寸法測定方法
【課題】干渉計の部品、構成の変更や大掛かりな補正をすることなく、被測定物の複数の被測定個所の寸法を正確に測定できる寸法測定方法を提供する。
【解決手段】光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、平行光線を直進光と参照光とに２分割し、直進光の光路中に、直進光の波面に設定した測定位置と複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように被測定物を挿入する設置過程と、直進光が被測定物に反射した反射光を参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に被測定個所の寸法を求める測定過程と、を複数の被測定個所の全てについて実施する。
【解決手段】光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、平行光線を直進光と参照光とに２分割し、直進光の光路中に、直進光の波面に設定した測定位置と複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように被測定物を挿入する設置過程と、直進光が被測定物に反射した反射光を参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に被測定個所の寸法を求める測定過程と、を複数の被測定個所の全てについて実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波干渉を用いた寸法測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブロックゲージ等の端度器は、長さの測定の基準として用いられる精度のよい標準器であり、数個を互いに密着すると、例えば、１〜１０μｍ単位で任意の寸法を作り出すことができるので、例えば、工場用長さ標準器として広く用いられている。
このような精度のよいゲージの検査には、より高い精度が要求され、例えば、寸法を高分解能、非接触で測定できることから、光波干渉計を用いた測定方法が広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ブロックゲージとリンギングしているベースプレートを傾けて、複数の傾き角における干渉縞を測定し、傾き角、および、ブロックゲージからの反射光による干渉縞とベースプレートからの反射光による干渉縞との位相差に基づいて、ブロックゲージの寸法を求める光波干渉測定方法が開示されている。
特許文献１に記載の光波干渉測定方法によれば、予備値を求めることなくブロックゲージの寸法を測定することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１２０２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ブロックゲージは、両測定面が互いに平行で、かつ両測定面の距離が任意の寸法に仕上げられた端度器である。しかし、実際には、位置によっては寸法の大きいところ、小さいところが存在する。
そこで、このような寸法差を表す値として、最大寸法と中央寸法との差ｆｏ、中央寸法と最小寸法との差ｆｕが規定されている。
【０００６】
図８は、一般的なブロックゲージ２の側面を誇張して示したものである。
図８において、ｌｃは、ブロックゲージ２の測定面２Ａの中央と測定面２Ｂの中央との間の寸法を表し、ｌｍａｘ、ｌｍｉｎはそれぞれ測定面間距離の最大値、最小値を表す。
ここで、ｆｏ、ｆｕは、以下の式（１）および式（２）で表される。
ｆｏ＝ｌｍａｘ−ｌｃ …（１）
ｆｕ＝ｌｃ−ｌｍｉｎ …（２）
【０００７】
例えば、ＥＡＬ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｃｃｒｅｄｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）のＥＡＬ−Ｇ２１規格によれば、ブロックゲージの中央および四隅の寸法を測定し、中央の寸法をｌｃ、中央および四隅の寸法の最大値、最小値をそれぞれｌｍａｘ、ｌｍｉｎとしてｆｏ、ｆｕを算出する。
【０００８】
ここで、特許文献１に記載のような従来の寸法測定方法で測定できるのは、ブロックゲージの測定面のうち、予め設定した所定の位置（測定光の波面に設定した測定位置）の寸法のみである。つまり、多くの場合、ブロックゲージの中央の寸法ｌｃのみが求まることになる。
そこで、従来は、干渉縞に基づいて、測定面中央に対する他の部分の高さ情報を求め（形状測定）、この高さ情報と中央の寸法ｌｃとを足し合わせて、中央以外の部分の寸法を算出していた。
【０００９】
しかし、このような寸法測定方法では、形状測定において、測定光の波面の歪みによる誤差が避けられないという問題点がある。
光波干渉計は、参照鏡、ハーフミラー、コリメータレンズ、ピンホール等、多数の光学部品を備える。これらの光学部品の幾何形状が理想形状でなかったり、材料が不均一であったりすると、その部品を測定光が透過もしくは反射する際に波面が歪む原因となる。
測定光の波面の歪みは、干渉縞に影響を与える。よって、形状測定によって得られた高さ情報は、波面の歪みによる誤差が含まれた不正確なものとなる。
【００１０】
波面の歪みを防止する方法としては、光学部品の形状、材質等の品質を向上することや、光学部品の部品数を減らすことが挙げられる。
しかし、前者では部品のコストが増大し、後者では干渉計の構成を変更できない場合に対応できない。
また、幾何形状の絶対値を補正することによって形状測定の誤差を取り除く方法もあるが、基準となる平面の校正と、校正データの加工が必要な大掛かりな補正となり、コストが増大するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、干渉計の部品、構成の変更や大掛かりな補正をすることなく、被測定物の複数の被測定個所の寸法を正確に測定できる寸法測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の寸法測定方法は、光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記被測定物を挿入する設置過程と、前記直進光が前記被測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程と、を前記複数の被測定個所の全てについて実施することを特徴とする。
【００１３】
このような本発明では、設置過程において、直進光の波面に設定した測定位置と複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように被測定物を設置し、測定過程において、その被測定個所の寸法のみを測定する。
そして、設置過程と測定過程を全ての被測定個所について実施して、各被測定個所の寸法を測定する。
これによれば、全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施される。したがって、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
よって、干渉計の部品、構成の変更や大掛かりな補正をすることなく、複数の被測定個所の寸法を正確に測定することができる。
【００１４】
本発明の寸法測定方法は、光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、前記被測定物と略同一の断面形状を有する基準測定物を用いて補正値を算出する補正値算出過程と、前記被測定物の前記複数の被測定個所の寸法を測定する実測定過程と、前記補正値を用いて前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法を補正する補正過程と、を備え、前記補正値算出過程は、平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入し、前記直進光が前記基準測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める寸法測定過程、および、前記干渉縞に基づいて前記被測定個所に対する他の前記被測定個所の高さ情報を求め、前記被測定個所の寸法と前記他の被測定個所の高さ情報とを足し合わせて前記他の被測定個所の寸法を求める形状測定過程、を有する一括測定過程と、前記平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の前記測定位置と前記他の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入する設置過程、および、前記直進光が前記基準測定物に反射した前記反射光を前記参照光と干渉させ、得られた前記干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程、を前記他の被測定個所の全てについて実施する個別測定過程と、前記一括測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法と、前記個別測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法との差を補正値として算出する算出過程と、を有し、前記実測定過程は、前記一括測定過程を前記被測定物について実施し、前記補正過程は、前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法から前記補正値を差し引くことを特徴とする。
【００１５】
このような本発明では、一括測定過程の寸法測定過程において、干渉縞に基づいて１つの被測定個所の寸法を算出する。また、形状測定過程において、干渉縞に基づいてこの被測定個所に対する他の被測定個所の高さ情報を求め、この被測定個所の寸法と他の被測定個所の高さ情報とを足し合わせて、他の被測定個所の寸法を算出する。
ここで、複数の被測定個所は、それぞれ直進光の波面の異なる部分に位置しているので、一括測定過程で算出した他の被測定個所の寸法には、直進光の波面の歪み等による誤差が含まれるおそれがある。
【００１６】
一方、個別測定過程においては、全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、直進光の波面の歪み等による誤差を排除した寸法が測定される。
つまり、算出過程において補正値として算出する、一括測定過程において測定した複数の被測定個所の寸法と、個別測定過程において測定した複数の被測定個所の寸法との差は、直進光の波面の歪み等による形状測定の誤差に対応する。
したがって、補正過程において、実測定過程で測定した被測定物の被測定個所の寸法から算出過程で算出した補正値を差し引けば、波面の歪み等による誤差を排除した正確な寸法を測定することができる。
【００１７】
また、一度補正値を算出しておけば、以降は被測定物について一括測定過程を実施するだけで、複数の被測定個所についての正確な寸法を測定することができる。設置過程を繰り返すことなく、複数の被測定個所の測定ができるので、測定にかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００１８】
なお、一括測定過程の寸法測定過程で寸法を測定した被測定個所については、個別測定過程の測定過程を実施しても同じ寸法が求まると考えられる。したがって、この被測定個所の補正値はゼロとしてよく、測定過程を実施する必要はない。
【００１９】
