JPH0619255B2 - Interferometer and interferometer for aspherical surface measurement by optical spatial light modulator using liquid crystal - Google Patents

Interferometer and interferometer for aspherical surface measurement by optical spatial light modulator using liquid crystal

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JPH0619255B2
JPH0619255B2 JP63171427A JP17142788A JPH0619255B2 JP H0619255 B2 JPH0619255 B2 JP H0619255B2 JP 63171427 A JP63171427 A JP 63171427A JP 17142788 A JP17142788 A JP 17142788A JP H0619255 B2 JPH0619255 B2 JP H0619255B2
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liquid crystal
crystal layer
interferometer
optical
wavefront
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バーンズ トーマス
浄史 松田
尚武 大山
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は放物面等の非球面を測定するための干渉法及
び干渉計に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an interferometer and an interferometer for measuring an aspherical surface such as a paraboloid.

[従来の技術] 物体の光学面を高い精度で形状測定することがしばしば
必要である。この測定は従来より種々の方法でなされて
おり、その中で最も一般的な方法は干渉法である。これ
は測定面によって反射されたテスト波面が既知波形の
“標準”波面と干渉し干渉縞をつくり、この干渉縞を分
析してこれらの2つの波面の波形のちがいを、従ってテ
スト波面の形状を知るものである。
[Prior Art] It is often necessary to measure the optical surface of an object with high accuracy. This measurement has been conventionally performed by various methods, and the most general method among them is the interferometry. This is because the test wavefront reflected by the measurement surface interferes with a "standard" wavefront of known waveform to create interference fringes, which is analyzed to determine the difference in the waveforms of these two wavefronts and thus the shape of the test wavefront. To know.

[発明が解決しようとする課題] この測定技術は、平面や球面の表面に使用するのは比較
的容易である。それは“標準”波面として精密な平面波
面や球面波面が生成し易いからである。しかし、放物面
の測定のように非球面の高精度測定への需要が増加して
いるにもかかわらず、この場合の精密な既知“標準”波
面を生成するのは極めて困難である。コンピュータホロ
グラム(Computer Generated Hologram以下CGHと略記
する)がこれに適用されてある程度の成功を納めてい
る。ここでは、必要な位相分布を有する波面を作るため
に、コンピュータによって生成された非線型回折格子に
おける回折結果が用いられており、この波面は被測定物
と比較される。しかしながら被測定物の形状が変る毎に
光学系からCGHを交換する必要があり、そのために
は、その都度、被測定物に適切なテスト用波面を生成す
るための他のCGHと取替える必要がある。これは不便
であるばかりでなくある種の環境下では測定の重大な失
敗を招く恐れがある。
[Problems to be Solved by the Invention] This measurement technique is relatively easy to use on a flat or spherical surface. This is because it is easy to generate precise plane wavefronts and spherical wavefronts as "standard" wavefronts. However, despite the increasing demand for high precision measurements of aspheric surfaces, such as parabolic measurements, it is extremely difficult to generate precise known "standard" wavefronts in this case. A computer generated hologram (abbreviated as CGH hereinafter) has been applied to this and has achieved some success. Here, the diffraction results in a computer-generated non-linear diffraction grating are used to create a wavefront with the required phase distribution, which is compared with the DUT. However, it is necessary to replace the CGH from the optical system each time the shape of the DUT changes, and for that purpose, it is necessary to replace it with another CGH for generating an appropriate test wavefront for the DUT. . Not only is this inconvenient, it can lead to significant measurement failure under certain circumstances.

大口径のホログラムをコンピュータで作り出すこと自体
もまた困難である。ホログラムは通常、サイドバンドモ
ード(Side band mode)で作動するように作られるので回
折光と非回折光を良く分離するために高分解能が要求さ
れている。
Computer-generated large-diameter holograms are also difficult. Since holograms are usually made to operate in a side band mode, high resolution is required to well separate diffracted light and undiffracted light.

大口径の至る所で要求される高分解能を達成するため
に、空間−帯域幅のCGHは非常に大きくならざせるを
えず、この要求に現在の入手可能な記録装置でこたえる
ことは困難である。
In order to achieve the required high resolutions across large apertures, the space-bandwidth CGH has to be very large, which is difficult to meet with currently available recording devices. is there.

