JPH0592623U - ３次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置の誤差を低減して、測定精度を向上させ
る。 【構成】 レーザ光源と、入射光を２方向に分岐する光
学部品と、前記レーザ光源の出射光を測定対象に集光さ
せるための対物レンズと、この対物レンズを光軸方向に
動かす駆動部と、前記測定対象からの第１の反射光が前
記対物レンズを介して入射される偏光ビ−ムスプリッタ
および１／４波長板と、この偏光ビームスプリッタおよ
び１／４波長板に入射された光を再び前記対物レンズを
介して前記測定対象へ入射させるための平面ミラ−と、
前記測定対象からの第２の反射光の拡がり角から前記対
物レンズの焦点誤差を検出して、対物レンズの位置に帰
還をかけて常に合焦状態にする焦点位置検出光学系と、
前記測定対象と前記光学系を光軸に対して垂直な面内で
相対的に移動させ、その変位を出力するステ−ジと、前
記対物レンズの光軸方向の変位および前記ステ−ジの変
位出力から前記測定対象の形状を求めて表示する信号処
理装置とを備えた構成としたことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、非接触で物体の３次元形状を測定する３次元形状測定装置に関し、 特に、測定面の傾斜による影響を低減した装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図２は非点収差法を用いた３次元形状測定装置の一例を示す構成図である。図 ２において、１は直線偏光のレーザ光を出力するレーザ光源、２は入射光を透過 光と反射光の２方向に分岐するハーフミラー、３はレーザ光を被測定物４に集光 するための対物レンズ、５は被測定物４を光軸に対して垂直方向（ｘ，ｙ方向） に走査するためのステージ、６は対物レンズ３を光軸方向（ｚ方向）に動かすた めの駆動装置、７，８は被測定物４からの反射光を集束するための凸レンズ，円 筒形レンズ、９は凸レンズ７，円筒形レンズ８により集束された光を４つに分割 した電気信号に変換する４分割フォトダイオード、１０は４分割フォトダイオー ド９からの電気信号より対物レンズ３の焦点誤差を検出して駆動装置６を動かし て焦点合わせを行うと共に、ステージ５を走査して３次元信号を動かすための信 号処理装置である。

【０００３】 このような構成において、レーザ光源１から出力された光は、ハーフミラー２ を透過して、対物レンズ３により集光されて被測定物４に照射され、反射される 。反射光は、対物レンズ３を通って、ハーフミラー２で反射される。反射光は、 凸レンズ７，円筒形レンズ８および４分割フォトダイオード９から成る非点収差 法を用いた焦点誤差検出光学系に入射され、４分割フォトダイオード９で被測定 物４上での焦点ずれを検出して、駆動装置６により対物レンズ３を動かして焦点 を合わせる。この時の駆動装置６の動きをＺ方向の変位（＝高さ）信号にして、 ステージ５で被測定物４をｘ，ｙ方向に走査した時の変位出力とから信号処理装 置１０で被測定物の３次元形状を求めていた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来技術に示す３次元形状測定装置においては、被測定物 ４に傾きがあると、４分割フォトダイオード９上でビームが中心からずれるため 、測定誤差の原因となるという課題があった。

【０００５】 本考案は、上記従来技術の課題を踏まえて成されたものであり、偏光を用いて 、被測定物に光を２回照射させることにより、被測定物からの反射光の光軸を常 に一定にすることにより、位置の誤差を低減して、測定精度を向上した３次元形 状測定装置を提供することを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための本考案の構成は、 レーザ光源と、 入射光を２方向に分岐する光学部品と、 前記レーザ光源の出射光を測定対象に集光させるための対物レンズと、 この対物レンズを光軸方向に動かす駆動部と、 前記測定対象からの第１の反射光が前記対物レンズを介して入射される偏光ビ −ムスプリッタおよび１／４波長板と、 この偏光ビームスプリッタおよび１／４波長板に入射された光を再び前記対物 レンズを介して前記測定対象へ入射させるための平面ミラ−と、 前記測定対象からの第２の反射光の拡がり角から前記対物レンズの焦点誤差を 検出して、対物レンズの位置に帰還をかけて常に合焦状態にする焦点位置検出光 学系と、 前記測定対象と前記光学系を光軸に対して垂直な面内で相対的に移動させ、そ の変位を出力するステ−ジと、 前記対物レンズの光軸方向の変位および前記ステ−ジの変位出力から前記測定 対象の形状を求めて表示する信号処理装置と を備えた構成としたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】

