JPH0145842B2 - - Google Patents
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- JPH0145842B2 JPH0145842B2 JP56148928A JP14892881A JPH0145842B2 JP H0145842 B2 JPH0145842 B2 JP H0145842B2 JP 56148928 A JP56148928 A JP 56148928A JP 14892881 A JP14892881 A JP 14892881A JP H0145842 B2 JPH0145842 B2 JP H0145842B2
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- measuring device
- shape measuring
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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
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
-
- G—PHYSICS
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- G—PHYSICS
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- G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、物体用の回転自在の測定テーブル
と、一端を物体に押圧しうるようにし他端に反射
素子を設けた測定プローブと、干渉計システムと
を具え、前記の干渉計システムの測定アームに前
記の測定プローブの反射素子を配置した物体形状
測定装置に関するものである。
と、一端を物体に押圧しうるようにし他端に反射
素子を設けた測定プローブと、干渉計システムと
を具え、前記の干渉計システムの測定アームに前
記の測定プローブの反射素子を配置した物体形状
測定装置に関するものである。
このような装置は文献“Applied Optics”
Vol.17、No.４、pp.553−557、“Measurement of
steep aspheric surfaces”に記載されている。
この文献に記載されている装置は凸状の或いは凹
状の非球面の形状を決するのに用いられている。
Vol.17、No.４、pp.553−557、“Measurement of
steep aspheric surfaces”に記載されている。
この文献に記載されている装置は凸状の或いは凹
状の非球面の形状を決するのに用いられている。
このような面は例えば双非球面レンズ、すなわ
ち２つの非球面を有するレンズの面或いはこのよ
うなレンズを型成形するのに用いる型の面であ
る。このようなレンズは、1μｍ程度或いはそれ
よりも小さな寸法の極小情報デイーテイルを有す
る光学読取構体の形態で情報、例えばビデオおよ
びオーデイオ情報或いはこれらのいずれか一方の
情報またはデジタルデータを有する記録担体を読
取る装置における対物レンズとして用いることが
できる。このような双非球面対物レンズは複数個
のレンズを有する対物レンズよりも廉価に製造し
うる。
ち２つの非球面を有するレンズの面或いはこのよ
うなレンズを型成形するのに用いる型の面であ
る。このようなレンズは、1μｍ程度或いはそれ
よりも小さな寸法の極小情報デイーテイルを有す
る光学読取構体の形態で情報、例えばビデオおよ
びオーデイオ情報或いはこれらのいずれか一方の
情報またはデジタルデータを有する記録担体を読
取る装置における対物レンズとして用いることが
できる。このような双非球面対物レンズは複数個
のレンズを有する対物レンズよりも廉価に製造し
うる。
このような双非球面対物レンズの開口数は0.5
程度とする必要がある。この対物レンズは500μ
ｍ程度の比較的大きな領域に亘つて回折制限する
必要がある為、２つの面は500μｍ／radまでの大
きな非球面の傾きを有するようにする必要があ
る。像の品質を所望通りに良くする為に、面の形
状には厳しい条件を課する必要があり、面がλ／
４が程度の精度を有するようにする必要があり且
つ面の粗さにも厳しい条件を課する必要があり、
面の粗さは平均でλ／30程度とする必要がある。
ここにλは使用する放射の波長である。
程度とする必要がある。この対物レンズは500μ
ｍ程度の比較的大きな領域に亘つて回折制限する
必要がある為、２つの面は500μｍ／radまでの大
きな非球面の傾きを有するようにする必要があ
る。像の品質を所望通りに良くする為に、面の形
状には厳しい条件を課する必要があり、面がλ／
４が程度の精度を有するようにする必要があり且
つ面の粗さにも厳しい条件を課する必要があり、
面の粗さは平均でλ／30程度とする必要がある。
ここにλは使用する放射の波長である。
前述の文献“Applicd Optics”Vol.17、No.４、
pp.553−557によれば、面の非球面傾斜を２つの
工程で測定している。まず最初に非球面を測定テ
ーブル上に配置し、プローブにより非球面傾斜を
角度の関数として決定している。第２の工程では
この測定結果をコンピユータに供給し、測定装置
の系統的誤差に対して補正している。これらの誤
差は、測定テーブルが回転する中心点が非球面の
幾何学的中心と一致せず且つ最初に測定した点の
実際の角度位置が正確に分つていないことにより
生じる。非球面の幾何学的中心は面の平均曲率中
心を表わす点として決定しうる。装置の測定精度
は非球面を測定テーブル上に偏心的に配置し、前
述した方法を用いて既知の非球率（asphericity）
を検査することにより決定しうる。
pp.553−557によれば、面の非球面傾斜を２つの
工程で測定している。まず最初に非球面を測定テ
ーブル上に配置し、プローブにより非球面傾斜を
角度の関数として決定している。第２の工程では
この測定結果をコンピユータに供給し、測定装置
