JPH04244904A - 干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は干渉縞によって被検体の
面形状を測定する干渉測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４および図５は、特開昭６３−２２１
２０７号公報に記載された従来の干渉測定装置を示す。 図４において、レーザ光源１００の射出光路上に、ビー
ムエキスパンダー１０２，ＮＤフィルター（ニュートラ
ルデンシテイフィルター）を配置したターレット１０４
，ミラーＭ１，シャッターＳ１，ミラーＭ２が順に配設
されている。また、被検体ＬＯの光路内にコンバーター
レンズＬ１，ビームエキスパンダー１０３，シャッター
Ｓ２が配設されていおり、ビームスプリッタ１０６でレ
ーザ光源１００からのレーザ光の光路と合流している。 そして、ビームスプリッタ１０６に続く光路上にはミラ
ーＭ３，レンズＬ２，ビームスプリッタ１０８，レンズ
Ｌ３およびビームスプリッタ１１０が配設されており、
被検体ＬＯの被検面の干渉縞がエリアセンサ１２０に入
力されるようになっている。また、ビームスプリッタ１
０８の周囲にはシャッタＳ３およびＳ４を介してコーナ
ーキューブプリズム１１４および１１６が直交方向にそ
れぞれ配設されている。

【０００３】この構成の装置は縞走査方式の測定装置で
あって、シャッターＳ２，Ｓ３，Ｓ４を開いて測定を行
うことにより、シアリング干渉測定方式で被検体の表面
形状を測定できる。このときコーナーキューブプリズム
１１４，１１６のうち、前者は縞走査を、後者はシアリ
ングを行う。また、シャッターＳ１，Ｓ２，Ｓ３を開き
、シャッターＳ４を閉じて測定を行えば、トワイマング
リーン方式で被検体の表面形状を測定できる。

【０００４】前記ビームスプリッタ１１０からの他方の
光路上には、レンズＬ４，ビームスプリッタ１１２，受
光素子１１８および、エリアセンサ１２２からなるアラ
イメント用の光学部材が配設されている。このアライメ
ント用光学部材は被検体ＬＯを適正な測定位置に配備す
るためのものであり、アライメント時にはエリアセンサ
１２２からアライメント用の信号が得られる。ターレッ
ト１０４はＮＯフィルターを複数個配し、レーザ光束の
強度を切り換えるようになっている。ターレット１０４
を用いての光強度の調整は、アライメント時にも、測定
の際にも行われる。アライメント時には、エリアセンサ
１２２に入射するレーザ光束密度が大きく変化する。こ
のためエリアセンサ１２２の出力の変動領域も大きいが
、この出力のダイナミックレンジがある光強度で飽和し
てしまうと、光強度がそれ以上になってもこれを正しく
検出できずアライメントに支障をきたす。そこで、エリ
アセンサ１２２への入射光束の光束密度に応じてレーザ
光源１００側のターレット１０４により、レーザ光の強
度を切り換えて、最大強度に対応するエリアセンサの出
力をダイナミックレンジ内に納めるようにする。また、
この光強度の調整は測定の際にも必要である。すなわち
、被検体における測定面の反射率は、金属の場合では９
０％以上になるものに対し、ガラス等では４％程度と小
さく、また、測定面が球体か被球面かによっても測定面
からの反射光の様子が異なり、エリアセンサ１２０に入
射する光束密度が変化するからである。

【０００５】このため従来では図４に示す光学系に、図
５の回路を付加することにより、ビデオ増幅器のゲイン
を自動調整している。図５において、エリアセンサ１２
０から出力された干渉縞ビデオ信号は、ＤＣ成分カット
回路２１０および２１２にそれぞれ入力される。一方の
ＤＣ成分カット回路２１０側の回路には、ビデオアンプ
２１４，Ａ／Ｄ変換器２１８，バッファメモリ２２４，
ピーク値検出回路２２６比較回路２２８，しきい値定数
設定回路２３０が設けられており、比較回路２２８から
の信号がＤ／Ａ変換器２３２からゲインコントロール信
号２３４としてビデオアンプ２１４にフィードバックさ
れるようになっている。また、他方のＤＣ成分カット回
路２１２側の回路には同期分離回路２１６，ＰＬＬ回路
２２０，内部同期信号発生回路２２２が設けられ、ＰＬ
Ｌ回路２２０の信号がＡ／Ｄ変換器２１８に出力される
ようになっている。

