JPH0783609A - 干渉計の被検体アライメント装置 - Google Patents
干渉計の被検体アライメント装置Info
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- JPH0783609A JPH0783609A JP18049794A JP18049794A JPH0783609A JP H0783609 A JPH0783609 A JP H0783609A JP 18049794 A JP18049794 A JP 18049794A JP 18049794 A JP18049794 A JP 18049794A JP H0783609 A JPH0783609 A JP H0783609A
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Abstract
点像結像手段とライン状のセンサとを用て、正確に行
う。 【構成】 第2のハーフミラー22と、集光レンズ23
とを用い、基準板13の基準面13aからの反射光を基
準点像として、また被検体20の被検面20aからの反
射光を被検体点像としてラインセンサ24を含む光軸と
直交する平面上に結像させる。支持台21を二軸調整手
段25に装着して、被検体20の傾き調整を行う。ライ
ンセンサ24の回転中心位置に結像させて、二軸調整手
段25により支持台21をX軸方向に傾動させ、ライン
センサ24により被検体点像を受光させ、ラインセンサ
24を90°回転させて、二軸調整手段25により支持
台21をY軸方向に傾動させて、被検体点像をラインセ
ンサ24により受光させることによって、両点像が一致
するようにアライメントされる。
Description
によって、レンズその他の光学精密製品の表面状態を検
査するための干渉計において、基準部材と被検体とを位
置合わせするための被検体アライメント装置に関するも
のである。
査を行うには、レーザ光源を用い、このレーザ光源から
の出射光を発散レンズで発散させて、所定のビーム径に
拡大させて、コリメータレンズにより平行光となし、こ
の平行光を基準部材に入射させて、この基準部材の基準
面に一部を反射させる。そして、基準部材を透過する光
を被検体の被検面に反射させ、ハーフミラーによって光
路を90°曲折させて、両反射光の波面を重ね合わせ
て、両波面間に生じる干渉縞が観察される。この干渉縞
の本数や形状によって、被検体の表面状態を検査するこ
とができる。
た基準部材から干渉縞を結像させる撮像手段等までの各
光路は、干渉計本体に組み込まれているから、各部材の
光軸は正確に一致した状態になっている。しかしなが
ら、被検体は順次交換して検査しなければならないの
で、干渉計本体の外に設けた支持手段にセットするよう
にしている。従って、この支持手段にセットされる被検
体の光軸を基準部材の光軸と一致させるアライメントを
行う必要がある。このために、被検体がセットされる支
持手段を三次元的に調整する調整ステージに搭載させる
ようになし、この調整ステージで支持手段の水平方向,
傾き方向等の位置調整を行えるように構成している。
プレイス手段等を用いて行う場合であれ、支持手段に被
検体をセットした時に、この被検体が常に一定の位置に
セットされるという保証はない。例えば、支持手段に被
検体を位置決めする機構を設けるにしても、被検体の外
形部を基準としなければならず、被検体の形状に応じて
位置決め機構の調整を必要とし、またそもそも被検体の
外形の寸法精度が厳格に管理されていない場合には、外
形基準として正確な位置決めを行うことはできない。被
検体と基準部材との間でアライメントが取れていない
と、当然、正確な検査・測定を行うことができないこと
になる。このために、支持手段に被検体アライメント機
構を設けて、被検体がセットされる毎に、この被検体と
基準部材との間でアライメントを取るようにしている。
この被検体アライメント機構としては、被検体がセット
される支持手段をXY方向に傾動させる二軸調整機構を
設けると共に、基準部材及び被検体からの反射光を集光
レンズによって所定のスポット径の点像となるように集
光させるようになし、この二軸調整機構を作動させて支
持手段をXY方向に変位させて、被検体からの反射光の
点像を基準部材側の反射光の点像に一致させるようにし
