JP2821507B2 - Interferometer - Google Patents

Interferometer

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JP2821507B2
JP2821507B2 JP10797390A JP10797390A JP2821507B2 JP 2821507 B2 JP2821507 B2 JP 2821507B2 JP 10797390 A JP10797390 A JP 10797390A JP 10797390 A JP10797390 A JP 10797390A JP 2821507 B2 JP2821507 B2 JP 2821507B2
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interferometer
test object
laser
test
interference
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光波干渉法を利用した干渉計とレーザー干
渉測長器とを用いて、レンズ等の被検物の表面形状等を
計測あるいはまた干渉縞計測するようにした干渉測定器
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention measures or measures the surface shape or the like of a test object such as a lens using an interferometer using light wave interferometry and a laser interferometer. Also, the present invention relates to an interferometer for measuring interference fringes.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

レンズ等の被検物の表面形状等を測定するために干渉
法を利用することは、直接被検物の表面に接触すること
なく測定できる利点を有する。干渉計としては、例えば
トワイマングリーン型、フィゾー型、マッハツェンダー
型干渉計や、それぞれの型のホログラム干渉計が紹介さ
れ、これらの干渉計は測定器として市場にも提供されて
いる。
The use of the interferometry to measure the surface shape or the like of a test object such as a lens has an advantage that measurement can be performed without directly contacting the surface of the test object. As interferometers, for example, Twyman Green type, Fizeau type, Mach-Zehnder type interferometers and hologram interferometers of each type are introduced, and these interferometers are also provided as measuring devices on the market.

市場に提供される干渉計は、干渉計を構成する光学素
子を単一の筐体内に固定しユニット化したもので、各光
学素子の関係位置を安定して保持するように干渉計ユニ
ットとしたものが一般の形態である。しかし被検物の干
渉測定には干渉計ユニットと被検物との被検光軸方向の
相対距離を可動とし、かつ、固定することが必要であ
る。一般に提供されている干渉測定器は、干渉計ユニッ
トを固定し、被検物は移動台に載せて、被検光軸方向に
移動及び固定するようにしたもので、普通は簡易な微動
ステージによってミクロンオーダーの位置決めと移動量
の測定ができるようになっている。またリニアベアリン
グやエアスライドを用いて被検物を被検光軸方向に可動
とする例も見受けられる。この場合には被検物の大きさ
や重量の関係から、被検物の移動手段は干渉計ユニット
とは別体となっていて、マグネスケールやレーザー干渉
測長システム等を用いた測長システムが用いられること
はあるが、該測長システムは干渉計ユニットとは別体と
なっている。
The interferometer provided on the market is a unit in which the optical elements that compose the interferometer are fixed in a single housing, and the interferometer unit is used to stably maintain the relative position of each optical element. The thing is a general form. However, the interference measurement of the test object requires that the relative distance between the interferometer unit and the test object in the direction of the test optical axis be movable and fixed. The interferometer generally provided is one in which an interferometer unit is fixed, and a test object is mounted on a movable table, and is moved and fixed in a direction of a test optical axis. Micron-order positioning and movement amount measurement can be performed. In addition, there is an example in which a test object is movable in a test optical axis direction using a linear bearing or an air slide. In this case, due to the size and weight of the test object, the moving means of the test object is separate from the interferometer unit. Although sometimes used, the length measurement system is separate from the interferometer unit.

第6図に示したのはJIS B−7433−1989に記載された
干渉測定器を示したもので、左にはフィゾー型干渉型ユ
ニット90があって、レーザー光源91からのレーザー光は
配設されたフィゾー型光学素子を通ってフィゾー参照レ
ンズ92から被検光束Lが出光し、被検物93に投射する。
被検物93の背後にはレーザー干渉測長器を用いた測距機
構96があり、被検物93は架台95上に固設されていてベン
チ94上を被検光軸に沿って移動し、この移動量は前記の
測距機構96によってモニターしている。測距機構96は被
検物93の背後から測長を行っているため、干渉計の本体
ユニットにこれを組込むことは極めて困難で、例えでき
たとしても大型で重くなるためユニット化するメリット
はない。しかも上記の干渉測定器では測定環境を23℃±
1℃と規定し、測定精度を0.2〜1μmに定めている
が、被検光束L及び測距機構96による測長光路が長い場
合は、その精度維持が難しく、基本的に誤差が生じ易い
光学配置となっている。
FIG. 6 shows an interferometer described in JIS B-7433-1989. On the left is a Fizeau-type interferometer unit 90, and a laser beam from a laser light source 91 is provided. The test light beam L is emitted from the Fizeau reference lens 92 through the Fizeau-type optical element and projected onto the test object 93.
Behind the test object 93, there is a distance measuring mechanism 96 using a laser interferometer.The test object 93 is fixed on a gantry 95 and moves on a bench 94 along the test optical axis. The movement amount is monitored by the distance measuring mechanism 96. Since the distance measuring mechanism 96 measures the length from behind the test object 93, it is extremely difficult to incorporate it into the main unit of the interferometer. Absent. In addition, the above interferometer measures the measurement environment at 23 ° C ±
Although the measurement accuracy is set to 0.2 to 1 μm at 1 ° C., when the test light beam L and the length measuring optical path by the distance measuring mechanism 96 are long, it is difficult to maintain the accuracy, and basically, an error is likely to occur. It is arranged.

