JP2884156B1 - 干渉計 - Google Patents

干渉計

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JP2884156B1
JP2884156B1 JP10085078A JP8507898A JP2884156B1 JP 2884156 B1 JP2884156 B1 JP 2884156B1 JP 10085078 A JP10085078 A JP 10085078A JP 8507898 A JP8507898 A JP 8507898A JP 2884156 B1 JP2884156 B1 JP 2884156B1
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俊彦 芳野
仁志 篠原
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ヘルツ工業株式会社
俊彦 芳野
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Abstract

【要約】 【課題】干渉計における測定安定化を図りつつ位相シフ
トが可能で、かつ被測定物の大きさにかかわらず測定可
能である。 【解決手段】光源1からの光路内におかれた被測定物9
の載置台8をアクチュエータ21で支持させ、干渉光の
強さを検出する光検出器16を設け、基準信号を発信さ
せる基準信号発信器17を設け、光検出器16において
検出した光の信号と上記基準信号とを比較して位相差を
検出する位相計18を設け、その出力により制御信号を
出すコントローラ19を設け、このコントローラ19に
より電圧又は電流を増幅する増幅器20を設け、この増
幅器20の出力でアクチュエータ21を変位させて載置
台8を動かす構成とし、位相シフトによる形状測定をコ
ントローラ19の指令によりアクチュエータ21を用い
て光路長を変化させることにより行い、また基準信号発
信器17の基準信号を位相シフトに相応して変化させる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は被測定物の表面形
状や面精度等を光の干渉を利用して精度良く計測する光
学的干渉計であって、位相シフトによる被測定物の表面
形状や屈折率分布を計測する干渉計に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来図3に示すごとく、ヘリウムネオン
レーザ等の光源1からなる干渉計においては、被測定物
9又は参照板7をピエゾ等のアクチュエータで動かして
位相をシフトし、その時の干渉縞の変化を検出し、被測
定物9の表面形状や面精度等を計測している。しかしな
がら、高感度のために周囲の振動、温度変化、空気のゆ
らぎ等による干渉強度の変動を受けやすい。従って振動
している状態では正確な測定ができない。そこで防振台
等を用いてこれらの振動等がないようにしたり、またエ
アコンの風が吹いてこないようにしたり、夜間等の周囲
に人がいなくなった状態等で上記ピエゾ等を用いて位相
シフトを行い、計測している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記干渉
計において位相をシフトするために、いちいち周囲に人
のいない又は振動のない場所や時間を選ぶ等して、振動
がない状態をつくらなければならず、極めて手間のかか
る作業となっている。
【0004】一方、この干渉計の干渉光の安定化を図る
方法が開発されている。これは干渉計における物体光
(測定光)や参照光の、周囲の振動や温度変化、空気の
ゆらぎ等による干渉強度の変化、即ち不安定度を検出
し、これをフィードバックさせて干渉計自体でこれらの
干渉強度の変化等を補償し、干渉光の安定性を確保する
ものである。しかしこの様に、干渉光が安定化してしま
うと、上記ピエゾ等を用いた場合でも、これによる光の
干渉縞の変位も安定化してしまい、肝心の位相シフトに
よる干渉縞の変化を検出することができない。
【0005】そこで干渉計における干渉光の安定化を図
る構成をとりつつ、液晶を用いて位相シフトさせるもの
も考えられる。これは例えば、図4に示すごとく、レー
ザー光から成る光源1からの光路内におかれた被測定物
9を、アクチュエータ21に支持させ、ビームスプリッ
タ6を介して物体光と参照光の合波を二つに分け、その
一方を偏光子26に通して、干渉光としてピンホール1
0により光検出器16で検出し、これを電圧又は電流に
して増幅器20を用いて上記アクチュエータ21に出力
し、このアクチュエータ21は受けた電圧又は電流の変
化により変位して上記被測定物9を動かす。この様に干
渉光の不安定度を常に検出してこれを補償することによ
り、干渉縞を安定化させる構成としている。そしてさら
に被測定物9と参照板7との間に1/4λの波長板22
を介在させ、別設のビームスプリッタ4を介して物体光
と参照光とを取り出し、これを液晶コントローラ23で
位相シフトをさせる液晶24及び偏光子25に通してス
クリーン13に投影し、又はCCDカメラ14によりこ