この発明は上記の如く事情に鑑みてなされたものであっ
て、種々の異なる被測定物の表面形状の測定に共通して
使用することができ、各種のそれぞれのテストに必要な
各種の標準波面またはテスト波面を生成し得る柔軟性を
持つ非球面測定用干渉法及びそれに使用する干渉計を提
供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and can be commonly used for measuring surface shapes of various different objects to be measured, and various standard wavefronts required for various tests. Another object is to provide an interferometer for measuring an aspherical surface and an interferometer used for the same, which has flexibility to generate a test wavefront.

[課題を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の液晶を用いた光空間位
相変調素子による非球面測定用干渉法は、標準波面とテ
スト面から反射したテスト波面を干渉させて生じる干渉
縞を解析してテスト面を測定する非球面測定用干渉法で
あって、前記標準波面またはテスト波面を生成する光学
系の光路中に液晶層を配置し、前記液晶層を横断する電
場の空間分布を制御することによって前記液晶層の屈折
率の空間分布を制御し、これによって前記光路を通る光
束の空間位相を変調することを特徴としている。
[Means for Solving the Problem] To this end, the interferometry method for aspherical surface measurement by the spatial light phase modulation element using the liquid crystal of the present invention causes the standard wavefront and the test wavefront reflected from the test surface to interfere with each other. An interferometric method for measuring a test surface by analyzing interference fringes generated by the method, wherein a liquid crystal layer is arranged in an optical path of an optical system for generating the standard wavefront or the test wavefront, and the liquid crystal layer is traversed. It is characterized in that the spatial distribution of the refractive index of the liquid crystal layer is controlled by controlling the spatial distribution of the electric field, and thereby the spatial phase of the light flux passing through the optical path is modulated.

また、この発明の液晶を用いた光空間位相変調素子によ
る非球面測定用干渉計は、テスト波面を生成するテスト
波面生成光学系と標準波面を生成する標準波面生成光学
系とを有し、前記標準波面生成光学系の光路中に光空間
位相変調素子を配設し、前記光空間位相変調素子は液晶
層と、前記液晶層の両側に位置していて前記液晶層を横
断する電場を形成し得る2つの電極とを有し、前記2つ
の電極のうちの少なくとも一方の電極は前記液晶層に沿
って分布しかつそれぞれ独立して電圧を変化させ得る複
数の小電極からなることを特徴としている。
Further, an aspherical surface measuring interferometer using an optical spatial phase modulation element using the liquid crystal of the present invention has a test wavefront generating optical system for generating a test wavefront and a standard wavefront generating optical system for generating a standard wavefront, An optical spatial phase modulator is arranged in the optical path of the standard wavefront generating optical system, and the optical spatial phase modulator forms a liquid crystal layer and an electric field located on both sides of the liquid crystal layer and across the liquid crystal layer. And at least one electrode of the two electrodes is composed of a plurality of small electrodes distributed along the liquid crystal layer and capable of independently changing the voltage. .

[作用] この発明の測定技術においては、標準波面生成光学系ま
たはテスト波面生成光学系を通過する光の空間位相分布
を直接的に変調可能な光空間位相変調素子を使用して各
種の標準波面またはテスト波面を生成することができる
ので、従来技術における各種のCGHを必要としない。
標準波面またはテスト波面の生成に必要な光空間位相分
布の変調は電場によって引き起こされる液晶層内の光路
長変化の結果達成される。光空間位相変調素子は一次回
折によって動作する。
[Operation] In the measurement technique of the present invention, various standard wavefronts are used by using an optical spatial phase modulation element capable of directly modulating the spatial phase distribution of light passing through the standard wavefront generation optical system or the test wavefront generation optical system. Or, since a test wavefront can be generated, various CGHs in the prior art are not required.
The modulation of the optical spatial phase distribution required to generate the standard wavefront or the test wavefront is achieved as a result of the electric field induced optical path length change in the liquid crystal layer. The spatial light phase modulator operates by first-order diffraction.

更に、光空間位相分布が電場によって変調されるので、
簡単に電場分布を変えることで標準波面生成光学系また
はテスト波面生成光学系から位相変調素子を除去するこ
となく種々の既知の出力波面(標準波面またはテスト波
面)を生成することができる。このようにして多くの異
なる表面を非常に便利に測定することが可能である。
Furthermore, since the optical spatial phase distribution is modulated by the electric field,
By simply changing the electric field distribution, various known output wavefronts (standard wavefront or test wavefront) can be generated without removing the phase modulation element from the standard wavefront generation optical system or the test wavefront generation optical system. In this way it is possible to measure many different surfaces very conveniently.

