JPH08320205A - 干渉縞の評価装置及びそれを用いた回折干渉光学系の検査方法 - Google Patents
干渉縞の評価装置及びそれを用いた回折干渉光学系の検査方法Info
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- JPH08320205A JPH08320205A JP7149538A JP14953895A JPH08320205A JP H08320205 A JPH08320205 A JP H08320205A JP 7149538 A JP7149538 A JP 7149538A JP 14953895 A JP14953895 A JP 14953895A JP H08320205 A JPH08320205 A JP H08320205A
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- light rays
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回折干渉光学系の高精度且つ能率的な組み立
て調整に役立つ、干渉光の干渉縞のコントラスト、ビジ
ビリテイ、単位長さあたり干渉縞本数等の定量的評価を
可能とする干渉縞の評価装置及びそれを用いた回折干渉
光学系の検査方法を得ること。 【構成】 干渉光の断面内の所定距離だけ離れた少な
くとも2点に形成される干渉縞の光強度情報の時間的変
化を検出する受光手段と、該受光手段からの信号により
該2点における干渉縞の位相差を求め該干渉縞を定量的
に評価する演算手段とを有していること。
て調整に役立つ、干渉光の干渉縞のコントラスト、ビジ
ビリテイ、単位長さあたり干渉縞本数等の定量的評価を
可能とする干渉縞の評価装置及びそれを用いた回折干渉
光学系の検査方法を得ること。 【構成】 干渉光の断面内の所定距離だけ離れた少な
くとも2点に形成される干渉縞の光強度情報の時間的変
化を検出する受光手段と、該受光手段からの信号により
該2点における干渉縞の位相差を求め該干渉縞を定量的
に評価する演算手段とを有していること。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は干渉縞の評価装置及びそ
れを用いた回折干渉光学系の検査方法に関し、特に複数
の回折格子より成る回折干渉光学系において、その中の
1つの回折格子を移動する際に発生する回折干渉光の干
渉縞を定量的に評価するものであり、回折干渉を応用し
た機器の評価、素子の品質検査、装置の光軸調整、組立
調整等の幅広い用途に好適に応用できるものである。
れを用いた回折干渉光学系の検査方法に関し、特に複数
の回折格子より成る回折干渉光学系において、その中の
1つの回折格子を移動する際に発生する回折干渉光の干
渉縞を定量的に評価するものであり、回折干渉を応用し
た機器の評価、素子の品質検査、装置の光軸調整、組立
調整等の幅広い用途に好適に応用できるものである。
【0002】
【従来の技術】従来より球面レンズや平面鏡等より成る
光学系の各光学素子の形状の測定の為に、フィゾー干渉
計やマッハツエンダー干渉計が広く使われてきた。又、
レンズ工場等では被検面と凸凹が逆の基準検査面を用意
し、干渉縞であるニュートン縞の曲がりを見て面精度を
検査する方法が広く用いられている。
光学系の各光学素子の形状の測定の為に、フィゾー干渉
計やマッハツエンダー干渉計が広く使われてきた。又、
レンズ工場等では被検面と凸凹が逆の基準検査面を用意
し、干渉縞であるニュートン縞の曲がりを見て面精度を
検査する方法が広く用いられている。
【0003】これらの光学干渉計は、1つの平行光束を
一旦分離し、参照面からの反射光と被検面からの反射光
を干渉させ、干渉縞の形状より被検面の形状を検査して
いる。
一旦分離し、参照面からの反射光と被検面からの反射光
を干渉させ、干渉縞の形状より被検面の形状を検査して
いる。
【0004】また干渉縞を意図的に生じさせてその曲が
り具合を観測して形状を知るのであるが、干渉縞のコン
トラストや単位長さあたりの縞の本数といった干渉縞自
体の定量的評価は問題とされていない。一方、回折干渉
光学系と云う光学系が知られている。代表的なものとし
ては図7に示す光学式変位センサがある。これは検出ヘ
ッドHと回折格子を設置したスケールSより構成され、
スケールSの移動にともない,回折格子の1ピッチの移
動毎に回折干渉光に明暗変化が起きることを利用してス
ケールSの変位量を計測する光学式変位センサである。
り具合を観測して形状を知るのであるが、干渉縞のコン
トラストや単位長さあたりの縞の本数といった干渉縞自
体の定量的評価は問題とされていない。一方、回折干渉
光学系と云う光学系が知られている。代表的なものとし
ては図7に示す光学式変位センサがある。これは検出ヘ
ッドHと回折格子を設置したスケールSより構成され、
スケールSの移動にともない,回折格子の1ピッチの移
動毎に回折干渉光に明暗変化が起きることを利用してス
ケールSの変位量を計測する光学式変位センサである。