【０００６】上記構成において、エリアセンサ１２０か
ら出力された干渉縞ビデオ信号は、ＤＣ成分カット回路
２１０および２１２で直流成分がカットされ、一方にお
いては、ビデオアンプ２１４で増幅されＡ／Ｄ変換器２
１８でデジタル信号化され、バッファメモリー２２４に
格納される。直流成分をカットされた信号は、他方にお
いて同期分離回路２１６を介してＰＬＬ回路２２０に送
出される。ＰＬＬ回路２２０は内部同期信号発生回路２
２２から同期信号をＡ／Ｄ変換器２１８に印加する。こ
れにより、エリアセンサー１２０とフレームメモリーの
同期をとる。

【０００７】バッファメモリ２２４に格納された情報は
、ピーク値検出回路２２６に出力され、同回路２２６で
ピーク値が検出され、このピーク値が比較回路２２８に
出力される。比較回路２２８には、しきい値定数設定回
路２３０で設定されているしきい値、すなわち、ピーク
値の満足すべき目標値の範囲が入力され、これらを比較
する。このとき比較回路２２８は、ピーク値がしきい値
の下限値よりも小さい時、ピーク値と下限値との差分量
を算出し、その値をＤ／Ａ変換器２３２によりアナログ
信号に変換し、この信号をゲインコントロール信号２３
４として、ビデオアンプ２１４にフィードバックし、ビ
デオアンプ２１４のゲイン、すなわち、増幅率を制御す
る。これによりゲインを調整されたビデオ信号が、バッ
ファメモリー２２４に取り込まれる。すなわち、この構
成では干渉縞ビデオ信号の輝度レベルのピーク値がしき
い値の範囲内に入るように、ビデオアンプ２１４のゲン
イを制御し、自動調整を行うものである。

【０００８】

【発明を解決しようとする課題】既述にように、光源の
発光光量が一定であっても、被検体により、その形状や
反射率等が変化するため、エリアセンサ上での受光光量
が変動する。ところが、ビデオアンプのゲインを調整す
る従来の方法では、光量を直接調整するのではないため
に、光量が強すぎて飽和した場合は、ビデオアンプのゲ
インをいくら絞っても無意味であり、調整が不可能とな
っていた。反対に光量が弱すぎる場合に、ビデオアンプ
のゲインを大きくする必要があるが、ゲインの増幅に伴
ってノイズ成分も増幅するため、コントラストが悪いま
まとなっており、Ａ／Ｄ変換器の分解能を十分に生かす
ことができず、高精度測定にとっては不利となっていた
。

【０００９】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であり、干渉縞ビデオ信号の輝度レベルのピーク値が常
に目標値になるよう光量の自動調整が可能な干渉測定装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は上記目的を達成す
るための本発明の基本構成を示し、被検体の干渉縞を形
成する干渉計光学系１と、干渉計光学系１から照射され
るレーザ光束の強度を調整するための振幅変調手段２と
、干渉縞が入力されて電気信号に光電変換する撮像素子
３と、光電変換された電気信号をＡ／Ｄ変換し一時的に
蓄えるメモリー手段としてのフレームメモリ４と、フレ
ームメモリ４に蓄えられた信号のピーク値を検出するピ
ーク値検出回路５と、ピーク値の満足すべき目標値の範
囲が設定されているしきい値定数設定回路６と、ピーク
値検出回路５の出力値としきい値定数設定回路６の設定
値とを比較し、その比較値に応じた値の信号を出力する
比較回路７と、比較回路７からの信号に応じて信幅変調
手段２を制御するするための制御手段８を備えている。

【００１１】この場合、干渉計光学系１はトワイマング
リーン型，フィゾー型等を問わず、どのような干渉計の
光学系であっても良い。

【００１２】

【作用】干渉光学系１から出力されるレーザ光束は振幅
変調手段２に入射し、この振幅変調手段２を通過したレ
ーザ光束は、撮像素子３に入射する。撮像素子３は入力
された干渉縞から被検面の情報を電気信号に変換する。 そして、その面情報を含んだ電気信号をフレームメモリ
４がＡ／Ｄ変換して一時格納し、フレームメモリ４に蓄
えられた信号から面情報を含んだ電気信号ピーク値を、
ピーク値検出回路５が検出し、検出したピーク値を比較
回路７に出力する。この場合、しきい値定数設定回路７
にはあらかじめフレームメモリ４が満足すべきピーク値
の目標値範囲が設定されている。比較回路７は、このし
きい値定数設定回路６の設定値とピーク値検出回路５の
出力値とを比較し、その比較値に応じて、制御手段８に
指令信号を入力する。ピーク値検出回路５から指令信号
が入力された制御手段８は、その信号に対応して振幅変
調手段２を作動させて撮像素子３に入射する光束の最高
輝度レベルが目標値になるように制御する。このように
フィードバック系を構成することにより、受光光量の最
高輝度レベルを常に目標値となるように制御することが
できる。なお、この目標値を、フレームメモリ４内のＡ
／Ｄ変換器のダイナミックレンジと同等となるように設
定することによって、より高精度の干渉測定を行うこと
ができる。

