JP3637165B2

JP3637165B2 - 表面測定装置

Info

Publication number: JP3637165B2
Application number: JP29330696A
Authority: JP
Inventors: 誠壹岐
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH10122833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レンズ等の光学素子、あるいは光学素子を成形するための金型等の表面を測定する表面測定装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスあるいは樹脂の加工品、あるいは成型品であるレンズ等の表面のキズ、あるいは製品を成形するための金型の表面のキズはルーペ等の拡大鏡を用いて検査されている。また、これらの被測定物の表面の緩やかな凹凸、すなわちうねりを検査するためには、干渉計が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は拡大鏡によるキズ検査と干渉計による表面うねり検査とを独立して行う必要があったため、検査に手間がかかるという問題がある。
【０００４】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、被測定物のキズと表面うねりとを少ない手間で時間をかけずに測定することができる表面測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる表面測定装置は、上記の目的を達成させるため、被測定物を拡大観察する観察光学系と被測定物との間の光路中に、この光路を分岐するビームスプリッターを配置し、ビームスプリッターにより分岐される一方の光路に被測定物を配置すると共に他方の光路に干渉用の原器を配置し、ビームスプリッターにより照明光が被測定物側と原器側とに分岐されるように照明光学系を配置し、ビームスプリッターと原器との間の光束を開閉により通過させ、あるいは遮断するシャッターを設けることにより、シャッターの開放時には被測定物と原器とからの反射光による干渉縞を観察光学系により観察し、シャッターの閉成時には被測定物の表面状態のみを観察できるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる表面測定装置の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態にかかる表面測定装置の光学系の構成を示す説明図である。光学系は、被測定物である被検レンズ１を拡大観察する観察光学系１０と、被検レンズ１と観察光学系１０との間に設けられた第１ビームスプリッター２１を介して被検レンズ１と原器２とに照明光を入射させる照明光学系２０とを備えている。照明光学系２０、第１ビームスプリッター２１、原器２は、被検レンズ１を含めてトワイマン−グリーン型の干渉光学系を構成し、被検レンズ１および原器２からの反射光により形成される干渉縞は、観察光学系１０により観察される。
【０００７】
観察光学系１０は、第１ビームスプリッター２１側から順に、対物レンズ１２、第１の偏光板１３、そして被測定物の像を形成する結像レンズ１４と、形成された像を取り込む撮像素子１６、および、この撮像素子１６により取り込まれた像を表示するモニタ１７とを備える。対物レンズ１２と結像レンズ１４とは、被検レンズ１の表面と撮像素子１６の撮像面とを光学的に共役にする結像光学系１１を構成している。したがって、観察光学系１０は後述する照明光学系の調整状態にかかわらず常に被検レンズ１の表面像をピントのあった状態で観察することができる。
また、被検レンズ１は、その表面が対物レンズ１２の焦点に一致するよう位置が調整される。これにより、対物レンズ１２と結像レンズ１４との間は結像系に関してはアフォーカルとなり、結像レンズ１４の位置を任意に定めることができるため、装置設計の自由度が大きくなる。
【０００８】
第１ビームスプリッター２１は、上記の観察光学系１０の光路を分岐するように配置され、この第１ビームスプリッター２１により分岐される観察光学系１０の一方の光路に被測定物１が配置されると共に、他方の光路に干渉用の原器２が配置されている。
【０００９】
照明光学系２０は、偏光状態がランダムな平行光束を発する光源部２２側から順に、照明光を任意の偏光方向を持つ直線偏光にする第２の偏光板２３、第２ビームスプリッター２４、被測定物および原器に入射させる光束の径を変化させるズーム式ビームエキスパンダー２６、ミラー２７、光軸方向に移動することにより被検レンズ１および原器２に入射させる光束の集光状態を変化させる集光レンズ２８を備える。第２ビームスプリッター２４は、被検レンズ１および原器２により反射された戻り光を分離する機能を有し、分離された戻り光は点像観察用スクリーン２５上に投影される。
【００１０】
第２の偏光板２３により照明光の偏光方向を任意に選択して干渉縞のコントラストを向上させ、第１の偏光板１３の回転位置を任意に選択して撮像素子１６に入射する光量を加減することにより、反射光により形成される干渉縞の視認性を良好にすることができる。
【００１１】
なお、第１ビームスプリッター２１と原器２との間の光路中には、開閉操作により光束を通過させ、あるいは遮断するシャッター３が設けられている。シャッター３が開放されている場合には、原器２との間を光束が通過するため、撮像面上には被検レンズ１と原器２とからの反射光による干渉縞が形成されると共に、被検レンズ１の表面にキズがある場合には、そのキズが干渉縞に重ねて表示される。一方、シャッター３が閉成されている場合には、原器２との間を光束が通過せず、被検レンズ１の表面のキズやゴミ等の欠陥のみが映し出される。したがって、表面うねりを観察する場合にはシャッター３を開放し、表面のキズを検査する場合にはシャッター３を閉成する。
【００１２】
次に、上記実施形態の装置を用いた測定の手順について説明する。表面うねりを測定する場合には、光源部２２を駆動して照明光を発光させ、集光レンズ２８を光軸方向に移動させて照明光が被検レンズ１上でオートコリメーションとなるよう調整する。オートコリメーション状態は、点像観察用スクリーン２５上で戻り光の径が光源部２２から発する光束の径に等しくなる状態として検出することができる。すなわち、点像観察用スクリーン２５上の光束径を観察しつつ、集光レンズ２８を光軸方向に移動させることによりオートコリメーション状態に調整する。このとき、シャッター３は閉成しておくことが望ましい。
【００１３】
被検レンズ１に対するオートコリメーション調整が終了した後、原器２に対してもオートコリメーションとなるよう調整する。原器２は、原器２を光軸方向に移動させることにより、あるいは、曲率半径の異なるものに交換することにより調整される。オートコリメーション状態の検出は、上記と同様に点像観察用スクリーン２５上の光束径を観察しつつ行われる。
【００１４】
上記の集光レンズ２８と原器２との調整が済めば、観察光学系１０により被検レンズ１および原器２からの反射光の干渉による干渉縞を観察することができる。ティルト縞を観察する場合には、被検レンズ１、あるいは原器２の一方の面を光軸に対して傾け、あるいは光軸に対して垂直な方向に偏心させる。被検レンズ１がうねりのない正常な形状である場合には、干渉縞は規則正しい直線状に発生し、うねりがある場合には図１のモニタ１７に示されるように直線状の縞の一部が歪んで見える。したがって、この干渉縞の状態を観察することにより、表面うねりの有無、発生量等を測定することができる。なお、干渉縞の画像を処理装置に取り込んでフリンジスキャン等の縞解析プログラムにより解析することにより、うねりを定量化することができる。
【００１５】
被検レンズ１の表面のキズ等を観察する場合には、ビームスプリッター２１と原器２との間のシャッター３を閉成する。これにより、モニタ１７上の画像から干渉縞が除去され、被検レンズ１の表面像のみが表示されるため、表面欠陥の検出が容易となる。このような状態では、装置は通常の拡大鏡と同様に作用する。すなわち、対物レンズ１２および結像レンズ１４を介して被検レンズ１の表面の状態が拡大されて撮像素子１６上に結像し、モニタ１７に映し出される。被検レンズの表面にキズ、ゴミ等の欠陥があった場合には、その欠陥が拡大されて表示される。
【００１６】
図２〜図４は、表面うねりを測定する際の被測定物の違いによる集光レンズ２８の調整方法を示す。図２は、図１に示したものと同様の凸レンズである被検レンズ１を測定する場合の設定である。凹レンズである被検レンズ１ａを測定する場合には、図３に示されるように、集光レンズ２８をビームスプリッター２１から離す方向に光軸に沿って移動させ、発散光が被検レンズ１ａ、および原器２ａに入射するよう設定する。被測定物として平行平面板のような平面を測定する場合には、図４に示されるように集光レンズ２８を光路外に取り出し、平行光を平行平面板１ｂ、原器２ｂに入射させる。このような集光レンズ２８の調整により、凸面のみでなく、凹面や平面を有する被測定物の表面うねりを同様に測定することができる。
【００１７】
なお、照明光学系２０としては、上記の実施形態のような偏光状態がランダムな光源に代えて、直線偏光を発するＨｅ−Ｎｅレーザーを用いることもできる。この場合には、照明光学系中に偏光板は設けなくてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、被測定物を一度装置にセットするだけで干渉計としての作用を利用した表面うねりの測定と、拡大鏡としての作用を利用した表面の欠陥の測定とを行うことができ、検査、測定の手間、時間を従来より短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る表面検査装置の干渉計としての作用を示す説明図である。
【図２】凸レンズを測定する場合の光束の状態を示す説明図である。
【図３】凹レンズを測定する場合の光束の状態を示す説明図である。
【図４】平行平面板を測定する場合の光束の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１被検レンズ
２原器
１０観察光学系
１２対物レンズ
１４結像レンズ
２０照明光学系
２１ビームスプリッター
２２光源
２８集光レンズ

