JPH08110204A - 耐振動型干渉計 - Google Patents
耐振動型干渉計Info
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Abstract
得られた干渉縞画像を解析し、その解析結果に基づき参
照光と物体光の光路差を所定の値に維持することによ
り、光学系の構成を簡単なものとし、その調整を容易な
ものとし、さらに製造コストやメンテナンスコストも安
価なものとする。 【構成】 フィゾー型の干渉計と、干渉縞を観察するた
めのCCDカメラ14と、CCDカメラ14により得られた
干渉縞画像情報を解析して被検面の表面形状、振動量あ
るいは傾き量を算出するコンピュータ19と、この算出結
果に基づき上記PZT15a,15bに所定の駆動信号を送
出するPZT駆動回路20を備えている。
Description
体付近の空気のじょう乱の影響を受け難い耐振動型干渉
計に関し、特に高精度の測定結果が要求される光学部材
等の製作現場において、その表面形状の測定に好適な耐
振動型干渉計に関するものである。
渉縞を観察して光学部材等の表面の微妙な凹凸形状を判
別するための手段として干渉計が知られている。
伴ない、加工現場で加工機械等に搭載して被加工面を高
精度で測定し得る干渉計が要求されている。
は外部から光学系が受ける振動や被加工面付近の空気の
じょう乱等の影響を受けやすく、原理的には高精度で測
定し得るものであってもこれらの振動や空気のじょう乱
の影響を排除して、干渉縞の乱れを少なくし得るもので
なければ実際に高精度の測定結果を得ることは難しい。
の影響を排除し得る干渉計として、参照光束と物体光束
が略同様な系路を進むようにして、上記影響を同様に受
けるようにし、これら両光束の相対的な位相変化を略キ
ャンセルするようにした、いわゆるコモンパス干渉計が
注目されている。
ーンプレート干渉計を示すものである。すなわち、この
干渉計はレーザ光ビーム1をレンズ2,3によって被検
体4の被検面4aである凹面上に収束せしめるように、か
つこの収束光束の光路中にゾーンプレート5を配設する
ようにしたものである。レーザ光ビーム1がゾーンプレ
ート5に入射すると、被検面4aの曲率中心から発散され
る第1の光束と被検体表面の中心に向かう第2の光束に
分割され、この後各々の光束は被検面4aで反射されてゾ
ーンプレート5に再入射し、第1の光束はこのゾーンプ
レート5を透過して直進するように、また第2の光束は
このゾーンプレート5で回折するようにして相重なり、
この後ミラー7,8を介してカメラ9のフイルム面に達
し、このフイルム面上に被検面4aの凹凸形状に応じた干
渉縞を形成する。
反射光は物体光として、また上記第2の光束の被検面4a
からの反射光は参照光として各々機能する。これら2つ
の光束は同じ被検面4aで反射され、しかも略同様の位置
を通過することとなるので外部からの振動や被検面付近
の空気のじょう乱等が生じても、各光束の位相差の変化
が互いにキャンセルされることとなり、これら2つの光
束の干渉により得られた干渉縞画像から精度の高い測定
結果を得ることができる。
ーンプレート(フレネルゾーンプレート)干渉計等のコ
モンパス干渉計においては、このゾーンプレートや他の
光学系を配設する位置調整が面倒で光学系の構成がどう
しても複雑となり、また製作コストやメンテナンスコス
トもより高価なものとなる。
ので、装置光学系の構成が簡単でその調整も容易であ
り、該光学系の製作コストおよびメンテナンスコストの
安価な耐振動型干渉計を提供することを目的とするもの
である。
型干渉計は、可干渉光を基準板上の基準面と被検体上の
被検面に照射し、該基準面からの参照光と該被検面から
の物体光とによる干渉縞を形成する干渉縞形成手段と、
該干渉縞形成手段により形成された干渉縞を撮像する撮
像手段と、該撮像手段から出力される干渉縞画像情報に
基づき前記被検面の振動量を算出する振動量算出手段
と、前記干渉縞形成手段の光路中のいずれかの部材に所
定の振動を付与する振動付与手段と、前記振動量算出手