【0005】図中、1は光源であり、半導体レーザ等で
構成する。G1,G2,G3は夫々第1、第2、第3の回折格子
であり、3つの回折格子はすべて同じピッチp で構成し
ている。第2の回折格子G2はスケールSに設置してい
る。5は検出器であり、例えばフォトダイオードで構成
する。なお、光源1、第1の回折格子G1、第3の回折格
子G3、検出器5等は検出ヘッドHの一要素を構成してい
る。
構成する。G1,G2,G3は夫々第1、第2、第3の回折格子
であり、3つの回折格子はすべて同じピッチp で構成し
ている。第2の回折格子G2はスケールSに設置してい
る。5は検出器であり、例えばフォトダイオードで構成
する。なお、光源1、第1の回折格子G1、第3の回折格
子G3、検出器5等は検出ヘッドHの一要素を構成してい
る。
【0006】この光学式変位センサの検出ヘッドHとス
ケールSは例えば工作機械のベッドや3次元測定器の送
りステージ等の本体と可動部分に別れて設置する。
ケールSは例えば工作機械のベッドや3次元測定器の送
りステージ等の本体と可動部分に別れて設置する。
【0007】この光学式変位センサの作用を説明する。
光源1からの光束は第1の回折格子G1に入射し、ここで
0 次光I0と±1次回折光I+1,I-1 等に別れて射出する。
次にこれらの光はスケールS上の第2の回折格子G2に入
射し、再び夫々0次光や±1次回折光等に別れて射出す
る。そして光I0の+1次回折光I0+1と光I+1 の−1次回
折光I+1-1 とは次の第3の回折格子G3の略同じ場所に入
射する。夫々の光は第3の回折格子G3で再び0次光や±
1次回折光に別れて射出する。この時光I0+1の−1次回
折光I0+1-1と光I+1-1 の0次光I+1-10は同じ方向(検出
器5の方向)に射出し、干渉する。
光源1からの光束は第1の回折格子G1に入射し、ここで
0 次光I0と±1次回折光I+1,I-1 等に別れて射出する。
次にこれらの光はスケールS上の第2の回折格子G2に入
射し、再び夫々0次光や±1次回折光等に別れて射出す
る。そして光I0の+1次回折光I0+1と光I+1 の−1次回
折光I+1-1 とは次の第3の回折格子G3の略同じ場所に入
射する。夫々の光は第3の回折格子G3で再び0次光や±
1次回折光に別れて射出する。この時光I0+1の−1次回
折光I0+1-1と光I+1-1 の0次光I+1-10は同じ方向(検出
器5の方向)に射出し、干渉する。
【0008】スケールSの移動に応じて干渉光は全体に
光強度が正弦波状に変化する。そして検出器5の出力よ
り干渉光の明暗をカウントしてスケールSの移動量を出
力する。
光強度が正弦波状に変化する。そして検出器5の出力よ
り干渉光の明暗をカウントしてスケールSの移動量を出
力する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
回折干渉光学系においてはその光軸調整や組み立て調整
に効果的な検査方法は無かった。
回折干渉光学系においてはその光軸調整や組み立て調整
に効果的な検査方法は無かった。
【0010】例えば前記の光学式変位センサにおいて
は、検出ヘッドHとスケールSのアライメント(回折格
子面を互いに平行にして且つ格子の方向を正しく揃え
る)が正確に調整されていないと所望の性能が得られな
い。
は、検出ヘッドHとスケールSのアライメント(回折格
子面を互いに平行にして且つ格子の方向を正しく揃え
る)が正確に調整されていないと所望の性能が得られな
い。
【0011】そこで、回折干渉光学系において干渉縞の
コントラスト、ビジビリテイ、単位長さあたり本数とい
う評価要素を定量的に把握できれば回折干渉光学系の調
整の完成度を定量的に把握でき、作業の効率向上に大い
に役立つ。
コントラスト、ビジビリテイ、単位長さあたり本数とい
う評価要素を定量的に把握できれば回折干渉光学系の調
整の完成度を定量的に把握でき、作業の効率向上に大い
に役立つ。
【0012】本発明は、回折干渉光学系の高精度且つ能
率的な組み立て調整に役立つ、干渉光の干渉縞のコント
ラスト、ビジビリテイ、単位長さあたり干渉縞本数等の
定量的評価を可能とする干渉縞の評価装置及びそれを用
いた回折干渉光学系の検査方法の提供を目的とする。
率的な組み立て調整に役立つ、干渉光の干渉縞のコント
ラスト、ビジビリテイ、単位長さあたり干渉縞本数等の
定量的評価を可能とする干渉縞の評価装置及びそれを用
いた回折干渉光学系の検査方法の提供を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の干渉縞の評価装
置は、 (1−1) 干渉光の断面内の所定距離だけ離れた少な
くとも2点に形成される干渉縞の光強度情報の時間的変
化を検出する受光手段と、該受光手段からの信号により
該2点における干渉縞の位相差を求め該干渉縞を定量的
に評価する演算手段とを有していること等を特徴として
いる。
置は、 (1−1) 干渉光の断面内の所定距離だけ離れた少な
くとも2点に形成される干渉縞の光強度情報の時間的変
化を検出する受光手段と、該受光手段からの信号により
