JP3298241B2 - ホログラム干渉計装置用ホログラムカセット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ，平行平面板，
ミラーその他の精密光学部品等の被測定物体の表面状態
を測定するためのホログラム干渉計装置において、被検
物の種類に応じて交換して装着されるホログラムカセッ
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レンズその他の被検物の表面形状を非接
触で精密に測定するために干渉計が用いられる。この干
渉計の代表的なものとしては、図９に示したようなフィ
ゾー型の干渉計がある。

【０００３】図中において、１は装置本体を示し、この
装置本体１は、本体ケーシング１ａと、この本体ケーシ
ング１ａの下面に垂設した筒体部１ｂとを有する。本体
ケーシング１ａには、筒体部１ｂと平行にＨｅ−Ｎｅレ
ーザ等からなるレーザ光源２が取り付けられる構成とな
っている。本体ハウジング１ａ内には、反射ミラー３，
発散レンズ４及びピンホール５を備え、レーザ光源２か
らのレーザビームは、反射ミラー３によって９０°曲折
せしめられて、発散レンズ４を通り、この発散レンズ４
の集光位置に配置したピンホール５を通過後に発散して
そのスポット径を広げながら、ビームスプリッタ６に反
射して再び９０°方向を転換して、筒体部１ｂの軸線方
向に沿ってレーザ光源２から出射方向とは反対方向に向
けて進行し、コリメータレンズ７により平行光束化され
て、その前方に設けた基準レンズ８に入射される。

【０００４】基準レンズ８は、その入射面８ａとは反対
面が例えば球面形状の基準面８ｂとなっており、入射面
８ａは反射防止コーティングが施されている。基準レン
ズ８に入射されたレーザビームはその基準面８ｂで一部
が反射し、大部分はこの基準レンズ８を透過してその前
方位置にセットされている被検レンズ９の被検面９ａに
入射され、その一部がこの被検面９ａで反射する。そし
て、この被検面９ａからの反射光と基準レンズ８の基準
面８ｂからの反射光とが干渉し合って干渉縞が生じる。
このように干渉縞を有する反射光はコリメータレンズ７
及びビームスプリッタ６を透過して、スクリーン１０及
び干渉縞結像用レンズ１１を介して撮像手段１２に入射
され、この撮像手段１２により干渉縞の撮影が行われ、
その映像がモニタ装置に表示できるようになっている。

【０００５】また、近年においては、コンピュータ合成
ホログラムを用いることによって、測定対象となる被検
物の表面状態の測定を行うホログラム干渉計が実用化さ
れている。コンピュータ合成ホログラムは、ガラス基板
上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜
を電子ビームで走査させることによって、物体波と参照
波との干渉縞と同等のホログラムパターンを露光した
後、それを現像することにより干渉縞を顕在化させた光
学素子である。このホログラム光学素子における干渉縞
に参照波と同じ再生波を入射すると、物体波が再生でき
る。このホログラムを用いた干渉法によれば、特殊な形
状の検査・測定が可能なこと等から、今後広い用途が考
えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した図
９の干渉計装置を用いたホログラム干渉計装置として、
本出願人は図１０に示した構成のものを開発した。

【０００７】このホログラム干渉計装置においても、前
述した干渉計装置の装置本体１と同様の構成のものが用
いられる。ただし、被検レンズ９に応じた基準レンズ８
は用いない。即ち、このホログラム干渉計装置では、基
準レンズ８を取り外した装置本体１を、レーザ光源２
と、このレーザ光源２からのレーザ光を平行光束化して
出射し、また入射光を干渉縞の観察機構に導く光路を備
えた光源部と、撮像手段１２等の観察部とを内蔵した光
源・観察部ユニットとしての機能を発揮する機構として
用いるので、以下においては、この光源・観察部ユニッ
トを１Ｌの符号を用いる。

