JP3150761B2 - 簡易位相シフト干渉計 - Google Patents

簡易位相シフト干渉計

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JP3150761B2
JP3150761B2 JP14441292A JP14441292A JP3150761B2 JP 3150761 B2 JP3150761 B2 JP 3150761B2 JP 14441292 A JP14441292 A JP 14441292A JP 14441292 A JP14441292 A JP 14441292A JP 3150761 B2 JP3150761 B2 JP 3150761B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工場のライン等で製作
された光学レンズの表面形状の検査測定や、組み立ての
終了した光学レンズの収差の検査測定に利用される簡易
干渉計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】上述した種類の検査測定をする場合に現
在使用している干渉計を、図3の干渉計の構成を示す図
を用いて説明する。1はレーザー光源、2は反射鏡、3
はノイズを除去し良好な光波を得るために、顕微鏡対物
レンズ(集光レンズ)とピンホールより構成した空間フ
ィルターである。4はビームスプリッター、5はコリメ
ーター、8は結像レンズ、9は撮像素子で、これらの光
学素子が干渉計Aを構成している。6は干渉縞形成のた
めの参照面を有する参照レンズ、7は被検面7aを有す
る被検レンズ、10は電歪素子等で構成した位相シフタ
ーで、参照レンズ6は、位相シフター10により干渉計
Aに取り付けられている。検査測定の場合、レーザー光
源1から発したレーザー光は、反射鏡2で進路を変えて
から空間フィルター3に入射する。ノイズが除去された
レーザー光は、空間フィルター3から射出し、ビームス
プリッター4に入射しその一部が反射され、再び進路を
変えて進み、コリメーター5,参照レンズ6を透過し、
被検レンズ7の被検面7aで反射する。途中、参照レン
ズ6で、入射光の一部は反射する。被検レンズ7の被検
面7aで反射したレーザー光は、反射光として入射時の
光路を逆行し、順次、参照レンズ6,コリメーター5,
ビームスプリッター4を透過する。結像レンズ8は、被
検レンズ7の被検面7aからのこの反射光と、参照レン
ズ6への入射時に生じた反射光を撮像素子9に導くとと
もに、被検面7aを撮像素子9上に結像する。このよう
にして、両反射光による良好な干渉縞が、撮像素子9上
に形成される。なお、被検面7aからの反射光の位相を
正確に測定するために、上述したように参照レンズ6
は、位相シフター10により干渉計Aに取り付けられて
いる。
【0003】上述した構成の干渉計より簡単な構造の干
渉計も用いられている。図4は簡易型干渉計の構成例を
示す図である。1はレーザー光源、11は顕微鏡対物レ
ンズ(集光レンズ)、4はキューブビームスプリッタ
ー、12はキューブビームスプリッター4上に配置され
たピンホールである。集光レンズ11とピンホール12
で空間フィルター3を構成する。13は球面レンズ、1
4は接眼レンズ、15は観測者である。球面レンズ13
は、曲率中心がキューブビームスプリッター4によるピ
ンホール12の鏡像と一致しており、また、キューブビ
ームスプリッター4と同じ硝材を用い製作されて、か
つ、キューブビームスプリッター4に密着して配置して
ある。このように構成することにより、球面レンズ13
を通し歪みのない球面波を被検面に向けて、射出するこ
とができる。更に、球面レンズ13の被検面に対向した
球面には、該被検面の反射率にあわせて反射膜がコーテ
ィングしてある。検査測定の場合、レーザー光源1から
発したレーザー光は、集光レンズ11で集光し、ピンホ
ール12に入射してノイズが除去され、キューブビーム
スプリッター4に入射する。キューブビームスプリッタ
ー4で、入射光の一部が反射して進路を変え、球面レン
ズ13を透過して、図示されていない被検面に向かう。