該2点における干渉縞の位相差を求め該干渉縞を定量的
に評価する演算手段とを有していること等を特徴として
いる。
【0014】特に、 (1−1−1) 前記演算手段は前記干渉縞の定量的な
評価によって該干渉縞のビジビリティー及び/又は単位
長さ当たりの本数を評価する。 (1−1−2) 前記受光手段は前記干渉光の断面内に
2次元的に分布する3点の検出点において該干渉光の光
強度を検出し、前記演算手段は該検出点における前記干
渉縞の位相差を検出する。こと等を特徴としている。
評価によって該干渉縞のビジビリティー及び/又は単位
長さ当たりの本数を評価する。 (1−1−2) 前記受光手段は前記干渉光の断面内に
2次元的に分布する3点の検出点において該干渉光の光
強度を検出し、前記演算手段は該検出点における前記干
渉縞の位相差を検出する。こと等を特徴としている。
【0015】又、本発明の回折干渉光学系の検査方法
は、 (1−2) 光源からの光束を複数の回折格子により回
折・干渉させて干渉光を射出させる回折干渉光学系から
の干渉光を検査する際、該複数の回折格子の一部の回折
格子を移動させたときの該回折干渉光学系からの干渉光
の断面内における所定距離だけ離れた複数の検出点での
干渉縞の光強度の時間的変化を受光手段により検出し、
演算手段は該受光手段からの信号により該検出点におけ
る該干渉縞の位相情報を評価し、該干渉縞を定量的に評
価すること等を特徴としている。
は、 (1−2) 光源からの光束を複数の回折格子により回
折・干渉させて干渉光を射出させる回折干渉光学系から
の干渉光を検査する際、該複数の回折格子の一部の回折
格子を移動させたときの該回折干渉光学系からの干渉光
の断面内における所定距離だけ離れた複数の検出点での
干渉縞の光強度の時間的変化を受光手段により検出し、
演算手段は該受光手段からの信号により該検出点におけ
る該干渉縞の位相情報を評価し、該干渉縞を定量的に評
価すること等を特徴としている。
【0016】特に、 (1−2−1) 前記干渉縞の定量的な評価によって該
干渉縞のビジビリティー及び/又は単位長さ当たりの本
数を評価する。 (1−2−2) 前記回折干渉光学系の一部の回折格子
又は光学素子を時間的に自動的に移動する。こと等を特
徴としている。
干渉縞のビジビリティー及び/又は単位長さ当たりの本
数を評価する。 (1−2−2) 前記回折干渉光学系の一部の回折格子
又は光学素子を時間的に自動的に移動する。こと等を特
徴としている。
【0017】
【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図であ
る。図中、1は光源であり、半導体レーザ等で構成す
る。G1,G2,G3は夫々第1、第2、第3の回折格子であ
り、3つの回折格子はすべて同じピッチp で構成してい
る。6はアクチュエーターであり、第2の回折格子と一
体となってこれを移動する。以上の各要素の内、光源
1、第1、第2、第3の回折格子G1,G2,G3は回折干渉光
学系Kを構成している。なお、光源1、第1の回折格子
G1、第3の回折格子G3はその相対位置が固定されてい
る。
る。図中、1は光源であり、半導体レーザ等で構成す
る。G1,G2,G3は夫々第1、第2、第3の回折格子であ
り、3つの回折格子はすべて同じピッチp で構成してい
る。6はアクチュエーターであり、第2の回折格子と一
体となってこれを移動する。以上の各要素の内、光源
1、第1、第2、第3の回折格子G1,G2,G3は回折干渉光
学系Kを構成している。なお、光源1、第1の回折格子
G1、第3の回折格子G3はその相対位置が固定されてい
る。
【0018】7はCCD カメラであり、回折格子G3から出
力する干渉光全体をCCD 等の2次元撮像素子(受光手
段)に受光し、入射干渉光の断面内の光強度を検出し出
力する。8はモニターであり、CCD カメラ7に得られる
干渉縞をモニターする。9はコンピュータ(演算手段)
である。そしてCCD カメラ7、モニター8、コンピュー
タ9は本発明の評価装置Aの実施例1を構成している。
力する干渉光全体をCCD 等の2次元撮像素子(受光手
段)に受光し、入射干渉光の断面内の光強度を検出し出
力する。8はモニターであり、CCD カメラ7に得られる
干渉縞をモニターする。9はコンピュータ(演算手段)
である。そしてCCD カメラ7、モニター8、コンピュー
タ9は本発明の評価装置Aの実施例1を構成している。
【0019】本実施例の作用を説明する。先ず回折干渉
光学系Kの作用について説明する。光源1からの光束は
第1の回折格子G1に入射し、ここで0 次光I0と±1次回
折光I+1,I-1 等に別れて射出する。次にこれらの光は第
2の回折格子G2に入射し、再び夫々0次光や±1次回折
光等に別れて射出する。そして光I0の+1次回折光I0 +1
と光I+1 の−1次回折光I+1-1 とは次の第3の回折格子
G3の略同じ場所に入射する。夫々の光は第3の回折格子
G3で再び0次光や±1次回折光に別れて射出する。この
時光I0+1の−1次回折光I0+1-1と光I+1-1 の0次光I
