JPH0619254B2 - 縞走査式位相干渉計 - Google Patents
縞走査式位相干渉計Info
- Publication number
- JPH0619254B2 JPH0619254B2 JP62319633A JP31963387A JPH0619254B2 JP H0619254 B2 JPH0619254 B2 JP H0619254B2 JP 62319633 A JP62319633 A JP 62319633A JP 31963387 A JP31963387 A JP 31963387A JP H0619254 B2 JPH0619254 B2 JP H0619254B2
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- JP
- Japan
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- light
- light source
- fringe
- fringe scanning
- wavelength
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は縞走査方式を用いた位相干渉計に係り、特に干
渉縞の位相を変調するに際して機械的な動作を不要にす
る縞走査式位相干渉計に関する。
渉縞の位相を変調するに際して機械的な動作を不要にす
る縞走査式位相干渉計に関する。
［従来の技術］ 従来より縞走査方式による位相干渉計として、例えば、
第４図に示すトワイマングリーン型、第５図に示すフイ
ゾー型がある。
第４図に示すトワイマングリーン型、第５図に示すフイ
ゾー型がある。
第４図において、１０は可干渉光源からの光ビームを被
測定物１２及び基準平面鏡１４の二方向へ分割するビー
ムスプリッタである。１８はビームスプリッタ１０と基
準平面鏡１４間に形成される光路２０に対し平行する方
向に基準平面鏡１４を微動させる圧電素子である。ま
た、２２はビームスプリッタ１０と撮像装置１６間に配
設されてビームスプリッタ１０よりの干渉縞を撮像装置
１６の撮像面に結像させる結像レンズである。
測定物１２及び基準平面鏡１４の二方向へ分割するビー
ムスプリッタである。１８はビームスプリッタ１０と基
準平面鏡１４間に形成される光路２０に対し平行する方
向に基準平面鏡１４を微動させる圧電素子である。ま
た、２２はビームスプリッタ１０と撮像装置１６間に配
設されてビームスプリッタ１０よりの干渉縞を撮像装置
１６の撮像面に結像させる結像レンズである。
第４図の構成において、光源からの光ビームはビームス
プリッタ１０によって被測定物１２及び基準平面鏡１４
の各々に供給され、被測定物１２からの反射光が測定光
となり、基準平面鏡１４よりの反射光が基準光となる。
各々の反射光がビームスプリッタ１０を介して撮像装置
１６側の光路へ出る際に、測定光と基準光とが干渉して
干渉縞を作り、この干渉縞が撮像装置１６に取り込まれ
る。このとき、圧電素子１８に所定の電圧を印加するこ
とによって基準平面鏡１４が微動し、光路２０の長さが
変位し、干渉縞を縞走査することができる。縞走査を１
周期分（又は、その整数倍）について実施し、各走査時
点における干渉縞データについてフーリェ展開すること
により、基準平面鏡１４に対する被測定物面の位相差
（形状：平面度）を知ることができる。
プリッタ１０によって被測定物１２及び基準平面鏡１４
の各々に供給され、被測定物１２からの反射光が測定光
となり、基準平面鏡１４よりの反射光が基準光となる。
各々の反射光がビームスプリッタ１０を介して撮像装置
１６側の光路へ出る際に、測定光と基準光とが干渉して
干渉縞を作り、この干渉縞が撮像装置１６に取り込まれ
る。このとき、圧電素子１８に所定の電圧を印加するこ
とによって基準平面鏡１４が微動し、光路２０の長さが
変位し、干渉縞を縞走査することができる。縞走査を１
周期分（又は、その整数倍）について実施し、各走査時
点における干渉縞データについてフーリェ展開すること
により、基準平面鏡１４に対する被測定物面の位相差
（形状：平面度）を知ることができる。
また、第５図の構成にあっては、第４図と同一であるも
のには同一引用数字を用いたので重複する説明は省略す
るが、基準光（参照光）を発生させるための参照鏡（一
部を反射し、一部を通過）２４を被測定物１２とビーム
スプリッタ１０との間の光路に挿入すると共に、第４図
に示した基準平面鏡１４及び圧電素子１８を除去し、参
照鏡２４を光路方向に微動させる圧電素子２６を設ける
構成にしたものである。