段により算出された振動量に基づき、この振動量を打ち
消して前記参照光と前記物体光との光路差が所定の値と
なるように前記振動付与手段を駆動する駆動手段とを備
えてなることを特徴とするものである。
は、可干渉光を基準板上の基準面と被検体上の被検面に
照射し、該基準面からの参照光と該被検面からの物体光
による干渉縞を形成する干渉縞形成手段と、該干渉縞形
成手段により形成された干渉縞を撮像する撮像手段と、
該撮像手段から出力される干渉縞画像情報に基づき前記
被検面の振動による、該被検面の前記基準面に対する傾
き量を算出する傾き量算出手段と、前記基準面と前記被
検面の相対的な傾きを補正する傾き補正手段と、前記傾
き量算出手段により算出された傾き量に基づき、この傾
き量を補正して前記基準面と前記被検面が互いに略平行
な所定の傾きを維持するように前記傾き補正手段を駆動
する駆動手段とを備えてなることを特徴とするものであ
る。
傾き量算出手段により、前記撮像手段から出力される干
渉縞画像情報に基づいて前記被検面の形状が算出される
ように構成し、この被検面形状の算出に比べて前記被検
面の振動量もしくは傾き量の算出に供される前記干渉縞
画像情報の情報量が少なくなるように構成するとも可能
である。
渉計によれば、撮像手段によって得られた、被検面の表
面形状を表わす干渉縞画像情報に基づき振動量算出手段
において被検面の振動量を算出し、この算出結果に基づ
き基準面からの参照光と被検面からの物体光との光路差
が所定の値となるように光路中のいずれかの部材に所定
の振動を与えて上記被検面の振動を打ち消すようにして
いる。これにより、基準面と被検面の距離、すなわち参
照光と物体光との光路差が所定の値となるように制御さ
れ、観察される干渉縞は振動の影響を小さくすることが
できる。
面の振動量そのものを問題としているのに対し、本願発
明の第2の耐振動型干渉計によれば、被検面の振動によ
る該被検面の傾きを問題としている。すなわち、撮像手
段によって得られた、被検面の表面形状を表わす干渉縞
画像情報に基づき傾き量算出手段において被検面の振動
量による該被検面の傾きを算出し、この算出結果に基づ
き基準面と被検面が互いに略平行な所定の角度となるよ
うに基準面と被検面のうちいずれかの面の傾きを補正す
るようにしている。これにより、基準面と被検面の角度
が略平行な所定の角度となるように制御されて参照光と
物体光の光路差が所定の値に維持され、観察される干渉
縞は振動の影響を小さくすることができる。
ば前述したコモンパス干渉計等のように光学系の構成が
複雑とならず、したがって光学系の位置調整が容易であ
り、製作コストおよびメンテナンスコストを安価なもの
とすることができる。
算出手段はハード的もしくはコンピュータを用いてソフ
ト的に構成してもよく、コンピュータを用いてソフト的
に構成した場合には振動量の算出条件あるいは傾き量の
算出条件の設定変更が特に容易で、振動の周波数、振幅
あるいは応答性等を考慮してその状況に応じた適切な条
件設定を行なうことができる。
き量算出手段は撮像手段により得られた干渉縞画像情報
を解析するものであり、この点において、干渉縞画像情
報に基づき被検面の形状測定を行なう本来の測定の処理
操作と共通する。
手段もしくは傾き量算出手段によって、本来の被検面の
形状測定を行なう場合の処理操作を行なわせるようにす
ることで干渉計の装置構成の効率化を図ることができ
る。
き量は干渉縞を安定させるための制御情報として用いる
ものであり、本来の被検面測定において要求される精度
までは必要とされないことから、振動量もしくは傾き量
の算出に供される干渉縞画像の情報量を、本来の被検面
形状算出に供される干渉縞画像の情報量に比べて少なく
することにより被検面形状の算出に費やす期間等の割合
を増やすことができ、効率よく干渉縞の安定化を図りつ
つ被検面形状を高精度で測定することができる。
する。
計を説明するための概略構成図である。この耐振動型干
渉計は、レーザ光源1と、レーザビーム2を発散光5に
変換する発散レンズ3と、アパーチャ4と、ビームスプ