本発明の寸法測定方法において、前記測定過程では、互いに逆方向に放射され前記被測定物よりも径の大きい第１平行光線と第２平行光線とを用い、前記第１平行光線および前記第２平行光線のそれぞれを、前記被測定物に向かう第１直進光および第２直進光と、残りの部分である第１参照光および第２参照光とに分割し、前記被測定物の脇を通過してきた前記第２直進光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１基準干渉縞を得、前記第１参照光が前記被測定物に反射した第１反射光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１測定干渉縞を得、前記被測定物の脇を通過してきた前記第１直進光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２基準干渉縞を得、前記第２参照光が前記被測定物に反射した第２反射光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２測定干渉縞を得、前記被測定物の相対向する端面間の予備値、ならびに、前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、および、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差に基づいて、前記被測定物の前記被測定個所の寸法を求めることが望ましい。
【００２０】
このような２つの平行光線を用いた寸法測定では、ブロックゲージ等の被測定物とベースプレートとのリンギングが不要となるため、測定誤差を大幅に低減することができる。
しかし、平行光線が２つに増えるとともに光学部品の数が増加するので、波面の歪み等による誤差が大きくなるおそれがある。
これに対し、本願発明では、全ての被測定個所について、第１および第２直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。または、簡易な補正によって、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
したがって、複数の被測定個所の寸法をより正確に測定することができる。
【００２１】
本発明の寸法測定方法において、前記被測定物は、ブロックゲージであり、前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅であることが望ましい。
これにより、ＥＡＬ−Ｇ２１規格に基づいてｆｏ、ｆｕを正確に算出することができる。
【００２２】
本発明の寸法測定方法において、前記被測定物は、ブロックゲージであり、前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅であり、前記基準測定物は、中央および四隅に被測定個所の表示を有する前記ブロックゲージであることが望ましい。
これにより、個別測定過程の設置過程において、被測定個所の表示を目印として容易に位置合わせをすることができる。
【００２３】
本発明の寸法測定方法において、前記複数の被測定個所には、前記ブロックゲージの中央が含まれ、前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最大寸法と前記ブロックゲージの中央の寸法との差であるｆｏおよび前記ブロックゲージの中央の寸法と前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最小寸法との差であるｆｕを算出する規格値算出過程を備えることが好ましい。
これにより、寸法差を表す規格値としてのｆｏ、ｆｕを正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
本実施形態の寸法測定方法は、光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定するものである。
ここで、被測定物は、ブロックゲージであり、複数の被測定個所は、ブロックゲージの中央および四隅である。
本実施形態の寸法測定方法は、被測定物と略同一の断面形状を有する基準測定物を用いて補正値を算出する補正値算出過程と、被測定物の複数の被測定個所の寸法を測定する実測定過程と、補正値を用いて実測定過程で測定した複数の被測定個所の寸法を補正する補正過程と、を備える。
本実施形態の寸法測定方法に用いる測長装置および各過程の実施について、以下説明する。
【００２６】
［測長装置］
図１に、本実施形態の寸法測定方法に用いる測長装置１の概略構成を示す。
測長装置１は、１つの光照射手段１１と、第１ハーフミラー１２１と、ブロックゲージ２の測長軸と一致した光軸を有し、かつ所定離隔距離をおいて配置された第２ハーフミラー１２２および第３ハーフミラー１２３を備える。
また、第２ハーフミラー１２２、第３ハーフミラー１２３でそれぞれ形成される干渉光の位相差を観察可能な第１スクリーン１３１および第２スクリーン１３２を備える。
また、同図に示すように第１参照鏡１２４、および第２参照鏡１２５を光学系構成部材として備える。
このように第１ハーフミラー１２１、第２ハーフミラー１２２、第３ハーフミラー１２３により、環状の干渉計１２を構成している。
【００２７】
光照射手段１１は、単一波長レーザ１１１と、コリメートレンズ１１２と、反射鏡１１３を備える。そして、単一波長レーザ１１１から出射された所定波長λを持つレーザ光は、コリメートレンズ１１２により必要な大きさのビーム径にコリメートされ、レーザ光１１０として、反射鏡１１３を介して第１ハーフミラー１２１に入射される。
このレーザ光１１０のビーム径の大きさは、レーザ光１１０の一部がブロックゲージ２の端部に入射し、かつその残りがブロックゲージ２の脇部を通過して、第２ハーフミラー１２２、あるいは第３ハーフミラー１２３に入射することのできるように、ブロックゲージ２の測定面（左端面２Ａ、右端面２Ｂ）より大きい。
【００２８】
第１ハーフミラー１２１は、反射鏡１１３からのレーザ光１１０を図中、時計回り光路と半時計回り光路とに２分割し、各分割光を環状に構築された干渉計１２に入射させる。
すなわち、一方の分割光である第１平行光線を第２ハーフミラー１２２に入射させ、他方の分割光である第２平行光線を第３ハーフミラー１２３に入射させる。
そして、第２ハーフミラー１２２は、第１平行光線を第１直進光と第１参照光とに２分割し、第１直進光をブロックゲージ２の測長方向の、図中右方に向けて出射し、第１参照光を第１参照鏡１２４に入射させる。第２ハーフミラー１２２によりブロックゲージ２の測長方向の、図中右方に向けて照射された第１直進光の一部は、ブロックゲージ２の左端面２Ａに入射する。その残りの光は、ブロックゲージ２の左端面２Ａに入射することなく、その脇を通過して、第３ハーフミラー１２３に入射する。
【００２９】
一方、第２平行光線は、第１ハーフミラー１２１から第３ハーフミラー１２３に入射する。この第３ハーフミラー１２３は、第２平行光線を第２直進光と第２参照光とに２分割し、第２直進光をブロックゲージ２の測長方向の、図中左方に向けて照射し、第２参照光を第２参照鏡１２５に入射させる。第３ハーフミラー１２３によりブロックゲージ２の図中左方に向けて出射された第２直進光の一部は、ブロックゲージ２の右端面２Ｂに入射する。その残りの光はブロックゲージ２の右端面２Ｂに入射することなくその脇を通過して、第２ハーフミラー１２２に入射する。
【００３０】
第１スクリーン１３１では、第１基準干渉縞と第１測定干渉縞との位相差が観測される。
すなわち、第２ハーフミラー１２２により第１参照鏡１２４に向けて出射された光は、第１参照鏡１２４で反射し、再度第２ハーフミラー１２２に戻る。
第２ハーフミラー１２２では、ブロックゲージ２の脇を通過してきた第３ハーフミラー１２３からの第２直進光（光路Ｌ２）と第１参照鏡１２４からの第１参照光とを重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は、第１スクリーン１３１で第１基準干渉縞として観測される。この観測と同時に、この第２ハーフミラー１２２では、第２ハーフミラー１２２によりブロックゲージ２の左端面２Ａに向けて出射され、該左端面２Ａで反射し、再度第２ハーフミラー１２２に戻った第１反射光（光路Ｌ１）と、第１参照鏡１２４からの第１参照光とを重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は第１スクリーン１３１に入射され、第１スクリーン１３１で第１測定干渉縞として、第１基準干渉縞と同時に観測される。
【００３１】
一方、第２スクリーン１３２では、第２基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差が観測される。
すなわち、第３ハーフミラー１２３により、第２参照鏡１２５に向けて照射された第２参照光は、第２参照鏡１２５で反射し、再度第３ハーフミラー１２３に戻る。
第３ハーフミラー１２３では、ブロックゲージ２の脇を通過してきた第２ハーフミラー１２２からの第１直進光（光路Ｌ４）と第２参照鏡１２５からの第２参照光を重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は、第２スクリーン１３２に入射され、第２スクリーン１３２で第２基準干渉縞として観測される。この観測と同時に、この第３ハーフミラー１２３では、第３ハーフミラー１２３によりブロックゲージ２の右端面２Ｂに向けて出射され、該右端面２Ｂで反射し、再度第３ハーフミラー１２３に戻った第２反射光（光路Ｌ３）と、第２参照鏡１２５からの第２参照光とを重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は第２スクリーン１３２に入射され、第２スクリーン１３２で第２測定干渉縞として、第２基準干渉縞と同時に観測される。
【００３２】
［寸法の測定］
以下、測定過程において、ブロックゲージ２の予備値と、第１スクリーン１３１での各干渉縞及び第２スクリーン１３２での各干渉縞とに基づいて、ブロックゲージ２の被測定個所の寸法ＬＢを求める方法について説明する。
【００３３】
測長装置１は、図１に示すように、第１スクリーン１３１の後段に第１読取手段１４１を備えている。そして、第１読取手段１４１は、図２（Ａ）に示すように第１スクリーン１３１で観察された第１基準干渉縞２１１と第１測定干渉縞２２１との位相差（ｂ１／ａ）を読取る。その読取結果はコンピュータ１５の演算手段１５１に入力され、位相差情報（ε２−ε１）として測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００３４】
また、測長装置１は、図１に示すように、第２スクリーン１３２の後段に第２読取手段１４２を備えている。そして、第２読取手段１４２は、図２（Ｂ）に示すように第２スクリーン１３２で観察された第２基準干渉縞２１２と第２測定干渉縞２２２との位相差（ｂ２／ａ）を読取る。その読取結果はコンピュータ１５の演算手段１５１に入力され、位相差情報（ε４−ε３）として測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００３５】
コンピュータ１５は、演算情報記憶部１５３を備える。
演算情報記憶部１５３には、ブロックゲージ２の予備値の情報や、後述する合致法を行うためのプログラム等が予め格納されている。
また、演算情報記憶部１５３には、第１ハーフミラー１２１と第２ハーフミラー１２２間の光路長ａ、第２ハーフミラー１２２とブロックゲージ２の左端面２Ａ間の光路長ｂ、第１ハーフミラー１２１と第３ハーフミラー１２３間の光路長ｃ、第３ハーフミラー１２３とブロックゲージ２の右端面２Ｂ間の光路長ｄが格納されている。
【００３６】
演算手段１５１は、演算情報記憶部１５３に格納してあるブロックゲージ２の予備値の情報等と、測定データ記憶部１５２に格納してある位相差情報（ε４−ε３）、（ε２−ε１）に、例えば、合致法を用いてブロックゲージ２の測長方向の相対向する端面間の寸法ＬＢを以下のように求める。
【００３７】
すなわち、以下の光路Ｌ１〜Ｌ４の光路長ｌ１〜ｌ４は、上述の光路長ａ〜ｄを用いて以下の式（３）〜式（６）のように表せる。
【００３８】
Ｌ１：第１ハーフミラー１２１から第２ハーフミラー１２２、ブロックゲージ２の左端面２Ａ、第２ハーフミラー１２２までの光路
Ｌ２：第１ハーフミラー１２１から第３ハーフミラー１２３、ブロックゲージ２の脇、第２ハーフミラー１２２までの光路
Ｌ３：第１ハーフミラー１２１から第３ハーフミラー１２３、ブロックゲージ２の右端面２Ｂ、第３ハーフミラー１２３までの光路
