JPS60211306A - 縞走査シエアリング干渉測定装置における光学系調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、縞走査シェアリング干渉測定装置における
光学系調整方法に関する。

（従来技術） 平□面、球面、非球面を精度よく測定しうる測定方式と
して、縞走査シェアリング干渉測定方式が知られている
（例えば、日経メカニカル　１９８３年３月２８日号　
第３４頁以下）。

このような測定方式を実施する装置として、コンバータ
ーレンズを透過した情報光を、集束レンズを介して光路
分割手段に入射させ、この光路分割手段によシ測定光と
参照光とに分割し、これら測定光と参照光とを、それぞ
れに応じて設けられ大平面鏡を介して上記光路分割手段
にもどし、光路分割手段によシ合流して結像レンズに入
射せしめる方式のものが提案されている。

第３図は、このような測定装置の１例を示している。以
下、この装置例に即して、縞走査シェアリング干渉測定
方式のあらましを説明し、あわせて、本発明により解決
しようとする問題点につき述べる。

第３図において、符号１０は光源、符号１２はコリメー
ターレンズ、符号１４はマスク、符号１６はニュートラ
ルデンシティフィルター（以下、ＮＤフィルターという
）、符号１８はビームスプリンター、符号２０ハコンバ
ーターレンズ、符号Ｏは被測定面を有する測定対象物、
符号２２は集束レンズ、符号２４は光路分割手段として
のビームスプリンター、符号２６．２８は平面鏡、符号
３０はピエゾ素子、符号３２は結像レンズ、符号３４は
エリアセンサーを、それぞれ示す。

光源１０はレーザー光源であって、この光源１０から放
射される光は、シリメーターレンズ１２により平行光束
化され、マスク１４によシその光束断面形状を整えられ
たのち、即フィルター１６により光強度を調整され、ビ
ームスプリッタ−１８に入射し、コンバーターレンズ２
０により、集束性の球面波となって、測定対象物Ｏの被
測定面に照射される。

被測定面を照射する光は、この被測定面によシ反射され
ると、情報光となってコンノ（−ターレンズ２０、ビー
ムスプリッタ−１８を透過し、集束レンズ２２を介して
、光路分割手段たるビームスプリッタ−２４に入射する
。

ビームスプリッタ−２４は、入射してくる情報光を測定
光と参照光とに分割する。測定光、参照光という呼び方
は、全く便宜的なものでｂす、どちらを測定光と呼び、
参照光と呼ぶかは全く任意であるが、以下では説明の具
体性のため、平面鏡２６に入射する光を測定光、平面鏡
２８に入射する光を参照光と呼ぶことにする。

測定光、参照光は、それぞれ平面鏡２６．２８に反射さ
れてビームスプリンター２４にもどり、再び合流して、
結像レンズ３２に入射し、エリアセンサー３４にいたる
。

平面鏡２６．２８に入射する測定光、参照光が、平面鏡
２６．２８の鏡面上に集束するように、集束レンズ２２
の位置が定められる。また、平面鏡’２６．２８の、上
記測定光、参照光の集束する位置は、結像レンズ３２の
焦点となっている。

平面鏡２６の鏡面は、入射してくる測定光の光軸に直交
するが、平面鏡２８の鏡面は、入射してくる参照光の光
軸に対して微小角傾いている。

このため、結像レンズ３２を介してエリアセンサーに入
射する測定光と参照光とは、その光軸が互いに微小距離
Ｓだけずれる。すなわち、測定光に対し参照光がシェア
リングする。なお、平面鏡２６゜２８における反射点は
、結像レンズ３２の焦点に合致しているから、測定光と
参照光の光軸は、結像レンズ３２とエリアセンサー３４
との間で互いに平行である。

さて、測定光、参照光は、それぞれ結像レンズ３２の結
像作用により、エリアセンサー３４上で結像し、被測定
面の位置における情報光の波面を、結像部に再現する。

被測定面に入射する照明光の球面波面をＷｏ、被測定面
をＷｌ、情報光の波面（被測定面の位置における）をＷ
とすると、これらの間には、Ｗ−Ｗ（。

＝　２　（ＷＩＷｏ　）なる関係がある。Ｗｏは光学系
の設定条件に応じて知ることができるので、エリアセン
サー３４に再現されるＷを知ることができれば、ＷとＷ
（、とから、被測定面の形状Ｗ１を知ることができる。

ところで、エリアセンサー３４の受光域上に再現される
波面Ｗのうち、測定光によるものをＷ（Ｃ）とすれば、
参照光による。長現波面はＷ　（Ｚ　＋　Ｓ　）である
。Ｓは微小距離であるから、 って、ΔＷが知れると、Ｗ（Ｚ）は、 Ｗ（Ｚ）　＝　−ｆΔＷ（Ｚ）　ｄｘ　（１）なる演算
により知ることができる。