リッタ6と、拡大された平行光8を生成するコリメータ
レンズ7と、この平行光8をこの平行光に対して垂直に
配された、半透鏡基準平面9aにより一部反射せしめる
とともにその残りの平行光8を透過せしめて被検体10の
被検面10aに照射せしめる基準板9と、この基準板9を
上下方向に移動させたり、この基準板9を傾けたりする
ためのピエゾ素子(以下単にPZTと称する;PZT
1,PZT2,PZT3)15a,15bと、基準面9aか
ら反射された参照光と被検面10aから反射された物体光
との干渉により形成される干渉縞を観察するための,レ
ンズ13およびCCDカメラ14を備えている。
渉縞画像情報を解析して被検面の表面形状、振動量ある
いは傾き量を算出するコンピュータ19と、この算出結果
に基づき上記PZT15a,15bに所定の駆動信号を送出
するPZT駆動回路20を備えている。
ている2つのPZT15a,15bの他に図示されない1つ
のPZTを有しており、これら3つのPZT15a,15b
(以下、PZT15a,15bとした場合には図示されない
PZTも含むものとする)が円形の基準板9の周囲に略
等間隔で配され、これら3つのPZT15a,15bを介し
て基準板9が固定保持枠16に保持されている。
縞画像情報はモニタ21に送出されて映出されるようにな
っており、その干渉縞画像をオペレータが目視により判
断することができるようになっている。
る。
タ6の反射面において基準板9方向に反射され、コリメ
ータレンズ7で平行光8とされ、基準面9aと被検面10
aにおける反射により各々参照光と物体光が生成され
る。
ってビームスプリッタ6の反射面を透過し、CCDカメ
ラ14のCCD受像面上に干渉縞画像を形成する。
号に光電変換されてモニタ21およびコンピュータ19に送
出される。
れた干渉縞画像情報を解析して被検面10aの表面形状を
算出し、この算出結果を出力する。
と被検面10aとの相対距離を変化させ、これに伴なう所
定位置の濃度変化に基づき干渉縞の解析を行なう、いわ
ゆるフリンジスキャニング法を用いており、該表面形状
の凹凸が良好に判別できるようになっている。
に与えられる振動の影響を排除するために、この振動に
よる被検面10aの傾きを算出し、この傾きに応じて基準
面9aも傾けるようにしている。すなわち、3つのPZ
T15a,15bの駆動量を互いに変化せしめてこの基準面
9aが被検面10aと平行となるようにしている。
コンピュータ19に入力された干渉縞画像情報に基づき算
出される。この算出結果はコンピュータ19からPZT駆
動回路20に送出され、これに基づきPZT駆動回路20か
ら各PZT(PZT1,PZT2,PZT3)15a,15
bに所定の駆動電圧が送出される。
ラムの一例を図2〜5のフローチャートを用いて説明す
る。
ンを図2により説明する。
ず初期化サブルーチンが実行される(S1)。この初期
化サブルーチンは傾き補正のために、その後の比較のた
めの基準データを算出するルーチンである。
終了すると、被検面10aを測定するための指示信号が入
力されたか否かが判断され(S2)、入力されていなけ
れば傾き補正サブルーチンを実行し(S3)、被検面10
aの傾きを補正するための駆動すべき各PZT15a,15
bの駆動量を算出する。一方、上記指示信号が入力され
ていれば測定サブルーチンを実行し(S4)、被検面10
aの表面形状を測定する。
記測定サブルーチンの実行(S3,S4)が終了すると
ステップ2(S2)に戻り、再び測定指示信号が入力さ
れたか否かが判断される。換言すれば測定指示信号が入
力されない限り、繰り返し傾き補正サブルーチンが実行
され(S3)、測定指示信号が入力された場合にのみ測
定サブルーチンが実行される(S4)こととなる。
部キー操作に応じて入力される。
ついて説明する。
にメインルーチンのスタート直後において、そのときの
干渉縞の状態を傾き補正のための初期値としてコンピュ
ータ19に取り込むルーチンで、干渉縞が観察される状態
でこのルーチンを1回だけ実行する。
0にリセットしてピエゾ駆動量の初期設定を行なう(S