Claims

被測定物を拡大観察する観察光学系と被測定物との間の光路中に、該光路を分岐するビームスプリッターを配置し、該ビームスプリッターにより分岐される一方の光路に前記被測定物を配置すると共に他方の光路に干渉用の原器を配置し、前記ビームスプリッターにより照明光が前記被測定物側と前記原器側とに分岐されるように照明光学系を配置し、前記ビームスプリッターと前記原器との間の光路中に、開閉操作により光束を通過させ、あるいは遮断するシャッターを設けることにより、前記シャッターの開放時には前記被測定物と前記原器とからの反射光による干渉縞を前記観察光学系により観察し、前記シャッターの閉成時には前記被測定物の表面状態のみを観察できるようにしたことを特徴とする表面測定装置。
前記照明光学系は、照明光として直線偏光を前記被測定物と前記原器とに入射させることを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。
前記ビームスプリッターは、前記照明光学系から入射する照明光を分割して前記被測定物と前記原器とに入射させると共に、前記被測定物と前記原器とからの反射光を合成して前記観察光学系に入射させることを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。
前記照明光学系は、前記被測定物および前記原器に入射させる光束の径を変化させるビームエキスパンダーを備えることを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。
前記照明光学系は、光軸方向に移動することにより前記被測定物および前記原器に入射させる光束の集光状態を変化させる集光レンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。
前記観察光学系は、前記被測定物の像を形成する結像光学系と、形成された像を取り込む撮像素子と、該撮像素子により取り込まれた像を表示するモニタとを備えることを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。
前記結像光学系は、前記被測定物の表面と前記撮像素子の撮像面とを光学的に共役にすることを特徴とする請求項６に記載の表面測定装置。