Ｌ４：第１ハーフミラー１２１から第２ハーフミラー１２２、ブロックゲージ２の脇、第３ハーフミラー１２３までの光路
【００３９】
ｌ１＝ａ＋２ｂ …（３）
ｌ２＝ｂ＋ｃ＋ｄ＋ＬＢ …（４）
ｌ３ ＝ｃ＋２ｄ …（５）
ｌ４ ＝ａ＋ｂ＋ｄ＋ＬＢ …（６）
【００４０】
式（３）および式（４）より、以下の式（７）が成り立つ。
ｌ２ −ｌ１ ＝（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ＬＢ）−（ａ＋２ｂ） …（７）
また、式（５）および式（６）より、以下の式（８）が成り立つ。
ｌ４ −ｌ３ ＝（ａ＋ｂ＋ｄ＋ＬＢ）−（ｃ＋２ｄ） …（８）
【００４１】
さらに、式（７）および式（８）から、以下の式（９）が成り立つ。
ｌ２−ｌ１＋ｌ４−ｌ３＝（ａ＋２ｂ＋ｃ＋２ｄ＋２ＬＢ）−（ａ＋２ｂ＋ｃ＋２ｄ）＝２ＬＢ …（９）
これを変形すると、ブロックゲージ２の測長方向の相対向する左端面２Ａと右端面２Ｂ間の寸法ＬＢは、以下の式（１０）で表せる。
ＬＢ＝１／２{（ｌ２−ｌ１）＋（ｌ４−ｌ３）} …（１０）
【００４２】
また、上述の光路Ｌ１〜Ｌ４の光路長ｌ１〜ｌ４は、以下のλ、Ｎ１〜Ｎ４、ε１〜ε４を用いて、以下の式（１１）〜（１４）で表せる。
ｌ１＝λ（Ｎ１＋ε１） …（１１）
ｌ２＝λ（Ｎ２＋ε２） …（１２）
ｌ３＝λ（Ｎ３＋ε３） …（１３）
ｌ４＝λ（Ｎ４＋ε４） …（１４）
【００４３】
λ：レーザ光の波長（測定波長）
Ｎ１〜Ｎ４：各光路長Ｌｉを波長λで割ったときの商の自然数
ε１〜ε４：各光路長Ｌｉを波長λで割ったときの商の端数（位相）
【００４４】
式（１０）に、式（１１）〜（１４）を代入すると、下記の式（１５）が成り立つ。
ＬＢ＝（１／２）・（ｌ４−ｌ３＋ｌ２−ｌ１）
＝（１／２）・{λ（Ｎ４＋ε４）−λ（Ｎ３＋ε３）＋λ（Ｎ２＋ε２）−λ（Ｎ１＋ε１）}
＝（λ／２）・{Ｎ４−Ｎ３＋Ｎ２−Ｎ１＋（ε４−ε３）＋（ε２−ε１）} …（１５）
【００４５】
ここで、（ε２−ε１）は、第１スクリーン１３１で観察された各干渉縞のずれ（ｂ１／ａ）より求めた位相差情報であり、（ε４−ε３）は、第２スクリーン１３２で観察された各干渉縞のずれ（ｂ２／ａ）より求めた位相差情報である。
したがって、測定データ記憶部１５２に格納して位相差情報（ε２−ε１）および位相差情報（ε４−ε３）と、既知の測定波長λと、ブロックゲージ２の予備値を用いて、式（１５）によりブロックゲージ２の被測定部の寸法ＬＢを求めることができる。
【００４６】
［補正値算出過程］
補正値算出過程は、一括測定過程と、個別測定過程と、算出過程とを有する。
【００４７】
［一括測定過程］
一括測定過程では、寸法測定過程および形状測定過程により、基準測定物である基準ゲージの、複数の被測定個所の寸法を求める。
寸法測定過程では、第１および第２直進光の波面に設定した測定位置と複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように基準ゲージを挿入し、得られた干渉縞を基に被測定個所の寸法を求める。
【００４８】
図３は、寸法測定過程における基準ゲージ３を測定面から見た図である。
基準ゲージ３は、ブロックゲージ２と略同一の断面形状を有し、その左端面３Ａの中央および四隅に被測定個所の表示３１〜３５を有する。
図３に示すように、基準ゲージ３は、測長装置１のゲージ設置部１０１に、左端面３Ａを紙面手前側に向けて載置されている。ゲージ設置部１０１は、ステージ１０２に設けられた図示しない駆動機構によって三次元方向および回転方向に駆動可能に構成されている。
【００４９】
図３中、１１４は、第１および第２直進光のビーム径、すなわち干渉領域を表す。第１直進光は、紙面手前側から奥側に向かって、第２直進光は、紙面奥側から紙面手前側に向かって照射される。
本実施形態では、干渉領域の中心１１４Ｃを測定位置としており、図３では、測定位置と基準ゲージ３の表示３１を合わせることにより、測定位置と被測定個所のうちの１つである基準ゲージ３の中央とが重なるように、基準ゲージ３がゲージ設置部１０１に設置されている。
【００５０】
この状態において、上述した寸法の測定が実施され、基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１が求められる。
【００５１】
形状測定過程では、第１測定干渉縞２２１および第２測定干渉縞２２２に基づいて基準ゲージ３の中央に対する四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５を求め、基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１と四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５とを足し合わせて四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５を求める。
ｌｓ２＝ｌｓ１＋ｈ１２＋ｈ２２ …（１６）
ｌｓ３＝ｌｓ１＋ｈ１３＋ｈ２３ …（１７）
ｌｓ４＝ｌｓ１＋ｈ１４＋ｈ２４ …（１８）
ｌｓ５＝ｌｓ１＋ｈ１５＋ｈ２５ …（１９）
このようにして演算手段１５１が算出した寸法ｌｓ２〜ｌｓ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５２】
［個別測定過程］
個別測定過程では、設置過程および測定過程を、基準ゲージ３の四隅について実施し、その寸法を求める。
【００５３】
設置過程では、第１および第２直進光の光路中に、測定位置と基準ゲージ３の四隅のうちの１つとが重なるように基準ゲージ３を挿入する。
図４〜図７に、基準ゲージ３の四隅それぞれについて設置過程を実施した場合に基準ゲージ３を測定面から見た図を示す。
図４〜図７では、位置あわせ部材４を用いて基準ゲージ３を持ち上げ、測定位置（干渉領域の中心１１４Ｃ）と基準ゲージ３の表示３２〜３５のいずれかを合わせることにより、測定位置と基準ゲージ３の四隅のうちの１つとが重なるように、基準ゲージ３が設置されている。
【００５４】
測定過程では、図４〜図７のいずれかの配置となった状態で、上述した寸法の測定を実施する。これにより、基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５が求められる。
四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５５】
［算出過程］
算出過程では、演算手段１５１が、測定データ記憶部１５２に記憶されたデータを読み込み、一括測定過程において測定した基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５と、個別測定過程において測定した基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５との差を補正値Ｃ２〜Ｃ５として算出する。
Ｃ２＝Ｉｓ２−Ｉｒ２ …（２０）
Ｃ３＝Ｉｓ３−Ｉｒ３ …（２１）
Ｃ４＝Ｉｓ４−Ｉｒ４ …（２２）
Ｃ５＝Ｉｓ５−Ｉｒ５ …（２３）
このようにして演算手段１５１が算出した補正値Ｃ２〜Ｃ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
なお、一括測定過程の寸法測定過程で寸法ｌｓ１を測定した基準ゲージ３の中央については、個別測定過程の測定過程を実施しても同じ寸法ｌｓ１が求まると考えられる。したがって、この被測定個所の補正値Ｃ１はゼロとしてよく、測定過程を実施する必要はない。
【００５６】
［実測定過程］
実測定過程では、前述の一括測定過程と同様の操作を被測定物であるブロックゲージ２について実施し、ブロックゲージ２の中央および四隅の寸法ｌｗ１〜ｌｗ５を求める。測定した寸法ｌｗ１〜ｌｗ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５７】
［補正過程］
補正過程では、演算手段１５１が、測定データ記憶部１５２に記憶されたデータを読み込み、実測定過程で測定したブロックゲージ２の四隅の寸法ｌｗ２〜ｌｗ５から補正値Ｃ２〜Ｃ５を差し引いて、補正寸法ｌｃｗ２〜ｌｃｗ５を算出する。
ｌｃｗ２＝ｌｗ２−Ｃ２ …（２４）
ｌｃｗ３＝ｌｗ３−Ｃ３ …（２５）
ｌｃｗ４＝ｌｗ４−Ｃ４ …（２６）
ｌｃｗ５＝ｌｗ５−Ｃ５ …（２７）
このようにして演算手段１５１が算出した補正寸法ｌｃｗ２〜ｌｃｗ５は、最終的な寸法として測定データ記憶部１５２に記憶される。
なお、上述の通り、中央の補正値Ｃ１はゼロなので、補正過程を実施する必要はなく、ｌｗ１が最終的な寸法として測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５８】
［規格値算出過程（ｆｏ、ｆｕの算出）］
実測定過程で測定したブロックゲージ２の中央の寸法ｌｗ１をｌｃとし、四隅の補正寸法ｌｃｗ２〜ｌｃｗ５の最大値、最小値をそれぞれｌｍａｘ、ｌｍｉｎとしてｆｏ、ｆｕを算出する。
ｆｏ＝ｌｍａｘ−ｌｗ１ …（２８）
ｆｕ＝ｌｗ１−ｌｍｉｎ …（２９）
ここで、四隅の補正寸法ｌｃｗｉは、ブロックゲージ２の中央の寸法ｌｗ１と、ブロックゲージ２の中央に対する高さ情報ｈｉと、補正値Ｃｉとにより、下記式で表される。
ｌｃｗｉ＝ｌｗ１＋ｈｉ−Ｃｉ
したがって、ｆｏおよびｆｕは、それぞれ、（ｈｉ−Ｃｉ）の最大値および（ｈｉ−Ｃｉ）の最小値の符号を反転したものとなる。
このため、ｆｏおよびｆｕには、形状誤差が含まれている可能性のあるｌｗ１が含まれておらず、しかも、高さ情報ｈｉについては補正値Ｃｉによって形状誤差が補正されている。つまり、本実施形態によれば、形状誤差を排除した正確なｆｏおよびｆｕを求めることができる。
【００５９】
［第１実施形態の作用効果］
本発明の第１実施形態に係る寸法測定方法によれば、例えば、以下の作用効果が期待できる。
【００６０】
（１）一括測定過程の寸法測定過程において、干渉縞に基づいて１つの基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１を算出する。また、形状測定過程において、干渉縞に基づいて基準ゲージ３の中央に対する四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５を求め、基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１と四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５を足し合わせて、四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５を算出する。
ここで、複数の被測定個所は、それぞれ直進光の波面の異なる部分に位置しているので、形状測定過程で算出した四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５には、直進光の波面の歪み等による誤差が含まれるおそれがある。
一方、個別測定過程においては、全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除した基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５が測定される。
つまり、算出過程において補正値Ｃ２〜Ｃ５として算出する、一括測定過程において測定した四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５と、個別測定過程において測定した四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５との差は、直進光の波面の歪み等による形状測定の誤差に対応する。
したがって、補正過程において、実測定過程で測定したブロックゲージ２の四隅の寸法ｌｗ２〜ｌｗ５から算出過程で算出した補正値Ｃ２〜Ｃ５を差し引けば、波面の歪み等による誤差を排除した正確な寸法を測定することができる。
【００６１】