球面レンズ13で、入射光の一部は反射して参照光とな
る。被検面で反射したレーザー光は、反射光として入射
時の光路を逆行し、球面レンズ13を透過し、その一部
はキューブビームスプリッター4を透過して、前記参照
光と干渉する。その結果、接眼レンズ14を介して、観
測者15の網膜上に、この干渉縞が形成される。観測者
15の代わりに、撮像素子を置くことも可能である。そ
の場合には、接眼レンズ15を結像レンズに置き換える
必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した図
3で示す干渉計は、装置が大がかりであり、かつ、装置
を構成するのに必要な部品点数も多い。このことが、小
型で安価な装置の製作を困難にしている。一方、上述し
た図4で示す簡易干渉計は、小型で、構成に要する部品
点数も少ないが、精度良く定量的な測定のできる位相シ
フト法や位相ステップ法のための機構を組み込むのが、
著しく困難である。
【0005】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、部品点数が少な
く、高精度の測定のできる位相シフト干渉計を提供する
ことである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の干渉計は、キュ
ーブビームスプリッターと、該キューブビームスプリッ
ター面上に配置された空間フィルターと、該空間フィル
ター若しくは該キューブビームスプリッターによる該空
間フィルターの鏡像を曲率中心にもちかつ該キューブビ
ームスプリッターに密着した球面レンズと、干渉縞を電
気信号に変換するための撮像素子と、被検物体を該撮像
素子上に結像する結像レンズとを有する干渉計におい
て、発振波長を外部から任意に制御できる可干渉性光源
を有し、該発振波長を変調して位相シフト法又は位相ス
テップ法で被検面からの反射光の波面収差を測定するよ
うにしたことを特徴としている。
【0007】
【作用】半導体レーザーにおいて、電流注入により励起
を行う方式では、注入電流を変化させることにより、発
振波長に変化を与えることができる。いま、参照光と物
体光とが干渉して、干渉縞が形成されるとする。この時
の干渉縞の二次元的強度分布I(x,y)は、式(1)
で表せる。
【0008】 I(x,y)=I0+γcos 〔{2 π/ λ}×{w(x,y) +L }〕・・・・・・・・・・・・(1)
【0009】ここで、I0 は定数、γは干渉縞の可視
度、λは光の波長、w(x,y)は参照光と物体光との
間の相対的光路長差、Lは参照光と物体光との間の絶対
光路長差で、L=mλ(mは正整数)である。いま、光
の波長λがΔλだけ変化したとする。ただし、Δλは以
下の条件を満足するように選択する。
【0010】Δλ≪L,Δλ≪λ
【0011】更に、w(x,y)はLに比べて十分小さ
いと仮定すると、この時の干渉縞の二次元的強度分布
I′(x,y)は、式(2)で与えられる。
【0012】 I ′(x,y) =I0+γcos 〔{2 π/ λ}×{w(x,y) +L −L Δλ}〕・・(2)
【0013】式(2)は、Lが光の波長λの正整数倍で
あるから主値をとり、式(3)のように簡略化すること
ができる。
【0014】 I ′(x,y) =I0+γcos 〔{2 π/ λ}×{w(x,y) −L Δλ}〕・・・・(3)
【0015】式(3)から、参照光と物体光の光路長差
が大きければ、半導体レーザーへの注入電流をわずかに
変化させると、位相シフト法や位相差ステップ法に必要
な位相のずれた複数の干渉縞が得られることが分かる。
しかも、本方法によれば、前述した図3で示す干渉計に
おける機械的な可動部分が不要であり、図4で示す小型
で部品点数の少ない構造の干渉計でも、容易に位相シフ
ト法や位相ステップ法を実現できる。
【0016】
【実施例】図1は、本発明簡易位相シフト干渉計の第1
実施例の構成を示す図である。図1で16は半導体レー
ザー光源、11は集光レンズ、4はキューブビームスプ
リッター、12はキューブビームスプリッター4上に配
置されたピンホールで、集光レンズ11とピンホール1
2で空間フィルター3を構成する。13aは球面レン
