JP3431290B2 - Interferometer - Google Patents

Interferometer

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JP3431290B2
JP3431290B2 JP17345094A JP17345094A JP3431290B2 JP 3431290 B2 JP3431290 B2 JP 3431290B2 JP 17345094 A JP17345094 A JP 17345094A JP 17345094 A JP17345094 A JP 17345094A JP 3431290 B2 JP3431290 B2 JP 3431290B2
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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】本発明は被測定面及び参照面にレ
ーザー光束を照射し、被測定面及び参照面からの反射光
束の干渉作用によって生ずる干渉縞を観察する干渉計に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interferometer for irradiating a laser beam on a surface to be measured and a reference surface and observing interference fringes generated by an interference action of light beams reflected from the surface to be measured and the reference surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】図17は特開平5−107022号公報
に記載された従来の干渉計を示す。同図において、入射
光束を集光レンズ101により集束させた後、ハーフミ
ラー102でその一部を反射させてコリメータレンズ1
03に入射している。コリメータレンズ103を通過す
ることにより光束は平行光束となり、フィゾー参照レン
ズ104で集束光束となって被測定面106に入射す
る。このとき参照面105で光束の一部が反射し、入射
時の光路を逆行する。また被測定面でも反射光束が発生
し、入射時の光路を逆行する。これらの2つの反射光束
はハーフミラー102を透過し、投影レンズ107及び
結像レンズ109を経て光像検出器110に達し、光像
検出器110で2つの反射光束の干渉作用による干渉縞
が観察される。
2. Description of the Related Art FIG. 17 shows a conventional interferometer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-107022. In the figure, after the incident light flux is focused by the condenser lens 101, a part of it is reflected by the half mirror 102 to collimate the collimator lens 1.
It is incident on 03. The light flux becomes a parallel light flux by passing through the collimator lens 103, and becomes a focused light flux at the Fizeau reference lens 104, and is incident on the measured surface 106. At this time, a part of the light flux is reflected by the reference surface 105 and goes backward in the optical path upon incidence. Further, a reflected light beam is also generated on the surface to be measured, and the optical path upon incidence is reversed. These two reflected light beams pass through the half mirror 102, reach the optical image detector 110 via the projection lens 107 and the imaging lens 109, and observe the interference fringes due to the interference action of the two reflected light beams at the optical image detector 110. To be done.

【0003】ここで、被測定面106での反射光束(回
折の0次光束)を投影レンズ107によって一旦、平行
光束としたのち結像レンズ109によって発散させて光
像検出器110に投影するとともに、被測定面106で
の1次以上の回折光が光像検出器110上で結像するよ
うに結像レンズ109と光像検出器110を一体として
光軸方向に移動させている。これにより、被測定面10
6での1次以上の回折光による干渉像の高周波成分の欠
落・干渉縞の曲がり等を防止するものである。
Here, the reflected light beam (diffracted zero-order light beam) on the surface to be measured 106 is once converted into a parallel light beam by the projection lens 107, then diverged by the imaging lens 109 and projected on the optical image detector 110. The imaging lens 109 and the optical image detector 110 are integrally moved in the optical axis direction so that the first-order and higher-order diffracted light on the surface to be measured 106 forms an image on the optical image detector 110. As a result, the surface to be measured 10
It is intended to prevent the high-frequency component of the interference image due to the diffracted light of the first or higher order in 6 and the interference fringe from being bent.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術に
は、以下のような欠点があった。第1に、被測定面10
6の位置が変化するにつれ、被測定面106の回折光
が、投影レンズ107によって集束される点の位置は変
化する。このため、焦点合わせのために結像レンズ10
9と観察面を一体として移動させる距離が増大し、観察
用光学系が必要とするスペースが大きくなっていた。第
2に、被測定面106の位置と焦点合わせの為のスペー
スの大きさには限界があるため、被測定面での回折光束
を観察面上で結像できなくなる虞れがあった。第3に、
被測定面106がレンズ面などの球面である場合を考え
ると、被測定面の曲率Rが変化するにつれて被測定面1
06と参照レンズ104の距離が変化するために装置の
光学系による倍率が変化し、異なるRの被測定物を測定
する場合、後部の拡大光学系の倍率のレンジを大きく取
らなければならないという欠点があった。第4に、観察
光学系に入射する光束の入射条件が大きく変化するた
め、全使用状態にわたって収差を除去することが困難で
あり、被測定面で発生した1次以上の回折光の集束状態
が悪化する部分が生じていた。
However, the prior art has the following drawbacks. First, the surface to be measured 10
As the position of 6 changes, the position of the point where the diffracted light on the measured surface 106 is focused by the projection lens 107 changes. Therefore, the imaging lens 10 is used for focusing.
9 and the observation surface are moved integrally, and the space required by the observation optical system is increased. Secondly, since the position of the surface to be measured 106 and the size of the space for focusing are limited, there is a possibility that the diffracted light beam on the surface to be measured cannot be imaged on the observation surface. Third,
Considering the case where the measured surface 106 is a spherical surface such as a lens surface, the measured surface 1 changes as the curvature R of the measured surface changes.
Since the distance between 06 and the reference lens 104 changes, the magnification of the optical system of the apparatus changes, and when measuring an object to be measured with a different R, the magnification range of the rear magnifying optical system must be large. was there. Fourthly, since the incident condition of the light beam incident on the observation optical system is largely changed, it is difficult to remove the aberration over the entire use state, and the focused state of the diffracted light of the first or higher order generated on the surface to be measured is There was a part that got worse.

【0005】本発明にかかる請求項1は、前述の第1の
問題点を解決し、作動距離が短くかつ全長の変化がな
、コンパクトな観察用光学系を有する干渉計を提供す
るものである。本発明にかかる請求項2および3は、前
述の第2の問題点を解決し、被測定面での回折光束を光
像検出手段上で結像できない領域が小さい干渉計を提供
するものである。本発明にかかる請求項4は、前述の第
3の問題点を解決し、被測定面の位置変化による干渉縞
の直径変化が小さい干渉計を提供するものである。本発
明にかかる請求項5は、前述の第4の問題点を解決し、
被測定面での回折光束の、光像検出手段での集束状態が
良い干渉計を提供するものである。
According to claim 1 of the present invention, the first problem described above is solved, and the working distance is short and the total length is unchanged.
And an interferometer having a compact observation optical system. Claims 2 and 3 according to the present invention solve the above-mentioned second problem and provide an interferometer in which the area where the diffracted light beam on the surface to be measured cannot be formed on the optical image detecting means is small. . A fourth aspect of the present invention solves the third problem described above, and provides an interferometer in which the diameter change of the interference fringes due to the position change of the surface to be measured is small. Claim 5 according to the present invention solves the above-mentioned fourth problem,
It is an object of the present invention to provide an interferometer in which a diffracted light beam on a surface to be measured is well focused by an optical image detecting means.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段および作用】図1〜図13
は、本発明の基本概念を示し、これらの図において、1
はレーザー光源である。2は発散光束を平行光束にする
ためのコリメーション光学系である。3はコリメーショ
ン光学系2から射出した平行光束の集束状態を変換する
ための変換光学系である。4は参照面、5は被測定面、
6はビームスプリッター、7は結像光学系、8は光像検
出手段、9は装置の光軸、10は絞りをそれぞれ示す。
Means and Actions for Solving the Problems FIGS. 1 to 13
Shows the basic concept of the present invention, and in these figures, 1
Is a laser light source. Reference numeral 2 is a collimation optical system for converting a divergent light beam into a parallel light beam. Reference numeral 3 is a conversion optical system for converting the focused state of the parallel light flux emitted from the collimation optical system 2. 4 is a reference surface, 5 is a measured surface,
6 is a beam splitter, 7 is an image forming optical system, 8 is an optical image detecting means, 9 is an optical axis of the apparatus, and 10 is a diaphragm.

【0007】上記構成において、レーザー光源1から射
出したレーザー光束はコリメーション光学系2に入射す
る。コリメーション光学系2によって光束は平行光束と
なって変換光学系3に入射する。変換光学系3におい
て、光束は参照面4の形状に応じた形状の波面を有した
光束へと変換される。この変換光学系3を透過した光束
は、参照面4及び被測定面5に入射する。参照面4及び
被測定面5の表面で反射光束が発生し、この反射光束は
入射時の光路を逆行し、ビームスプリッター6に入射す
る。ビームスプリッター6に入射した光束の一部はビー
ムスプリッター6を透過し、結像光学系7に入射する。
結像光学系7によって入射光束は集束ないしは発散し、
光像検出手段8に入射する。光像検出手段8において
は、参照面4からの反射光束と被測定面5からの反射光
束とが干渉作用を起こし、干渉縞が観察される。
In the above structure, the laser light flux emitted from the laser light source 1 enters the collimation optical system 2. The collimation optical system 2 transforms the light beam into a parallel light beam and enters the conversion optical system 3. In the conversion optical system 3, the light flux is converted into a light flux having a wavefront having a shape corresponding to the shape of the reference surface 4. The light flux transmitted through the conversion optical system 3 is incident on the reference surface 4 and the measured surface 5. A reflected light beam is generated on the surfaces of the reference surface 4 and the surface to be measured 5, and the reflected light beam travels in the reverse direction of the optical path at the time of incidence and enters the beam splitter 6. A part of the light flux that has entered the beam splitter 6 passes through the beam splitter 6 and enters the imaging optical system 7.
The imaging optical system 7 focuses or diverges the incident light beam,
It is incident on the optical image detecting means 8. In the optical image detecting means 8, the reflected light flux from the reference surface 4 and the reflected light flux from the measured surface 5 cause an interference action, and interference fringes are observed.