【０００８】而して、この光源・観察部ユニット１Ｌに
よって、レーザ光源２からのレーザ光はコリメータレン
ズ７により平行光束化された状態で出射される。この平
行光は、まず第１の反射ミラー２０に反射し、次いで第
２の反射ミラー２１に反射させることによって、レーザ
光の光路を上方に向ける。そして、第２の反射ミラー２
１からのレーザ光を第３の反射ミラー２２により一旦折
り返した上で、さらにこの第３の反射ミラー２２で折り
返されたレーザ光を第４の反射ミラー２３に反射させる
ようにしている。第４の反射ミラー２３には、ホログラ
ム光学素子２４が対向配設されている。このホログラム
光学素子２４にレーザ光が入射されると、正反射光と回
折光とに分けられる。正反射光の光路には、この正反射
光に対して垂直となる基準反射面２５ａを有する基準反
射板２５が配設される。

【０００９】一方、回折光の光路には被検物２６が配置
される。ここで、被検物２６がシリンドリカルレンズや
シリンドリカルミラー等のシリンドリカル光学素子であ
るとすると、ホログラム光学素子２４のホログラムパタ
ーンは、平行な直線状に配列した格子模様とする。そし
て、このホログラム光学素子２４の格子方向を被検物２
６におけるシリンドリカル面２６ａの母線方向に向け、
かつ回折光が中心軸線で集光される位置に配置する。

【００１０】以上のように構成することによって、光源
・観察部ユニット１Ｌにおけるレーザ光源２からのレー
ザ光束は、送光用光学系を構成する発散レンズ４，ピン
ホール５を通過した後に、ビームスプリッタ６に反射し
て、コリメータレンズ７により平行光束化させた後に、
第１〜第４の反射ミラー２０〜２３を経てホログラム光
学素子２４に入射される。そして、ホログラム光学素子
２４から出る回折光は被検物２６のシリンドリカル面か
らなる被検面２６ａの中心軸線上の位置で一旦集光され
た後に発散して、この被検面２６ａに照射されて、被検
面２６ａで反射して、ホログラム光学素子２４に戻る。
この被検物２６からの戻り光はホログラム光学素子２４
で反射して、元の平行光となってコリメータレンズ７に
向かう。一方、ホログラム光学素子２４からの正反射光
は基準反射板２５の基準反射面２５ａで反射して、戻り
光はホログラム光学素子２４において再び反射してコリ
メータレンズ７に向かう。

【００１１】従って、ホログラム光学素子２４のパター
ンによる物体波光が基準反射板２５からの参照波光と重
なり合って相互に干渉作用を及ぼして、干渉縞が形成さ
れることになる。この光はビームスプリッタ６を透過し
て、コリメータレンズ７の後側焦点位置に設けた干渉縞
結像用結像レンズ１１を介して撮像手段１２の結像面に
干渉縞が結像する。ここで、ホログラム光学素子２４の
作用によって平面波と被検物２６における被検面２６ａ
に対応する非球面波との変換が行われ、干渉縞は平行光
同士の干渉の結果生成されたものであるから、極めて明
瞭な干渉縞模様が撮像手段１２により撮像される。従っ
て、この被検面２６ａの形状を極めて高い精度で測定す
ることができる。

【００１２】撮像手段１２に結像される干渉縞画像を明
瞭に、しかもノイズ等のない鮮明な状態で取得するに
は、できるだけ外光の影響を受けないようにしなければ
ならない。ただし、被検物２６は順次交換して装着する
必要があるから、この被検物２６がセットされる部位は
外部に露出した状態に保持しなければならない。従っ
て、このホログラム光学素子から被検物に至る僅かな部
分を除いて、光路をハウジング等によって覆うようにす
るのが好ましい。しかも、装置構成の小型化、コンパク
ト化等の観点からは、ハウジングはできるだけ小さい形
成することが要求される。

【００１３】ところで、ホログラム光学素子は、ガラス
等の透明な板体にホログラムパターンを形成してなるも
のであって、このホログラムパターンはそれに入射され
た光を反射するが、パターンが形成されていない部位は
光が透過する。通常、ホログラムパターンが形成された
面の反対側の面は光の反射を防止し、かつ光を吸収する
コーティングからなる反射防止型光吸収層が形成される
が、このようなコーティングを施したとしても、ある程
度の光がこの反射防止型光吸収層を透過する。ここで、
従来技術のものにあっては、ホログラム光学素子を透過
した光を制御する機構を備えてはおらず、このために、
例えば光路を外部から遮断するためのハウジングの内面
等に反射する等して、この反射光が有害光として光路に
入り込むことになり、このためにゴーストが発生する
等、干渉縞が乱れて被検物の正確な測定が不可能となる
ことがある。

