(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波状に振動する正弦波強度分布を有する平行光を発生する分布光発生装置と、前記分布光発生装置からの平行光を被測定物体に照射して被測定物体の頂点からの回折光を他の光と分離する回折光検出光学系と、前記回折光検出光学系で得られる光強度を電気的な検出信号に変換する光電変換手段と、前記検出信号から前記被測定物体の頂点位置を求める位置演算手段と、を備えたことを特徴とする正弦波状強度分布光を用いる頂点位置測定装置。
【請求項２】
正弦波状回折格子に光源からの平行光を透過させ、正弦波状回折格子を周期方向と平行な方向に正弦波状に振動させ、正弦波状に振動する正弦波強度分布を有する平行光を発生するように前記分布光発生装置を構成したことを特徴とする請求項１記載の頂点位置測定装置。
【請求項３】
前記分布光発生装置からの平行光を被測定物体に照射し、被測定物体の頂点からレンズの焦点距離よりわずかに短い距離だけ離れた位置に置かれたレンズによって、該レンズから該レンズの焦点距離の５倍程度の距離だけ離れた位置において被測定物体の頂点からの回折光を他の光と分離するように前記回折光検出光学系を構成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の頂点位置測定装置。
【請求項４】
前記回折光検出光学系で得られる回折光強度分布の時間変化を電気的な検出信号に変換する光電変換素子を備え、前記検出信号に含まれる位相を算出し、該位相から被測定物体の頂点位置を算出するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の頂点位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正弦波振動する正弦波回折格子を通過した光を用いて被測定物体の頂点位置を高精度に測定する計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
被測定物体に照射された細い光ビームが被測定物体によって遮られている状態から、光ビームを平行移動させると被測定物体の頂点から光ビームが現われる。この光ビームが現われる時刻を計測することによって被測定物体の頂点位置を測定する方法が従来の測定装置である。
【０００３】
従来の測定装置の測定精度は最も良い製品で２μｍ程度である。本発明においては、正弦波振動する正弦波回折格子を通過した平行光は０.３μｍ程度の細かい目盛りを有する平行光であることを利用して、０.３μｍ程度の測定精度を有する頂点位置測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００５】
正弦波状に振動する正弦波強度分布を有する平行光を発生する分布光発生装置と、前記分布光発生装置からの平行光を被測定物体に照射して被測定物体の頂点からの回折光を他の光と分離する回折光検出光学系と、前記回折光検出光学系で得られる光強度を電気的な検出信号に変換する光電変換手段と、前記検出信号から前記被測定物体の頂点位置を求める位置演算手段と、を備えたことを特徴とする正弦波状強度分布光を用いる頂点位置測定装置に係るものである。
【０００６】
また、正弦波状回折格子に光源からの平行光を透過させ、正弦波状回折格子を周期方向と平行な方向に正弦波状に振動させ、正弦波状に振動する正弦波強度分布を有する平行光を発生するように前記分布光発生装置を構成したことを特徴とする請求項１記載の頂点位置測定装置に係るものである。
【０００７】
また、前記分布光発生装置からの平行光を被測定物体に照射し、被測定物体の頂点からレンズの焦点距離よりわずかに短い距離だけ離れた位置に置かれたレンズによって、該レンズから該レンズの焦点距離の５倍程度の距離だけ離れた位置において被測定物体の頂点からの回折光を他の光と分離するように前記回折光検出光学系を構成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の頂点位置測定装置に係るものである。
【０００８】
また、前記回折光検出光学系で得られる回折光強度分布の時間変化を電気的な検出信号に変換する光電変換素子を備え、前記検出信号に含まれる位相を算出し、該位相から被測定物体の頂点位置を算出するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の頂点位置測定装置に係るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
好適と考える本発明の実施の形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてその作用効果を示して簡単に説明する。
【００１０】
分布光発生装置10において、正弦波状に振動する正弦波強度分布を有する平行光を発生させる。
【００１１】
この平行光を被測定物体21に照射し、被測定物体の頂点からレンズの焦点距離よりわずかに短い距離だけ離れた位置に置かれたレンズ20によって、該レンズから該レンズの焦点距離の５倍程度の距離だけ離れた位置において被測定物体の頂点からの回折光を他の光と分離する。この回折光強度の時間変化をＣＣＤイメージセンサ22によって検出し、電気的な検出信号に変換する。検出信号に含まれる位相を算出し、該位相から被測定物体の頂点位置を高精度に求める。
【００１２】
