JPS61198012A

JPS61198012A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPS61198012A
Application number: JP60165982A
Authority: JP
Inventors: Akira Ono; 明小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-02-19
Filing date: 1985-07-29
Publication date: 1986-09-02
Also published as: US4696572A; JPH0422442B2

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】〔発明の技術分野〕この発明は、ホログラム干渉法を用いて非球面、例えば
凸面レンズ、凹面鏡等の光学系の非球面の表面状態を検
査する表面検査装置に関する。

〔発明の背景技術およびその問題点〕

この種の検査装置として１例えばトワイマングリーン型
干渉計を用いたものが知られており。

第９図はその一例を示している。この検査装置において
、レーザー発振器１から出射されたレーデ−ビームは、
拡大光学系により拡散かつ平行にされた後、半透鏡３に
入射して物体光４ａと参照光４ｂとに分割される。物体
光４ａは、照射レンズ５により検査面としての非球面６
に照射される。非球面６で反射した物体光４ａは、照射
レンズ５および半透鏡３を通過した後、コンピュータホ
ログラム７に入射する。そして。

ホログラム７を通過した物体光４ａの内、無変調透過光
４ａ′は、結像レンズ８により集束され、小穴を有する
空間周波数フィルタ９ｆ通ってスクリーン１０上に結像
される。一方、参照光４ｂは反射！ｆｕｌｌにより反射
された後、半透鏡３によシ更に反射されコンピータホロ
グラム７を通過する。ホログラム７を通過した参照光の
内、＋１次回折光４　ｂ’は結像レンズ８により集束さ
れた後、空間周波数フィルタ９を介してスクリーン１０
上に結像される。なお、物体光４ａおよび参照光４ｂの
回折光の内、上記回折光４ａ′。

４　ｂ’以外はフィルタ９によってろ過される。

このように構成された検査装置において、コンピュータ
ホログラム７を透過した物体光の無変調透過光４　ｍ’
は、フィルタ９の出口側で、このフィルタにより選択さ
れた参照光の＋１次回折光４　ｂ’と干渉を起こし、そ
の干渉縞がスクリーン１０上に写し出される。無変調透
過光４　ａ’と＋１次回折光４　ｂ’との位相が等しい
場合、つまり検査面６が歪みのない理想面である場合、
照射レンズ５および結像レンズ８の光軸および焦点位む
調整するこ゛とによシ上記干渉縞は直線となる。逆に、
検査面６にゆがみがある場合、物体光４ａは、検査面６
に入射した後、その入射進路とは異なる方向へ反射し、
そのまま参照光４ｂの＋１次回折光４　ｂ’と干渉する
。そのため、干渉縞には、例えば曲線部分が現われる。

