JPS6327707A - 双曲面鏡検査装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、双曲面鏡の面形状を評価する双曲面鏡検査装
置に関するものである。

従来の技術 従来、球面、あるいは平面を迅速に、かつ精度よく検査
する装置として、「光計測特別講演会資料「現場用干渉
計の動向」銘木、１９８５年８月２９日於東京大学生産
技術研究所」に記載されているフィーゾー型レーザ干渉
計がよく知られている。以下、上記フィーゾー型レーザ
干渉計を用いて球面形状を評価する場合について第３図
を参照しながら説明する。Ｈｅ−Ｎｅレーザ３０１から
出力されるレーザ光は集光レンズ３０２で集光され、１
／４波長板３０３を透過し、コリメートレンズ３０４で
平行光にされ、参照基準球面レンズ３０５に入射する。

このとき、一部のレーザ光は参照基準球面レンズ３０５
により反射され、再度、コリメートレンズ３０４．１／
４波長板３０３を通過し、ビームスプリッタ３０６で全
反射されて撮像管３０７に入射する。一方、残りのレー
ザ光は参照基準球面レンズ３０５で、参照球面波となり
、被測定物３０８で反射される。このとき、反射波面は
、被測定物３０８の参照球面波からの形状誤差が位相差
となっている。その反射波面が参照基準球面レンズ３０
５、コリメートレンズ３０４．１／４波長板３０３を通
過し、ビームスプリッタ−３０６で全反射されて撮像管
３０７に入射する。

撮像管３０７上では、参照基準球面レンズ３０５で最初
に反射した波面と、被測定物３０８で反射された波面と
が干渉を生じ、被測定物３０８の参照球面波からの形状
誤差が干渉縞の明暗情報として得られ、ＴＶモニタ３０
９上で干渉縞を観察することができる。

なお、３１０はＨｅ−Ｎｅレーザ３０１、集光レンズ３
０２１／４波長板３０３、コリメートレンズ３０４、ビ
ームスプリッタ３０６、撮像管３０７を内蔵し、参照基
準球面レンズ３０５を取り付けたフィーゾー型レーザ干
渉計本部である。

発明が解決しようとする問題点 以上述べた従来例の構成では、球面形状や平面形状（平
面検査の場合には、参照基準球面レンズ３０５を参照基
準平面板に取り替えればよい。）はレーザ光の波長λの
１／１０以下の精度で正確に、かつ迅速に測定評価でき
る。しかし、参照球面波、参照平面波からのズレ量が２
Ｏ２以上の場合には、干渉縞が密になり過ぎて評価がで
きなくなる。つまり、近似球面からのズレ量が２Ｏ２以
上となる双曲面は存在し、その場合、フィーゾー型レー
ザ干渉計だけでは双曲面の形状評価ができなくなる。

そこで、本発明は、双曲面の幾可学的性質を利用し、フ
ィーゾー型レーザ干渉計を用いて双曲面の形状評価を可
能にした双曲面鏡検査装置を提供しようとするものであ
る。

問題点を解決するだめの手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、ベースと、このベースに直線状に移動可能に支持
された移動台と、この移動台に揺動可能に支持された揺
動腕と、この揺動腕に直線状に移動可能に支持され、被
測定双曲面鏡を主軸回りに回転可能に保持する試料ホル
ダーと、上記揺動腕の回転中心に設けられた第１の焦点
基準部と、この第１の焦点基準部を基準として双曲面の
第１の焦点位置に支持された第１の反射体と、上記揺動
腕に直線状に移動可能に支持された第２の焦点基準部と
、この第２の焦点基準部を基準として双曲面の第２の焦
点位置に支持された第２の反射体と、上記移動台の移動
方向と光軸が一致され、レーザ光を上記被測定双面鏡に
出力するフィーゾー型レーザ干渉計とを備えたものであ
る。

