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JP2915599B2 - Method and apparatus for measuring toroidal surface - Google Patents
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JP2915599B2 - Method and apparatus for measuring toroidal surface - Google Patents

Method and apparatus for measuring toroidal surface

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JP2915599B2
JP2915599B2 JP3050104A JP5010491A JP2915599B2 JP 2915599 B2 JP2915599 B2 JP 2915599B2 JP 3050104 A JP3050104 A JP 3050104A JP 5010491 A JP5010491 A JP 5010491A JP 2915599 B2 JP2915599 B2 JP 2915599B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光の干渉作用を用いて曲
面の状態を測定する技術に関し、特に、トロイダル面ま
たはシリンドリカル面のように面内の直交する主径線の
曲率中心が異なる曲面における面形状及び面精度の測定
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for measuring the state of a curved surface using the interference of light, and more particularly to a curved surface such as a toroidal surface or a cylindrical surface having different centers of curvature of orthogonal main diameter lines in the surface. The measurement of the surface shape and the surface accuracy in the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザビームプリンタやレーザファクシ
ミリ等に用いられる光走査光学系は、一般にポリゴンミ
ラーの面倒れ補正を行うために、シリンドリカルレンズ
や、トロイダルレンズ等を用いたアナモフィックな光学
系で構成される。なお、シリンドリカル面は、トロイダ
ル面において一方の曲率半径が無限大の場合と考えるこ
とができるので、本明細書においてトロイダル面という
場合は、特に区別しない限りシリンドリカル面も含むも
のとする。
2. Description of the Related Art In general, an optical scanning optical system used in a laser beam printer, a laser facsimile, or the like is constituted by an anamorphic optical system using a cylindrical lens, a toroidal lens, or the like in order to correct a tilt of a polygon mirror. You. Note that a cylindrical surface can be considered to be a case where one of the radii of curvature is infinite on the toroidal surface. Therefore, in this specification, a toroidal surface includes a cylindrical surface unless otherwise specified.

【0003】これらのレンズは、感光体上の形成ドット
の高密度化や均一化の要求から、0.1μm程度の面精
度が必要とされる。こうした背景から、トロイダル面を
波長以下の高精度で測定する必要が生じている。
[0003] These lenses are required to have a surface precision of about 0.1 µm in order to increase the density and uniformity of dots formed on the photosensitive member. From such a background, it is necessary to measure the toroidal surface with high accuracy of a wavelength or less.

【0004】一般に、面を高精度で測定するものとして
は、レーザ干渉計が広く知られているが、この干渉計
は、平面または球面の測定はできるが、トロイダル面等
のような、面内の直交する主径線の曲率中心が異なる曲
面については測定できない。
In general, a laser interferometer is widely known as a device for measuring a surface with high precision. This interferometer can measure a flat surface or a spherical surface, but can measure an in-plane surface such as a toroidal surface. Cannot be measured for curved surfaces having different centers of curvature of orthogonal main diameter lines.

【0005】そのため、ダイヤモンドやルビー等の接触
針を被測定面に当接して走査させる「接触針方式」や、
光を微小スポットとして被測定面に照射し、このスポッ
トを被測定面全体に走査させる「光プローブ方式」等が
あった。
[0005] For this reason, a "contact needle system" in which a contact needle such as diamond or ruby is brought into contact with a surface to be measured and scanned,
There has been an “optical probe method” or the like in which light is applied to a surface to be measured as a minute spot and the spot is scanned over the entire surface to be measured.

【0006】しかし、「接触針方式」は、硬い針を被測
定面に当接させるので、被測定面を傷付けたり、汚した
りする問題があった。また、「光プローブ方式」では、
点で被測定面を走査するために、測定に時間がかかると
いう問題があった。
However, in the "contact needle method", a hard needle is brought into contact with the surface to be measured, so that there is a problem that the surface to be measured is damaged or stained. In the “optical probe method”,
Since the surface to be measured is scanned at a point, there is a problem that the measurement takes time.

【0007】そこで、本発明の出願人は、先願の特願平
2−126659号において、図4(a),(b)に示
すトロイダル面の測定方法を提案している。
Therefore, the applicant of the present invention has proposed a method of measuring a toroidal surface shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) in Japanese Patent Application No. 2-126659.