【0008】本発明の請求項1において、光像検出手段
8は固定されており、また結像光学系7は装置の光軸9
の方向に移動可能な機構を有している。このような構成
に基づいて光像検出手段8と、被測定面5との結像関係
を考察する。光像検出手段8の結像光学系7による像
は、図2における位置PI1 に結像する。またこの像
は、コリメーション光学系2及び変換光学系3によって
順次伝搬されて、最終的には位置PI2 に像を生じる。
ここで、PI2 と被測定面5の位置を一致させることに
より、光像検出手段8と被測定面5は結像関係にあるこ
とになる。従って測定の際には、位置PI2 に被測定面
5を置けば、被測定面5で生じた1次以上の回折光は光
像検出手段8によって集束され、0次光位置と一致する
ことになる。また被測定面5の位置が変化した場合は、
結像光学系7の位置を光軸9方向に移動させ、被測定面
5と光像検出手段8が結像関係になるように調整する。
この場合、結像光学系7のワーキングディスタンスは図
2における距離Lの部分に限定されるので、装置内の光
学系の全長は変化しない。
In claim 1 of the present invention, the optical image detecting means 8 is fixed, and the imaging optical system 7 is an optical axis 9 of the apparatus.
It has a mechanism that can move in the direction. The imaging relationship between the optical image detecting means 8 and the surface to be measured 5 will be considered based on such a configuration. The image formed by the image forming optical system 7 of the optical image detecting means 8 is formed at the position PI 1 in FIG. Further, this image is sequentially propagated by the collimation optical system 2 and the conversion optical system 3, and finally an image is generated at the position PI 2 .
Here, by aligning the positions of PI 2 and the surface 5 to be measured, the optical image detecting means 8 and the surface 5 to be measured are in an image forming relationship. Therefore, at the time of measurement, if the surface to be measured 5 is placed at the position PI 2 , the diffracted light of the first order or more generated on the surface to be measured 5 is focused by the optical image detection means 8 and coincides with the 0th order light position. become. If the position of the measured surface 5 changes,
The position of the imaging optical system 7 is moved in the direction of the optical axis 9, and the surface 5 to be measured and the optical image detecting means 8 are adjusted so as to form an imaging relationship.
In this case, since the working distance of the imaging optical system 7 is limited to the portion of the distance L in FIG. 2, the total length of the optical system in the apparatus does not change.

【0009】次に、本発明の請求項2の作用について述
べる。結像光学系7の焦点距離fpとしたときの光像検
出手段8の結像位置について考える。図3において、結
像光学系7の位置は物理的に光像検出手段8の右方にく
ることは有り得ない。図3におけるワーキングディスタ
ンスLの範囲内で結像光学系7による光像検出手段8の
結像位置を考えてみると、結像光学系7の光像検出手段
8側の焦点位置FBpが観察面よりも右方にある場合
は、結像位置PI1 は図3の如く結像光学系7よりも右
方にあることになる。光像検出手段8の位置と、結像光
学系7の光像検出手段8側の焦点位置FBpとが一致し
た場合には、図4のごとく結像位置は無限遠となる。
Next, the operation of claim 2 of the present invention will be described. Consider the image forming position of the optical image detecting means 8 when the focal length fp of the image forming optical system 7 is set. In FIG. 3, the position of the image forming optical system 7 cannot physically come to the right of the optical image detecting means 8. Considering the image forming position of the optical image detecting means 8 by the image forming optical system 7 within the range of the working distance L in FIG. 3, the focus position FBp on the optical image detecting means 8 side of the image forming optical system 7 is the observation plane. When it is on the right side, the image forming position PI 1 is on the right side of the image forming optical system 7 as shown in FIG. When the position of the light image detecting means 8 and the focus position FBp of the image forming optical system 7 on the side of the light image detecting means 8 coincide, the image forming position becomes infinite as shown in FIG.

【0010】図5に示すように、結像光学系7の光像検
出手段8側の焦点位置FBpが、光像検出手段8の左方
に位置するようになると、結像位置PI1 は結像光学系
7の左方に位置することになることになる。ここで結像
光学系7の位置を光像検出手段8から離していくと、結
像位置PI1 と結像光学系7の位置は接近していく。そ
して、図6に示すように光像検出手段8が、結像光学系
7の光像検出手段8側の焦点位置FBpからfpだけ右
方にある場合は結像関係は等倍結像となる。この状態か
らさらに結像光学系7を左方に移動させていくと、結像
は縮小系となる。実際に被測定面5での1次以上の回折
光を光像検出手段8上で0次光位置と一致させる場合に
は、上述した結像関係における像点の位置と、変換光学
系3及びコリメーション光学系2による被測定面5の位
置とが一致するように結像光学系7の光軸9方向の位置
を調整する。これにより変換光学系3及びコリメーショ
ン光学系2による被測定面5の像が結像光学系7によっ
て光像検出手段8に伝搬され、被測定面5での1次以降
の回折光束が光像検出手段8上で集束・0次光位置と一
致する。ここで光像検出手段8と、結像光学系7による
光像検出手段8の像の位置との距離を考える。光像検出
手段8と、結像光学系7による光像検出手段8の像との
距離IOは数1で表される。
As shown in FIG. 5, when the focus position FBp of the image forming optical system 7 on the side of the optical image detecting means 8 comes to the left of the optical image detecting means 8, the image forming position PI 1 is set. It will be located to the left of the image optical system 7. Here, if the position of the image forming optical system 7 is separated from the optical image detecting means 8, the image forming position PI 1 and the position of the image forming optical system 7 are close to each other. Then, as shown in FIG. 6, when the optical image detecting means 8 is located to the right of the focus position FBp on the optical image detecting means 8 side of the imaging optical system 7 by fp, the image forming relationship is an equal magnification image forming. . When the image forming optical system 7 is further moved to the left from this state, the image forming becomes a reduction system. When actually making the diffracted light of the first order or higher order on the measured surface 5 coincide with the 0th order light position on the optical image detecting means 8, the position of the image point in the above-mentioned image forming relationship, the conversion optical system 3 and The position of the imaging optical system 7 in the direction of the optical axis 9 is adjusted so that the position of the measured surface 5 by the collimation optical system 2 matches. As a result, the image of the surface to be measured 5 by the conversion optical system 3 and the collimation optical system 2 is propagated to the optical image detecting means 8 by the imaging optical system 7, and the diffracted light fluxes of the first and subsequent orders on the surface to be measured 5 are detected as optical images. It coincides with the focus / zero-order light position on the means 8. Here, the distance between the optical image detecting means 8 and the position of the image of the optical image detecting means 8 by the imaging optical system 7 will be considered. The distance IO between the optical image detecting means 8 and the image of the optical image detecting means 8 formed by the imaging optical system 7 is expressed by the following equation 1.

【0011】[0011]

【数1】 [Equation 1]

【0012】数1において、dは結像光学系7のコリメ
ーション光学系2側の主点から、結像位置PI1 迄の距
離であり、d′は結像光学系7の光像検出手段8側の主
点から、光像検出手段8までの距離である。この数1に
おいては、0≧d>−fpの時にIO≦0となり、d=
−fpの時にIO=∞となる。また、d<−fpの範囲
においては、d=−2fpのとき、IOは極小値をと
り、そのときIO=4fpとなる。これにより、0<I
O<4fpとはならないことが判る。従って、結像光学
系7による光像検出手段8の像位置は、光像検出手段8
の位置から、光像検出手段の左方4fpまでの領域内に
はこないこととなる。すなわち図7における範囲R中に
はこないことになる。
In Equation 1, d is the distance from the principal point of the image forming optical system 7 on the collimation optical system 2 side to the image forming position PI 1 , and d'is the optical image detecting means 8 of the image forming optical system 7. It is the distance from the principal point on the side to the light image detecting means 8. In this equation 1, when 0 ≧ d> −fp, IO ≦ 0, and d =
At −fp, IO = ∞. Further, in the range of d <-fp, IO takes a minimum value when d = -2fp, and at that time, IO = 4fp. This gives 0 <I
It can be seen that O <4fp does not hold. Therefore, the image position of the optical image detecting means 8 by the imaging optical system 7 is determined by the optical image detecting means 8
From the position of 4 to 4 fp to the left of the optical image detecting means, it does not come within the area. That is, it does not fall within the range R in FIG.

【0013】従って、変換光学系3及びコリメーション
光学系2による被測定面5の像位置が、図7中の範囲R
内にある場合は、結像光学系7による光像検出手段8の
像位置と、変換光学系3及びコリメーション光学系2に
よる被測定面5の像位置を一致させることができないこ
ととなり、被測定面5での1次以上の回折光束を光像検
出手段8上で0次光位置に一致・集束させることができ
なくなる。このような領域は、実際の測定時にはできる
だけ小さくし、かつその領域を実際の測定時にはあまり
使用しない部分に設定することが望ましい。前者の対策
として、図7からも明らかなとおり結像不可能領域の大
きさは結像光学系7の焦点距離の4倍であるので、結像
光学系7の焦点距離をできるだけ小さくすることが望ま
しいが、それと同時に結像不可能領域のコリメーション
光学系2及び変換光学系3による像の大きさをできるだ
け小さくすることが望ましい。すなわち図8における矢
印A方向の、コリメーション光学系2及び変換光学系3
の倍率をできるだけ小さくすることが望ましい。また後
者の対策として、実際の測定時に被測定面5が位置する
ことのない領域としては、変換光学系3から射出した光
束の集束点近傍(すなわち変換光学系3の焦点位置近
傍)が挙げられる。実際の測定時には被測定面5は有限
の大きさを有するので、変換光学系3の焦点位置に被測
定面5が位置することは有り得ない。また焦点位置近傍
に配置するような形をとる微小曲率半径である場合も少
ない。従って、結像不可能領域の、コリメーション光学
系2及び変換光学系3による像の位置を、変換光学系3
の焦点位置近傍に配置するのが望ましい。
Therefore, the image position of the surface to be measured 5 by the conversion optical system 3 and the collimation optical system 2 is the range R in FIG.
If it is within the range, the image position of the optical image detecting means 8 by the image forming optical system 7 and the image position of the measured surface 5 by the conversion optical system 3 and the collimation optical system 2 cannot be made to coincide with each other, and the measured object is measured. It becomes impossible to match / focus the first-order or higher-order diffracted light beams on the surface 5 on the optical image detection means 8 to the zero-order light position. It is desirable to make such an area as small as possible during actual measurement, and set the area to a portion that is rarely used during actual measurement. As a measure against the former, since the size of the non-imaging region is four times the focal length of the imaging optical system 7, as is apparent from FIG. 7, the focal length of the imaging optical system 7 should be made as small as possible. At the same time, it is desirable that the size of the image formed by the collimation optical system 2 and the conversion optical system 3 in the non-imageable region be made as small as possible. That is, the collimation optical system 2 and the conversion optical system 3 in the direction of arrow A in FIG.
It is desirable to make the magnification of 1 as small as possible. As a measure against the latter, as a region where the surface 5 to be measured is not located at the time of actual measurement, the vicinity of the focal point of the light beam emitted from the conversion optical system 3 (that is, the vicinity of the focal position of the conversion optical system 3) can be mentioned. . Since the measured surface 5 has a finite size during actual measurement, the measured surface 5 cannot be located at the focal position of the conversion optical system 3. In addition, it is rare that the radius of curvature is such that it is arranged near the focal position. Therefore, the position of the image formed by the collimation optical system 2 and the conversion optical system 3 in the non-imageable region is set to the conversion optical system 3
It is desirable to place it in the vicinity of the focal position of.