【００１３】

【実施例１】図２は、フィゾー型干渉計に適用した本発
明の実施例１を示す。レーザ光源９と被検レンズ１６の
被検面１６ａとの間の光路内に、偏光ビームスプリッタ
１１，ビームエキスパンダー１２，ビームスプリッタ１
３，凹レンズからなる発散レンズ１４および参照レンズ
１５の参照面１５ａが同位置の光軸上に一するように挿
入され、これによりフィゾー型干渉計の光学系が構成さ
れている。またレーザ光源９と偏光ビームスプリッタ１
１との間の光路内には振幅変調手段としての１／２波長
板１０が挿入されている。１／２波長板１０はモータ２
３の回転軸に取り付けられており、光軸を中心として３
６０度の範囲内を偏心位置ずれすることなく回転可能と
なっていると共に、任意の角度で停止可能となっている
。

【００１４】このモータ２３の駆動はモータドライバ２
２に制御されるが、モータドライバ２２の制御は、比較
回路２１からの指令信号に応じて行われる。比較回路２
１は後述するようにピーク値検出回路１９からのピーク
値と、しきい値定数設定回路２０からの設定値とを比較
し、その比較結果に基づいた指令信号をモータドライバ
２２に出力するものである。この場合、しきい値定数設
定回路２０には、干渉縞の輝度レベルのピーク値の目標
となる最低値および最高値が設定されており、比較回路
２１はこれらの設定値とピーク値検出回路１９からのピ
ーク値とを比較する。

【００１５】前記ビームスプリッタ１３は、参照レンズ
１５の参照面１５ａからの反射光束と、被検レンズ１６
の被検面１６ａからの反射光束との干渉光を干渉計光学
系の光軸と直角方向に反射させるものであり、この反射
光の光路上には干渉縞が入力される撮像素子１７が設け
られている。そして、撮像素子１７にはメモリー手段と
してのフレームメモリ１８が接続され、このフレームメ
モリ１８に前記ピーク値検出回路１９が接続されている
。

【００１６】上記構成において、レーザ光源９から出射
したレーザ光束は、１／２波長板１０を通過して偏光ビ
ームスプリッタ１１に入射し、その光束がビームエキス
パンダー１２によって、大きな平行光束となる。この広
げられたレーザ光束はビームスプリッタ１３を通過して
、発散レンズ１４に入射し、同レンズ１４によってレー
ザ光束が広げられて円錐状の光束となって参照レンズ１
５に入射する。参照レンズ１５は、この参照光束を被検
レンズ１６に照射する。被検レンズ１６の被検面１６ａ
で反射した反射光束は、再度参照レンズ１５と発散レン
ズ１４とを通してビームスプリッタ１３に入射する。 従って参照レンズ１５の参照面１５ａからの反射光束と
、前記被検面１６ａからの反射光束と干渉して、干渉縞
が生じる。

【００１７】ビームスプリッタ１３は、この干渉光を光
軸に対して直角方向に反射し、反射した干渉光が撮像素
子１７に入射するための撮像素子１７上に、干渉縞を観
察することができる。撮像素子１７は、この干渉縞の輝
度レベルをアナログ電気信号に変換する。その電気信号
をデジタル信号に変換し、フレームメモリ１８にいった
ん各納して面情報を蓄える。この信号はピーク値検出回
路１９に出力され、同回路１９によって干渉縞の最も明
るい部分の輝度レベルのピーク値が検出され、この検出
されたピーク値が比較回路２１に入力される。比較回路
２１には、しきい値定数設定回路２０に、あらかじめ設
定してあるピーク値の望ましい範囲の最低値と最高値が
入力されており、比較回路２１はピーク値と設定値とを
比較し、出力を決定する。そのピーク値に関する情報を
基にして、映像素子１７が飽和しないように、またレベ
ルが低くなりすぎないように、モータドライバ２２に指
令を入力し、１／２波長板１０回転用のモータ２３を作
動させる。この１／２波長板１０を回転させることによ
り、レーザ光束の偏光面もそれにつれて回転するため、
その光束が偏光ビームスプリッタ１１に入射すると、Ｐ
偏光は通過させ、Ｓ偏光は反射させる偏光ビームスプリ
ッタ１１の性質により、通過光束の光量調節を行うこと
ができる。従って、上記構成により撮像素子１７の出力
のピーク値を常に検出し、その値が目標となるように、
フィードバックループを構成しているため、レーザ光束
の光量を無段階に調整することが可能となる。