作用 上記技術的手段による作用は次のようにする。

すなわち、フィーゾー型レーザ干渉計の光軸は、第１の
反射体を通り、フィーゾー型レーザ干渉計の参照基準球
面レンズで集光される焦点位置は第１の反射体と一致す
る。ここで、第１の反射体は被測定双曲面鏡の一つの焦
点位置にあるので、参照基準球面レンズで集束されたレ
ーザ光は、被測定双曲面鏡で反射され、双曲面の第１の
焦点と共役な位置にある第２の焦点位置に集光する。第
２の焦点位置には、第２の反射体があるので、この面で
再び反射され、さらに被測定双曲面鏡で反射されて、フ
ィーゾー型レーザ干渉計に戻る。このとき、仮に被測定
双曲面鏡が完全な双曲面であれば、干渉縞は表われない
。つまり、被測定双曲面鏡の理想双曲面からの形状誤差
の２倍の値が干渉縞で観察される。またレーザ光は一般
に集束光を用いるので、被測定双曲面鏡の全面が測定評
価できるとは限らないので、試料ホルダーと第２の反射
体を支持した揺動腕を第１の反射体回りＫ、移動台上で
回転させ、かつ試料ホルダーに保持した被測定双曲面鏡
を主軸回りに回転させ、ることにより、双曲面全体の形
状を測定することができる。

したがって、双曲面の幾可学的性質を利用し、フィーゾ
ー型レーザ干渉計を用いて、双曲面の形状評価が可能と
なる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例における双曲面鏡検査装置を
示す斜視図である。

第１図に示すようにベース１の中央部長手方向に沿って
案内部２が設けられ、この案内部２に移動台３が移動可
能に支持されている。ベース１の長手縁には第１のスケ
ール４が設けられ、移動台３には中心に位置して針５が
設けられ、移動台３の位置を読み取ることができる。移
動台３に回転可能だ支持された回転テーブル６には揺動
腕７の一端が支持され、揺動可能となっている。移動台
３には回転テーブル６の外周において回転角スケール８
が設けられ、回転テーブル６には中心に位置して針９が
設けられ、揺動腕７の回転角を読み取ることができる。

揺動腕７の中央部長手方向に沿って案内部１０が設けら
れ、この案内部１０に試料ホルダー１１のベース１２が
移動可能に支持されている。この試料ホルダー１１には
被測定試料である双曲面鏡１３が双曲面の主軸回りで回
転可能に支持されている。揺動腕７の一側端部の回転中
心軸上には第１の焦点基準部１４が固定され、双曲面鏡
１３の第１の焦点位置（（第１の反射球体１５の中心が
一致するように支持する。揺動腕７の他側には第２の焦
点基準部１６のベース１７が移動可能に支持され、第１
の焦点位置と共役な位置にある第２の焦点位置に第２の
反射球体１８の中心が一致するように支持する。第１と
第２の反射球体１５と１８はφ３ｍｍ以下で、波長λ＝
　６３２．８　ｎｍＫ対して反射率が高く、形状精度、
ｔ／２Ｑ以下となるように選定されている。

揺動腕７の長手縁には第２のスケール１９が設けられ、
揺動腕７には第１の焦点基準部１４の中心に位置して針
（若しくはマーク）２０が設けられ、ベース２１には第
２の焦点基準部１６の中心に位置して針２１が設けられ
、第１と第２の焦点基準部１４と１６の位置を検出する
ことができる。２２はフィーゾー型し−ザ光渉計で、参
照基準球面レンズ２３の光軸２４がベース１の直線案内
方向Ａに一致されている。

２５は干渉縞を観察するＴＶモニタである。

次に上記実施例の動作について説明する。

まず、双曲面形状について第２図を参照しながら説明す
る。

理解し易くするために、双曲面を双曲面の主軸を通る切
断面、つまりＣ−Ｚ平面の２次曲線で考えることにする
。

一般Ｋ、第２図に示すように双曲線の中心方程式は、下
記の（１）式のように表わすことができる。

但し、ｅは線離心率を表わす。

上記（１）式を頂点ａを原点にした頂点方程式で書き直
すと下記の（２）式のようになる（ｃ’−ｚ座標系）双
曲面データが上記（２）式で与えられることは少なく、
一般に下記の（３）式で与えられる場合が多い（座標は
ｃ’−Ｚ座標）。

