JPH0540025A - 形状測定装置 - Google Patents

形状測定装置

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JPH0540025A
JPH0540025A JP3197989A JP19798991A JPH0540025A JP H0540025 A JPH0540025 A JP H0540025A JP 3197989 A JP3197989 A JP 3197989A JP 19798991 A JP19798991 A JP 19798991A JP H0540025 A JPH0540025 A JP H0540025A
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JP
Japan
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lens
light
optical path
inspected
mirror
Prior art date
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Withdrawn
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JP3197989A
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English (en)
Inventor
Keisuke Saito
圭介 斎藤
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波面横ずらし部や結像レンズ等の光学素子を
大型化することなく、非球面量の大きな被検面を正確に
測定し得る縞走査シアリング干渉計を利用した形状測定
装置を提供することである。 【構成】 光源1と被検面への入射光路に配置された対
物レンズ9と該対物レンズ9からの光を分割する光分割
素子6と該光分割素子6からの光束が入射する半透明鏡
13,反射鏡14で構成された波面横ずらし手段と該波
面横ずらし手段で形成された干渉縞を観測する撮像素子
16とを備えた縞走査シアリング干渉計において、上記
光分割素子6と上記波面横ずらし手段との間の光路中に
挿入レンズ22を挿脱可能に配置したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、縞走査シアリング干渉
計を利用した非球面レンズ等の面形状を測定するための
形状測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】所謂、縞走査シアリング干渉法はこの種
の形状等を測定する方法として既に知られている(Opti
cal Shop Testing:D.Malacara 編,Jhon Wiley and Sons
社.1978年 432頁)。そして従来、例えば特開昭63−
252208号公報によりかかる縞走査シアリング干渉
計を利用した形状測定装置が開示されている。図4はこ
の形状測定装置の構成例を示しているが、図において、
1はレーザ光源、2は集光レンズ、3,3´はピンホー
ル、4,6及び18はビームスプリッタ、5,7及び1
2は鏡、8はコリメータレンズ、9は対物レンズ、10
は被検光学素子、11はアライメント部、13は半透明
鏡、14は反射鏡、15は結像レンズ、16は撮像素
子、17は干渉縞解析部、19は光検知器、20は位置
検出光検知器、そして21は光軸である。
【0003】かかる形状測定装置において、レーザ光源
1から出射した光は集光レンズ2及びピンホール3を通
過することにより発散する球面波となり、次にコリメー
タレンズ8,対物レンズ(ダイバージャレンズ)9によ
って収束する球面波に変換されて被検光学素子10へ入
射する。この被検光学素子10の被検面で反射した光
は、上記とは逆に対物レンズ9,コリメータレンズ8を
通過し、ビームスプリッタ6において反射光と透過光と
に二分割される。そして分割された光のうちの反射光
は、半透明鏡13,鏡14の組合せにより構成される波
面横ずらし部に入射するが、この波面横ずらし部で光軸
に対して僅かに横にずらされた波面同士が干渉し、これ
により干渉縞が形成される。
【0004】ここで、図5を参照して上記波面横ずらし
部の作用を説明する。先ず、半透明鏡13と鏡14を間
隔Lに設定して配置しておき、半透明鏡13へ入射光a
0 が入射した場合、該半透明鏡13の裏面反射による光
をa1 (反射光)、また半透明鏡13を透過して鏡14
の表面で反射後に再び半透明鏡13を透過する光をa 2
(透過光)とすると、反射光a1 と透過光a2 の間隔Δ
lは上記半透明鏡13と鏡14の間隔Lに依存(比例)
する。従って、間隔Lを適宜調節することにより、波面
の横ずらし量である上記間隔Δlを自由に制御すること
ができる。
【0005】また、上記鏡14は図示されていない電歪
素子等により矢印A方向に微小量変位し得るようになっ
ていて、かかる鏡14の変位により透過光a2 の光路長
のみを変化させることができ、これにより縞走査を行う
ことができる。
【0006】上記のように形成される干渉縞は、結像レ
ンズ15によって例えば2次元CCDセンサ等で成る撮
像素子16上に被検面の像が結像するように投影され
る。即ち撮像素子16上では、被検面の情報を有する波
面が僅かに横にずらされて重なった状態になっている。
このことはつまり、波面の微分情報に相当する干渉縞が
表れていることである。
【0007】ところで、縞走査法を行う場合、レーザ光
源1から出射した光の波長をλとして、透過光a2 の光
路をλ/2N単位でN段階に刻みその光路長を変化させ
る(Nは1波長の分割数)。そして、撮像素子16上の
各素子における干渉縞の強度Ij ( x )(j=1〜N)
を測定した後、次式によって位相分布φ( x, y)を求