+1-10は同じ方向に射出し、干渉する。
光学系Kの作用について説明する。光源1からの光束は
第1の回折格子G1に入射し、ここで0 次光I0と±1次回
折光I+1,I-1 等に別れて射出する。次にこれらの光は第
2の回折格子G2に入射し、再び夫々0次光や±1次回折
光等に別れて射出する。そして光I0の+1次回折光I0 +1
と光I+1 の−1次回折光I+1-1 とは次の第3の回折格子
G3の略同じ場所に入射する。夫々の光は第3の回折格子
G3で再び0次光や±1次回折光に別れて射出する。この
時光I0+1の−1次回折光I0+1-1と光I+1-1 の0次光I
+1-10は同じ方向に射出し、干渉する。
【0020】この回折干渉光学系において3つの回折格
子が全て平行で、又夫々の格子線方向も全て平行であれ
ば、アクチュエーター6による回折格子G2の移動によっ
て第3の回折格子G3から出射する干渉光は、その断面で
見て(モニタ面で)全体が一様に明暗変化する。この明
暗変化をカウントすれば第2の回折格子G2の移動量を計
測できる。
子が全て平行で、又夫々の格子線方向も全て平行であれ
ば、アクチュエーター6による回折格子G2の移動によっ
て第3の回折格子G3から出射する干渉光は、その断面で
見て(モニタ面で)全体が一様に明暗変化する。この明
暗変化をカウントすれば第2の回折格子G2の移動量を計
測できる。
【0021】しかしながら、もし第2の回折格子G2がそ
の他の回折格子に対して傾く、或は第2の回折格子G2の
格子線がその他の回折格子の格子線に対して傾いておれ
ば、干渉光の断面内に干渉縞が現われ、これは第2の回
折格子G2の移動と共に干渉光の断面内を横方向に移動し
て計測のノイズとして作用する。
の他の回折格子に対して傾く、或は第2の回折格子G2の
格子線がその他の回折格子の格子線に対して傾いておれ
ば、干渉光の断面内に干渉縞が現われ、これは第2の回
折格子G2の移動と共に干渉光の断面内を横方向に移動し
て計測のノイズとして作用する。
【0022】従って該回折干渉光学系においては3つの
回折格子を全て平行に且つ夫々の格子線も全て平行に調
整しなければならない。干渉縞の評価装置はその為に役
立つ。
回折格子を全て平行に且つ夫々の格子線も全て平行に調
整しなければならない。干渉縞の評価装置はその為に役
立つ。
【0023】干渉縞の評価装置の作用について説明す
る。CCD カメラ7はこの干渉光束を CCD等の撮像素子で
取り込む。第2の回折格子G2が移動すれば干渉光の明る
さは変化する。光束内の光強度情報の時間変化と周囲の
ノイズとを比較することで干渉光のビジビリテイを算出
することができる。モニタ上の同一点の時間による光強
度変化のうち、最大値をImax、最小値をImin、バックグ
ラウンドをIBとすると、ビジビリテイV は次式により得
られる:
る。CCD カメラ7はこの干渉光束を CCD等の撮像素子で
取り込む。第2の回折格子G2が移動すれば干渉光の明る
さは変化する。光束内の光強度情報の時間変化と周囲の
ノイズとを比較することで干渉光のビジビリテイを算出
することができる。モニタ上の同一点の時間による光強
度変化のうち、最大値をImax、最小値をImin、バックグ
ラウンドをIBとすると、ビジビリテイV は次式により得
られる:
【0024】
【数1】 また、光束内の離れた2つの検出点P1,P2 における光強
度情報の時間変化より位相差を算出し、光束内の単位長
さあたりに存在する干渉縞の本数を算出することが出来
る。
度情報の時間変化より位相差を算出し、光束内の単位長
さあたりに存在する干渉縞の本数を算出することが出来
る。
【0025】今光束内の2点P1,P2 の指定領域における
光強度I1,I2 の変化が図2に示すように、 I1=A1・cos( ωt+φ1) (2) I2=A2・cos( ωt+φ2) (3) であれば、2点間の位相差は次式で求められる: φ=φ1-φ2 (4) 2点間で位相差φ=0 °のとき、光束内には干渉縞が存
在せず(なお、計測に当たって該回折干渉光学系は検出
点P1,P2 の間に1本以下の干渉縞が現われる状態まで調
整されているものとする)、この干渉光学系において3
つの回折格子の設定(アライメント)は完全である。光
束内の2点間で一本以下の干渉縞が存在するとき、干渉
縞の単位長さ当たりの本数N を求めるには、2点P1,P2
間の距離をD として、 N =φ/(360・D) (5) で求められる。
光強度I1,I2 の変化が図2に示すように、 I1=A1・cos( ωt+φ1) (2) I2=A2・cos( ωt+φ2) (3) であれば、2点間の位相差は次式で求められる: φ=φ1-φ2 (4) 2点間で位相差φ=0 °のとき、光束内には干渉縞が存
在せず(なお、計測に当たって該回折干渉光学系は検出
点P1,P2 の間に1本以下の干渉縞が現われる状態まで調
整されているものとする)、この干渉光学系において3
つの回折格子の設定(アライメント)は完全である。光
束内の2点間で一本以下の干渉縞が存在するとき、干渉
縞の単位長さ当たりの本数N を求めるには、2点P1,P2