のには同一引用数字を用いたので重複する説明は省略す
るが、基準光（参照光）を発生させるための参照鏡（一
部を反射し、一部を通過）２４を被測定物１２とビーム
スプリッタ１０との間の光路に挿入すると共に、第４図
に示した基準平面鏡１４及び圧電素子１８を除去し、参
照鏡２４を光路方向に微動させる圧電素子２６を設ける
構成にしたものである。
この場合、参照鏡２４を通過して被測定物１２で反射し
た光ビームが測定光となり、参照鏡２４で反射した光ビ
ームが基準光となる。この基準光と参照光が干渉するこ
とによって干渉縞が生じると共に、圧電素子２６によっ
て参照鏡２４を微動させることにより縞走査が行なわれ
る。なお、以上の例では、参照鏡又は基準平面鏡を圧電
素子によって駆動するようにしたが、被測定物を圧電素
子によって駆動するようにしてもよい。
た光ビームが測定光となり、参照鏡２４で反射した光ビ
ームが基準光となる。この基準光と参照光が干渉するこ
とによって干渉縞が生じると共に、圧電素子２６によっ
て参照鏡２４を微動させることにより縞走査が行なわれ
る。なお、以上の例では、参照鏡又は基準平面鏡を圧電
素子によって駆動するようにしたが、被測定物を圧電素
子によって駆動するようにしてもよい。
［発明が解決しようとする問題点］ しかし、従来の縞走査式位相干渉計にあっては、基準光
を得る鏡（又は被測定物）を圧電素子によって直接駆動
しているため、鏡（又は被測定物）を大きくすると、こ
れを数ｎｍの単位で平行に精度良く駆動することは、圧
電素子のヒステリシス、再現性等が一定していないため
に極めて困難であった。
を得る鏡（又は被測定物）を圧電素子によって直接駆動
しているため、鏡（又は被測定物）を大きくすると、こ
れを数ｎｍの単位で平行に精度良く駆動することは、圧
電素子のヒステリシス、再現性等が一定していないため
に極めて困難であった。
圧電素子を用いることなく位相変調を可能にするものと
して、例えば基準光の光路に１／４λ板を挿入し、これ
を回転させることにより縞走査を行なう位相干渉計が提
案れている。しかし、この構成にあっても、測定エリア
を拡大した場合、これに応じて１／４λ板も大きくせね
ばならないが、大きな１／４λ板を製作するには、技術
的にも価格的にも限界がある。
して、例えば基準光の光路に１／４λ板を挿入し、これ
を回転させることにより縞走査を行なう位相干渉計が提
案れている。しかし、この構成にあっても、測定エリア
を拡大した場合、これに応じて１／４λ板も大きくせね
ばならないが、大きな１／４λ板を製作するには、技術
的にも価格的にも限界がある。
本発明は、上記従来技術の実情に鑑みてなされたもの
で、測定エリアの大きさにかかわらず、かつ機械的駆動
源を用いることなく縞走査が行なえるようにした縞走査
式位相干渉計を提供することを目的とする。
で、測定エリアの大きさにかかわらず、かつ機械的駆動
源を用いることなく縞走査が行なえるようにした縞走査
式位相干渉計を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、第１の光ビームを
発生する第１の光源と、該光源の発生する光の波長に近
接した波長の光ビームを発生する第２の光源と、前記第
１の光ビームを光源とし、被測定物よりの測定光と鏡面
反射による基準光とによって干渉縞を形成する干渉計
と、前記２つの光源による２つの光源による２つの光ビ
ーム間のビート信号を検出しこの周波数解析を行なう解
析手段と、該解析手段による解析結果に基づいて前記第
１の光源の光ビームの波長を変化させる制御手段とを設
けたものである。
発生する第１の光源と、該光源の発生する光の波長に近
接した波長の光ビームを発生する第２の光源と、前記第
１の光ビームを光源とし、被測定物よりの測定光と鏡面
反射による基準光とによって干渉縞を形成する干渉計
と、前記２つの光源による２つの光源による２つの光ビ
ーム間のビート信号を検出しこの周波数解析を行なう解
析手段と、該解析手段による解析結果に基づいて前記第
１の光源の光ビームの波長を変化させる制御手段とを設
けたものである。
［作用］ 光源の光ビームの波長を所定の範囲に変化させるとき
に、干渉縞は１周期分の縞走査がなされ、圧電素子や１
／４λ板を用いることなく縞走査式位相干渉測定を行な
うことができる。この時、正確な周波数（波長）変調を
行なうために、他の波長の近接した光ビームとのビート
信号を検出し、これをフィードバック信号として使用す
る。
に、干渉縞は１周期分の縞走査がなされ、圧電素子や１
／４λ板を用いることなく縞走査式位相干渉測定を行な