【0014】このような配置をとるためには、コリメー
ション光学系2から平行光束が射出して変換光学系3に
入射するような条件での結像関係とすればよい。従って
図7における結像不可能範囲Rをコリメーション光学系
2の、光像検出手段8側の焦点位置近傍に配置すればよ
い。このような配置としたうえで更に、図8における矢
印A方向の、コリメーション光学系2及び変換光学系3
の倍率を低くすることが望ましいが、結像不可能範囲が
コリメーション光学系2の焦点位置近傍に配置されてい
るので、この倍率はおおむねコリメーション光学系2と
変換光学系3の焦点距離の比によって決まることにな
り、倍率βは数2で表される。数2において、frは変
換光学系3の焦点距離、fcはコリメーション光学系2
の焦点距離である。
In order to make such an arrangement, it is sufficient to form an image-forming relationship under the condition that a collimated light beam is emitted from the collimation optical system 2 and is incident on the conversion optical system 3. Therefore, the non-imaging range R in FIG. 7 may be arranged in the vicinity of the focal position of the collimation optical system 2 on the side of the optical image detecting means 8. With such an arrangement, the collimation optical system 2 and the conversion optical system 3 in the direction of arrow A in FIG.
Although it is desirable to lower the magnification of, since the non-imaging range is arranged in the vicinity of the focal position of the collimation optical system 2, this magnification depends on the ratio of the focal lengths of the collimation optical system 2 and the conversion optical system 3. It will be decided, and the magnification β is expressed by Equation 2. In Equation 2, fr is the focal length of the conversion optical system 3, and fc is the collimation optical system 2.
Is the focal length of.

【0015】[0015]

【数2】 [Equation 2]

【0016】数2における倍率βが等倍以上であれば、
結像不可能領域を拡大させることになってしまう。従っ
て、数3のように、コリメーション光学系2と変換光学
系3による結像関係を縮小系とする条件が必要である。
If the magnification β in equation 2 is equal to or larger than 1 ×,
The non-imageable area will be enlarged. Therefore, it is necessary to set a condition such that the image formation relationship between the collimation optical system 2 and the conversion optical system 3 is a reduction system, as shown in Expression 3.

【0017】[0017]

【数3】 [Equation 3]

【0018】次に本発明の請求項3の作用について述べ
る。結像光学系7の作動距離を考えると、図6のよう
に、光像検出手段8が、結像光学系7の光像検出手段8
側の焦点位置FBpからfpだけ右方にある場合に、光
像検出手段8と、結像位置PI1 の距離が最小になるこ
とは前述の数1から明らかである。従って図6のような
状態になるだけの作動距離を確保しておけば、結像可能
領域は全てカバーすることになる。図9に示すように、
結像光学系7を厚肉光学系とした場合において、同図に
おけるHFは結像光学系7のコリメーション光学系2側
の主点位置、HBは結像光学系7の光像検出手段8側の
主点位置、fbは結像光学系7の光像検出手段8側の焦
点位置である。結像光学系7の作動範囲Lは、数4で表
される値以上を確保すれば良い。
Next, the operation of claim 3 of the present invention will be described. Considering the working distance of the imaging optical system 7, as shown in FIG. 6, the optical image detecting means 8 is the optical image detecting means 8 of the imaging optical system 7.
It is clear from Equation 1 above that the distance between the optical image detecting means 8 and the image forming position PI 1 becomes the minimum when the focus position FBp on the side is located fp to the right. Therefore, if the working distance is ensured so that the state as shown in FIG. 6 is secured, the entire imageable area is covered. As shown in FIG.
In the case where the imaging optical system 7 is a thick optical system, HF in the figure is the principal point position on the collimation optical system 2 side of the imaging optical system 7, and HB is the optical image detecting means 8 side of the imaging optical system 7. , Fb is the focus position of the imaging optical system 7 on the optical image detecting means 8 side. The operating range L of the imaging optical system 7 may be set to be equal to or more than the value expressed by the equation 4.

【0019】[0019]

【数4】 [Equation 4]

【0020】以上のような関係で示される構成とするこ
とにより、実際の使用上のほとんどの場合で、被測定面
5上で発生した1次以上の回折光を光像検出手段8上で
0次光の位置に一致・集束させることが可能となり、か
つ集束できない領域も実際の使用に殆ど影響ない程度に
小さくすることが可能である。
By adopting the structure shown by the above relationship, in most cases in actual use, the diffracted light of the first or higher order generated on the surface 5 to be measured is 0 on the optical image detecting means 8. It is possible to match and focus on the position of the next light, and it is possible to reduce the area that cannot be focused to such an extent that practical use is hardly affected.

【0021】本発明の請求項4の作用について述べる。
観察される干渉縞の直径について考えてみる。参照面4
及び被測定面5で反射した光束は図10の如く、結像光
学系7で集束される。被測定面5の直径が、変換光学系
3から射出した光束の直径と等しいとすると、このとき
光像検出手段8で観察される干渉縞像の直径φは、図1
0の通りであるため、数5で表される。
The operation of claim 4 of the present invention will be described.
Consider the diameter of the observed interference fringes. Reference plane 4
The light flux reflected by the surface to be measured 5 is focused by the imaging optical system 7 as shown in FIG. Assuming that the diameter of the measured surface 5 is equal to the diameter of the light beam emitted from the conversion optical system 3, the diameter φ of the interference fringe image observed by the optical image detecting means 8 at this time is as shown in FIG.
Since it is 0, it is expressed by the equation 5.

【0022】[0022]

【数5】 [Equation 5]

【0023】数5において、kはコリメーション光学系
2のNA、βは結像光学系7の倍率、mは結像光学系7
のコリメーション光学系2側の主点から、コリメーショ
ン光学系2の結像光学系7側の焦点位置迄の距離、m′
は結像光学系7の光像検出手段8側の主点から結像光学
系7の像点までの距離、HH′は結像光学系7の主点間
隔、Lsはコリメーション光学系2の結像光学系7側の
焦点位置から、光像検出手段8までの距離、fpは結像
光学系7の焦点距離である。数5から干渉縞の直径の極
小値φmin.は数6で表される。
In Equation 5, k is the NA of the collimation optical system 2, β is the magnification of the imaging optical system 7, and m is the imaging optical system 7.
From the principal point on the collimation optical system 2 side to the focal position on the imaging optical system 7 side of the collimation optical system 2, m ′
An imaging optical from the principal point of the optical image detection means 8 side of the imaging optical system 7
The distance to the image point of the system 7 , HH 'is the distance between the principal points of the imaging optical system 7, Ls is the distance from the focus position of the collimation optical system 2 on the imaging optical system 7 side to the light image detecting means 8, fp Is the focal length of the imaging optical system 7. From Equation 5, the minimum value φmin. Is expressed by Equation 6.

【0024】[0024]

【数6】 [Equation 6]

【0025】この数6は数7のとき、極小値をとる。The expression 6 has a minimum value when the expression 7 is obtained.

【0026】[0026]

【数7】 [Equation 7]

【0027】干渉縞の直径の変化を最小に抑えるために
は、結像光学系7の作動距離の中間で、干渉縞の直径が
最小になるように設定すれば良い。このときの位置関係
は図11のようになる。従って、数8が成り立つ。
In order to minimize the change in the diameter of the interference fringes, the diameter of the interference fringes may be set to a minimum in the middle of the working distance of the imaging optical system 7. The positional relationship at this time is as shown in FIG. Therefore, the equation 8 holds.

【0028】[0028]

【数8】 [Equation 8]

【0029】本発明の請求項5の作用について述べる。
被測定面5での回折光の、光像検出手段8での集束状態
について考える。被測定面5での1次以上の回折光束P
dは、図12に示すように、干渉縞を形成する光束(0
次光束)Piとは別の経路をたどって光像検出手段8に
達する。このようなパスの光束は、変換光学系3・コリ
メーション光学系2の設計時には考慮されていないこと
が多いため、光像検出手段8での集束状態は良くない。
結像光学系7による収差補正も、結像光学系7の位置変
化による光束の伝搬経路の変化が大きいため、全状態に
わたる良好な補正は困難である。この場合、回折光の光
像検出手段8での集束状態を良好にするには、適当な位
置に絞りを挿入し、干渉縞を形成する光束以外の余分な
回折光を極力減少させることが重要である。この場合
は、図13に示すように、コリメーション光学系2の焦
点位置に絞り10を挿入すれば、干渉縞を形成する光束
Piはこの位置でつねに集束しているのでこの絞りによ
って遮蔽されることはなく、1次以上の回折光束Pdの
内の一部のみを透過させることが可能となる。
The operation of claim 5 of the present invention will be described.
The focusing state of the diffracted light on the measured surface 5 at the optical image detecting means 8 will be considered. First-order and higher-order diffracted light beams P on the measured surface 5
As shown in FIG. 12, d is a luminous flux (0
The light beam reaches the optical image detecting means 8 along a path different from that of the next light flux Pi. Since the light flux of such a path is often not taken into consideration when designing the conversion optical system 3 and the collimation optical system 2, the focusing state in the optical image detecting means 8 is not good.
Also in the aberration correction by the imaging optical system 7, it is difficult to perform good correction in all states because the change in the propagation path of the light flux due to the position change of the imaging optical system 7 is large. In this case, in order to improve the focused state of the diffracted light in the optical image detecting means 8, it is important to insert a diaphragm at an appropriate position and reduce the excess diffracted light other than the light flux forming the interference fringes as much as possible. Is. In this case, as shown in FIG. 13, if the diaphragm 10 is inserted at the focal position of the collimation optical system 2, the light beams Pi forming the interference fringes are always focused at this position, so that they are blocked by this diaphragm. Instead, only a part of the diffracted light beam Pd of the first order or higher can be transmitted.

