(57)【要約】【課題】球状部の曲率半径を容易に求めることができる球状部測定方法及び球状部測定装置を提供する。【解決手段】光源１１から出射された光を球状被検物５の頂点Ｓに集光させたときと球状被検物５の中心Ｏに向かって集光させたときとの２つの集光位置間の距離に基づいて球状被検物５の曲率半径を求める。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を球状部の頂点部に集光させたときと前記球状部の中心に向かって集光させたときの２つの集光位置間の距離に基づいて前記球状部の曲率半径を求めることを特徴とする球状部測定方法。
【請求項２】
光源から出射された光を集光させ、球状部に照射する対物レンズと、
前記球状部で反射された光を受光する受光手段と、
前記対物レンズにより集光させる位置を光軸方向に相対移動させる集光位置変更手段と、
前記受光手段からの出力により、前記集光させる位置が前記球状部の頂点部となるときと前記集光させる位置が前記球状部の中心に向かうときとの両位置の距離に基づいて前記球状部の曲率半径を求める計測手段と
を備えることを特徴とする球状部測定装置。
【請求項３】
前記対物レンズを通過して前記球状部に照射される光の主光線が光軸に平行であることを特徴とする請求項２記載の球状部測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は球状部の曲率半径を測定する球状部測定方法及び球状部測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物体の高さに応じて反射光の強度が変化することを利用して微小物体の立体形状を測定する方法が知られている（特開平９−５０４６号公報等参照）。
【０００３】
上記測定方法では、共焦点光学系を用いることによって高さ方向の分解能を向上させ、微小物体の高精度な立体形状を測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、共焦点光学系においては、反射光が照明光と逆方向の光路をたどって戻ってこないため、球状物体の側面の高さを測定は困難である。したがって、球状物体の曲率半径を求めること、更に体積を求めることは困難であるという問題があった。
【０００５】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は球状部の曲率半径を容易に求めることができる球状部測定方法及び球状部測定装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、光源から出射された光を球状部の頂点部に集光させたときと前記球状部の中心に向かって集光させたときの２つの集光位置間の距離に基づいて前記球状部の曲率半径を求めることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、光源から出射された光を集光させ、球状部に照射する対物レンズと、前記球状部で反射された光を受光する受光手段と、前記対物レンズにより集光させる位置を光軸方向に相対移動させる集光位置変更手段と、前記受光手段からの出力により、前記集光させる位置が前記球状部の頂点部となるときと前記集光させる位置が前記球状部の中心に向かうときとの両位置の距離に基づいて前記球状部の曲率半径を求める計測手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の球状部測定装置において、前記対物レンズを通過して前記球状部に照射される光の主光線が光軸に平行であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１はこの発明の第１実施形態に係る球状部測定装置の構成図である。
【００１１】
この球状部測定装置１は、光源１１と、レンズ１２と、ハーフプリズム１３と、ピンホール１４と、ディテクタ（光検出手段）２０と、ニポウディスク４０と、直角ミラー３１と、コーナキューブレフレクタ（集光位置変更手段）３２と、コーナーキューブ位置検出系３３と、対物レンズ３４と、演算部５０とを備えている。コーナーキューブ位置検出系３３と演算部５０とで計測手段が構成される。
【００１２】
光源１１は照明光を出射する。光源１１としては、例えばレーザ、Ｘｅランプ、Ｈｅランプ、Ｎｅランプ、Ａｒランプ等のアークランプを使用することができる。
【００１３】
レンズ１２は光源１１から出射された光を平行光とする。
【００１４】
ハーフプリズム１３は照明光を反射させるが球状被検物（球状部）５からの反射光を透過させる。