【００１４】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、ホログラム光学素子を透過した光を確実に吸収
し、かつ無害化することをその目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、レーザ光源からのレーザ光を平行光
束化して出射し、このレーザ光をホログラム光学素子に
入射して、正反射光と回折光とに分けて、この正反射光
を基準反射板に、また回折光を被検物に照射することに
よって、物体光と参照光とを生成して、この２つの波面
の間で生じる干渉縞に基づいて被検物の表面状態を測定
するものであって、前記ホログラム光学素子を枠状のカ
セット本体に固定的に装着し、このホログラム光学素子
のホログラムパターンの形成面とは反対側の面に反射を
防止し、かつ光吸収機能を発揮するコーティングからな
る反射防止型光吸収層形成面となし、前記カセット本体
には、ホログラム光学素子の反射防止型光吸収層形成面
に対面するように、光吸収機能を有し、かつ光を拡散機
能を持った光吸収拡散面を形成した蓋体を装着する構成
としたことをその特徴とするものである。

【００１６】

【作用】レーザ光源からのレーザ光が平行光束化され
て、ホログラム光学素子に入射されるが、このホログラ
ム光学素子のホログラムパターン形成面において、一部
はこの面を透過する。この透過光は反対側の面に設けた
反射防止型光吸収層によって直接反射するのが防止され
ると共に吸収されることになる。ただし、この反射防止
型光吸収層形成面で光を完全には吸収させることはでき
ず、ある程度はこの反射防止型光吸収層形成面を透過す
る。反射防止型光吸収層形成面を透過した光は蓋体に当
るが、この蓋体のホログラム光学素子に対向する面は光
吸収機能を備え、かつ光を拡散させる光吸収拡散面とな
っているから、反射防止型光吸収層形成面を通過した光
は大半がこの光吸収拡散面で吸収され、またたとえこの
面に反射したとしても、乱反射してほぼ均一に拡散する
ことになって干渉縞画像に対しては無害化される。

【００１７】而して、ホログラム光学素子は、そのホロ
グラムパターン形成面のみが外部に露出しており、これ
以外の側面部及び反射防止型光吸収層形成面はカセット
本体と蓋体とによりカバーされているので、傷が付いた
り、汚れ，塵埃が付着する等の不都合はない。特に、被
検物に応じてホログラム光学素子を交換して用いる場合
に、ホログラム光学素子が蓋体で覆われていると、その
取り扱いが極めて容易になり、着脱時にホログラム光学
素子の表面を損傷させたり、汚損させたりするおそれが
なくなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１にホログラムカセットの分解斜視図
を、図２に組み立てた状態の平面図、図３に組立状態の
断面をそれぞれ示し、また図４にはホルダ部材の平面
図、図５にはその正面図をそれぞれ示す。さらに、図６
はホログラムカセットをホルダ部材に装着した状態の正
面図を示す。これらの図において、３０はホログラムカ
セット、５０はホルダ部材である。

【００１９】ホログラムカセット３０は、枠状に形成し
たカセット本体３１と、蓋体３２とを備えており、カセ
ット本体３１は、枠状の部材からなり、その開口部３１
ａには、ホログラム光学素子３４が装着されるようにな
っている。このホログラム光学素子３４を開口部３１ａ
の内部に装着した状態に保持するために、その底部には
内向きに突出する受け部３１ｂが全周にわたって形成さ
れており、また、４箇所の角隅部には、ホログラム光学
素子３４の装着を容易ならしめるために、切り欠き部３
１ｃが形成されている。