ズ、7aは被検面、8は結像レンズ、9は撮像素子であ
る。球面レンズ13aは、曲率中心がキューブビームス
プリッター4によるピンホール12の鏡像と一致してお
り、また、キューブビームスプリッター4と同じ硝材で
製作されて、かつ、キューブビームスプリッター4に密
着して配置してある。このように構成することにより、
空間フィルター3からの球面波は、球面レンズ13aに
より不要な屈折を受けることはなく、したがって、収差
のない良好な球面波のままで、被検面7aを照射するこ
とができる。また、被検面7aに対向する球面レンズ1
3aの球面部分には、被検面7aの反射率にあわせた反
射膜をコーティングすることにより、良好な干渉縞を得
るように図ってある。
【0017】本実施例は上述のように構成されているの
で、球面レンズ13aで反射したレーザー光と、被検面
7aで反射したレーザー光は、キューブビームスプリッ
ター4内で重なり合い、結像レンズ8を通して撮像素子
9上に干渉縞を形成する。半導体レーザー光源16は、
図示してない制御装置によって注入電流を制御され、位
相シフト法あるいは位相ステップ法に適した量だけ、発
振波長を変化させる。撮像素子9上に形成される干渉縞
は、位相シフト法、位相ステップ法夫々の方法に従った
所定の順序で逐次読み出され、位相が計算される。な
お、本実施例の場合、ピンホール12からの球面波のう
ち、反射せずに直進する成分は、干渉縞測定時に迷光と
なり、測定精度を低下させる場合もあるので、空間フィ
ルター3に対向するキューブビームスプリッター4の面
を、反射防止膜あるいは吸収性の膜で被覆するのが望ま
しい。また一般に、空間フィルター3を構成するピンホ
ール12は、キューブビームスプリッター4に密着して
いるが、構造的その他の理由で密着が困難な場合は、わ
ずかに離れていてもよい。
【0018】図2は、本発明簡易位相シフト干渉計の第
2実施例の構成を示す図である。半導体レーザー光源1
6から空間フィルター3までは、第1実施例と同じであ
る。空間フィルター3を射出した球面波は、キューブビ
ームスプリッター4内で一部が反射し、第1実施例にお
ける球面レンズ13aと同様な構成の球面レンズ13b
を透過して、被検面7aを照射する。キューブビームス
プリッター4を透過した球面波は、第1実施例における
球面レンズ13aと同様な構成で、かつ、キューブビー
ムスプリッター4の面上を移動できる第2の球面レンズ
13cで反射して参照波となる。そうして、被検面7a
で反射したレーザー光と第2の球面レンズ13cで反射
したレーザー光は、キューブビームスプリッター4内で
重なり合い、結像レンズ8を通して撮像素子9上に干渉
縞を形成する。第2実施例の構成では、球面レンズ13
bは、曲率中心がキューブビームスプリッター4による
ピンホール12の鏡像と一致しており、第2の球面レン
ズ13cは、曲率中心がピンホール12と一致してい
る。半導体レーザー光源16は、図示してない制御装置
によって注入電流を制御され、位相シフト法あるいは位
相ステップ法に適した量だけ、発振波長を変化させる。
撮像素子9上に形成される干渉縞は、位相シフト法、位
相ステップ法夫々の方法に従った所定の順序で逐次読み
出され、位相が計算される。
【0019】第2実施例では、球面レンズ13cをキュ
ーブビームスプリッター4上で移動させることで、容易
にティルト成分を任意の量だけ発生できる。干渉縞を目
視する場合などにおいて、このティルト成分は、収差の
量を読みやすくできる。なお、第2実施例も第1実施例
と同様に、球面レンズ13bは、表面に反射防止膜がコ
ーティングしてある。また、第2の球面レンズ13cの
球面側に、被検面7aの反射率にあわせた反射膜をコー
ティングすることにより、コントラストの良い干渉縞を
得ることができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の位相シフト
干渉計は、少ない部品点数で構成し、かつ、高精度の測
定ができるので、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明簡易位相シフト干渉計の第1実施例の構
