JPH0921606A - 透明薄板測定用干渉計 - Google Patents

透明薄板測定用干渉計

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JPH0921606A
JPH0921606A JP19607295A JP19607295A JPH0921606A JP H0921606 A JPH0921606 A JP H0921606A JP 19607295 A JP19607295 A JP 19607295A JP 19607295 A JP19607295 A JP 19607295A JP H0921606 A JPH0921606 A JP H0921606A
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transparent thin
interferometer
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JP19607295A
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Motonori Kanetani
元徳 金谷
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Fujinon Corp
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Fuji Photo Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】透明薄板の表面形状を測定する干渉計におい
て、測定光の可干渉距離を透明薄板の両面間の光学的距
離の2倍に相当する長さより小とするとともに、測定光
の一部を迂回させるパスマッチ光学系を設けることによ
り余分な干渉縞の発生を阻止する。 【解決手段】光源1からの測定光が、被検体12の両面
12a,12b間の光学的距離の2倍に相当する距離よ
り小となる可干渉距離を有する様に設定する。また、コ
リメータレンズ2とコンデンサレンズ8との間の平行光
線束領域内に、2つのハーフミラー4,5と2つの全反
射ミラー6,7からなる、測定光の一部を迂回させるパ
スマッチ光学系を挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶用ガラス、各
種光学フィルタおよびウインドウ等の透明薄板の表面形
状を干渉計測する干渉計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、光学部品等の表面形状を観察
するための手段としてフィゾー型干渉計が知られてい
る。このフィゾー型干渉計は、光源からの光を平行光と
し、これを基準板に照射するとともに、この基準板を透
過した平行光を基準板と平行かつ所定距離だけ離した被
検体に照射し、この平行光の、基準板の基準面と、被検
体の被検面からの両反射光により等厚の干渉縞を作成す
るようにしたもので、簡易な構成で高精度な測定ができ
るという特長がある。ところで、近年、光学部品の小型
精密化に伴いこのようなフィゾー型干渉計装置を用いて
液晶用ガラス、各種光学フィルタあるいはウインドウ等
の薄板ガラスの表面形状を測定する試みがなされてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く測定対象が厚みの薄い板状のガラスである場合に
は、被検面とは異なる被検体の裏面からの反射光が被検
面および基準面からの反射光と干渉し合い、本来の干渉
縞画像上にノイズの干渉縞として重畳されてしまう。こ
れは、フィゾー型干渉計の特徴的な構造に起因している
のであって、基準面と被検面の間隔を被検体のセッティ
ングが容易になる程度まで大きくする必要があることか
ら、光源からの光が少なくともこの間隔の2倍程度の可
干渉距離を有することが必要となり、薄板ガラスの厚み
程度の光路差をもたせることによってはこの被検体裏面
からの反射光により光干渉が生じるのを防止することが
困難だからである。
【0004】このため、基準面と被検面との反射光によ
り生じる本来の干渉縞を他のノイズ成分としての干渉縞
から分離して認識することが難しくなり、薄い板状のガ
ラスのフィゾー型干渉計による測定精度を低いものとし
ていた。本発明は、このような事情に鑑みなされたもの
で、被検体裏面からの反射光による干渉縞の発生を阻止
してノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることのできる
簡易な構成の透明薄板測定用干渉計を提供することを目
的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
透明薄板測定用干渉計は、光源から出力された光の基準