【００１５】
ピンホール１４は散乱光等を制限する。
【００１６】
ディテクタ２０は結像レンズ１５の焦点位置に配置され、ピンホール４１を透過した光を受光する。ディテクタ２０は受光された光の強度に対応した電気信号を演算部２１へ出力する。
【００１７】
ニポウディスク４０にはハーフプリズム１３で反射され、結像レンズ１５を透過した光を通過させる複数のピンホール４１が形成されている。ピンホール４１は結像レンズ１５の焦点位置に存在する。
【００１８】
直角ミラー３１は照明光及び球状被検物５からの反射光の方向を変える。
【００１９】
コーナキューブレフレクタ３２は３つの互いに直角の面と直角三角形の斜辺の面を持ったプリズムである。傾斜面に入射した光は３つの面で反射し、反転して入射光に対して平行に傾斜面から出射する。
【００２０】
このコーナキューブレフレクタ３２を白抜き矢印に示すように移動させることによって球状被検物５を光軸方向へスキャンすることができるため、球状被検物５の頂点Ｓ及び中心Ｏに向かって照明光を選択的に集光させることができる。
【００２１】
コーナキューブレフレクタ３２の移動距離は、例えば対物レンズ３４のニポウディスク４０までの倍率が１０倍のとき、球状被検物５上での光軸方向のスキャン幅の５０倍になる。
【００２２】
コーナーキューブレフレクタ３２の位置はコーナーキューブ位置検出系３３によって検出され、検出結果は演算部５０に出力される。
【００２３】
コーナーキューブ位置検出系３３は光波の干渉を利用してコーナキューブレフレクタ３２の位置を読み取る。
【００２４】
なお、球状被検物５上で同じスキャン幅を得るためには低倍率ほどコーナキューブレフレクタ３２の移動距離は少なくてすむ。
【００２５】
対物レンズ３４はテレセントリックなレンズであり、対物レンズ３４を通過して球状被検物５に照射される光の主光線は光軸に平行となる。
【００２６】
演算部５０はディテクタ２０の出力とコーナーキューブ位置検出系３３の出力とに基づいて球状被検物５の曲率半径を演算する。
【００２７】
図２は球状被検物からの反射光の強度を説明する図である。
【００２８】
図２において、縦軸及び横軸はピンホール１４を通過する照明光の光強度及び焦点位置の移動距離を示す。
【００２９】
なお、横軸の（ａ），（ｃ）及び（ｂ）は照明光が球状被検物５の頂点Ｓに集光したとき、球状被検物５の中心Ｏに向かって集光したとき及び球状被検物５の頂点Ｓと中心Ｏとの中間部に向かって集光しているときの反射光の強度を示している。
【００３０】
この図から、球状被検物５の頂点Ｓと球状被検物５の中心Ｏとに向かって照明光が集光したときに光強度が大きくなることがわかる。
【００３１】
ディテクタ２０の出力とコーナーキューブ位置検出系３３の出力とに基づいて２つの集光位置を検出し、その両位置間の距離に基づいて球状被検物５の曲率半径が演算部５０で演算される。
【００３２】
次に、上記構成の球状部測定装置の動作を説明する。
【００３３】
光源１１から出射した照明光は、レンズ１２によって平行光とされ、ハーフプリズム１３で反射された後、結像レンズ１５を通ってニポウディスク４０の上面に照射される。
【００３４】
ニポウディスク４０のピンホール４１を通過した照明光は、直角ミラー３１で光軸と直交する方向へ反射され、コーナーキューブレフレクタ３２に入射する。
【００３５】
コーナーキューブレフレクタ３２に入射した照明光は、コーナーキューブレフレクタ３２を構成する３つのプリズムで反射された後、入射光と平行な照明光として出射する。
【００３６】
この照明光は直角ミラー３１で反射されて対物レンズ３４に入射し、球状被検物５に集光する。
【００３７】
球状被検物５からの反射光は、対物レンズ３４、直角ミラー３１、コーナーキューブレフレクタ３２及び直角ミラー３１の順に照明光とは逆方向の光路をたどった後、ニポウディスク４０のピンホール４１に焦点が結ばれる。
【００３８】
このとき、共焦点効果によって球状被検物５の頂点Ｓで反射された光だけがピンホール４１を通過し、球状被検物５の頂点Ｓからの散乱光等はピンホール４１に焦点が合わないため、除去される。
【００３９】
ピンホール４１を通過した反射光は、結像レンズ１５、ハーフプリズム１３及びピンホール１４を通過してディテクタ２０に集光される。
【００４０】
演算部５０ではディテクタ２０の出力が図２の（ａ）及び（ｃ）となるときにおけるコーナーキューブ位置検出系３３の出力に基づいて球状被検物５の頂点Ｓと中心Ｏとの距離、すなわち球状被検物５の曲率半径を演算する。
【００４１】