うことができる。この時、正確な周波数（波長）変調を
行なうために、他の波長の近接した光ビームとのビート
信号を検出し、これをフィードバック信号として使用す
る。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、フイゾ
ー型に適用した例を示している。
ー型に適用した例を示している。
第１のレーザビームを発生する波長可変用の第１のレー
ザ発生装置３０の光路上には、第１のビームスプリッタ
３２、第２のビームスプリッタ３４、レンズ３６及び４
０により構成されるビームエキスパンダ、第３のビーム
スプリッタ３８、参照鏡４２及び被測定物４４の各々が
順次配設されている。ビームスプリッタ３２及び３４は
レーザ発生装置３０よりのレーザビームの一部を分岐出
力するために用いられ、レンズ３６及び４０によって構
成されるビームエキスパンダは入射光の光束を拡大する
のに用いられる。参照鏡４２はビームエキスパンダより
のレーザビームの一部を反射させて基準光を作るもので
ある。
ザ発生装置３０の光路上には、第１のビームスプリッタ
３２、第２のビームスプリッタ３４、レンズ３６及び４
０により構成されるビームエキスパンダ、第３のビーム
スプリッタ３８、参照鏡４２及び被測定物４４の各々が
順次配設されている。ビームスプリッタ３２及び３４は
レーザ発生装置３０よりのレーザビームの一部を分岐出
力するために用いられ、レンズ３６及び４０によって構
成されるビームエキスパンダは入射光の光束を拡大する
のに用いられる。参照鏡４２はビームエキスパンダより
のレーザビームの一部を反射させて基準光を作るもので
ある。
ビームスプリッタ３８の分岐光の光路上には、基準光と
被測定物４４からの反射による測定光との干渉による干
渉縞を取り込むための撮像装置４６が配設され、その途
中に結像用の結像レンズ４８が設けられている。また、
ビームスプリッタ３４の分岐光の光路に交わるようにレ
ーザ発生装置３０より発生するレーザビームの波長に近
接したレーザビームを発生する第２のレーザ発生装置５
０が設けられている。さらに、ビームスプリッタ３２の
分岐光の光路上には、レーザ発生装置３０のレーザビー
ムの強度をモニタするための受光素子５２が配設され、
ビームスプリッタ３４の分岐光の光路上には２つのレー
ザ発生装置よりのレーザビームのビートを検出するため
の受光素子５４が配設されている。受光素子５２にはＡ
／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器５６が接続され、
受光素子５４にはビート信号の周波数解析を行なうため
のスペクトラムアナライザ５８が接続されている。Ａ／
Ｄ変換器５６及びスペクトラムアナライザ５８にはレー
ザ発生装置３０のレーザビームの波長を可変制御し、且
つ撮像装置４６による情報を処理するためのコンピュー
タ（ＣＰＵ）６０が接続されている。コンピュータ６０
とレーザ発生装置３０との間にはＤ／Ａ（ディジタル／
アナログ）変換・ドライブ回路６２が挿入され、撮像装
置４６とコンピュータ６０間にはフレームメモリ６４が
挿入されている。フレームメモリ６４は撮像装置４６に
よる干渉縞画像をディジタル化して記憶するめに用いら
れる。
被測定物４４からの反射による測定光との干渉による干
渉縞を取り込むための撮像装置４６が配設され、その途
中に結像用の結像レンズ４８が設けられている。また、
ビームスプリッタ３４の分岐光の光路に交わるようにレ
ーザ発生装置３０より発生するレーザビームの波長に近
接したレーザビームを発生する第２のレーザ発生装置５
０が設けられている。さらに、ビームスプリッタ３２の
分岐光の光路上には、レーザ発生装置３０のレーザビー
ムの強度をモニタするための受光素子５２が配設され、
ビームスプリッタ３４の分岐光の光路上には２つのレー
ザ発生装置よりのレーザビームのビートを検出するため
の受光素子５４が配設されている。受光素子５２にはＡ
／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器５６が接続され、
受光素子５４にはビート信号の周波数解析を行なうため
のスペクトラムアナライザ５８が接続されている。Ａ／
Ｄ変換器５６及びスペクトラムアナライザ５８にはレー
ザ発生装置３０のレーザビームの波長を可変制御し、且
つ撮像装置４６による情報を処理するためのコンピュー
タ（ＣＰＵ）６０が接続されている。コンピュータ６０
とレーザ発生装置３０との間にはＤ／Ａ（ディジタル／
アナログ）変換・ドライブ回路６２が挿入され、撮像装