【0030】[0030]

【実施例1】図14は本発明の実施例1を示し、同図に
おいて21はレーザー光源としてのHe−Neレーザー
管、22はコンデンサーレンズである。23は偏光ビー
ムスプリッターであり、その偏光半透膜はP偏光成分を
透過しS偏光成分を反射する特性を有する。24は1/
4波長板、25はコリメーション光学系としてのコリメ
ータレンズ、26は変換光学素子としての参照レンズで
ある。26aは参照面であり、増反射コートを施してあ
る。27は被測定面、28は結像光学系としてのレンズ
であり、光軸30方向に移動可能な構造を有する。29
は光像検出手段であるすりガラスである。
[Embodiment 1] FIG. 14 shows Embodiment 1 of the present invention, in which 21 is a He—Ne laser tube as a laser light source, and 22 is a condenser lens. Reference numeral 23 is a polarization beam splitter, and the polarization semi-transparent film thereof has a characteristic of transmitting a P-polarized component and reflecting an S-polarized component. 24 is 1 /
A four-wave plate, 25 is a collimator lens as a collimation optical system, and 26 is a reference lens as a conversion optical element. Reference numeral 26a is a reference surface, on which a reflection enhancing coating is applied. Reference numeral 27 denotes a surface to be measured, 28 denotes a lens as an image forming optical system, which has a structure movable in the optical axis 30 direction. 29
Is frosted glass which is an optical image detecting means.

【0031】以上の構成において、He−Neレーザー
管21を射出したレーザー光束は、コンデンサレンズ2
2で一旦集束された後、発散し、偏光ビームスプリッタ
ー23に入射する。入射光束の内、P偏光成分の光束の
みが偏光ビームスプリッター23を透過し、1/4波長
板24で円偏光となってコリメータレンズ25に入射す
るコリメータレンズ25により光束は平行光束となって
参照レンズ26に入射する。平面波であった入射光束は
ここで球面波に変換されて参照レンズ26を射出する
が、その際、参照面26aでその一部が反射する。参照
レンズ26を射出した光束は被測定面27に入射してそ
の一部が反射光束となる。参照面26a及び被測定面2
7で反射した光束は入射時の光路を逆行し、1/4波長
板24により円偏光からS偏光となって偏光ビームスプ
リッター23に入射する。ここで入射光束は偏光ビーム
スプリッター23の偏光半透膜で反射し、レンズ28へ
と入射する。光束は結像レンズ28にて集束されてすり
ガラス29に入射する。ここでは参照面26aからの反
射光束と被測定面27からの反射光束が干渉作用を起こ
し、干渉縞が観察される。被測定面27の位置が変化し
た場合、これに伴いレンズ28を光軸30方向に移動さ
せ、すりガラス29により観察して、干渉縞周辺部の曲
がりがなく、また干渉縞が鮮鋭になるように位置を調整
する。この場合、レンズ28の作動距離は図14中のL
に限定されるが、装置における光学系の全長は変化しな
い。
In the above structure, the laser beam emitted from the He-Ne laser tube 21 is condensed by the condenser lens 2.
It is once focused at 2, then diverges and enters the polarization beam splitter 23. Of the incident light flux, only the light flux of the P-polarized component passes through the polarization beam splitter 23, becomes circularly polarized by the quarter-wave plate 24, and enters the collimator lens 25. It is incident on the lens 26. The incident light flux, which was a plane wave, is converted into a spherical wave here and exits from the reference lens 26, but at that time, a part thereof is reflected by the reference surface 26a. The light beam emitted from the reference lens 26 is incident on the surface 27 to be measured and a part thereof becomes a reflected light beam. Reference surface 26a and measured surface 2
The light beam reflected by 7 travels backward in the optical path at the time of incidence, and changes from circularly polarized light to S polarized light by the quarter-wave plate 24 and enters the polarization beam splitter 23. Here, the incident light beam is reflected by the polarization semi-transparent film of the polarization beam splitter 23 and enters the lens 28. The light flux is focused by the imaging lens 28 and enters the frosted glass 29. Here, the reflected light flux from the reference surface 26a and the reflected light flux from the measured surface 27 cause an interference action, and interference fringes are observed. When the position of the surface 27 to be measured changes, the lens 28 is moved in the direction of the optical axis 30 accordingly, and the surface of the frosted glass 29 is observed so that there is no bending around the interference fringes and the interference fringes are sharp. Adjust the position. In this case, the working distance of the lens 28 is L in FIG.
However, the total length of the optical system in the device does not change.

【0032】本実施例において、コリメータレンズ25
の焦点距離を600mm、参照レンズ26の焦点距離を
50mm、レンズ28の焦点距離を20mmと設定す
る。すりガラス29の、レンズ28による像ができる範
囲を考えると、レンズ28が偏光ビームスプリッター2
3とすりガラス29との間のどの位置にあっても、すり
ガラス29から偏光ビームスプリッター23の側80m
mの範囲には、すりガラス29のレンズ28による像は
できない。さらにこの範囲が、コリメータレンズ25及
び参照レンズ26によって被測定面27の側に投影され
ると考えると、この範囲内に被測定面27が位置した場
合には、被測定面27での回折光をすりガラス29上で
集束させることはできなくなる。しかしながら、被測定
面27側での範囲Dは数9により計算でき、この範囲は
小さく、実際の測定には殆ど支障とならない。なお、数
9において、fpはレンズ28の焦点距離、frは参照
レンズ26の焦点距離、fcはコリメータレンズ25の
焦点距離である。
In this embodiment, the collimator lens 25
, The focal length of the reference lens 26 is set to 50 mm, and the focal length of the lens 28 is set to 20 mm. Considering the area of the frosted glass 29 where an image can be formed by the lens 28, the lens 28 is used as the polarization beam splitter 2
80m from the frosted glass 29 to the polarization beam splitter 23 at any position between the 3 and the frosted glass 29.
In the range of m, an image cannot be formed by the lens 28 of the frosted glass 29. Further, considering that this range is projected onto the measured surface 27 side by the collimator lens 25 and the reference lens 26, when the measured surface 27 is located within this range, the diffracted light on the measured surface 27 is Can no longer be focused on the frosted glass 29. However, the range D on the measured surface 27 side can be calculated by the equation 9, and this range is small, and there is almost no obstacle to actual measurement. In Expression 9, fp is the focal length of the lens 28, fr is the focal length of the reference lens 26, and fc is the focal length of the collimator lens 25.

【0033】[0033]

【数9】 [Equation 9]

【0034】ちなみにここで、参照レンズ26及びコリ
メータレンズ25による倍率は数9におけるfrとfc
の比により表されるが、この比は1未満であり、参照レ
ンズ26およびコリメータレンズ25による倍率は縮小
倍率となっていることは明らかである。さらにこの実施
例においては、レンズ28の、すりガラス29側の焦点
位置を20mmとし、かつ光軸30方向の作動距離を4
5mm確保してある。ここにおいて、レンズ28とすり
ガラス29との距離を40mmとしたところで、すりガ
ラス29の、レンズ28による像は等倍像となり、すり
ガラス29に最も接近した位置に像ができることにな
る。すなわち結像可能な領域を全てカバーするために、
数10で表される関係となっていることとなる。
Incidentally, here, the magnifications by the reference lens 26 and the collimator lens 25 are fr and fc in the equation (9).
The ratio is less than 1, and it is clear that the magnification by the reference lens 26 and the collimator lens 25 is a reduction magnification. Further, in this embodiment, the focal position of the lens 28 on the frosted glass 29 side is 20 mm, and the working distance in the optical axis 30 direction is 4 mm.
5 mm is secured. Here, when the distance between the lens 28 and the frosted glass 29 is set to 40 mm, the image of the frosted glass 29 by the lens 28 becomes an equal-magnification image, and an image is formed at a position closest to the frosted glass 29. That is, in order to cover the entire imageable area,
The relationship is represented by the expression 10.

【0035】数10において、Lはレンズ28の光軸3
0方向の作動距離、fbはレンズ28の焦点距離、fp
はレンズ28の、すりガラス29側の焦点位置である。
In Equation 10, L is the optical axis 3 of the lens 28.
Working distance in 0 direction, fb is focal length of lens 28, fp
Is the focal position of the lens 28 on the frosted glass 29 side.

【0036】[0036]

【数10】 [Equation 10]

【0037】レンズ28をこの位置から移動・調整する
ことによって、被測定面27の位置が式9で表される範
囲以外にあれば、被測定面27での回折光は、すりガラ
ス29上で集束する。さらにこの実施例においては、コ
リメータレンズ25のNAを0.167に設定し、レン
ズ28の主点間隔を2mmとした場合、レンズ28のす
りガラス29側の焦点位置とレンズ28の焦点距離の値
は一致しているので、レンズ28のすりガラス側の主点
位置はレンズ28のすりガラス29側の面と一致する。
さらにコリメータレンズ25の偏光ビームスプリッター
23側の焦点位置から、すりガラス20までの距離を4
9mmとしたときの、すりガラス30に投影される干渉
縞像の直径φは数11で表される。図11において、k
はコリメータレンズ25のNA、mはレンズ28のコリ
メータレンズ25側の主点から、コリメータレンズ25
のレンズ28側の焦点位置迄の距離、HH′はレンズ2
8の主点間隔、Lsはコリメータレンズ25のレンズ2
9側の焦点位置から、すりガラス30までの距離、fp
はレンズ28の焦点距離である。
By moving / adjusting the lens 28 from this position, the diffracted light on the measured surface 27 is focused on the frosted glass 29 if the position of the measured surface 27 is outside the range expressed by the equation (9). To do. Further, in this embodiment, when the NA of the collimator lens 25 is set to 0.167 and the principal point interval of the lens 28 is set to 2 mm, the focal position of the lens 28 on the frosted glass 29 side and the focal length of the lens 28 are equal to each other. Since they coincide with each other, the principal point position of the lens 28 on the frosted glass side coincides with the surface of the lens 28 on the frosted glass 29 side.
Further, the distance from the focus position of the collimator lens 25 on the side of the polarization beam splitter 23 to the frosted glass 20 is 4
The diameter φ of the interference fringe image projected on the frosted glass 30 when it is set to 9 mm is represented by Formula 11. In FIG. 11, k
Is the NA of the collimator lens 25, m is the principal point of the lens 28 on the collimator lens 25 side,
To the focal position on the lens 28 side of the lens, HH 'is the lens 2
8 is the principal point interval, Ls is the lens 2 of the collimator lens 25
Distance from the focus position on the 9 side to the ground glass 30, fp
Is the focal length of the lens 28.