【００２０】ホログラム光学素子３４は、その一側面に
被検物の表面形状に応じた物体波と参照波との間で生じ
る干渉縞と同等のホログラムパターンが形成されたホロ
グラムパターン形成面３４ａとなっており、またその反
対側面には反射を防止し、かつ光を吸収するコーティン
グが施された反射防止型光吸収層形成面３４ｂとなって
いる。そして、このホログラム光学素子３４は、熱や外
力等によって変形やゆがみ等が生じないようにするため
に、かなりの肉厚を持たせている。ホログラム光学素子
３４をカセット本体３１に装着するに当っては、ホログ
ラムパターン形成面３４ａを基準面としての受け部３１
ｂ側に向けた状態に収容させるようになし、この受け部
３１ｂとの間を接着剤を用いて固着している。そして、
ホログラム光学素子３４をカセット本体３１を組み込ん
だ状態で、このカセット本体３１に蓋体３２を当接させ
て、４箇所の角隅部にビス３５を締着することによっ
て、ホログラムカセット３０がアセンブルされる。

【００２１】このようにしてアセンブルされたホログラ
ムカセット３０は、ホルダ部材５０に着脱可能に取り付
けられるようになっている。このホルダ部材５０は、例
えば干渉計ユニットのハウジングに固定した支持部５１
に枠体部５２を連設してなるものである。ホログラムカ
セット３０はこの枠体部５２の上部に接合されて、前後
に設けた一対のボルト５３，５３を用いて固定されるよ
うになっている。

【００２２】ここで、ホログラム光学素子３４は、カセ
ット本体３１内において正確に位置決めされなければな
らないが、ホログラム光学素子３４は、そのホログラム
パターン形成面３４ａが直接カセット本体３１の受け部
３１ｂに当接しているから、この受け部３１ｂを正確に
平坦になるように加工して基準面となすことによって、
ホログラム光学素子３４を傾きがなく、正確に平面度を
出した状態に固定することができる。一方、水平方向の
位置を正確に決めするために、開口３１ａの内周壁３１
ｄを位置決め壁として利用している。

【００２３】そして、ホログラムカセット３０をホルダ
部材５０の枠体部５２に接合させ、このホログラムカセ
ット３０に一対設けた挿通孔３６にボルト５３を挿通さ
せて、このボルト５３を枠体部５２に形成したねじ孔５
４に螺挿することによって、ホログラムカセット３０は
ホルダ部材５０に連結固定される。この際に、ホログラ
ムカセット３０の位置調整を行うために、枠体部５２に
は、その左右の部位に、位置決めピン５５，５５が突設
されており、またホログラムカセット３０側には、位置
決めピン５５が挿嵌されるピン挿入孔３７が形成されて
いる。

【００２４】ホログラム光学素子３４がホログラムカセ
ット３０に対して位置がずれた状態に装着されている場
合に、その位置補正機構を備えている。この位置ずれ補
正機構は、図７及び図８に示した構成となっている。即
ち、カセット本体３１の底面には位置調整用凹部３８が
設けられており、この位置調整用凹部３８には、調整プ
レート３９が嵌め込まれている。そして、前述したカセ
ット側位置決め部としてのピン挿入孔３７はこの調整プ
レート３９に形成されている。また、調整プレート３９
には、このピン挿入孔３７の両側にねじ孔４０，４０が
形設されている。さらに、カセット本体３１には、ねじ
挿通孔４１，４１が穿設されており、かつその上面側に
はプレート固定ねじ４２，４２を収容するためのねじ収
容用凹部４３，４３が設けられて、プレート固定ねじ４
２の頭部がカセット本体３１の上面から突出しないよう
にしている。プレート固定ねじ４２は、ねじ収容用凹部
４３側からねじ挿通孔４１に挿通されて、位置調整用凹
部３８内に嵌め込んだ調整プレート３９のねじ孔４０に
螺挿することによって、調整プレート３９を位置調整用
凹部３８の内面に圧接するように固定する構成となって
いる。