める。 そして上記位相分布φ( x, y)を積分することによ
り元の波面を求め、従ってこの求めた波面に対応する被
検面の形状を知ることができる。なお、被検面が非回転
対称の場合には、直交する2方向の縞の測定を行ってか
ら、それらを合成する必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、被検光学素
子10の被検面で反射した光は、入射光路をレーザ光源
1へ向かって逆進し、図4に示したようにビームスプリ
ッタ6によって反射せしめられて上記波面横ずらし部に
入射する。この場合において、被検光学素子10の被検
面が球面であれば、対物レンズ9の集光点と該被検面の
曲率中心とを一致させることにより図6において実線で
示したように反射光の経路は入射光と完全に一致する。
【0009】しかしながら、被検光学素子10の被検面
が非球面である場合、被検光学素子10の被検面での反
射光は、近軸曲率中心を通らずに例えば図6において点
線により示したように、コリメータレンズ8を透過して
結像レンズ15に至までの間、その径が太い光束となっ
て進み、このため通常の大きさのレンズや光学素子では
かかる光束がけられてしまう。そして特に被検面の非球
面量が大きい場合には被検面の位置を調整して反射光の
角度を大きくならないようにしたところで、かかる“け
られ”を防ぐことができなくなる。一方、このような問
題に対して、使用する光学素子を大型化する方法を取り
得るが、そのような方法によって光束を全て透過させる
ことができるビームスプリッタ又は結像レンズは著しく
大きくなってしまい、かかるビームスプリッタ等を用い
ることは実際問題として不可能である。
【0010】本発明はかかる実情に鑑み、波面横ずらし
部や結像レンズ等の光学素子を大型化することなく、非
球面量の大きな被検面を正確に測定し得る縞走査シアリ
ング干渉計を利用した形状測定装置を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による形状測定装
置は、光源と被検面への入射光路に配置された対物レン
ズと該対物レンズからの光を分割する光分割素子と該光
分割素子からの光束が入射する半透明鏡で構成された波
面横ずらし手段と該波面横ずらし手段で形成された干渉
縞を観測する撮像素子とを備えた縞走査シアリング干渉
計において、上記光分割素子と上記波面横ずらし手段と
の間の光路中に挿入レンズを挿脱可能に配置したもので
ある。
【0012】
【作用】本発明によれば、特に被検面の非球面量が大き
い場合、光分割素子及び波面横ずらし手段間の光路中に
挿入された挿入レンズにより、発散性の光束を収束させ
ることができ、これにより全ての光を撮像素子へ導くこ
とができる。従って、光の“けられ”を防ぐことができ
るので、このように非球面量が大きい被検面の測定を正
確に行うことができる。また、かかる収束レンズは光路
中に挿脱可能になっているため、その必要性に応じて適
宜簡単に光路へ挿脱することができる。
【0013】
【実施例】以下、図1乃至図3に基づき、従来例と同一
部材には同一符号を用いて本発明による形状測定装置の
一実施例を説明する。図1に示されるように装置の概略
構成は基本的に従来例の場合と同様であるためその詳細
な説明を省略するが、図示したように本発明装置では、
ビームスプリッタ6と鏡12との間の光路中に挿入レン
ズ22が挿脱可能に配置されている。
【0014】図2は上記挿入レンズ22を光路中に挿脱
するための機構を示している。図において、挿入レンズ
22は雄アリ23aを有する基台23に装着されてい
て、また上記基台23は、その雄アリ23aと嵌合する
雌アリ24aを有する基台24により、形状測定装置の
図示されていない本体側へ支持されている。さらに上記
基台23には、挿入レンズ22を上記光路から挿脱操作
するための操作ハンドル25が設けられていると共に、
上記基台24にはその長手方向に沿って逃げ用孔24b
が開設されており、上記操作ハンドル25の操作により
挿入レンズ22は基台23を介して上記ビームスプリッ
タ6及び鏡12間の光路から挿脱されるようになってい
る。上記の場合、操作ハンドル25により基台23を矢
印方向に移動させた際に上記挿入レンズ22の中心が光
軸Xと一致する位置で該基台23が基台24の適所に当
接し、これにより挿入レンズ22の位置出しを行い得る
ようになっている。
【0015】本発明による形状測定装置は上記ように構
成されており、挿入レンズ22は操作ハンドル25の操
作により光路から自在に挿脱される。ところで、非球面
である被検面の測定を行う際に、前述したように被検光
学素子10の被検面での反射光のうち、ビームスプリッ
タ6で反射して撮像素子16へ向かう光束が、徐々に発
散する場合がある。そして結像レンズ15は通常のカメ
ラレンズを使用しているため、そのままでは特に鏡12
付近で光束の径が大きい場合にはかかる光束の大部分が
該結像レンズ15部分でけられてしまう。本発明によれ
ばこのような場合、上記挿入レンズ22をビームスプリ
ッタ6及び鏡12間の光路に挿入することにより、かか
る発散性の光束を収束させることができ、これにより全
ての光を撮像素子16へ導くことができる。
【0016】ここで図3はかかる挿入レンズ22による
発散性の光束に対する収束効果を実際の光線追跡例で示
したもので、なおこの図3では被検光学素子10の被検
面での反射光光路上のビームスプリッタ6及び鏡12等
の光学素子が省略されているが、図から明らかなように
挿入レンズ22を光路に挿入することにより、被検光学
素子10の被検面からの反射光がすべて結像レンズ15
によって拾われるようになっている。なお、かかる挿入
レンズ22が光路中に挿入されていなければ、すべての
光束を撮像素子16へ集めることができないので、もは
やこの種の形状測定を適正に行うことはできなくなる。
また、上記挿入レンズ22を使用する場合に図3に示し
た各光学素子の焦点距離の具体例はちなみに次のような
