JPH0758174B2 - 平行度測定方法 - Google Patents

平行度測定方法

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JPH0758174B2
JPH0758174B2 JP2256087A JP2256087A JPH0758174B2 JP H0758174 B2 JPH0758174 B2 JP H0758174B2 JP 2256087 A JP2256087 A JP 2256087A JP 2256087 A JP2256087 A JP 2256087A JP H0758174 B2 JPH0758174 B2 JP H0758174B2
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政博 大野
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旭光学工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 (産業上の利用分野) 本発明は、フィゾー型干渉計、トワイマングリーン型干
渉計等の二光束干渉計を用いて、互いに対向する対向面
を有する平行度測定対象物のその対向面が相対的に為す
角度としての平行度を測定する平行度測定方法に関す
る。
(従来の技術) 従来から、互いに対向する対向面を有する平行平面ガラ
ス板(オプチカルパラレル)等の平行度測定対象物の対
向面の平行度を測定する平行度測定方法としては、オー
トコリメータを用いるものが知られている。このオート
コリメータは、たとえば、第7図に示すように、光源
S、コンデンサレンズL、焦点ガラスG1、半透明プリズ
ムR、対物レンズ1、焦点ガラスG2、接眼レンズEを備
えており、焦点ガラスG1と焦点ガラスG2とは光学的に共
役な位置にあり、かつ、対物レンズ6の焦点Fの位置に
配置されている。また、焦点ガラスG1にはマークが設け
られており、焦点ガラスG2にはレチクルとしての十字線
と目盛とが設けられている。
このオートコリメータは、たとえば、ポリゴンミラー等
の反射鏡2の倒れ角度θを測定するのによく用いられて
おり、倒れ角度θが「0゜」のときには、対物レンズ6
から出射された測定光Pが反射鏡2で反射されて焦点ガ
ラスG2の十字線の交点に結像され、その交点にマークの
像が形成される。また、反射鏡2の倒れ角度θだけ傾い
ているとすると、対物レンズ6から出射された測定光P
の反射方向が、角度θが「0゜」のときの反射方向に対
して2θだけ変化し、その反射鏡2で反射された反射光
は、対物レンズ6によって焦点ガラスG2上に結像され、
焦点ガラスG1のマークの像が十字線の交点から距離Δだ
け変位した位置に形成される。
ここで、対物レンズ6の焦点距離をfとすると、距離Δ
と焦点距離fと倒れ角度θとの間には、 Δ=2・f・θ …… の関係式が成立する。ただし、倒れ角度θは微小角であ
り、その単位はラジアンである。
従って、距離Δがいくらであるかを接眼レンズEを通し
て測定すれば、角度θを測定できることになる。なお、
その第7図において、符号P′は反射鏡2で反射されて
対物レンズ6の中心を通る主光線である。
このオートコリメータを用いて、平行度測定対象物3
(第8図参照)の平行度を測定する場合には、その反射
鏡2を置いてある箇所に、平行度測定対象物3を光軸l
にたとえば垂直に置く。この場合、その平行度測定対象
物3の互いに対向する対向面4、5のうち対向面4で反
射された測定光Pは元の入射方向に反射されて焦点ガラ
スG2上に結像され、焦点ガラスG2に対向面4での反射に
よる焦点ガラスG1のマークの像が形成される。また、対
向面5で反射された測定光Pは入射方向に対して角度2
θだけ偏角を受けて反射される。その反射光をP′とす
る。この反射光P′は更に対向面4で屈折して出射光
P″として射出される。
ここで、対向面4に立てた法線をMとし、出射光P″が
法線Mに対して為す角度をi、反射光P′が法線Mに対
して為す角度をr、平行度測定対象物3の屈折率をnと
すると、角度rと角度θとの間には、 r=2θ …… の関係式が成立し、角度θが微小のときには、角度r、