11)。次にフリンジスキャン信号を発生させて各PZT
15a,15bを互いに等しい量だけ駆動させる。すなわ
ち、干渉縞の縞が1つ分程度移動するように基準面9a
と被検面10aの相対距離が変化するよう3つのPZT15
a,15bに各々等しい駆動電圧を印加する。
正用であるから、被検面10aの形状を算出する場合に比
べて高精度でなくてもよく、したがって時間を短縮する
ために高速スキャン(5位相法等)を行なう。
込み枚数nを5に設定する。この後、5枚の画像取込み
操作を行なう(S14,S15,S16)。なお、画像の取込
みは5枚分の干渉縞画像が一縞分動く間に略等しい位相
間隔で取り込まれるようになっている。
析が行なわれ(S17)、波面の初期状態がコンピュータ
19のメモリ内に記憶され(S18)、以後実行される傾き
補正サブルーチンではそのときに得られた波面の状態を
この波面の初期状態に一致させるような補正がなされ
る。
は、必ずしも全画像データについて解析せずともよく、
被検面10aの傾きを補正するために必要なデータのみを
解析すればよい。
について説明する。
プ21(S21)〜ステップ26(S26)の処理は、初期化サ
ブルーチンにおけるステップ12(S12)〜ステップ17
(S17)の処理と同じであるから説明は省略する。
ブルーチンで記憶された波面と比較し、傾きを検出す
る。
(各PZT15a,15bの駆動信号)の値を計算し(S2
8)、ピエゾ出力値保持変数にステップ28(S28)で計
算された制御信号値を加算する(S29)。
ピエゾ出力値保持変数に基づきピエゾ制御信号を各PZ
T15a,15bに対し出力する(S30)。
ついて説明する。この測定サブルーチンにおけるステッ
プ31(S31)〜ステップ36(S36)の処理は、初期化サ
ブルーチンにおけるステップ12(S12)〜ステップ17
(S17)の処理や傾き補正用サブルーチンにおけるステ
ップ21(S21)〜ステップ26(S26)の処理と略同様で
ある。
ンジスキャン信号の発生はステップ12(S12)およびス
テップ21(S21)におけるフリンジスキャン信号の発生
と異なり、発生信号が低速であり、これによって測定用
の精度の高い干渉縞画像情報を得ることができる。ま
た、ステップ17(S17)およびステップ26(S26)にお
ける波面の解析処理は傾き補正用の情報を得るためであ
るからデータの一部の解析のみでもよいが、ステップ36
(S36)における波面の解析処理は被検面10a全体の形
状を検出するものであるから、干渉縞画像情報全体の処
理が必要となる。
記実施例のものに限られるものではなく、種々の態様の
変更が可能である。
おける振動の影響に伴なう被検面の傾きをより高精度で
補正するために、測定サブルーチンにより1つの干渉縞
画像を得る度に傾き補正サブルーチンを実行することも
可能である。
波面の解析処理に対して取り込む干渉縞画像の数は5以
外の複数の数を設定し得る。
ては1つの干渉縞画像のみを用いることも可能である。
すなわち、例えば(1) 干渉縞に適当にティルトを与える
ことで1つの干渉縞画像から波面位相を高速で検出し得
る、いわゆる空間キャリア法を適用する手法や、(2) 1
つの干渉縞画像の縞パターンを認識してこれを固定し得
るようなピエゾ駆動信号を生成、出力する手法を採用し
得る。
振動による被検面の傾きを補正するようにしているが、
これに代えて、あるいはこれと共に同様の手法を用いて
被検面の振動量を補正することも可能である。例えば図
4に示す傾き補正サブルーチンのステップ27(S27)、
ステップ28(S28)およびステップ29(S29)における
“傾き”を“振動量”に置き替えることにより被検面の
振動量を補正するプログラム(フローチャート)の一例
を示すことができる。
計であるが、これに代えてマイケルソン型あるいはマッ
ハツェンダ型等の他の干渉計を用いることも可能であ
る。
補正するために、参照面を傾けるようにしているが、参
照面を傾ける代わりに、被測定面そのものを傾けたり、
干渉計全体を動かしたりすることも可能であり、また、