そして、干渉縞の曲り具合から検査面６の表面状態を知
り、検査面の仕上シ精度等を判定することができる。

しかしながら、このような従来の検査装置において、物
体光４ａの透過光４＆′よフも参照光４ｂの回折光４　
ｂ’のほうが光の強度が小さく。

これらの光の間にアンバランスが生じる。そのため鮮明
な干渉縞が得られず、高精度な検査を行なうことが難し
いという欠点がある。

また、従来の検査装置において、ホログラムを透過した
参照光の内、＋１次回折光をフィルタ９により選択して
用いている。しかしながら、ホログラムを透過した参照
光の空間周波数分布は、”例えば第１０図に示すように
、＋１次回折光と＋２次回折光とが非常に接近した状態
となっている０そのため、＋１次回折光のみを精度よく
取出すには、搬送波の空間周波数ｆを充分高くしなけれ
ばならない。例えば、物体光の透過光４　ａ’の最高周
波数幅をΔｆとすると、上記検査装置において、搬送波
の空間周波数ｆは、ｆ〉３Δｆに設定されていなければ
ならない。しかしながら、搬送波の空間周波数を高く設
定した場合、それに応じてコンピュータホログラムに描
く曲線数が増大する。その結果、コンピュータホログラ
ムの製造が大損りとな〕検査装置の製造コストが高くな
るとともに、コンピュータホログラムを精度よく作るこ
とが難しく検査精度が低下する＠〔発明の目的〕この発明は、以上の点に鑑み成されたもので、その目的
は、非球面を高い精度で検査することができるとともに
、製造コストが安い表面検査装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕本発明者は、物体光のホログラムを透過した光の内、−
１次回折光の帯域幅が狭くなることに着目した。そして
、この発明の検査装置によれば、この−１次回折光とホ
ログラムを透過した参照光の内、無変調透過光とを相互
に干渉させている。上述のように、−１次回折光の帯域
幅は狭いため、搬送波の空間周波数を低くしても一１次
回折光を高い精度で選択することができ、それに伴い、
コンピュータホログラムの製造が容易になるものである
。また、この発明の検査装置によれば、参照光の反射強
度を調整することにより、参照光の無変調透過光と物体
光の一１次回折光との強度差を低減して両者のアンバラ
ンスを少なくしている。

〔発明の実施例および効果〕

以下図面を参照しながら、この発明の実施例について詳
細に説明する。

第１図に示すように、この発明の一実施例に係る表面検
査装置は、レーザ発振器２０と、レーデ発振器から出射
されたレーデビームを拡散した後平行ビームにする拡散
レン）ｅ２２およびコリメータレンズ２４とを有してい
る。また、検査装置は、コリメータレンズ２４ｔ−透過
シたレーデビームの一部を反射して、照射レンズ２６に
導く半透鏡２８を備えている。照射レンズは、に垂直に
照射する。検査面３ｏと照射レンズ２６との間には、参
照半透鏡３２が配設されている。

この参照半透鏡３２は、照射レンズ２６と対向した凸球
面および検査面３ｏと対向した凹球面を有するレンズ３
２ｍと、このレンズの凹球面に貼着された半透鏡面３２
ｂとから構成されている。この半透鏡面３２ｂは、照射
レンズ２６から入射したレーデビームの内、一部を透過
して物体光、７４１Ｌとし、残シを反射して参照光３４
ｂとする。このよりに、半透鏡２８および参照半透鏡３
２は、この発明における分光手段を構成している。

ｔｉ、検査装置は、半透鏡２８の照射レンズ２６と反対
のサイドに設けられたコンピュータホログラム３６およ
び集束レンズ３８を備えている。集束レンズ３８の焦点
近傍には、小穴を有する空間周波数フィルタ４ｏが設け
られている０このフィルタ４０はコンピュータホログラ
ム３６および集束レンズ３８を通過した回折光を選択的
に通過させ、それらを干渉させる。そして、フィルタ４
０と対向してスクリーン４２が設けられており、干渉し
た回折光の干渉縞はスクリーン上に結像される。

上記のように構成された検査装置において、レーデ発振
器２０から出射されたレーデビームは、レンズ２２によ
り拡散されかつコリメータレンズ２４により平行ビーム
にされ念後、半透鏡２８に入射する。レーデビームの約
半分は、半透鏡２８で反射され、照射レンズ２６により
集束された後参照半透鏡３２に入射する。参照半透鏡３
２に入射したレーデビームは、半透鏡面ｊ２ｂにより、
半透鏡面を透過して検査面３０に向かう物体光３４ａと
、半透鏡面により反射される参照光３４ｂとに２分割さ
れる。検査面３０に照射された物体光３４１は、検査面
の表面状態に応じた方向へ反射される。ここで、検査面
３θは、物体光３４畠の光軸に対して垂直に配置されて
いる。反射した物体光３４ａは。