【００２５】ねじ挿通孔４１の孔径は、プレート固定ね
じ４２の外径より大きく形成されており、また調整プレ
ート３９の外形寸法は位置調整用凹部３８より小さいも
のであり、従ってこの調整プレート３９を位置調整用凹
部３８内に嵌め込んだ時に、前後及び左右に所定量だけ
移動可能な状態となっている。ただし、調整プレート３
９の厚みは位置調整用凹部３８の深さと同じか、または
それより薄くなっている。この調整プレート３９を任意
の方向に動かすことによって、ホルダ部材５０の枠体部
５３に設けた位置決めピン５５が挿嵌されるピン挿入孔
３７の位置を調整できるようになっている。しかも、挿
通孔３６の孔径もボルト５３の外径より大きくなってお
り、従ってホログラムカセット３０自体をホルダ部材５
０に対して多少位置をずらせた状態にしても固定できる
ようになっている。なお、蓋体３２には、その内面にモ
ルトプレン等の柔軟部材からなるパッド４４が固着して
設けられており、蓋体３２をカセット本体３１に取り付
けた時に、このパッド４４はホログラム光学素子３４が
受け部３１ｂに押圧されるようになっている。

【００２６】以上のように構成することによって、被検
物に応じて、その表面状態を測定するのに適したホログ
ラム光学素子３４が装着されているホログラムカセット
３０をホルダ部材５０に装着するだけで、例えば球面レ
ンズ，非球面レンズや、シリンドリカルレンズやミラー
等の精密光学素子というように、種類の異なる被検物
や、同じ種類の被検物であっても、曲率半径や有効径等
が異なるものの測定が可能となる。従って、ホログラム
カセット３０を被検物に応じて交換することによって、
各種の被検物の表面状態の正確な測定が可能となり、ホ
ログラム光学素子３４以外の各部材を各種の被検物の測
定を行うのに共用できることになる。

【００２７】ホログラム光学素子３４には、図１０にお
いて説明したように、レーザ光を平行光束化されて、斜
め下方から照射されるようになっている。そして、この
ホログラム光学素子３４のホログラムパターン形成面３
４ａに入射された光は、一部が反射し、一部が透過した
反射防止型光吸収層形成面３４ｂに至る。ここで、反射
防止型光吸収層形成面３４ｂは、反射防止及び光吸収機
能を備えているので、この透過光の反射光路方向に戻る
おそれはないだけでなく、その大半は反射防止型光吸収
層形成面３４ｂに吸収されることになる。しかしなが
ら、この反射防止型光吸収層形成面３４ｂによっても完
全には吸収されず、ある程度はこの反射防止型光吸収層
形成面３４ｂも通過する。この反射防止型光吸収層形成
面３４ｂを通過した光が光路に入り込むと、ゴーストの
発生等により干渉縞画像の画質が低下する。

【００２８】以上のことを考慮して、本発明において
は、ホログラム光学素子３４の反射防止型光吸収層形成
面３４ｂからの透過光を外部に出さないようにするため
に、蓋体３２が設けられており、この蓋体３２は、ホロ
グラム光学素子３４の反射防止型光吸収層形成面３４ｂ
に対して所定の間隔だけ離間させた状態にして対面する
状態にしてカセット本体３１に固着されている。従っ
て、反射防止型光吸収層形成面３４ｂを通過した光はホ
ログラムカセット３０から外部に出ることはない。ただ
し、蓋体３２の内面に反射すると、ホログラム光学素子
３４側に反射することになる。そこで、この蓋体３２の
内面には、例えば黒色塗料を塗布することによって、光
吸収機能を持たせるようにしている。しかも、このよう
に塗料を塗布した上で、例えばサンドブラスト等の手段
で梨地化させた拡散面となし、もってたとえ反射するに
しても、乱反射させて拡散させるようにした光吸収拡散
面３２ａとなっている。

【００２９】このように、蓋体３２の内面を光吸収拡散
面３２ａとすることによって、ホログラム光学素子３４
の反射防止型光吸収層形成面３４ｂを光が通過したとし
ても、この光吸収拡散面３２ａによって吸収される。ま
た、たとえ光吸収拡散面３２ａで完全に吸収されない場
合でも、反射する光は正反射ではなく乱反射による拡散
によって、干渉縞画像に対しては無害化されることにな
る。