例えば測定中に温度が上昇した場合、干渉型ユニット
と移動レールとは別体であるから、機械部品の熱膨張に
より干渉計本体に対する被検物位置が遠くなる方向へ変
化するが、それだけでなく被検物の測長光路にも機械的
な熱膨張が生じるため測長値が長くなる。しかもこれら
の変動は被検距離と測長距離とに依存するため定量的に
は一致しない。即ち、測定環境変化による干渉計と被検
物との間での相対的な距離変動と、測長値の変動が相補
うことなく、全く独立に生じるという欠点を有してい
る。また、被検物を1μm以下の距離精度で干渉計本体
に対して可動・固定するのは容易ではなく、何等かの可
動及び固定機構の工夫が必要となる。
For example, if the temperature rises during the measurement, the interference type unit and the moving rail are separate bodies, so the position of the test object with respect to the interferometer body changes in the direction away from the main body due to thermal expansion of the mechanical parts. Since the mechanical thermal expansion also occurs in the length measurement optical path of the test object, the length measurement value becomes longer. Moreover, these fluctuations depend on the distance to be measured and the distance to be measured, and thus do not quantitatively match. That is, there is a disadvantage that the relative distance fluctuation between the interferometer and the test object due to the change of the measurement environment and the fluctuation of the measured value occur completely independently of each other and do not complement each other. Further, it is not easy to move and fix the test object with respect to the interferometer main body with a distance accuracy of 1 μm or less, and some kind of moving and fixing mechanism needs to be devised.

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明は、干渉計の有している被検面の干渉観察及び
計測の機能に加えて、干渉計と被検物の相対距離情報を
精度よく同時に計測することを可能とし、かつ全体とし
ての測定系を小型・軽量にし、作業性が向上するように
した干渉測定器を提供することを目的とする。
The present invention, in addition to the function of observing and measuring the interference of the test surface that the interferometer has, makes it possible to simultaneously accurately measure the relative distance information between the interferometer and the test object, and as a whole It is an object of the present invention to provide an interferometer in which a measurement system is reduced in size and weight and workability is improved.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

上記目的は、干渉観察用干渉計のレーザー光源とレー
ザー光源とを共用し、前記干渉観察用干渉計の被検光軸
と前記レーザー干渉測長器の測長光軸とを平行かつ同一
の向きに配置したことを特徴とする干渉測定器によって
達成される。
The above object is to share a laser light source and a laser light source of an interferometer for interference observation, and to set a test optical axis of the interferometer for interference observation and a measurement optical axis of the laser interferometer parallel and in the same direction. Is achieved by an interferometer.

なお上記発明において、被検物を除く前記干渉計構成
要素と、測長ミラー又はプリズムを除く前記レーザー干
渉測長器構成要素とを同一ユニット内に設けたことが好
ましい実施態様である。
In the above invention, it is a preferred embodiment that the interferometer components other than the test object and the laser interferometer components except the length measuring mirror or prism are provided in the same unit.

〔実施例〕〔Example〕

第1図(a)は本発明の一実施例を示す構成図で、フ
ィゾー型干渉計110を用いた干渉計ユニット100からなる
干渉測定器を示している。但し、本発明に用いられる干
渉計はその型式に何等限定されるものではない。フィゾ
ー型干渉計110は例えばHe−Neレーザー或は半導体レー
ザー等のレーザー光源111と、レーザー光源111よりのレ
ーザー光を集光する集光レンズ116と、集光レンズ116の
焦点に置かれた干渉縞観察用のハーフミラー118と、レ
ーザー光を平行光とするコリメーターレンズ112と、参
照面113aを有するフィザー参照レンズ113とからなり、
参照レンズ113の参照面113aより反射した参照光と被検
物131の被検面131aより反射した被検光とが干渉して発
生する干渉縞は、ハーフミラー118と結像レンズ151とを
経て、例えばCCD撮像素子よりなる撮像機152により撮像
され、その表示部であるテレビ150に映し出すことがで
きる。
FIG. 1 (a) is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and shows an interferometer comprising an interferometer unit 100 using a Fizeau interferometer 110. FIG. However, the type of the interferometer used in the present invention is not limited at all. The Fizeau interferometer 110 includes, for example, a laser light source 111 such as a He-Ne laser or a semiconductor laser, a condenser lens 116 for condensing the laser light from the laser light source 111, and an interference placed at the focal point of the condenser lens 116. A half mirror 118 for fringe observation, a collimator lens 112 that converts laser light into parallel light, and a fizer reference lens 113 having a reference surface 113a,
An interference fringe generated by interference between the reference light reflected from the reference surface 113a of the reference lens 113 and the test light reflected from the test surface 131a of the test object 131 passes through the half mirror 118 and the imaging lens 151. For example, an image can be picked up by an image pickup device 152 including a CCD image pickup device, and the image can be displayed on a television 150 as a display unit.