この光空間位相変調素子はビデオ信号によって付勢され
て、例えば干渉計の標準波面生成光学系から出る既知標
準波面を生成し、この標準波面は干渉計のテスト波面生
成光学系にある測定面からのテスト波面と干渉して干渉
縞をつくる。この干渉縞を分析することにより測定面の
形状が決定される。
The optical spatial phase modulator is energized by the video signal to produce, for example, a known standard wavefront emanating from the interferometer's standard wavefront generation optics, which is measured from the measurement plane in the interferometer's test wavefront generation optics. Interfering with the test wave front of to create interference fringes. The shape of the measurement surface is determined by analyzing this interference fringe.

[実施例] 以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
[Embodiment] Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings illustrating an embodiment.

第1図において、10は非球面測定用干渉計であり、非
球面測定用干渉計10は標準波面生成光学系11とテス
ト波面生成光学系12とを備えている。標準波面生成光
学系11はミラーM、レンズL,L,L、ホロ
グラムH、ビームスプリッタBS、フィルタF、及
び光空間位相変調素子1を備えている。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an aspherical surface measuring interferometer, and the aspherical surface measuring interferometer 10 includes a standard wavefront generating optical system 11 and a test wavefront generating optical system 12. The standard wavefront generation optical system 11 includes a mirror M 1 , lenses L 3 , L 2 and L 4 , a hologram H, a beam splitter BS 2 , a filter F 2 , and an optical spatial phase modulation element 1.

テスト波面生成光学系12は測定対象物である測定面
O、レンズL、ビームスプリッタBS、ホログラム
Hを備えている。なお、Lはレンズ、Fはフィル
タ、Sはスクリーン、COはコンピュータ及びIDは画
像表示装置である。
The test wavefront generation optical system 12 includes a measurement surface O that is an object to be measured, a lens L 1 , a beam splitter BS 1 , and a hologram H. In addition, L 5 is a lens, F 1 is a filter, S is a screen, CO is a computer, and ID is an image display device.

光空間位相変調素子1は光の空間位相分布を変調するた
めに標準波面生成光学系11の光路中に配置されてい
る。
The optical spatial phase modulator 1 is arranged in the optical path of the standard wavefront generating optical system 11 in order to modulate the spatial phase distribution of light.

第2図及び第3図に示すようにこの光空間位相変調素子
1は2つのガラス板2,3の間に挟まれた液晶層4(約
6μm厚)からなっている。これらのガラス板2,3に
は各々電極5,6が設けられてあって、一方のガラス板
3の電極6は小電極からなっており、各小電極の電圧は
個別に可変である。各小電極6は第3図に示すように多
数がマトリックス状に密に配列されており、走査電極駆
動回路7、信号電極駆動回路8によって個別に電場が印
加され得る。これらの小電極6は長方形に整列した16
0×120個のピクセルの中に置かれ、それぞれの電子
回路(走査電極駆動回路7、信号電極駆動回路8)は、
前記液晶層4を横切る電場分布を外部ビデオ信号に従っ
て変調可能なように設備されている。前記各ガラス板
2,3の内面は0〜360゜のねじれでねじれたネマチ
ィックモードになるように処理されている。前記ガラス
板2,3の表面における液晶分子の整列は第4図に示さ
れている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the spatial light phase modulator 1 comprises a liquid crystal layer 4 (about 6 μm thick) sandwiched between two glass plates 2 and 3. These glass plates 2 and 3 are provided with electrodes 5 and 6, respectively, and the electrode 6 of one glass plate 3 is composed of small electrodes, and the voltage of each small electrode is individually variable. As shown in FIG. 3, many small electrodes 6 are densely arranged in a matrix, and an electric field can be individually applied by the scan electrode driving circuit 7 and the signal electrode driving circuit 8. These small electrodes 6 are arranged in a rectangle 16
Each of the electronic circuits (scan electrode drive circuit 7, signal electrode drive circuit 8) placed in 0 × 120 pixels is
It is arranged so that the electric field distribution across the liquid crystal layer 4 can be modulated according to an external video signal. The inner surface of each of the glass plates 2 and 3 is processed so as to be in a nematic mode in which it is twisted by a twist of 0 to 360 °. The alignment of liquid crystal molecules on the surfaces of the glass plates 2 and 3 is shown in FIG.