（２）また、一度補正値を算出しておけば、以降は被測定物について一括測定過程を実施するだけで、複数の被測定個所についての正確な寸法を測定することができる。設置過程を繰り返すことなく、複数の被測定個所の測定ができるので、測定にかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００６２】
（３）２つの平行光線を用いて寸法測定を実施するので、ブロックゲージ２とベースプレートとのリンギングが不要となるため、測定誤差を大幅に低減することができる。
ここで、平行光線が２つに増えるとともに光学部品の数が増加するので、波面の歪み等による誤差が大きくなるおそれがあるが、本願発明では、全ての被測定個所について、第１および第２直進光の波面の同一位置による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。または、簡易な補正によって、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
したがって、複数の被測定個所の寸法をより正確に測定することができる。
【００６３】
（４）ブロックゲージ２の中央および四隅を被測定個所としたので、ＥＡＬ−Ｇ２１規格に基づいたｆｏ、ｆｕを正確に算出することができる。
（５）基準ゲージ３の中央および四隅に被測定個所の表示３１〜３５を設けたので、一括測定過程の設置過程において、被測定個所の表示３１〜３５を目印として容易に位置合わせをすることができる。
【００６４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る寸法測定方法について説明する。
本実施形態では、基準ゲージ３を用いた補正を実施せず、上述の個別測定過程のみを被測定物であるブロックゲージ２に対して実施するものである。その他の構成および作用は同一であるから、それらの説明は省略する。
具体的には、設置過程と、測定過程とをブロックゲージ２の複数の被測定個所の全てについて実施するものである。
このような第２実施形態に係る寸法測定方法によれば、上述の第１実施形態の作用効果（１）（２）に代えて、例えば、以下の作用効果が期待できる。
【００６５】
（５）ブロックゲージ２の全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
よって、干渉計の部品や構成を変更や大掛かりな補正をすることなく、ブロックゲージ２の複数の被測定個所の寸法を正確に測定することができる。
（６）測定するブロックゲージ２の数が少ない場合には、補正値算出過程と補正過程を省略することで、測定にかかる時間を短縮することができる。
【００６６】
［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００６７】
上述の第１および第２実施形態において、２つの平行光線を用いて寸法の測定を実施する方法を例示したが、これに限定されない。
例えば、１つの平行光線を用いて、ベースプレートとリンギングさせたブロックゲージ２の寸法を求めてもよい。
この場合、直進光がブロックゲージ２の端面に反射した反射光と参照光とを重ね合わせて測定干渉縞を得るとともに、直進光がベースプレートに反射したベース反射光と参照光とを重ね合わせて基準干渉縞を得る。基準干渉縞と測定干渉縞との位相差に基づいてブロックゲージ２の寸法を求める。
このような方法によっても、ブロックゲージ２または基準ゲージ３を移動させて、複数の被測定個所の寸法を求めれば、上述の各実施形態と同様の優れた作用効果を得ることができる。
【００６８】
上述の各実施形態において、被測定物としてブロックゲージ２を例示したが、これに限らない。
本発明によれば、ブロックゲージ２以外の被測定物であっても、被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除し、複数の被測定個所の寸法を正確に測定することができる。
【００６９】
上述の各実施形態において、被測定個所としてブロックゲージ２の中央および四隅を例示したが、これに限定されない。
被測定個所は、被測定物の測定面の任意の個所をいくつでも選択することができる。
例えば、ＪＩＳやＩＳＯ等の規格では、ｆｏ、ｆｕの測定位置は規定されていないが、このような場合であっても本発明の寸法測定方法を適用し、任意の個所の寸法を正確に測定し、正確なｆｏ、ｆｕを求めることができる。
【００７０】
測長装置１の構成等は、上述の各実施形態のものに限らない。
例えば、測長装置１には、複数のゲージ設置部１０１が設けられていてもよい。この場合、各ゲージ設置部１０１のそれぞれに測定位置が設定されるが、各測定位置のそれぞれについて本発明の寸法測定方法を適用すればよい。
また、測定位置を、干渉領域の中心以外の個所に変更してもよい。この場合でも、上述の各実施形態と同様の優れた作用効果を得ることができる。
【００７１】
基準ゲージ３の構成は、上述の第１実施形態において例示したものに限定されない。
例えば、基準ゲージ３は、左端面３Ａのみならず右端面３Ｂにも、被測定個所の表示３１〜３５を有していてもよい。両端面３Ａ，３Ｂに被測定個所の表示３１〜３５を設ければ、設置過程における位置決めが一層容易となる。
また、基準ゲージ３には、被測定個所の表示３１〜３５は無くてもよい。被測定個所の表示３１〜３５が無かったとしても、位置決めが多少困難となるだけで、上述の各実施形態と同様の作用効果が発揮されることに違いは無い。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、光波干渉を用いた寸法測定方法として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態の寸法測定方法に用いる測長装置の概略構成を示す図。
【図２】第１実施形態の測長装置で観測された基準干渉縞と測定干渉縞の一例を示す図。
【図３】第１実施形態の寸法測定過程における基準ゲージを測定面から見た図。
【図４】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図５】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図６】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図７】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図８】一般的なブロックゲージの側面を誇張して示した図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 測長装置
２ ブロックゲージ
２Ａ 左端面
２Ｂ 右端面
３ 基準ゲージ
４ 位置あわせ部材
１１ 光照射手段
１２ 干渉計
１５ コンピュータ
３１〜３５ 被測定個所の表示
１１４ 第１および第２直進光のビーム径
１１４Ａ 測定位置
１１４Ｃ 干渉領域の中心
２１１，２１２ 第１，２基準干渉縞
２２１，２２２ 第１，２測定干渉縞
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波干渉を用いた寸法測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブロックゲージ等の端度器は、長さの測定の基準として用いられる精度のよい標準器であり、数個を互いに密着すると、例えば、１〜１０μｍ単位で任意の寸法を作り出すことができるので、例えば、工場用長さ標準器として広く用いられている。
このような精度のよいゲージの検査には、より高い精度が要求され、例えば、寸法を高分解能、非接触で測定できることから、光波干渉計を用いた測定方法が広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ブロックゲージとリンギングしているベースプレートを傾けて、複数の傾き角における干渉縞を測定し、傾き角、および、ブロックゲージからの反射光による干渉縞とベースプレートからの反射光による干渉縞との位相差に基づいて、ブロックゲージの寸法を求める光波干渉測定方法が開示されている。
特許文献１に記載の光波干渉測定方法によれば、予備値を求めることなくブロックゲージの寸法を測定することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１２０２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ブロックゲージは、両測定面が互いに平行で、かつ両測定面の距離が任意の寸法に仕上げられた端度器である。しかし、実際には、位置によっては寸法の大きいところ、小さいところが存在する。
そこで、このような寸法差を表す値として、最大寸法と中央寸法との差ｆｏ、中央寸法と最小寸法との差ｆｕが規定されている。
【０００６】
図８は、一般的なブロックゲージ２の側面を誇張して示したものである。
図８において、ｌｃは、ブロックゲージ２の測定面２Ａの中央と測定面２Ｂの中央との間の寸法を表し、ｌｍａｘ、ｌｍｉｎはそれぞれ測定面間距離の最大値、最小値を表す。
ここで、ｆｏ、ｆｕは、以下の式（１）および式（２）で表される。
ｆｏ＝ｌｍａｘ−ｌｃ …（１）
ｆｕ＝ｌｃ−ｌｍｉｎ …（２）
【０００７】
例えば、ＥＡＬ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｃｃｒｅｄｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）のＥＡＬ−Ｇ２１規格によれば、ブロックゲージの中央および四隅の寸法を測定し、中央の寸法をｌｃ、中央および四隅の寸法の最大値、最小値をそれぞれｌｍａｘ、ｌｍｉｎとしてｆｏ、ｆｕを算出する。
【０００８】
ここで、特許文献１に記載のような従来の寸法測定方法で測定できるのは、ブロックゲージの測定面のうち、予め設定した所定の位置（測定光の波面に設定した測定位置）の寸法のみである。つまり、多くの場合、ブロックゲージの中央の寸法ｌｃのみが求まることになる。
そこで、従来は、干渉縞に基づいて、測定面中央に対する他の部分の高さ情報を求め（形状測定）、この高さ情報と中央の寸法ｌｃとを足し合わせて、中央以外の部分の寸法を算出していた。
【０００９】
しかし、このような寸法測定方法では、形状測定において、測定光の波面の歪みによる誤差が避けられないという問題点がある。
光波干渉計は、参照鏡、ハーフミラー、コリメータレンズ、ピンホール等、多数の光学部品を備える。これらの光学部品の幾何形状が理想形状でなかったり、材料が不均一であったりすると、その部品を測定光が透過もしくは反射する際に波面が歪む原因となる。
測定光の波面の歪みは、干渉縞に影響を与える。よって、形状測定によって得られた高さ情報は、波面の歪みによる誤差が含まれた不正確なものとなる。
【００１０】
波面の歪みを防止する方法としては、光学部品の形状、材質等の品質を向上することや、光学部品の部品数を減らすことが挙げられる。
しかし、前者では部品のコストが増大し、後者では干渉計の構成を変更できない場合に対応できない。
また、幾何形状の絶対値を補正することによって形状測定の誤差を取り除く方法もあるが、基準となる平面の校正と、校正データの加工が必要な大掛かりな補正となり、コストが増大するという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、干渉計の部品、構成の変更や大掛かりな補正をすることなく、被測定物の複数の被測定個所の寸法を正確に測定できる寸法測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の寸法測定方法は、光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記被測定物を挿入する設置過程と、前記直進光が前記被測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程と、を前記複数の被測定個所の全てについて実施することを特徴とする。
【００１３】