被検物131を除く上記干渉計光学素子は、1枚の剛性
基板101上或はその裏表面上に固設されて干渉計ユニッ
ト100を構成し、剛性基板101は堅固な函型鋳物ブロック
内に取り付けられいわゆるシェル構造を構成している。
The interferometer optical element except for the test object 131 is fixed on one rigid substrate 101 or on the back surface thereof to constitute the interferometer unit 100, and the rigid substrate 101 is provided in a rigid box-shaped casting block. And a so-called shell structure.

本発明は、この干渉計ユニット100内に測長ミラー又
は測長プリズムを除くレーザー干渉測長器120の干渉測
長要素を設け、レーザー干渉測長器120のレーザー光源
を上記レーザー干渉計110のレーザー光源111と共用に
し、周波数安定レーザーを用いたものである。このため
本実施例では剛性基板101上で、レーザー干渉計110のレ
ーザー光源111の直前にハーフミラー119とミラー124を
設けてレーザー干渉測長器120にレーザー光を分割誘導
するようにしている。また、剛性基板101上には、ビー
ム整形器121、測長用レシーバー122、測長用干渉プリズ
ム123(但し差動型の場合は固定ミラー)が固設され
る。
The present invention provides an interferometer element of a laser interferometer 120 excluding a length measuring mirror or a length measuring prism in the interferometer unit 100, and a laser light source of the laser interferometer 120 is used for the laser interferometer 110. This is used in common with the laser light source 111 and uses a frequency stable laser. For this reason, in this embodiment, a half mirror 119 and a mirror 124 are provided on the rigid substrate 101 immediately before the laser light source 111 of the laser interferometer 110, and the laser light is divided and guided to the laser interferometer 120. On the rigid substrate 101, a beam shaper 121, a length measuring receiver 122, and a length measuring interference prism 123 (a fixed mirror in the case of a differential type) are fixedly provided.

同一の干渉計ユニット100内に設けた干渉計110の被検
光軸と、レーザー干渉測長器120の測長光軸とは平行か
つ同一の向きに有るよう調整されたのちこれら光学要素
は固設され、筐体内では測定中に微少な変位も生じるこ
とはない。
After the optical axis to be measured of the interferometer 110 provided in the same interferometer unit 100 and the measuring optical axis of the laser interferometer 120 are adjusted to be parallel and in the same direction, these optical elements are fixed. In the case, a small displacement does not occur during the measurement in the housing.

一方、被検物131と測長ミラー(又はプリズム)132は
架台130上に取付けられ、被検物131と測長ミラー132と
はそれぞれ被検光軸と測長光軸に正対して位置してい
て、架台130はベンチ140上を光軸に平行に移動できるよ
うになっている。被検物131の被検面131aの計測は、テ
レビ150を観察しつつ架台130を移動させ、テレビ150画
面上で干渉計110による干渉縞が観察される位置をレー
ザー干渉測長器120によって測長することによってなさ
れる。
On the other hand, the test object 131 and the length measuring mirror (or prism) 132 are mounted on a gantry 130, and the test object 131 and the length measuring mirror 132 are located directly opposite to the test optical axis and the length measuring optical axis, respectively. The gantry 130 can be moved on the bench 140 in parallel with the optical axis. The measurement of the test surface 131a of the test object 131 is performed by moving the gantry 130 while observing the television 150, and measuring the position where the interference fringe is observed by the interferometer 110 on the screen of the television 150 by the laser interferometer 120. Done by lengthening.

以上の説明から明らかなように、環境変化によって干
渉計ユニット100と被検物131との相対位置が変動して
も、被検光における被検面の距離と、測長光の被検面に
対する距離がほぼ等しくなるため、精度良く被検面の距
離を計測することができる。
As is apparent from the above description, even if the relative position between the interferometer unit 100 and the test object 131 fluctuates due to environmental changes, the distance of the test surface in the test light, Since the distances are substantially equal, the distance to the surface to be inspected can be accurately measured.