間の距離をD として、 N =φ/(360・D) (5) で求められる。
【0026】位相差φを読取る分解能を dφとすると、
この装置での単位長さあたりの干渉縞を分離する分解能
dN は次式で求められる: dN= dφ/(360・D) (6) このようにして、干渉光束内の光強度情報から位相差を
測定すれば単位長さあたり干渉縞の本数が求められる。
例えば位相差の分解能 dφとして1°は容易に読み取れ
るので、 dφ=1,D =1mmのとき、dN=0.0028本/mm
となり、これまで肉眼観察により官能的な表現しか出来
なかった干渉縞の光強度や、単位長さあたりの干渉縞の
本数を高精度に定量的に計測することが可能になる。
この装置での単位長さあたりの干渉縞を分離する分解能
dN は次式で求められる: dN= dφ/(360・D) (6) このようにして、干渉光束内の光強度情報から位相差を
測定すれば単位長さあたり干渉縞の本数が求められる。
例えば位相差の分解能 dφとして1°は容易に読み取れ
るので、 dφ=1,D =1mmのとき、dN=0.0028本/mm
となり、これまで肉眼観察により官能的な表現しか出来
なかった干渉縞の光強度や、単位長さあたりの干渉縞の
本数を高精度に定量的に計測することが可能になる。
【0027】本実施例の評価装置を使用すれば回折干渉
光学系の調整を極めて高い精度で行える。
光学系の調整を極めて高い精度で行える。
【0028】図3は本発明の実施例2の要部概略図であ
る。本実施例は実施例1と比べて干渉光の断面内での光
強度情報を検出する検出点が互いに直交する所定距離だ
け離れた3点であることが異なっており、その他の構成
は同じである。本実施例では実施例1で説明したように
干渉光束をCCD カメラ7で取り込み、その干渉光束の光
強度情報の時間変化をCCD 等の撮像素子で取り込む。
る。本実施例は実施例1と比べて干渉光の断面内での光
強度情報を検出する検出点が互いに直交する所定距離だ
け離れた3点であることが異なっており、その他の構成
は同じである。本実施例では実施例1で説明したように
干渉光束をCCD カメラ7で取り込み、その干渉光束の光
強度情報の時間変化をCCD 等の撮像素子で取り込む。
【0029】そして干渉光束中で直角方向に一定距離を
おいて設定した3つの検出点P1,P2,P3の光強度情報を検
出し、実施例1の要領で測定点間の干渉光の明暗変化の
位相差を求め、干渉縞の単位長さ当たりの本数を縦、横
2方向について求める。
おいて設定した3つの検出点P1,P2,P3の光強度情報を検
出し、実施例1の要領で測定点間の干渉光の明暗変化の
位相差を求め、干渉縞の単位長さ当たりの本数を縦、横
2方向について求める。
【0030】本実施例によれば縦縞、横縞の両者を測定
することが可能で、干渉光束を2次元的に解析すること
が出来る。また、斜め方向の縞を解析することも可能で
ある。
することが可能で、干渉光束を2次元的に解析すること
が出来る。また、斜め方向の縞を解析することも可能で
ある。
【0031】この装置は複数の回折格子やレンズからな
る回折干渉光学系において各光学素子の光軸を正確に調
整する場合にも応用できる。
る回折干渉光学系において各光学素子の光軸を正確に調
整する場合にも応用できる。
【0032】図4は本発明の実施例3の一部分の説明図
である。図4は実施例3におけるモニタ画面を示してい
る。
である。図4は実施例3におけるモニタ画面を示してい
る。
【0033】本実施例は実施例1に比べて光強度情報を
検出する検出点を n×m 個に増やした点が異なっており
その他の構成は同じである。本実施例は干渉光束を n×
m 個の碁盤目状に区画して測定し、干渉光束を2次元に
広範囲に解析することで干渉縞の分布やビジビリテイの
変化を高精度に定量化することが可能である。
検出する検出点を n×m 個に増やした点が異なっており
その他の構成は同じである。本実施例は干渉光束を n×
m 個の碁盤目状に区画して測定し、干渉光束を2次元に
広範囲に解析することで干渉縞の分布やビジビリテイの
変化を高精度に定量化することが可能である。
【0034】図5は本発明の実施例4の要部概略図であ
る。本実施例において、回折干渉光学系Kは光学式変位
センサである。これは検出ヘッドHと回折格子を設置し
たスケールSより構成され、スケールSの移動にともな
い,回折格子の1ピッチの移動毎に回折干渉光に明暗変
化が起きることを利用した光学式変位センサである。
る。本実施例において、回折干渉光学系Kは光学式変位
センサである。これは検出ヘッドHと回折格子を設置し
たスケールSより構成され、スケールSの移動にともな
い,回折格子の1ピッチの移動毎に回折干渉光に明暗変
化が起きることを利用した光学式変位センサである。
【0035】図中、1は光源であり、半導体レーザ等で
構成する。G1,G2,G3は夫々第1、第2、第3の回折格子
であり、3つの回折格子はすべて同じピッチp で構成し
ている。第2の回折格子G2はスケールSに設置してい
る。6はアクチュエーターであり、スケールSはこのア
