JPS6313121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レンズ、ミラー等の光学素子の面状
態の測定に利用される干渉測定装置における試料
面の光軸合せ機構、特に自動光軸合せ機構に関す
るものである。

上記の干渉測定装置は一般に干渉計と呼ばれる
が、その原理は基準面と試料面の光軸を一致させ
て配置し、これらをレーザビームで照射して夫々
による反射ビームの光路に結像レンズを設け、基
準面と試料面との間で生ずる干渉縞をスクリーン
に投影して試料面の面状態を測定するものであ
る。

したがつて、精確な測定には試料面と基準面と
の光軸を正確に合せることが不可欠の条件にな
る。従来の干渉計における試料面の光軸合せは、
干渉縞を出す前に基準面及び試料面による反射ビ
ームのスポツトをスクリーン上に投影し、２つの
スポツトを肉眼で見ながら、基準面による反射ス
ポツト位置に試料面による反射スポツトが合致す
るように、手動で調整ダイアルを操作して試料面
の傾きを調整して行なつていた。ダイアルは一般
に３個以上あり、傾き調整過程でのスポツトの移
動方向と調整ダイアルの回転方向とは一般に一致
せず、調整は専ら操作者の慣れに頼つていた。ま
た、スポツトはある大きさの直径を持ち、肉眼に
よる観察では精度の高い重ね合せは不可能であつ
た。又、試料の置き方によつては、合せるべきス
ポツトがスクリーンから外れて現われない場合も
しばしばあり、このような時には光軸合せに非常
に時間が掛つていた。

このような理由から、干渉測定装置は非常に精
度の高い面状態測定が可能でありながら、工場ラ
インなどでの製品検査に使われることはまれであ
つた。しかし、近年超精密な面形状が要求され、
製造ラインの検査手段として干渉測定装置を使用
したいと云う要望が高まつて来た。

この発明は、この要請にかんがみ、従来の干渉
測定装置の光軸合せに関する上述の問題点を解決
した、熟練者でなくとも短時間で試料面の光軸を
精度高く合せることが出来、又レーザプリンタ等
の偏向器として一般に用いられる回転多面鏡の如
く、一つの試料に複数個の測定面がある場合に
は、夫々の測定面の相互間の位置関係を簡単に測
定することの出来る光軸合せ機構、特に自動光軸
合せ機構を提供することを目的とする。

以下、本発明を、その実施例を示す図面にもと
ずいて詳細に説明する。

第１図は、本発明をフイゾー型干渉型に適用し
た実施例を示す図である。

レーザ光源１より発するレーザビームの光路に
はビーム拡散レンズ２、ビームスプリツタ３及び
基準面４が順次一直線上に設けられている。ビー
ムスプリツタ３は光源１より発せられたビームを
透過させて基準面４に達せしめるが、基準面４で
反射したビームはこれにより反射して90曲げられ
る。ビームスプリツタ３による反射ビームの光路
上には結像レンズ６及びその結像面にスクリーン
７が設けられている。基準面４に近接してこれと
光軸を合せて試料５が装着される。ビームスプリ
ツタ３と結像レンズ６との間には光路に対して
45゜の方向に第２のビームスプリツタ８が設けら
れ、これにより分割されてもとの光路に対して直
角方向に進むビームの径路にはレンズ９及びこれ
による結像面に４分割受光素子（ホトダイオード
等）１０が設けられている。

上記構成の装置において、レーザ光源１から出
射されたレーザビームはビーム拡散レンズ２によ
つて拡散され、ビームスプリツタ３を透過し、基
準面４及び試料面５で反射され、それらの間にお
ける光路差により干渉を起しながら再びビームス
プリツタ３に至り、これにより直角方向に反射さ
れ、結像レンズ６を介して干渉縞がスクリーン７
の面上に投影される。

干渉測定に先立つて行う試料面の光軸合せは次
のように行なわれる。

基準面４で反射されたビーム（第１図中に実線
で示す）と試料面５で反射されたビーム（破線で
示す）は第２のビームスプリツタ８で反射され、
レンズ９を介して４分割受光素子１０の面上に
夫々別のスポツトとして結像される。一般にこの
スポツトは基準面と試料面の間に多重反射によ
り、試料面５の傾き方向に複数本のビーム（第１
図中に矢印で示す）が反射し、これによつて受光
素子１０上に複数個のスポツトが形成される。

本発明の装置では、これらのスポツトを肉眼で
見ながら、試料面によるスポツトを基準面による
スポツトに一致するように試料面の傾きを調整す
る代りに４分割受光素子１０の出力信号を利用し
て試料面の傾き調整のための駆動手段を制御する
ことが特徴である。

第２図は、試料面５の傾き調整機構の一例を示
すものであつて、図に示す如く、試料５は周辺部
の３点，，を、リング状の基板１１にスプ
リング１５を介して弾性的に軸方向に変位可能な
支持ピン１６の先端と、これと対向して設けられ
た調整ねじ１７の先端によつて挾持される。