【0038】[0038]

【数11】 [Equation 11]

【0039】この状態にて、参照レンズのアパーチャを
いっぱいに使用する被測定面27を測定した場合の干渉
縞の直径は、m=23.5mmのとき最小値6.475
mmとなる。本実施例の固有の効果は、光像検出手段と
してすりガラス29を用いているので構成が簡易となる
ことがある。なお、本実施例において、コリメータレン
ズ25を軸外し放物面鏡で置き換えたり、すりガラス2
9をアクリル板などで置き換えたり、偏光ビームスプリ
ッター23をハーフミラーで置き換えると共に1/4波
長板24を撤去するなどしても、同様の効果を発揮する
ことができる。
In this state, the diameter of the interference fringes when the surface to be measured 27 where the aperture of the reference lens is used is measured is the minimum value 6.475 when m = 23.5 mm.
mm. Since the ground glass 29 is used as the light image detecting means, the characteristic effect of this embodiment may be simple. In this embodiment, the collimator lens 25 is replaced with an off-axis parabolic mirror or the frosted glass 2 is used.
The same effect can be achieved by replacing 9 with an acrylic plate or replacing the polarization beam splitter 23 with a half mirror and removing the quarter-wave plate 24.

【0040】[0040]

【実施例2】図15は、本発明の実施例2を示し、41
はレーザー光源としてのレーザーダイオード、42はコ
リメーション光学系としてのコリメータレンズ、43は
ビームスプリッターとしてのハーフプリズム、44及び
45は変換光学系としての集光レンズ、46は被測定
面、47は参照面である。48はコリメーション光学系
である第2のコリメータレンズ、49は絞りであり、第
2のコリメータレンズ48の焦点位置に置かれている。
50は結像光学系であるレンズ系、51は光像検出手段
としてのCCDカメラである。52はCCDカメラ51
が出力した映像信号を表示するためのモニターテレビ、
53は光軸である。
Second Embodiment FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention .
Is a laser diode as a laser light source, 42 is a collimator lens as a collimation optical system, 43 is a half prism as a beam splitter, 44 and 45 are condenser lenses as a conversion optical system, 46 is a measured surface, and 47 is a reference surface. Is. Reference numeral 48 is a second collimator lens which is a collimation optical system, and 49 is a diaphragm, which is placed at the focal position of the second collimator lens 48.
Reference numeral 50 is a lens system which is an image forming optical system, and 51 is a CCD camera as an optical image detecting means. 52 is a CCD camera 51
Monitor TV for displaying the video signal output by
53 is an optical axis.

【0041】上記構成において、レーザーダイオード4
1から射出した光束はコリメータレンズ42に入射す
る。コリメータレンズ42では光束は平行光束となった
後、ハーフプリズム43に入射し、ハーフプリズム43
の反射面を透過する光束と、ハーフプリズム43の反射
面で反射する光束とに分割される。ハーフプリズム43
の反射面で反射した光束は集光レンズ44に入射し、反
射面を透過した光束は集光レンズ45に入射する。各々
の光束は集光レンズ44及び45で集束され、集光レン
ズ44を射出した光束は被測定面46に入射し、集光レ
ンズ45を射出した光束は参照面47に入射する。被測
定面46と参照面47では反射光束が発生し、入射時の
光路を逆行して集光レンズ44及び45でそれぞれ平行
光束となってハーフプリズム43に入射する。ここで2
つの入射光束は、ハーフプリズム43の反射面を透過す
る光束と反射する光束と分割されるが、被測定面46で
反射し、ハーフプリズム43の反射面を透過した平行光
束と、参照面47で反射しハーフプリズム43の反射面
で反射した平行光束は第2のコリメータレンズ48に入
射する。第2のコリメータレンズ48に入射した光束
は、一旦集束し、絞り49を通過した後発散し、レンズ
系50に入射する。レンズ系50にて光束は再度集束さ
れ、CCDカメラ51の受光面に達する。CCDカメラ
51の受光面においては、被測定面46からの反射光束
と参照面47からの反射光束とが干渉作用を起こして干
渉縞が発生する。CCDカメラ51の映像信号はモニタ
ーテレビ52によって表示され、モニターテレビ52に
おいては干渉縞が観察される。測定の際は、モニターテ
レビ52に映る干渉縞を観察しながらレンズ系51の位
置を光軸53方向に調整し、干渉縞周辺部の干渉縞の曲
がりがなく、干渉縞の鮮鋭度が最も良くなる位置になる
ようにレンズ系50の位置を調整する。この際、光像検
出手段としてのCCDカメラ51は、実施例1のすりガ
ラスと同様に固定されているので、装置の全長などはな
んら変化しない。
In the above structure, the laser diode 4
The light flux emitted from the beam No. 1 enters the collimator lens 42. In the collimator lens 42, the light flux becomes a parallel light flux, and thereafter enters the half prism 43, and the half prism 43
Is divided into a light beam that passes through the reflection surface of the half prism 43 and a light beam that is reflected by the reflection surface of the half prism 43. Half prism 43
The light flux reflected by the reflecting surface of the light enters the condenser lens 44, and the light flux transmitted through the reflection surface enters the condenser lens 45. The respective luminous fluxes are converged by the condenser lenses 44 and 45, the luminous flux emitted from the condenser lens 44 is incident on the surface to be measured 46, and the luminous flux emitted from the condenser lens 45 is incident on the reference surface 47. A reflected light beam is generated on the surface to be measured 46 and the reference surface 47, travels backward in the optical path at the time of incidence, and is made into parallel light beams by the condenser lenses 44 and 45, and enters the half prism 43. 2 here
The two incident light fluxes are split into a light flux that passes through the reflecting surface of the half prism 43 and a light flux that reflects the parallel light flux that is reflected by the surface to be measured 46 and transmitted through the reflecting surface of the half prism 43, and the reference surface 47. The parallel light flux reflected and reflected by the reflecting surface of the half prism 43 enters the second collimator lens 48. The light flux that has entered the second collimator lens 48 is once focused, passes through the diaphragm 49, then diverges, and enters the lens system 50. The light flux is refocused by the lens system 50 and reaches the light receiving surface of the CCD camera 51. On the light receiving surface of the CCD camera 51, the reflected light flux from the surface to be measured 46 and the reflected light flux from the reference surface 47 cause an interference action to generate interference fringes. The video signal of the CCD camera 51 is displayed on the monitor television 52, and interference fringes are observed on the monitor television 52. At the time of measurement, the position of the lens system 51 is adjusted in the optical axis 53 direction while observing the interference fringes reflected on the monitor TV 52, and the interference fringes around the interference fringes are not bent and the sharpness of the interference fringes is the best. The position of the lens system 50 is adjusted so that the position becomes. At this time, since the CCD camera 51 as the optical image detecting means is fixed similarly to the frosted glass of the first embodiment, the total length of the device does not change at all.

【0042】さらに、本実施例において、コリメータレ
ンズ42及び第2のコリメータレンズ48の焦点距離を
100mm、集光レンズ44及び45の焦点距離を10
mm、レンズ系50の焦点距離を10mmと設定する。
CCDカメラ51の受光面の、レンズ系50による像が
できる範囲を考えると、レンズ系50が第2のコリメー
タレンズ48とCCDカメラ51との間のどの位置にあ
っても、CCDカメラ51から第2のコリメータレンズ
48の側40mmの範囲には、CCDカメラ51の受光
面のレンズ系50による像はできない。さらにこの範囲
が第2のコリメータレンズ48及び集光レンズ44及び
45によって被測定面46及び参照面47の側に投影さ
れると考えると、この範囲内に被測定面46及び参照面
47が位置した場合には、被測定面46及び参照面47
での回折光をCCDカメラ51の受光面上で集束させる
ことはできなくなる。しかしながら、被測定面46及び
参照面47側での範囲Dは数12により計算でき、この
範囲は小さく、実際の測定には殆ど支障とならない。
Further, in the present embodiment, the focal lengths of the collimator lens 42 and the second collimator lens 48 are 100 mm, and the focal lengths of the condenser lenses 44 and 45 are 10.
mm, and the focal length of the lens system 50 is set to 10 mm.
Considering the range where the image can be formed by the lens system 50 on the light receiving surface of the CCD camera 51, no matter what position the lens system 50 is between the second collimator lens 48 and the CCD camera 51, the CCD camera 51 can detect the first image. No image can be formed by the lens system 50 on the light receiving surface of the CCD camera 51 in the area of 40 mm on the side of the second collimator lens 48. Further, considering that this range is projected onto the side of the measured surface 46 and the reference surface 47 by the second collimator lens 48 and the condenser lenses 44 and 45, the measured surface 46 and the reference surface 47 are positioned within this range. In this case, the measured surface 46 and the reference surface 47
It becomes impossible to focus the diffracted light on the light receiving surface of the CCD camera 51. However, the range D on the measured surface 46 side and the reference surface 47 side can be calculated by Expression 12, and this range is small, and there is almost no obstacle to actual measurement.

【0043】数12において、fpはレンズ系50の焦
点距離、frは集光レンズ44及び45の焦点距離、f
cはコリメータレンズ42及び第2のコリメータレンズ
48の焦点距離である。
In Expression 12, fp is the focal length of the lens system 50, fr is the focal length of the condenser lenses 44 and 45, and f is
c is the focal length of the collimator lens 42 and the second collimator lens 48.

【0044】[0044]

【数12】 [Equation 12]

【0045】ちなみにここで、集光レンズ44,45及
び第2のコリメータレンズ48による倍率は数12にお
けるfrとfcの比により表されるが、この比は1未満
であり、集光レンズ44,45及び第2のコリメータレ
ンズ48による倍率は縮小倍率となっていることが明ら
かである。さらにこの実施例においては、レンズ系50
の、CCDカメラ51側の焦点位置を8mmとし、かつ
光軸53方向の作動距離を18mm確保してある。ここ
において、レンズ系50とCCDカメラ51の受光面と
の距離を18mmとしたところで、CCDカメラ51の
受光面の、レンズ系50による像は等倍像となり、CC
Dカメラ51の受光面に最も接近した位置に像ができる
ことになる。すなわち、結像可能な領域を全てカバーす
るために、数13で表される関係となっていることとな
る。数13において、Lはレンズ系50の光軸53方向
の作動距離、fpはレンズ系50の焦点距離、fbはレ
ンズ系50の、CCDカメラ51側の焦点位置である。
Incidentally, here, the magnification by the condenser lenses 44, 45 and the second collimator lens 48 is represented by the ratio of fr and fc in the formula 12, but this ratio is less than 1, and the condenser lenses 44, 45 It is clear that the magnification of 45 and the second collimator lens 48 is a reduction magnification. Further, in this embodiment, the lens system 50
The focal position on the CCD camera 51 side is 8 mm, and the working distance in the optical axis 53 direction is 18 mm. Here, when the distance between the lens system 50 and the light receiving surface of the CCD camera 51 is set to 18 mm, the image of the light receiving surface of the CCD camera 51 by the lens system 50 becomes an equal-magnification image.
An image can be formed at a position closest to the light receiving surface of the D camera 51. That is, in order to cover the entire imageable region, the relationship expressed by the equation 13 is established. In Expression 13, L is a working distance of the lens system 50 in the optical axis 53 direction, fp is a focal length of the lens system 50, and fb is a focal position of the lens system 50 on the CCD camera 51 side.

