JP2864171B2 - Observation optical system - Google Patents

Observation optical system

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JP2864171B2
JP2864171B2 JP10360891A JP10360891A JP2864171B2 JP 2864171 B2 JP2864171 B2 JP 2864171B2 JP 10360891 A JP10360891 A JP 10360891A JP 10360891 A JP10360891 A JP 10360891A JP 2864171 B2 JP2864171 B2 JP 2864171B2
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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、干渉縞を結像して鮮明
な干渉像を得るための光学系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system for forming a clear interference image by forming interference fringes.

【0002】[0002]

【従来の技術】ここで考察する干渉計は、その必要な構
成要素として、光源からの光束を参照光束及び測定光束
に分離する光学面と参照光束と測長光束を一致させる光
学面と、生じた干渉縞を投影レンズ、結像レンズによっ
て投影観察する光学系を有しているものであれば良く、
フィゾー型、マッハツェンダー型、トワイマングリーン
型等干渉計の型によらないが、以下従来技術について、
フィゾー干渉計を例にとって説明する。
2. Description of the Related Art The interferometer considered here has, as necessary components, an optical surface for separating a light beam from a light source into a reference light beam and a measurement light beam, and an optical surface for matching the reference light beam and the length measuring light beam. What is necessary is just to have an optical system for projecting and observing the interference fringes with a projection lens and an imaging lens.
Regardless of the type of interferometer such as Fizeau type, Mach-Zehnder type, Twyman Green type, etc.
A description will be given using a Fizeau interferometer as an example.

【0003】図10は一般的なフィゾー干渉計の光学系
を示す。入射光束は、図中に実線で示すように、集光レ
ンズ1、ハーフミラー2、コリメーターレンズ3を経て
フィゾー参照レンズ4に入射し、その一部はフィゾー参
照レンズ4のフィゾー参照面5で反射し、一部は被験面
6に入射し、ここで反射される。フィゾー参照面5から
の戻り光と被験面6からの戻り光が干渉して、再びフィ
ゾー参照レンズ4とコリメーター3を通り、投影レンズ
7により平行光束にされて、オパールグラス8の荒ずり
面上に投影される。以上は、被験面6からの戻り光のう
ち、回折しない0次光についての光路である。
FIG. 10 shows an optical system of a general Fizeau interferometer. The incident light flux enters the Fizeau reference lens 4 through the condenser lens 1, the half mirror 2, and the collimator lens 3 as shown by a solid line in the figure, and a part of the light flux enters the Fizeau reference surface 5 of the Fizeau reference lens 4. The light is reflected, and a part of the light is incident on the test surface 6, where it is reflected. The return light from the Fizeau reference surface 5 and the return light from the test surface 6 interfere with each other, pass through the Fizeau reference lens 4 and the collimator 3 again, are converted into a parallel light beam by the projection lens 7, and the rough surface of the opal glass 8 Projected above. The above is the optical path of the zero-order light that is not diffracted from the return light from the test surface 6.

【0004】しかしながら、被験面6上からの戻り光
は、被験表面のゴミや汚れ、光学面外縁等によってさえ
ぎられるための回折を発生し、図中点線で示した様な広
がりを持つ光束となる。この光束を、投影面であるオパ
ールグラス8上に0次光も含めて結像させないと、投影
された干渉縞から高周波成分が欠落し、ボヤけた干渉像
となり又周辺のエッジ部では、回折光が0次光と干渉し
て干渉縞を曲げたりする。 そこで図10の様に、オパ
ールグラス8を光軸方向に移動して、被験面6上の点と
オパールグラス8上の投影像点とを物像関係に置くと、
被験面上の回折光は、フィゾー参照レンズ4、コリメー
ター3、投影レンズ7によって0次光と同一点に投影さ
れるため、明瞭な干渉縞を得ることができる。被験面6
のフィゾー参照レンズ4、コリメーター3、投影レンズ
7に対する物体側としての位置は、測定形状によって常
に変わるため、その毎にオパールグラス8の位置を調整
する必要がある。これが干渉計の焦点合わせである。
[0004] However, the return light from the test surface 6 generates diffraction to be blocked by dust and dirt on the test surface, the outer edge of the optical surface, etc., and becomes a light beam having a spread as shown by a dotted line in the figure. . If this light flux is not imaged on the opal glass 8 as the projection surface, including the 0th-order light, high-frequency components are lost from the projected interference fringes, resulting in a blurred interference image. Interferes with the zero-order light and bends interference fringes. Therefore, as shown in FIG. 10, when the opal glass 8 is moved in the optical axis direction and the point on the test surface 6 and the projected image point on the opal glass 8 are placed in an object-image relationship,
Since the diffracted light on the test surface is projected on the same point as the zero-order light by the Fizeau reference lens 4, collimator 3, and projection lens 7, clear interference fringes can be obtained. Test surface 6
Since the position on the object side with respect to the Fizeau reference lens 4, the collimator 3, and the projection lens 7 always changes depending on the measurement shape, it is necessary to adjust the position of the opal glass 8 each time. This is the focus of the interferometer.