【0008】同図において、1は光源で、可干渉性の高
いガスレーザ又は半導体レーザ等が使用される。2a,
2bはビームエクスパンダで、光源1からの狭い光束を
適当な大きさに拡げるためのものである。3は空間フィ
ルタで、ゴースト光や反射光等の不要な光をカットす
る。4は光アイソレータでビームスプリッタ4a、λ/
4板4b及び反射面4cを有する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source, which uses a gas laser or a semiconductor laser having high coherence. 2a,
Reference numeral 2b denotes a beam expander for expanding a narrow light beam from the light source 1 to an appropriate size. Reference numeral 3 denotes a spatial filter for cutting unnecessary light such as ghost light and reflected light. An optical isolator 4 is a beam splitter 4a, λ /
It has four plates 4b and a reflection surface 4c.

【0009】ビームエクスパンダ2a,2bで拡大され
た光束は、対物レンズ6を経て、被検体7の被測定面と
してのトロイダル面7aに達する。このトロイダル面7
aは、頂点で直交する主径線AB,CDを有するが、こ
のうち一方の主径線CDを母線とし、これを他方の主径
線ABに沿って回転して形成したもので、以後母線CD
のことをG主径線、これと直交する主径線ABのことを
R主径線ということにする。
The luminous flux expanded by the beam expanders 2a and 2b passes through the objective lens 6 and reaches a toroidal surface 7a as a measured surface of the subject 7. This toroidal surface 7
“a” has main diameter lines AB and CD orthogonal to each other at the apex. Of these, one main diameter line CD is used as a generating line, and this is formed by rotating along the other main diameter line AB. CD
Is referred to as a G main diameter line, and the main diameter line AB orthogonal thereto is referred to as an R main diameter line.

【0010】対物レンズ6の最終面は、半透鏡としての
参照面6aとなっており、その曲率中心は、トロイダル
面7aのG主径線(CD)の仕上がり曲率中心とほぼ一
致する位置に配置される。また、この参照面6a又はト
ロイダル面7aは、X−Z断面内で若干シフト及び/又
はチルト可能に配置される。
The final surface of the objective lens 6 is a reference surface 6a as a semi-transparent mirror, and its center of curvature is located at a position substantially coincident with the finished center of curvature of the G main diameter line (CD) of the toroidal surface 7a. Is done. Further, the reference surface 6a or the toroidal surface 7a is arranged so as to be able to slightly shift and / or tilt in the XZ section.

【0011】そして、この参照面6aで対物レンズ6に
入射する光の一部が反射され、残りが透過してトロイダ
ル面7aを照射し、反射される。
Then, a part of the light incident on the objective lens 6 is reflected by the reference surface 6a, and the remaining light is transmitted and irradiates the toroidal surface 7a to be reflected.

【0012】8は被測定物7を固定する回転台で、トロ
イダル面7aのR主径線(AB)の曲率中心と一致した
回転軸を有し、図示しないDCサーボモータやステッピ
ングモータ等によって駆動され、被測定面であるトロイ
ダル面7a上をR主径線に沿って走査可能になってい
る。
Reference numeral 8 denotes a turntable for fixing the object 7 to be measured, which has a rotation axis coinciding with the center of curvature of the R main diameter line (AB) of the toroidal surface 7a, and is driven by a DC servo motor, a stepping motor or the like (not shown). The toroidal surface 7a, which is the surface to be measured, can be scanned along the R main diameter line.

【0013】参照面6a及びトロイダル面7aで反射さ
れた可干渉光は、来た光路を戻り重畳され、参照面6a
の球面とトロイダル面7aとがほぼ平行と見なせるR主
径線に平行な測定部分につき、スリット状の干渉縞11
が形成され、光アイソレータ4の反射面4cを介して集
束レンズ9によって図5に示すイメージセンサ10上に
結像する。
The coherent light reflected on the reference surface 6a and the toroidal surface 7a returns on the incoming optical path and is superimposed on the reference surface 6a.
A slit-shaped interference fringe 11 is provided for a measurement portion parallel to the R main diameter line, in which the spherical surface and the toroidal surface 7a can be regarded as substantially parallel.
Is formed, and an image is formed on the image sensor 10 shown in FIG. 5 by the focusing lens 9 via the reflection surface 4c of the optical isolator 4.