【0046】[0046]

【数13】 [Equation 13]

【0047】レンズ系50をこの位置から移動・調整す
ることによって、被測定面46及び参照面47の位置が
数12で表される範囲以外にあれば、被測定面46及び
参照面47の回折光は、CCDカメラ51の受光面上で
集束する。さらにこの実施例においては、第2のコリメ
ータレンズ48のNAを0.3に設定し、レンズ系50
の主点間隔を10mmとし、レンズ系50のCCDカメ
ラ51側の主点位置を−2mmとし、さらに第2のコリ
メータレンズ48のレンズ系50側の焦点位置から、C
CDカメラ51の受光面までの距離を32mmとした場
合、このときのCCDカメラ51の受光面に投影される
干渉縞像の直径は数14で表される。数14において、
kはコリメータレンズ42及び第2のコリメータレンズ
48のNA、mはレンズ系50の第2のコリメータレン
ズ48側の主点から、第2のコリメータレンズ48のレ
ンズ系50側の焦点位置迄の距離、HH′はレンズ50
の主点間隔、Lsは第2のコリメータレンズ48のレン
ズ系50側の焦点位置から、CCDカメラ51の受光面
までの距離、fpはレンズ系50の焦点距離である。
By moving / adjusting the lens system 50 from this position, if the positions of the measured surface 46 and the reference surface 47 are outside the range expressed by the equation 12, the diffraction of the measured surface 46 and the reference surface 47 is performed. The light is focused on the light receiving surface of the CCD camera 51. Further, in this embodiment, the NA of the second collimator lens 48 is set to 0.3, and the lens system 50
Is 10 mm, the principal point position of the lens system 50 on the CCD camera 51 side is −2 mm, and the focal point of the second collimator lens 48 on the lens system 50 side is C
When the distance to the light receiving surface of the CD camera 51 is set to 32 mm, the diameter of the interference fringe image projected on the light receiving surface of the CCD camera 51 at this time is expressed by the equation (14). In the number 14,
k is the NA of the collimator lens 42 and the second collimator lens 48, and m is the distance from the principal point of the lens system 50 on the second collimator lens 48 side to the focal position of the second collimator lens 48 on the lens system 50 side. , HH 'is the lens 50
, Ls is the distance from the focal position of the second collimator lens 48 on the lens system 50 side to the light receiving surface of the CCD camera 51, and fp is the focal length of the lens system 50.

【0048】[0048]

【数14】 [Equation 14]

【0049】この状態において、参照レンズのアパーチ
ャをいっぱいに使用する被測定面27を測定した場合の
干渉縞の直径は、m=11mmのとき最小値5.94m
mとなる。さらにこのとき、第2のコリメータレンズ4
8のレンズ系50側の焦点位置からCCDカメラ51の
受光面までの距離は、数15で表される距離Lsと一致
する。数15において、HH′はレンズ50の主点間
隔、Lはレンズ系50の光軸53方向の作動距離、HB
はレンズ系50のCCDカメラ51側の主点位置であ
る。
In this state, the diameter of the interference fringes when the surface to be measured 27, which fully uses the aperture of the reference lens, is measured, the minimum value of the interference fringe is 5.94 m when m = 11 mm.
m. Further, at this time, the second collimator lens 4
The distance from the focal position of the lens system 50 side of No. 8 to the light receiving surface of the CCD camera 51 corresponds to the distance Ls represented by Expression 15. In Expression 15, HH 'is the principal point interval of the lens 50, L is the working distance of the lens system 50 in the optical axis 53 direction, HB
Is the principal point position of the lens system 50 on the CCD camera 51 side.

【0050】[0050]

【数15】 [Equation 15]

【0051】これにより、レンズ系50の2つのストロ
ークエンドでの干渉縞の直径φは同じで、φ=13.2
mmである。この場合が、もっとも干渉縞の直径の変化
が小さい。 さらに本実施例においては、絞り49を第
2のコリメータレンズ48の焦点位置に設置してある。
このため、被測定面46及び参照面47での回折光の内
の大部分は絞り49で遮蔽されることとなる。最終的に
CCDカメラの受光面に達するのは、被測定面46及び
参照面47での回折光のうちごく限られた範囲のものの
みとなり、その結果CCDカメラ51の受光面における
回折光の集束度は向上し、より鮮鋭な干渉縞が観察でき
る。
As a result, the diameters φ of the interference fringes at the two stroke ends of the lens system 50 are the same, and φ = 13.2.
mm. In this case, the change in the diameter of the interference fringe is the smallest. Further, in this embodiment, the diaphragm 49 is installed at the focal position of the second collimator lens 48.
Therefore, most of the diffracted light on the measured surface 46 and the reference surface 47 is blocked by the diaphragm 49. Finally, the light receiving surface of the CCD camera reaches only a limited range of the diffracted light on the measured surface 46 and the reference surface 47, and as a result, the diffracted light is focused on the light receiving surface of the CCD camera 51. The degree is improved and sharper interference fringes can be observed.

【0052】本実施例の固有の効果としては、参照面を
自由に交換でき、またその形状の制限もないため、被測
定面及び参照面での反射光がCCDカメラに入射すれ
ば、非球面などの形状測定も可能であるという点にあ
る。なお本実施例において、CCDカメラをビジコンカ
メラに置き換えてもその効果に変化はない。また、絞り
の開口直径が微小である場合、加工後の防錆処理が困難
であるのでステンレスなどの錆にくい材料によって絞り
を製作することにより信頼性が増す。
The unique effect of this embodiment is that the reference surface can be freely exchanged and its shape is not limited. Therefore, if the reflected light from the surface to be measured and the reference surface is incident on the CCD camera, the aspherical surface can be used. It is also possible to measure shape such as. In this embodiment, even if the CCD camera is replaced with a vidicon camera, its effect does not change. Further, if the aperture diameter of the aperture is small, it is difficult to prevent rusting after processing. Therefore, by manufacturing the aperture with a material that is resistant to rust such as stainless steel, reliability is increased.

【0053】[0053]

【実施例3】図16は本発明の実施例3を示し、61は
レーザー光源としてのHe−Neレーザー管、62はコ
ンデンサーレンズ、63は偏光ビームスプリッターであ
る。この偏光ビームスプリッター63の偏光半透膜はP
偏光を透過し、S偏光を反射する特性を有している。6
4は1/4波長板、65はコリメーション光学系として
のコリメータレンズ、66は平行平面板、66aは参照
面であり増反射コートが施されている。67は変換光学
系としての位相型ゾーンプレートであり、入射した平行
光束(平面波)を集束光束(球面波)に変換する機能を
有する。68は被測定面、69は絞りであり、絞り69
はコリメータレンズ65の焦点位置に配置されている。
70は結像光学系であるレンズ、71はこのレンズ70
の像面である。72a,72b及び72cは拡大レン
ズ、73はCCDカメラ、74はCCDカメラの映像信
号を表示するためのモニターテレビ、75は光軸であ
る。なお拡大レンズ72a,72b,72cはそれぞれ
レンズ70の像面71を物点とし、異なる倍率でCCD
カメラ73の受光面に像面71の像を投影する。拡大レ
ンズ72a〜72cは切り換え機構によってそのどれか
1つが光軸75上に挿入されるようになっている。な
お、位相型ゾーンプレート67は、その表面にm番目の
半径rmが数16で表されるような輪帯を加工してあ
る。数16において、λはHe−Neレーザー光の波
長、fは位相型ゾーンプレート67の焦点距離である。
Third Embodiment FIG. 16 shows a third embodiment of the present invention , in which 61 is a He-Ne laser tube as a laser light source, 62 is a condenser lens, and 63 is a polarization beam splitter. The polarization semi-transparent film of this polarization beam splitter 63 is P
It has the property of transmitting polarized light and reflecting S polarized light. 6
Reference numeral 4 is a quarter wavelength plate, 65 is a collimator lens as a collimation optical system, 66 is a plane parallel plate, and 66a is a reference surface, which is provided with a reflection enhancing coating. A phase type zone plate 67 as a conversion optical system has a function of converting an incident parallel light beam (plane wave) into a converged light beam (spherical wave). 68 is a surface to be measured, 69 is a diaphragm, and the diaphragm 69
Is arranged at the focal position of the collimator lens 65.
70 is a lens which is an imaging optical system, 71 is this lens 70
Is the image plane of. Reference numerals 72a, 72b and 72c are magnifying lenses, 73 is a CCD camera, 74 is a monitor television for displaying video signals from the CCD camera, and 75 is an optical axis. The magnifying lenses 72a, 72b, and 72c are CCDs at different magnifications with the image plane 71 of the lens 70 as an object point.
The image of the image plane 71 is projected on the light receiving surface of the camera 73. Any one of the magnifying lenses 72a to 72c is inserted on the optical axis 75 by a switching mechanism. The phase-type zone plate 67 has a ring zone on its surface such that the m-th radius rm is represented by the equation (16). In Expression 16, λ is the wavelength of the He—Ne laser light, and f is the focal length of the phase type zone plate 67.