【００１８】なお、同示例においては波長板１０と偏光
ビームスプリッタ１１とをレーザ光源９とビームエキス
パンダー１２との間に配置しているが、その他の場所で
もよく、例えば、ビームエキスパンダー１２とビームス
プリッタ１３との間あるいはビームスプリッタ１３と撮
像素子１７との間に配置しても同様に作用させることが
可能である。

【００１９】

【実施例２】図３は本発明の実施例２を示し、実施例１
と同一の要素は同一の符号で対応させてある。この実施
例２では、ビームスプリッタ１３の反射光の光路内に液
晶２５が挿入されている。液晶２５はビームスプリッタ
１３と撮像素子１７との間に配設されており、液晶ドラ
イバ２４からの電圧によって通過する光の透過率を変更
するように作用する。また、液晶ドライバ２４から液晶
２５に印加する電圧は比較回路２１からの指令信号に基
づいて制御される。

【００２０】このような構成において、レーザ光源９か
らのレーザ光束は直接ビームエキスパンダー１２に入射
し、参照レンズ１５の参照面１５ａからの反射光束と，
被検レンズ１６の被検面１６ａからの反射光束が干渉し
て生じた干渉縞がビームスプリッタ１３で反射されて撮
像素子１７で観察される。ビームスプリッタ１３と撮像
素子１７の間に挿入された液晶２５は、撮像素子１７で
観察する干渉縞の光量を調節するためのものである。こ
の撮像素子１７の出力はフレームメモリ１８に入力され
てデジタル信号に変換した後、蓄えられている。フレー
ムメモリ１８からの出力はピーク値検出回路１９により
輝度レベルのピーク値が検出されて、比較回路２１はこ
の検出されたピーク値と、しきい値設定回路２０に設定
されたピーク値の望ましい最高値と最低値とを比較し、
比較結果に応じた出力を決定する。そして、比較回路２
１は出力に対応して液晶ドライバ２４を制御して、液晶
２５に印加させる電圧を調整する。これにより液晶２５
の通過光束に対する透過率が変化するため、撮像素子１
７で観察される干渉縞の光量が常に目標値となるように
フィードバック制御することができる。

【００２１】このような実施例２では液晶２５への電圧
を調整するものであり、機械的機構が不要となるため、
フィードバック制御系の応答速度が速くなるメリットを
有する。なお、図示例では、液晶２５をビームスプリッ
タ１３と撮像素子１７との間に配置しているが、その他
の場所でもよく、例えば、レーザ光源９と偏光ビームス
プリッタ１２、あるいは偏光ビームスプリッタ１２とビ
ームスプリッタ１３との間でも同様に作用することがで
きる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は撮像素子へ入射する干渉縞の光
量を、フィードバックループによって直接に調整するた
め、光量調整が確実で、良好な干渉縞を自動的に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の実施例１の構成を示すブロック図。

【図３】本発明の実施例２の構成を示すブロック図。

【図４】従来の干渉測定装置を示す光路図。

【図５】従来の制御系を示すブロック図。

【符号の説明】

１　　干渉光学系 ２　　振幅変調手段 ３　　撮像素子 ４　　フレームメモリ ５　　ピーク値検出回路 ６　　しきい値定数設定回路 ７　　比較回路 ８　　制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　干渉計光学系から被検体の干渉縞が入
   力される撮像素子と、映像素子に入力された干渉縞に関
   する輝度レベル信号を格納するメモリー手段と、メモリ
   ー手段に格納された輝度レベル信号からピーク値を検出
   するピーク値検出回路と、輝度レベルのピーク値の満足
   すべき目標値の範囲が設定されるしきい値定数設定回路
   と、前記ピーク値検出回路としきい値定数設定回路の設
   定値を比較し、その比較値に対応した信号を出力する比
   較回路と、前記メモリー手段に入力される輝度レベル信
   号のピーク値が目標値となるように調整する振幅変調手
   段と、前記比較回路からの信号に基づいて振幅変調手段
   を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする干
   渉測定装置。