JPH0338645Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ａ 考案の目的 （産業上の利用分野） 本考案に係る微細形状測定器は、鏡面仕上を施
した金属表面の表面粗さ測定等、各種高精度の測
定に使用される。

（従来の技術） 金属表面の表面粗さ等、各種精密形状測定を行
なうために、光挺子式、電気式の微細形状測定
器、或は比較的精度の粗いものとしてはミクロケ
ータ、ダイヤルゲージ等が使用されている。

このうち、電気式の精密形状測定器について説
明する。電気式の精密形状測定器は、第３図に示
すように、被測定面１の凹凸に追従して昇降する
触針２の途中に固定した鉄芯３と、この鉄芯３を
囲んで設けたコイル４とにより差動トランスを構
成したもので、上下対となつた互いに平行なばね
５，５により支承された触針２が被測定面１の凹
凸に従つて昇降すると、コイル４の出力電圧が触
針２の変位量に比例して変化する。このため、こ
の電圧変化分から被測定面１の凹凸形状を知るこ
とができる。６は測定圧調整用のばねである。

一方、触針等の測定子を被測定面に接触させる
ことなく被測定面の形状を測定するため、レーザ
光を用いた光学式の微細形状測定器が各種知られ
ている。次に、この光学式微細形状測定器の原理
について説明する。

第４〜６図は、光学式微細形状測定器の原理の
第１例を示している。この原理は、昭和58年度精
機学会秋季大会学術講演会論文集の第391〜392頁
及び工業技術院機械技術研究所発行の機械研ニユ
ース1983年No.９の第１〜２頁に記載されたもので
ある。レーザダイオード７から送り出されたレー
ザ光は、第４図に示したコリメータレンズ８、偏
光ビームスプリツタ９、４分の１波長板１０、対
物レンズ１１を通つて被測定面１に照射され、更
にこのレーザ光はこの被測定面１で反射して再び
対物レンズ１１、４分の１波長板１０を通り、偏
光ビームスプリツタ９で反射してハーフミラー１
２に送られる。このハーフミラー１２で反射した
レーザ光は第一の臨界角プリズム１３を通つて第
一、第二のフオトダイオード１４，１６に送ら
れ、ハーフミラー１２を透過したレーザ光は第二
の臨界角プリズム１５を通つて同じく第一、第二
のフオトダイオード１４，１６に送られる。測定
ヘツドに固定の対物レンズ１１と被測定面１との
距離が変化すると、この被測定面で反射してから
第一、第二の臨界角プリズム１３，１５内に進入
するレーザ光の入射角度が変化し、その結果第
一、第二のフオトダイオード１４，１６に達する
光の強さが変化するため、第一、第二のフオトダ
イオード１４，１６の出力差の変化を検出すれば
被測定面の凹凸を知ることができる。臨界角プリ
ズムの原理を示す第５図により更に説明すると、
被測定面がＢ位置にあつた場合、被測定面で反射
したレーザ光は同図に実線で示すような経路で第
一、第二のフオトダイオード１４，１６に入り、
両フオトダイオードから同じ大きさの出力が出る
（電位差０）。被測定面がＡ位置にまで近付くと、
反射レーザ光は同図に鎖線で示すような経路で臨
界角プリズム１３，１５に入る。この状態に於い
てはレーザ光の一部がプリズム内で反射せずにそ
のまま透過してしまうため、第一、第二のフオト
ダイオード１４，１６に入るレーザ光が弱くなる
が、この弱くなる度合は第二のフオトダイオード
１６に比べて第一のフオトダイオード１４の方が
大きくなるため、両ダイオード１４，１６の出力
に差が出る。反対に被測定面がＣ位置にまで遠ざ
かると、反射レーザ光は同図に破線で示すような
経路で臨界角プリズム１３，１５に入り、上述し
たＡ位置の場合と逆の電位差が第一、第二のフオ
トダイオード１４，１６の間に生じる。被測定面
の変位量と出力電位差ａとの間には第６図に示す
ような関係があるため、この電位ｖから被測定面
の微細な形状を求めることができる。なお、第４
図に於いて臨界角プリズムを第一、第二の２個用
意し、第一、第二のフオトダイオード１４，１６
を２組設けたのは、被測定面１の傾斜に基く誤差
をキヤンセルするためである。

又、第７図は光学式微細形状測定器の別の原理
を示している。この原理は非点収差法と呼ばれ昭
和59年度精機学会春季大会学術講演会論文集第
393〜394頁に記載されたもので、断面が楕円形の
光束を蒲鉾型のレンズ３３により集束させると、
このレンズからの距離に応じて光束の断面が直線
状、縦長の楕円形、円形、横長の楕円形に連続的
に変化するのを利用して被測定面の微細な形状を
測定する。