【0005】従来技術では、円板上のオパールグラス8
を回転させて、投影像のコヒーレンシィを時間的におと
し、同時に空間的なローパスフィルターの役目もかね
て、ゴミや汚れによる干渉像のバックグランドノイズを
おとして見かけ上干渉縞像をきれいにみせている。オパ
ールグラスにより拡散光となった干渉縞像は、結像レン
ズ9により光像検出器としてのCCD−TV10上へ結
像され、モニターできる様になっている。この従来方法
の特徴は、干渉縞をオパールグラス上に一旦投影させ、
結像レンズによって実像化し、それをCCD−TVに結
像させている点である。焦点合せは、結像レンズとオパ
ールガラスを一体として動かして行う。
[0005] In the prior art, an opal glass 8 on a disc is used.
Is rotated to temporally reduce the coherency of the projected image, and at the same time, also serves as a spatial low-pass filter, reducing the background noise of the interference image due to dust and dirt to make the interference fringe image appear clear . The interference fringe image diffused by the opal glass is formed on a CCD-TV 10 as an optical image detector by an imaging lens 9 and can be monitored. The feature of this conventional method is that the interference fringes are once projected on the opal glass,
The point is that a real image is formed by the image forming lens and the image is formed on the CCD-TV. Focusing is performed by moving the imaging lens and the opal glass together.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の構成を有する干
渉計において、オパールグラスを使用していた理由は、
干渉像を見掛け上きれいにすることによってCCD−T
Vから得た干渉縞の静止画像の処理を容易にするため
と、CCDの画素ピッチとバックグランドノイズでモワ
レ縞が発生することを防ぐためであった。しかるに、近
年、より高精度な干渉信号の処理方法として一般化して
きた位相干渉法では、バックグランドノイズをはじめと
するDCノイズは処理精度に全く影響を与えないし、ま
た、CCDの画素数も飛躍的に増大して、発生すべきモ
ワレ縞の帯域が高周波となったため、ピントの合ってい
ないバックグランドノイズには高周波成分が殆ど無いの
で、モアレ縞問題とならなくなってしまった。かえっ
て、オパールグラスにより干渉縞像の空間的高周波成分
が損なわれ、また、光量的にも損失を招く。またオパー
ルグラスは平行平板であるから、表裏面反射が観察光束
に重なり、しかも荒ずり面は、反射防止コートをしても
全く効果がない拡散面であるから、数%にも及ぶ表裏面
反射が観察光束に重畳し、干渉縞のコントラストを低下
させる。さらに、オパールグラスの荒ずり面のノイズを
とるためにコヒーレンシィを悪くする目的で、オパール
グラスを回転させているが、この回転軸と荒ずり面の垂
直度の誤差により投影干渉縞のフレを生じる。このフレ
はオパールガラスの回転により平均化されるが、垂直度
の誤差をかなり厳しくおさえないと、1000rpm程
度ではこの投影干渉縞のフレが平均化されない。これ
は、位相干渉法を用い、干渉縞を動かして高精度にその
位相を特定する場合に、位相誤差として影響して測定精
度をおとす。むしろ被験光学素子の精度が超精密化する
につれ、より真の値に近い測定値、正確な横分解能が干
渉計に求められてきている。換言すれば、現在では上記
の欠点を我慢してまでオパールグラスを使用する理由が
無くなってしまっている。
The reason for using an opal glass in the interferometer having the above configuration is as follows.
CCD-T
This is to facilitate the processing of a still image of interference fringes obtained from V and to prevent the occurrence of moire fringes due to the pixel pitch of the CCD and background noise. However, in the phase interferometry, which has been generalized in recent years as a method of processing interference signals with higher precision, DC noise such as background noise has no effect on the processing accuracy, and the number of pixels of the CCD also jumps. Since the band of the moiré fringes to be generated has a high frequency, the background noise that is out of focus has almost no high-frequency component, so that the moire fringe problem does not occur. On the contrary, the opal glass impairs the spatial high-frequency component of the interference fringe image, and also causes a loss in light quantity. Opal glass is a parallel flat plate, so that the reflection on the front and back surfaces overlaps the observation light beam, and the rough surface is a diffusion surface that has no effect even if an antireflection coating is applied, so that the reflection on the front and back surfaces reaches several percent. Are superimposed on the observation light beam and reduce the contrast of interference fringes. Furthermore, the opal glass is rotated in order to reduce coherency in order to reduce noise on the rough surface of the opal glass. Occurs. This flare is averaged by the rotation of the opal glass. However, unless the error of the perpendicularity is considerably suppressed, the flare of the projected interference fringe is not averaged at about 1000 rpm. This means that when the interference fringes are moved and the phase is specified with high accuracy using the phase interference method, the measurement accuracy is reduced by affecting the phase as an error. Rather, as the precision of the optical element under test becomes ultra-precise, interferometers are required to have a measured value closer to a true value and an accurate lateral resolution. In other words, there is no longer any reason to use opal glass to endure the above drawbacks.