この光空間位相変調素子1は第1図に示す標準波面生成
光学系11の光路中に置かれている。
This spatial light phase modulator 1 is placed in the optical path of the standard wavefront generating optical system 11 shown in FIG.

レーザ光源から発光され平行化された偏光レーザビーム
20が干渉計に入り、まずビームスプリッタBSに入
る。ここで光の一部分はレンズLに向けて反射されレ
ンズLにより球面波面にされ、それから測定面Oによ
って反射される。戻ってくる拡散波面はレンズLによ
っておおよそ再平行化され、その一部はビームスプリッ
タBSを通過してホログラムHへ進み、干渉計10の
1つの出力ビーム(テスト波面)を形成する。
The collimated polarized laser beam 20 emitted from the laser light source enters the interferometer and first enters the beam splitter BS 1 . Wherein a portion of the light is in a spherical wavefront by the lens L 1 is reflected toward the lens L 1, which is then reflected by the measurement surface O. The returning divergent wavefront is approximately re-collimated by lens L 1 , part of which passes through beam splitter BS 1 to hologram H and forms one output beam (test wavefront) of interferometer 10.

また初めにビームスプリッタBSに入った入力光の他
の一部分はビームスプリッタBSを通過して第2のビ
ームスプリッタBSに達する。ここでその光の一部は
反射されこの部分は干渉計10の第2の出力ビーム(標
準波面)を生成するのに用いられる。ビームスプリッタ
BSを透過した部分は失われる。ビームスプリッタB
での反射光はまず液晶を用いた光空間位相変調素子
1を通過する。この光空間位相変調素子1は0〜360
゜のねじれで捩れたネマティックモードで作用する。こ
の素子の前面に入射する光はその電場ベクトルが液晶分
子の長軸に平行になるように偏光される。液晶層4を横
切る光の電場は液晶層4の入口に近い部分から液晶層を
渡り切る部分までの間にほぼ0〜360゜回転され光の
偏光もほぼ0〜360゜回転される。液晶分子の配列と
電場のベクトルの関係は第4図に示されている。
Further, another part of the input light that first enters the beam splitter BS 1 passes through the beam splitter BS 1 and reaches the second beam splitter BS 2 . A portion of that light is now reflected and this portion is used to generate the second output beam (standard wavefront) of interferometer 10. The part transmitted through the beam splitter BS 2 is lost. Beam splitter B
The reflected light at S 2 first passes through the spatial light phase modulation element 1 using liquid crystal. This optical spatial phase modulator 1 has 0 to 360
It works in a nematic mode that is twisted by a twist of ゜. Light incident on the front surface of this element is polarized such that its electric field vector is parallel to the long axis of the liquid crystal molecules. The electric field of light traversing the liquid crystal layer 4 is rotated by about 0 to 360 ° between the portion near the entrance of the liquid crystal layer 4 and the portion across the liquid crystal layer, and the polarization of light is also rotated by about 0 to 360 °. The relationship between the alignment of liquid crystal molecules and the electric field vector is shown in FIG.

第4図は液晶層4における液晶の分子による入射光の偏
光の配向状態を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing an alignment state of polarization of incident light by liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 4.

図中、21は液晶層4の前表面における液晶分子の配向
の方向を示している。
In the figure, reference numeral 21 indicates the direction of alignment of liquid crystal molecules on the front surface of the liquid crystal layer 4.

22は液晶層4の後表面における液晶分子の配向の方向
を示している。
Reference numeral 22 indicates the orientation direction of liquid crystal molecules on the rear surface of the liquid crystal layer 4.

23は液晶層4の前表面から入射した光の電場ベクトル
の配向の方向を示している。
Reference numeral 23 indicates the orientation direction of the electric field vector of light incident from the front surface of the liquid crystal layer 4.

24は液晶層4の後表面から出射する光の電場ベクトル
の配向の方向を示している(液晶層4を横断する電場は
閾値に設定してある)。
Reference numeral 24 indicates the orientation direction of the electric field vector of the light emitted from the rear surface of the liquid crystal layer 4 (the electric field crossing the liquid crystal layer 4 is set to a threshold value).