レーザ光利用の測定器の原理としてはこの他に
も、昭和58年度精機学会春季大会学術講演会論文
集第523〜526頁に記載のもの、同年同学会秋季大
会学術講演会論文集第413〜414頁に記載のもの等
がある。いずれの原理に基づいて製作された微細
形状測定器に於いても、接触子等を被測定面に接
触させることなくこの被測定面の微細な形状を測
定することができる。

（考案が解決しようとする問題点） ところが、上述のような従来の微細形状測定器
に於いては、次に述べるような不都合を生じる。

まず触針式の測定器に於いては、測定作業の間
触針と被測定面とが摺れ合うことになり、被測定
面を傷付ける原因となる。特にアルミニウム等の
比較的軟質な材質を仕上げた鏡面を測定する場
合、硬い（通常ダイヤモンド製）触針が被測定面
を深く傷付けてしまい、極端な場合には被測定物
を使用不能にするため使用できない。

光学式の微細形状測定器の場合、非接触式であ
るためこのような不都合はないが、レーザ光利用
の測定器の場合、被測定面上の照射範囲は直径
2μm程度しかなく、しかも波長が可視範囲から外
れているため、肉眼では勿論測定台に付属の拡大
鏡でも見ることができず、測定点を確認すること
が困難である。

本考案は上述のような不都合のない微細形状測
定器を提供することを目的としている。

ｂ 考案の構成 （問題点を解決するための手段） 本考案の微細形状測定器に於いては、被測定物
を載置する測定台の上方に、顕微鏡の少なくとも
対物レンズと光学式変位検出器の測定ヘツドとを
互いに平行に設け、測定台と対物レンズ及び測定
ヘツドとを互いに水平方向の移動自在に構成して
いる。この対物レンズと測定ヘツドとは水平方向
に移動自在な位置変換装置により、上記測定台の
上面に選択的に対向自在としている。

更に、光学式変位検出器による測定を行なう場
合に於ける測定点を確認できるようにするため
に、対物レンズと光学式変位検出器の測定ヘツド
とを互いに平行に装着した支持部を水平移動自在
とし、この支持部の水平移動に伴つて対物レンズ
及び測定ヘツドが移動すると、対物レンズの中心
と測定ヘツドの中心とが同一の点に対向するよう
にしておく。このため、光学式変位検出器による
測定を行なうのに先立つて対物レンズを測定台上
面に対向させ、この対物レンズ及び上方に設けた
接眼レンズを通して測定台上面に載置した被測定
物の測定面上の測定点を確認できる。このため、
顕微鏡としては対物レンズの中心と一致する視野
中心に中心線を有するものを用いる。測定作業を
開始する時はこの対物レンズと測定ヘツドとの位
置を変換すれば、測定ヘツドの中心がそれまで対
物レンズの中心が対向していた点に対向する。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ本考案を更に
詳しく説明する。

第１図は本考案の第一実施例を示している。測
定器のフレーム（図示せず）に固定された基板１
７の前面には水平方向に亘つてあり溝１８が形成
されている。このあり溝１８には取付板１９の背
面に形成した突条２０を係合させ、この取付板１
９を水平方向の移動自在に支承している。前記基
板１７の左右両端壁にはそれぞれストツパ２１
ａ，２１ｂを設けて上記取付板１９の左右方向に
亘る移動量を制限している。取付板１９の前面に
は、下端部に対物レンズ２２，２２（図示の例で
はレボルバにより複数の対物レンズを交換自在と
したものを示したが、対物レンズは１本のみでも
良い。）を、上端部に接眼レンズ２３，２３をそ
れぞれ有する顕微鏡２４と、光学式変位検出器の
測定ヘツド２５とを互いに平行に設けている。

このように取付板１９の前面に互いに平行に設
けた顕微鏡２４の対物レンズ２２の中心と測定ヘ
ツド２５の中心（レーザ照射部分）との距離l₁
は、上記取付板１９の水平移動距離l₂と等しく
（l₁＝l₂）なるように構成している。

一方、このように取付板１９の前面に取付けら
れた顕微鏡２４及び測定ヘツド２５の下方には、
被測定物を載置するための測定台２６が設けられ
ている。この測定台の構造は従来から広く知られ
ている微細形状測定器に使用されているものと同
様のものである。即ち、フレームに対して上下動
自在に支承された基台（図示省略）の上面に傾斜
角度の調節自在に載置した基板２７の上面に、摺
動板２８を矢印ａ方向の摺動自在に載せ、この摺
動板２８の上面に測定台２９を矢印ｂ方向の摺動
自在に設けたもので、位置調節摘み３０ａ，３０
ｂを回転させることにより、測定台を矢印ａ，ｂ
方向に移動自在としている。