測定光、参照先はコヒーレントでちるから、エリアセン
サー３４上で、これらが互いに重なシ合う領域には、干
渉縞が生ずる。この干渉縞を利用して、上述の位相差Δ
Ｗ（Ｚ）　を知ることができる。

すなわち、ピエゾ素子３０に印加する電圧を変えて、測
定光の光路長を／２Ｎ（λは光源１０からの光の波長）
きざみでＮ段階変化させる。このように測定光の光路長
を変化させると、これに伴って、エリアセンサー３４上
の干渉縞のパターンが変化する。

そこで、光路長が１段階、すなわち２／２Ｎ　だけ変化
するごとに、エリアセンサー３４の受光域の各点におけ
る、干渉縞の光強度Ｉ　ｊＣｚ）　（ｊ＝　１〜Ｎ）を
測定し、次式によって位相差ΔＷ（ｚ）　を知るのであ
る。

このようにして、位相差ΔＷ（ｚ）　が知れると、これ
を積分することによシ、波面Ｗ（Ｚ）を知ることができ
、この波面形状から結局、被測定面の形状を知ることが
できる。

なお、実際には、Ｘ方向の７エアリングによる測定と、
Ｘ方向忙直交するＸ方向のシェアリングによる測定とを
行ない、両測定結果から、総合的に被測定面の形状を特
定するのである。

さて、上述の如き測定装置には、以下にのべる如き問題
点がある。

すなわち、上記式（２）によってΔ吟）を得、式（１）
によって、Ｗ（＋、）を得ることができるためには、測
定光による波面Ｗ（Ｚ）と、参照光による波面Ｗ　（ｚ
＋Ｓ）とが互いに、平行移動によって重ね合せうるもの
でなければならない。そのためには、測定光、参照光が
、それぞれ、平面鏡２６．２８の鏡面上に集束する必要
がある。

被測定面が球面であるときは、コンバーターレンズ２０
に入射する情報光は球面波となり、コンバーターレンズ
２０を透過したのち、平行光束となるので、このときは
、集束レンズ２２の像側の焦点位置を、平面鏡２６．２
８の鏡面に合致させておけばよい。

しかしながら、測定対象物Ｏの被測定面が非球面である
ときは、非球面性の度合、すなわち、被測定面と基準球
面とのずれの度合に応じて、集束レンズ２２と、この集
束レンズによる情報光の集束位置までの光路長が異なる
。従って、非球面の測定を行う場合には、測定に先立ち
、非球面性の度合に応じて、集束レンズ２２を光軸方向
へ変位させ、上記集束レンズによる情報光が、測定光、
参照光として、それぞれ平面鏡２６．２８の鏡面上に集
束するように、光学系調整を行なわねばならない。

この光学系調整は極めて高精度を要し、調整操作が面倒
であった。

（目　的） そこで、本発明は、上記の如き光学系調整を、容易且つ
確実に行ないうる、縞走査シェアリング干渉測定装置に
おける光学系調整方法の提供を目的とする。

（構　成） 以下、本発明を説明する。

本発明の光学系調整方法は、光路分離手段と、ピンホー
ルマスクと受光素子とを用いて行なう。

光路分離手段は、集束レンズと光路分割手段との間に配
備され、情報光の一部を、調整用光として分離する。分
離された調整用光は、ピンホールマスクを介して、受光
素子に入射させられる。ピンホールマスクは、ピンホー
ルを有する遮光板であって、ピンホールの位置を、調整
用光の光軸の位置に合せて配備される。

上記光路分離手段からピンホールマスクにいたる光路長
は、光路分離手段から、測定光、参照光が入射する平面
鏡にいたる光路長に等しく設定される。

光学系調整は、縞走査シェアリング干渉測定に先立って
行なわれ、受光素子の出力が最大となるように、集束レ
ンズの位置を調整する。

以下、具体的な例に即して説明する。

第１図は、本発明を第３図の装置に適用した場合を示し
ている。繁雑を避けるため、混同の虞れのないものにつ
いては、第３図におけると同一の符号が用いられている
。

第１図において、符号３６は、光路分離手段としてのビ
ームスプリッタ−１符号３８はピンホールマスク、符号
４０は受光素子、符号４２．４４はシャッタτを、それ
ぞれ示す。