て、両者のアライメントを行うようにしている。
を基準部材の光軸に一致させるために、点像を結像させ
て、この点像の位置のずれを検出して、二軸調整機構を
作動させなければならない。このために、従来では基準
部材からの反射光の点像、即ち基準点像と、被検体から
の反射光の点像、即ち被検体点像との2つの点像をテレ
ビカメラで撮影して、基準点像を中心とした座標を設
け、被検体点像のスポット位置の座標軸上の位置を検出
して、この検出信号に基づいて二軸調整機構を作動させ
て、両点像を一致させるようにしていた。しかしなが
ら、この調整は、両点像が一致すれば良く、しかも基準
点像は常に一定の位置にあるから、もう一方の点像であ
る被検体点像を基準点像に重ね合わせるように動かせば
良いことから、必ずしもテレビカメラと座標検出機構と
いうような複雑かつ高価な機構を用いなくとも、調整を
行うことは可能である。
あって、その目的とするところは、簡単な構成で、安価
に製造でき、被検体を基準部材に対して正確かつ確実に
アライメントできるようにすることにある。
ために、本発明は、被検体をX軸方向及びY軸方向に傾
動させる二軸調整手段と、基準面及び被検面からの反射
光を所定のスポット径の点像となるように結像させる点
像結像手段と、基準面からの反射光の点像を中心とし
て、X軸方向に向く状態と、Y軸方向に向く状態とに変
位可能なライン状のセンサとを有し、このセンサをX軸
方向またはY軸方向に配置した状態で、前記二軸調整手
段により前記被検面からの反射光の点像を受光させ、次
いでセンサを90°回転させて、この被検面からの反射
光の点像を受光させることにより被検体を基準部材にア
ライメントさせる構成としたことをその特徴とするもの
である。
射光を、所定の位置に基準点像及び被検体点像としてラ
イン状のセンサが配置されている部位に結像させる。こ
こで、基準部材,点像結像手段及びセンサはいずれも干
渉計本体側に設けられているから、基準点像の結像位置
は常に一定である。従って、この基準点像の結像位置を
センサの回転中心位置に配置する。一方、被検体点像は
センサを含む平面のいずれかの位置に結像している。そ
こで、まずセンサを所定の位置に配置し、被検体点像が
このセンサの方向に変位するように二軸調整手段を作動
させる。これによって、被検体点像がセンサに捉えられ
て、被検体点像は、基準点像を中心としたX軸及びY軸
からなる直交二軸のうちの一方の軸上に配置されたこと
になる。次に、センサの方向を二軸調整手段の他方の軸
方向に配置するように90°回転させる。この状態で、
二軸調整手段を作動させて、被検体点像を、センサと直
交する方向に変位させる。この結果、被検体点像はセン
サ方向に向けて移動し、やがてはセンサにより捉えられ
るようになる。これによって、被検体点像の他方の軸上
でも基準点像と一致し、従って両点像におけるXY直交
軸の位置が一致することになり、被検体が基準部材にア
ライメントされたことになる。
に説明する。まず、図1にアライメント装置を含む干渉
計の全体構成を示す。図中において、1は干渉計本体、
2は被検体装着部をそれぞれ示す。干渉計本体1はレー
ザ光源10を有し、このレーザ光源10から出射される
レーザ光は、発散レンズ11によって発散されて、コリ
メータレンズ12を介することにより平行光となされ
る。コリメータレンズ12を通過したレーザ光は基準板
13に入射され、その基準面13aで一部が反射する。
また、基準板13を通過した光は被検体装着部2にセッ
トした被検体20に照射されて、その被検面20aで一
部反射する。コリメータレンズ12と発散レンズ11と
の間にハーフミラー14を設けて、基準板13の基準面
13aからの反射光及び被検体20の被検面20aから
の反射光をこのハーフミラー14に反射させて、結像レ
ンズ7を介してテレビカメラ等からなる干渉縞撮像手段
15に導き、この干渉縞撮像手段15において、両反射
光による干渉縞が撮像される。ここで、被検体20は支
持台21上にセットされるようになっているが、支持台
21は干渉計本体1とは独立の機構を構成する被検体装
着部2側にあるために、この支持台21を干渉計本体1
に対して位置が合った状態に保持されなければならな
い。このために、被検体装着部2は調整ステージ2aを