【0014】回転台8を、R主径線に沿って回動する
と、トロイダル面7a全体について面形状及び面精度の
測定ができることになる。
When the turntable 8 is rotated along the R main diameter line, the surface shape and surface accuracy of the entire toroidal surface 7a can be measured.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところで、トロイダル
面には、上記のように母線(G主径線)が短く、これと
直交するR主径線の長い、いわゆるドーナツ型若しくは
ノーマル型(以後この型を「NTS」という。)の他
に、母線が長くR主径線の短い樽型(以後「BTS」と
いう)と、鞍型(以後「KTS」という)とがある。図
6にBTSを例に図示するが、このトロイダル面7a
は、母線(G主径線)をR主径線の曲率中心Oを通る回
転軸12の周りに回転して創成されたものである。
By the way, on the toroidal surface, a so-called donut or normal type (hereinafter referred to as "the donut type" or "normal type") has a short generating line (G main diameter line) and a long R main diameter line orthogonal thereto. In addition to the “NTS” type, there are a barrel type (hereinafter “BTS”) having a longer generating line and a shorter R main diameter line, and a saddle type (hereinafter “KTS”). FIG. 6 shows a BTS as an example.
Are generated by rotating a generating line (G main diameter line) around a rotation axis 12 passing through the center of curvature O of the R main diameter line.

【0016】そして、上記の測定方法を、BTS型やK
TS型のトロイダル面に適用すると、参照面6aの直径
を母線(G主径線)に合わせて大きくする必要があり、
干渉光学系が非常に高価になってしまう。そこで、トロ
イダル面7aを90°回転して横向きに置き、干渉縞を
R主径線と平行に生じさせ、G主径線に沿って走査させ
る方法が考えられる。こうすれば、参照面6aの直径を
大きくしなくてもよくなる。しかし、図6からわかるよ
うに、G主径線に沿って測定部分を走査すると、測定断
面の曲率半径が、R主径線からの距離に応じてr0 から
n の範囲で変化するので、非常にむずかしくなる。
Then, the above-mentioned measuring method is applied to the BTS type or K
When applied to the TS type toroidal surface, it is necessary to increase the diameter of the reference surface 6a in accordance with the generating line (G main diameter line),
The interference optical system becomes very expensive. Therefore, a method is considered in which the toroidal surface 7a is rotated 90 ° and placed sideways, interference fringes are generated in parallel with the R main diameter line, and scanning is performed along the G main diameter line. This eliminates the need to increase the diameter of the reference surface 6a. However, as can be seen from FIG. 6, when scanning the measuring portion along the G main meridian, the radius of curvature of the measurement cross-section, so varies in the range r n from r 0 in accordance with the distance from the R main meridian , Very difficult.

【0017】本発明は、この問題の解決を図ったもの
で、BTSやKTS等の母線(G主径線)の長いトロイ
ダル面の面形状や面精度を容易に測定できる方法、及び
装置を提供しようとするものである。
The present invention has been made to solve this problem, and provides a method and an apparatus which can easily measure the surface shape and surface accuracy of a long toroidal surface of a bus (G main diameter wire) such as BTS or KTS. What you want to do.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明は、同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する方法において、
被測定面に照射する可干渉光をトロイダル面の創成に使
われた回転軸上に集束するように照射し、被測定面とな
るトロイダル面上の直交するG主径線とR主径線のうち
R主径線と平行な測定部分について干渉縞を作り、トロ
イダル面を有する被検体を前記回転軸と平行に走査して
面全体を測定する構成としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention irradiates coherent light from the same light source to a surface to be measured and a reference surface serving as a reference, and reflects light reflected from both surfaces. In the method of measuring the surface accuracy by making interference fringes by superimposing,
The coherent light irradiating the surface to be measured is radiated so as to be focused on the rotation axis used to create the toroidal surface, and the G and R main diameter lines orthogonal to each other on the toroidal surface to be measured are Of these, an interference fringe is formed for a measurement portion parallel to the R main diameter line, and the object having a toroidal surface is scanned in parallel with the rotation axis to measure the entire surface.