角度iが微小であるから、角度rと角度iとの間には、 i=n・r …… の式が成立する。
よって、出射光P″の出射方向は、、式から、元の
測定光Pの反射方向に対して、 i=2・n・θだけ偏角していることになり、焦点ガラ
スG2に対向面5での反射による焦点ガラスG1のマークの
像が対向面4での反射による焦点ガラスG1のマークの像
から距離Δだけ離れた箇所に形成される。ここで、対物
レンズ6の焦点距離をfとすると、距離Δは、 Δ=2・f・n・θ …… である。
従って、この距離Δを測定すれば、平行度測定対象物3
の対向面4と対向面5とが為す相対的な角度θを求める
ことができる。
(発明が解決しようとする問題点) ところが、このオートコリメータを用いて平行度測定対
象物を測定する方法では、平行度が1秒以下になるとほ
とんど読み取ることができないのである。たとえば、平
行度測定対象物が屈折率n=1.5の平行平面ガラス板で
あるとすると、対物レンズ6の焦点距離fを500mmとし
て、角度θが1秒の平行度を測定したとき、距離Δは、 Δ=2×500×1.5×4.85×10-6=7μ となり、距離Δを目測で正確に読み取ることがほとんど
不可能である。
また、平面干渉計を用いて干渉縞の間隔から平行度を測
定する静的な平行度測定方法もある。この場合、干渉縞
の間隔をlmmとし、屈折率をnとすると、角度θと波長
λと間隔lとの間には、 θ=(λ/2l)・1/n という式が成り立ち、間隔lを測定することによって、
角度θを求めることができる。
しかしながら、光学部品としての平行度測定対象物3に
は、その大きさに限度があり、角度θが小さすぎて測定
視野内の干渉縞の本数が一本以下であるような場合に
は、視野が一様な明るさの縞次数でおおわれ、その角度
θを測定することができない不具合があり、従来の平行
度測定方法では、1秒以下の平行度の測定を行なうのが
困難であるという問題点がある。
本発明は、上記の事情を考慮して為されたもので、二光
束干渉計を用い、互いに対向する対向面を有する平行度
測定対象物の対向面が相対的に為す角度としての平行度
をより一層精度を向上させて測定することのできる平行
度測定方法を提供することを目的とする。
発明の構成 (問題点を解決するための手段) 本発明に係る平行度測定方法の特徴は、二光束干渉計の
いずれか一方の光路に、互いに対向する対向面を有する
平行度測定対象物の対向面をその光路に対して略垂直と
しつつその平行度測定対象物を挿入し、この平行度測定
対象物をその光路を横切る方向に移動させることにより
干渉縞を移動させ、その平行度測定対象物の移動量とそ
の干渉縞の状態変化とから、その対向面が相対的に為す
角度としての平行度を測定するようにしたところにあ
る。
(実施例) 以下に、本発明に係る平行度測定方法の実施例を図面を
参照しつつ説明することにする。
第1図は本発明に係る平行度測定方法に用いる二光束干
渉計としてのトワイマングリーン型干渉計の光学系の概
略構成を示しており、この第1図において、10は光源、
11はコリメートレンズ、12はビームスプリッタである。
ここでは、光源10から出射される光の波長λは632.8nm
とする。この光源10から出射された光はコリメートレン
ズ11によって平行光束とされ、ビームスプリッタ12に導
かれる。
その平行光束の一部はビームスプリッタ12を透過し、一
部はそのビームスプリッタ12の反射面12aで反射され、
平行光束はそのビームスプリッタ12によって二光束に分
割される。その二光束に分割された平行光束のうち参照
鏡13に向かう光束の光路を光路Iとし、参照鏡14に向か
う光束の光路を光路IIとする。その参照鏡13、14はその
光路I、IIに垂直に置かれており、光路Iを通る光線は
参照鏡13によって反射されビームスプリッタ12に導か
れ、その反射面12aで反射されて集光レンズ15に導かれ
る。光路IIを通る光線は参照鏡14によって反射されて同
様にビームスプリッタ12に導かれ、そのビームスプリッ
タ12を透過し、結像レンズ15に導かれ、光路Iを通る反
射光と光路IIを通る反射光とが光路IIIで重ね合わされ