れを撮影してモニター15に映して位相シフトによる干
渉縞の変位を検出するものである。
【0006】この図4の場合、上記波長板22が水晶で
できており、極めて高価なものであり、現実には最大で
4インチの直径のものまでしかなく、それ故被測定物が
大きいものでは測定できない。分割測定する方法も考え
られるが、精度が上がらず、また極めて手間がかかる。
【0007】この発明はこれらの点に鑑みて為されたも
のであり、干渉計における測定安定化を図りつつ位相シ
フトが可能で、かつ被測定物の大きさにかかわらず測定
可能な干渉計を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1項の発明は、レ
ーザー光から成る光源からの光路内におかれた被測定物
の形状を、前記光の干渉を用いて計測する干渉計におい
て、光路内に設けた被測定物の載置台をアクチュエータ
で支持させ、またビームスプリッタを介して物体光及び
参照光の干渉光を検出してこれらの光の強さを検出する
光検出器を設けている。また上記干渉光の強さに相応す
る基準信号を発信させる基準信号発信器を設け、上記光
検出器において検出した光の信号と上記基準信号とを比
較して位相差を検出する位相計を設け、この位相差を読
み取り、その位相差に応じて制御信号を出すコントロー
ラを設け、このコントローラの指令により電圧又は電流
を増幅する増幅器を設け、この増幅器出力を印加させて
上記アクチュエータを変位させて上記載置台を動かす構
成としている。また位相シフトによる形状測定を、上記
コントローラの指令によりアクチュエータを用いて、光
路長を変化させることにより行い、また上記基準信号発
信器の基準信号を上記設定した位相シフトに相応して変
化させるようにした、干渉計とした。
【0009】また請求項2項の発明は、上記請求項1項
の発明において、上記基準信号発信器は、上記光源の光
の強さを、別設の光検出器により検出し、その信号をコ
ントローラで読み取り、その読み取った信号に対応して
発振器の出力を変化させ、上記光源の変動に対応した基
準信号をつくりだす構成としたものである。
【0010】
【実施の形態例】以下この発明の実施の形態例を図に基
づいて説明する。図1はこの発明の第1の実施の形態例
を示し、ヘリウムネオンレーザー光の光源1からの光は
ミラー2により反射し、レンズ3及びビームスプリッタ
4を通過し、レンズ5を通ってビームスプリッタ6を通
り、さらに参照板7を通過して載置台8に載せられた被
測定物9の表面で反射し、再び上記参照板7を通過す
る。その際、上記参照板7の表面反射光と上記通過光が
干渉光となり、上記ビームスプリッタ6でその干渉光は
二つの光線に分けられ、一方の光はビームスプリッタ6
で反射してピンホール10を有する板11に至り、当該
板11の上に干渉縞が現われる。また他方の光はビーム
スプリッタ6を通過し、上記レンズ5を通って上記ビー
ムスプリッタ4で反射し、レンズ12を通過してスクリ
ーン13上に至り、このスクリーン13上で干渉縞を映
す。またCCDカメラ14を介してモニター15上に干
渉縞を映し出す。
【0011】そして上記ピンホール10から干渉光の強
さを検出する光検出器16を設けている。また上記干渉
光の強さに相応する基準信号を発信させる基準信号発信
器17を設け、上記光検出器16において検出した光の
信号と上記で設定された基準信号とを比較して位相差を
検出する位相計(ロックインアンプ)18を設け、この
位相差を読み取り、その位相差に応じて制御信号を出す
コントローラ19を設け、このコントローラ19の指令
により電圧又は電流を増幅する増幅器20を設けてい
る。この増幅器20はその出力をアクチュエータ21に
伝える。このアクチュエータ21は上記載置台8を支持
しているもので、入力された電圧又は電流の値によって
当該アクチュエータ21が変位し、この変位により上記
載置台8が動く構成となっている。また上記コントロー
ラ19により所望の位相を設定し、これにより増幅器2
0を介してアクチュエータ21を変位させて位相シフト
を行う。またこの位相シフトを行う場合は上記基準信号
発信器17の基準信号をコントローラ19で設定した位
相に相応して変化させるようになっている。
【0012】上記図1の構成の干渉計の、光路において
振動等の外乱があると、上記ピンホール10を通る光の
強さが変動する。これをピンホール10の後方に設けた
光検出器16で検出し、この信号と基準信号発信器17
からの基準信号とを比較してこれらの位相差を位相計1
8で検出し、この位相計18の位相差をコントローラ1
9で読み取り、その位相差に応じて制御信号を増幅器2
0に出力し、アクチュエータ21を変位させる。このア
クチュエータ21の変位により載置台8が動き、光路又
は干渉縞計測の安定化を図るものである。
【0013】そして位相シフトする場合、所望の位相を
コントローラ19で設定すると、これに相応した電流又
は電圧を増幅器20に流す。そしてこの増幅器20の出
力に従って載置台8及びその上の被測定物9が動く。一
方上記コントローラ19を介してか、又は直接上記基準