特に距離精度の厳しい光学面については、測長ミラー
132と測長用干渉プリズム123の位置を選択設定すること
で、被検面131a中心の被検光路長と測長光路長とをほぼ
等しい距離、また距離差があっても±20mm以内に設定す
ることによって環境変化に対する影響は殆ど除去するこ
とができ、本発明の光学配置の効果が大きく認められ
る。また共用するレーザー光源111に周波数安定化レー
ザーを用いているので、干渉縞のビジビリティは良好
で、安定した測長精度が得られる。
Especially for optical surfaces where distance accuracy is strict,
By selecting and setting the position of 132 and the length measuring interference prism 123, the measured light path length at the center of the test surface 131a and the measured light path length are set to be approximately the same distance, and even if there is a distance difference, within ± 20 mm By doing so, the influence on the environmental change can be almost eliminated, and the effect of the optical arrangement of the present invention is greatly recognized. In addition, since a frequency-stabilized laser is used as the shared laser light source 111, the visibility of interference fringes is good, and stable length measurement accuracy can be obtained.

またレーザー干渉測長器120の光学系を干渉計ユニッ
ト100に組み込むことで、干渉計本体110と被検面131aと
の相対距離を測長する測長光を被検光軸と平行でしかも
同じ向きに、また必要によっては近接して設けることが
でき、その上レーザー光源111を共用としたので、全体
のシステムとして干渉測定器を効率良く小型にすること
ができる。
In addition, by incorporating the optical system of the laser interferometer 120 into the interferometer unit 100, the measurement light for measuring the relative distance between the interferometer main body 110 and the test surface 131a is parallel to the test optical axis and the same. Since the laser light source 111 is shared, the interference measuring device can be efficiently reduced in size as a whole system.

なお、上記説明では干渉計110による干渉縞の観察は
結像レンズ151と撮像機152及びテレビ150を用いて行う
ようにしたが、観察用スクリーンを設けてこの上に干渉
縞を投影するようにすることも行われる。テレビ150等
を用いる場合はレーザー干渉測長器120による測長値も
併せて表示できる利点がある。
In the above description, the observation of the interference fringes by the interferometer 110 is performed using the imaging lens 151, the imaging device 152, and the television 150. However, an observation screen is provided, and the interference fringes are projected thereon. It is also done. When the television 150 or the like is used, there is an advantage that the length measured by the laser interferometer 120 can also be displayed.

第1図(b)は干渉計としてトワイマングリーン型干
渉計110Aを用いた実施例である干渉計ユニット100Aを示
す構成図で、第1図(a)の干渉計ユニット100と同一
部分は同一符号で表してあり、詳細な説明の重複する部
分は省略する。この実施例ではフィゾー参照レンズ113
に代わって集光レンズ115が設けられ、コリメーターレ
ンズ112と集光レンズ115との間には光軸に対し45゜傾い
たハーフミラー114と、参照ミラー117と、集光レンズ15
3が設けられている。共通光源であるレーザー光源111よ
り発光したレーザー光はコリメーターレンズ112により
平行光となり、ハーフミラー114を透過して被検光とな
り、集光レンズ115により集光したのち被検面131aで反
射し再び集光レンズ115を経てハーフミラー114によって
反射し、集光レンズ153で集光される。一方、ハーフミ
ラー114によって反射したレーザー光は参照ミラー117に
よって反射しハーフミラー114を透過して参照光とな
る。上記被検光と参照光とはともに集光レンズ153によ
り集光され干渉縞を発生する。その干渉縞は結像レンズ
151、撮像機152を経てテレビ150に映し出される。
FIG. 1 (b) is a configuration diagram showing an interferometer unit 100A which is an embodiment using a Twyman-Green interferometer 110A as an interferometer, and the same parts as the interferometer unit 100 in FIG. 1 (a) are the same. Reference numerals are used, and duplicated portions of the detailed description will be omitted. In this embodiment, the Fizeau reference lens 113
A condenser mirror 115 is provided instead of the collimator lens 112. A half mirror 114 inclined by 45 ° with respect to the optical axis, a reference mirror 117, and a condenser lens 15 are provided between the collimator lens 112 and the condenser lens 115.
Three are provided. The laser light emitted from the laser light source 111, which is a common light source, becomes parallel light by the collimator lens 112, passes through the half mirror 114, becomes the test light, and is reflected by the test surface 131a after being condensed by the condensing lens 115. The light is again reflected by the half mirror 114 via the condenser lens 115 and collected by the condenser lens 153. On the other hand, the laser light reflected by the half mirror 114 is reflected by the reference mirror 117, passes through the half mirror 114, and becomes reference light. The test light and the reference light are both condensed by the condenser lens 153 to generate interference fringes. The interference fringe is an imaging lens
The image is projected on the television 150 via the image pickup device 152.