の系統的誤差に対して補正している。これらの誤
差は、測定テーブルが回転する中心点が非球面の
幾何学的中心と一致せず且つ最初に測定した点の
実際の角度位置が正確に分つていないことにより
生じる。非球面の幾何学的中心は面の平均曲率中
心を表わす点として決定しうる。装置の測定精度
は非球面を測定テーブル上に偏心的に配置し、前
述した方法を用いて既知の非球率（asphericity）
を検査することにより決定しうる。
この方法によればほぼ100nｍまでの精度で測
定しうるということを確かめた。残りの不正確さ
は主に、測定テーブルの動きにおける非再現的な
誤差や、装置の種々の素子の機拡的な不安定性や
熱変動によつて生じる。
定しうるということを確かめた。残りの不正確さ
は主に、測定テーブルの動きにおける非再現的な
誤差や、装置の種々の素子の機拡的な不安定性や
熱変動によつて生じる。
本発明の目的は、物体の非球率および面の粗さ
の双方またはいずれか一方を測定することがで
き、前述した誤差の原因を殆んど除去し、従つて
精度を可成り高くした物体形状測定装置を提供せ
んとするにある。
の双方またはいずれか一方を測定することがで
き、前述した誤差の原因を殆んど除去し、従つて
精度を可成り高くした物体形状測定装置を提供せ
んとするにある。
本発明は、ほぼ球状の測定物体を保持するため
の回転可能な測定テーブルと、一端が前記の測定
物体に押圧されるようにされた測定プローブと、
光学的な干渉計システムとを具え、前記の測定物
体の形状を測定する物体形状測定装置であつて、
前記の干渉計システムは放射源と、この放射源に
よつて放出せしめられた放射ビームを測定ビーム
と基準ビームとに分割するビームスプリツタと、
前記の測定ビームの通路および前記の基準ビーム
の通路中にそれぞれ配置されこれら測定ビームお
よび基準ビームをそれぞれ前記のビームスプリツ
タの方向に反射させる第１および第２反射素子と
を有し、前記の測定プローブの他端が前記の第１
反射素子に連結されている当該物体形状測定装置
において、他に、前記の測定テーブルと同じ軸線
を中心に且つ前記の測定テーブルと同期して回転
しうる基準物体保持用基準テーブルと、基準プロ
ーブとが設けられ、この基準プローブの一端が前
記の基準テーブルに保持された基準物体に押圧さ
れ、この基準プローブの他端が前記の干渉計シス
テムの前記の第２反射素子に連結されていること
を特徴とする。
の回転可能な測定テーブルと、一端が前記の測定
物体に押圧されるようにされた測定プローブと、
光学的な干渉計システムとを具え、前記の測定物
体の形状を測定する物体形状測定装置であつて、
前記の干渉計システムは放射源と、この放射源に
よつて放出せしめられた放射ビームを測定ビーム
と基準ビームとに分割するビームスプリツタと、
前記の測定ビームの通路および前記の基準ビーム
の通路中にそれぞれ配置されこれら測定ビームお
よび基準ビームをそれぞれ前記のビームスプリツ
タの方向に反射させる第１および第２反射素子と
を有し、前記の測定プローブの他端が前記の第１
反射素子に連結されている当該物体形状測定装置
において、他に、前記の測定テーブルと同じ軸線
を中心に且つ前記の測定テーブルと同期して回転
しうる基準物体保持用基準テーブルと、基準プロ
ーブとが設けられ、この基準プローブの一端が前
記の基準テーブルに保持された基準物体に押圧さ
れ、この基準プローブの他端が前記の干渉計シス
テムの前記の第２反射素子に連結されていること
を特徴とする。
基準物体は球体とするのが適している。この回
転対称体は基準テーブルおよび測定テーブルの共
通軸線のいかなる不正確な動きも基準プローブに
直接伝える。この不正確な動きは干渉計システム
の測定アームおよび基準アームにおける変化を等
しくし、従つて干渉計システムの干渉パターンに
表われない。また、非球面を非球基準面と比較す
るようにすることもできる。しかしこの場合に
は、基準面を位置決めするのが困難となる。
転対称体は基準テーブルおよび測定テーブルの共
通軸線のいかなる不正確な動きも基準プローブに
直接伝える。この不正確な動きは干渉計システム
の測定アームおよび基準アームにおける変化を等
しくし、従つて干渉計システムの干渉パターンに
表われない。また、非球面を非球基準面と比較す
るようにすることもできる。しかしこの場合に
は、基準面を位置決めするのが困難となる。
機械的な不安定性による不正確さを無くす為に
は、前記のプローブを有する２つの棒部材を、基
板に固着した他の棒部材に連結し、前記の測定テ
ーブルと前記の基準テーブルとを２つのプラツト
ホームの形態で有する回転テーブルの軸を空気軸
受手段によつて前記の基板内に支承するのが好ま
しい。このようにすることにより満足に作動する
構成の物体形状測定装置が得られる。
は、前記のプローブを有する２つの棒部材を、基
板に固着した他の棒部材に連結し、前記の測定テ
ーブルと前記の基準テーブルとを２つのプラツト
ホームの形態で有する回転テーブルの軸を空気軸
受手段によつて前記の基板内に支承するのが好ま
しい。このようにすることにより満足に作動する
構成の物体形状測定装置が得られる。
物体および基準物体を実際の測定以前に正確に
位置決めしうるようにする為には、前記のプロー
ブを有する棒部材の端部にこれらプローブ用の位
置決めテーブルを設け、回転テーブルの２つのプ
ラツトホームの各々の上に、測定すべき物体と基
準物体とを回転テーブルの軸線に対してそれぞれ
心合わせする為の位置決めテーブルを配置するの
が好ましい。
位置決めしうるようにする為には、前記のプロー
ブを有する棒部材の端部にこれらプローブ用の位
置決めテーブルを設け、回転テーブルの２つのプ
ラツトホームの各々の上に、測定すべき物体と基
準物体とを回転テーブルの軸線に対してそれぞれ
心合わせする為の位置決めテーブルを配置するの
が好ましい。
本発明装置の好適例では、前記の棒部材、基板
よび回転テーブルをゼロドウア（Zerodur：商品
名）を以つて構成、測定すべき物体、基準物体お
よびプローブに対する位置決めテーブルをインバ
ー（鉄とニツケルとの合金）を以つて構成する。
このようにすることにより温度変動が測定に及ぼ
す影響が最小となる。その理由は、ゼロドウアお