ｂ図はその挾持部の詳細を示すもので、調整ね
じ１７は基準面４と平行に装置に固定された板部
材１８に穿設されたねじ孔１９に軸方向に円滑に
移動出来るように螺合されており、ギヤ列２０，
２１を介して調整モータ２２により回動され、軸
方向に微動送りできるようになつている。したが
つて、３つのモータを適当に回動させることによ
つて、試料５の傾斜をどの方向にも任意に調整す
ることができる。

次に、４分割受光素子１０の出力信号、換言す
れば受光素子面での反射ビームによるスポツトの
位置と、上記の３点，，で支持された試料
の傾きの調整の関連を第３図により説明する。

第３図のａは４分割受光素子１０の受光面を示
しており、受光素子，，，の面の中央部
に基準面４からの反射ビームによるスポツト１２
が投影されるように受光素子全体の位置を調整す
る。試料５を前述の方法で設置すると、その面の
傾きによつて、試料面からの反射ビームによるス
ポツトが，，，のいずれかの受光素子面
上に投影される。

第３図のｂは試料５の支持点，，の配置
を示すものであつて、支持点，，は直角二
等辺三角形の３頂点に設けられており、を結
ぶ直線の方向は４分割受光素子１０の，と
，の境界線の方向に対応し、を結ぶ直線
の方向は４分割受光素子の，と，の境界
線の方向に対応するように設けられている。

今、試料面５からの反射ビームによるスポツト
１３，１４が受光素子の面に投影されているも
のとする。この時受光素子からの受光出力は他
の受光素子，，からの出力よりも大きくな
る。点を調整ねじで駆動することにより試料面
は―を軸として傾動する。それに従つて受光
素子上のスポツト１３，１４は反時計方向に円
周方向に移動する。受光素子との出力が等し
くなつた時、即ちスポツト１３，１４がとの
境界線上に来た所でＡ点の駆動を停止する。この
時試料５上の直線は基準面に対して平行とな
つている（中央の図参照）。続いて点を調整ね
じにより前後に駆動することにより、スポツト列
は受光素子の中心に集中し、受光素子，，
，の出力が等しくなつた時にの駆動を停止
させる。この時、試料面は基準面に対して平行に
なつている（右図）。，の駆動方向（モータ
ーの回転方向）は最初スポツト列がどの受光面に
投影されているかによつて調整所要時間が最小時
間になるように制御部によつて決定される。たと
えば、第３図中央の図で分割線のたて軸にスポツ
ト列を合わせたが、横軸の方が近い時にはの駆
動方向を逆にする。また、受光素子分割線と調整
機構の支点を結ぶ直線の方向を図示の如く対応さ
せたことにより、駆動のアルゴリズムを簡略化す
ることができる。精密な試料によつては支点位置
を特定される場合も多いが、この場合には、試料
の支点と、調整のための支点を二段にするか、あ
るいは特定された支点における調整方向を制御部
において考慮すると良い。

第４図は傾き調整機構のブロツク図である。４
分割受光素子の，，，の各出力はマルチ
プレツサMPXに入力され制御部CPUにより選択
されたその中の１つがＡ／Ｄ変換されてCPUに
取込まれる。CPUは次々に選択素子を変えて全
出力を取込む。CPU内部では４出力を比較して
調整支点部の駆動モータ２２（MA，MB，MC）
の夫々にどちら方向にいくら回転すべきかを判断
して出力する。CPUはこの動作を前記のアルゴ
リズムに従つて行なう。

第５図は、レーザプリンタ等におけるレーザビ
ームの偏向器として用いられる回転多面鏡の面状
態測定のための干渉測定装置に本発明を適用した
実施例における光軸傾き調整機構を示すものであ
る。回転多面鏡１０１は回転軸１０２に取付けら
れる。回転多面鏡の鏡面のうち基準面１０３と
略々平行になつた面のみが測定される。筐体１０
４の内部には、支点１０７を中心として矢印Ａの
方向の傾き調整を行なう傾き調整機構１０８が設
けられている。その構成は第２図ｂに示した調整
機構と同様モータMAの回転を歯車列１０９，１
１０を介して筐体に穿設されたねじ孔に螺合する
調整ねじ１１１を微動送りして行なうようになつ
ている。傾き調整機構１０８により傾動される第
２筐体１０５の内部には回転軸１０２を中心とし
て矢印Ｂ方向の傾きを調整するとともに試料の被
測定面を切換えるための回転機構１１２が設けら
れている。この回転機構１１２はモータMB、モ
ータ軸に設けられたウオーム１１３及びウオーム
ギヤ１０６から成る。この２つの傾き調整機構１
０８，１１２により被測定面を基準面１０３と平
行にすることが出来る。モータMAMBの駆動は
４分割受光素子のスポツト受光出力を用いて行な
われることは云う迄もない。