このような本発明では、設置過程において、直進光の波面に設定した測定位置と複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように被測定物を設置し、測定過程において、その被測定個所の寸法のみを測定する。
そして、設置過程と測定過程を全ての被測定個所について実施して、各被測定個所の寸法を測定する。
これによれば、全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施される。したがって、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
よって、干渉計の部品、構成の変更や大掛かりな補正をすることなく、複数の被測定個所の寸法を正確に測定することができる。
【００１４】
本発明の寸法測定方法は、光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、前記被測定物と略同一の断面形状を有する基準測定物を用いて補正値を算出する補正値算出過程と、前記被測定物の前記複数の被測定個所の寸法を測定する実測定過程と、前記補正値を用いて前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法を補正する補正過程と、を備え、前記補正値算出過程は、平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入し、前記直進光が前記基準測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める寸法測定過程、および、前記干渉縞に基づいて前記被測定個所に対する他の前記被測定個所の高さ情報を求め、前記被測定個所の寸法と前記他の被測定個所の高さ情報とを足し合わせて前記他の被測定個所の寸法を求める形状測定過程、を有する一括測定過程と、前記平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の前記測定位置と前記他の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入する設置過程、および、前記直進光が前記基準測定物に反射した前記反射光を前記参照光と干渉させ、得られた前記干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程、を前記他の被測定個所の全てについて実施する個別測定過程と、前記一括測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法と、前記個別測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法との差を補正値として算出する算出過程と、を有し、前記実測定過程は、前記一括測定過程を前記被測定物について実施し、前記補正過程は、前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法から前記補正値を差し引くことを特徴とする。
【００１５】
このような本発明では、一括測定過程の寸法測定過程において、干渉縞に基づいて１つの被測定個所の寸法を算出する。また、形状測定過程において、干渉縞に基づいてこの被測定個所に対する他の被測定個所の高さ情報を求め、この被測定個所の寸法と他の被測定個所の高さ情報とを足し合わせて、他の被測定個所の寸法を算出する。
ここで、複数の被測定個所は、それぞれ直進光の波面の異なる部分に位置しているので、一括測定過程で算出した他の被測定個所の寸法には、直進光の波面の歪み等による誤差が含まれるおそれがある。
【００１６】
一方、個別測定過程においては、全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、直進光の波面の歪み等による誤差を排除した寸法が測定される。
つまり、算出過程において補正値として算出する、一括測定過程において測定した複数の被測定個所の寸法と、個別測定過程において測定した複数の被測定個所の寸法との差は、直進光の波面の歪み等による形状測定の誤差に対応する。
したがって、補正過程において、実測定過程で測定した被測定物の被測定個所の寸法から算出過程で算出した補正値を差し引けば、波面の歪み等による誤差を排除した正確な寸法を測定することができる。
【００１７】
また、一度補正値を算出しておけば、以降は被測定物について一括測定過程を実施するだけで、複数の被測定個所についての正確な寸法を測定することができる。設置過程を繰り返すことなく、複数の被測定個所の測定ができるので、測定にかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００１８】
なお、一括測定過程の寸法測定過程で寸法を測定した被測定個所については、個別測定過程の測定過程を実施しても同じ寸法が求まると考えられる。したがって、この被測定個所の補正値はゼロとしてよく、測定過程を実施する必要はない。
【００１９】
本発明の寸法測定方法において、前記測定過程では、互いに逆方向に放射され前記被測定物よりも径の大きい第１平行光線と第２平行光線とを用い、前記第１平行光線および前記第２平行光線のそれぞれを、前記被測定物に向かう第１直進光および第２直進光と、残りの部分である第１参照光および第２参照光とに分割し、前記被測定物の脇を通過してきた前記第２直進光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１基準干渉縞を得、前記第１参照光が前記被測定物に反射した第１反射光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１測定干渉縞を得、前記被測定物の脇を通過してきた前記第１直進光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２基準干渉縞を得、前記第２参照光が前記被測定物に反射した第２反射光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２測定干渉縞を得、前記被測定物の相対向する端面間の予備値、ならびに、前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、および、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差に基づいて、前記被測定物の前記被測定個所の寸法を求めることが望ましい。
【００２０】
このような２つの平行光線を用いた寸法測定では、ブロックゲージ等の被測定物とベースプレートとのリンギングが不要となるため、測定誤差を大幅に低減することができる。
しかし、平行光線が２つに増えるとともに光学部品の数が増加するので、波面の歪み等による誤差が大きくなるおそれがある。
これに対し、本願発明では、全ての被測定個所について、第１および第２直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。または、簡易な補正によって、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
したがって、複数の被測定個所の寸法をより正確に測定することができる。
【００２１】
本発明の寸法測定方法において、前記被測定物は、ブロックゲージであり、前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅であることが望ましい。
これにより、ＥＡＬ−Ｇ２１規格に基づいてｆｏ、ｆｕを正確に算出することができる。
【００２２】
本発明の寸法測定方法において、前記被測定物は、ブロックゲージであり、前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅であり、前記基準測定物は、中央および四隅に被測定個所の表示を有する前記ブロックゲージであることが望ましい。
これにより、個別測定過程の設置過程において、被測定個所の表示を目印として容易に位置合わせをすることができる。
【００２３】
本発明の寸法測定方法において、前記複数の被測定個所には、前記ブロックゲージの中央が含まれ、前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最大寸法と前記ブロックゲージの中央の寸法との差であるｆｏおよび前記ブロックゲージの中央の寸法と前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最小寸法との差であるｆｕを算出する規格値算出過程を備えることが好ましい。
これにより、寸法差を表す規格値としてのｆｏ、ｆｕを正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
本実施形態の寸法測定方法は、光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定するものである。
ここで、被測定物は、ブロックゲージであり、複数の被測定個所は、ブロックゲージの中央および四隅である。
本実施形態の寸法測定方法は、被測定物と略同一の断面形状を有する基準測定物を用いて補正値を算出する補正値算出過程と、被測定物の複数の被測定個所の寸法を測定する実測定過程と、補正値を用いて実測定過程で測定した複数の被測定個所の寸法を補正する補正過程と、を備える。
本実施形態の寸法測定方法に用いる測長装置および各過程の実施について、以下説明する。
【００２６】
［測長装置］
図１に、本実施形態の寸法測定方法に用いる測長装置１の概略構成を示す。
測長装置１は、１つの光照射手段１１と、第１ハーフミラー１２１と、ブロックゲージ２の測長軸と一致した光軸を有し、かつ所定離隔距離をおいて配置された第２ハーフミラー１２２および第３ハーフミラー１２３を備える。
また、第２ハーフミラー１２２、第３ハーフミラー１２３でそれぞれ形成される干渉光の位相差を観察可能な第１スクリーン１３１および第２スクリーン１３２を備える。
また、同図に示すように第１参照鏡１２４、および第２参照鏡１２５を光学系構成部材として備える。
このように第１ハーフミラー１２１、第２ハーフミラー１２２、第３ハーフミラー１２３により、環状の干渉計１２を構成している。
【００２７】
光照射手段１１は、単一波長レーザ１１１と、コリメートレンズ１１２と、反射鏡１１３を備える。そして、単一波長レーザ１１１から出射された所定波長λを持つレーザ光は、コリメートレンズ１１２により必要な大きさのビーム径にコリメートされ、レーザ光１１０として、反射鏡１１３を介して第１ハーフミラー１２１に入射される。
このレーザ光１１０のビーム径の大きさは、レーザ光１１０の一部がブロックゲージ２の端部に入射し、かつその残りがブロックゲージ２の脇部を通過して、第２ハーフミラー１２２、あるいは第３ハーフミラー１２３に入射することのできるように、ブロックゲージ２の測定面（左端面２Ａ、右端面２Ｂ）より大きい。
【００２８】
第１ハーフミラー１２１は、反射鏡１１３からのレーザ光１１０を図中、時計回り光路と半時計回り光路とに２分割し、各分割光を環状に構築された干渉計１２に入射させる。
すなわち、一方の分割光である第１平行光線を第２ハーフミラー１２２に入射させ、他方の分割光である第２平行光線を第３ハーフミラー１２３に入射させる。
そして、第２ハーフミラー１２２は、第１平行光線を第１直進光と第１参照光とに２分割し、第１直進光をブロックゲージ２の測長方向の、図中右方に向けて出射し、第１参照光を第１参照鏡１２４に入射させる。第２ハーフミラー１２２によりブロックゲージ２の測長方向の、図中右方に向けて照射された第１直進光の一部は、ブロックゲージ２の左端面２Ａに入射する。その残りの光は、ブロックゲージ２の左端面２Ａに入射することなく、その脇を通過して、第３ハーフミラー１２３に入射する。
【００２９】