【0019】また、縞解析の手段としては、測定部分の
干渉縞を光学系によりイメージセンサ上に結像し、該イ
メージセンサからの干渉縞の光強度信号からフーリエ変
換法により前記測定部分の面形状及び面制度を測定する
工程と、測定部分の走査に応じて得られる各測定部分の
測定結果を集積する工程とによってトロイダル面全体の
面形状及び面精度を測定する構成としてもよい。
As a means for fringe analysis, an interference fringe of a measurement portion is imaged on an image sensor by an optical system, and a light intensity signal of the interference fringe from the image sensor is subjected to a Fourier transform method. A configuration may be adopted in which the surface shape and the surface accuracy of the entire toroidal surface are measured by measuring the shape and the surface accuracy and collecting the measurement results of the respective measurement portions obtained by scanning the measurement portion.

【0020】測定装置としては、同一光源からの可干渉
光を被測定面と基準になる参照面とに照射し、これら両
面からの反射光を干渉させて被測定面の面形状及び面精
度を測定する装置において、被測定面としてのトロイダ
ル面上の直交するG主径線とR主径線のうちR主径線の
曲率に対し、予め決められた曲率を有する参照面を有
し、トロイダル面を有する被検体をトロイダル面の創成
に使われた回転軸と平行に移動可能に支持する併進台を
設けた構成を採用している。
The measuring device irradiates coherent light from the same light source to a surface to be measured and a reference surface serving as a reference, and causes reflected light from these two surfaces to interfere with each other to adjust the surface shape and surface accuracy of the surface to be measured. The apparatus for measuring has a reference surface having a predetermined curvature with respect to the curvature of the R main diameter line among the G main diameter line and the R main diameter line orthogonal to each other on the toroidal surface as the surface to be measured. It employs a configuration in which a translation table is provided to support a subject having a surface so as to be movable in parallel with the rotation axis used to create the toroidal surface.

【0021】[0021]

【作用】光源からの可干渉光は、参照面と被測定面とで
反射され、重畳されてR主径線と平行な測定部分につい
て干渉し、干渉縞を形成する。この測定部分を回転軸と
平行に走査するのであるが、トロイダル面に照射される
可干渉光の集束点は常に回転軸上にあるから、常にピン
トの合った状態で移動がされることになる。
The coherent light from the light source is reflected by the reference surface and the surface to be measured and is superimposed and interferes with a measurement portion parallel to the R main diameter line to form interference fringes. This measurement part is scanned in parallel with the rotation axis. However, since the focal point of the coherent light applied to the toroidal surface is always on the rotation axis, it is always moved in focus. .

【0022】[0022]

【実施例】以下に図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1(a) ,(b) は本発明の測定装置を示している。
ほぼ図4の先願例で示したのと同様の構成で、本発明に
おいては、トロイダル面7aがNTSではなく、BTS
若しくはKTS面である点、及び回転台8の代わりに併
進台13を設けた点が相違している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 (a) and 1 (b) show a measuring device of the present invention.
In the present invention, the toroidal surface 7a is not made of NTS but has a structure similar to that shown in the prior application example of FIG.
Alternatively, they are different in that they are KTS planes and that a translation table 13 is provided instead of the rotation table 8.

【0023】なお、本発明ではトロイダル面7aが図4
に示すものに比べ90°回転しており、G主径線とR主
径線とが反対になっている点に注目されたい。併進台1
3は、従来例における回転台8と同様に、図示しないD
Cサーボモータやステッピングモータ等によって駆動さ
れ、被測定物7をこの回転軸12と平行に移動できるも
のである。
In the present invention, the toroidal surface 7a is formed as shown in FIG.
It should be noted that the rotation is 90 ° as compared with that shown in FIG. Translation stand 1
Reference numeral 3 denotes a D (not shown), like the turntable 8 in the conventional example.
It is driven by a C servo motor, a stepping motor, or the like, and can move the DUT 7 in parallel with the rotating shaft 12.