【0007】さらに、観察倍率の変更は、結像レンズと
してズームレンズを用い、そのズーム倍率を変えること
で行っているが、ズームレンズは一般に歪曲収差が大き
く、変倍率を6倍近くに大きくとると、歪曲収差が数%
にも達するため、観察及び解折するための干渉縞像が歪
み、干渉縞の解折値に誤差を生じていた。
Further, the observation magnification is changed by using a zoom lens as an image forming lens and changing the zoom magnification. However, the zoom lens generally has large distortion and the magnification is set to be close to 6 times. And distortion is several percent
As a result, the interference fringe image for observation and breaking is distorted, causing an error in the broken value of the interference fringes.

【0008】また、焦点合せの際に厳密に観察倍率を一
定とするためには、焦点合せの際に、オパールグラス、
結像レンズ、CCD−TVを一体化して光軸方向に移動
する必要がある。一体化しないと、結像レンズに対して
オパールグラスとCCD−TV面とが焦点合せに伴い物
像関係から外れ、この部分でピンボケや観察倍率の変動
が発生し、従って観察情報量を低下させ、干渉縞の解析
結果に誤差を生ずるからである。しかるに従来方法で
は、オパールグラスと結像レンズのみを一体化して光軸
方向に移動するだけで、CCD−TVは固定としてい
る。このため、CCD−TVと結像レンズの距離を離し
(50cm以上)、結像レンズのCCD−TV側の焦点深
度を深くすることによって、この部分でのピンボケ量と
観察倍率の変動量を実用上問題ないレベルにすることで
解決をはかっているが、そのために観察光学系は極めて
大きくなり、ひいては全体の干渉計のサイズを大きなも
のとしていた。本発明は、従来方法のこれらの欠点を全
て解決する干渉計の合焦光学系と変倍光学系に関するも
のである。
In order to strictly keep the observation magnification constant during focusing, an opal glass,
It is necessary to move the imaging lens and the CCD-TV integrally in the optical axis direction. If they are not integrated, the opal glass and the CCD-TV surface deviate from the image relationship with the imaging lens due to focusing, and out-of-focus and fluctuations in observation magnification occur in this part, thus reducing the amount of observation information. This is because an error occurs in the analysis result of interference fringes. However, in the conventional method, only the opal glass and the imaging lens are integrated and moved in the optical axis direction, and the CCD-TV is fixed. For this reason, the distance between the CCD-TV and the imaging lens is increased (at least 50 cm), and the depth of focus of the imaging lens on the CCD-TV side is increased. The problem is solved by setting the level to a level that does not cause a problem, but the observation optical system becomes extremely large, and the size of the entire interferometer is increased. The present invention relates to a focusing optics and a variable power optics of an interferometer that overcomes all of these disadvantages of the conventional method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明の干渉計の合焦
光学系を有する観察光学系は、観察系における干渉縞を
被験面位置に合焦する光学系において、コリメーターと
焦点位置を共用し、干渉縞の被験面からの0次光をコリ
メートする投影レンズと、その光束を光像検出器上に投
影する結像レンズからなり、結像レンズと光像検出器を
一体として光軸方向に前後させ、投影レンズとの距離を
変えることにより一次以降の回折光を0次光位置に結像
させることにより上記の課題を解決したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An observation optical system having a focusing optical system of an interferometer according to the present invention is an optical system for focusing an interference fringe in the observation system on a position of a test surface, and shares a focal position with a collimator. A projection lens for collimating the zero-order light from the test surface of the interference fringes, and an imaging lens for projecting the light beam onto the optical image detector, and the imaging lens and the optical image detector are integrated into the optical axis direction. The above-mentioned problem has been solved by forming diffracted light of the first and subsequent orders at the zero-order light position by changing the distance from the projection lens.