よびインバーの材料の熱膨張係数が小さい為であ
る。
よび回転テーブルをゼロドウア（Zerodur：商品
名）を以つて構成、測定すべき物体、基準物体お
よびプローブに対する位置決めテーブルをインバ
ー（鉄とニツケルとの合金）を以つて構成する。
このようにすることにより温度変動が測定に及ぼ
す影響が最小となる。その理由は、ゼロドウアお
よびインバーの材料の熱膨張係数が小さい為であ
る。
図面につき本発明を説明する。
第１図において、測定すべき面、例えば非球面
をASで示す。この面を測定プローブCP1により
走査する。非球面はその幾何学的中心が例えば
100μｍの精度内で回転軸線RAと一致するように
測定テーブル上に固定する。基準プローブCP2は
基準テーブル上に配置された基準球面RSと接触
させる。測定テーブルおよび基準テーブルは回転
テーブルＲの２つのプラツトホームR1′およびR1
（第３図に示す）を以つて構成する。
をASで示す。この面を測定プローブCP1により
走査する。非球面はその幾何学的中心が例えば
100μｍの精度内で回転軸線RAと一致するように
測定テーブル上に固定する。基準プローブCP2は
基準テーブル上に配置された基準球面RSと接触
させる。測定テーブルおよび基準テーブルは回転
テーブルＲの２つのプラツトホームR1′およびR1
（第３図に示す）を以つて構成する。
上記の２つのプローブにはその一端に反射素子
CC1およびCC2をそれぞれ設ける。これらの反射
素子は第１図の左側部分に示す干渉計システム
（以下に干渉計と称する）の一部分を構成する。
単色放射源LS、例えばレーザはコヒーレンス長
が長ビームｂを放射する。ビームスプリツタBS
はビームｂの一部を副ビームb2として反射素子
CC2に透過する。このビームスプリツタはビーム
ｂの残りも副ビームb1として反射して反射プリズ
ムＰに供給し、この反射プリズムＰにより副ビー
ムb1Aを反射素子CC1に向ける。
CC1およびCC2をそれぞれ設ける。これらの反射
素子は第１図の左側部分に示す干渉計システム
（以下に干渉計と称する）の一部分を構成する。
単色放射源LS、例えばレーザはコヒーレンス長
が長ビームｂを放射する。ビームスプリツタBS
はビームｂの一部を副ビームb2として反射素子
CC2に透過する。このビームスプリツタはビーム
ｂの残りも副ビームb1として反射して反射プリズ
ムＰに供給し、この反射プリズムＰにより副ビー
ムb1Aを反射素子CC1に向ける。
第１図に示すように、反射素子は互いに直角な
３つの反射面を有するプリズム、いわゆる“コー
ナーキユーブ”プリズムを以つて構成することが
できる。これらの３つの反射面で順次に反射され
たビームはプリズムの角度位置にかかわらずプリ
ズムに入射されたビームと同一方向を有する。従
つてこのプリズムの角度位置の位置決めは不必要
である。これと同様な効果は、レンズとその焦平
面に配置したミラーとを有するいわゆる“キヤツ
ツアイ”ミラー系によつて得ることができる。
３つの反射面を有するプリズム、いわゆる“コー
ナーキユーブ”プリズムを以つて構成することが
できる。これらの３つの反射面で順次に反射され
たビームはプリズムの角度位置にかかわらずプリ
ズムに入射されたビームと同一方向を有する。従
つてこのプリズムの角度位置の位置決めは不必要
である。これと同様な効果は、レンズとその焦平
面に配置したミラーとを有するいわゆる“キヤツ
ツアイ”ミラー系によつて得ることができる。
反射素子CC1によつて反射された副ビームb1の
一部分b1′はビームスプリツタBSを透過し、反射
素子CC2によつて反射された副ビームb2の一部分
b2′はビームスプリツタにより反射される。従つ
てこれらの副ビームb1′およびb2′は互いに干渉し、
これによつて得られる強度は副ビームb1′および
b2′の相対位相に依存する。従つて副ビームb1お
よびb2の光学的な通路長が互いに変化すると、す
なわちプローブCP1およびCP2が互いに移動する
と、換言すれば面ASおよびRSの局部形状に相違
があると前記の強度は変化する。
一部分b1′はビームスプリツタBSを透過し、反射
素子CC2によつて反射された副ビームb2の一部分
b2′はビームスプリツタにより反射される。従つ
てこれらの副ビームb1′およびb2′は互いに干渉し、
これによつて得られる強度は副ビームb1′および
b2′の相対位相に依存する。従つて副ビームb1お
よびb2の光学的な通路長が互いに変化すると、す
なわちプローブCP1およびCP2が互いに移動する
と、換言すれば面ASおよびRSの局部形状に相違
があると前記の強度は変化する。
上述した強度は例えば光学系の光学軸上に配置
しうる１個の放射感応検出器DEにより測定しう
る。反射素子CC1が反射素子CC2に対して移動す
ると、上記の検出器の出力端子には周期的なパル
ス状の信号が得られる。
しうる１個の放射感応検出器DEにより測定しう
る。反射素子CC1が反射素子CC2に対して移動す
ると、上記の検出器の出力端子には周期的なパル
ス状の信号が得られる。
干渉計としては“Philips Technical Review”
30、No.６／７の第160〜165頁に記載されたような
干渉計を用いることができる。この干渉計では、
強度が等しく周波数が異なる２つの互に逆方向の
円偏光成分を有するレーザビームを生じる特別な
周波数安定レーザを用いている。この場合、プロ
ーブの相対偏移の大きさおよび方向を２つの放射
感応検出器（各ビーム成分に対して１個の検出
器）から生じる信号によつて正確に決定しうる。
従つて非球面の形状を正確に知ることができる。
30、No.６／７の第160〜165頁に記載されたような
干渉計を用いることができる。この干渉計では、
強度が等しく周波数が異なる２つの互に逆方向の
円偏光成分を有するレーザビームを生じる特別な
周波数安定レーザを用いている。この場合、プロ
ーブの相対偏移の大きさおよび方向を２つの放射
感応検出器（各ビーム成分に対して１個の検出
器）から生じる信号によつて正確に決定しうる。
従つて非球面の形状を正確に知ることができる。
上述した干渉計よりも簡単でしかも精度が殆ん
ど同じである他の干渉計を用いることができる。