クチュエーター6に固定している。5は検出器であり、
例えばフォトダイオードで構成する。Bsはビームスプリ
ッタである。なお、光源1、第1第2、第3の回折格子
G1、G2、G3、検出器5等は回折干渉光学系の一要素を構
成している。
構成する。G1,G2,G3は夫々第1、第2、第3の回折格子
であり、3つの回折格子はすべて同じピッチp で構成し
ている。第2の回折格子G2はスケールSに設置してい
る。6はアクチュエーターであり、スケールSはこのア
クチュエーター6に固定している。5は検出器であり、
例えばフォトダイオードで構成する。Bsはビームスプリ
ッタである。なお、光源1、第1第2、第3の回折格子
G1、G2、G3、検出器5等は回折干渉光学系の一要素を構
成している。
【0036】7はCCD カメラであり、回折格子G3から出
力する干渉光全体をCCD 等の2次元撮像素子(受光手
段)に受光し、入射干渉光の断面内の光強度を検出し出
力する。8はモニターであり、CCD カメラに得られる干
渉縞をモニターする。9はコンピュータ(演算手段)で
ある。そしてCCD カメラ7、モニター8、コンピュータ
9は本発明の評価装置の実施例である。この評価装置は
光学式変位センサのアライメント調整に使用する。
力する干渉光全体をCCD 等の2次元撮像素子(受光手
段)に受光し、入射干渉光の断面内の光強度を検出し出
力する。8はモニターであり、CCD カメラに得られる干
渉縞をモニターする。9はコンピュータ(演算手段)で
ある。そしてCCD カメラ7、モニター8、コンピュータ
9は本発明の評価装置の実施例である。この評価装置は
光学式変位センサのアライメント調整に使用する。
【0037】この光学式変位センサの検出ヘッドHとス
ケールSは工作機械のベッドや3次元測定器の送りステ
ージ等の本体と可動部分に別れて設置するが、検出ヘッ
ドHとスケールSのアライメント(回折格子面を互いに
平行にして且つ格子の方向を正しく揃える)が正確に調
整されていないと所望の性能が得られない。
ケールSは工作機械のベッドや3次元測定器の送りステ
ージ等の本体と可動部分に別れて設置するが、検出ヘッ
ドHとスケールSのアライメント(回折格子面を互いに
平行にして且つ格子の方向を正しく揃える)が正確に調
整されていないと所望の性能が得られない。
【0038】これについて説明する。図6は検出ヘッド
HとスケールSのアライメント誤差の説明図である。
今、検出ヘッドHに取り付けてある第1の回折格子G1と
第3の回折格子G3には取り付け誤差は無いものとする。
図に示すようにXYZ軸を設定したとき、検出ヘッドH
とスケールSの間にY軸回りの相対誤差角β(カイテン
角)があれば、干渉光束の断面上にはY軸に平行な干渉
縞が現れることがわかっている。又、検出ヘッドHとス
ケールSの間にZ軸回りの相対誤差角α(アジマス角)
があれば、干渉光束の断面上にはX軸に平行な干渉縞が
現れることがわかっている。そしてこれらの干渉縞はス
ケールSの移動に伴って干渉縞と直角方向に移動する。
HとスケールSのアライメント誤差の説明図である。
今、検出ヘッドHに取り付けてある第1の回折格子G1と
第3の回折格子G3には取り付け誤差は無いものとする。
図に示すようにXYZ軸を設定したとき、検出ヘッドH
とスケールSの間にY軸回りの相対誤差角β(カイテン
角)があれば、干渉光束の断面上にはY軸に平行な干渉
縞が現れることがわかっている。又、検出ヘッドHとス
ケールSの間にZ軸回りの相対誤差角α(アジマス角)
があれば、干渉光束の断面上にはX軸に平行な干渉縞が
現れることがわかっている。そしてこれらの干渉縞はス
ケールSの移動に伴って干渉縞と直角方向に移動する。
【0039】本実施例の作用を説明する。先ず回折干渉
光学系の作用を説明する。光源1からの光束は第1の回
折格子G1に入射し、ここで0 次光I0と±1次回折光I+1,
I-1等に別れて射出する。次にこれらの光は第2の回折
格子G2に入射し、夫々0次反射光や±1次反射回折光等
に別れて射出する。そして光I0の−1次反射回折光I0-1
と光I+1 の−1次反射回折光I+1-1 とは次の回折格子G3
の略同じ場所に入射する。夫々の光は回折格子G3で再び
0次光や±1次回折光に別れて射出する。この時光I0-1
の−1次回折光I0-1-1と光I+1-1 の0次光I+1-10は同じ
方向に射出し、干渉する。
光学系の作用を説明する。光源1からの光束は第1の回
折格子G1に入射し、ここで0 次光I0と±1次回折光I+1,
I-1等に別れて射出する。次にこれらの光は第2の回折
格子G2に入射し、夫々0次反射光や±1次反射回折光等
に別れて射出する。そして光I0の−1次反射回折光I0-1
と光I+1 の−1次反射回折光I+1-1 とは次の回折格子G3
の略同じ場所に入射する。夫々の光は回折格子G3で再び
0次光や±1次回折光に別れて射出する。この時光I0-1
の−1次回折光I0-1-1と光I+1-1 の0次光I+1-10は同じ
方向に射出し、干渉する。
【0040】アクチュエーター6を起動して、スケール
