JPH02259505A - 縞走査型干渉測定装置 - 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、参照光と被測定物体からの光との位相差を時
間的に変化させることにより縞走査を行なわせ被測定物
体の形状などを測定する縞走査型測定装置にかんする。

〔従来の技術Ｊ 従来、第３図に示すごとき縞走査型干渉測定装置が知ら
れている。

同図において、１はレーザ光源、２はビームエキスパン
ダー光学系、３は偏光ビームスプリッタ−１４ａ、４ｂ
は１／４波長板、５は電気光学素子、６は電気光学素子
５に変化する電圧を印加して電気光学素子５の光学異方
性の大きさを変化させる為の電源、７は被測定物体、８
は参照ミラー、９は結像レンズ１０は光検出器、１１は
偏光板である。

ここにおいて、レーザ光源ｌからの光束はビームエキス
パンダー光学系２でその径を広げられて偏光ビームスプ
リッタ−３に入射し、偏光方向の違いに従って透過成分
は図波長板４ａに入射し反射成分は電気光学素子５及び
図波長板４ｂに入射する。透過成分は図波長板４ａで円
偏光とされて被測定物体７で反射され、再び図波長板４
ａを通ることでこれへの入射時と比べて偏光面が９０度
回転された状態で偏光ビームスプリッタ−３に戻る。

従って、今度はこの被測定物体７からの光束は偏光ビー
ムスプリッタ−３で第３図下方に反射される。

一方、例えば、紙面垂直方向の偏光面を持つ反射成分は
、光学軸が適宜に配向された電気光学素子５において異
常光線に対する屈折率の作用を受けてこれを透過し、図
波長板４ｂを経て参照ミラー８により反射される。そし
て、図波長板４ｂを再び透過して偏向面が最初の入射時
と比して９０度回転された状態で再度電気光学素子５に
入射する。従って、今度は反射成分は電気光学素子５に
おいて常光線に対する屈折率の作用を受けてこれを透過
し、偏向ビームスプリッタ−３に入射しここをそのまま
透過して第３図下方に向かう。

こうして、参照ミラー８からの参照光と被測定物体７か
らの光束は重ね合わされて、適宜に配向された偏光板１
１及び結像レンズ９を通って光検出器１０に到達する。

このとき、偏光ビームスプリッタ−３の境界面上で干渉
させられた上記両光束は、偏光板１１を通過することで
光検出器ｌＯでは干渉縞強度として検出される。

この際、電気光学素子の光学異方性は変化する印加電圧
によってその大きさが変化し、常屈折率と異常屈折率が
変化するので（一方が増加する場合、他方は減少する）
、電気光学素子５を２度通過する反射成分の位相は変化
させられる。従って、この参照光と被測定物体７からの
光との位相差は変化し、光検出器１０上の干渉縞は移動
させられる。そして、電気光学素子５の光学異方性を変
化させる電源６の動作に同期して、上記移動する干渉縞
データの取り込みが行なわれ、コンビ二一夕で解析され
て被測定物体７の形状等が測定される。これは縞走査と
呼ばれる測定法であり、これによれば大気のゆらぎやノ
イズ等に起因する誤差が最小化されて測定がより正確に
行なわれる（例えばＳ、Ｙｏｋｏｚｅｋｉ、に、Ｐａｔ
ｏｒｓｋｉ　　ａｎｄ　　Ｋ、０ｈｎｉｓｈｉ：０ｐｔ
ｉｃｓ　　Ｃｏｍｍｕｎ。

１４　（１９７５）４０１やＤｉｇｉｔａｌＷａｖｅｆ
ｒｏｎｔ　　ＭｅａｓｕｒｉｎｇＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍ
ｅｔｅｒ　　ｆｏｒ　　Ｔｅｓｔｉｎｇ　　０ｐｔｉｃ
ａｌ　　５ｕｒｆａｃｅｓ　　ａｎｄ　　Ｌｅｎｓｅｓ
　　：Ａｐｐｌｆｅｄ　　０ｐｔｉｃｓ／Ｖｏ１．１３
．Ｎ。

１１／Ｎｏｖｅｍｈｅｒ　　１９７４９照）また、電気
光学素子５をなくし、参照ミラー８を電圧素子などで振
動させて参照光と被測定物体７からの光との位相差を変
化させる構成も知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし乍ら、上記従来例では、面積が成る程度大きな被
測定物体の形状等を測定する場合、それに応じて光束の
径も成る程度大きくなり、従って参照光を作る電気光学
素子や振動ミラーも成る程度の面積を有する必要がある
。このことは、電気光学素子が成る程度の面積に亙って
均一の特性を持つことや、振動ミラーが成る程度の面積
において傾かずに精確に光軸方向に振動する必要が成る
ことを意味する。従って、電気光学素子の作成や圧電素
子、参照ミラーなどの作成、位置決めに高度で煩わしい
技術が要求され、コストが高くなるという欠点があった
。