信号発信器17を動かし、設定した位相に相応した基準
信号を発信させるようにする。これにより位相シフトが
行われる。従ってこの場合は、アクチュエータ21の変
位により位相シフトを行うもので、この位相シフトにあ
わせて基準信号が変化し、位相を変化させても常に光路
の安定化が行われる。それ故、容易に位相シフトによる
被測定物の表面形状等を測定することができる。
【0014】図2はこの発明の第2の実施の形態例を示
す。上記第1の実施の形態例では、基準信号発信器17
において干渉光の強さに応じて設定した基準信号を発信
させているが、この第2の実施の形態例では、さらに光
源1の光の強さを、図2に示すごとく、上記光検出器1
6とは別に設けた光検出器27で常時検出し、その信号
をコントローラ19で読み取り、その読み取った信号に
対応して基準信号発信器17から出力する構成としてい
る。従って光源1の光量が変化しても、これに対応して
基準信号が変化するため安定した計測が可能である。ま
たこの場合、上記光検出器27は、干渉させた光ではな
く、光源1の光量を直接検出する箇所であれば、図2の
箇所に限定されるものではない。なお他の構成は上記第
1の実施の形態例と同様である。
【0015】また上記各実施の形態例におけるコントロ
ーラ19はパソコン等、適宜のコンピュータや電気回路
を含めたものである。さらに上記各実施の形態例では、
光源としてヘリウムネオンレーザー光を用いているが、
これに限らず、広くレーザー光から成る光源を用いるこ
とができる。
【0016】
【発明の効果】請求項1項の発明においては、干渉光の
安定化を図りつつ位相シフトが行えるもので、所望の位
相にシフトした場合においてもその位相において常に光
路が安定し、容易かつ精密に測定することができる。し
かも被測定物のサイズにかかわりなく迅速かつ精度の良
い測定が可能である。
【0017】また請求項2項の発明は、上記請求項1項
の発明の効果に加え、光源自身の出力の変動に対応し
て、基準信号も変動させることにより、光源自身の不安
定な場合でも、安定した計測が可能となる。即ち、干渉
光が動いていないのに、光源の変化により干渉縞が動い
たと誤認することがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態例の干渉計の概略
構成図である。
【図2】この発明の第2の実施の形態例の干渉計の概略
構成図である。
【図3】干渉計における位相シフトの従来例を示す概略
構成図である。
【図4】干渉計における安定化を図りつつ位相シフトを
可能にした開発例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 光源 2 反射ミラー 4 ビームスプリッタ 6 ビームスプ
リッタ 7 参照板 8 載置台 9 被測定物 10 ピンホール 13 スクリーン 14 CCDカ
メラ 15 モニター 16 光検出器 17 基準信号発信器 18 位相計 19 コントローラ 20 増幅器 21 アクチュエータ 27 光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−280811(JP,A) 特開 平8−114412(JP,A) 特開 昭60−203801(JP,A) 特開 昭53−145662(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 9/00 - 9/10 G01B 11/00 - 11/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー光から成る光源からの光路内に
    おかれた被測定物の形状を、前記光の干渉を用いて計測
    する干渉計において、光路内に設けた被測定物の載置台
    をアクチュエータで支持させ、物体光及び参照光による
    干渉光を検出してこれらの光の強さを検出する光検出器
    を設け、上記干渉光の強さに相応する基準信号を発信さ
    せる基準信号発信器を設け、上記光検出器において検出
    した光の信号と上記基準信号とを比較して位相差を検出
    する位相計を設け、この位相差を読み取り、その位相差
    に応じて制御信号を出すコントローラを設け、このコン
    トローラの指令により電圧又は電流を増幅する増幅器を
    設け、この増幅器の出力を印加させて上記アクチュエー
    タを変位させて上記載置台を動かす構成とし、また位相
    シフトによる形状測定を上記コントローラの指令によ
    り、上記アクチュエータを用いて光路長を変化させるこ
    とにより行い、また上記基準信号発信器の基準信号を位
    相シフトに相応して変化させるようにしたことを特徴と
    する、干渉計。
  2. 【請求項2】 上記基準信号発信器は、上記光源の光の
    強さを、別設の光検出器により検出し、これを上記基準
    信号に付加する構成としたことを特徴とする、請求項1
    項記載の干渉計。
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