【００３０】しかも、ホログラム光学素子３４は被検物
に対向させて設ける必要があり、この被検物を試料台に
載置するようにした場合には、ホログラム光学素子３４
を、ホログラムパターン形成面３４ａを下方に向けるよ
うに装着され、反射防止型光吸収層形成面３４ｂは上方
に向くが、このように上方を向いた反射防止型光吸収層
形成面３４ｂを蓋体３２で覆うことは、その保護が図ら
れて、表面に傷が付いたり、汚れたりするおそれはな
い。また、ホログラムカセット３０の交換を行う際に
は、ホログラム光学素子３４が嵌め込まれているカセッ
ト本体３１と蓋体３２とを手で把持することができるの
で、この交換作業を極めて容易に行うことができ、手や
治具等をホログラムパターン形成面３４ａに接触させな
い限り、多少不用意な取り扱いをしたとしても、格別問
題とはならない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ホログ
ラム光学素子を枠状のカセット本体に固定的に装着し、
このホログラム光学素子のホログラムパターンの形成面
とは反対側の面に反射を防止し、かつ光吸収機能を発揮
するコーティングを施すことによって反射防止型光吸収
層となし、かつ前記カセット本体には、この反射防止型
光吸収層を施した面に対面するように、光吸収機能を有
し、しかも光を拡散させる光吸収拡散面を形成した蓋体
を装着する構成としたので、ホログラム光学素子を通過
する光は大半がこの光吸収拡散面で吸収されると共に、
反射したとしても、乱反射してほぼ均一に拡散すること
になるので、干渉縞自体に対しては格別有害なものとは
ならず、しかもこのようにホログラム光学素子は蓋体で
覆われているので、このホログラム光学素子を損傷や、
汚損，塵埃の付着等を防止でき、特に被検物に応じてホ
ログラム光学素子を交換する際における取り扱いに至便
である等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すホログラムカセットの
分解斜視図である。

【図２】ホログラムカセットの組立状態の平面図であ
る。

【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。

【図４】ホルダ部材の平面図である。

【図５】図４の正面図である。

【図６】ホログラムカセットとホルダ部材との組立状態
の断面図である。

【図７】ホログラム光学素子の位置ずれ補正機構の構成
説明図である。

【図８】図６のＹ−Ｙ断面図である。

【図９】フィゾー型干渉計の原理説明図である。

【図１０】ホログラム干渉計の原理説明図である。

【符号の説明】

３０ ホログラムカセット ３１ カセット本体 ３１ａ 開口部 ３１ｂ 受け部 ３２ 蓋体 ３２ａ 光吸収拡散面 ３４ ホログラム光学素子 ３４ａ ホログラムパターン形成面 ３４ｂ 反射防止型光吸収層形成面 ３６ 挿通孔 ３７ ピン挿通孔 ３８ 位置調整用凹部 ３９ 調整プレート ４０ ねじ孔 ４１ 固定ねじ挿通孔 ４２ プレート固定ねじ ５０ ホルダ部材 ５２ 枠体部 ５３ ボルト ５４ ねじ孔 ５５ 位置決めピン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザ光を平行光束化
   して出射し、このレーザ光をホログラム光学素子に入射
   して、正反射光と回折光とに分けて、この正反射光を基
   準反射板に、また回折光を被検物に照射することによっ
   て、物体光と参照光とを生成して、この２つの波面の間
   で生じる干渉縞に基づいて被検物の表面状態を測定する
   ものにおいて、前記ホログラム光学素子を枠状のカセッ
   ト本体に固定的に装着し、このホログラム光学素子のホ
   ログラムパターンの形成面とは反対側の面に反射を防止
   し、かつ光吸収機能を発揮するコーティングからなる反
   射防止型光吸収層形成面となし、前記カセット本体に
   は、ホログラム光学素子の反射防止型光吸収層形成面に
   対面するように、光吸収機能を有し、かつ光を拡散機能
   を持った光吸収拡散面を形成した蓋体を装着する構成と
   したことを特徴とするホログラム干渉計装置用ホログラ
   ムカセット。