【0010】この合焦光学系においては、光像検出器と
結像レンズの距離を結像レンズの後側焦点距離fの2倍
に固定し、また、投影レンズと光像検出器の間に直角プ
リズムを抽入して光軸を折り返し、この直角プリズムを
投影レンズに対して光軸方向に前後させることにより合
焦を行い、さらに光像検出器と結像レンズ間に前述の直
角プリズムの折り返し面と直交する折り返し面を持つ直
角プリズムを配設することが望ましい。
In this focusing optical system, the distance between the optical image detector and the imaging lens is fixed to twice the rear focal length f of the imaging lens, and the distance between the projection lens and the optical image detector is fixed. The right-angle prism is extracted and the optical axis is turned back, and the right-angle prism is moved forward and backward with respect to the projection lens in the optical axis direction to perform focusing. Further, the right-angle prism described above is interposed between the optical image detector and the imaging lens. It is desirable to provide a right-angle prism having a folded surface orthogonal to the folded surface.

【0011】さらに、投影レンズ後側にビームエクスパ
ンダー又はビームコンプレッサーを配設して変倍を行う
ことが望ましく、このとき、倍率の異なるビームエクス
パンダー及びビームコンプレッサーを、モジュール化さ
れた光学系の組合せで構成し、複数の倍率の異なるビー
ムエクスパンダー又はビームコンプレッサーを回転板に
円周状に固定し、この回転板を回転させることにより観
察倍率を変えられるようにするのがよい。また、各光学
素子の正弦条件誤差を0.1%以下に保つ。
Further, it is preferable to dispose a beam expander or a beam compressor on the rear side of the projection lens to perform zooming. At this time, the beam expander and the beam compressor having different magnifications are connected to a modularized optical system. It is preferable that a plurality of beam expanders or beam compressors having different magnifications are circumferentially fixed to the rotating plate, and that the observation magnification can be changed by rotating the rotating plate. Also, the sine condition error of each optical element is kept at 0.1% or less.

【0012】[0012]

【作用】この方式の大きな特徴は、オパールグラス等を
使わず、干渉縞を実像化していないということである。
これにより、前述したオパールグラスによる干渉縞の高
周波成分を何ら欠落させることなく観察及び解折でき
る。又、光量損失も発生せず、表裏面反射による不用光
の重畳もなく、非常に鮮鋭度の高い干渉縞観察が可能と
なる。
The major feature of this method is that no opal glass or the like is used, and the interference fringes are not realized.
Thereby, observation and breaking can be performed without dropping the high-frequency component of the interference fringe by the opal glass described above. In addition, there is no loss of light amount, and there is no superposition of unnecessary light due to reflection on the front and back surfaces, and it is possible to observe interference fringes with extremely high sharpness.

【0013】[0013]

【実施例】上記の各構成について、実施例によって詳細
に説明する。図1にフィゾー型の干渉計における本実施
例を示す。光源からの光束を、焦光レンズ1とハーフプ
リズム2を通してコリメーター3に導き、フィゾー参照
レンズ4の参照面5と被験面6からの戻り光により干渉
縞を発生する。この0次の戻り光束は、ハーフプリズム
2を透過し投影レンズ7によって平行光束にされる。こ
の光路は図10に示した従来の干渉計と同様である。本
発明では、この後に直接結像レンズ9を用いてCCD−
TV10上に0次光のデフォーカス像を投影させてい
る。干渉縞は、空間的に光軸方向に垂直な平面内の強度
分布として存在しているため、0次光については、結像
レンズの焦点以外のどこにCCD−TV面を持ってきて
も良い。ここで、CCD−TV面と結像レンズの距離を
固定して一体化し、これを光軸方向に前後させると、回
折光が、0次光と同じ位置に結像する位置があり、ここ
にあわせることで合焦ができる。つまり、回折光の投影
レンズ7による空中像を結像レンズ9でCCD−TV1
0上に結像させる。
[Embodiments] Each of the above-mentioned structures will be described in detail with reference to embodiments. FIG. 1 shows this embodiment in a Fizeau interferometer. The light flux from the light source is guided to the collimator 3 through the focusing lens 1 and the half prism 2, and interference fringes are generated by the return light from the reference surface 5 and the test surface 6 of the Fizeau reference lens 4. This 0-order return light beam passes through the half prism 2 and is converted into a parallel light beam by the projection lens 7. This optical path is similar to that of the conventional interferometer shown in FIG. In the present invention, the CCD-
A defocused image of zero-order light is projected on the TV 10. Since the interference fringes are spatially present as an intensity distribution in a plane perpendicular to the optical axis direction, the CCD-TV plane may be brought to any position other than the focal point of the imaging lens for the zero-order light. Here, when the distance between the CCD-TV surface and the imaging lens is fixed and integrated, and this is moved back and forth in the optical axis direction, there is a position where the diffracted light forms an image at the same position as the 0th-order light. Focusing can be achieved by adjusting the focus. That is, the aerial image of the diffracted light by the projection lens 7 is converted by the imaging lens 9 into the CCD-TV 1
Image on 0.