シャッター４２．４４は、測定に先立って光学系調整を
行なう際、光がエリアセンサー３４の方へ行かないよう
にするだめのものである。

さて、光学系調整を行なうには、以下の如くする。

すなわち、シャッター４２．４４を閉ざしておいて、光
源１０を発光させる。コンバーターレンズ２０からの情
報光は、集束レンズ２２によって集束光束となって光路
分離手段たるビームスプリッタ−３６に入射し、一部は
、調整用光として分離し、ピンホールマスク３８を介し
て受光素子４０に入射する。

第２図を参照すると、同図中においてＸ方向は情報光の
光軸方向、Ｙ方向は調整用光の光軸方向である。第２図
（Ｉ’　）　、　（ＩＩ’　）、　（Ｉｌ？　）は、第
２図（■）。

（ｉＩ）、（ｍ）の各場合に対応する、受光素子４０上
の光強度■の分布を示す。第２図（ｒ）や（ｍ）に示す
場合では、ピンホールマスク３８のピンホールを通過す
るのは、調整用光の一部分であって、受光素子４０の出
力は小さい。

しかるに、第２図（ＩＩ）に示す場合、すなわち、調整
用光が、ピンホールマスク３８のピンホールの位置に集
束するときはぐ調整用光は全部、受光素子４０に入射す
るところとなり、受光素子４０の出力は最大となる。

光路分離手段たるビームスプリッタ−３６から、ピンホ
ールマスク３８に到る光路長は、ビームスプリッタ−３
６から平面鏡２６．２８にいたる光路長と等しく設定さ
れているから、第２図（ＩＩ）の状態が実現するときは
、必然的に、測定光、参照光が、それぞれ、平面鏡２６
．２８の鏡面に集束するような光学系配置が実現される
。

従って、受光素子４０の出力を最大ならしめるように集
束レンズ２２の位置を調整することによって、光学的調
整は容易かつ確実に行なわれる。

集束レンズ２２の、光軸上の位置調整は、受光素子４０
の出力をモニターしながら手動で行ってもよいし、ある
いは、受光素子４０の出力をヤイクロコンピューターに
入力し、上記出力に応じて、マイクロコンピュータ−に
よって、集束レンズ変位機構を駆動制御して自動的に行
ってもよい。

このようにして、光学系調整が完了したら、シャッター
４２．４４を開放して、縞走査シェアリング干渉測定を
行なうことができる。

（効　果） 以上、本発明によれば、縞走査ンエアリング干渉測定装
置における光学系調整方法を提供できる。

この方法では、集束レンズの光学的調整状態を、光路分
離手段、ピンホールマスク、受光素子を用いて電気的に
検知するので、光学的調整を容易に、且つ、確実に行う
ことがで登る。

光路分割手段、光路分離手段としては、ビームスプリン
ターのほかに、ハーフミラ−や、斜面部を半透鏡とした
直角プリズム等を用いることができる。

マタ、集束レンズは、これを２枚以上のレンズで構成し
てもよい。集束レンズを２枚以上のレンズで構成する場
合は、集束レンズを所謂ズームレンズとして構成しても
よい。

集束レンズをズームレンズとして構成する場合、集束レ
ンズの位置を調整するとは、ズームレンズ系のうちの可
動レンズの位置を変位調整することをいう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した縞走査ンーアリンダ干渉測
定装置の１例を示す図、第２図は、本発明を説明するた
めの図、第３図は、従来技術とその問題点を説明するだ
めの図である。 ０　被測定面を有する測定対象物、２０　・コンバータ
ーレンズ、２２集束レンズ、２４光路分割手段としての
ビームスプリンター、２６、２８・・平面鏡、３２　結
像レンズ、　３６　光路分離手段としてのビームスプリ
ッタ−１３８ピンホールマスク、４０　受光素子。 −３１− （Ｉ［） （］Ｉ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コンバーターレンズを透過した情報光を、集束レンズを
   介して光路分割手段に入射させ、上記光路分割手段によ
   シ測定光と参照光とに分割し、これら測定光と参照光と
   を、それぞれに応じて設けられた平面鏡を介して上記光
   路分割手段にもどし上記光路分割手段により合流させて
   、結像レンズに入射せしめる方式の縞走査シェアリング
   干渉測定装置において、 上記集束レンズを光軸方向へ変位可能とし、上記光路分
   割手段と集束レンズとの間に、光路分離手段を設けて情
   報光の一部を、調整用光として分離し、 上記調整用光をピンホールマスクを介して受光素子に入
   射せしめ、 上記光路分離手段とピンホールマスクとの間の光路長を
   、上記光路分離手段から上記平面鏡の各々にいたる光路
   長と等しく設定し、 縞走査シェアリング干渉測定に先立って、上記受光素子
   の出力が最大となるように、上記集束レンズの位置を調
   整することを特徴とする、光学系調整方法。