従って、本発明においては、正弦波回折格子を通過した平行光の正弦波状強度分布は空間座標を表現する値として用いられ、更に、正弦波回折格子を正弦波状に振動させることによって、空間の光強度分布を時間的に変化させ、空間の１点における光強度の時間的変化の様子を検出することによって、その空間の１点の座標を正確に決定している。この結果、正弦波振動する正弦波回折格子を通過した平行光は０.３μｍ程度の細かい目盛りを有する平行光とみなすことができ、被測定物体の頂点から回折されるこの平行光を選択的に検出することによって、０.３μｍ程度の高い精度で被測定物体の頂点位置を測定することができる。
【００１３】
【実施例】
以下添付図面に従って本発明に係る頂点位置測定装置の好ましい実施例について詳説する。
【００１４】
図１は本発明に係る頂点位置測定装置の実施の形態を示す概略図である。同図に示すように、分布光発生装置10と、レンズ20と、ＣＣＣＤイメージセンサ22と、Ａ／Ｄ変換器30と、パソコン31とから構成される。
【００１５】
尚、21は被測定物体である。
【００１６】
分布光発生装置10は、正弦波状に振動する正弦波強度分布をもつ平行光を発生するもので、主として半導体レーザ（ＬＤ）11と、レンズ12と、正弦波回折格子13と、正弦波回折格子駆動手段14とから構成されている。
【００１７】
半導体レーザ（ＬＤ）11からの発散光はレンズ12で平行光にされ、正弦波回折格子13に照射される。正弦波回折格子13を通過した光の強度分布は正弦波状になっている。ここで、正弦波回折格子13をスピーカのボイスコイル等の正弦波回折格子駆動手段14によって回折格子の周期方向であるx軸方向に振動周波数fc、振幅aで正弦波振動させる。これにより、正弦波状に振動する正弦波強度分布S(t,x)をもつ平行光を発生させることができる。正弦波回折格子13の周期をP、回折格子の周期方向の位置をxとすると、S(t,x)は次式で表現される。
【００１８】
S(t,x)= S0 +cos[Zsin(2πfct)+α]
【００１９】
但し、S0は定数で、Zは振幅aに比例する値であり、α=2πx/Pである。
【００２０】
正弦波強度分布S(t,x)をもつ平行光は被測定物体21に照射される。レンズ20の焦点距離をfとする。被測定物体21の頂点とレンズ20との距離は焦点距離fよりもわずかに小さな値に設定される。被測定物体21の頂点からの散乱光は、レンズ20から焦点距離fの５倍程度の距離だけ離れた位置で他の光と分離され、この位置における光強度分布IがＣＣＤイメージセンサ22（ＣＣＤ）で検出される。図２に実際に得られた光強度分布Iを検出位置LDに対して示す。図２において、LD=6mm、24mm付近の強い光強度は被測定物体21に遮断されずに、伝搬してきた光によるものであり、LD=11mm、17mm付近でわずかに強くなっている光強度A及びBは被測定物体21の頂点において回折された光によるものである。
【００２１】
被測定物体21の２つの頂点の座標をそれぞれx01及びx02とする。頂点位置x01におけるに光強度はS(t,x01)であり、この光が頂点で回折されてLD=11mm付近に到達するので、ＣＣＤイメージセンサ22によってLD=11mm付近で検出される光強度の時間変化すなわち検出信号は、次式で表現される。
【００２２】
SD(t)= cos[Zsin(2πfct)+αD]
但し、αD=2πx01/P
【００２３】
前記検出信号SD(t)はＡ／Ｄ変換器30によってデジタル信号に変換されたのち、パソコン31に取り込まれ、ここで検出信号SD(t)から位相αDを算出し、頂点位置x01を求める演算処理が行われる。時間的に変化する検出信号に含まれている位相αDは非常に正確に算出することができるため、頂点位置x01の測定は高精度に行なわれる。LD=17mm付近で検出される検出信号に対しても同様な処理が行なわれ、頂点位置x02の測定は高精度に行なわれる。
【００２４】
分布光発生装置10の正弦波回折格子13の周期Pは100μmとした。被測定物体21として直径４mm程度の金属製円筒を用い、被測定物体21をx軸方向に既知の量だけ移動させて、頂点位置x01を測定した結果、頂点位置は0.3μm以下の測定誤差で求められることが分かった。
【００２５】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したから、被測定物体の頂点の位置を高精度で測定することができる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明においては、極めて軽量な正弦波回折格子を最も単純な動きである正弦波振動させることにより、正弦波状強度分布光を容易にかつ正確に発生させているため、一層秀れた正弦波状強度分布光を用いる頂点位置測定装置となる。
【００２８】
また、請求項３記載の発明においては、被測定物体の頂点位置および回折光の検出位置を１枚のレンズに対し適切に設定する容易な操作によって、被測定物体の頂点からの回折光を他の光から完全に分離しているため、一層秀れた正弦波状強度分布光を用いる頂点位置測定装置となる。
【００２９】
また、請求項４記載の発明においては、光強度の時間変化の様子は検出信号の位相として捉えられ、算出される位相の値は被測定物体の頂点の位置を正確に表現する値となっているため、一層秀れた正弦波状強度分布光を用いる頂点位置測定装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の概略構成説明図である。
【図２】図１のＣＣＤイメージセンサ面上で実際に得られた光強度分布を示すグラフである。
【図１】
0003834229.tif 000002
【図２】
0003834229.tif 000003