参照半透鏡３２、照射レンズ２６および半透鏡２８を透
過した後、コンピュータホログラム３６に入射する。

また、参照光３４ｂは、反射された物体光３４１と同様
に、照射レンズ２６および半透鏡２８を透過してコンピ
ュータホログラム３６に入射する。

ホログラム３６を通過した物体光３４ｈの回折光の内、
−１次回折光３４１′が空間周波数フィルタ４０の小穴
を選択的に通過するとともＫ。

ホログラムを通過し九番照光の内、ホログラムにより変
調されていたいＯ字回折光、つまり無変調透過光３４ｂ
′がフィルタの小穴を選択的に通過する。そして、これ
らの回折光３４＆ｌおよび３４ｂ′は、空間周波数フィ
ルタ４０を通過した後産いに干渉を起こし、その干渉縞
がスクリーン４２上に結像される。なお、空間周波数フ
ィルタ４０による一１次回折光２よびＯ次回折光の選択
は、参照半透鏡３２の半透鏡面３２．ｂの反射角および
フィルタ４０の位置を調整することにより行われる。

上記干渉が生じるのは以下の工うな理由による。つまり
、検査面３０に歪みがある場合、物体光３４ｍは、検査
面で反射する際に変調され、コンピュータホログラムを
通過する際、再度、被検査面での反射時と同様の変調を
受ける。その結果、ホログラム３６を通過した物体光の
回折光の内、−１次回折光は、変調が打消されたものと
等しくなる。ここで、コンビーータホログラム３６は、
検査面３０が歪みのない理想面である時の物体光の一１
次回折光と参照光のＯ次回折光との干渉縞が所定のパタ
ーン、例えば、縞が直線となるパターンとなるように作
られている。したがって、検査面３０およびコンピュー
タホログラム３６とにより２度変調された無変調の一１
次回折光３４ａ′と参照光の無変調透過光３４ｂ′とを
干渉させると、スクリーン４２上には第２図に示すより
な曲がった縞が現われる。そして、この縞の曲がり具合
から検査面３０の表面状態を判断することができる。

また、物体光３４ａの一１次回折光３４′の光強度は、
参照光Ｊ４ｂの無変調透過光３４ｂ’ＶＣ比べて低い。

そして、これらの回折光の光強度がアンバランスである
場合、スクリーン４２上に結像される干渉縞は不鮮明と
なる。しかしながら、この実施例において、参照半透鏡
３２の半透鏡面３２ｂの反射率は、参照光３４ｂの無変
調透過光３４ｂ′の光強度が物体光３４１Ｌの一１次回
折光３４ａ′の光強度と略同−レベルとなるように、低
く設定され、参照光の光強度を低下させている。ここで
、コンビーータホログラム３６の一１次回折効率をＫ、
コンピュータホログラムの透過率′ｆｃＴ、検査面３０
０反射率をｒ、半透鏡面３２ｂの吸収率をａ、とした場
合、半透鏡面３２ｂの反射率Ｒは、として設定される。なお、コンピュータホログラム３６
の回折効率が低い場合、半透鏡面の反射率の調整は、例
えば、半透鏡面を鏡の代わりにコーティングが施されて
いないガラスで形成すること゛によフ行なうことができ
る。

また、上記のように、検査面およびコンピュータホログ
ラムによ９２度の変調を受は次物体光の空間周波数分布
は１例えば第３図に示すようになる。この図からよく分
るように、−１次回折光の空間周波数帯域幅は、狭くか
つ一１次回折光と隣接する一２次回折光の空間周波数地
域幅もΔｆだけで一１次回折光と充分に離間している。

そのため、搬送波の空間周波数が低くても、隣合う回折
光同氏が重なり合うことがなく、−１次回折光を確実に
選択することができる。

例えば、搬送波の空間周波数ｆは、ｆ＞Δｆであればよ
く、第１０図に示す従来の場合に比べて約１７３で充分
となる。したがって、コンピュータホログラムに描く曲
線の数は従来の約１／２でよく、その結果、コンビーー
タホログラムを安価にかつ精密に製造することが可能と
なる。

以上詳述したように、この実施例によれば。

物体光の一１次回折光と参照光の無変調透過光と金互い
に干渉させることにより検査面に対応する干渉縞を作シ
出している。そのため、搬送波の空間周波数を低くして
も所望の回折光を高い精度で取出すことができる。その
結果、コンピュータホログラムを簡単かつ安価に製造す
ることができるものである。また、参照半透鏡の半透鏡
面の反射強度を調整することによシ、参照光の０次回折
光と物体光の一１次回折光との光強度差を低減し１両者
のアンバランスを少なくしている。それによシ、鮮明な
干渉縞を得ることができ、検査精度を高くすることが可
能となる。