Sの設置されている部分を動かして、干渉光束中の3つ
の検出点P1,P2,P3の光強度変化を検出する。3点中の2
点間の明暗変化が常に同位相ならその2点間で干渉2光
束の波面が合っている、つまり干渉2光束が平行に入射
し、光束内の干渉状態が均一(2点間の方向で縞が無
い)であるためこれに関するアライメントは完全である
といえる。(なお、計測に当たって該回折干渉光学系は
検出点P1,P2 及び検出点P1,P3 の間に1本以下の干渉縞
が現われる状態まで調整されているものとする。) 2点間の明暗変化に位相差が生じた場合、それは干渉し
ている2光束の波面が合っていない為であり、干渉縞が
生じているのである。
Sの設置されている部分を動かして、干渉光束中の3つ
の検出点P1,P2,P3の光強度変化を検出する。3点中の2
点間の明暗変化が常に同位相ならその2点間で干渉2光
束の波面が合っている、つまり干渉2光束が平行に入射
し、光束内の干渉状態が均一(2点間の方向で縞が無
い)であるためこれに関するアライメントは完全である
といえる。(なお、計測に当たって該回折干渉光学系は
検出点P1,P2 及び検出点P1,P3 の間に1本以下の干渉縞
が現われる状態まで調整されているものとする。) 2点間の明暗変化に位相差が生じた場合、それは干渉し
ている2光束の波面が合っていない為であり、干渉縞が
生じているのである。
【0041】スケールSを動かしたとき各点の明暗変化
の位相差が縦、横両方向で無くなるように調整すれば、
カイテン角誤差β及びアジマス角誤差αが無いことが保
証される。
の位相差が縦、横両方向で無くなるように調整すれば、
カイテン角誤差β及びアジマス角誤差αが無いことが保
証される。
【0042】このように、検出ヘッドHとスケールSの
アライメント調整に際してはセンサ上に現れる干渉縞の
ビジビリテイと単位長さあたり縞本数が調整の目安とな
る。本実施例によれば以上のように干渉縞を定量的に評
価できるので回折干渉光学系の正確なアライメント調整
を達成することができる。
アライメント調整に際してはセンサ上に現れる干渉縞の
ビジビリテイと単位長さあたり縞本数が調整の目安とな
る。本実施例によれば以上のように干渉縞を定量的に評
価できるので回折干渉光学系の正確なアライメント調整
を達成することができる。
【0043】そして本発明によれば回折干渉光学系の干
渉光束や干渉縞を光強度情報として電気信号に置き換
え、演算装置で処理するので、干渉縞情報をデータとし
て保管したり、解析するにも非常に便利である。また、
回折干渉光学系の個々の回折格子の検査や各光学素子又
は光学系全体の検査、性能評価においても極めて有用で
あり、従来の干渉計やオートコリメータとも組合わせる
ことでさらに種々な用途に応用できる。
渉光束や干渉縞を光強度情報として電気信号に置き換
え、演算装置で処理するので、干渉縞情報をデータとし
て保管したり、解析するにも非常に便利である。また、
回折干渉光学系の個々の回折格子の検査や各光学素子又
は光学系全体の検査、性能評価においても極めて有用で
あり、従来の干渉計やオートコリメータとも組合わせる
ことでさらに種々な用途に応用できる。
【0044】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、回折干渉光
学系の高精度且つ能率的な組み立て調整に役立つ、干渉
光の干渉縞のコントラスト、ビジビリテイ、単位長さあ
たり干渉縞本数等の定量的評価を可能とする干渉縞の評
価装置及びそれを用いた回折干渉光学系の検査方法を達
成する。
学系の高精度且つ能率的な組み立て調整に役立つ、干渉
光の干渉縞のコントラスト、ビジビリテイ、単位長さあ
たり干渉縞本数等の定量的評価を可能とする干渉縞の評
価装置及びそれを用いた回折干渉光学系の検査方法を達
成する。
【図1】 本発明の実施例1の要部概略図
【図2】 実施例1の干渉光束中の2点に得られる光強
度変化の説明図
度変化の説明図
【図3】 本発明の実施例2の要部概略図
【図4】 本発明の実施例3の要部概略図
【図5】 本発明の実施例4の要部概略図
【図6】 光学式変位センサのアライメント調整軸
【図7】 回折干渉光学系の一例(光学式変位センサ)
1 光源 G1 第1の回折格子 G2 第2の回折格子 G3 第3の回折格子 5 検出器(フォトダイオード) 6 アクチュエーター 7 CCD カメラ 8 モニター 9 コンピュータ(演算手段) A 評価装置 K 回折干渉光学系
Claims (6)
- 【請求項1】 干渉光の断面内の所定距離だけ離れた少
なくとも2点に形成される干渉縞の光強度情報の時間的
変化を検出する受光手段と、該受光手段からの信号によ
り該2点における干渉縞の位相差を求め該干渉縞を定量
的に評価する演算手段とを有していることを特徴とする
干渉縞の評価装置。 - 【請求項2】 前記演算手段は前記干渉縞の定量的な評
価によって該干渉縞のビジビリティー及び/又は単位長
さ当たりの本数を評価することを特徴とする請求項1の
干渉縞の評価装置。 - 【請求項3】 前記受光手段は前記干渉光の断面内に2