本考案によると、偏光を利用して、被測定物に光を２回照射させることにより 、反射光の光軸を入射光の光軸に一致させている。したがって、被測定物が傾い ていても、４分割フォトダイオード上での光のスポット位置がずれることを低減 できる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案を図面に基づいて説明する。 図１は本考案の３次元形状測定装置の一実施例を示す構成図である。なお、図 １において図２と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。 図１において、１１は偏光状態によって光を反射光と透過光に分岐するための 偏光ビームスプリッタ、１２は直線偏光を円偏光に、また円偏光を直線偏光に変 えるための１／４波長板、１３は平面ミラーである。

【０００９】 このような構成において、レーザ光源１から出射した光は、ハーフミラー２， 偏光ビームスプリッタ１１を透過する。なお、この時のレーザ光源１の偏光は、 偏光ビームスプリッタ１１を透過する方向に合わせてある。その後、１／４波長 板１２を通ることにより、円偏光に変換され、対物レンズ３で集光されて被測定 物４に照射される。その反射光は、対物レンズ３，１／４波長板１２を通って、 偏光ビームスプリッタ１１で反射され、平面ミラー１３に入射され、反射される 。反射光は、偏光ビームスプリッタ１１で反射され、１／４波長板１２を通って 、対物レンズ３で集光され、被測定物４に照射される。その反射光は、対物レン ズ３，１／４波長板１２，偏光ビームスプリッタ１１を通って、ハーフミラー２ で反射され、非点収差法による焦点誤差検出光学系に入射する。非点収差法によ る焦点誤差検出光学系では、２つのレンズ７，８を通って、４分割フォトダイオ ード９に照射され、電気信号に変換される。４分割フォトダイオード９上でのビ ーム形状から、被測定物４上での焦点ずれを信号処理装置１０で測定し、対物レ ンズ駆動機構６を動かして、焦点を合わせる。この時の対物レンズ駆動機構の動 きをｚ方向の変位（＝高さ）信号にして、ステージ５をｘ，ｙ方向に走査して、 被測定物４の３次元形状を測定する。

【００１０】 このように、上記実施例では、偏光を利用して、被測定物に光を２回照射させ ている。したがって、反射光の光軸を入射光の光軸に一致させることができ、被 測定物が傾いていても、４分割フォトダイオード上での光のスポット位置がずれ ることを低減できるため、測定誤差を低減できる。

【００１１】 なお、上記実施例において、対物レンズの光軸方向の動きを変位信号とはしな いで、４分割フォトダイオードでの焦点ずれ信号を変位信号として測定すること によっても可能である。この場合、従来から使用されている３次元形状測定器用 の非接触プローブとして使用することができる。つまり、このプローブを被測定 物に近づけていき、一定の距離になった時点で、変位信号のゼロクロス信号から トリガ出力を出す。３次元測定器では、トリガ信号によって、その時点でのスケ ールの値を読むことで、表面形状を測定することができる。

【００１２】 また、測定対象を光軸に対して垂直方向に動かす方式ではなく、測定対象を固 定しておいて、光学系全体を光軸に垂直方向（ｘ−ｙ方向）に動かすことも可能 である。

【００１３】

【考案の効果】

以上、実施例と共に具体的に説明したように、本考案によれば、偏光を利用し て、被測定物に光を２回照射させることにより、反射光の光軸を入射光の光軸に 一致させている。したがって、被測定物が傾いていても、４分割フォトダイオー ド上での光のスポット位置がずれることを低減できるため、測定精度を向上した ３次元形状測定装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の３次元形状測定装置の一実施例を示す
構成図である。

【図２】３次元形状測定装置の従来例である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ ビームスプリッタ ３ 対物レンズ ４ 被測定物 ５ ステージ ６ 対物レンズ駆動機構 ７ 凸レンズ ８ 円筒形レンズ ９ ４分割フォトダイオード １０ 信号処理装置 １１ 偏光ビームスプリッタ １２ １／４波長板 １３ 平面ミラー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、 入射光を２方向に分岐する光学部品と、 前記レーザ光源の出射光を測定対象に集光させるための
   対物レンズと、 この対物レンズを光軸方向に動かす駆動部と、前記測定
   対象からの第１の反射光が前記対物レンズを介して入射
   される偏光ビ −ムスプリッタおよび１／４波長板と、 この偏光ビームスプリッタおよび１／４波長板に入射さ
   れた光を再び前記対物レンズを介して前記測定対象へ入
   射させるための平面ミラ−と、 前記測定対象からの第２の反射光の拡がり角から前記対
   物レンズの焦点誤差を検出して、対物レンズの位置に帰
   還をかけて常に合焦状態にする焦点位置検出光学系と、 前記測定対象と前記光学系を光軸に対して垂直な面内で
   相対的に移動させ、その変位を出力するステ−ジと、 前記対物レンズの光軸方向の変位および前記ステ−ジの
   変位出力から前記測定対象の形状を求めて表示する信号
   処理装置とを備えた構成としたことを特徴とする３次元
   形状測定装置。