数値である。対物レンズ9:71.05mm、コリメー
タレンズ8:670.2mm、挿入レンズ22:20
0.0mm及び結像レンズ15:50.0mmである。
【0017】このように挿入レンズ22を光路に挿入す
ることにより、発散性の光束に対する収束効果を得るこ
とができるが、挿入レンズ22を光路中に挿入する場
合、操作ハンドル25の操作により挿入レンズ22に対
する正確な位置出し行われる。即ち、挿入レンズ22を
光路に挿脱するためのガイド機構として雄アリ23aと
雌アリ24aを使用しているので、挿入レンズ22の中
心を光軸Xと高い精度で一致させることができ、且つ光
路中に挿入された挿入レンズ22を安定して保持するこ
とができる。
【0018】ところで、本実施例では、縞走査シアリン
グにより得られた測定波面から、光学系の収差を差し引
いて被検面の情報のみを抽出するデータ処理が行われ
る。そしてこのデータ処理方法はビームスプリッタ6,
コリメータレンズ8及び対物レンズ9等による収差を、
予めそれらの設計値を用いてコンピュータ等により求め
ておき、最終的な測定結果から差し引いて行うもので、
このような方法は所謂、デジタルヌルテストと呼ばれて
いる。
【0019】かかるデジタルヌルテストを応用する場
合、縞走査シアリング干渉計を構成する各光学素子はそ
の数が少ない程正確なデータを得ることができる。この
ため、被検面が球面又は非球面量が小さい非球面の場合
には上記挿入レンズ22を光路中に挿入しないで測定を
して上記デジタルヌルテストを行い、またこれで充分正
確なデータが得られる。一方、被検面からの反射光が発
散性を有している場合には上記のように挿入レンズ22
を光路中に挿入した状態で上記デジタルヌルテストを行
えばよく、この場合にも挿入レンズ22の効果によって
正確なデータが得られる。このように挿入レンズ22は
それが必要な場合にのみ光路中に挿入されるから、デジ
タルヌルテストを行う場合の光学素子の数を最少するこ
とができ、しかも正確な測定が保証される。
【0020】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、被検面
が球面又は非球面量が小さい非球面の場合と非球面量が
大きい非球面の場合とで、挿入レンズを光路に適宜挿脱
することにより、いずれの場合においても正確なデジタ
ルヌルテストを行うことができる。そして特に非球面量
が大きい非球面の被検面の場合にかかる挿入レンズを挿
入することにより、従来不可能であった非球面量の測定
を行うことができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による形状測定装置の一実施例の全体構
成図である。
【図2】本発明による形状測定装置における挿入レンズ
のための挿脱機構の構成例を示す斜視図である。
【図3】本発明による形状測定装置における挿入レンズ
による発散性の光束に対する収束効果を説明する図であ
る。
【図4】従来の形状測定装置の全体構成図である。
【図5】従来の形状測定装置における波面横ずらし部の
作用を説明する図である。
【図6】従来の形状測定装置における非球面の被検面で
の反射光の挙動を説明する図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 集光レンズ 3,3´ ピンホール 4,6 ビームスプリッタ 5,7 鏡 8 コリメータレンズ 9 対物レンズ 10 被検光学素子 11 アライメント部 12 鏡 13 半透明鏡 14 反射鏡 15 結像レンズ 16 撮像素子 17 干渉縞解析部 19 光検知器 20 位置検出光検知器 21 光軸 22 挿入レンズ 23 基台 24 基台 25 操作ハンドル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と被検面への入射光路に配置された
    対物レンズと該対物レンズからの光を分割する光分割素
    子と該光分割素子からの光束が入射する半透明鏡で構成
    された波面横ずらし手段と該波面横ずらし手段で形成さ
    れた干渉縞を観測する撮像素子とを備えた縞走査シアリ
    ング干渉計において、上記光分割素子と上記波面横ずら
    し手段との間の光路中に挿入レンズを挿脱可能に配置し
    て成る形状測定装置。
JP3197989A 1991-08-07 1991-08-07 形状測定装置 Withdrawn JPH0540025A (ja)

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JP3197989A JPH0540025A (ja) 1991-08-07 1991-08-07 形状測定装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011089804A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Canon Inc 干渉計
KR20150080563A (ko) * 2012-11-30 2015-07-09 퀘드 테크놀러지즈 인터내셔날, 인크. 통합된 파면 센서 및 프로파일로미터
CN114459619A (zh) * 2022-01-27 2022-05-10 华南师范大学 一种相移量实时在线测量装置及方法

Cited By (4)

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CN114459619A (zh) * 2022-01-27 2022-05-10 华南师范大学 一种相移量实时在线测量装置及方法
CN114459619B (zh) * 2022-01-27 2023-08-08 华南师范大学 一种相移量实时在线测量装置及方法

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