JPH07301509A - 干渉縞間隔の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像装置を用いずに、簡易な手順で干渉縞の
間隔を測定することのできる方法を提供する。 【構成】 本発明によれば、光検出手段（１）の受光領
域（３）を干渉縞の配列方向に沿って干渉縞に対して相
対的に移動させて干渉縞の光強度を検出し、光検出手段
（１）の周期的な出力変化から変化の１周期に対応する
受光領域（３）の移動量を測定することで、干渉縞の間
隔を測定することができる。したがって、撮像装置を用
いずに簡易な手順で干渉縞の間隔を測定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光干渉縞間隔の計測、
制御技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、干渉縞間隔の測定方法としては、
干渉縞を撮像レンズを用いてＣＣＤカメラ等の撮像装置
へ拡大投影し、画像処理を用いて縞間隔の測定値を求め
る方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、 測定分解能がカメラの画素分解能に依存する レンズ倍率の較正が必要 波長により観測倍率が変化する 画像処理を行うためにコンピュータが必要 といったことから、測定に用いる装置の規模が大きくな
りがちで、測定条件の調整や装置の操作に手間がかか
り、作業が繁雑になるという問題点が生じていた。

【０００４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、撮像装置を用いずに、簡易な手順で干
渉縞の間隔を測定することのできる方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明に係る第１のタイプの測定方法は、光検
出手段の受光領域を干渉縞の配列方向に沿ってこの干渉
縞に対して相対的に移動させて干渉縞の光強度を検出す
る第１ステップと、光検出手段の出力変化と前記受光領
域の移動量とに基づき干渉縞の間隔を求める第２ステッ
プとを備えている。

【０００６】ここで、受光領域は、光検出手段の光検出
面上に、透光性の領域を有する不透光性のマスク板を設
置することにより形成することができる。

【０００７】また、受光領域を矩形状とし、第１ステッ
プに先だって干渉縞の配列方向に沿った受光領域の幅を
調節するステップをさらに備え、第１ステップは受光領
域の一辺と干渉縞の配列方向とが平行になるように受光
領域を移動させるステップであっても良い。

【０００８】また、本発明に係る第２のタイプの測定方
法は、光検出手段の受光領域を干渉縞が形成される面上
の任意の方向に沿ってこの干渉縞に対して相対的に移動
させて干渉縞の光強度を検出する第１ステップと、光検
出手段を干渉縞が形成される面上にあって第１ステップ
における移動方向と直角に交わる方向に移動させて干渉
縞の光強度を検出する第２ステップと、第１ステップ及
び第２ステップにおける光検出手段の出力変化と受光領
域の移動量とに基づき干渉縞の間隔を求める第３ステッ
プとを備えている。

【０００９】また、第１、第２のタイプの測定方法で、
受光領域を円形状とすると良い。

【００１０】

【作用】第１のタイプの方法では、光検出手段の受光領
域が干渉縞の配列方向に沿って干渉縞に対して相対的に
縞を横切る。これにより、受光領域に入射する光の強度
が干渉縞の明暗に対応して周期的に変化するので、光検
出手段の出力も周期的に変化する。従って、この出力変
化の１周期に対応する受光領域の移動量を測定すれば、
干渉縞の間隔が求まる。

【００１１】ここで、光検出手段の光検出面にマスク板
を設置すれば、マスク板の透光性領域の形状を調節する
ことで、受光領域を容易に所望の形状とすることがで
き、受光面積の調節も容易である。

【００１２】また、第１タイプの測定方法のうち、受光
領域を長方形状として、この長方形の幅を調節してから
測定する方法では、幅を徐々に変化させていき、その結
果、幅が干渉縞間隔の（ｎ＋１／２）倍（ここで、ｎは
０以上の整数である。）になると、光検出手段の出力変
化の振幅が最大となる。このように受光領域の幅を調節
することで、ノイズの影響が抑えられ、出力変化の周期
を判別することが容易となるので、読取り誤差を抑えつ
つ、干渉縞の間隔を一層容易に求めることができる。

【００１３】次に、第２のタイプの測定方法では、互い
に直交する２方向に沿って干渉縞に対して相対的に受光
領域を移動させることで、各方向への移動ごとに出力変
化と、その１周期に対応する受光領域の移動量が求ま
り、得られた二つの移動量データを用いることで干渉縞
の間隔を算出することができる。受光領域の移動方向は
任意なので、受光領域の移動方向を調節しないでも容易
に間隔が求まる。