有し、この調整ステージ2aによって、支持台21を予
め干渉計本体1に対して水平方向及び傾き方向等の調整
が行われるようになっている。
準板13の基準面13aとが所定の位置関係になってい
なければ、干渉縞撮像手段15に干渉縞を結像させるこ
とができない。前述のように、支持台21と干渉計本体
1との間は位置合わせできているが、この支持台21上
に被検体20が着脱可能にセットされることから、この
被検体20のセット時に、この被検体20を厳格に位置
決めするのは困難である。そこで、支持台21上にセッ
トされた被検体20と基準板13との間のアライメント
を行うために、アライメント機構が設けられる。このア
ライメント機構は、基準板13の基準面13aからの反
射光を基準点像として、また被検体20の被検面20a
からの反射光を被検体点像として、それぞれ所定の位置
に結像させ、両点像が一致するように被検体20側を調
整する。このために、まず点像結像手段を備えている。
この点像結像手段は、第2のハーフミラー22と、集光
レンズ23とから構成される。第2のハーフミラー22
は、例えば発散レンズ11とハーフミラー14との間の
位置に配置し、レーザ光源10からの光は第2のハーフ
ミラー22を通過するが、戻り光はこの第2のハーフミ
ラー22に反射するようになっている。そして、集光レ
ンズ23の結像位置にはラインセンサ24が配設されて
おり、第2のハーフミラー22からの反射光は集光レン
ズ23によってこのラインセンサ24を含む点像結像手
段の光軸と直交する平面上の所定の位置に集光されて、
基準点像と被検体点像との2つの点像が結像される。
検体点像とを一致させるために、支持台21を二軸調整
手段25に装着して、この二軸調整手段25により支持
台21を傾動させることによって、被検体20を傾ける
ことにより調整する構成としている。この二軸調整手段
25は、図2に示したように構成される。即ち、支持台
21の4辺のうち、相対向する2辺にねじ軸26X,2
6Yを螺挿させ、他の2辺のうちの1辺部分には支点ピ
ン27が挿通され、残りの1辺は自由状態となってい
る。この支点ピン27は、大径のヘッド部27aに細径
の軸部27bを連設したものであって、支持台21はこ
の軸部27bに遊嵌されている。そして、支点ピン27
とねじ軸26Yとを結ぶ線(X軸)に沿うようにばね2
8Xが介装され、また支点ピン27とねじ軸26Xとを
結ぶ線(Y軸)に沿うようにばね28Yが介装されて、
これらばね28X,28Yによって、支持台21を押し
上げる方向に付勢されている。さらに、ねじ軸26X,
26Yはそれぞれモータ29X,29Yに接続されてお
り、これらモータ29X,29Yを作動させることによ
って、支持台21をX軸及びY軸の軸回りに傾動するこ
とになる。即ち、モータ29Xを作動させると、支持台
21は、支点ピン27とねじ軸26Yとを結ぶX軸の軸
回りに傾動することになり、この時にはばね28Xが拡
縮する。さらに、ねじ軸26X,26Yを同時に作動さ
せると、支持板21は任意の方向に傾動する。また、モ
ータ29Yを作動させると、支持台21は支点ピン27
とねじ軸26Xとを結ぶY軸の軸回りに傾動することに
なり、この時にはばね28Xが拡縮する。さらに、30
X,30Yはそれぞれ支持台21に設けた検出部材、3
1XU,31XL及び31YU,31YLはそれぞれ検
出部材30X,30Yが当接した時に、ONして支持台
21の傾き方向の上限位置と下限位置とを規制するリミ
ットスイッチである。
きるようになっている。このために、図3に示したよう
に、ラインセンサ24は基板24a上に受光部24bが
装着されている。基板24aには回転軸32が連結され
ており、回転軸32はベースプレート33に回転自在に
支承されて、このベースプレート33を貫通して裏面側
に延在されている。そして、図4及び図5に示したよう
に、この回転軸32には板カム34が固着して設けられ
ている。板カム34には一対のカム溝34X,34Yが
形成されており、またこの板カム34とベースプレート
33との間には引っ張りばね35が張設されている。こ
の引っ張りばね35は回転軸32上に位置した時に最も
伸長した死点位置となり、板カム34が左右いずれかの
方向に変位すると、引っ張りばね35の張力が回転方向
に作用する。ベースプレート33の表面側には一対のス
