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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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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