【００１４】また、第１、第２のタイプの方法において
受光領域を円形状とすると、干渉縞の配列方向と受光領
域の移動方向との関係にかかわらず光検出手段の出力が
常に変化するので、出力変化の周期を判別することが容
易となり、干渉縞の間隔を容易に求めることができる。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【００１６】実施例１（図１〜図３） 実施例１は、第１のタイプの測定方法を実施するもので
ある。図１は、実施例１で用いる測定装置を示す図であ
る。図１のように、干渉縞の光強度を測定する受光素子
１の上面にマスク板２が固定されており、マスク板２は
印加電圧に応じて伸縮するピエゾ素子４に取り付けら
れ、さらにピエゾ素子４は支持部材５に取り付けられ装
置全体が安定に保たれている。

【００１７】ここで、マスク板２は、不透光性の平板に
円形状の微小開口３を設けたものであり、これにより受
光素子１の光検出面のなかで開口３により画定される微
小な領域が受光領域となる。このように、本実施例では
マスク板２を用いて受光領域を形成しているので、受光
素子１の光検出面自体の形状を調節せずとも、マスク板
２の開口の形状を調節するだけで受光領域を容易に所望
の形状とすることができ、受光面積の調節も容易であ
る。

【００１８】なお、マスク板２は、透光性の板に円形状
の領域を除いた不透光性の薄膜が付されたものであって
もよい。また、受光領域の大きさは、測定する干渉縞間
隔の大きさによって適切に調節することが好ましい。望
ましくは、開口３の直径を干渉縞間隔の２倍以下とする
のが良い。

【００１９】この装置では、開口３に入射する光のみが
受光素子１により検出される。また、マスク板２および
受光素子１は、ピエゾ素子４の印加電圧に応じた伸縮に
より移動するので、これにより受光領域も移動する。

【００２０】本実施例では、まず、測定対象の等間隔干
渉縞をマスク板２上に照射する。ここで、干渉縞の配列
方向があらかじめわかる場合は、干渉縞の配列方向とマ
スク板２の移動方向、すなわち開口３の移動方向とが平
行になるように、干渉縞を形成する光学系や、図１の測
定装置の配置を調整すると良い。

【００２１】また、干渉縞の配列方向がわからない場合
は、そのままピエゾ素子４に電圧を印加してマスク板２
を移動させ、受光素子１の出力変化を調べて、その１周
期に対応したピエゾ素子４の伸縮量、すなわち開口３の
移動量を求めてみると良い。開口３の移動方向を変えな
がらこの操作を複数回繰り返し、１周期に対応する開口
３の移動量が最小となるときの移動方向が干渉縞の配列
方向である。

【００２２】次に、ピエゾ素子４の印加電圧を調節して
マスク板２を干渉縞の配列方向に沿って移動させると、
開口３が干渉縞を横切る。図２は、この様子を示した図
である。開口３に入射して受光素子１に検出される光の
強度は、干渉縞の明暗に対応して周期的に変化する。

【００２３】図３は、干渉縞の明部と受光領域との重複
部分の面積が開口３の移動により変化する様子を示す図
である。この図でハッチングが施された領域が明部と受
光領域との重複部分であり、この部分が受光素子１によ
り検出される。したがって、受光素子１により検出され
る光強度は、この重複部分の面積に比例する。図３から
も明らかなように、本実施例の開口３は円形であり、開
口の移動方向に平行な辺を有する長方形状のような場合
と異なって、開口３の移動により明部と受光領域との重
複部分の面積が常に変化する。これにより、受光素子１
の出力も開口３の移動量に伴って常に変化することにな
る。

【００２４】図４は、受光素子１の出力と開口３の移動
量との関係を示すグラフである。ここで、開口３の移動
量はピエゾ素子４の伸縮量に等しく、ピエゾ素子４の伸
縮量はピエゾ素子４の特性と印加電圧によって決まるの
で、開口３の移動量はピエゾ素子４の印加電圧から求め
ることができる。

【００２５】図４のように、受光素子１の出力変化は干
渉縞の明暗の配列に対応して周期的になる。そして、そ
の周期Ｐは干渉縞の間隔に等しい。こうして、干渉縞間
隔を求めることが可能になる。

【００２６】このグラフは、例えば、受光素子１の出力
をオシロスコープのＸ端子に入力し、ピエゾ素子４に印
加する電圧をＹ端子に入力して、画面をＸＹ表示とした
ときに表示されるグラフに基づいて、ピエゾ素子４への
印加電圧をピエゾ素子４の伸縮量に変換することで求め
ることができる。

【００２７】なお、上記の通り、開口３の形状を円形と
していることから、受光素子１の出力は開口３の移動に
伴って常に変化するため、出力変化の周期を求めること
は容易である。

【００２８】実施例２（図５及び図８） 実施例２では、開口の形状が実施例１と異なり、長方形
の矩形状となっている。本実施例では、まず、この開口
の一辺と干渉縞の配列方向とが平行になるように、干渉
縞を形成する光学系や、測定装置の配置を調整する。な
お、干渉縞の配列方向がわからないときは、実施例１で
述べた方法を用いると良い。