面からの反射光と、この基準面を透過した該光の、透明
薄板の被検面からの反射光との光干渉により生じる干渉
縞に基づき該被検面の表面形状を測定する透明薄板測定
用干渉計において、前記光源から出力された光の可干渉
距離Lcを前記透明薄板の厚み方向の光学距離ntの2
倍よりも小さく設定し、前記透明薄板に向かう前記光の
うちの一部を分離して、その余の光よりも、前記基準面
と前記被検面との距離L(ただし、L<<nt)の2倍
に相当する距離だけ大きい光路長を有するように迂回さ
せた後、該その余の光と合成させるパスマッチ光学系を
備えてなることを特徴とするものである。
【0006】また、前記パスマッチ光学系が、前記光源
からの光の一部を反射し、その余の光を透過せしめる光
分離手段と、該光分離手段からの反射光もしくは透過光
を少なくとも1回反射せしめる光反射部材と、前記光分
離手段からの透過光もしくは反射光と該光反射部材から
の反射光を合成せしめる光合成手段とから構成するのが
望ましい。さらに、前記光源と前記パスマッチ光学系と
の間に所定の波長の光を選択透過する波長選択フィルタ
を配設するのがより望ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。図1は、本発明の透明薄板測定用
干渉計に係る実施例を示す概略図である。この干渉計に
おいて、白色光源1から出力された測定光はコリメータ
レンズ2により平行光とされ、コンデンサレンズ8およ
びコリメータレンズ10によってビーム径を拡大され、
透明な基準板11および薄板ガラスの被検体12に照射
される。
【0008】基準板11の基準面11aおよび被検体1
2の被検面12aからの、上記測定光の反射光は互いに
干渉し合い、ハーフプリズム9のハーフミラー面9aで
直角反射され、イメージングレンズ13を介して、撮像
カメラ14内のCCD素子上に干渉縞画像を形成する。
なお、このCCD素子により光電変換された干渉縞画像
情報に基づき、CRT等の画像表示部(図示されていな
い)上に干渉縞画像が表示される。
【0009】ところで、フィゾー型干渉計を用いて薄板
ガラスからなる被検体12を測定する場合には、基準面
11aと被検面12aとの間隔がどうしても開いてしま
うので、干渉距離の大きい測定光を用いる必要があり、
そのため、被検面12aからの反射光に対し、被検体1
2の厚み方向の光学距離ntの2倍程度の光路差しか有
さない被検体12の裏面12bからの反射光も、基準面
11aからの反射光や該被検面12aからの反射光と互
いに干渉し合うこととなる。このような被検体12の裏
面12bからの反射光によって生じた干渉縞は、本来の
干渉縞と重畳して測定精度を低下させる。
【0010】そこで、本実施例においては、まず、光源
1からの測定光が、被検体12の両面12a,12b間
の光学的距離の2倍に相当する距離より小となる干渉距
離を有する用に設定する。具体的には光源1として、ハ
ロゲンランプ(可干渉距離が1μm)等が用いられる。
次に、コリメータレンズ2とコンデンサレンズ8との間
の平行光線束領域内に、2つのハーフミラー4,5と2
つの全反射ミラー6,7からなる、測定光の一部を迂回
させるパスマッチ光学系を挿入する。
【0011】測定光の一部は、ハーフミラー4により直
角反射されてその余の測定光から分離され、全反射ミラ
ー5により直角反射され、次いで全反射ミラー6により
直角反射され、さらにハーフミラー5により直角反射さ
れて、上記その余の測定光と再合成される。このとき、
ハーフミラー4を透過する測定光の、ハーフミラー4と
ハーフミラー7間の光路長L1に対し、迂回した測定光
の、ハーフミラー4からハーフミラー5に到るまでの光
路長L2(L2=l1+l2+l3)は、2つのハーフミラ
ー4,5間の距離L1と2つの全反射ミラー6,7間の距
離が等しいことから、距離l1+l3(l1=l3)だけ長
くなる。これらの距離l1+l3は基準板11の基準面1
1aと被検体12の被検面12aとの距離Lの2倍に相
当する。
【0012】以下、測定光の各面11a,12a,12b
からの反射光同志の干渉について、考察する。なお、以
下の式においてハーフミラー5から基準板11の基準面
11aまでの光路長はL3とし、被検体12の屈折率は
n、厚みはtとする。ここで、ハーフミラー4からハー
フミラー5まで直進した測定光の各面11a,12a,1
2bからの反射光毎の光路長(ただし、ハーフミラー4
から各面11a,12a,12bを介して基準面11aに
到るまでの光路長;以下同じ)は以下の如く表される。 基準面11aからの反射光=L1+L3・・・・・・・・・・・・・(1) 被検面12aからの反射光=L1+L3+2L・・・・・・・・・・(2) 被検体裏面12bからの反射光=L1+L3+2L+2nt・・・・(3)
【0013】次に、ハーフミラー4からハーフミラー5
まで迂回した測定光の、各面11a,12a,12bから