て干渉縞(干渉パターン)が生じる。
その干渉パターンは集光レンズ15によって撮像面16に映
し出されるのであるが、参照鏡13、14が光路I、光路II
に対して垂直である場合には、その干渉パターンは一様
な明るさの縞次数となる。また、たとえば、参照鏡13を
光路Iに対して微小角度αだけ傾けると、光路IIの光学
距離に対する光路Iの光学距離が連続的に変化し、その
光路差が連続的に変化して微小角度αに対応する等間隔
のいわゆる等厚干渉縞17が第2図に示すように生じ、干
渉縞17の間隔Tは微小角度αに依存する。
ここでは、この干渉縞17を適当に生じさせた状態で、平
行度測定対象物3としての平行平面ガラス板18の対向面
19、20が相対的に為す角度θを測定することにする。
第3図に示すように、その平行平面ガラス板18をその対
向面19を光路Iに対して略垂直にしつつ光路Iに挿入す
る。すると、その光路Iへの平行平面ガラス板18の挿入
によって、干渉縞17の間隔Tは変化する。この干渉縞17
の間隔Tは、光路Iへの平行平面ガラス板18の挿入の仕
方によって異なり、点A、B間の光学距離ABと点C、D
間の光学距離CDとの光路差が増大するように挿入した場
合には、間隔Tが狭くなり、点A、B間の光学距離ABと
点C、D間の光学距離CDとの光路差が減少するように挿
入した場合には、間隔Tが広くなる。この間隔Tの変化
分は、参照鏡13の微小角度αを調節することによって、
適宜調整できる。
今、光軸lを通る光線を考え、その部分の平行平面ガラ
ス板18の厚さをdとし、平行平面ガラス板18を矢印F方
向に移動させて、厚さd′の箇所を光軸lに位置させた
とする。その厚さdの箇所が光軸l上にあるときの点X
から点Yまでの光学距離XYは、平行平面ガラス板18の移
動量をSとすると、 厚さdと厚さd′との間には、角度θが微小であるとし
て、 d′−d=Sθ …… の関係があるので、 XY=n・d+S・θ …… 但し、空気の屈折率を1とみなした。
また、その厚さd′の箇所が光軸l上にあるときの点X
から点Yまでの光学距離XYは、 XY=n・d′ …… よって、式と式とから、厚さd′の箇所が光軸l上
にあるときと厚さdの箇所が光軸l上にあるときとでの
光路差Δlは、 Δl=n・d′−(n・d+S・θ) …… となる。
この式は、式を用いて、 Δl=(n−1)・S・θ …… 式に変形することができる。
光軸lを通る光線は、参照鏡13によって反射されて、平
行平面ガラス板18を二度通過するものであるから、平行
平面ガラス板18を移動量Sだけ光路Iを横切る方向に移
動させると、光路差は往復で、2Δlだけ変化したこと
になる。よって、 2Δl=2(n−1)・S・θ …… そこで、光軸lに厚さdの箇所を位置させたときに、画
面19に第4図に示すような干渉縞17が表れている場合
に、平行平面ガラス板18を光路Iを横切る方向に移動さ
せると、光路差Δlが連続的に変化するので、干渉縞17
がたとえば矢印方向に移動する。そして、光路差Δlが
波長λ/2変化すると、往復で波長λだけ変化したことに
なり、元の干渉縞17のパターンの同じ干渉縞17のパター
ンが表れる。従って、この干渉縞17が最初の状態から所
定状態変化したときの平行平面ガラス板18の移動量Sを
求めれば、式により、角度θを求めることができる。
たとえば、第3図に示すように検出点Kを定め、その検
出点Kの干渉縞17の明るさの変化を検出出力S′として
取り出すことにすると、干渉縞17の移動によって、第5
図に示すように検出出力S′が周期的に変化し、ピーク
からピークまでの変化が光路差2Δl=λに相当するか
ら、その光路差2Δlが波長λに等しいときの平行平面
ガラス板18の移動量Sを読み取れば、 θ=λ/2(n−1)・S …… という式から、角度θを読み取ることができる。
ここで、この二光束干渉計の検出精度をλ/10とする
と、干渉縞17の間隔Tに換算すると、T/10の精度で干渉
縞17の状態変化を検出することができ、この場合には、
角度θは θ=λ/20(n−1)・S …… という式によって求められる。
一例として、角度θが1秒の平行平面ガラス板18を測定
するものとすると、角度θをラジアンに換算すると、4.