トッパ36X,36Yが設けられており、これによっ
て、ラインセンサ24は、ストッパ36Xに当接したX
軸上の位置(図4の状態)と、ストッパ36Yに当接し
たY軸上の位置(図5の状態)とに位置決めできるよう
になっている。而して、引っ張りばね35の死点位置は
ラインセンサ24のX軸上の位置とY軸上の位置との中
間にあって、ラインセンサ24がX軸上の位置及びY軸
上の位置においては引っ張りばね35の張力が作用し
て、ストッパ36X,36Yに当接した状態に位置決め
されることになる。
の位置との間に変位させるために、ベースプレート33
には駆動モータ37が装着されており、この駆動モータ
37には駆動ギア38が連結されている。駆動ギア38
は第1のギア39に噛合しており、またこの第1のギア
39は第2のギア40に噛合している。ここで、駆動ギ
ア38は第1,第2のギア39,40に対して1/2の
ギア比を持つものであり、従って駆動ギア38が1回転
すると、第1,第2のギア39,40は半回転すること
になる。また、第1,第2のギア39,40にはそれぞ
れカムフォロワ41X,41Yが設けられており、これ
らカムフォロワ41X,41Yはそれぞれ板カム34の
カム溝34X,34Yにそれぞれ係合して、この板カム
34は回転軸32を中心として90°往復回動できるよ
うになっている。なお、図中において、42は駆動ギア
38の原点を検出するためのモータ位置検出手段であ
り、また43はラインセンサ24がX軸上にあることを
検出するためのセンサ位置検出手段である。
あって、被検体装着部2における支持台21上に被検体
20を設置して、干渉計本体1に装着した基準板13に
所定の間隔を置いて対面させた状態で、レーザ光源10
からレーザ光を出射させて、このレーザ光の一部を基準
板13の基準面13aに反射させ、また基準板13を通
過する光の一部を被検体20の被検面20aで反射させ
る。そして、これら基準面13aからの反射光の波面
と、被検面20aからの反射光の波面との重なり合いに
より生じる干渉縞像を干渉縞撮像手段15に結像させ、
この干渉縞の本数や形状等を分析することによって、被
検体20の被検面20aの表面の仕上げ精度等の検査を
行うことができる。
を行うには、この被検体20の被検面29aの推薦と基
準板13の中心軸線とが正確に一致していなければなら
ない。このために、両中心軸線の位置合わせ、即ちアラ
イメントを行う必要がある。このアライメントを行うに
当っては、まずハーフミラー14を光路外に変位させ、
これに変えて第2のハーフミラー22を光路に臨ませ、
この状態でレーザ光源10からレーザ光を出射させる。
これによって、一部が基準板13の基準面13aに反射
し、また基準板13を通過する光の一部が被検体20で
反射する。この反射光は第2のハーフミラー22に反射
して、集光レンズ23を介することによって、所定の位
置に点像として結像する。そして、基準面13aからの
反射光の点像Sと被検面20aからの反射光の点像Tと
が一致すると、被検体20と基準板13とのアライメン
トが取れたことになる。
ンセンサ24が設けられており、レーザ光源10から基
準板13への入射光路及びこの基準板13の基準面13
aからラインセンサ24に至る反射光路は干渉計本体1
内にあるので、基準面13aからの反射光の点像Sをラ
インセンサ24の回転中心位置に結像されるように設定
しておく。これに対して、被検体20は干渉計本体1と
は別個に設けた被検体装着部2に設けられているので、
必ずしもこのラインセンサ24の回転中心位置に点像T
が結像するとは限らない。しかしながら、支持台21
は、調整ステージ2aによって予め干渉計本体1に対し
て位置調整されているので、この支持台21の所定の位
置に被検体20を載置すれば、点像Tは点像Sに対して
極端に離れることはない。従って、ラインセンサ24
を、点像Tが最大限ずれた場合においても、この点像T
を捕捉可能な寸法を持たせておく。
によってアライメントを行うが、このアライメント操作
について、図1に示した回路構成を参照して説明する。
と、それをセンサ等により検出するか、または操作盤を
操作する等によって、この被検体20の表面状態の測定
が開始される。而して、この測定開始信号は制御回路5
1に入力されて、まず被検体20のアライメント調整が