第1図(c)は干渉計としてフィゾー型ホログラム干
渉計110Bを用いた実施例である干渉計ユニット100Bを示
す構成図である。図において、第1図(a),(b)と
同一部分は同一符号で表してあり、130は交換可能に設
けられたホログラムである。共通のレーザー光源111よ
り発射され、ハーフミラー119,集光レンズ116,コリメー
ターレンズ112を経て平行光となったレーザー光は、フ
ィゾー参照レンズ113で集光されて被検光となり、被検
物131の被検面131aで反射され再びフィゾー参照レンズ1
13を経てハーフミラー114で反射されたのちホログラム1
30に達する。一方、フィゾー参照レンズ113の参照面113
aで反射した参照光はハーフミラー114で反射されホログ
ラム130に達し回折される。ホログラム130を通った上記
被検光の0次光と、ホログラム130で回折された参照光
の1次回折光とは干渉し干渉縞を発生する。この干渉縞
は結像レンズ151を経て撮像機152により撮像されテレビ
150に映し出される。ホログラム130を選択することによ
って、種々の非球面形状の被検面131aを干渉測定するこ
とができる。
FIG. 1C is a configuration diagram showing an interferometer unit 100B which is an embodiment using a Fizeau hologram interferometer 110B as an interferometer. In the figure, the same parts as those in FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals, and 130 is a hologram provided interchangeably. The laser light emitted from the common laser light source 111 and converted into parallel light through the half mirror 119, the condenser lens 116, and the collimator lens 112 is condensed by the Fizeau reference lens 113 to become test light, and the test object The Fizeau reference lens 1 is reflected by the 131 test surface 131a again.
Hologram 1 after being reflected by half mirror 114 after 13
Reach 30. On the other hand, the reference surface 113 of the Fizeau reference lens 113
The reference light reflected by a is reflected by the half mirror 114, reaches the hologram 130, and is diffracted. The zero-order light of the test light passing through the hologram 130 and the first-order diffracted light of the reference light diffracted by the hologram 130 interfere with each other to generate interference fringes. This interference fringe is imaged by the imaging device 152 via the imaging lens 151 and
It is projected on 150. By selecting the hologram 130, interference measurement can be performed on the test surface 131a having various aspherical shapes.

第2図は上述した干渉計ユニット100,100A又は100Bを
可動とし、被検物131と測長ミラー(プリズム)132とを
基板130に取付け固定し、被検光軸を水平とした実施例
である。
FIG. 2 shows an embodiment in which the above-mentioned interferometer unit 100, 100A or 100B is made movable, a test object 131 and a length measuring mirror (prism) 132 are fixedly mounted on a substrate 130, and the test optical axis is horizontal. .

被検物131としては通常のプリズムやレンズ等の光学
素子以外に光学面成型用の金型等があり、大きさについ
ても径1mm〜150mm、重量についても0.5g〜20kgと大きな
バラツキがあり、このような大きな差異のある被検物13
1に対して高精度にに移動・固定し、また位置決めを行
うことは容易ではない。
The test object 131 includes a mold for optical surface molding in addition to a normal prism or an optical element such as a lens, and has a large variation of 1 to 150 mm in diameter and 0.5 to 20 kg in weight. The specimen 13 with such a large difference
It is not easy to move, fix and position with high precision with respect to 1.

第2図に示した実施例は、変動要因の大きい被検物13
1を固定して、一定の大きさ・重量の干渉計ユニット10
0,100A又は100Bを架台210に取付け、ベンチ220上を移動
・固定し、また位置決めを行う機構を組込んだもので、
第1図(a)の実施例に較べ、高精度に移動・固定し、
位置決めすることができる。
The embodiment shown in FIG.
1 is fixed, and the interferometer unit 10 of a certain size and weight
0,100A or 100B is attached to the gantry 210, moving and fixing on the bench 220, and incorporating a mechanism for positioning,
As compared with the embodiment of FIG.
Can be positioned.

さらに第2図に示した実施例では、被検物131を固定
する治具類の可動・固定軸が1つ減って誤差要因が減る
ことと、重量や剛性の制約がなくなるので、ティルティ
ング等の被検物の可動・固定する被検物保持用部材につ
いても精度を高めることが容易となる。
Further, in the embodiment shown in FIG. 2, since the number of movable / fixed axes of the jigs for fixing the test object 131 is reduced by one, the error factor is reduced, and the weight and rigidity are not restricted. The accuracy of the test object holding member for moving and fixing the test object can be easily improved.