ｅは数値離心率と呼ばれるものであり、双曲線の場合、 ε〉１　　・・・・・・（４） である。

上記（３）式において、ｒｏは基準曲率半径と呼ばれる
ものであり、第２図において、頂点ａから第１の焦点Ｓ
１までの距離ｒ０のことである。

そして（２）式を変形すると、（３）式と等しくなる。

そこで、各係数間の関係を求めると次式のようになる。

ニー６　　・・・・・・（６） （−、＝Ｋ　　・・・・・・（６）　’　）双曲線を上
記（２）式か（３）式で与えられれば、上記（５）、（
６）、（６）７式を用いることＫより、容易にａ、ｒ、
は求まることになる。つまり、第１の焦点Ｓ＋から頂点
ａまでの距離ｒ０と、第１の焦点Ｓ＋と第２の焦点８２
間の距離Ｚ　（ｒｏ＋ａ）は、双曲線の式が与えられれ
ば一意的に求めることができる。

次に、本発明に用いた双曲線の幾可学的性質について第
２図を用いて説明する。双曲線に関する一般的定理の中
で、１つの焦点の１つの接線に関する鏡像は、他の焦点
を中心として２ａを半径とする円周上にあることは「現
代数学百科（講談社刀により知られている。このことは
、第２図において、第１の焦点Ｓ＋を通る直線ｍを考え
ると、直線ｍと双曲線との交点Ｐを通る双曲線の接線ｔ
に対する直線ｍと対称な直線ｎは、第２の焦点Ｓ２を必
ず通ることを意味している。つまり、第１の焦点Ｓ、を
通る光線ｍは、双曲面上で反射し、第２の焦点Ｓ２を必
ず通過することに他ならない。以上、双曲線の数値的な
意味、幾可学的性質を説明した。

そして第１図上の位置関係においては、第１の反射球体
１５の中心と被測定双曲面鏡１３の頂点までの距離はｒ
ｏであり、第１の反射球体１５の中心から第２の反射球
体１８の中心までの距離はＺ（ｒｏ＋ａ）に設定しであ
る。そこで、まず、被測定双曲面鏡１３の設計データに
基づき、第１の反射球体１５の中心から第２の反射球体
１８の中心までの距離をＺ（ｒ。

＋ａ）に設定するために、第２の焦点基準部１６を針２
１と第２のスケール１９を用いてＺ（ｒｏ＋ａ）の値に
設定する。久に、第１の反射球体１５の中心と被測定双
曲面鏡１３の頂点までの距離をｒｏに設定する方法につ
いて説明する。フィーゾー型レーザ干渉計２２の光軸２
４は必ず、第１の反射球体１５の中心を通る。まだ針９
と回転角スケール８で零を指すように揺動腕７を回転テ
ーブル６に設定すると、光軸２４は第２の反射球体１８
の中心も通るように設定されている。次に、フィーゾー
型レーザ干渉計２２の参照基準球面レンズ２３の焦点が
第１の反射球体１５の中心と一致するように、回転部移
動台３をベースｌ上でスライドさせる。このとき針５と
ベース１上の第１のスケール４により移動台３の位置を
読み取り、−ｒ、だけ移動台３をベース１上でスライド
させる。次に、被測定双曲面鏡１３を試料ホルダー１１
に取り付け、被測定双曲面鏡１３の頂点が参照基準球面
レンズ２３の焦点位置と一致するように試料ホルダー１
１を揺動腕７上に位置決めする。

以上の手順により、被測定双曲面鏡１３の頂点と第１の
反射球体１５の中心との距離がｒ、に設定されたこと如
なる。次に、参照基準球面レンズ２３の焦点と、第１の
反射球体１５の中心とが一致するように、移動台３をベ
ース１上で＋ｒ、だけスライドさせる。