この第１実施形態によれば、従来例のように反射光が戻って来ないということはないので、球状部の曲率半径を容易に求めることができる。その結果、例えば球状被検物５の体積も容易に求めることができる。
【００４２】
図３はこの発明の第２実施形態に係る球状部測定装置の動作を説明する図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
この第２実施形態では、コーナーキューブレフレクタ３２を用いず、対物レンズ１３４、ピンホール１１４及びディテクタ１２０を光軸方向へ移動させることによって球状被検物５を光軸方向へスキャンすることができるようにした。これに伴い位置検出系（図示せず）で対物レンズ１３４の移動量を検出するようにした。これらの点が、第１実施形態との違いである。
【００４４】
対物レンズ１３４等が光軸方向へ移動して照明光が球状被検物５の頂点Ｓに集光したとき（図３の（ａ）参照）、頂点Ｓで反射された光のほとんどは対物レンズ１３４によって集められ、図示したようにピンホール１１４を透過するため、ディテクタ１２０では高い光強度が得られる（図２の（ａ）参照）。
【００４５】
対物レンズ１３４等が図３の（ａ）の状態から光軸方向へ移動して球状被検物５に近付いたとき（図３の（ｂ）参照）、球状被検物５で反射された光は図示したようにほとんどピンホール１１４を透過することができないため、ディテクタ１２０では光をほとんど検出することができない（図２の（ｂ）参照）。
【００４６】
対物レンズ１３４等が図３の（ｂ）の状態から光軸方向へ移動して球状被検物５に更に近付いたとき（図３の（ｃ）参照）、照明光は光球状被検物５の中心Ｏに向かって集光されるようになる。
【００４７】
このとき、球状被検物５で反射された光のほとんどは対物レンズ１３４によって集められ、図示したようにピンホール１１４を透過するため、ディテクタ１２０では高い光強度が得られる（図２の（ｃ）参照）。
【００４８】
また、ディテクタ２０の出力が図２の（ａ）及び（ｃ）となるときにおけるコーナーキューブ位置検出系３３の出力に基づいて球状被検物５の頂点Ｓと中心Ｏとの距離、すなわち球状被検物５の曲率半径を求めることができる。
【００４９】
この第２実施形態によれば、低倍率の対物レンズを用いたときであっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
なお、上記各実施形態では本願発明を球状被検物５に適用した場合について説明したが、適用範囲を球状被検物５に限るものではなく、球状の凸部を有する被検物や半球状の被検物に対しても同様に適用することができ、この場合においても球状被検物５の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、本願発明を共焦点光学系に適用した場合について説明したが、適用範囲を共焦点光学系に限るものではなく、共焦点光学系以外の光学系であっても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
更に、上記実施形態では、コーナーキューブレフレクタ３２を用いたり、対物レンズを上下動させたりする構成であったが、これらの構成に限るものではなく、球状被検物５を載置するステージを上下動させたり、厚さの異なる複数のガラスを円板に装着し、円板を回転させることによってガラスを選択的に光軸上に位置させたりして球状被検物５を光軸方向へスキャンしてもよい。
【００５３】
また、コーナーキューブ位置検出系としては、干渉計やエンコーダを用いることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明によれば、高速に球状部の曲率半径を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る球状部測定装置の構成図である。
【図２】図２は球状被検物からの反射光の強度を説明する図である。
【図３】図３はこの発明の第２実施形態に係る球状部測定装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１　球状部測定装置
５　球状被検物（球状部）
１１　光源
２０　ディテクタ（光検出手段）
３２　コーナキューブレフレクタ（集光位置変更手段）
３３　コーナーキューブ位置検出系
３４　対物レンズ
５０　演算部
【図１】
2004037191.tif 000003
【図２】
2004037191.tif 000004
【図３】
2004037191.tif 000005