開始される。即ち、この制御回路51からアライメント
実行信号がセンサ駆動回路52に入力されて、ラインセ
ンサ24の受光部24bをX軸方向に向くように(図4
の状態)配置される。ここで、ラインセンサ24を変位
させるための板カム34には、センサ位置検出手段43
が設けられているから、このセンサ位置検出手段43か
らの信号によりラインセンサの受光部24bがX軸方向
を向いている場合には、そのままの状態を保持し、Y軸
方向を向いている場合(図5の状態)には、駆動モータ
37を作動させて、駆動ギア38を1回転させる。これ
によって、第1,第2のギア39,40が半回転して、
第2のギア40に設けたカムフォロワ41Xを板カム3
4のカム溝34Xに係合させて、ラインセンサ24の受
光部24bをX軸方向に向ける。
基準板13の基準面13aからの反射光及び被検体20
の被検面20aからの反射光による点像S及びTをライ
ンセンサ24を含む平面上に結像させる。ここで、基準
面13a側の点像Sはラインセンサ24の受光部24b
における回転中心の位置に結像されるが、点像Tは必ず
しもこのラインセンサ24により受光される位置にある
とは限らない。そこで、制御回路51からのアライメン
ト実行信号がモータ駆動回路53にも入力される。この
信号に基づいて、モータ29Xが作動して、支持台21
をX軸方向に傾動させる。この結果、点像Tとラインセ
ンサ24とがX軸方向に相対移動し、これに伴って、点
像Tは図6に矢印で示した方向に移動して、点像Tはや
がてはラインセンサ24により捕捉される。この結果、
ラインセンサ24の受光部24aの受光量が増大し、こ
の受光量の増大は、ラインセンサ24に接続した受光量
検出回路54により検出される。これによって、点像T
はX軸方向において点像Sと、両点像TとSが直接重な
り合う場合を含めて、点像Tは点像Sを中心としたX軸
の軸線上に位置したことになる。
駆動回路52に入力されて、駆動モータ37が作動して
駆動ギア38を1回転させる。これによって、第1,第
2のギア39,40が半回転して、第2のギア40に設
けたカムフォロワ41Yが板カム34のカム溝34Yに
係合して、この板カム34を回転駆動する。そして、こ
のカムフォロワ41Yは板カム34に作用している引っ
張りばね35の死点位置を通過した後に、カム溝34Y
から離れるが、板カム34には引っ張りばね35の引っ
張り力が作用するので、この板カム34に回転軸32を
介して連結されているラインセンサ24は、その基板2
4aがストッパ36Yに当接する位置まで回動し、受光
部24bがY軸方向を向いた状態に位置決めされる。
検出手段42でその検出が行われ、このモータ位置検出
手段42からの信号が制御回路51に取り込まれて、駆
動モータ37が停止される。これと共に、制御回路51
からモータ駆動回路53に、支持台21をY軸方向に変
位させるモータ29Yの駆動信号が送り込まれ、このモ
ータ29Yが作動することによって、支持台21をY軸
方向に傾動させる。このように支持台21を変位させる
と、点像Tは図7に矢印で示した方向に移動して、やが
てはラインセンサ24の受光部24bに捉えられて、受
光量が変化する。この変化が受光量検出回路54で検出
されて、この信号が制御回路51に入力されて、この制
御回路51からモータ停止信号がモータ駆動回路53に
送られて、モータ29Yが停止する。これによって、点
像Tは既にX軸上では点像Sと同じライン状に配置され
ているから、Y軸方向の位置が合うことによって、両点
像S,Tは完全に重なり合うことになり、被検体20の
基準板13に対するアライメントが行われる。これによ
って、支持台21上にセットした被検体20は、干渉縞
を利用した表面状態の検査が行われる。干渉縞撮像手段
15に基準板13の基準面13aからの反射光の光路と
アライメントが行われ、かつ被検体20の被検面20a
からの反射光の光路との間が正確にアライメントされて
いるから、被検体20の検査を正確に行うことができ
る。
ンセンサ24と、それを90°回転駆動する機構とを備
えておれば良く、テレビカメラや座標検出機構といった
構成上及び制御上で複雑であり、しかも高価なものを用
いる必要がなくなり、構成及び制御の簡略化が図られ
る。即ち、ラインセンサ24に予め点像Sのみを受光さ