の反射光毎の光路長は以下の如く表される。 基準面11aからの反射光=L2+L3・・・・・・・・・・・・・(4) 被検面12aからの反射光=L2+L3+2L・・・・・・・・・・(5) 被検体裏面12bからの反射光=L2+L3+2L+2nt・・・・(6)
【0014】ここで、前述したように L2=L1+2L・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7) と設定されているから、この式(7)を式(4),(5),
(6)に代入すると、 基準面11aからの反射光=L1+L3+2L・・・・・・・・・・(4′) 被検面12aからの反射光=L1+L3+4L・・・・・・・・・・(5′) 被検体裏面12bからの反射光=L1+L3+4L+2nt・・・・(6′)
【0015】上式の値を比較すると、式(2)と式
(4′)の値が全く等しく、したがって2つのハーフミ
ラー4,5間を直進した測定光の被検面12aからの反
射光と、2つのハーフミラー4,5間を迂回した測定光
の基準面11aからの反射光の光路長が全く等しくな
る。
【0016】これに対し、2つのハーフミラー4,5間
を直進した測定光の被検面12aからの反射光と他の反
射光との間には以下の如き光路差が生じる。すなわち、
2つのハーフミラー4,5間を直進した測定光の被検面
12aからの反射光と、2つのハーフミラー4,5間を
直進した測定光の基準面11aからの反射光との光路差
は、 |式(2)−式(1)|=2L・・・・・・・・・・・・・・(8) となる。
【0017】また、2つのハーフミラー4,5間を直進
した測定光の被検面11aからの反射光と、2つのハー
フミラー4,5間を直進した測定光の被検面12bから
の反射光との光路差は、 |式(2)−式(3)|=2nt・・・・・・・・・・・・・(9) となる。また、2つのハーフミラー4,5間を直進した
測定光の被検面11aからの反射光と、2つのハーフミ
ラー4,5間を迂回した測定光の被検体裏面12aから
の反射光との光路差は、 |式(2)−式(5′)|=2L・・・・・・・・・・・・・(10) となる。
【0018】さらに、2つのハーフミラー4,5間を直
進した測定光の被検面11aからの反射光と、2つのハ
ーフミラー4,5間を迂回した測定光の被検体裏面12
bからの反射光との光路差は、 |式(2)−式(6′)|=2L+2nt・・・・・・・・・(11) となる。ところが、本実施例においては、可干渉距離L
cが2ntよりも小となるような測定光が用いられてお
り、また、フィゾー型干渉計の構造上、被検面12aと
基準面11aの距離Lはntよりも極めて大となるよう
に設定されている。すなわち、 Lc<2nt・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(12) L >>2nt・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(13) となる。
【0019】ここで、式(8)〜式(11)について式
(12),(13)を考慮すると、 |式(2)−式(1)|=2L>Lc ・・・・・・・・・・(14) |式(2)−式(3)|=2nt>Lc ・・・・・・・・・(15) |式(2)−式(5′)|=2L>Lc ・・・・・・・・・(16) |式(2)−式(6′)|=2L+2nt>Lc ・・・・・(17) となって光路差が可干渉距離以上となる。
【0020】したがって、2つのハーフミラー4,5間
を直進した測定光の被検面12aからの反射光は、2つ
のハーフミラー4,5間を迂回した測定光の基準面11
aからの反射光以外の反射光との間で光干渉を生じるこ
とはなく、したがってノイズのない所望の干渉縞を撮像
カメラ14内のCCD素子上に形成することができ、高
精度で薄板ガラスの表面形状を測定することができる。
なお、被検体12によって厚みが異なることから、上記
パスマッチ光学系において、2つの全反射ミラー6,7
を一体的にハーフミラー4,5方向に微動させて迂回測
定光の光路長を微調整可能とするのが望ましい。
【0021】また、本実施例においてはコリメータレン
ズ3とハーフミラー4との間に波長選択フィルタ板3が
配されている。波長選択フィルタ板3は図2に示すよう
にターレット板上に全波長透過部3a、赤色光選択透過
部3b、緑色光選択透過部3cおよび青色光選択透過部
3dが90゜間隔で形成されていて、ターレット板を所
定角度だけ回転させることにより測定光として所望の色
光を選択できるようになっている。
【0022】これは、所定の波長の光を反射するダイク
ロイックミラーが被検体12である場合のように測定光
として所定の波長の光を選択することが必要となる場合
に有用である。もちろん、このような波長選択フィルタ
が全く不要となる場合には、このフィルタ板3を図1中