この干渉計は反射ビームb1′およびb2′を互いにあ
る小さな角度を成すようにしたものである。この
場合これらのビームは線形干渉パターンを形成す
るプローブの互いの偏移の結果として生じる干渉
の強度分布の変化は前記の干渉パターンの“移動
（トラベリング）″とみなすことができきる。干渉
パターン自体は明るい細条じまから暗い細条じま
に徐々に転移する格子とみなすことができる。従
つてこの移動格子の運動を、格子周期が干渉パタ
ーンの周期に等しい基準格子によつて決めること
ができる。基準格子は、電子スイツチによりフオ
トダイオード信号処理用の電子回路に順次に接続
されるほぼ同一の複数のフオトダイオードの線形
アレイを有するマルチフオトセルを以つて構成す
ることができる。
ど同じである他の干渉計を用いることができる。
この干渉計は反射ビームb1′およびb2′を互いにあ
る小さな角度を成すようにしたものである。この
場合これらのビームは線形干渉パターンを形成す
るプローブの互いの偏移の結果として生じる干渉
の強度分布の変化は前記の干渉パターンの“移動
（トラベリング）″とみなすことができきる。干渉
パターン自体は明るい細条じまから暗い細条じま
に徐々に転移する格子とみなすことができる。従
つてこの移動格子の運動を、格子周期が干渉パタ
ーンの周期に等しい基準格子によつて決めること
ができる。基準格子は、電子スイツチによりフオ
トダイオード信号処理用の電子回路に順次に接続
されるほぼ同一の複数のフオトダイオードの線形
アレイを有するマルチフオトセルを以つて構成す
ることができる。
第２図は放射感応検出器としてマルチフオトセ
ルを用いた干渉計の一例を示す。この場合ビーム
スプリツタBSは特別な形状のプリズムを以つて
構成する。このプリズムは、第１半反射面１と、
第２全反射面２と、第３半反射面３とを有する通
常の半透プリズム（第２図に破線で示す）を以つ
て構成することが考えられる。半反射面１で反射
されたビームｂの一部分は全反射面２で完全に反
射され、次に半反射面１により副ビームb1として
プリズムＰに向け部分的に反射される。半反射面
１を透過したビームｂの一部分は半反射面３をビ
ームb2として部分的に透過する。半反射面１およ
び３は反射素子CC1によつて反射されたビームの
一部分b1′を透過し、半反射面３は反射素子CC2に
よつて反射されたビームの一部分b2′を反射する。
面２および面３間の角度を適当に選択することに
より反射ビームb1′およびb2′間に小さな角度を得
ることができる。
ルを用いた干渉計の一例を示す。この場合ビーム
スプリツタBSは特別な形状のプリズムを以つて
構成する。このプリズムは、第１半反射面１と、
第２全反射面２と、第３半反射面３とを有する通
常の半透プリズム（第２図に破線で示す）を以つ
て構成することが考えられる。半反射面１で反射
されたビームｂの一部分は全反射面２で完全に反
射され、次に半反射面１により副ビームb1として
プリズムＰに向け部分的に反射される。半反射面
１を透過したビームｂの一部分は半反射面３をビ
ームb2として部分的に透過する。半反射面１およ
び３は反射素子CC1によつて反射されたビームの
一部分b1′を透過し、半反射面３は反射素子CC2に
よつて反射されたビームの一部分b2′を反射する。
面２および面３間の角度を適当に選択することに
より反射ビームb1′およびb2′間に小さな角度を得
ることができる。
放射損失を最小とする為には、第１図に示す装
置における面１および３（第２図参照）を偏光感
応分割ミラーを以つて構成するのが好ましい。こ
の場合、４分の１波長板LP1およびLP2をビーム
b1およびb2の通路内に配置してこれらビームを互
いに直角に偏光させ、偏光アナライザANを検出
器MFの前に配置する必要がある。これらの素子
を第２図に破線で示す。またレーザ源（単色放射
源）LSにより生ぜしめられるビームの偏光を適
切なものとする為にビームスプリツタBSの前に
偏光子POを配置することができる。
置における面１および３（第２図参照）を偏光感
応分割ミラーを以つて構成するのが好ましい。こ
の場合、４分の１波長板LP1およびLP2をビーム
b1およびb2の通路内に配置してこれらビームを互
いに直角に偏光させ、偏光アナライザANを検出
器MFの前に配置する必要がある。これらの素子
を第２図に破線で示す。またレーザ源（単色放射
源）LSにより生ぜしめられるビームの偏光を適
切なものとする為にビームスプリツタBSの前に
偏光子POを配置することができる。
素子LP1およびLP2とアナライザANとを有す
る第２図の装置においては、前述した特別のプリ
ズムの代りに、偏光感応面を有する通常のプリズ
ムを用いることができる。この場合、副ビーム
b1′およびb2′の共通通路にウオラストンプリズム
を設けることによりこれらのビーム間が小さな角
度を成すようにすることができる。
る第２図の装置においては、前述した特別のプリ
ズムの代りに、偏光感応面を有する通常のプリズ
ムを用いることができる。この場合、副ビーム
b1′およびb2′の共通通路にウオラストンプリズム
を設けることによりこれらのビーム間が小さな角
度を成すようにすることができる。
第２図においては、マルチフオトセルをMFで
示し、電子スイツチと電子処理回路の組合せ装置
をECで示す。電子スイツチは基準格子がマルチ
フオトセルの表面上を見かけ上移動するようにす
る。
示し、電子スイツチと電子処理回路の組合せ装置
をECで示す。電子スイツチは基準格子がマルチ
フオトセルの表面上を見かけ上移動するようにす
る。
マルチフオトセルおよびこれに関連する電子ス
イツチ−電子処理回路装置の詳細に関しては米国
特許第3973119号明細書を参照することができ、
この米国特許明細書にはマルチフオトセルを格子
測定装置の基準格子としていかに用いることがで
きるかが記載されている。この格子測定装置おい
ては、検出信号における周期性が数百μｍ程度の
測定格子の格子周期によつて決まるが、本発明の
干渉計における検出信号の周期性は使用する放射
の波形の半分により決まる。従つて本発明の干渉
計では米国特許第3973119号明細書による偏移計
による場合よりも可成り高い精度を得ることがで
きる。