【００２９】次に、開口６の各辺のうち干渉縞の配列方
向に平行な辺の長さ（以下、「開口幅」と呼ぶ。）を調
節する。これは、開口幅の異なるマスク板２をあらかじ
め複数用意しておき、マスク板２を取り換えながら、そ
の都度、受光素子１の出力変化を測定し、出力変化の振
幅が最大となるような開口幅を選択することにより行う
ことができる。

【００３０】このように開口幅を調節した後は、ピエゾ
素子４に電圧を印加して前記干渉縞の配列方向に沿って
開口を移動させ、実施例１と同様にして出力変化の周期
を測定すると、干渉縞の間隔が求まる。

【００３１】図５は、本実施例の開口６が干渉縞を横切
る様子を示した図である。開口幅は、上記の調節の結
果、干渉縞間隔ｄの（１＋１／２）倍となっている。こ
のように、干渉縞間隔ｄが（ｎ＋１／２）倍（ここで、
ｎは０以上の整数である。）になると、受光素子１の出
力変化の振幅が最大となる。

【００３２】本実施例との比較のために、図６に開口幅
が干渉縞間隔ｄの整数倍（図６では、１倍である。）と
なっている開口を示し、図７に干渉縞の明部と受光領域
との重複部分の面積がこの開口の移動により変化する様
子を示す。図７でハッチングが施されている領域がこの
重複部分であり、この部分が受光素子１により検出され
る。受光素子１により検出される光強度は、この重複部
分の面積と比例する。

【００３３】図７に示されるように、開口幅が干渉縞間
隔ｄの整数倍の場合は、開口を移動させても移動により
明部と重複しなくなる部分の面積と新たに重複するよう
になる部分の面積とが等しいので、受光素子１に検出さ
れる光の強度は変化せず、受光素子１の出力変化の周期
を求めることはできない。

【００３４】一方、図８は、本実施例について干渉縞の
明部と受光領域との重複部分の面積が開口６の移動によ
り変化する様子を示す図である。本実施例の開口６は、
開口幅が干渉縞間隔ｄの（ｎ＋１／２）倍（ｎ＝１）で
あるので、図８のように、開口６の移動により明部と受
光領域との重複部分の面積が常に増減し、しかも一本の
明部のみと重複する状態（図８（ａ））から二本の明部
と重複する状態（図８（ｃ））まで変化して、受光素子
１に検出される光強度の変化の振幅が最大となってい
る。したがって、ノイズの影響が少なく、出力変化の周
期を判別することも容易となるので、読取り誤差を抑え
つつ、受光素子１の出力変化の周期を容易に測定するこ
とができる。

【００３５】実施例３（図９〜図１１） 実施例３は、第２のタイプの測定方法を実施するもので
ある。図９は、本実施例で用いる測定装置を示すもので
ある。実施例１と異なるのは、ピエゾ素子４に接合部材
７が取り付けられ、この接合部材７にもう一つのピエゾ
素子８が取り付けられており、このピエゾ素子８に支持
部材５が取り付けられて装置が安定に保たれていること
である。

【００３６】図９のように、二つのピエゾ素子の伸縮方
向は互いに直交するため、この装置によれば、干渉縞が
形成されるマスク板２の表面に平行な平面上において、
開口３を任意に移動させることができる。

【００３７】本実施例では、まず、等間隔の干渉縞をマ
スク板２上に照射する。次に、ピエゾ素子４の印加電圧
を調節してマスク板２をゆっくり移動させる。実施例１
と同様にして、開口３の移動に伴う受光素子１の出力変
化が測定される。

【００３８】次いで、ピエゾ素子８の印加電圧を調節し
てマスク板２をゆっくり移動させる。このとき、ピエゾ
素子４による移動方向と直交する方向にマスク板２が移
動する。この場合にも、受光素子１の出力変化が測定さ
れる。なお、最初にピエゾ素子８によってマスク板２を
移動させて出力変化を測定し、その後、ピエゾ素子４の
移動より出力変化を測定しても良い。

【００３９】次いで、開口３の二度の移動により測定さ
れた受光素子１の出力変化と開口３の移動量を用いて干
渉縞の間隔を算出する。以下、算出方法を説明する。

【００４０】図１０は、ピエゾ素子４および８による開
口３の移動方向を示す図である。ここでは、ピエゾ素子
４による移動方向をＸ方向、ピエゾ素子８による移動方
向をＹ方向と示してある。また、θはＸ方向と干渉縞が
なす角度を表している。

【００４１】図１１は、Ｘ方向及びＹ方向移動による受
光素子１の出力と、各方向への開口３の移動量との関係
を示したグラフである。なお、図において、Ｐ_X 、Ｐ_Y
は、それぞれの移動による出力変化の１周期に対応する
開口３の移動量である。