以上の設定により、参照基準球面レンズ２３により収束
されたレーザ光は被測定双曲面鏡１３の第１の焦点を通
る光束となる。この光束は被測定双曲面鏡１３で反射さ
れ、第２の焦点に集束する。第２の焦点位置と、第２の
反射球体１８の中心とは一致しているので、再び、第２
の反射球体１８で反射され、再度、被測定双曲面鏡１３
で反射し、フィーゾー型レーザ干渉計２２内にはいる。

このとき、仮に被測定双曲面鏡１３が完全に設計双曲面
と等しければ、ＴＶモニタ２５上では干渉縞は表われな
い。つまり、被測定双曲面鏡１３の設計双曲面からの形
状誤差の２倍の形状誤差としてＴＶモニタ２５上で干渉
縞として観察することができる。

またレーザ光は集束光を用いているので、被測定双曲面
鏡１３の全面が測定評価できるとは限らないので、試料
ホルダー１１と第２の反射球体１８を支持した第２の焦
点基準部１６を設定した揺動腕７を第１の反射球体１５
の中心回りで、回転テーブル６に対し回転させ、かつ試
料ホルダー１１により被測定双曲面鏡１３を主軸回りに
回転させることにより、双曲面全体の形状を評価するこ
とができる。

このように、フィーゾー型レーザ干渉計２２の迅速性、
高精度さを生かして、従来では測定評価できなかった、
双曲面形状を高精度に測定評価できるようになる。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、試料ホルダーに双曲
面鏡を主軸回りに回転可能に保持し、双面鏡の両焦点位
置に第１と第２の反射体を位置させ、これら試料ホルダ
ー、第１、第２の反射体を揺動腕により回転させるよう
にしているので、双曲面の幾可学的性質を利用し、フィ
ーゾー型レーザ干渉計を用いて、従来では測定評価でき
なかった双曲面を迅速に、かつ高精度に測定評価するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例における双曲面鏡検査装置の
斜視図、第２図は双曲線形状の説明図、第３図は従来の
フィーゾー型レーザ干渉計の説明図である。 １・・・ベース、３・・・移動台、４・・・第１のスケ
ール、７・・・揺動腕、８・・・回転角スケール、１１
・・・試料ホルダー、１３・・・被測定双曲面鏡、１４
・・・第１の焦点基準部、１５・・・第１の反射球体、
１６・・・第２の焦点基準部、１８・・・第２の反射球
体、１９・・・第２のスケール、２２・・・フィーゾー
型レーザ光干渉計、２３・・・参照基準球面レンズ、２
５・・・ＴＶモニタ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男ほか１名外　　
　　　　　　　　−３ 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベースと、このベースに直線状に移動可能に支持
   された移動台と、この移動台に揺動可能に支持された揺
   動腕と、この揺動腕に直線状に移動可能に支持され、被
   測定双曲面鏡を主軸回りに回転可能に保持する試料ホル
   ダーと、上記揺動腕の回転中心に設けられた第１の焦点
   基準部と、この第１の焦点基準部を基準として双曲面の
   第１の焦点位置に支持された第１の反射体と、上記揺動
   腕に直線状に移動可能に支持された第２の焦点基準部と
   、この第２の焦点基準部を基準として双曲面の第２の焦
   点位置に支持された第２の反射体と、上記移動台の移動
   方向と光軸が一致され、レーザ光を上記被測定双面鏡に
   出力するフィーゾー型レーザ干渉計とを備えたことを特
   徴とする双曲面鏡検査装置。
2. （２）第１、第２の反射体が直径３ｍｍ以下で波長λ＝
   ６３２．８ｎｍに対して反射率が高く、形状精度λ／２
   ０以下の球体からなる特許請求の範囲第１項記載の双曲
   面鏡検査装置。