【0014】また、CCD−TVの結像面と結像レンズ
の間隔を、結像レンズの後側焦点距離の2倍位置に固定
すると、合焦位置で投影レンズによる回折像とCCD−
TVの結像面上の投影像の大きさが等倍となり、投影レ
ンズの射出瞳径と同じ大きさの干渉縞像が得られる。こ
のとき、結像レンズは、図2の様に前群と後群を全く同
一エレメントにして、歪曲収差や正弦条件誤差を低く押
えることができるため、結像レンズのコストを大幅に下
げることができる。
When the distance between the imaging surface of the CCD-TV and the imaging lens is fixed to a position twice as long as the rear focal length of the imaging lens, the diffraction image by the projection lens and the CCD-focus at the in-focus position
The size of the projected image on the image plane of the TV becomes equal, and an interference fringe image having the same size as the exit pupil diameter of the projection lens is obtained. At this time, since the front and rear groups of the imaging lens can be made exactly the same element as shown in FIG. 2, distortion and sine condition error can be suppressed low, so that the cost of the imaging lens can be greatly reduced. it can.

【0015】図3に投影レンズ7と結像レンズ9の間に
直角プリズム11を挿入した実施例を示す。便宜上、図
3において紙面に平行な平面を直角プリズムの折り返し
面と呼ぶ。投影レンズまでの光学系は同じなので除いて
ある。この直角プリズム11により、結像レンズの物像
間距離をみかけ上3/4〜1/2程度に短くできる。ま
た、この直角プリズム11を投影レンズの光軸方向へ動
かすことにより、結像レンズ9とCCD−TV10を固
定したまま合焦することができる。しかも、直角プリズ
ムは単部品のため、結像レンズとCCD−TVを一体化
して動かす場合よりも小さな駆動力及び駆動機構で合焦
ができる。さらに光路が折り返しているため、直角プリ
ズムの移動距離に対し、実際の合焦光路長はその2倍だ
け変化することになり、素速くしかも微少移動で合焦効
果を得ることができ、直角プリズムを使わないときと同
様、観察倍率が合焦により変化することもない。直角プ
リズムは、頂角近傍は全く使用しないので、図4に示す
様に直角部分を切り落してよりコンパクトな合焦光学系
としても良い。
FIG. 3 shows an embodiment in which a right-angle prism 11 is inserted between the projection lens 7 and the imaging lens 9. For convenience, a plane parallel to the plane of FIG. 3 is referred to as a folded surface of the right-angle prism in FIG. The optical system up to the projection lens is omitted because it is the same. With the right-angle prism 11, the apparent object-image distance of the imaging lens can be reduced to about / to 上 apparently. In addition, by moving the right-angle prism 11 in the optical axis direction of the projection lens, it is possible to focus while the imaging lens 9 and the CCD-TV 10 are fixed. Moreover, since the right-angle prism is a single component, focusing can be performed with a smaller driving force and a smaller driving mechanism than when the imaging lens and the CCD-TV are integrally moved. Further, since the optical path is turned back, the actual focusing optical path length changes by twice the moving distance of the right-angle prism, and a focusing effect can be obtained quickly and with a small movement. As in the case where is not used, the observation magnification does not change due to focusing. Since the right angle prism does not use the vicinity of the apex at all, the right angle portion may be cut off as shown in FIG. 4 to provide a more compact focusing optical system.

【0016】結像レンズとCCD−TV間にも直角プリ
ズム12を挿入して、光路をさらに折り返した実施例を
図5に示す。これにより、結像レンズの物像間距離は、
見掛け上1/2近くにまでコンパクト化できる。さらに
この直角プリズム12を投影レンズと結像レンズの間に
挿入した直角プリズム11と全く同一にすると、結像レ
ンズの直角プリズムを含んだ前群と後群を同じエレメン
トにしても、歪曲収差や正弦条件誤差を低く押えること
ができるため、コストを大幅に下げることができる。
FIG. 5 shows an embodiment in which the right-angle prism 12 is inserted between the imaging lens and the CCD-TV, and the optical path is further turned back. Thus, the object-image distance of the imaging lens is
Apparently, it can be reduced to almost half. Further, when the right-angle prism 12 is made exactly the same as the right-angle prism 11 inserted between the projection lens and the imaging lens, distortion and aberration can be reduced even if the front and rear groups including the right-angle prism of the imaging lens are the same element. Since the sine condition error can be kept low, the cost can be greatly reduced.