一方、第２平行光線は、第１ハーフミラー１２１から第３ハーフミラー１２３に入射する。この第３ハーフミラー１２３は、第２平行光線を第２直進光と第２参照光とに２分割し、第２直進光をブロックゲージ２の測長方向の、図中左方に向けて照射し、第２参照光を第２参照鏡１２５に入射させる。第３ハーフミラー１２３によりブロックゲージ２の図中左方に向けて出射された第２直進光の一部は、ブロックゲージ２の右端面２Ｂに入射する。その残りの光はブロックゲージ２の右端面２Ｂに入射することなくその脇を通過して、第２ハーフミラー１２２に入射する。
【００３０】
第１スクリーン１３１では、第１基準干渉縞と第１測定干渉縞との位相差が観測される。
すなわち、第２ハーフミラー１２２により第１参照鏡１２４に向けて出射された光は、第１参照鏡１２４で反射し、再度第２ハーフミラー１２２に戻る。
第２ハーフミラー１２２では、ブロックゲージ２の脇を通過してきた第３ハーフミラー１２３からの第２直進光（光路Ｌ２）と第１参照鏡１２４からの第１参照光とを重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は、第１スクリーン１３１で第１基準干渉縞として観測される。この観測と同時に、この第２ハーフミラー１２２では、第２ハーフミラー１２２によりブロックゲージ２の左端面２Ａに向けて出射され、該左端面２Ａで反射し、再度第２ハーフミラー１２２に戻った第１反射光（光路Ｌ１）と、第１参照鏡１２４からの第１参照光とを重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は第１スクリーン１３１に入射され、第１スクリーン１３１で第１測定干渉縞として、第１基準干渉縞と同時に観測される。
【００３１】
一方、第２スクリーン１３２では、第２基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差が観測される。
すなわち、第３ハーフミラー１２３により、第２参照鏡１２５に向けて照射された第２参照光は、第２参照鏡１２５で反射し、再度第３ハーフミラー１２３に戻る。
第３ハーフミラー１２３では、ブロックゲージ２の脇を通過してきた第２ハーフミラー１２２からの第１直進光（光路Ｌ４）と第２参照鏡１２５からの第２参照光を重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は、第２スクリーン１３２に入射され、第２スクリーン１３２で第２基準干渉縞として観測される。この観測と同時に、この第３ハーフミラー１２３では、第３ハーフミラー１２３によりブロックゲージ２の右端面２Ｂに向けて出射され、該右端面２Ｂで反射し、再度第３ハーフミラー１２３に戻った第２反射光（光路Ｌ３）と、第２参照鏡１２５からの第２参照光とを重ね合わせて干渉光が得られる。この干渉光は第２スクリーン１３２に入射され、第２スクリーン１３２で第２測定干渉縞として、第２基準干渉縞と同時に観測される。
【００３２】
［寸法の測定］
以下、測定過程において、ブロックゲージ２の予備値と、第１スクリーン１３１での各干渉縞及び第２スクリーン１３２での各干渉縞とに基づいて、ブロックゲージ２の被測定個所の寸法ＬＢを求める方法について説明する。
【００３３】
測長装置１は、図１に示すように、第１スクリーン１３１の後段に第１読取手段１４１を備えている。そして、第１読取手段１４１は、図２（Ａ）に示すように第１スクリーン１３１で観察された第１基準干渉縞２１１と第１測定干渉縞２２１との位相差（ｂ１／ａ）を読取る。その読取結果はコンピュータ１５の演算手段１５１に入力され、位相差情報（ε２−ε１）として測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００３４】
また、測長装置１は、図１に示すように、第２スクリーン１３２の後段に第２読取手段１４２を備えている。そして、第２読取手段１４２は、図２（Ｂ）に示すように第２スクリーン１３２で観察された第２基準干渉縞２１２と第２測定干渉縞２２２との位相差（ｂ２／ａ）を読取る。その読取結果はコンピュータ１５の演算手段１５１に入力され、位相差情報（ε４−ε３）として測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００３５】
コンピュータ１５は、演算情報記憶部１５３を備える。
演算情報記憶部１５３には、ブロックゲージ２の予備値の情報や、後述する合致法を行うためのプログラム等が予め格納されている。
また、演算情報記憶部１５３には、第１ハーフミラー１２１と第２ハーフミラー１２２間の光路長ａ、第２ハーフミラー１２２とブロックゲージ２の左端面２Ａ間の光路長ｂ、第１ハーフミラー１２１と第３ハーフミラー１２３間の光路長ｃ、第３ハーフミラー１２３とブロックゲージ２の右端面２Ｂ間の光路長ｄが格納されている。
【００３６】
演算手段１５１は、演算情報記憶部１５３に格納してあるブロックゲージ２の予備値の情報等と、測定データ記憶部１５２に格納してある位相差情報（ε４−ε３）、（ε２−ε１）に、例えば、合致法を用いてブロックゲージ２の測長方向の相対向する端面間の寸法ＬＢを以下のように求める。
【００３７】
すなわち、以下の光路Ｌ１〜Ｌ４の光路長ｌ１〜ｌ４は、上述の光路長ａ〜ｄを用いて以下の式（３）〜式（６）のように表せる。
【００３８】
Ｌ１：第１ハーフミラー１２１から第２ハーフミラー１２２、ブロックゲージ２の左端面２Ａ、第２ハーフミラー１２２までの光路
Ｌ２：第１ハーフミラー１２１から第３ハーフミラー１２３、ブロックゲージ２の脇、第２ハーフミラー１２２までの光路
Ｌ３：第１ハーフミラー１２１から第３ハーフミラー１２３、ブロックゲージ２の右端面２Ｂ、第３ハーフミラー１２３までの光路
Ｌ４：第１ハーフミラー１２１から第２ハーフミラー１２２、ブロックゲージ２の脇、第３ハーフミラー１２３までの光路
【００３９】
ｌ１＝ａ＋２ｂ …（３）
ｌ２＝ｂ＋ｃ＋ｄ＋ＬＢ …（４）
ｌ３ ＝ｃ＋２ｄ …（５）
ｌ４ ＝ａ＋ｂ＋ｄ＋ＬＢ …（６）
【００４０】
式（３）および式（４）より、以下の式（７）が成り立つ。
ｌ２ −ｌ１ ＝（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ＬＢ）−（ａ＋２ｂ） …（７）
また、式（５）および式（６）より、以下の式（８）が成り立つ。
ｌ４ −ｌ３ ＝（ａ＋ｂ＋ｄ＋ＬＢ）−（ｃ＋２ｄ） …（８）
【００４１】
さらに、式（７）および式（８）から、以下の式（９）が成り立つ。
ｌ２−ｌ１＋ｌ４−ｌ３＝（ａ＋２ｂ＋ｃ＋２ｄ＋２ＬＢ）−（ａ＋２ｂ＋ｃ＋２ｄ）＝２ＬＢ …（９）
これを変形すると、ブロックゲージ２の測長方向の相対向する左端面２Ａと右端面２Ｂ間の寸法ＬＢは、以下の式（１０）で表せる。
ＬＢ＝１／２{（ｌ２−ｌ１）＋（ｌ４−ｌ３）} …（１０）
【００４２】
また、上述の光路Ｌ１〜Ｌ４の光路長ｌ１〜ｌ４は、以下のλ、Ｎ１〜Ｎ４、ε１〜ε４を用いて、以下の式（１１）〜（１４）で表せる。
ｌ１＝λ（Ｎ１＋ε１） …（１１）
ｌ２＝λ（Ｎ２＋ε２） …（１２）
ｌ３＝λ（Ｎ３＋ε３） …（１３）
ｌ４＝λ（Ｎ４＋ε４） …（１４）
【００４３】
λ：レーザ光の波長（測定波長）
Ｎ１〜Ｎ４：各光路長Ｌｉを波長λで割ったときの商の自然数
ε１〜ε４：各光路長Ｌｉを波長λで割ったときの商の端数（位相）
【００４４】
式（１０）に、式（１１）〜（１４）を代入すると、下記の式（１５）が成り立つ。
ＬＢ＝（１／２）・（ｌ４−ｌ３＋ｌ２−ｌ１）
＝（１／２）・{λ（Ｎ４＋ε４）−λ（Ｎ３＋ε３）＋λ（Ｎ２＋ε２）−λ（Ｎ１＋ε１）}
＝（λ／２）・{Ｎ４−Ｎ３＋Ｎ２−Ｎ１＋（ε４−ε３）＋（ε２−ε１）} …（１５）
【００４５】
ここで、（ε２−ε１）は、第１スクリーン１３１で観察された各干渉縞のずれ（ｂ１／ａ）より求めた位相差情報であり、（ε４−ε３）は、第２スクリーン１３２で観察された各干渉縞のずれ（ｂ２／ａ）より求めた位相差情報である。
したがって、測定データ記憶部１５２に格納して位相差情報（ε２−ε１）および位相差情報（ε４−ε３）と、既知の測定波長λと、ブロックゲージ２の予備値を用いて、式（１５）によりブロックゲージ２の被測定部の寸法ＬＢを求めることができる。
【００４６】
［補正値算出過程］
補正値算出過程は、一括測定過程と、個別測定過程と、算出過程とを有する。
【００４７】
［一括測定過程］
一括測定過程では、寸法測定過程および形状測定過程により、基準測定物である基準ゲージの、複数の被測定個所の寸法を求める。
寸法測定過程では、第１および第２直進光の波面に設定した測定位置と複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように基準ゲージを挿入し、得られた干渉縞を基に被測定個所の寸法を求める。
【００４８】
図３は、寸法測定過程における基準ゲージ３を測定面から見た図である。
基準ゲージ３は、ブロックゲージ２と略同一の断面形状を有し、その左端面３Ａの中央および四隅に被測定個所の表示３１〜３５を有する。
図３に示すように、基準ゲージ３は、測長装置１のゲージ設置部１０１に、左端面３Ａを紙面手前側に向けて載置されている。ゲージ設置部１０１は、ステージ１０２に設けられた図示しない駆動機構によって三次元方向および回転方向に駆動可能に構成されている。
【００４９】
図３中、１１４は、第１および第２直進光のビーム径、すなわち干渉領域を表す。第１直進光は、紙面手前側から奥側に向かって、第２直進光は、紙面奥側から紙面手前側に向かって照射される。
本実施形態では、干渉領域の中心１１４Ｃを測定位置としており、図３では、測定位置と基準ゲージ３の表示３１を合わせることにより、測定位置と被測定個所のうちの１つである基準ゲージ３の中央とが重なるように、基準ゲージ３がゲージ設置部１０１に設置されている。
【００５０】
この状態において、上述した寸法の測定が実施され、基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１が求められる。
【００５１】
形状測定過程では、第１測定干渉縞２２１および第２測定干渉縞２２２に基づいて基準ゲージ３の中央に対する四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５を求め、基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１と四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５とを足し合わせて四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５を求める。
ｌｓ２＝ｌｓ１＋ｈ１２＋ｈ２２ …（１６）
ｌｓ３＝ｌｓ１＋ｈ１３＋ｈ２３ …（１７）
ｌｓ４＝ｌｓ１＋ｈ１４＋ｈ２４ …（１８）
ｌｓ５＝ｌｓ１＋ｈ１５＋ｈ２５ …（１９）
このようにして演算手段１５１が算出した寸法ｌｓ２〜ｌｓ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５２】
［個別測定過程］
個別測定過程では、設置過程および測定過程を、基準ゲージ３の四隅について実施し、その寸法を求める。
【００５３】
設置過程では、第１および第２直進光の光路中に、測定位置と基準ゲージ３の四隅のうちの１つとが重なるように基準ゲージ３を挿入する。
図４〜図７に、基準ゲージ３の四隅それぞれについて設置過程を実施した場合に基準ゲージ３を測定面から見た図を示す。
図４〜図７では、位置あわせ部材４を用いて基準ゲージ３を持ち上げ、測定位置（干渉領域の中心１１４Ｃ）と基準ゲージ３の表示３２〜３５のいずれかを合わせることにより、測定位置と基準ゲージ３の四隅のうちの１つとが重なるように、基準ゲージ３が設置されている。
【００５４】
測定過程では、図４〜図７のいずれかの配置となった状態で、上述した寸法の測定を実施する。これにより、基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５が求められる。
四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５５】
［算出過程］