せた時と、両点像S,Tを受光させた時との受光量の差
を求めて、受光量検出回路54にこの間の所定の受光レ
ベルを閾値として設定しておき、この支持台21を傾動
させた時に、ラインセンサ24の受光量が閾値を越えた
位置において、この傾動を停止するように制御する。こ
こで、レーザ光源10として波長安定化レーザを用いれ
ば、この閾値は固定したもので良いが、そうでない場合
には、点灯後の安定時間においても、レーザの光量が環
境温度の変化等によって時間的にゆるやかに変動する。
この場合には、まず支持台21に被検体20をセットす
る前の段階でラインセンサ24に受光させることによっ
て、このラインセンサ24により点像Sのみを受光させ
た時の受光量を取り込んで、受光量検出回路54におけ
る閾値を調整するように設定すれば良い。
動させる際においては、一方向に傾動させて、所定量傾
動しても点像Tを捕捉できない時には、反対方向に傾動
させるが、この傾動ストロークの終端位置を規制するた
めに、リミットスイッチ31XU,31XL及び31Y
U,31YLが設けられている。従って、リミットスイ
ッチ31XU,31YUまたは31XL,31YLの検
出信号が反転動作開始信号として利用される。そして、
反転後においても、点像Tを捕捉できない場合は、支持
台21において、被検体20が大きく位置ずれした状態
にセットされているものであり、この場合にはアライメ
ント許容範囲を越えたものと判断して、エラー表示等を
行うようにすれば良い。
たように、エリアセンサ60の上に所定の幅と長さを有
するスリット61aを設けたスリット板61を配置し、
このスリット板61を回転駆動手段(図示せず)に連結
して、スリット61aの向きを90°変えることができ
るように構成することもでき、また図9に示したよう
に、それぞれ直交する方向にスリット62a,63aを
形成した2枚のスリット板62,63を用い、この2枚
のスリット板62,63を選択的にエリアセンサ60上
に配置するように構成することによってもライン状のセ
ンサを90°回転させるのと同等のことができる。
材の基準面及び可動支持台に設置した被検体の被検面か
らの反射光を、点像結像手段により所定の位置に点像と
なるように結像させ、この点像が結像される位置に、基
準面からの反射光の点像を中心として90°回転可能な
ライン状のセンサを配置し、このセンサをX軸方向また
はY軸方向に配置した状態で、二軸調整手段を作動させ
ることによって、この被検面の点像と基準面の点像との
XY軸のいずれかの方向のずれを補正した後に、センサ
を90°回転させて、二軸調整手段を作動させることに
より両点像を一致させるように制御する構成としている
ので、テレビカメラ及びこのテレビカメラの撮像面上で
の座標位置を演算する等といった構成上も制御上も複雑
なものを用いることなく、簡単な構成及び制御によっ
て、被検面からの反射光の点像を確実に基準面からの反
射光の点像に重ね合わせるようにアライメントを行うこ
とができるようになる等の効果を奏する。
す説明図である。
る。
ある。
動機構の構成説明図である。
である。
説明図である。
る。
明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 レーザ光源からの出射光をコリメータレ
ンズを介して基準部材に入射し、この基準部材の基準面
で一部を反射させ、また基準部材の透過光を被検体に反
射させて、両反射光の波面間に生じる干渉縞を観察する
ことにより、被検体の表面状態を検査する干渉計におい
て、前記被検体をX軸方向及びY軸方向に傾動させる二
軸調整手段と、前記基準面及び被検面からの反射光を所
定のスポット径の点像となるように結像させる点像結像
手段と、基準面からの反射光の点像を中心として、X軸
方向に向く状態と、Y軸方向に向く状態とに変位可能な
ライン状のセンサとを有し、このセンサをX軸方向また
はY軸方向に配置した状態で、前記二軸調整手段により
前記被検面からの反射光の点像を受光させ、次いでセン
サを90°回転させて、この被検面からの反射光の点像
を受光させることにより被検体を基準部材にアライメン
トさせる構成としたことを特徴とする干渉計の被検体ア
ライメント装置。
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