更に、この実施例において、参照光および物体光は、検
査面を除き、同じ部材、つまシ同じ光路を通ってスクリ
ーン４２に至る。そのため、仮に照射レンズ２６、半透
鏡２８等に歪みがあったとしても、参照光および物体光
は上記歪み−の影響を略等しく受け、両光の相対関係は
ほとんど変化しない。したがって、これらの光を干渉さ
せると、照射レンズ、半透煉等で受けた歪みの影響は相
殺され、スクリーン４２上に作り出される干渉縞には、
検査面の歪みに応じた曲線のみが現われる。その結果、
光学系の製造精度の影響をほとんど受けずに高い精度で
表面検査を行なうことができる。ま念、光学系の精度の
影響を低減できることから、照射レンズ、半透鏡等には
高精度の光学系を使用する必要がなく、その結果、検査
装置の製造コストを低減させることが可能となる。

なお、この発明は上述した実施例に限定されることなく
、この発明の範囲ないで種々変形可能であることは言う
までもない。例えば、上記実施例において、参照光の０
次回折光と物体光の一１次回折光とを干渉させる装置を
示したが、これに限定されることなく、物体光の一１次
回折光が参照光のＯ次回折光と同一の波面を有するよう
にコンピュータホログラムを形成した場合、参照光００
０次回折光物体光の＋１次回折光とを干渉させるように
してもよい。っまフ、この発明ておいて、：ｆｆンビュ
ータホログラムは。

参照光のＯ次回折光と物体光の±１次回折光とを干渉さ
せるように設計されていれば上記実施例と同様の作用効
果を得ることができる。また、観察手段としてスクリー
ンを用いたが、これに限らず１例えばカメラを用いても
よい。

上記実施例において、参照半透鏡３２は、照射レンズ２
６の焦点よシも半透鏡２８側に設けられているが、この
参照半透鏡は第４図に示すように照射レンズの焦点よシ
も検査面３ｏ側に設けられていてもよい。また、照射レ
ンズの精度が高い場合、参照半透鏡は照射レンズと半透
鏡との間に設けられていてもよい。この場合。

参照半透鏡の半透鏡面は、平面に形成される。

更に、上記実施例では、検査面として凹面鏡を適用した
場合について述べたが、これに限らず、第５図に示すよ
うに、凸レンズ４４ｏ表面状態を検査するようにしても
よいにの場合。

凸レンズ４４の後方に表面精度の高い補助鏡４６を配設
し、この補助鏡により、凸レンズを透過した物体光を反
射するようにする。また、非球面レンズを検査する際、
レンズの口径が大きい場合には、例えば、第６図に示す
ように、レンズ４８の後方に補助鏡としての球面鏡５０
ｆｆ配置すればよい。更に、第５図において、凸レンズ
４４の代わシに複数のレンズから成る光学系を配置する
ことにより、その光学系の波面収差を検査することもで
きる・また、この発明の検査装置は、第７図に示すように、ト
ワイマングリーン型干渉計を用いて構成されていてもよ
い。第７図において、第１図に示す実施例と同一の部分
には同一の参照符号を付してその説明を省略する。この
実施例において、参照半透鏡の代わりに反射面５２が設
けられており、この反射面の反射率Ｒ′は、上記Ｋ実施例と同様にＲ／　＝　下に設定されている。