算出過程では、演算手段１５１が、測定データ記憶部１５２に記憶されたデータを読み込み、一括測定過程において測定した基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５と、個別測定過程において測定した基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５との差を補正値Ｃ２〜Ｃ５として算出する。
Ｃ２＝Ｉｓ２−Ｉｒ２ …（２０）
Ｃ３＝Ｉｓ３−Ｉｒ３ …（２１）
Ｃ４＝Ｉｓ４−Ｉｒ４ …（２２）
Ｃ５＝Ｉｓ５−Ｉｒ５ …（２３）
このようにして演算手段１５１が算出した補正値Ｃ２〜Ｃ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
なお、一括測定過程の寸法測定過程で寸法ｌｓ１を測定した基準ゲージ３の中央については、個別測定過程の測定過程を実施しても同じ寸法ｌｓ１が求まると考えられる。したがって、この被測定個所の補正値Ｃ１はゼロとしてよく、測定過程を実施する必要はない。
【００５６】
［実測定過程］
実測定過程では、前述の一括測定過程と同様の操作を被測定物であるブロックゲージ２について実施し、ブロックゲージ２の中央および四隅の寸法ｌｗ１〜ｌｗ５を求める。測定した寸法ｌｗ１〜ｌｗ５は、測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５７】
［補正過程］
補正過程では、演算手段１５１が、測定データ記憶部１５２に記憶されたデータを読み込み、実測定過程で測定したブロックゲージ２の四隅の寸法ｌｗ２〜ｌｗ５から補正値Ｃ２〜Ｃ５を差し引いて、補正寸法ｌｃｗ２〜ｌｃｗ５を算出する。
ｌｃｗ２＝ｌｗ２−Ｃ２ …（２４）
ｌｃｗ３＝ｌｗ３−Ｃ３ …（２５）
ｌｃｗ４＝ｌｗ４−Ｃ４ …（２６）
ｌｃｗ５＝ｌｗ５−Ｃ５ …（２７）
このようにして演算手段１５１が算出した補正寸法ｌｃｗ２〜ｌｃｗ５は、最終的な寸法として測定データ記憶部１５２に記憶される。
なお、上述の通り、中央の補正値Ｃ１はゼロなので、補正過程を実施する必要はなく、ｌｗ１が最終的な寸法として測定データ記憶部１５２に記憶される。
【００５８】
［規格値算出過程（ｆｏ、ｆｕの算出）］
実測定過程で測定したブロックゲージ２の中央の寸法ｌｗ１をｌｃとし、四隅の補正寸法ｌｃｗ２〜ｌｃｗ５の最大値、最小値をそれぞれｌｍａｘ、ｌｍｉｎとしてｆｏ、ｆｕを算出する。
ｆｏ＝ｌｍａｘ−ｌｗ１ …（２８）
ｆｕ＝ｌｗ１−ｌｍｉｎ …（２９）
ここで、四隅の補正寸法ｌｃｗｉは、ブロックゲージ２の中央の寸法ｌｗ１と、ブロックゲージ２の中央に対する高さ情報ｈｉと、補正値Ｃｉとにより、下記式で表される。
ｌｃｗｉ＝ｌｗ１＋ｈｉ−Ｃｉ
したがって、ｆｏおよびｆｕは、それぞれ、（ｈｉ−Ｃｉ）の最大値および（ｈｉ−Ｃｉ）の最小値の符号を反転したものとなる。
このため、ｆｏおよびｆｕには、形状誤差が含まれている可能性のあるｌｗ１が含まれておらず、しかも、高さ情報ｈｉについては補正値Ｃｉによって形状誤差が補正されている。つまり、本実施形態によれば、形状誤差を排除した正確なｆｏおよびｆｕを求めることができる。
【００５９】
［第１実施形態の作用効果］
本発明の第１実施形態に係る寸法測定方法によれば、例えば、以下の作用効果が期待できる。
【００６０】
（１）一括測定過程の寸法測定過程において、干渉縞に基づいて１つの基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１を算出する。また、形状測定過程において、干渉縞に基づいて基準ゲージ３の中央に対する四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５を求め、基準ゲージ３の中央の寸法ｌｓ１と四隅の高さ情報ｈ１２〜ｈ１５およびｈ２２〜ｈ２５を足し合わせて、四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５を算出する。
ここで、複数の被測定個所は、それぞれ直進光の波面の異なる部分に位置しているので、形状測定過程で算出した四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５には、直進光の波面の歪み等による誤差が含まれるおそれがある。
一方、個別測定過程においては、全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除した基準ゲージ３の四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５が測定される。
つまり、算出過程において補正値Ｃ２〜Ｃ５として算出する、一括測定過程において測定した四隅の寸法ｌｓ２〜ｌｓ５と、個別測定過程において測定した四隅の寸法ｌｒ２〜ｌｒ５との差は、直進光の波面の歪み等による形状測定の誤差に対応する。
したがって、補正過程において、実測定過程で測定したブロックゲージ２の四隅の寸法ｌｗ２〜ｌｗ５から算出過程で算出した補正値Ｃ２〜Ｃ５を差し引けば、波面の歪み等による誤差を排除した正確な寸法を測定することができる。
【００６１】
（２）また、一度補正値を算出しておけば、以降は被測定物について一括測定過程を実施するだけで、複数の被測定個所についての正確な寸法を測定することができる。設置過程を繰り返すことなく、複数の被測定個所の測定ができるので、測定にかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００６２】
（３）２つの平行光線を用いて寸法測定を実施するので、ブロックゲージ２とベースプレートとのリンギングが不要となるため、測定誤差を大幅に低減することができる。
ここで、平行光線が２つに増えるとともに光学部品の数が増加するので、波面の歪み等による誤差が大きくなるおそれがあるが、本願発明では、全ての被測定個所について、第１および第２直進光の波面の同一位置による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。または、簡易な補正によって、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
したがって、複数の被測定個所の寸法をより正確に測定することができる。
【００６３】
（４）ブロックゲージ２の中央および四隅を被測定個所としたので、ＥＡＬ−Ｇ２１規格に基づいたｆｏ、ｆｕを正確に算出することができる。
（５）基準ゲージ３の中央および四隅に被測定個所の表示３１〜３５を設けたので、一括測定過程の設置過程において、被測定個所の表示３１〜３５を目印として容易に位置合わせをすることができる。
【００６４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る寸法測定方法について説明する。
本実施形態では、基準ゲージ３を用いた補正を実施せず、上述の個別測定過程のみを被測定物であるブロックゲージ２に対して実施するものである。その他の構成および作用は同一であるから、それらの説明は省略する。
具体的には、設置過程と、測定過程とをブロックゲージ２の複数の被測定個所の全てについて実施するものである。
このような第２実施形態に係る寸法測定方法によれば、上述の第１実施形態の作用効果（１）（２）に代えて、例えば、以下の作用効果が期待できる。
【００６５】
（５）ブロックゲージ２の全ての被測定個所について、直進光の波面の同一位置（測定位置）による測定が実施されるので、各被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除することができる。
よって、干渉計の部品や構成を変更や大掛かりな補正をすることなく、ブロックゲージ２の複数の被測定個所の寸法を正確に測定することができる。
（６）測定するブロックゲージ２の数が少ない場合には、補正値算出過程と補正過程を省略することで、測定にかかる時間を短縮することができる。
【００６６】
［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００６７】
上述の第１および第２実施形態において、２つの平行光線を用いて寸法の測定を実施する方法を例示したが、これに限定されない。
例えば、１つの平行光線を用いて、ベースプレートとリンギングさせたブロックゲージ２の寸法を求めてもよい。
この場合、直進光がブロックゲージ２の端面に反射した反射光と参照光とを重ね合わせて測定干渉縞を得るとともに、直進光がベースプレートに反射したベース反射光と参照光とを重ね合わせて基準干渉縞を得る。基準干渉縞と測定干渉縞との位相差に基づいてブロックゲージ２の寸法を求める。
このような方法によっても、ブロックゲージ２または基準ゲージ３を移動させて、複数の被測定個所の寸法を求めれば、上述の各実施形態と同様の優れた作用効果を得ることができる。
【００６８】
上述の各実施形態において、被測定物としてブロックゲージ２を例示したが、これに限らない。
本発明によれば、ブロックゲージ２以外の被測定物であっても、被測定部間の相対的な差について、波面の歪み等による誤差を排除し、複数の被測定個所の寸法を正確に測定することができる。
【００６９】
上述の各実施形態において、被測定個所としてブロックゲージ２の中央および四隅を例示したが、これに限定されない。
被測定個所は、被測定物の測定面の任意の個所をいくつでも選択することができる。
例えば、ＪＩＳやＩＳＯ等の規格では、ｆｏ、ｆｕの測定位置は規定されていないが、このような場合であっても本発明の寸法測定方法を適用し、任意の個所の寸法を正確に測定し、正確なｆｏ、ｆｕを求めることができる。
【００７０】
測長装置１の構成等は、上述の各実施形態のものに限らない。
例えば、測長装置１には、複数のゲージ設置部１０１が設けられていてもよい。この場合、各ゲージ設置部１０１のそれぞれに測定位置が設定されるが、各測定位置のそれぞれについて本発明の寸法測定方法を適用すればよい。
また、測定位置を、干渉領域の中心以外の個所に変更してもよい。この場合でも、上述の各実施形態と同様の優れた作用効果を得ることができる。
【００７１】
基準ゲージ３の構成は、上述の第１実施形態において例示したものに限定されない。
例えば、基準ゲージ３は、左端面３Ａのみならず右端面３Ｂにも、被測定個所の表示３１〜３５を有していてもよい。両端面３Ａ，３Ｂに被測定個所の表示３１〜３５を設ければ、設置過程における位置決めが一層容易となる。
また、基準ゲージ３には、被測定個所の表示３１〜３５は無くてもよい。被測定個所の表示３１〜３５が無かったとしても、位置決めが多少困難となるだけで、上述の各実施形態と同様の作用効果が発揮されることに違いは無い。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、光波干渉を用いた寸法測定方法として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態の寸法測定方法に用いる測長装置の概略構成を示す図。
【図２】第１実施形態の測長装置で観測された基準干渉縞と測定干渉縞の一例を示す図。
【図３】第１実施形態の寸法測定過程における基準ゲージを測定面から見た図。
【図４】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図５】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図６】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図７】第１実施形態の設置過程後における基準ゲージを測定面から見た図。
【図８】一般的なブロックゲージの側面を誇張して示した図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 測長装置
２ ブロックゲージ
２Ａ 左端面
２Ｂ 右端面
３ 基準ゲージ
４ 位置あわせ部材
１１ 光照射手段
１２ 干渉計
１５ コンピュータ
３１〜３５ 被測定個所の表示
１１４ 第１および第２直進光のビーム径
１１４Ａ 測定位置
１１４Ｃ 干渉領域の中心
２１１，２１２ 第１，２基準干渉縞
２２１，２２２ 第１，２測定干渉縞