85×10-6であり、ここでは、波長λは632.8nmであるか
ら、屈折率nをn=1.5とすると、移動量Sは、 S=632.8×10-4/20(1.5−1)・4.85×10-6≒13mm となる。
従って、平行平面ガラス板18を移動量として約13mm動か
せば、約1秒の平行度を測定できることになる。この実
施例では、あらかじめ数本の干渉縞17が表れるような状
態に参照鏡13を設定したが、参照鏡13を光路Iに垂直に
し、一様な明るさの縞次数が表れるような状態としてお
いても、測定を行なうことができる。なお、第1図、第
3図において、21は対向面18、19においての反射光に基
づく干渉光を除去するための開口付き遮光板である。
以上、検出出力に基づいて干渉縞17の状態変化を読み取
る実施例について説明したが、第6図に示すように画面
19に目盛20を設けておいて、干渉縞17の移動を目視し、
干渉縞17の状態変化としての移動量Sを読み取れば、干
渉縞17の移動量を間隔Tで割った値が波長λの位相変化
分に等しいので、そのときの平行平面ガラス板18の移動
量Sを測定して、角度θを求めることもでき、T/10の読
み取り精度で移動量を読み取ることができれば、前の実
施例と同様の精度で角度θを求めることができる。
発明の効果 本発明に係る平行度測定法の特徴は、二光束干渉計のい
ずれか一方の光路に、互いに対向する対向面を有する平
行度測定対象物の対向面をその光路に対して略垂直とし
つつその平行度測定対象物を挿入し、この平行度測定対
象物をその光路を横切る方向に移動させることにより干
渉縞を移動させ、その平行度測定対象物の移動量とその
干渉縞の状態変化とから、その対向面が相対的に為す角
度としての平行度を測定するようにしたから、干渉縞の
状態変化による情報を抽出して平行度の測定をより一層
高精度に行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る平行度測定方法に用いる二光束干
渉計としてのトワイマングリーン型干渉計の光学系の概
略構成を示す図、第2図はその撮像面に形成された干渉
パターンを示す図、第3図はその二光束干渉計を用いて
平行平面ガラス板の平行度の測定を説明するための図、
第4図はその平行平面ガラス板をその二光束干渉計の光
路に挿入したときに形成される干渉縞の一例を示す図、
第5図はその干渉縞の移動に基づく検出出力の変化を示
す図、第6図はその干渉縞の移動量を目視によって検出
する場合の説明図、第7図はオートコリメータを用いて
角度測定を行なう場合の原理を説明するための説明図、
第8図はそのオートコリメータを用いて測定される平行
度対象物を示す図である。 3……平行度測定対象物、18……平行平面ガラス板 19、20……対向面、I、II……光路、 S……移動量、θ……角度

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二光束干渉計のいずれか一方の光路に、互
    いに対向する対向面を有する平行度測定対象物の対向面
    を前記光路に対して略垂直としつつ前記平行度測定対象
    物を挿入し、該平行度測定対象物を前記光路を横切る方
    向に移動させることにより干渉縞の状態を変化させ、前
    記平行度測定対象物の移動量と前記干渉縞の状態変化と
    から、前記対向面が相対的に為す角度としての平行度を
    測定する平行度測定方法。
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