【0024】図2(a) から(d) は、トロイダル面7aと
参照面6a及び回転軸12との相互関係を示す図で、
(a) は凸のBTS、(b) は凹のBTS、(c) は凹のKT
S、(d) は凸のKTSの各場合を示す。併進台13の移
動によって、参照面6aはトロイダル面7aに対して移
動するが、その移動する状態を、上記各図においてそれ
ぞれ三箇所で例示的に示している。また、参照面6aの
曲率中心O″は常に回転軸12上に重なり、さらに、対
物レンズ6から射出された可干渉光は、この回転軸12
上の点O″に集束するように設定されている。
FIGS. 2A to 2D are diagrams showing the interrelationship between the toroidal surface 7a, the reference surface 6a and the rotating shaft 12. FIG.
(a) is a convex BTS, (b) is a concave BTS, (c) is a concave KT
S and (d) show each case of a convex KTS. The reference surface 6a moves relative to the toroidal surface 7a by the movement of the translation table 13, and the state of the movement is exemplarily shown at three places in each of the above-described drawings. Further, the center of curvature O ″ of the reference surface 6a always overlaps the rotation axis 12, and the coherent light emitted from the objective lens 6
It is set so as to converge on the upper point O ″.

【0025】前記の先願例と同様に、光源1からの可干
渉光は、参照面6aと、被測定面としてのトロイダル面
7aとで反射され、重畳され、R主径線と平行な測定部
分について干渉し、集束レンズ9により干渉縞11をイ
メージセンサ10上に結像する。この測定部分11′を
回転軸12と平行に走査するのであるが、図2(a)か
ら(d)に示すように、集束点は常に回転軸12上にあ
るから、常にピントの合った状態で移動がされることに
なる。
As in the case of the above-mentioned prior application, the coherent light from the light source 1 is reflected and superimposed on the reference surface 6a and the toroidal surface 7a as the surface to be measured, and is measured in parallel with the R main diameter line. The light interferes with each other and forms an interference fringe 11 on the image sensor 10 by the focusing lens 9. The measurement portion 11 'is scanned in parallel with the rotation axis 12, but as shown in FIGS. 2A to 2D, the focusing point is always on the rotation axis 12, so that the focused state is always maintained. Will be moved.

【0026】また、各測定断面の曲率半径が中心線から
離れるに従って変化しても、参照面6aと各測定断面と
は常に平行な状態が保たれるので、干渉縞を形成でき
る。なお、参照面6aと測定断面までの光路長は、中心
線14からの距離に応じて変化するが、この変化量も干
渉縞11の明暗が反転する回数と波長とによって算出で
き、G主径線に沿った面形状を観測できることとなる。
Even if the radius of curvature of each measurement section changes as the distance from the center line increases, the reference plane 6a and each measurement section are always kept in parallel, so that interference fringes can be formed. The optical path length from the reference plane 6a to the measurement cross section changes according to the distance from the center line 14, and the amount of change can also be calculated from the number of times the contrast of the interference fringes 11 is inverted and the wavelength. The surface shape along the line can be observed.

【0027】図2に戻り、被測定面7aで反射された可
干渉光の内、干渉縞の形成に関与する光線、すなわち来
た光路と同じ光路を戻る光線は、各図に矢印を付して示
したように、G主径線の曲率中心O′に向かう光線であ
る。この光線は、参照面6aが中心線14上にあるとき
は、対物レンズ6の光軸を通るが、参照面6aが中心線
14から上又は下にずれた場合は、この光線も対物レン
ズ6の光軸からずれることになる。そこで、次に、この
ようにずれた場合の干渉縞11のでき方を説明する。
Returning to FIG. 2, among the coherent light beams reflected by the surface 7a to be measured, the light beams involved in the formation of interference fringes, that is, the light beams that return along the same optical path as the incoming optical path are indicated by arrows in each figure. As shown, the light is directed toward the center of curvature O 'of the G main diameter line. This light beam passes through the optical axis of the objective lens 6 when the reference surface 6a is on the center line 14, but when the reference surface 6a is shifted upward or downward from the center line 14, this light beam also passes through the objective lens 6. Deviated from the optical axis. Therefore, next, how to form the interference fringes 11 in the case of such a shift will be described.