一面の測定が終了するとCPUからモータMBに
回転多面鏡の分割角だけ回転するための信号が出
力され、隣接する面が測定位置にもたらされる。

回転多面鏡において重要なのは、各面相互の傾
き角度の差であり、各面の面倒れ角度に差がある
と偏向されたビームによる走査線が連続した一直
線にならない。

そこで、全測定面について、それぞれの面に対
する調整時の送出制御信号量（モータに与えたパ
ルス数）を記憶しておけば容易に各面の面倒れ等
を測定することができる。

ところで、一般に４分割受光素子にはあまり大
きなサイズのものは市販されていないので、第６
図に示す如く４個の単独の受光素子を「田」の字
形に並べることによりスポツトの許容移動範囲を
広げることが出来、試料を最初に取付けた時にス
ポツトが受光面から外れることを防止することが
できる。

上記の２つの実施例では、４分割受光素子のス
ポツト受光出力をCPUに入力してその出力で傾
き調整機構の駆動モータを制御して自動的に光軸
合せを行なう例を説明したが、４分割受光素子の
スポツト受光出力を用いて、光軸を合致させるた
めに人手で試料面を移動させるのに必要な情報を
出力するようにすれば、手動で調整する場合にも
迷うことなく調整可能となる。

なお、第１図にはフイゾー型干渉計に本発明を
適用した実施例を示したが、本発明はそれ以外の
トワイマングリーン型干渉計等の各種の干渉測定
装置に適用することが出来る。

以上の如く、本発明によれば、短時間で試料面
と基準面の光軸を精度よく合致させることができ
るので、工場での生産ラインなどの多数の試料が
流れている現場での製品検査に干渉測定装置を使
用することが可能となり、検査精度の向上、作業
能率の向上に顕著な効果を得ることが出来る。

又、調整量を記憶させることにより、回転多面
鏡などの各面相互の面倒れ、回転誤差等を同時に
測定することができるので、レーザビームの偏向
精度が向上し、レーザプリンタの画質向上にも寄
与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した干渉測定装置の実施
例の光学系の図、第２図ａはその試料支持部の全
体を示す斜視図、ｂはその傾き調整機構を示す断
面図、第３図は４分割受光素子の分割線の方向と
試料傾き調整機構支点の配置の関係並びに傾き調
整方法を説明する図式図、第４図はその傾き調整
機構の制御ブロツク図、第５図は本発明の他の実
施例における傾き調整機構を示す断面図、第６図
は４分割受光素子の他の構成の例を示す平面図で
ある。 １……レーザ光源、２……ビーム拡散レンズ、
３……ビームスプリツタ、４……基準面、５……
試料、６……結像レンズ、７……スクリーン、１
０……４分割受光素子、１１……試料支持基板、
１７〜２２……試料面傾き調整駆動手段、１０１
……試料、１０３……基準面、１０８，１１２…
…試料面傾き調整駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光源と、レーザ光源からのビームを拡
   散するビーム拡散レンズと、拡散されたビームを
   透過しその反対方向より来るビームを反射させる
   ビームスプリツタと、該ビームスプリツタを透過
   したビームを反射させる基準面と、該基準面と光
   軸を合せて配置される試料面と前記基準面との
   夫々による反射ビームの前記ビームスプリツター
   による反射ビームの光路に設けた結像レンズと、
   基準面と試料面との間で生ずる干渉縞を投影する
   スクリーンとを有する干渉測定装置の試料面と基
   準面とを光軸合せ機構において、前記の基準面及
   び試料面の夫々による反射ビームのスポツト結像
   面に受光面が四分割された受光素子を設けるとと
   もに、試料面の傾き調整のための駆動手段を設
   け、該駆動手段の制御に上記受光素子の出力信号
   を利用することを特徴とする光軸合せ機構。 ２ 上記の受光素子の分割線の方向と、試料面の
   傾き調整機構の傾き調整の際の傾動軸の方向とを
   対応させたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の光軸合せ機構。 ３ 上記の４分割受光素子を４個の単独の受光素
   子を「田」の字形に配置して構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
   光軸合せ機構。 ４ 試料面の傾き調整機構駆動手段を制御するた
   めの制御部を有し、４分割受光素子の出力を該制
   御部に入力し、その出力により上記傾き調整機構
   駆動手段を制御するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の自動光軸合せ機構。 ５ 試料面の傾き調整機構駆動手段を手動で駆動
   して試料面の傾き調整を行なうに必要な情報を、
   上記の４分割受光素子を用いて出力する手段を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の手動光軸合せ機構。 ６ 複数個の測定面を有する試料の面の測定を行
   う場合、各面の傾き調整量を記憶する手段を備え
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ５項のいずれかに記載の光軸合せ機構。