イツチ−電子処理回路装置の詳細に関しては米国
特許第3973119号明細書を参照することができ、
この米国特許明細書にはマルチフオトセルを格子
測定装置の基準格子としていかに用いることがで
きるかが記載されている。この格子測定装置おい
ては、検出信号における周期性が数百μｍ程度の
測定格子の格子周期によつて決まるが、本発明の
干渉計における検出信号の周期性は使用する放射
の波形の半分により決まる。従つて本発明の干渉
計では米国特許第3973119号明細書による偏移計
による場合よりも可成り高い精度を得ることがで
きる。
装置全体が干渉計によつて得られる高精度を維
持するようにする為には、この装置の機械的且つ
熱的安定性に厳しい条件を課する必要がある。従
つて、装置が休止状態にある場合に、１時間中に
生じる２つの反射素子、すなわちプローブ相互の
偏移量が5nｍを越えないようにする必要がある。
持するようにする為には、この装置の機械的且つ
熱的安定性に厳しい条件を課する必要がある。従
つて、装置が休止状態にある場合に、１時間中に
生じる２つの反射素子、すなわちプローブ相互の
偏移量が5nｍを越えないようにする必要がある。
更に、平均曲率半径が種々に異なる。例えば
100mmまでの面を測定しうるようにするのが望ま
しい。従つて約100mmの範囲に亘つて粗調整しう
るようにし、その後に回転軸線との正確な位置決
めを可能にする必要がある。
100mmまでの面を測定しうるようにするのが望ま
しい。従つて約100mmの範囲に亘つて粗調整しう
るようにし、その後に回転軸線との正確な位置決
めを可能にする必要がある。
更に測定すべき物体および基準物体を回転軸線
に対して例えば100μｍまで正確に心合わせする
必要がある。種々の素子を位置決めした後にはも
はやいかなる偏移もないようにする必要がある。
に対して例えば100μｍまで正確に心合わせする
必要がある。種々の素子を位置決めした後にはも
はやいかなる偏移もないようにする必要がある。
上述した条件は第３図に示す機械的な構成によ
り満足せしめることができる。プローブCP1およ
びCP2は中空でほぼ矩形の棒部材B1およびB2に
より保持し、これらの棒部材は棒部材B3上に調
整自在に装着する。棒部材B1，B2およびB3はプ
ローブCP1およびCP2をＸ軸方向に粗調整しうる
構成にする。棒部材B1およびB2の端部にはYZ軸
方向位置決めテーブルPT1およびPT2を配置し、
これらのテーブルによりプローブCP1およびCP2
を回転軸線と整列せしめるようにする。
り満足せしめることができる。プローブCP1およ
びCP2は中空でほぼ矩形の棒部材B1およびB2に
より保持し、これらの棒部材は棒部材B3上に調
整自在に装着する。棒部材B1，B2およびB3はプ
ローブCP1およびCP2をＸ軸方向に粗調整しうる
構成にする。棒部材B1およびB2の端部にはYZ軸
方向位置決めテーブルPT1およびPT2を配置し、
これらのテーブルによりプローブCP1およびCP2
を回転軸線と整列せしめるようにする。
可調整棒部材B1，B2およびB3と位置決めテー
ブルPT1およびPT2とは相俟つて装置の測定ヘツ
ドを構成する。この測定ヘツドは厚さが例えば40
mmの基板BP上に装着し、この基板内で回転テー
ブルＲを支承する。この回転テーブルは２つの平
行な円板R1およびR2を有し、これら円板をロツ
ドROにより相互連結する。回転テーブルは基板
BPに連結したハウジングＢ内で空気軸受手段に
より支承する。この構成によれば、軸線方向およ
びこれに交差する方向における回転軸線のいかな
る偏移もほとんど無くなる。他のいかなる傾きも
無くす為に、角度エンコーダAEおよび回転テー
ブルを幾何学的な偏移中心で互いに結合する。こ
の結合は、回転と角度エンコーダが正確に同じ角
周波数を有するようにする。角度エンコーダは
0.2ｍrad／ｓおよび20ｍrad／ｓ間で調整しうる
角周波数で駆動しうる。実際には角周波数とし
て、３ｍrad／ｓを用いた為、πradに亘る走査に
は約15分要した。
ブルPT1およびPT2とは相俟つて装置の測定ヘツ
ドを構成する。この測定ヘツドは厚さが例えば40
mmの基板BP上に装着し、この基板内で回転テー
ブルＲを支承する。この回転テーブルは２つの平
行な円板R1およびR2を有し、これら円板をロツ
ドROにより相互連結する。回転テーブルは基板
BPに連結したハウジングＢ内で空気軸受手段に
より支承する。この構成によれば、軸線方向およ
びこれに交差する方向における回転軸線のいかな
る偏移もほとんど無くなる。他のいかなる傾きも
無くす為に、角度エンコーダAEおよび回転テー
ブルを幾何学的な偏移中心で互いに結合する。こ
の結合は、回転と角度エンコーダが正確に同じ角
周波数を有するようにする。角度エンコーダは
0.2ｍrad／ｓおよび20ｍrad／ｓ間で調整しうる
角周波数で駆動しうる。実際には角周波数とし
て、３ｍrad／ｓを用いた為、πradに亘る走査に
は約15分要した。
回転テーブルの上部は２つのプラツトフオーム
R1およびR1′を有し、これらを複数個の柱状部材
Ｋ（１個の柱状部材のみを図示する）によつて相
互連結する。測定すべき物体ASおよび基準物体
RSはXY軸方向位置決めテーブルPT3およびPT4
を用いて回転軸線上にほぼ心合せする。装置全体
は振動吸収テーブル上に装着する。
R1およびR1′を有し、これらを複数個の柱状部材
Ｋ（１個の柱状部材のみを図示する）によつて相
互連結する。測定すべき物体ASおよび基準物体
RSはXY軸方向位置決めテーブルPT3およびPT4
を用いて回転軸線上にほぼ心合せする。装置全体
は振動吸収テーブル上に装着する。
温度変動の影響を最小にする為には、棒部材
B1，B2およびB3や回転テーブル素子R1，R2，
RO，R1′およびＫを熱膨張をほとんど呈さないガ
ラス−セラミツク材料であるゼロドウア
（Zerodur）から造るのが好ましい。位置決めテ
ーブルPT1，PT2，PT3およびPT4はいかなる大
きな熱膨張をも呈さない合金であるインバーから
造り、ハウジングＢは青銅から造ることができ
る。好ましくは温度を一定に維持しうる空間内に
装置を吸収する。干渉計の基準アームおよび測定