干渉計のタイプによっては参照光もしくは物体光の光路
中の光学部材を可動させることも可能である。
限られず、例えば凸状の球面や非球面等にも適用可能で
ある。
系を示す概略図
の処理手順を示すフローチャート
すフローチャート
示すフローチャート
フローチャート
Claims (3)
- 【請求項1】 可干渉光を基準板上の基準面と被検体上
の被検面に照射し、該基準面からの参照光と該被検面か
らの物体光とによる干渉縞を形成する干渉縞形成手段
と、 該干渉縞形成手段により形成された干渉縞を撮像する撮
像手段と、 該撮像手段から出力される干渉縞画像情報に基づき前記
被検面の振動量を算出する振動量算出手段と、 前記干渉縞形成手段の光路中のいずれかの部材に所定の
振動を付与する振動付与手段と、 前記振動量算出手段により算出された振動量に基づき、
この振動量を打ち消して前記参照光と前記物体光との光
路差が所定の値となるように前記振動付与手段を駆動す
る駆動手段とを備えてなることを特徴とする耐振動型干
渉計。 - 【請求項2】 可干渉光を基準板上の基準面と被検体上
の被検面に照射し、該基準面からの参照光と該被検面か
らの物体光による干渉縞を形成する干渉縞形成手段と、 該干渉縞形成手段により形成された干渉縞を撮像する撮
像手段と、 該撮像手段から出力される干渉縞画像情報に基づき前記
被検面の振動による、該被検面の前記基準面に対する傾
き量を算出する傾き量算出手段と、 前記基準面と前記被検面の相対的な傾きを補正する傾き
補正手段と、 前記傾き量算出手段により算出された傾き量に基づき、
この傾き量を補正して前記基準面と前記被検面が互いに
略平行な所定の傾きを維持するように前記傾き補正手段
を駆動する駆動手段とを備えてなることを特徴とする耐
振動型干渉計。 - 【請求項3】 前記振動量算出手段もしくは前記傾き量
算出手段により、前記撮像手段から出力される干渉縞画
像情報に基づいて前記被検面の形状が算出されるように
構成し、 この被検面形状の算出に比べて前記被検面の振動量もし
くは傾き量の算出に供される前記干渉縞画像情報の情報
量が少なくなるように構成することを特徴とする請求項
1もしくは2記載の耐振動型干渉計。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6246308A JP3065489B2 (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 耐振動型干渉計 |
US08/542,030 US5650853A (en) | 1994-10-12 | 1995-10-12 | Vibration-resistant interferometer |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6246308A JP3065489B2 (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 耐振動型干渉計 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08110204A true JPH08110204A (ja) | 1996-04-30 |
JP3065489B2 JP3065489B2 (ja) | 2000-07-17 |
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ID=17146626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP6246308A Expired - Fee Related JP3065489B2 (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 耐振動型干渉計 |
Country Status (2)
Country | Link |
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