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、
平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記被測定物を挿入する設置過程と、
前記直進光が前記被測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程と、
を前記複数の被測定個所の全てについて実施する
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項２】
光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、
前記被測定物と略同一の断面形状を有する基準測定物を用いて補正値を算出する補正値算出過程と、
前記被測定物の前記複数の被測定個所の寸法を測定する実測定過程と、
前記補正値を用いて前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法を補正する補正過程と、
を備え、
前記補正値算出過程は、
平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入し、前記直進光が前記基準測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める寸法測定過程、および、前記干渉縞に基づいて前記被測定個所に対する他の前記被測定個所の高さ情報を求め、前記被測定個所の寸法と前記他の被測定個所の高さ情報とを足し合わせて前記他の被測定個所の寸法を求める形状測定過程、を有する一括測定過程と、
前記平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の前記測定位置と前記他の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入する設置過程、および、前記直進光が前記基準測定物に反射した前記反射光を前記参照光と干渉させ、得られた前記干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程、を前記他の被測定個所の全てについて実施する個別測定過程と、
前記一括測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法と、前記個別測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法との差を補正値として算出する算出過程と、
を有し、
前記実測定過程は、前記一括測定過程を前記被測定物について実施し、
前記補正過程は、前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法から前記補正値を差し引く
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の寸法測定方法において、
前記測定過程では、
互いに逆方向に放射され前記被測定物よりも径の大きい第１平行光線と第２平行光線とを用い、
前記第１平行光線および前記第２平行光線のそれぞれを、前記被測定物に向かう第１直進光および第２直進光と、残りの部分である第１参照光および第２参照光とに分割し、
前記被測定物の脇を通過してきた前記第２直進光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１基準干渉縞を得、前記第１参照光が前記被測定物に反射した第１反射光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１測定干渉縞を得、
前記被測定物の脇を通過してきた前記第１直進光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２基準干渉縞を得、前記第２参照光が前記被測定物に反射した第２反射光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２測定干渉縞を得、
前記被測定物の相対向する端面間の予備値、ならびに、前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、および、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差に基づいて、前記被測定物の前記被測定個所の寸法を求める
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の寸法測定方法において、
前記被測定物は、ブロックゲージであり、
前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅である
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項５】
請求項２に記載の寸法測定方法において、
前記被測定物は、ブロックゲージであり、
前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅であり、
前記基準測定物は、中央および四隅に被測定個所の表示を有する前記ブロックゲージである
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の寸法測定方法において、
前記複数の被測定個所には、前記ブロックゲージの中央が含まれ、
前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最大寸法と前記ブロックゲージの中央の寸法との差であるｆｏおよび前記ブロックゲージの中央の寸法と前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最小寸法との差であるｆｕを算出する規格値算出過程を備える
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項１】
光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、
平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記被測定物を挿入する設置過程と、
前記直進光が前記被測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程と、
を前記複数の被測定個所の全てについて実施する
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項２】
光波干渉を用いて、予備値が既知の被測定物の相対向する端面間の寸法を、複数の被測定個所において測定する寸法測定方法であって、
前記被測定物と略同一の断面形状を有する基準測定物を用いて補正値を算出する補正値算出過程と、
前記被測定物の前記複数の被測定個所の寸法を測定する実測定過程と、
前記補正値を用いて前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法を補正する補正過程と、
を備え、
前記補正値算出過程は、
平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の波面に設定した測定位置と前記複数の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入し、前記直進光が前記基準測定物に反射した反射光を前記参照光と干渉させ、得られた干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める寸法測定過程、および、前記干渉縞に基づいて前記被測定個所に対する他の前記被測定個所の高さ情報を求め、前記被測定個所の寸法と前記他の被測定個所の高さ情報とを足し合わせて前記他の被測定個所の寸法を求める形状測定過程、を有する一括測定過程と、
前記平行光線を直進光と参照光とに２分割し、前記直進光の光路中に、前記直進光の前記測定位置と前記他の被測定個所のうちの１つとが重なるように前記基準測定物を挿入する設置過程、および、前記直進光が前記基準測定物に反射した前記反射光を前記参照光と干渉させ、得られた前記干渉縞を基に前記被測定個所の寸法を求める測定過程、を前記他の被測定個所の全てについて実施する個別測定過程と、
前記一括測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法と、前記個別測定過程において測定した前記複数の被測定個所の寸法との差を補正値として算出する算出過程と、
を有し、
前記実測定過程は、前記一括測定過程を前記被測定物について実施し、
前記補正過程は、前記実測定過程で測定した前記複数の被測定個所の寸法から前記補正値を差し引く
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の寸法測定方法において、
前記測定過程では、
互いに逆方向に放射され前記被測定物よりも径の大きい第１平行光線と第２平行光線とを用い、
前記第１平行光線および前記第２平行光線のそれぞれを、前記被測定物に向かう第１直進光および第２直進光と、残りの部分である第１参照光および第２参照光とに分割し、
前記被測定物の脇を通過してきた前記第２直進光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１基準干渉縞を得、前記第１参照光が前記被測定物に反射した第１反射光と前記第１参照光とを重ね合わせて第１測定干渉縞を得、
前記被測定物の脇を通過してきた前記第１直進光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２基準干渉縞を得、前記第２参照光が前記被測定物に反射した第２反射光と前記第２参照光とを重ね合わせて第２測定干渉縞を得、
前記被測定物の相対向する端面間の予備値、ならびに、前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、および、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差に基づいて、前記被測定物の前記被測定個所の寸法を求める
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の寸法測定方法において、
前記被測定物は、ブロックゲージであり、
前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅である
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項５】
請求項２に記載の寸法測定方法において、
前記被測定物は、ブロックゲージであり、
前記複数の被測定個所は、前記ブロックゲージの中央および四隅であり、
前記基準測定物は、中央および四隅に被測定個所の表示を有する前記ブロックゲージである
ことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の寸法測定方法において、
前記複数の被測定個所には、前記ブロックゲージの中央が含まれ、
前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最大寸法と前記ブロックゲージの中央の寸法との差であるｆｏおよび前記ブロックゲージの中央の寸法と前記ブロックゲージの前記複数の被測定個所の最小寸法との差であるｆｕを算出する規格値算出過程を備える
ことを特徴とする寸法測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１０３５９７（Ｐ２００９−１０３５９７Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７６１０３（Ｐ２００７−２７６１０３）
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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