成を示す図である。
【図2】本発明簡易位相シフト干渉計の第2実施例の構
成を示す図である。
【図3】検査測定に用いる従来の干渉計の構成を示す図
である。
【図4】検査測定に用いる従来の簡易型干渉計の構成を
示す図である。
【符号の説明】
1 レーザー光源 2 反射鏡 3 空間フィルター 4 ビームスプリッター(キューブビームスプリッ
ター) 5 コリメーター 6 参照レンズ 7 被検レンズ 7a 被検面 8 結像レンズ 9 撮像素子 10 位相シフター 11 集光レンズ 12 ピンホール 13 球面レンズ 13a 球面レンズ 13b 球面レンズ 13c 球面レンズ 14 接眼レンズ 15 観測者 16 半導体レーザー光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/02 G02B 27/10 - 27/16 G02B 27/46 G01M 11/00 G01B 11/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キューブビームスプリッターと、該キュ
    ーブビームスプリッター面上に配置された空間フィルタ
    上記キューブビームスプリッターによる上記空間
    フィルターの鏡像上に曲率中心参照光を生じさ
    せるための球面レンズと、干渉縞を電気信号に変換する
    ための撮像素子と、被検物体を上記撮像素子上に結像す
    る結像レンズとを有する干渉計において、発振波長を制
    御できる可干渉性光源を有し、上記発振波長を変調して
    位相シフト法又は位相ステップ法で被検面からの反射光
    の波面収差を測定するようにしたことを特徴とする干渉
    計。
  2. 【請求項2】 キューブビームスプリッターと、該キュ
    ーブビームスプリッター面上に配置された空間フィルタ
    ーと、上記キューブビームスプリッターによる上記空間
    フィルターの鏡像上に曲率中心をもつ第1の球面レンズ
    と、上記空間フィルター上に曲率中心をもち、参照光を
    生じさせるための第2の球面レンズと、干渉縞を電気信
    号に変換するための撮像素子と、被検物体を上記撮像素
    子上に結像する結像レンズとを有する干渉計において、
    発振波長を制御できる可干渉性光源を有し、上記発振波
    長を変調して位相シフト法又は位相ステップ法で被検面
    からの反射光の波面収差を測定するようにしたことを特
    徴とする干渉計。 【0006】 【課題を解決するための手段】 本発明の干渉計は、キ
    ューブビームスプリッターと、該キューブビームスプリ
    ッター面上に配置された空間フィルターと、上記キュー
    ブビームスプリッターによる上記空間フィルターの鏡像
    上に曲率中心をもち、参照光を生じさせるための球面レ
    ンズと、干渉縞を電気信号に変換するための撮像素子
    と、被検物体を上記撮像素子上に結像する結像レンズと
    を有する干渉計において、発振波長を制御できる可干渉
    性光源を有し、上記発振波長を変調して位相シフト法又
    は位相ステップ法で被検面からの反射光の波面収差を測
    定するようにしたことを特徴とする。さらに、本発明の
    干渉計は、キューブビームスプリッターと、該キューブ
    ビームスプリッター面上に配置された空間フィルター
    と、上記キューブビームスプリッターによる上記空間フ
    ィルターの鏡像上に曲率中心をもつ第1の球面レンズ
    と、上記空間フィルター上に曲率中心をもち、参照光を
    生じさせるための第2の球面レンズと、干渉縞を電気信
    号に変換するための撮像素子と、被検物体を上記撮像素
    子上に結像する結像レンズとを有する干渉計において、
    発振波長を制御できる可干渉性光源を有し、上記発振波
    長を変調してシフト法又は位相ステップ法で被検面から
    の反射光の波面収差を測定するようにしたことを特徴と
    する。
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