液晶層4を通過後、光はレンズLによって集光され、
空間フィルタFを経てレンズLに達し、それから鏡
によって反射され、光空間位相変調素子1の液晶層
4を通り再びレンズL、フィルタF、及びレンズL
を経て液晶層4に戻る。この液晶層4を通って戻る途
上、光の偏光は同じ角度だけ回し戻され、液晶層4の前
面からの出射光の偏光は液晶層への入射時とほぼ同じと
なり、液晶の分子の状態に無関係である。
After passing through the liquid crystal layer 4, the light is collected by the lens L 2 ,
It passes through the spatial filter F 1 to the lens L 3 and then is reflected by the mirror M 1 and passes through the liquid crystal layer 4 of the spatial light phase modulation element 1 again to the lens L 3 , the filter F 1 and the lens L 3.
It returns to the liquid crystal layer 4 via 2 . On the way back through the liquid crystal layer 4, the polarization of the light is turned back by the same angle, and the polarization of the light emitted from the front surface of the liquid crystal layer 4 becomes almost the same as when the light enters the liquid crystal layer, and the state of the liquid crystal molecules changes. Irrelevant.

液晶層4の前揚から出る光はビームスプリッタBS
通過して前記ホログラムHに向かう。液晶層4を通る光
路長を一定に保ち、なおかつその様な液晶変調素子を低
コストでつくることは大変困難である。従ってこの変調
素子によって持ち込まれた収差は大きくなりがちである
から、前記ホログラムの目的は、これらの収差を修正
し、質の高い出力光ビームを干渉計10の標準波面生成
光学系11から出力することである。このホログラムH
はまたビーム合併器として作用し、前記干渉計の2つの
ビームを合併する。これらのビームはそれからレンズL
を通り、スクリーンSの上に干渉縞パターンを形成す
る。空間フィルタFは光空間位相変調素子の中のピク
セルの格子構造からの不用な次数の回折光や回折されて
外された光やホログラムHからの散乱光を除去するため
に用いられている。
The light emitted from the front of the liquid crystal layer 4 passes through the beam splitter BS 2 toward the hologram H. It is very difficult to keep the optical path length passing through the liquid crystal layer 4 constant and to manufacture such a liquid crystal modulator at low cost. Therefore, since the aberration introduced by this modulator tends to be large, the purpose of the hologram is to correct these aberrations and output a high quality output light beam from the standard wavefront generating optical system 11 of the interferometer 10. That is. This hologram H
Also acts as a beam combiner, merging the two beams of the interferometer. These beams are then lens L
5 , an interference fringe pattern is formed on the screen S. The spatial filter F 2 is used to remove unnecessary-order diffracted light from the lattice structure of the pixels in the spatial light phase modulation element, unnecessary diffracted light, and scattered light from the hologram H.

スクリーンSにおける干渉縞パターンを分析することに
より非球面である被測定表面の球面からの隔たりと及び
液晶を使用した光空間位相変調素子による光空間位相変
調分布を知ることができる。
By analyzing the interference fringe pattern on the screen S, it is possible to know the distance from the spherical surface of the surface to be measured, which is an aspherical surface, and the spatial light phase modulation distribution by the spatial light phase modulation element using liquid crystal.

[発明の効果] このようにこの発明によれば、種々の異なる被測定物の
表面形状の測定に共通して使用することができ、コンピ
ュータからの指令を変えるだけで各種のそれぞれのテス
トに必要な各種の標準波面を生成し得る柔軟性を持つ非
球面測定用干渉法及びそれに使用する干渉計を得ること
ができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it can be commonly used for measuring the surface shape of various different objects to be measured, and it is necessary for various kinds of tests only by changing the command from the computer. It is possible to obtain an interferometer for measuring an aspherical surface and an interferometer used for the aspherical surface, which has flexibility to generate various standard wavefronts.

[他の実施例] 以上説明した実施例はホログラムを使用した干渉計に本
発明を適用した例であるが、この発明は他の型式の干渉
計にも適用することができる。すなわち第5図はこの発
明をトワイマングリーン(Twyman Green)干渉計に適用し
た例であり、第6図はフィゾー(Fizeau)干渉計に本発明
を適用した例であり、第7図はマッハツエンダー(Mach
Zender)干渉計に適用した例である。
Other Embodiments The embodiments described above are examples in which the present invention is applied to an interferometer using a hologram, but the present invention can also be applied to other types of interferometers. That is, FIG. 5 is an example in which the present invention is applied to a Twyman Green interferometer, FIG. 6 is an example in which the present invention is applied to a Fizeau interferometer, and FIG. 7 is a Machtz. Ender (Mach
Zender) This is an example applied to an interferometer.

