分
   割された一方の光を基準ミラーで反射させ、上記ビーム
   スプリッタで分割された他方の光を被測定面で反射させ
   、上記両反射光を干渉させてエリアセンサに導き、干渉
   縞により被測定面からの反射波面を観測する干渉測定機
   において、レーザー光源とビームスプリッタ間の光路に
   、等間隔で同心円状の目盛が印刷された透明な目盛板を
   設けたことを特徴とする固形状測定装置。