【0028】なお、ここでは、図2(a) の凸BTSにつ
いて説明するが、他のトロイダル面の場合も全く同様に
考えることができる。
Although the convex BTS shown in FIG. 2A will be described here, the case of another toroidal surface can be considered in the same manner.

【0029】図3は、図2(a) において、参照面6aが
中心軸14の上方に移動した状態を詳細に示した図であ
る。対物レンズ6から射出される光は、トロイダル面7
aを創成する回転軸12上のO″点に集束するが、この
点は参照面6aの曲率中心に他ならない。
FIG. 3 is a view showing in detail the state in which the reference surface 6a has moved above the central axis 14 in FIG. 2 (a). The light emitted from the objective lens 6 is transmitted to the toroidal surface 7.
It converges to an O ″ point on the rotating shaft 12 that creates a, which is nothing but the center of curvature of the reference surface 6a.

【0030】図3に示す集束光線のうち、G主径線の中
心O′に向かう太い線で示された光線Lは、参照面6a
の曲率中心O″をも通る。すなわち、光線Lは、参照面
6a及びトロイダル面7aに垂直に入射するので、光線
Lと参照面6aの交点をP、被測定面7aとの交点を
P′とすれば、点PとP′で反射された光線は、入射時
と同じ光路を戻るが、その他の光線は、図示のように入
射光とは異なる光路を通る。従って、点PとP′とで反
射された光のみが重畳して干渉縞11を形成し、他の光
線は干渉縞とは関係がないことになる。
Of the converging light beams shown in FIG. 3, a light beam L indicated by a thick line toward the center O 'of the G main diameter line is a reference surface 6a.
That is, since the light ray L is perpendicularly incident on the reference surface 6a and the toroidal surface 7a, the intersection of the light ray L and the reference surface 6a is P, and the intersection of the measured surface 7a is P '. Then, the light rays reflected at the points P and P 'return on the same optical path as that at the time of incidence, but the other light rays pass through an optical path different from the incident light as shown in the figure. Only the light reflected by and is superimposed to form the interference fringes 11, and the other rays have no relation to the interference fringes.

【0031】ここで、参照面6aは球面であり、その曲
率中心O″は、常に回転軸12上にあるので、参照面6
aは、点O″を中心とする点線で示すような球面Sの一
部分である。そして、上記光線Lと球面Sとの交点P
は、図3の断面に限らず、回転軸12を含む全ての断面
に存在することになる。そして、この点Pの軌跡は、二
点鎖線で示すこの球面S上の円Eとなる。一方、上記光
線Lとトロイダル面7aとの交点P′の軌跡は、トロイ
ダル面7a上の円E′となる。そして、円EとE′と
は、共に回転軸12上の点を中心とする同心円である。
Here, since the reference surface 6a is a spherical surface and its center of curvature O ″ is always on the rotation axis 12, the reference surface 6a
a is a part of the spherical surface S as indicated by a dotted line centered on the point O ″, and the intersection P of the light ray L and the spherical surface S
Is present not only in the section of FIG. 3 but also in all sections including the rotating shaft 12. The locus of the point P is a circle E on the spherical surface S indicated by a two-dot chain line. On the other hand, the locus of the intersection P 'between the light ray L and the toroidal surface 7a is a circle E' on the toroidal surface 7a. Each of the circles E and E ′ is a concentric circle centered on a point on the rotating shaft 12.

【0032】従って、参照面6a上の円Eと重なる部分
と、被測定面7aの円E′と重なる部分とが干渉を起こ
し、スリット状の干渉縞11を形成することとなる。
Therefore, the portion overlapping the circle E on the reference surface 6a and the portion overlapping the circle E 'on the surface 7a to be measured interfere with each other to form a slit-like interference fringe 11.