【0054】[0054]

【数16】 [Equation 16]

【0055】上記構成において、He−Neレーザー管
61から射出した光束は、コンデンサーレンズ62で集
束された後、発散し、偏光ビームスプリッター63に入
射する。P偏光成分の光束が偏光ビームスプリッター6
3の半透膜を透過し、1/4波長板64を透過する際に
円偏光となってコリメータレンズ65に入射する。コリ
メータレンズ65で光束は平行光束となった後、平行平
面板66に入射する。平行平面板66の参照面66aに
おいては入射光束の内、数%が反射光束となって入射時
の光路を逆行する。平行平面板66を透過した光束は、
位相型ゾーンプレート67に入射する。位相型ゾーンプ
レート67において平行光束は集束され、集束光束とな
って射出する。位相型ゾーンプレート67を射出した光
束は被測定面68に入射する。被測定面68では反射光
束が発生し、入射時の光路を逆行して位相型ゾーンプレ
ート67に入射する。ここで発散光束である反射光束は
平行光束に変換される。位相型ゾーンプレート67を射
出した光束および参照面66aで反射した光束はコリメ
ータレンズ65で集束光束となり、1/4波長板64で
円偏光からS偏光となり、偏光ビームスプリッター63
に入射する。偏光ビームスプリッター63の半透膜によ
りS偏光である入射光束は反射して偏光ビームスプリッ
ター63を射出し、絞り69を通過してレンズ70に入
射する。レンズ70で入射光束は集束され、拡大レンズ
72a〜72cの内、光軸75上に挿入されているレン
ズに入射し、それを射出してCCDカメラ73の受光面
に入射する。CCDカメラ73の映像信号は、モニター
テレビ74に画像として表示される。CCDカメラ73
の受光面においては、参照面66aで反射した光束と、
被測定面68で反射した光束とが干渉作用を起こし干渉
縞が形成される。この干渉縞の画像がモニターテレビ7
4に表示される。測定においてはモニターテレビ74に
映る干渉縞を観察しながらレンズ70の位置を光軸75
方向に調整し、干渉縞周辺部の干渉縞の曲がりがなく、
干渉縞の鮮鋭度が最も良くなる位置になるようにレンズ
70の位置を調整する。この際、光像検出手段であるC
CDカメラ73は、実施例1のすりガラス、実施例2の
CCDカメラと同様に固定されているので、装置の全長
はなんら変化しない。
In the above structure, the light beam emitted from the He-Ne laser tube 61 is converged by the condenser lens 62, then diverged, and enters the polarization beam splitter 63. The light beam of the P polarization component is the polarization beam splitter 6
When the light passes through the semitransparent film 3 and the quarter wave plate 64, it becomes circularly polarized light and enters the collimator lens 65. The collimator lens 65 converts the light beam into a parallel light beam, which is then incident on a plane parallel plate 66. On the reference surface 66a of the plane-parallel plate 66, a few percent of the incident light flux becomes a reflected light flux and travels backward in the optical path upon incidence. The luminous flux transmitted through the plane-parallel plate 66 is
It is incident on the phase type zone plate 67. The parallel light flux is converged by the phase type zone plate 67 and is emitted as a focused light flux. The light flux emitted from the phase type zone plate 67 is incident on the measured surface 68. A reflected light beam is generated on the surface to be measured 68, and travels backward in the optical path at the time of incidence to enter the phase type zone plate 67. Here, the reflected light beam, which is a divergent light beam, is converted into a parallel light beam. The light beam emitted from the phase-type zone plate 67 and the light beam reflected by the reference surface 66a are converged by the collimator lens 65 and are changed from circularly polarized light to S-polarized light by the ¼ wavelength plate 64.
Incident on. The incident light flux which is S-polarized light is reflected by the semi-transparent film of the polarization beam splitter 63, exits the polarization beam splitter 63, passes through the diaphragm 69, and enters the lens 70. The incident light beam is converged by the lens 70, is incident on the lens of the magnifying lenses 72a to 72c that is inserted on the optical axis 75, and is emitted to be incident on the light receiving surface of the CCD camera 73. The video signal from the CCD camera 73 is displayed as an image on the monitor television 74. CCD camera 73
In the light receiving surface of, the light flux reflected by the reference surface 66a,
The light flux reflected on the surface 68 to be measured causes an interference effect to form an interference fringe. This interference fringe image is on monitor TV 7.
4 is displayed. In the measurement, the position of the lens 70 is adjusted to the optical axis 75 while observing the interference fringes reflected on the monitor TV 74.
Adjust to the direction, there is no bending of the interference fringes around the interference fringe,
The position of the lens 70 is adjusted so that the sharpness of the interference fringe is maximized. At this time, the light image detecting means C
Since the CD camera 73 is fixed similarly to the frosted glass of the first embodiment and the CCD camera of the second embodiment, the entire length of the device does not change at all.

【0056】また、被測定面の直径が位相型ゾーンプレ
ート67を射出した光束の直径に比べて小さく、モニタ
ーテレビ74上での干渉縞の表示直径が小さい場合に
は、拡大レンズ72a,72b,72cのうち、拡大倍
率の大きいものを選択して光軸75上に挿入することに
より、モニターテレビ74上の干渉縞像が拡大されて表
示されることとなり、より観察が容易になる。さらに本
実施例において、コリメータレンズ65の焦点距離を1
00mm、レンズ70の焦点距離を20mmと設定す
る。また位相型ゾーンプレート67の焦点距離(数16
中のf)を15mmに設定してある。像面71の、レン
ズ70による像ができる範囲を考えると、レンズ70が
偏光ビームスプリッター63と像面71との間のどの位
置にあっても、像面71から偏光ビームスプリッター6
3の側80mmの範囲には、像面71のレンズ70によ
る像はできない。さらにこの範囲がコリメータレンズ6
5及び位相型ゾーンプレート67によって被測定面68
の側に投影されると考えると、この範囲内に被測定面6
8が位置した場合には、被測定面68での1次以上の回
折光を像面71上で0次回折光の位置と一致・集束させ
ることはできなくなる。しかしながら、被測定面68側
での範囲は数17により計算でき、この範囲は小さく、
実際の測定には殆ど支障とならない。数17において、
fpはレンズ70の焦点距離、frは位相ゾーンプレー
ト67の焦点距離、fcはコリメータレンズ65の焦点
距離である。
When the diameter of the surface to be measured is smaller than the diameter of the light beam emitted from the phase type zone plate 67 and the display diameter of the interference fringes on the monitor television 74 is small, the magnifying lenses 72a, 72b, By selecting the one having a large enlargement magnification out of 72c and inserting it on the optical axis 75, the interference fringe image on the monitor television 74 is enlarged and displayed, and the observation becomes easier. Further, in this embodiment, the focal length of the collimator lens 65 is set to 1
00 mm and the focal length of the lens 70 are set to 20 mm. Also, the focal length of the phase type zone plate 67 (equation 16
The inside f) is set to 15 mm. Considering a range of the image plane 71 where an image can be formed by the lens 70, no matter where the lens 70 is between the polarization beam splitter 63 and the image plane 71, the polarization beam splitter 6 moves from the image plane 71 to the polarization beam splitter 6.
In the range of 80 mm on the 3 side, the image on the image plane 71 by the lens 70 cannot be formed. Further, this range is the collimator lens 6
5 and the phase type zone plate 67 to measure surface 68
If it is projected on the side of the
When 8 is positioned, it becomes impossible to match and focus the diffracted light of the first order or more on the measured surface 68 with the position of the 0th order diffracted light on the image plane 71. However, the range on the measured surface 68 side can be calculated by the formula 17, and this range is small,
There is almost no obstacle to the actual measurement. In the number 17,
fp is the focal length of the lens 70, fr is the focal length of the phase zone plate 67, and fc is the focal length of the collimator lens 65.

【0057】[0057]

【数17】 [Equation 17]

【0058】ちなみにここで、位相型ゾーンプレート6
7及びコリメータレンズ65による倍率は数17におけ
るfrとfcの比により表されるが、この比は1未満で
あり、位相型ゾーンプレート67及びコリメータレンズ
65による倍率が縮小倍率となっていることが明らかで
ある。さらにこの実施例においては、レンズ70のCC
Dカメラ73側の焦点位置を17mmとし、かつ光軸7
5方向の作動距離を40mm確保してある。ここにおい
て、レンズ70と像面71との距離を40mmとしたと
ころで、像面71のレンズ70による像は等倍像とな
り、像面71に最も接近した位置に像ができることにな
る。すなわち結像可能な領域を全てカバーするために、
数18で表される関係となっていることとなる。数18
において、Lはレンズ70の光軸75方向の作動距離、
fpはレンズ70の焦点距離、fbはレンズ70の、C
CDカメラ73側の焦点位置である。
Incidentally, here, the phase type zone plate 6
The magnification by 7 and the collimator lens 65 is expressed by the ratio of fr and fc in the equation 17, but this ratio is less than 1, and the magnification by the phase zone plate 67 and the collimator lens 65 is a reduction magnification. it is obvious. Further, in this embodiment, the CC of the lens 70
The focus position on the D camera 73 side is 17 mm, and the optical axis 7
A working distance of 40 mm is secured in five directions. Here, when the distance between the lens 70 and the image plane 71 is set to 40 mm, the image of the image plane 71 by the lens 70 becomes an equal-magnification image, and an image can be formed at a position closest to the image plane 71. That is, in order to cover the entire imageable area,
The relationship is represented by Expression 18. Number 18
Is a working distance of the lens 70 in the optical axis 75 direction,
fp is the focal length of the lens 70, fb is the lens 70 C
This is the focus position on the CD camera 73 side.

【0059】[0059]

【数18】 [Equation 18]

【0060】レンズ70をこの位置から移動・調整する
ことによって、被測定面68の位置が数17で表される
範囲以外にあれば、被測定面68の回折光は、像面71
上で集束する。すなわちCCDカメラ73の受光面上で
集束することになる。さらにこの実施例においては、コ
リメータレンズ65のNAを0.15に設定し、レンズ
70の主点間隔5mmとして、レンズ70の像面71側
の主点位置を−3mmとし、さらにコリメータレンズ6
5の、レンズ70側の焦点位置から、像面71までの距
離を51mmとした場合、このときの、像面71に投影
される干渉縞像の直径φは数19で表される。数19に
おいて、kはコリメータレンズ42及び第2のコリメー
タレンズ48のNA、mはレンズ系50の第2のコリメ
ータレンズ48側の主点から第2のコリメータレンズ4
8のレンズ系50側の焦点位置迄の距離、HH′はレン
ズ系50の主点間隔、Lsは第2のコリメータレンズ4
8のレンズ系50側の焦点位置から、CCDカメラ51
の受光面までの距離、fpはレンズ系50の焦点距離で
ある。
By moving / adjusting the lens 70 from this position, if the position of the measured surface 68 is outside the range represented by Expression 17, the diffracted light of the measured surface 68 will be reflected by the image surface 71.
Focus on. That is, the light is focused on the light receiving surface of the CCD camera 73. Further, in this embodiment, the NA of the collimator lens 65 is set to 0.15, the principal point interval of the lens 70 is 5 mm, the principal point position of the lens 70 on the image plane 71 side is -3 mm, and the collimator lens 6 is also used.
When the distance from the focal position of the lens 70 on the lens 70 side to the image plane 71 is 51 mm, the diameter φ of the interference fringe image projected on the image plane 71 at this time is represented by Formula 19. In Expression 19, k is the NA of the collimator lens 42 and the second collimator lens 48, and m is the principal point of the lens system 50 on the second collimator lens 48 side from the second collimator lens 4
8 to the focal position on the lens system 50 side, HH ′ is the principal point spacing of the lens system 50, and Ls is the second collimator lens 4
8 from the focus position on the lens system 50 side to the CCD camera 51
Is the focal length of the lens system 50.