上述のように構成される本考案の微細形状測定
器により被測定面の形状測定を行なう場合には次
のようにして行なう。

まず、取付板１９を第１図に示した状態から左
方に移動させ、顕微鏡２４の対物レンズ２２を測
定台２９上に載置された被測定物の被測定面に対
向させ、対物レンズ２２及び接眼レンズ２３，２
３を通してこの被測定面を目視しつつ位置調節摘
み３０ａ，３０ｂを回転させて対物レンズ２２の
中心を測定を開始すべき点に合わせる。対物レン
ズ２２の中心と測定開始点とが合致したならば、
取付板１９を第１図に示すように基板１７の右端
にまで移動させる。対物レンズ２２の中心と測定
ヘツド２５の中心との距離は取付板１９の移動距
離と等しく、しかも両中心の取付板１９の前面か
らの距離は等しいため、この取付板１９の移動に
よつて測定ヘツド２５の中心がそれまで対物レン
ズ２２の中心が対向していた点に対向するように
なる。そこで、測定ヘツド２５からレーザ光を照
射しつつ測定ヘツド２５と測定台２９とを相対的
に平行移動させ、一定範囲の形状測定を行なう。

次に、第２図は本考案の第二実施例を示してい
る。本実施例は、対物レンズ２２と測定ヘツド２
５とを位置変換自在とするのに、第１図に示した
実施例がスライド式であつたのに対してロータリ
式としている。即ち、垂直軸３１を中心として回
転自在な取付板３２（円形である必要はない。）
に対物レンズ２２と測定ヘツド２５を固定したも
ので、対物レンズ２２の中心と測定ヘツド２５の
中心とは垂直軸３１を中心とする同一の円弧上
（図示の例は直径方向反対側に設けているが同一
円弧上であれば良い。）に位置している。このよ
うに構成した第二実施例に於いては、取付板３２
を垂直軸３１を中心として回転させることにより
対物レンズ２２と測定ヘツド２５とを位置変換す
る。但し、取付板３２を回転させた場合、対物レ
ンズ２２と測定ヘツド２５とが所定位置で停止す
るように、取付板３２に適宜のクリツク機構を付
設する。

なお、上述の第一実施例に於いては、取付板１
９に顕微鏡２４の全体を固定した例について示し
たが、取付板１９には少なくとも対物レンズ２２
を固定すれば足りる。このように取付板１９に対
物レンズ２２のみを固定した場合、接眼レンズ２
３を含むそれ以外の部分は着脱式としたり、或は
基板１７の側に移動自在に装着する。何れの場合
に於いても、顕微鏡により測定を開始すべき点を
確認する場合は、対物レンズと接眼レンズとを組
合せて使用する。

本考案の微細形状測定器に組込んで使用する顕
微鏡としては通常の透過型顕微鏡でも良いが、干
渉顕微鏡（微分型、反射型を含む。）を採用すれ
ば、顕微鏡によつて測定面の凹凸を直接観察する
ことができる。

ｃ 考案の効果 本考案の微細形状測定器は以上に述べた通り構
成され作用するので、従来の測定器に比較して測
定点の確認を容易かつ確実に行なうことができ、
信頼性の高い測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第一実施例を示す要部斜視
図、第２図は同第二実施例を示す取付板部分の横
断面図、第３図は触針式微細形状測定器の原理を
示す略縦断面図、第４図は光学式変位検出器の原
理の第１例を示す略側面図、第５図は臨界角プリ
ズムの原理を示す略側面図、第６図は臨界角プリ
ズムにより生じる電位差と変位量との関係を示す
線図、第７図は光学式変位検出器の原理の第２例
を示す略側面図である。 １：被測定、２：触針、３：鉄芯、４：コイ
ル、５，６：ばね、７：レーザダイオード、８：
コリメータレンズ、９：偏光ビームスプリツタ、
１０：４分の１波長板、１１：対物レンズ、１
２：ハーフミラー、１３：第一の臨界角プリズ
ム、１４：第一のフオトダイオード、１５：第二
の臨界角プリズム、１６：第二のフオトダイオー
ド、１７：基板、１８：あり溝、１９：取付板、
２０：突条、２１ａ，２１ｂ：ストツパ、２２：
対物レンズ、２３：接眼レンズ、２４：顕微鏡、
２５：測定ヘツド、２６：測定台、２７：基板、
２８：摺動板、２９：測定台、３０ａ，３０ｂ：
位置調節摘み、３１：垂直軸、３２：取付板、３
３：レンズ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 視野の中心部に中心を示す指標を有する顕微鏡
   と、被測定面上に投射した光の反射によりこの被
   測定面の凹凸を検出する光学式変位検出器の測定
   ヘツドとを具え、この測定ヘツドと前記顕微鏡の
   少なくとも対物レンズとを被測定面上に選択的に
   位置させる位置変換装置を有する微細形状測定器
   であつて、変換操作の前後に於いて対物レンズの
   中心と測定ヘツドの中心とが被測定面の同一の点
   上に位置するように構成した微細形状測定器。