アームは互いにほぼ等しい長さとし、圧力変化や
相互湿度変化のような大気変化の影響を無視しう
るようにする。
B1，B2およびB3や回転テーブル素子R1，R2，
RO，R1′およびＫを熱膨張をほとんど呈さないガ
ラス−セラミツク材料であるゼロドウア
（Zerodur）から造るのが好ましい。位置決めテ
ーブルPT1，PT2，PT3およびPT4はいかなる大
きな熱膨張をも呈さない合金であるインバーから
造り、ハウジングＢは青銅から造ることができ
る。好ましくは温度を一定に維持しうる空間内に
装置を吸収する。干渉計の基準アームおよび測定
アームは互いにほぼ等しい長さとし、圧力変化や
相互湿度変化のような大気変化の影響を無視しう
るようにする。
第４図はプローブCP1を詳細に示す。このプロ
ーブは空気軸受手段により支承された偏移変換器
であり、青銅から造るのが好ましいハウジングＨ
内にゼロドウアから造るのが好ましいロツドCR
を有する。プローブを物体に押圧する力を調整し
うるようにする為に、ロツドCR上に磁石を配置
し、磁気コイル内に生じる磁界による影響の下で
このロツドを移動せしめるようにすることができ
る。ロツドCR上には第４図に示すように軟鉄コ
アＳを装着し、このコアを２つのコイルC1およ
びC2と共働させるようにするのが好ましい。こ
れらの２つのコイルに電流が流れると、軟鉄コ
ア、従つてプローブが、大きな方の電流が流れる
コイルの方向に移動する。これら２つのコイルを
流れる電流の合計が一定であるものとすると、す
なわちプローブを適所に押圧した際にコイルC1
およびC2中を流れる電流間の差が、プローブを
引つ込めた際のこれらの電流間の差に等しいもの
とすると、プローブを適所に押圧する際に消費さ
れる電力はプローブを引つ込める際に消費される
電力に等しくなり、このことにより追加の温度安
定化が達成される。
ーブは空気軸受手段により支承された偏移変換器
であり、青銅から造るのが好ましいハウジングＨ
内にゼロドウアから造るのが好ましいロツドCR
を有する。プローブを物体に押圧する力を調整し
うるようにする為に、ロツドCR上に磁石を配置
し、磁気コイル内に生じる磁界による影響の下で
このロツドを移動せしめるようにすることができ
る。ロツドCR上には第４図に示すように軟鉄コ
アＳを装着し、このコアを２つのコイルC1およ
びC2と共働させるようにするのが好ましい。こ
れらの２つのコイルに電流が流れると、軟鉄コ
ア、従つてプローブが、大きな方の電流が流れる
コイルの方向に移動する。これら２つのコイルを
流れる電流の合計が一定であるものとすると、す
なわちプローブを適所に押圧した際にコイルC1
およびC2中を流れる電流間の差が、プローブを
引つ込めた際のこれらの電流間の差に等しいもの
とすると、プローブを適所に押圧する際に消費さ
れる電力はプローブを引つ込める際に消費される
電力に等しくなり、このことにより追加の温度安
定化が達成される。
プローブCP2はプローブCP1と同じ構成するこ
と明らかである。
と明らかである。
装置を非球面の傾きのみを決定する為に用いる
場合には、各プローブの先端Ｔが例えば１mmの半
径を有するサフアイアより成る球を具えるように
することができる。この球の球形からのずれ量は
例えば30゜の角度に亘つて5nｍよりも少なくする。
上記の球の半径は比較的大きな為、測定信号にお
けるいかなる面の粗さの影響も平均化される。
場合には、各プローブの先端Ｔが例えば１mmの半
径を有するサフアイアより成る球を具えるように
することができる。この球の球形からのずれ量は
例えば30゜の角度に亘つて5nｍよりも少なくする。
上記の球の半径は比較的大きな為、測定信号にお
けるいかなる面の粗さの影響も平均化される。
物体の面の粗さを測定する場合、先端Ｔが、適
当に小さな半径を有するダイヤモンド針を具え、
必要に応じプローブを面に押圧する力をこのダイ
ヤモンド針に適合したものとする。
当に小さな半径を有するダイヤモンド針を具え、
必要に応じプローブを面に押圧する力をこのダイ
ヤモンド針に適合したものとする。
小さな半径を有する先端Ｔを用いると、非球面
の傾きおよび面の粗さを同時に測定しうる。この
場合、面の相さを表わす高周波の信号が非球面の
傾きを表わす測定信号に重畳される。
の傾きおよび面の粗さを同時に測定しうる。この
場合、面の相さを表わす高周波の信号が非球面の
傾きを表わす測定信号に重畳される。
第３図に破線で示すように、装置に第３のプロ
ーブCP3を設け、このプローブにより第２の基準
面RS′を走査するようにすることができる。この
プローブCP3はプローブCP2とともに用いて、回
転軸線RAの位置合わせの誤差が測定結果に及ぼ
す影響を１個の基準プローブの場合よりも完全に
無くするようにする。この第３のプローブCP3は
棒部材B4によつて保持し、この棒部材B4上に位
置決めテーブルPT5を装着する。基準面RS′は位
置決めテーブルPT6上に配置し、この位置決めテ
ーブルPT6は基準テーブルR1″により保持し、こ
の基準テーブルR1″は柱状部材K′を介して回転テ
ーブルＲに連結する。
ーブCP3を設け、このプローブにより第２の基準
面RS′を走査するようにすることができる。この
プローブCP3はプローブCP2とともに用いて、回
転軸線RAの位置合わせの誤差が測定結果に及ぼ
す影響を１個の基準プローブの場合よりも完全に
無くするようにする。この第３のプローブCP3は
棒部材B4によつて保持し、この棒部材B4上に位
置決めテーブルPT5を装着する。基準面RS′は位
置決めテーブルPT6上に配置し、この位置決めテ
ーブルPT6は基準テーブルR1″により保持し、こ
の基準テーブルR1″は柱状部材K′を介して回転テ
ーブルＲに連結する。
測定時間が約１ミリ秒のヒユーレツト−パツカ
ード（Hewlett−packard）型のレーザ干渉計お
よびハイデンハイン（Heidenhain）ROD800型
の角度エンコーダを用いた本発明による装置の一
例では、±5nｍの精度で非球面の形状を測定する
ことができた。
ード（Hewlett−packard）型のレーザ干渉計お
よびハイデンハイン（Heidenhain）ROD800型
の角度エンコーダを用いた本発明による装置の一