【0033】なお、参照面6aが中心線14から上下方
向にずれると、点Pの軌跡も参照面6aの中心線からず
れるので、図5におけるイメージセンサ10上に結像さ
れる干渉縞11の像も矢印のように移動することとな
る。そこで、イメージセンサ10に二次元センサを採用
し、干渉縞11が移動しても、常にイメージセンサ上に
結像できるようにすることが望ましい。
If the reference plane 6a shifts vertically from the center line 14, the locus of the point P also shifts from the center line of the reference plane 6a, so that the interference fringe 11 formed on the image sensor 10 in FIG. The image also moves as indicated by the arrow. Therefore, it is desirable to adopt a two-dimensional sensor as the image sensor 10 so that an image can always be formed on the image sensor even when the interference fringes 11 move.

【0034】ところで、被測定面7aから反射されて参
照面6aに達した被検波、及び参照円6a上で反射され
た参照波は、共に点O″を中心とする球面波の一部であ
る。一方、対物レンズ6は、ほぼ正弦条件を満たしてい
ると考えてよいので、上記の参照波及び被検波は、対物
レンズ6を通過すると平面波に変換されることになる。
The test wave reflected from the measured surface 7a and reaching the reference surface 6a and the reference wave reflected on the reference circle 6a are both part of the spherical wave centered at the point O ″. On the other hand, since the objective lens 6 may be considered to substantially satisfy the sine condition, the reference wave and the test wave are converted into a plane wave when passing through the objective lens 6.

【0035】即ち、円弧状のトロイダル断面7aは、イ
メージセンサ10上には直線として結像することにな
る。つまり、回転軸12上のO″点に向けて球面波を照
射すると、R主径線に平行な円弧についてスリット状の
干渉縞が得られるが、この干渉縞11はトロイダル面が
理想状態にあれば、イメージセンサ10上には、直線状
に形成されることになる。この性質は、本発明の測定方
法における非常に優れた特徴といえるものである。
That is, the arc-shaped toroidal section 7a forms an image on the image sensor 10 as a straight line. That is, when a spherical wave is irradiated toward the point O ″ on the rotating shaft 12, a slit-like interference fringe is obtained for an arc parallel to the R main diameter line. However, this interference fringe 11 has a toroidal surface in an ideal state. For example, it is formed linearly on the image sensor 10. This property is a very excellent feature of the measuring method of the present invention.

【0036】こうして得られたトロイダル面7aの1断
面毎のデータを、フーリエ変換法で処理し、回転軸12
の方向に走査してトロイダル面7aの全体について解析
するが、この方法は前記の先願、特願平2−12665
9号に開示されたものと同様に行うことができる。
The data for each cross section of the toroidal surface 7a thus obtained is processed by the Fourier transform method,
The analysis is performed on the entire toroidal surface 7a by scanning in the direction shown in FIG.
No. 9 can be carried out in the same manner.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リンドリカル面やトロイダル面等のように、面上の直交
する主径線の曲率中心が異なる面の面形状、面精度を波
長λ以下の精度で、しかも非接触で測定することができ
る。また、NTS以外のBTSやKTS等の母線(G主
径線)の長いトロイダル面の面形状や面精度を容易に測
定できるようになった。さらに、参照面を母線の長さに
合わせて大きくする必要もないので、測定装置を安価に
製作することができる。
As described above, according to the present invention, the surface shape and the surface accuracy of a surface such as a cylindrical surface or a toroidal surface having different centers of curvature of orthogonal main radial lines on the surface are set to a wavelength λ or less. It can be measured with high accuracy and without contact. Further, the surface shape and surface accuracy of a long toroidal surface of a bus (G main diameter wire) such as BTS or KTS other than NTS can be easily measured. Furthermore, since the reference surface does not need to be enlarged in accordance with the length of the generatrix, the measuring device can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の測定装置の構成を示す図で、(a) は正
面図、(b)は側面図である。
FIG. 1 is a view showing a configuration of a measuring apparatus of the present invention, wherein (a) is a front view and (b) is a side view.

【図2】トロイダル面と参照面、及び回転軸との相互関
係を示す図で、(a)は凸のBTS、(b) は凹のBTS、
(c) は凹のKTS、(d) は凸のKTSの各場合を示す図
である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a correlation between a toroidal surface, a reference surface, and a rotation axis, wherein FIG. 2A shows a convex BTS, FIG.
(c) is a diagram showing a concave KTS, and (d) is a diagram showing a convex KTS.