第5図に示すトワイマングリーン干渉計30ではレーザ
光源13、顕微鏡対物レンズMO、コリメータンズC
L、ビームスプリッタBS、収斂レンズCVL、参照
球面R、非球面の測定面O、収斂レンズCVL、光空
間位相変調素子1、光学平面OF,OF、結像レン
ズIL、画像センサISを備えている。
In the Twyman-Green interferometer 30 shown in FIG. 5, the laser light source 13, the microscope objective lens MO, and the collimators C are used.
L, beam splitter BS, converging lens CVL 1 , reference spherical surface R, aspherical measuring surface O, converging lens CVL 2 , optical spatial phase modulator 1, optical planes OF 1 , OF 2 , imaging lens IL, image sensor IS Is equipped with.

このトワイマングリーン干渉計では一方の光学系に精度
のよい収斂レンズCVLと完全な参照球面Rを有し、
他方の光学系に同様の収斂レンズCVLと測定面Oと
光空間位相変調素子1とを配置している。この実施例で
は光空間位相変調素子1の収差は、それに密着している
光学平面OF,OFによって補正される。この補正
方法は後述する他の実施例における光空間位相変調素子
の収差補正にも利用できる。なお、2PI法位相変調が
液晶についても利用できるのであれば、それで光空間位
相変調素子1の自己収差を補正することができる。
In this Twyman-Green interferometer, one optical system has a precise converging lens CVL 2 and a perfect reference spherical surface R,
The same converging lens CVL 1 , the measurement surface O, and the optical spatial phase modulation element 1 are arranged in the other optical system. In this embodiment, the aberration of the spatial light phase modulation element 1 is corrected by the optical planes OF 1 and OF 2 in close contact with it. This correction method can also be used for the aberration correction of the spatial light phase modulation element in another embodiment described later. If the 2PI method phase modulation can be applied to the liquid crystal as well, the self-aberration of the spatial light phase modulation element 1 can be corrected with it.

トワイマングリーン干渉計では両光学系に同じレンズが
使用されるので、これらのレンズの収差は打消しとな
る。
Since the same lens is used for both optical systems in the Twyman-Green interferometer, the aberrations of these lenses are cancelled.

また、収差の発生源も1つ少ない。しかし同じレンズを
使用することが必須の要件ではない。光空間位相変調素
子は可変ミラー等と同様に基本的には適当な変調によっ
てシステム中の収差は補正できる。
Also, the number of sources of aberration is one less. However, using the same lens is not essential. The optical spatial phase modulator can basically correct aberrations in the system by appropriate modulation like a variable mirror.

結像レンズILはカーブミラー表面の平面の像を画像セ
ンサISの上に結像する。画像センサISとして例えば
レンズを使用しないCCDカメラを使用することができ
る。この像は非球面の測定面を干渉縞であらわしたもの
である。
The imaging lens IL forms an image of the plane of the curved mirror surface on the image sensor IS. As the image sensor IS, for example, a CCD camera that does not use a lens can be used. This image shows an aspherical measurement surface by interference fringes.

第6図に示すフィゾー干渉計40ではレーザ光源13、
顕微鏡対物レンズMO、ビームスプリッタBS、コリメ
ータンズCL、参照球面RF、光空間位相変調素子1、
収斂レンズCVL、測定面O、フィルタF、結像レンズ
IL、画像センサIS、光空間位相変調素子1を駆動す
る画像表示装置ID、画像表示装置IDを制御するコン
ピュータCOを備えている。
In the Fizeau interferometer 40 shown in FIG. 6, the laser light source 13,
Microscope objective lens MO, beam splitter BS, collimators CL, reference spherical surface RF, optical spatial phase modulator 1,
It includes a converging lens CVL, a measurement surface O, a filter F, an imaging lens IL, an image sensor IS, an image display device ID that drives the optical spatial phase modulation element 1, and a computer CO that controls the image display device ID.

このフィゾー干渉計40は従来のフィゾー干渉計に光源
としてレーザ光源13を使用し、かつ第2の参照面を光
空間位相変調素子1で置き換えたものである。
This Fizeau interferometer 40 is a conventional Fizeau interferometer in which the laser light source 13 is used as a light source and the second reference surface is replaced with the optical spatial phase modulation element 1.