例では、±5nｍの精度で非球面の形状を測定する
ことができた。
第１図は本発明の原理を示す説明図、第２図は
本発明の装置に用いる干渉計の一例を示す線図、
第３図は本発明による装置の機械的な構成を示す
説明図、第４図は本発明装置に用いるプローブの
構成および制御方法を示す説明図である。 AS……非球面、CP1……測定プローブ、CP2…
…基準プローブ、RS……基準球面、Ｒ……回転
テーブル、CC1，CC2……反射素子、LS……単色
放射源、BS……ビームスプリツタ、Ｐ……反射
プリズム、DE，MF……放射感応検出器、LP1，
LP2……４分の１波長板、AN……偏光アナライ
ザ、PO……偏光子、EC……電子スイツチ−電子
処理回路装置、１，３……半反射面、２……全反
射面、B1，B2，B3，B4……棒部材、PT1，PT2，
PT3，PT4，PT5，PT6……位置決めテーブル、
BP……基板、RO……ロツド、Ｂ，Ｈ……ハウジ
ング、Ｋ，K′……柱状部材、AE……角度エンコ
ーダ、Ｓ……軟鉄コア、C1，C2……コイル、Ｔ
……プローブの先端、CP3……第３プローブ。
本発明の装置に用いる干渉計の一例を示す線図、
第３図は本発明による装置の機械的な構成を示す
説明図、第４図は本発明装置に用いるプローブの
構成および制御方法を示す説明図である。 AS……非球面、CP1……測定プローブ、CP2…
…基準プローブ、RS……基準球面、Ｒ……回転
テーブル、CC1，CC2……反射素子、LS……単色
放射源、BS……ビームスプリツタ、Ｐ……反射
プリズム、DE，MF……放射感応検出器、LP1，
LP2……４分の１波長板、AN……偏光アナライ
ザ、PO……偏光子、EC……電子スイツチ−電子
処理回路装置、１，３……半反射面、２……全反
射面、B1，B2，B3，B4……棒部材、PT1，PT2，
PT3，PT4，PT5，PT6……位置決めテーブル、
BP……基板、RO……ロツド、Ｂ，Ｈ……ハウジ
ング、Ｋ，K′……柱状部材、AE……角度エンコ
ーダ、Ｓ……軟鉄コア、C1，C2……コイル、Ｔ
……プローブの先端、CP3……第３プローブ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ほぼ球状の測定物体を保持するための回転可
能な測定テーブルと、一端が前記の測定物体に押
圧されるようにされた測定プローブと、光学的な
干渉計システムとを具え、前記の測定物体の形状
を測定する物体形状測定装置であつて、前記の干
渉計システムは放射源と、この放射源によつて放
出せしめられた放射ビームを測定ビームと基準ビ
ームとに分割するビームスプリツタと、前記の測
定ビームの通路および前記の基準ビームの通路中
にそれぞれ配置されこれら測定ビームおよび基準
ビームをそれぞれ前記のビームスプリツタの方向
に反射させる第１および第２反射素子とを有し、
前記の測定プローブの他端が前記の第１反射素子
に連結されている当該物体形状測定装置におい
て、他に、前記の測定テーブルと同じ軸線を中心
に且つ前記の測定テーブルと同期して回転しうる
基準物体保持用基準テーブルと、基準プローブと
が設けられ、この基準プローブの一端が前記の基
準テーブルに保持された基準物体に押圧され、こ
の基準プローブの他端が前記の干渉計システムの
前記の第２反射素子に連結されていることを特徴
とする物体形状測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の物体形状測定
装置において、前記のプローブを有する棒部材
を、基板に固着した棒部材に連結し、前記の測定
テーブルと前記の基準テーブルとを２つのプラツ
トホームの形態で有する回転テーブルの軸を空気
軸受手段によつて前記の基板内に支承したことを
特徴とする物体形状測定装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の物体形状測定
装置において、前記のプローブを有する棒部材の
端部にこれらプローブ用の位置決めテーブルを設
け、回転テーブルの２つのプラツトホームの各々
の上に、測定すべき物体と基準物体とを回転テー
ブルの軸線に対してそれぞれ心合わせする為の位
置決めテーブルを配置したことを特徴とする物体
形状測定装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の物体形状測定
装置において、前記の棒部材、基板および回転テ
ーブルをガラス−セラミツク材料であるゼロドウ
アを以つて構成し、測定すべき物体、基準物体お
よびプローブに対する位置決めテーブルを鉄とニ
ツケルとの合金材料であるインバーを以つて構成
したことを特徴とする物体形状測定装置。 ５ 特許請求の範囲第１〜４項のいずれか一項に
記載の物体形状測定装置において、プローブの
各々をロツドを以つて構成し、このロツドを空気
軸受手段により支承し、前記のロツドに磁気圧力
手段を設け、該磁気圧力手段の圧力を調整しうる
ようにしたことを特徴とする物体形状測定装置。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の物体形状測定
装置において、前記の磁気圧力手段を前記のロツ
ド上に配置した軟鉄コアと２つのコイルとを以つ
て構成し、これら２つのコイルに同時に電流を流
すようにし、これら２つのコイルを流れる電流の
和が一定となるようにしたことを特徴とする物体
形状測定装置。 ７ 特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一項に
記載の物体形状測定装置において、第２の基準物
体を走査する第２の基準プローブと、前記の測定
テーブルおよび前記の第１の基準テーブルと同じ
軸線を中心に且つこれらと同期して回転しうる第
２の基準テーブルとを設けたことを特徴とする物
体形状測定装置。 ８ 特許請求の範囲第１〜７項のいずれか一項に
記載の物体形状測定装置において、前記の干渉計
システムに設ける放射感応検出装置を複数のフオ
トダイオードの線形アレイを有するマルチフオト
セルとし、これらフオトダイオードを、これらフ
オトダイオードで発生する信号を処理する電子回
路に電子スイツチにより順次に接続するようにし