矢印A方向に移動せしめて光路外に退避させるようにし
てもよい。
【0023】なお、本発明の透明薄板測定用干渉計とし
ては上記実施例に限られるものではなく、その他種々の
変更が可能である。例えば、上記パスマッチ光学系にお
いて、2つの全反射ミラー6,7に代え、ハーフミラー
4からの測定光をハーフミラー5方向に戻すことが可能
なコーナキューブとすることも可能である。このような
コーナキューブを採用することにより、迂回測定光の光
路長を調節する際に、その移動操作が容易となる。
【0024】また、上記実施例において、ハ−フミラ−
4の透過光を迂回測定光、反射光を直進測定光というよ
うに両者を入れ替えることも可能である。また、上記被
検体12の支持手段は、被検面12a側で支持する場合
には固定保持するような構造としておけばよいが、裏面
12b側で支持する場合には被検体12の厚みに応じて
この被検体12を光軸方向に移動し得る構造とするのが
望ましく、さらに干渉縞を得る際の被検体12の厚み情
報に基づいて被検面12aが適正な位置まで移動するよ
うに、被検体12の移動操作を自動的に行うようにする
ことが望ましい。
【0025】さらに、上記ハーフプリズム9に代えてハ
ーフミラーを用いることも可能であるが、本実施例の如
く、発散光線束中にはハーフプリズム9を用いるように
することで非点収差を良好とすることができる。もちろ
ん、ハーフミラー4,5を、各々ハーフプリズムに代え
ることも可能である。なお、本発明の干渉計の被検体と
しては、ガラス薄板のみならずプラスチック板や石英板
等の種々の透明薄板の採用が可能である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したような本発明の透明薄板測
定用干渉計によれば、測定光の可干渉距離を所定長未満
に設定するとともに測定光の一部を迂回させるパスマッ
チ光学系を設けて、迂回しないで直進した測定光の被検
面からの反射光と、迂回した測定光の基準面からの反射
光による場合以外は光干渉が生じないようにしているた
め、極めて簡易な構成でノイズのない明瞭な干渉縞画像
を得ることが可能となる。なお、このようなパスマッチ
光学系の前段に波長選択フィルタを配設することによ
り、被検体の波長選択特性に応じて測定光の波長を選択
することができるので、単色の干渉縞により測定精度の
向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る透明薄板測定用干渉計
を示す概略図
【図2】図1に示す波長選択フィルタ板を示す正面図
【符号の説明】 1 ・・・・・・・白色光源 2,10・・・・・ コリメータレンズ 3 ・・・・・・・波長選択フィルタ板 4,5 ・・・・・ ハーフミラー 6,7 ・・・・・ 全反射ミラー 9 ・・・・・・・ハーフプリズム 11・・・・・・・基準板 11a・・・・・・基準面 12・・・・・・・被検体 12a・・・・・・被検面 12b・・・・・・裏面 14・・・・・・・撮像カメラ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源から出力された光の基準面からの反射
    光と、この基準面を透過した該光の、透明薄板の被検面
    からの反射光との光干渉により生じる干渉縞に基づき該
    被検面の表面形状を測定する透明薄板測定用干渉計にお
    いて、 前記光源から出力された光の可干渉距離Lcを前記透明
    薄板の厚み方向の光学距離ntの2倍よりも小さく設定
    し、 前記透明薄板に向かう前記光のうちの一部を分離して、
    その余の光よりも、前記基準面と前記被検面との距離L
    (ただし、L>>nt)の2倍に相当する距離だけ大き
    い光路長を有するように迂回させた後、該その余の光と
    合成させるパスマッチ光学系を備えてなることを特徴と
    する透明薄板測定用干渉計。
  2. 【請求項2】前記パスマッチ光学系が、前記光源からの
    光の一部を反射し、その余の光を透過せしめる光分離手
    段と、該光分離手段からの反射光もしくは透過光を少な
    くとも1回反射せしめる光反射部材と、前記光分離手段
    からの透過光もしくは反射光と該光反射部材からの反射
    光を合成せしめる光合成手段とからなることを特徴とす
    る請求項1記載の透明薄板測定用干渉計。
  3. 【請求項3】前記光源と前記パスマッチ光学系との間に
    所定の波長の光を選択透過する波長選択フィルタを配設
    してなることを特徴とする請求項1もしくは2記載の透
    明薄板測定用干渉計。
JP19607295A 1995-07-07 1995-07-07 透明薄板測定用干渉計 Withdrawn JPH0921606A (ja)

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