置４６とコンピュータ６０間にはフレームメモリ６４が
挿入されている。フレームメモリ６４は撮像装置４６に
よる干渉縞画像をディジタル化して記憶するめに用いら
れる。
次に、以上の構成による実施例の動作について説明す
る。
る。
レーザ発生装置３０より発生したレーザビームは、ビー
ムスプリッタ３２、３４、レンズ３６とレンズ４０で構
成されるビームエキスパンダ及びビームスプリッタ３８
の各々を介して参照鏡４２に到達し、この参照鏡４２で
一部が反射して基準光となる。残りのレーザビームは参
照鏡４２を通過して被測定物４４に達し、この被測定物
４４による反射光が測定光となる。この測定光と基準光
とが干渉することによって干渉縞を生じ、その干渉縞は
ビームスプリッタ３８を経て撮像装置４６に取り込まれ
る。撮像された干渉縞の画像はフレームメモリ６４に記
憶される。
ムスプリッタ３２、３４、レンズ３６とレンズ４０で構
成されるビームエキスパンダ及びビームスプリッタ３８
の各々を介して参照鏡４２に到達し、この参照鏡４２で
一部が反射して基準光となる。残りのレーザビームは参
照鏡４２を通過して被測定物４４に達し、この被測定物
４４による反射光が測定光となる。この測定光と基準光
とが干渉することによって干渉縞を生じ、その干渉縞は
ビームスプリッタ３８を経て撮像装置４６に取り込まれ
る。撮像された干渉縞の画像はフレームメモリ６４に記
憶される。
このような状態において、測定光と基準光の光路長差を
ｌとするとき、 ｌ＝λ１＊Ｎ＝λ２＊（Ｎ＋△Ｎ）｛０＜｜△Ｎ｜＜
１｝（ただし、λ１，λ２はレーザ発生装置３０による
レーザビームの波長、ＮはＮ》１の整数である）の関係
が成立するときに、｜△Ｎ｜は０から１（又は１から
０）になるようにλ２を変化させて周波数変調すること
により、干渉縞に対し１周期分の縞走査をしたことにな
る。
ｌとするとき、 ｌ＝λ１＊Ｎ＝λ２＊（Ｎ＋△Ｎ）｛０＜｜△Ｎ｜＜
１｝（ただし、λ１，λ２はレーザ発生装置３０による
レーザビームの波長、ＮはＮ》１の整数である）の関係
が成立するときに、｜△Ｎ｜は０から１（又は１から
０）になるようにλ２を変化させて周波数変調すること
により、干渉縞に対し１周期分の縞走査をしたことにな
る。
すなわち、第２図(a)〜(d)に示すように、△Ｎを１／４
づつ変化させた場合、この変化に応じて干渉縞が走査さ
れる。（尚、図中、Ｉは一定点での干渉縞強度）因み
に、周波数変調によらず、光路長差ｌをλ／Ｎ単位で変
化（例えば、圧電素子、１／４λ板等による従来構成）
させた場合の縞走査の様子を示したのが第３図(a)〜(d)
である。明らかに第２図(a)〜(d)に対応しており、周波
数変調による縞走査が可能なことがわかる。
づつ変化させた場合、この変化に応じて干渉縞が走査さ
れる。（尚、図中、Ｉは一定点での干渉縞強度）因み
に、周波数変調によらず、光路長差ｌをλ／Ｎ単位で変
化（例えば、圧電素子、１／４λ板等による従来構成）
させた場合の縞走査の様子を示したのが第３図(a)〜(d)
である。明らかに第２図(a)〜(d)に対応しており、周波
数変調による縞走査が可能なことがわかる。
第２図（ａ〜ｄ）に示した周波数変調を精度よく実現す
るために、本実施例においては、レーザ装置３０及び５
０のレーザビームのビート信号をビームスプリッタ３４
を介して受光素子５４で検出し、これをスペクトラムア
ナライザ５８で解析し、マイクロコンピュータ６０を介
してレーザ発生装置３０にフィードバックをかける手段
がとれらている。このとき、｜△Ｎ｜を一定の割合で変
化するようにマイクロコンピュータ６０で制御する。
るために、本実施例においては、レーザ装置３０及び５
０のレーザビームのビート信号をビームスプリッタ３４
を介して受光素子５４で検出し、これをスペクトラムア
ナライザ５８で解析し、マイクロコンピュータ６０を介
してレーザ発生装置３０にフィードバックをかける手段
がとれらている。このとき、｜△Ｎ｜を一定の割合で変
化するようにマイクロコンピュータ６０で制御する。
以上のように、本実施例によれば、従来のように圧電素
子や１／４λ板を用いることなく縞走査を行なうことが
でき、測定エリアの増大によらず同一構成による測定が
可能になる。また、以上の実施例ではフイゾー型に適用
する例を示したが、他のトワイマングリーン型等にも適
用できることは言うまでもない。
子や１／４λ板を用いることなく縞走査を行なうことが
でき、測定エリアの増大によらず同一構成による測定が
可能になる。また、以上の実施例ではフイゾー型に適用
する例を示したが、他のトワイマングリーン型等にも適