たことを特徴とする物体形状測定装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8005259A NL8005259A (nl) | 1980-09-22 | 1980-09-22 | Inrichting voor het meten aan het oppervlak van een voorwerp. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5784303A JPS5784303A (en) | 1982-05-26 |
| JPH0145842B2 true JPH0145842B2 (ja) | 1989-10-05 |
Family
ID=19835909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56148928A Granted JPS5784303A (en) | 1980-09-22 | 1981-09-22 | Object shape measuring apparatus |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4347441A (ja) |
| JP (1) | JPS5784303A (ja) |
| DE (1) | DE3136993A1 (ja) |
| FR (1) | FR2490809B1 (ja) |
| GB (1) | GB2085156B (ja) |
| NL (1) | NL8005259A (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4541717A (en) * | 1983-12-08 | 1985-09-17 | Fuji Photo Optical Co., Ltd. | Attraction holding device |
| DE3511564A1 (de) * | 1985-03-29 | 1986-10-02 | Hommelwerke GmbH, 7730 Villingen-Schwenningen | Einrichtung zur messung der kreisformabweichung exzentrischer lagerflaechen, insbesondere von pleuellagern |
| US4902123A (en) * | 1987-11-25 | 1990-02-20 | Taunton Technologies, Inc. | Topography measuring apparatus |
| DE3801889A1 (de) * | 1988-01-23 | 1989-08-03 | Rodenstock Optik G | Verfahren zur vermessung von brillenglaesern |
| DE3920716C1 (ja) * | 1989-06-24 | 1990-11-29 | Wild Leitz Gmbh, 6330 Wetzlar, De | |
| EP0415579A1 (en) * | 1989-08-30 | 1991-03-06 | Renishaw plc | Touch probe |
| DE69108817T2 (de) * | 1990-08-17 | 1995-10-05 | Toshiba Kawasaki Kk | Verschiebungsmessapparat. |
| GB2256476B (en) * | 1991-05-30 | 1995-09-27 | Rank Taylor Hobson Ltd | Positional measurement |
| US5351125A (en) * | 1993-03-29 | 1994-09-27 | Moore Products, Inc. | Gaging finger for precision measuring instruments |
| DE10025461A1 (de) * | 2000-05-23 | 2001-12-06 | Mahr Gmbh | Messeinrichtung nach dem Interferenzprinzip |
| US6771375B2 (en) | 2001-06-20 | 2004-08-03 | Zygo Corporation | Apparatus and method for measuring aspherical optical surfaces and wavefronts |
| US6734979B2 (en) | 2001-11-15 | 2004-05-11 | Zygo Corporation | Rapid in situ mastering of an aspheric Fizeau with residual error compensation |
| US6717679B2 (en) * | 2001-11-15 | 2004-04-06 | Zygo Corporation | Dispersive null-optics for aspheric surface and wavefront metrology |
| DE10224761B3 (de) * | 2002-06-04 | 2004-03-25 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Laserstrahlinterferometer |
| JP4963231B2 (ja) | 2003-10-20 | 2012-06-27 | ザイゴ コーポレイション | 再構成可能干渉計システム |
| CN114910014B (zh) * | 2022-04-24 | 2023-07-07 | 浙江大学 | 针对高深宽比曲面构件面形测量的测量***及方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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