【0017】しかも、2つの直角ブリズムのそれぞれの
折り返し光束を含む面が直角になる様に図6の様に配置
すると、直角プリズムをそれぞれの入射光束と垂直な折
り返し面上の方向にシフトしてやることで、CCD−T
V上の干渉像を、例えば上下方向と左右方向というよう
に互いに一次独立に動かすことができる。これによっ
て、CCD−TVと結像光学系の最終的な光軸合せが、
極めて容易にできる様になる。
Moreover, when the planes containing the folded light beams of the two right-angle bristles are arranged as shown in FIG. 6 so as to be at right angles, the right-angle prism is shifted in the direction on the folded surface perpendicular to the respective incident light beams. And CCD-T
The interference images on V can be moved independently of each other, for example, vertically and horizontally. Thereby, the final optical axis alignment of the CCD-TV and the imaging optical system is
It will be very easy to do.

【0018】図7の実施例は、投影レンズの後側にビー
ムエクスパンダー13を挿入して観察倍率を高めた例で
ある。これ以後の光学系は、前述の直角プリズムを挿入
してこれにより合焦するものでもそうでないものでも良
い。ビームエクスパンダーは、平行光束を入射し、その
径を拡げて平行光束として出射するため、光学系のシフ
トによる偏心は全く画質に影響せず、ティルトに対して
も非常に強い光学系である。しかも単一倍率のレンズと
して設計するため、従来のズームレンズに比較して、投
影レンズと組合せたときの歪曲収差や正弦条件誤差を、
少ないレンズ枚数で容易に小さく設計することができ、
ズームレンズよりもレンズの表面反射による不要光が少
なく、高鮮鋭と低歪みを保ち易くできる。
In the embodiment shown in FIG. 7, a beam expander 13 is inserted behind the projection lens to increase the observation magnification. The optical system thereafter may or may not include the above-described right-angle prism and focus on it. The beam expander receives a parallel light beam, expands its diameter, and emits the light beam as a parallel light beam. Therefore, the eccentricity due to the shift of the optical system does not affect the image quality at all, and is a very strong optical system against tilt. Moreover, since it is designed as a single-magnification lens, distortion and sine condition errors when combined with a projection lens are reduced compared to conventional zoom lenses.
It can be easily designed small with a small number of lenses,
Unnecessary light due to surface reflection of the lens is smaller than that of the zoom lens, and high sharpness and low distortion can be easily maintained.

【0019】このようなビームエクスパンダーを複数設
け、これらを交換できる機構を設けることにより、従来
のズームレンズを用いる場合よりも高品位な干渉像を維
持しながら変倍が可能となる。その実施例を図8に示
す。回転板14に円周上に配したビームエクスパンダー
13、13’、13”等を回転軸15により回転させて
観察倍率の変倍を行う。この回転板14の回転精度や停
止角度精度が少々悪くても、前述の理由により、観察し
ている干渉像にはほとんど影響を与えない。
By providing a plurality of such beam expanders and providing a mechanism capable of exchanging them, zooming can be performed while maintaining a higher-quality interference image than in the case of using a conventional zoom lens. An example is shown in FIG. The magnification of the observation magnification is performed by rotating the beam expanders 13, 13 ', 13 "and the like arranged on the circumference of the rotating plate 14 by the rotating shaft 15. The rotating accuracy and the stopping angle accuracy of the rotating plate 14 are slightly increased. At worst, it has little effect on the observed interference image for the reasons described above.

【0020】ビームエクスパンダーだけでなく、ビーム
コンプレッサーにおいても入出射光束は平行光であり、
シフトやティルトに対する画質への影響は鈍感であるた
め、全く同様にしてビームコンプレッサーを用いて画質
を損なうことなく観察倍率を変倍できる。
Not only in the beam expander but also in the beam compressor, the incoming and outgoing light beams are parallel light,
Since the influence of the shift and tilt on the image quality is insensitive, it is possible to change the observation magnification using the beam compressor without deteriorating the image quality.