用できることは言うまでもない。
［発明の効果］ 以上説明した通り、本発明によれば、測定範囲の大きさ
に関係無く、圧電素子、１／４λ板等を用いることなく
縞走査式位相干渉計を構成することができ、測定制度を
向上させることができる。
に関係無く、圧電素子、１／４λ板等を用いることなく
縞走査式位相干渉計を構成することができ、測定制度を
向上させることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図(a)〜
(d)は本発明における縞走査の説明図、第３図(a)〜(d)
は従来における縞走査の説明図、第４図は従来の縞走査
式位相干渉計を示す構成図、第５図は従来の他の縞走査
式位相干渉計を示す構成図である。 ３０，５０……レーザ発生装置 ３２，３４，３８……ビームスプリッタ ４２……参照鏡、４４……被測定物、４６……撮像装置 ５４……受光素子、５８……スペクトラムアナライザ ６０……マイクロコンピュータ
(d)は本発明における縞走査の説明図、第３図(a)〜(d)
は従来における縞走査の説明図、第４図は従来の縞走査
式位相干渉計を示す構成図、第５図は従来の他の縞走査
式位相干渉計を示す構成図である。 ３０，５０……レーザ発生装置 ３２，３４，３８……ビームスプリッタ ４２……参照鏡、４４……被測定物、４６……撮像装置 ５４……受光素子、５８……スペクトラムアナライザ ６０……マイクロコンピュータ
Claims (1)
- 【請求項１】第１の光ビームを発生する第１の光源と、
該光源の発生する光の波長に近接した波長の光ビームを
発生する第２の光源と、前記第１の光源の光ビームを光
源とし、被測定物よりの測定光と基準面反射による基準
光とによって干渉縞を形成する干渉計と、前記２つの光
源による２つの光ビーム間のビート信号を検出しこの周
波数解析を行なう解析手段と、該解析手段による解析結
果に基づいて前記第１の光源の光ビームの波長を変化さ
せる制御手段とを具備することを特徴とする縞走査式位
相干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62319633A JPH0619254B2 (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 縞走査式位相干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62319633A JPH0619254B2 (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 縞走査式位相干渉計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01161110A JPH01161110A (ja) | 1989-06-23 |
| JPH0619254B2 true JPH0619254B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=18112471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62319633A Expired - Lifetime JPH0619254B2 (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 縞走査式位相干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0619254B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011257190A (ja) * | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Fujifilm Corp | 実時間測定分岐型干渉計 |
| CN103322939B (zh) * | 2013-06-26 | 2016-04-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置 |
-
1987
- 1987-12-17 JP JP62319633A patent/JPH0619254B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01161110A (ja) | 1989-06-23 |
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