【図3】図2(a) において、参照面が中心線の上方にず
れた場合の干渉縞のでき方を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating how interference fringes are formed when a reference plane is shifted above a center line in FIG.

【図4】先願に記載のトロイダル面を測定する装置の構
成図で、(a) は正面図、(b) は側面図である。
FIGS. 4A and 4B are configuration diagrams of an apparatus for measuring a toroidal surface described in the prior application, wherein FIG. 4A is a front view and FIG. 4B is a side view.

【図5】イメージセンサ上に結像された干渉縞の図であ
る。
FIG. 5 is a diagram of interference fringes formed on an image sensor.

【図6】樽型トロイダル面(BTS)の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a barrel-shaped toroidal surface (BTS).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 6a 参照面 7 被検体 7a トロイダル面 11 干渉縞 11′ 測定部分 12 回転軸 13 併進台 14 中心軸 O R主径線の曲率中心 O′ G主径線の曲率中心 O″ 参照面の曲率中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 6a Reference surface 7 Subject 7a Toroidal surface 11 Interference fringe 11 'Measurement part 12 Rotation axis 13 Translation stand 14 Center axis OR Center of curvature of R main diameter line O' Center of curvature of G main diameter line O "Curvature of reference plane center

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する方法において、
被測定面に照射する可干渉光をトロイダル面の創成に使
われた回転軸上に集束するように照射し、被測定面とな
るトロイダル面上の直交するG主径線とR主径線のうち
R主径線と平行な測定部分について干渉縞を作り、トロ
イダル面を有する被検体を前記回転軸と平行に走査して
面全体を測定することを特徴とするトロイダル面の測定
方法。
1. A method of irradiating coherent light from the same light source to a surface to be measured and a reference surface serving as a reference, superimposing reflected light from both surfaces to form interference fringes, and measuring surface accuracy,
The coherent light irradiating the surface to be measured is radiated so as to be focused on the rotation axis used to create the toroidal surface, and the G and R main diameter lines orthogonal to each other on the toroidal surface to be measured are A method for measuring a toroidal surface, comprising: forming an interference fringe on a measurement portion parallel to the R main diameter line; and scanning an object having a toroidal surface in parallel with the rotation axis to measure the entire surface.
【請求項2】 測定部分の干渉縞の像を光学系によりイ
メージセンサ上に結像し、該イメージセンサからの干渉
縞の光強度信号からフーリエ変換法により前記測定部分
の面形状及び面精度を測定する工程と、測定部分の走査
に応じて得られる各測定部分の測定結果を集積する工程
とによってトロイダル面全体の面形状及び面精度を測定
することを特徴とする請求項1記載のトロイダル面の測
定方法。
2. An image of an interference fringe of a measurement portion is formed on an image sensor by an optical system, and a surface shape and a surface accuracy of the measurement portion are determined by a Fourier transform method from a light intensity signal of the interference fringe from the image sensor. 2. The toroidal surface according to claim 1, wherein the surface shape and the surface accuracy of the entire toroidal surface are measured by a measuring step and a step of accumulating the measurement results of each measurement part obtained according to the scanning of the measurement part. Measurement method.
【請求項3】 同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
干渉させて被測定面の面形状及び面精度を測定する装置
において、被測定面としてのトロイダル面上の直交する
G主径線とR主径線のうちR主径線の曲率に対し、予め
決められた曲率を有する参照面を有し、トロイダル面を
有する被検体をトロイダル面の創成に使われた回転軸と
平行に移動可能に支持する併進台を設けたことを特徴と
するトロイダル面の測定装置。
3. An apparatus for irradiating coherent light from the same light source to a surface to be measured and a reference surface serving as a reference, and interfering reflected light from both surfaces to measure the surface shape and surface accuracy of the surface to be measured. Has a reference surface having a predetermined curvature with respect to the curvature of the R main diameter line among the orthogonal G main diameter line and R main diameter line on the toroidal surface as the surface to be measured, and has a toroidal surface. An apparatus for measuring a toroidal surface, comprising a translation table for supporting a subject so as to be movable in parallel with a rotation axis used for creating the toroidal surface.
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