更に、この発明の検査装置は、第８図に示すように、マ
ー・ツエンダ−型干渉計を用いて構成されていてもよい
。なお、第８図において、第１図と同一の部材には同一
の参照符号を付してその説明全省略する。この検査装置
において、レーデ発振器２０から出射されたレーデビー
ムは、レンズ２２および２４によυ拡散かつ平行にされ
た後、半透ｆｆＡ３４により物体光３４＆と参照光３４
ｂとに分割される。物体光３４ｍは、反射鏡５６により
反射された後、半透鏡５８および参照レンズ２６を透過
して被検査面３ｏに垂直に入射する。そして、被検査面
３ｏで反射された物体は、照射レン、ｅ２６を通過し半
透鏡５８で反射された後、コンピュータホログラム３６
を通過する。ホログラムを通過した物体光３４１の内、
−１次回折光３４ａ′が結像レンズ３８によル集束され
、空間周波数フィルタ４゜を選択的に通過する。一方、
参照光３４ｂは、反射鏡６０で反射された後、半透鏡５
８を透過しコンピュータホログラム３６に入射する。ホ
ログラム３６を通過した参照光の内、無変調透過光３４
ｂ′が結像レンズ３８にょシ集束され、空間周波数フィ
ルタ４０を選択的に通過する。

それにより　−１次回折光３４′と無変調透過光３４ｂ
′とが相互に干渉し、その干渉縞がスクリ−ン４２上に
写し出される。

ここで１反射鏡６０の反射角は、参照光の無変調透過光
３４ｂ′が空間周波数フィルタ４０の小穴を通過するよ
うに調整されている。また、反射鏡６０の反射率は、参
照光の無変調透過光３４ｂ′の光強度が物体光の一１次
回折光３４ａ’の光強度と略同−になるように、ある程
度小さく設定されている。例えば１反射鏡６０は、部分
反射鏡で形成されている。

以上のように構成された検査装置においても。

上記第１の実施例と同様に、鮮明な干渉縞を作り出すこ
とができ検査精度を向上させることができるとともに、
搬送波の空間周波数を低く設定しても一１次回折光を正
確に選択することができ、コンピータホログラムの製造
を簡単かつ安価に行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の一実施例に係る表面検
査装置を示し、第１図は上記装置の光学系を示す側面図
、第２図は干渉縞の一例を示す図、第３図は物体光のホ
ログラム通過後の空間周波数分布を示す図、第４図ないし第６図は、この発明のそれぞれ異なる変形
例を示す図。第７図および第８図は、この発明の第２および第３の実
施例の係る表面検査装置の光学系全それぞれ示す側面図
、第９図は従来の表面検査装置の光学系を示す側面図、第
１０図は上記従来の装置における参照光のホログラム通
過後の空間周波数分布を示す図である。２８・・・半透鏡、３０・・・被検査面、３２・・・参
照半透鏡、３６・・・コンピュータホログラム、４０・
・・空間周波数フィルタ、４２・・・スクリーン。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非球面状の被検査面の表面状態を検査する表面検
査装置において、平行なライトビームを出射する出射手段と；ホログラム
と；上記出射手段から出射されたライトビームを上記被
検査面に向かう物体光と上記ホログラムに向かう参照光
とに分光する分光手段と；上記物体光を上記被検査面に
垂直に照射するとともに被検査面に照射された物体光を
上記ホログラムに向ける光学系と；上記ホログラムを通
過した参照光のＭ次回折光およびホログラムを通過した
物体光のＮ次回折光を選択的に取出し、これらの回折光
を互いに干渉させる選択手段と；を備え、上記分光手段
は参照光のＭ次回折光および物体光のＮ次回折光の光強
度が略等しく成るように参照光および物体光の光強度を
調整する手段を有し、上記干渉した回折光の干渉縞は上
記被検査面の表面状態を現わすことを特徴とする表面検
査装置。
（２）上記選択手段は、上記ホログラムを通過した物体
光および参照光の回折光を集束する集束レンズと、上記
集束レンズの焦点近傍に設けられ参照光のＭ次回折光お
よび物体光のＮ次回折光を選択的に透過させる空間周波
数フィルタとを備えていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の表面検査装置。
（３）上記参照光のＭ次回折光は、０次回折光であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
載の表面検査装置。
（４）上記ホログラムは、物体光のＮ次回折光が参照光
の０次回折光と同一波面となるように形成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の表面検査
装置。