【0021】図8に示す実施例のように倍率の異なるビ
ームエクスパンダーやビームコンプレッサーを多数用い
ると、この変倍系が高価になる欠点があった。そこで、
倍率の高い変倍は低いものの組合せで行うと、レンズ系
の種類を多くすることなく広範囲に倍率を変えられるの
で、量産効果によりコストを下げられる。図9の例で
は、2倍のビームエクスパンダー13を用いて、これを
モジュールとしてシリーズに接続して、回転板にとりつ
け、×1(ビームエクスパンダーなし)、×2(13、
ビームエクスパンダー1個)、×4(13’ビームエク
スパンダー2個)、×8(13”ビームエクスパンダー
3個)の4つの観察倍率を得た例を示す。これは、2倍
のビームエクスパンダーを一度に6個つくるだけで実現
できるため、3種類のビームエクスパンダーを各1ケず
つ作るよりも、価格的には下がる。この様にモジュール
化されたビームエクスパンダー又はビームコンプレッサ
ーを縦列して使えるのは、ビームエクスパンダーやビー
ムコンプレッサーの光学系がティルトやシフトに対して
極めて影響されにくく、単一倍率のため、各収差を低く
設計できることによる。
When a large number of beam expanders and beam compressors having different magnifications are used as in the embodiment shown in FIG. 8, there is a disadvantage that this variable power system becomes expensive. Therefore,
If a high magnification is performed with a combination of low magnifications, the magnification can be changed over a wide range without increasing the number of types of lens systems, so that the cost can be reduced due to mass production effects. In the example of FIG. 9, using a double beam expander 13, this is connected to a series as a module, and attached to a rotating plate, and x1 (no beam expander), x2 (13,
An example in which four observation magnifications of x4 (two 13 'beam expanders), x8 (three 13 "beam expanders) and x8 (three 13" beam expanders) are obtained. Since it can be realized only by making six expanders at a time, the price is lower than making three types of beam expanders one by one.In this way, cascade of modularized beam expanders or beam compressors It can be used because the optical system of the beam expander and beam compressor is extremely insensitive to tilt and shift, and because it has a single magnification, each aberration can be designed to be low.

【0022】[0022]

【発明の効果】上記のように、本発明においては、従来
のようにオパールグラス等を使わず、干渉縞を実像化し
ていないので、オパールグラスによる干渉縞の高周波成
分を何ら欠落させることなく観察及び解折ができる。
又、光量損失も発生せず、表裏面反射による不用光の重
畳もなく、非常に鮮鋭度の高い干渉縞観察が可能とな
る。そして、従来は大型化し易かった観察光学系がコン
パクトになるが、光路中にプリズムを挿入することによ
りさらにコンパクト化を図ることが出来た。
As described above, in the present invention, since the interference fringes are not realized as in the conventional art without using an opal glass or the like, the high-frequency components of the interference fringes due to the opal glass can be observed without any loss. And can be broken.
In addition, there is no loss of light amount, and there is no superposition of unnecessary light due to reflection on the front and back surfaces, and it is possible to observe interference fringes with extremely high sharpness. Although the observation optical system, which was conventionally easy to increase in size, becomes compact, it was possible to further reduce the size by inserting a prism in the optical path.

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

【図1】本発明をフィゾー干渉計に実施した場合の実施
例の光路図
FIG. 1 is an optical path diagram of an embodiment when the present invention is applied to a Fizeau interferometer.

【図2】結像レンズの構成の1例を示す光学配置図FIG. 2 is an optical arrangement diagram showing an example of a configuration of an imaging lens.

【図3】投影レンズと結像レンズの間に直角プリズムを
挿入した観察光学系の光学配置図
FIG. 3 is an optical arrangement diagram of an observation optical system in which a right-angle prism is inserted between a projection lens and an imaging lens.

【図4】直角プリズムの形状の1例を示す平面図FIG. 4 is a plan view showing an example of the shape of a right-angle prism.

【図5】結像光学系中にも直角プリズムを挿入した実施
例の光学配置図
FIG. 5 is an optical arrangement diagram of an embodiment in which a right-angle prism is also inserted in the imaging optical system.

【図6】結像光学系中にも直角プリズムを挿入した他の
実施例の光学配置図
FIG. 6 is an optical arrangement diagram of another embodiment in which a right-angle prism is also inserted in the imaging optical system.

【図7】ビームエクスパンダーにより観察倍率を高めた
実施例の光学配置図
FIG. 7 is an optical arrangement diagram of an embodiment in which an observation magnification is increased by a beam expander.

【図8】複数のビームエクスパンダーにより変倍を行う
実施例の光学配置図
FIG. 8 is an optical arrangement diagram of an embodiment in which magnification is changed by a plurality of beam expanders.

【図9】ビームエクスパンダーをモジュール化した実施
例を示す概念図
FIG. 9 is a conceptual diagram showing an embodiment in which a beam expander is modularized.