【００４２】図１０から明らかなように、Ｐ_X 、Ｐ_Y は
以下のように表される。

【００４３】Ｐ_X ＝ｄ／ｓｉｎθ、Ｐ_Y ＝ｄ／ｃｏｓθ この両式から、θを消去すると次のようになる。

【００４４】（ｄ／Ｐ_X ）² ＋（ｄ／Ｐ_Y ）² ＝１ これを変形すると、 ｄ＝｛（Ｐ_X ² ・Ｐ_Y ² ）／（Ｐ_X ² ＋Ｐ_Y ² ）｝^1/2 … (1) したがって、図１１のグラフからＰ_X 、Ｐ_Y を求めれ
ば、 (1)式を用いて干渉縞間隔ｄを求めることができ、
干渉縞の配列方向がわからないときでも、干渉縞の間隔
を容易に測定することが可能となる。

【００４５】なお、上記の実施例では干渉縞の照射位置
を固定して受光領域を干渉縞に対して移動させたが、逆
に、受光領域を固定して干渉縞を移動させても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る第１のタイプの方法によれば、光検出手段の受光領域
を干渉縞の配列方向に沿って干渉縞に対して相対的に移
動させて干渉縞の光強度を検出し、光検出手段の周期的
な出力変化から変化の１周期に対応する受光領域の移動
量を測定することで、干渉縞の間隔を測定することがで
きる。したがって、撮像装置を用いずに簡易な手順で干
渉縞の間隔を測定することができる。

【００４７】また、本発明の第２のタイプの方法によれ
ば、互いに直交する２方向に沿って干渉縞に対して相対
的に受光領域を移動させ、各移動についての出力変化か
ら、１周期に対応する受光領域の移動量をそれぞれ求め
ることで、干渉縞の間隔を算出することができる。この
とき、受光領域の移動方向は任意なので、干渉縞の配列
方向がわからない場合にも容易に間隔を求めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の測定装置を示す全体斜視図である。

【図２】実施例１において、開口３が干渉縞を横切る様
子を示す図である。

【図３】干渉縞の明部と受光領域との重複部分の面積が
開口３の移動により変化する様子を示す図である。

【図４】受光素子１の出力と開口３の移動量との関係を
示すグラフである。

【図５】実施例２において、開口６が干渉縞を横切る様
子を示す図である。

【図６】実施例２との比較のための図である。

【図７】実施例２との比較のための図である。

【図８】干渉縞の明部と受光領域との重複部分の面積が
開口６の移動により変化する様子を示す図である。

【図９】実施例３の測定装置を示す全体斜視図である。

【図１０】ピエゾ素子４および８による開口３の移動方
向を示す図である。

【図１１】受光素子１の出力と開口３の移動量との関係
を示したグラフである。

【符号の説明】

１…受光素子、２…マスク板、３…円形状の開口、４…
ピエゾ素子、５…支持部材、６…長方形状の開口、７…
接合部材、８…ピエゾ素子。

フロントページの続き (72)発明者 稲井 麻紀 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光検出手段の受光領域を干渉縞の配列方
   向に沿ってこの干渉縞に対して相対的に移動させて干渉
   縞の光強度を検出する第１ステップと、 前記光検出手段の出力変化と前記受光領域の移動量とに
   基づき前記干渉縞の間隔を求める第２ステップと、 を備える干渉縞間隔の測定方法。
2. 【請求項２】 前記受光領域は、前記光検出手段の光検
   出面上に、透光性の領域を有する不透光性のマスク板を
   設置することにより形成されるものであることを特徴と
   する請求項１記載の干渉縞間隔の測定方法。
3. 【請求項３】 光検出手段の受光領域を干渉縞が形成さ
   れる面上の任意の方向に沿ってこの干渉縞に対して相対
   的に移動させて干渉縞の光強度を検出する第１ステップ
   と、 前記光検出手段を前記干渉縞が形成される面上にあって
   前記第１ステップにおける移動方向と直角に交わる方向
   にこの干渉縞に対して相対的に移動させて前記干渉縞の
   光強度を検出する第２ステップと、 前記第１ステップ及び前記第２ステップにおける前記光
   検出手段の出力変化と前記受光領域の移動量とに基づき
   前記干渉縞の間隔を求める第３ステップと、を備える干
   渉縞間隔の測定方法。
4. 【請求項４】 前記受光領域を矩形状とし、 前記第１ステップに先だって、前記干渉縞の配列方向に
   沿った前記受光領域の幅を調節するステップをさらに備
   え、 前記第１ステップは、前記受光領域の一辺と前記干渉縞
   の配列方向とが平行になるように前記受光領域を移動さ
   せるステップであることを特徴とする請求項１または２
   記載の干渉縞間隔の測定方法。
5. 【請求項５】 前記受光領域は円形状であることを特徴
   とする請求項１から請求項３のいずれか記載の干渉縞間
   隔の測定方法。