【0061】[0061]

【数19】 [Formula 19]

【0062】この状態において、位相型ゾーンプレート
67のアパーチャをいっぱい使用する被測定面68を測
定した場合の干渉縞の直径φは、m=23mmのとき
小値,φ=5.865mmとなる。さらにこのとき、コ
リメータレンズ65のレンズ70側の焦点位置から像面
71までの距離は、数20で表される距離Lsと一致す
る。数20において、HH′はレンズ70の主点間隔、
Lはレンズ70の光軸75方向の作動距離、HBはレン
ズ70のCCDカメラ73側の主点位置である。
In this state, the diameter φ of the interference fringes when measuring the measured surface 68 that uses the full aperture of the phase type zone plate 67 is the maximum when m = 23 mm.
Small value , φ = 5.865 mm. Further, at this time, from the focus position of the collimator lens 65 on the lens 70 side to the image plane
The distance to 71 coincides with the distance Ls represented by Expression 20. In Expression 20, HH ′ is the principal point interval of the lens 70,
L is a working distance of the lens 70 in the optical axis 75 direction, and HB is a principal point position of the lens 70 on the CCD camera 73 side .

【0063】[0063]

【数20】 [Equation 20]

【0064】これにより、レンズ70の2つのストロー
クエンドでの干渉縞の直径φは同じで、φ=13.8m
である。この場合が、もっとも干渉縞の直径の変化が小
さい。さらに本実施例においては、絞り69をコリメー
タレンズ65の焦点位置に設置してある。このため、被
測定面68での回折光の内の大部分は絞り69で遮蔽さ
れることとなる。最終的にCCDカメラ73の受光面に
達するのは、被測定面68での回折光のうちごく限られ
た範囲のもののみとなり、その結果CCDカメラ73の
受光面における回折光の集束度は向上し、より鮮鋭な干
渉縞が観察できる。本実施例の固有の効果としては、拡
大レンズによって干渉縞像を拡大できるので、曲率半径
に比較して直径の小さな被測定面についても容易に観察
できる点が上げられる。
As a result, the diameter φ of the interference fringes at the two stroke ends of the lens 70 is the same, and φ = 13.8 m.
Is. In this case, the change in the diameter of the interference fringe is the smallest. Further, in this embodiment, the diaphragm 69 is installed at the focal position of the collimator lens 65. Therefore, most of the diffracted light on the measured surface 68 is blocked by the diaphragm 69. Finally, the light receiving surface of the CCD camera 73 reaches only the limited range of the diffracted light on the measured surface 68, and as a result, the degree of focusing of the diffracted light on the light receiving surface of the CCD camera 73 is improved. However, sharper interference fringes can be observed. As a unique effect of this embodiment, since the interference fringe image can be magnified by the magnifying lens, it is possible to easily observe the measured surface having a diameter smaller than the radius of curvature.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明の請求項1の効果は、作動距離が
短くかつ全長の変化がなく、コンパクトな観察光学系を
有する干渉計を提供できる。請求項2及び請求項3の効
果は、被測定面での回折光束を光像検出手段上で結像で
きない領域が小さい干渉計を提供できる。請求項4の効
果は、被測定面の位置変化による干渉縞の直径変化が小
さい干渉計を提供できる。請求項5の効果は、被測定面
での回折光束の、光像検出手段上での集束状態が良い干
渉計を提供できる。
The effects of the first aspect of the present invention can provide an interferometer having a compact observation optical system with a short working distance and no change in the total length . The effects of claims 2 and 3 can provide an interferometer in which the area where the diffracted light beam on the surface to be measured cannot be imaged on the optical image detecting means is small. The effect of claim 4 can provide an interferometer in which the diameter change of the interference fringe due to the position change of the surface to be measured is small. The effect of the fifth aspect is that it is possible to provide the interferometer in which the diffracted light beam on the surface to be measured has a good focusing state on the optical image detecting means.

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

【図1】本発明の基本構成の側面図である。FIG. 1 is a side view of a basic configuration of the present invention.

【図2】被測定面と結像光学系の関係を示す側面図であ
る。
FIG. 2 is a side view showing the relationship between the surface to be measured and the imaging optical system.

【図3】結像光学系と光学系検出手段の関係を示す側面
図である。
FIG. 3 is a side view showing a relationship between an image forming optical system and an optical system detecting means.

【図4】結像光学系と光学系検出手段の関係を示す側面
図である。
FIG. 4 is a side view showing a relationship between an image forming optical system and an optical system detecting means.

【図5】結像光学系の結像位置を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing an image forming position of the image forming optical system.

【図6】等倍結像を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing 1 × imaging.

【図7】結像不可能領域を示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing a non-imageable region.

【図8】コリメーション光学系と変換光学系の関係を示
す側面図である。
FIG. 8 is a side view showing a relationship between a collimation optical system and a conversion optical system.

【図9】結像光学系を厚肉光学系とした場合の側面図で
ある。
FIG. 9 is a side view when the imaging optical system is a thick optical system.

【図10】厚肉光学系の集束を示す側面図である。FIG. 10 is a side view showing focusing of a thick optical system.

【図11】厚肉結像光学系を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing a thick imaging optical system.

【図12】厚肉結像光学系の集束を示す側面図である。FIG. 12 is a side view showing focusing of a thick imaging optical system.

【図13】光路内に絞りを設けた側面図である。FIG. 13 is a side view showing a diaphragm provided in the optical path.

【図14】本発明の実施例1の側面図である。FIG. 14 is a side view of the first embodiment of the present invention.

【図15】実施例2の側面図である。FIG. 15 is a side view of the second embodiment.

【図16】実施例3の側面図である。FIG. 16 is a side view of the third embodiment.

【図17】従来の干渉計の側面図である。FIG. 17 is a side view of a conventional interferometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザー光源 2 コリメーション光学系 3 変換光学系 4 参照面 5 被測定面 6 ビームスプリッター 7 結像光学系 8 光像検出手段 9 光軸 1 laser light source 2 Collimation optical system 3 conversion optics 4 reference planes 5 measured surface 6 Beam splitter 7 Imaging optical system 8 Optical image detection means 9 optical axes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−58710(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/02 G01B 11/24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-58710 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/02 G01B 11/24

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ光源と、ビームスプリッターと、
レーザー光源から射出した光束を平行光束とするための
コリメーション光学系と、このコリメーション光学系か
ら射出した光束の集束状態を変換するための変換光学系
と、参照面と、被測定面とを光軸上に配置し、前記変換
光学系から射出したレーザー光源の光束を参照面と被測
定面に照射し、参照面と被測定面からの反射光束の干渉
作用により発生する干渉縞を光像検出手段に投影して観
察する干渉計において、 前記ビームスプリッターの、前記コリメーション光学系
の配置された側と反対側に前記光像検出手段を固定し、
前記ビームスプリッターと光像検出手段との間に光軸方
向に移動可能な結像光学系を設け、この結像光学系の光
軸方向の位置を調整することにより、被測定面からの1
次以降の回折光を0次光位置に集束させるようにしたこ
とを特徴とする干渉計。
1. A laser light source, a beam splitter,
A collimation optical system for collimating the light beam emitted from the laser light source, a conversion optical system for converting the focused state of the light beam emitted from the collimation optical system, a reference surface, and a surface to be measured are optical axes. The optical image detecting means is disposed above and irradiates the reference surface and the surface to be measured with the light flux of the laser light source emitted from the conversion optical system, and the interference fringes generated by the interference action of the light flux reflected from the reference surface and the surface to be measured. In an interferometer for projecting and observing, in the beam splitter, the optical image detecting means is fixed to a side opposite to the side where the collimation optical system is arranged,
An imaging optical system that is movable in the optical axis direction is provided between the beam splitter and the optical image detecting means, and the position in the optical axis direction of the imaging optical system is adjusted so that the distance from the measured surface is increased.
An interferometer characterized in that diffracted light after the next order is focused at the 0th order light position.
【請求項2】 前記コリメーション光学系の焦点距離f
cと前記変換光学系の焦点距離frとの比を|fr/f
c|<1.0により表される関係としたことを特徴とす
る請求項1記載の干渉計。
2. The focal length f of the collimation optical system
The ratio of c to the focal length fr of the conversion optical system is | fr / f
The interferometer according to claim 1, wherein the relationship is represented by c | <1.0.
【請求項3】 前記結像光学系の焦点距離fp,前記結
像光学系における前記光像検出手段側の焦点位置fb、
前記結像光学系の前記光軸方向の作動距離Lが関係式L
≧fp+fbにより表されることを特徴とする請求項2
記載の干渉計。
3. A focal length fp of the image forming optical system, a focal position fb of the image forming optical system on the optical image detecting means side,
The working distance L of the imaging optical system in the optical axis direction is expressed by the relational expression L.
3. It is represented by ≧ fp + fb.
Interferometer described.
【請求項4】 前記結像光学系の光軸方向の作動距離が
L、結像光学系の主点間隔がHH′、結像光学系の前記
光像検出手段側の主点位置がHBであるとき、前記コリ
メーション光学系のビームスプリッター側の焦点の位置
から前記光像検出手段までの距離Lsが関係式Ls=H
H′+L−2HBにより示されることを特徴とする請求
項2記載の干渉計。
4. The working distance of the imaging optical system in the optical axis direction is L, the principal point spacing of the imaging optical system is HH ', and the principal point position of the imaging optical system on the optical image detecting means side is HB. At some time, the distance Ls from the position of the focal point on the beam splitter side of the collimation optical system to the optical image detecting means is expressed by the relational expression Ls = H.
An interferometer according to claim 2, characterized by being represented by H '+ L-2HB.
【請求項5】 前記コリメーション光学系の焦点位置に
絞りを置いたことを特徴とする請求項2記載の干渉計。
5. The interferometer according to claim 2, wherein a stop is placed at a focal position of the collimation optical system.
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