この実施例においても、光空間位相変調素子1の収差補
正は光学平面で行うか、または光空間位相変調素子1を
使用して自己収差補正をするか或いは高品質ガラスを使
用する。収斂レンズCVLは測定面Oから反射された球
面波を構成する。もしこの測定面Oが球面でないならば
反射波面も球面とは違ったものになる。光空間位相変調
素子1は測定面Oと完全な球面との位相差が2倍違うよ
うな位相分布を形成する。この位相変調を測定すること
により、測定面Oの球面との違いが検出される。結像レ
ンズILは測定面Oの画像を画像センサ(例えばCCD
アレー)の上に干渉縞として形成する。
Also in this embodiment, the aberration correction of the spatial light phase modulation element 1 is performed on the optical plane, or the self spatial aberration correction is performed using the spatial light phase modulation element 1 or the high quality glass is used. The converging lens CVL constitutes a spherical wave reflected from the measurement surface O. If this measurement surface O is not a spherical surface, the reflected wave surface will also be different from a spherical surface. The spatial light phase modulation element 1 forms a phase distribution in which the phase difference between the measurement surface O and the perfect spherical surface is doubled. By measuring this phase modulation, the difference between the measurement surface O and the spherical surface is detected. The image forming lens IL uses an image sensor (for example, CCD
Formed as interference fringes on the array.

第7図に示すマッハツエンダー干渉計50では、レーザ
光源13、顕微鏡対物レンズMO、コリメータンズC
L、ビームスプリッタBS、ミラーM、測定レンズ
O(被測定対象物)、ビームスプリッタBS、結像レ
ンズIL、フィルタF、画像センサIS、光空間位相変
調素子1、収斂レンズCVL、ミラーM、光空間位相
変調素子1を駆動する画像表示装置ID、画像表示装置
IDを制御するコンピュータCOを備えている。
In the Mach-Zehnder interferometer 50 shown in FIG. 7, the laser light source 13, the microscope objective lens MO, the collimators C
L, beam splitter BS 1 , mirror M 1 , measuring lens O (object to be measured), beam splitter BS 2 , imaging lens IL, filter F, image sensor IS, optical spatial phase modulation element 1, converging lens CVL, mirror M 2, the image display apparatus ID for driving the optical spatial phase modulator 1 includes a computer CO for controlling the image display apparatus ID.

この実施例は従来のマッハツエンダー干渉計に光空間位
相変調素子1を組込んだものである。この光空間位相変
調素子1における液晶としてはツイストネマチック型の
ものは不適当である。
In this embodiment, an optical spatial phase modulator 1 is incorporated in a conventional Mach-Zehnder interferometer. A twisted nematic type liquid crystal is not suitable as the liquid crystal in the spatial light phase modulation element 1.

被測定対象物である測定レンズOと光空間位相変調素子
1と高品質の収斂レンズCVLとは出力ビームのスプリ
ッタBSと等距離におかれる。結像レンズILは測定
レンズOの像を画像センサISの上に形成する。測定レ
ンズOの表面は干渉縞として観察することができる。
The measurement lens O, which is the object to be measured, the optical spatial phase modulator 1, and the high-quality converging lens CVL are equidistant from the output beam splitter BS 2 . The imaging lens IL forms the image of the measuring lens O on the image sensor IS. The surface of the measuring lens O can be observed as interference fringes.