第3図に示す実施例は、第2図の実施例での干渉計ユ
ニット100,(100A,100B)の直線可動方向を鉛直とした
ものである。固定台310に対し垂直に立てた支柱311に移
動レール312を設け、移動レール312に沿って、干渉計ユ
ニット100,(100A,100B)を固定した架台210が上下に可
動としている。架台210には干渉計ユニット100,(100A,
100B)の重量とほぼ等しいカウンタバランス314を設け
ることで干渉計ユニット100,(100A,100B)の移動と固
定の作業を容易にしている。
In the embodiment shown in FIG. 3, the linear movable direction of the interferometer units 100, (100A, 100B) in the embodiment shown in FIG. 2 is vertical. A moving rail 312 is provided on a column 311 that stands upright with respect to the fixed base 310, and a gantry 210 to which the interferometer units 100 and (100A, 100B) are fixed is vertically movable along the moving rail 312. The gantry 210 has an interferometer unit 100, (100A,
By providing the counter balance 314 substantially equal to the weight of the interferometer unit 100, (100B), the operation of moving and fixing the interferometer units 100, (100A, 100B) is facilitated.

第3図に示した実施例では、被検物131を保持する必
要がなく、固定台310のステージ上に置くだけで良くな
るので、干渉計測の作業性は格段に向上する。また被検
物131の設置面を基準とした干渉縞計測ができるため、
従来困難とされていた例えばフランジ部等を基準面とし
ての被検物を干渉計測・比較することが容易に可能とな
る。更にカウンタバランス314を設けて実際上はユニッ
ト重量をゼロとしているので、移動レール312と架台210
の間にはエアスライドを用いることで、ユニットの移動
方向の真直度を格段に向上させ、スティックスリップ等
が生じることがない。本発明者が試作検討を行ったとこ
ろでは、エアスライドを用いることで真直度を1μm以
下に押さえることは困難でなく、スライドに伴う振動も
10μm以下であって、被検物のステージの平面度を1μ
m以下、垂直度を2″以下に収めることが可能となっ
て、精度の高い計測が実施可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 3, there is no need to hold the test object 131, and it is sufficient only to place the test object 131 on the stage of the fixed base 310, so that the workability of the interference measurement is remarkably improved. In addition, since interference fringe measurement can be performed with reference to the installation surface of the test object 131,
For example, it is possible to easily perform interference measurement and comparison of a test object using a flange portion or the like as a reference surface, which has been conventionally difficult. Further, since the unit weight is actually zero by providing the counter balance 314, the moving rail 312 and the gantry 210
By using an air slide between them, the straightness in the moving direction of the unit is remarkably improved, and stick-slip or the like does not occur. According to the study of the prototype by the present inventor, it is not difficult to suppress the straightness to 1 μm or less by using the air slide, and the vibration accompanying the slide is also reduced.
10 μm or less, and the flatness of the stage of the test object is 1 μm.
m or less, and the verticality can be reduced to 2 ″ or less, and highly accurate measurement can be performed.

本発明者が試作検討を行ったところでは、エアスライ
ドを用いることで真直度を1μm以下に押さえることは
困難でなく、スライドに伴う振動も10μm以下であっ
て、被検物のステージの平面度を1μm以下、垂直度を
2″以下に収めることが可能となって、精度の高い計測
が実施可能となる。
According to the study of the prototype by the inventor, it was not difficult to suppress the straightness to 1 μm or less by using an air slide, and the vibration accompanying the slide was 10 μm or less. Can be set to 1 μm or less and the verticality can be set to 2 ″ or less, so that highly accurate measurement can be performed.

第4図は上記データが得られた干渉測定器の実施例を
示したもので、干渉計ユニット100,(100A,100B)の上
下移動と停止は電動モータ401によって駆動されるよう
にしたものである。電動モータ401と直結したボールス
クリュー402は電動モータ401の回転によって回転する。
ボールスクリュー402の回転で干渉計ユニット100,(100
A,100B)は円柱棒403に沿って上下動するエアスライド4
04を案内として上下動と停止がなされる。本実施例では
電動モータ401としてパルスモータを用い、手動入力に
よって発生したバルス発生器405からのパルス数に応じ
て、モータドライバ406を介して電動モータ401は回転す
るよう構成されたものである。
FIG. 4 shows an embodiment of an interferometer in which the above data is obtained. The interferometer units 100, (100A, 100B) are moved up and down and stopped by an electric motor 401. is there. The ball screw 402 directly connected to the electric motor 401 is rotated by the rotation of the electric motor 401.
With the rotation of the ball screw 402, the interferometer units 100 and (100
A, 100B) is an air slide 4 that moves up and down along the cylindrical bar 403
Up and down and stop are performed with 04 as a guide. In the present embodiment, a pulse motor is used as the electric motor 401, and the electric motor 401 is configured to rotate via the motor driver 406 according to the number of pulses from the pulse generator 405 generated by manual input.