次元的に分布する3点の検出点において該干渉光の光強
度を検出し、前記演算手段は該検出点における前記干渉
縞の位相差を検出することを特徴とする請求項1又は2
の干渉縞の評価装置。 - 【請求項4】 光源からの光束を複数の回折格子により
回折・干渉させて干渉光を射出させる回折干渉光学系か
らの干渉光を検査する際、 該複数の回折格子の一部の回折格子を移動させたときの
該回折干渉光学系からの干渉光の断面内における所定距
離だけ離れた複数の検出点での干渉縞の光強度の時間的
変化を受光手段により検出し、演算手段は該受光手段か
らの信号により該検出点における該干渉縞の位相情報を
評価し、該干渉縞を定量的に評価することを特徴とする
回折干渉光学系の検査方法。 - 【請求項5】 前記干渉縞の定量的な評価によって該干
渉縞のビジビリティー及び/又は単位長さ当たりの本数
を評価することを特徴とする請求項4の回折干渉光学系
の検査方法。 - 【請求項6】 前記回折干渉光学系の一部の回折格子又
は光学素子を時間的に自動的に移動することを特徴とす
る請求項4又は5の回折干渉光学系の検査方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7149538A JPH08320205A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 干渉縞の評価装置及びそれを用いた回折干渉光学系の検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7149538A JPH08320205A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 干渉縞の評価装置及びそれを用いた回折干渉光学系の検査方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08320205A true JPH08320205A (ja) | 1996-12-03 |
Family
ID=15477338
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7149538A Pending JPH08320205A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 干渉縞の評価装置及びそれを用いた回折干渉光学系の検査方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08320205A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010097078A (ko) * | 2000-04-19 | 2001-11-08 | 이용일 | 유리기판 소자의 광특성 측정장치 및 방법 |
CN103712573A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-09 | 华南师范大学 | 双通道干涉测量中面阵图像传感器的空间匹配校正方法 |
CN108895986A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-27 | 广西师范大学 | 基于条纹成像投影的显微三维形貌测量装置 |
CN117030207A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-11-10 | 茂莱(南京)仪器有限公司 | 一种激光干涉仪自动质评方法、装置、设备及介质 |
-
1995
- 1995-05-24 JP JP7149538A patent/JPH08320205A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010097078A (ko) * | 2000-04-19 | 2001-11-08 | 이용일 | 유리기판 소자의 광특성 측정장치 및 방법 |
CN103712573A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-09 | 华南师范大学 | 双通道干涉测量中面阵图像传感器的空间匹配校正方法 |
CN108895986A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-27 | 广西师范大学 | 基于条纹成像投影的显微三维形貌测量装置 |
CN117030207A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-11-10 | 茂莱(南京)仪器有限公司 | 一种激光干涉仪自动质评方法、装置、设备及介质 |
CN117030207B (zh) * | 2023-08-25 | 2024-03-08 | 茂莱(南京)仪器有限公司 | 一种激光干涉仪自动质评方法、装置、设备及介质 |
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