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

第1図はこの発明の一実施例に係わる干渉計の構成説明
図、第2図は光空間位相変調素子の断面概略説明図、第
3図は光空間位相変調素子の平面概略説明図、第4図は
光空間位相変調素子へ入射した入射光の偏光の配向を示
す説明図、第5図はこの発明をトワイマングリーン干渉
計に適用した例を示す構成説明図、第6図はこの発明を
フィゾー干渉計に適用した例を示す構成説明図、及び第
7図はこの発明をマッハツエンダー干渉計に適用した例
を示す構成説明図である。 1……光空間位相変調素子 2,3……ガラス板 4……液晶層 5……電極 6……電極 7……走査電極駆動回路 8……信号電極駆動回路 10……非球面測定用干渉計 11……標準波面生成光学系 12……テスト波面生成光学系 13……レーザ光源 20……偏光レーザビーム 30……トワイマングリーン干渉計 40……フィゾー干渉計 50……マッハツエンダー干渉計 M……ミラー L,L,L,L,L……レンズ H……ホログラム BS,BS,BS……ビームスプリッタ F,F,F……フィルタ S……スクリーン MO……顕微鏡対物レンズ CL……コリメータンズ CVL,CVL,CVL……収斂レンズ O……測定面 OF,OF……光学平面 IL……結像レンズ IS……画像センサ RF……参照平面 CO……コンピュータ ID……画像表示装置
FIG. 1 is a structural explanatory view of an interferometer according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional explanatory view of an optical spatial phase modulation element, and FIG. 3 is a schematic planar explanatory view of the optical spatial phase modulation element. FIG. 4 is an explanatory view showing the orientation of polarization of incident light incident on the spatial light phase modulation element, FIG. 5 is a structural explanatory view showing an example in which the present invention is applied to a Twyman-Green interferometer, and FIG. 6 is the present invention. FIG. 7 is a structural explanatory view showing an example in which is applied to a Fizeau interferometer, and FIG. 7 is a structural explanatory view showing an example in which the present invention is applied to a Mach-Zehnder interferometer. 1 ... Optical spatial phase modulator 2, 3 ... Glass plate 4 ... Liquid crystal layer 5 ... Electrode 6 ... Electrode 7 ... Scan electrode drive circuit 8 ... Signal electrode drive circuit 10 ... Interference for aspherical surface measurement 11: Standard wavefront generating optical system 12: Test wavefront generating optical system 13: Laser light source 20: Polarized laser beam 30: Twyman Green interferometer 40: Fizeau interferometer 50: Mach-Zehnder interferometer M 1 ... Mirrors L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 ... Lens H ... Holograms BS, BS 1 , BS 2 ... Beam splitters F, F 1 , F 2 ... Filter S ... Screen MO ... Microscope objective lens CL ... Collimators CVL, CVL 1 , CVL 2 ... Converging lens O ... Measuring surface OF 1 , OF 2 ... Optical plane IL ... Imaging lens IS ... Image RF: Reference plane CO: Computer ID: Image display device

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】標準波面とテスト面から反射したテスト波
面を干渉させて生じる干渉縞を解析してテスト面を測定
する非球面測定用干渉法であって、前記標準波面または
テスト波面を生成する光学系の光路中に液晶層を配置
し、前記液晶層を横断する電場の空間分布を制御するこ
とによって前記液晶層の屈折率の空間分布を制御し、こ
れによって前記光路を通る光束の空間位相を変調するこ
とを特徴とする液晶を用いた光空間位相変調素子による
非球面測定用干渉法
1. An aspherical measurement interferometry method for measuring a test surface by analyzing interference fringes generated by interfering a standard wave surface and a test wave surface reflected from the test surface, the standard wave surface or the test wave surface being generated. A liquid crystal layer is arranged in the optical path of the optical system, and the spatial distribution of the refractive index of the liquid crystal layer is controlled by controlling the spatial distribution of the electric field that crosses the liquid crystal layer. Interferometry for aspherical surface measurement by optical spatial phase modulator using liquid crystal characterized by modulating light
【請求項2】テスト波面を生成するテスト波面生成光学
系と標準波面を生成する標準波面生成光学系とを有し、
前記標準波面生成光学系の光路中に光空間位相変調素子
を配設し、前記光空間位相変調素子は液晶層と、前記液
晶層の両側に位置していて前記液晶層を横断する電場を
形成し得る2つの電極とを有し、前記2つの電極のうち
の少なくとも一方の電極は前記液晶層に沿つて分布しか
つそれぞれ独立して電圧を変化させ得る複数の小電極か
らなることを特徴とする液晶を用いた光空間位相変調素
子による非球面測定用干渉計
2. A test wavefront generation optical system for generating a test wavefront and a standard wavefront generation optical system for generating a standard wavefront,
An optical spatial phase modulator is disposed in the optical path of the standard wavefront generating optical system, and the optical spatial phase modulator forms a liquid crystal layer and an electric field located on both sides of the liquid crystal layer and crossing the liquid crystal layer. At least one of the two electrodes is composed of a plurality of small electrodes distributed along the liquid crystal layer and capable of independently changing the voltage. Interferometer for aspherical surface measurement using optical spatial light modulator with rotating liquid crystal
JP63171427A 1988-07-08 1988-07-08 Interferometer and interferometer for aspherical surface measurement by optical spatial light modulator using liquid crystal Expired - Lifetime JPH0619255B2 (en)

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