第5図に示す実施例は電動モータ401Aにサーボモータ
を用い、干渉計ユニット100,(100A,100B)内に収めら
れたレーザー干渉測長器120の測長値をもとに、差動ア
ンプ501を含めたフィードバック回路を構成するように
したもので、電動モータ401Aに相対位置のフィードバッ
クをかけることにより完全にクローズドなユニットの移
動・停止と位置決めシステムとなっている。これによ
り、測定値をいちいちモニターして、ユニット100,(10
0A,100B)と被検物131の相対距離を合わせる作業も不要
となって、単に作業性が改善するだけでなく、被検物13
1をセッティングするだけで、パソコン502と連動させて
目標物を入力することにより差動アンプ501によって目
標値に対する測長値のフィードバックがなされて計測の
工程そのものを自動化することが可能となる。本発明者
は第5図に示した実施例の装置によって計測したとこ
ろ、±10nmの精度で安定して干渉計ユニット100,(100
A,100B)と被検物131との相対距離を維持することがで
きた。
The embodiment shown in FIG. 5 uses a servo motor as the electric motor 401A, and uses a differential amplifier based on the length measured by the laser interferometer 120 housed in the interferometer unit 100, (100A, 100B). A feedback circuit including 501 is provided, and a feedback system of the relative position is applied to the electric motor 401A to realize a completely closed unit movement / stop and positioning system. As a result, the measured values are monitored one by one and the units 100, (10
0A, 100B) and the work of adjusting the relative distance between the test object 131 and the test object 131 are not required.
By simply setting 1, by inputting the target in conjunction with the personal computer 502, the differential amplifier 501 feeds back the measured value with respect to the target value, and the measurement process itself can be automated. The inventor measured the interferometer units 100 and (100) stably with an accuracy of ± 10 nm when measured by the apparatus of the embodiment shown in FIG.
A, 100B) and the test object 131 could be maintained at a relative distance.

以上、干渉計の構成要素をユニット化し、その内にレ
ーザー干渉測長器を組み込むことにより生じる様々な実
施例とその効果について説明した。
In the foregoing, various embodiments and effects obtained by unitizing the components of the interferometer and incorporating the laser interferometer therein have been described.

次に前記した干渉測定器を用いて位相干渉縞計測を行
う例について説明する。これはサーボモータによりユニ
ットと被検物の相対距離を1μm程度ずつ微動すること
により、専用の画像処理装置やパソコン等に干渉縞の位
相を変えながら干渉縞画像を複数入力することにより、
その時のレーザー干渉測長器の測長値より、各画素の干
渉縞強度をIn=Asin(θ+4π・φn/λ)+dとしたと
きのその画素の位相角θを極めて精度良く計測できるも
ので、各画素の位相角θをもとに被検物を高精度(λ
/1000)に評価できる。
Next, an example in which phase interference fringe measurement is performed using the above-described interference measurement device will be described. This is achieved by inputting a plurality of interference fringe images while changing the phase of the interference fringes to a dedicated image processing device or personal computer by finely moving the relative distance between the unit and the test object by about 1 μm by a servomotor.
From the measured value of the laser interferometer at that time, when the interference fringe intensity of each pixel is In = Asin (θ + 4π · φn / λ) + d, the phase angle θ of the pixel can be measured extremely accurately. Based on the phase angle θ of each pixel, the test object is highly accurate (λ
/ 1000).

ここでInはn番目に取り込んだ干渉画面のある画素の
強度、Aは干渉縞強度変化の振幅、φnはその時の微動
量(測長量)、dはバックグランドの強度、θは求める
画素の初期位相で、通常はφnをλ/8枚に4画面取り、
I1〜I4の各画素で干渉縞強度をとることで、 によって初期位置θの算出がなされる。
Here, In is the intensity of a pixel in the interference screen captured at the nth position, A is the amplitude of the interference fringe intensity change, φn is the amount of fine movement (length measurement) at that time, d is the intensity of the background, and θ is the intensity of the pixel to be obtained. In the initial phase, usually 4 screens of φn are set to λ / 8
By taking the interference fringe intensity at each pixel of I 1 ~I 4, Is used to calculate the initial position θ.