【図10】フィゾー干渉計の従来例の光路図FIG. 10 is an optical path diagram of a conventional example of a Fizeau interferometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 焦光レンズ 2 ハーフプリズム 3 コリメーター 4 フィゾー参照レンズ 5 フィゾー参照面 6 被験面 7 投影レンズ 8 オパールグラス 9 結像レンズ 10 CCD−TV 11、12 直角プリズム 13 ビームエクスパンダー 14 回転板 15 回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Focal lens 2 Half prism 3 Collimator 4 Fizeau reference lens 5 Fizeau reference surface 6 Test surface 7 Projection lens 8 Opal glass 9 Imaging lens 10 CCD-TV 11, 12 Right angle prism 13 Beam expander 14 Rotating plate 15 Rotation axis

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 観察系における干渉縞を被験面位置に合
焦する光学系において、コリメーターと焦点位置を共用
し、干渉縞の被験面からの0次光をコリメートする投影
レンズと、その光束を光像検出器上に投影する結像レン
ズからなり、結像レンズと光像検出器を一体として光軸
方向に前後させ、投影レンズとの距離を変えることによ
り一次以降の回折光を0次光位置に結像させる様にした
合焦光学系を有することを特徴とする観察光学系
In an optical system for focusing an interference fringe in an observation system on a position of a test surface, a projection lens that shares a focus position with a collimator and collimates zero-order light of the interference fringe from the test surface, and a light beam thereof Is formed on the optical image detector, and the image forming lens and the optical image detector are integrally moved back and forth in the optical axis direction, and the first and subsequent diffracted lights are changed to the 0th order by changing the distance from the projection lens. An observation optical system having a focusing optical system for forming an image at a light position.
【請求項2】 請求項1において、光像検出器と結像レ
ンズの距離を結像レンズの後側焦点距離fの2倍に固定
したことを特徴とする合焦光学系を有する観察光学系
2. An observation optical system having a focusing optical system according to claim 1, wherein the distance between the optical image detector and the imaging lens is fixed to twice the rear focal length f of the imaging lens.
【請求項3】 請求項1或は2において、投影レンズと
光像検出器の間に直角プリズムを抽入して光軸を折り返
し、この直角プリズムを投影レンズに対して光軸方向に
前後させることにより合焦を行うことを特徴とする合焦
光学系を有する観察光学系
3. A projection lens according to claim 1, wherein a right-angle prism is inserted between the projection lens and the optical image detector to turn the optical axis back, and the right-angle prism is moved back and forth with respect to the projection lens in the optical axis direction. Optical system having a focusing optical system characterized in that focusing is performed by
【請求項4】 請求項1ないし3の何れかにおいて、光
像検出器と結像レンズ間に前述の直角プリズムの折り返
し面と直交する折り返し面を持つ直角プリズムを設けた
ことを特徴とする干渉計の合焦光学系を有する観察光学
4. The interference according to claim 1, wherein a right-angle prism having a folded surface orthogonal to the folded surface of the right-angle prism is provided between the optical image detector and the imaging lens. Observation optical system with focusing optical system
【請求項5】 請求項1ないし4の何れかにおいて、投
影レンズ後側にビームエクスパンダー又はビームコンプ
レッサーを配設して変倍を行うことを特徴とする干渉計
の変倍光学系を有する観察光学系
5. The observation apparatus according to claim 1, wherein a variable power optical system of the interferometer is provided by arranging a beam expander or a beam compressor behind the projection lens. Optical system
【請求項6】 請求項5において、倍率の異なるビーム
エクスパンダー及びビームコンプレッサーを、モジュー
ル化された光学系の組合せで構成したことを特徴とする
干渉計の変倍光学系を有する観察光学系
6. The observation optical system according to claim 5, wherein the beam expander and the beam compressor having different magnifications are configured by a combination of modularized optical systems.
【請求項7】 請求項5或は6において、複数の倍率の
異なるビームエクスパンダー又はビームコンプレッサー
を回転板に円周状に固定し、この回転板を回転させるこ
とにより観察倍率を変えられることを特徴とする干渉計
の変倍光学系を有する観察光学系
7. The method according to claim 5, wherein a plurality of beam expanders or beam compressors having different magnifications are fixed to a rotating plate in a circumferential shape, and the observation magnification can be changed by rotating the rotating plate. Observation optical system with variable magnification optical system of interferometer
【請求項8】 請求項1ないし4の何れかにおいて、各
光学素子の正弦条件誤差を0.1%以下にしたことを特
徴とする干渉計の観察光学系
8. An observation optical system of an interferometer according to claim 1, wherein a sine condition error of each optical element is set to 0.1% or less.
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