以上のようにユニットの直線可動部を微少送りするこ
とで、位相の異なる複数の干渉縞画面を画像処理装置に
入力できるようにした本発明の干渉測定器では位相干渉
法を行うことができる。後処理を含めた数式とその処理
については4バケット法、5バケット法といった通常の
方法で計量し評価される。微動を可能とし、その微動量
(測長量)も精度良く計測できるようにした本発明の干
渉測定器では、従来位相縞計測の際用いられるピエゾ素
子による微動装置を用いないでも、前記したような多く
の付加価値が得られることとなった。
As described above, the interferometer according to the present invention, in which a plurality of interference fringe screens having different phases can be input to the image processing apparatus by slightly feeding the linear movable portion of the unit, can perform the phase interference method. The mathematical expressions including the post-processing and the processing are measured and evaluated by an ordinary method such as a 4-bucket method or a 5-bucket method. In the interferometer of the present invention, which enables fine movement and allows the amount of fine movement (length measurement) to be measured with high accuracy, as described above, without using a fine movement device using a piezo element conventionally used for phase fringe measurement. A lot of added value can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば以上説明したように、被検物を除く干
渉計構成要素をユニット化して、このユニット内にレー
ザー干渉測長器を組み込むようにし、干渉計と干渉測長
器のレーザー光源を共用としたので、干渉計の有してい
る被検面の干渉観察及び計測の機能に加えて、干渉計と
被検物の相対距離情報を精度よく同時に計測することを
可能とし、かつ全体としての測定系を小型・軽量にし、
能動光学部品が減少する分コストを低減し、メンテナン
ス容易な信頼性と作業性が向上した。また共用としたレ
ーザー光源には、周波数安定化レーザーが用いられるの
で、コヒーレント長は長く、観察される干渉縞のビジビ
リティ(コントラスト)は良好で、安定した測長精度が
得られる干渉測定器が提供されることとなった。
According to the present invention, as described above, the interferometer components other than the test object are unitized, and a laser interferometer is incorporated in this unit, and the laser light source of the interferometer and the interferometer is used. Since it is shared, in addition to the function of observing and measuring the interference of the test surface that the interferometer has, it is possible to accurately and simultaneously measure the relative distance information between the interferometer and the test object, and as a whole Measurement system is small and lightweight,
The cost has been reduced due to the reduction in the number of active optical components, and the reliability and workability of easy maintenance have been improved. In addition, since a frequency-stabilized laser is used as the shared laser light source, the coherent length is long, the visibility (contrast) of the observed interference fringes is good, and an interferometer that provides stable length measurement accuracy is provided. It was decided to be.

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

第1図(a),(b),(c)、第2図、第3図、第4
図、第5図はいずれも本発明の実施例を示す構成図、第
6図は従来の干渉測定器の構成図である。 100,100A,100B……干渉計ユニット 110,110A,110B……干渉計 111……レーザー光源 112……コリメーターレンズ 113……フィゾー参照レンズ 115……集光レンズ、120……レーザー干渉測長器 123……測長用干渉プリズム 130,210……架台、131……被検物 131a……被検面、132……測長ミラー(プリズム) 140,220……ベンチ、310……固定台 311……支柱、314……カウンタバランス 401,401A……駆動モータ
FIGS. 1 (a), (b) and (c), FIGS. 2, 3 and 4
FIG. 5 and FIG. 5 are configuration diagrams showing an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional interferometer. 100,100A, 100B ... Interferometer unit 110,110A, 110B ... Interferometer 111 ... Laser light source 112 ... Collimator lens 113 ... Fizeau reference lens 115 ... Condenser lens 120 ... Laser interferometer 123 …… Measurement interference prisms 130,210 …… Base, 131 ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …… Counter balance 401,401A …… Drive motor

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】干渉観察用干渉計のレーザー光源とレーザ
ー干渉測長器のレーザー光源とを共用し、前記干渉観察
用干渉計の被検光軸と前記レーザー干渉測長器の測長光
軸とを平行かつ同一の向きに配置したことを特徴とする
干渉測定器。
1. A laser light source of an interferometer for interference observation and a laser light source of a laser interferometer are shared, and a test optical axis of the interferometer for interference observation and a measuring optical axis of the laser interferometer are measured. Characterized in that they are arranged in parallel and in the same direction.
【請求項2】被検物を除く前記干渉計構成要素と、測長
ミラー又はプリズムを除く前記レーザー干渉測長器構成
要素とを同一ユニット内に設けたことを特徴とする請求
項1に記載の干渉測定器。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the interferometer components other than the test object and the laser interferometer components other than the length measuring mirror or prism are provided in the same unit. Interferometer.
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