特に、電気光学素子を参照光路内に設ける従来例では、
参照光路の往復で光束に位相変化を与える構成であるの
で、往路で電気光学素子の異常屈折率の作用を受けた場
合、復路では偏光面が９０度回転している為に常屈折率
の作用を受けることになり、（逆も同様）、常及び異常
屈折率は互いに逆の方向に変化するので往復での位相変
化量が打ち消し合うことになる。従って、大きな位相変
化を得る為には電気光学素子に大電界を印加する必要が
ある。

従って、本発明の目的は、上記欠点を解決すべく、電気
光学素子や振動する参照ミラーを使用しても参照光と被
測定物体からの光との位相差が充分な精度と大きさを持
って容易に得られる様に構成された縞走査型干渉測定装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段〕 上記目的を達成する本発明の縞走査型干渉測定装置にお
いては、レーザ光源などの光源からの光を処理して時間
的に位相差の変化する２光波成分を含む光束を作り出す
位相差変化手段が設けられ、偏光ビームスプリッタ−な
どのビームスプリッタ−により位相差変化手段からの光
束の２光波成分が被測定物体へ向かう光と９１１１ｉ面
へ向かう光とに分割される位相差変化手段は、具体的に
は、電気光学素子或は圧電素子で振動される反射ミラー
などから構成され、これら電気光学素子や圧電素子など
に印加される電圧を制御することにより位相差の変化が
制御される。

位相差変化手段からの２光波成分を、どの様に被測定物
体及び参照面へ向かう光に振り分けるかは設計に応じて
適宜法めれば良い。

［作用］ 本発明においては、被測定物体からの反射光束或は透過
光束と参照面からの光束が干渉させられ、且つこれら２
光束の位相差が制御され乍ら時間的に変化させられ、こ
れに伴って変化する干渉縞強度の位相差から被測定物体
の形状或は透過波面形状などが測定されるそして、被測
定物体への入射光束と参照面への参照光束とにビームス
プリッタ−で分割される前の段階に、時間的に位相差の
変化する２光波成分を含む光束を作り出して上記ビーム
スプリッタ−に入射させる位相差変化手段が設けられて
いるので、この位相差変化手段は比較的細い光束を処理
できることになって、位相差変化動作に伴う精度への悪
影響が最小化され且つ位相差変化の程度に関して柔軟性
に富んだ装置が比較的安価に構成される［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例を示す。同図の構成におい
ては、第３図の従来例と比較して、電気光学素子１５が
レーザ光源１とビームエキスパンダー光学系２との間の
光路中に配置されている。

レーザー光源１から出射した光束は先ず電気光学素子１
５に入射する。電気光学素子１５は、例えば、ＰＬＺＴ
板より成り、その端面に電極を設けて光束の方向に電界
を印加すると入射光束に垂直な面内で互いに直交する２
つの方向に関して光学異方性を発生する様ｌトなってい
る。従って、電源６より、変化する電圧が電気光学素子
１５に印加されると、上記互いに直交する２つの方向に
偏光面を有する偏光成分は、夫々、常光線及び異常光線
として、時間的に変化する常屈折率及び異常屈折率を経
験するので、電気光学素子１５からの出射光はその偏光
方向の違いにより、時間的に変化する異なった２つの位
相を有することになる。

このとき、入射光束はその径がまだ比較的小さいので、
電気光学素子１５の均一特性部分の面積は小さくて済み
、また出射光束に含まれる常光線成分と異常光線成分は
、夫々、互いに反対方向に変化する常屈折率と異常屈折
率を、電気光学素子１５を一度通過して経験するのであ
るから、両成分の位相差ないし変化量を大きくできる。

電気光学素子１５から出射した上記常光線成分と異常光
線成分とを含む光束は、ビームエキスパンダー光学系２
で、その径が被測定物体７の大きさに応じた適当な大き
さに広げられ、偏光ビームスプリッタ−３に入射する、
偏光ビームスプリッタ−３は、例えば、その透過成分の
偏光方向を上記常光線成分の偏光方向と一致させて配置
され、従ってその反射成分の偏光方向は上記異常光線成
分のそれと一致している。

よって、常光線成分はそのまま偏光ビームスプリッタ−
３を透過し電波長板４ａを通過した後、被測定物体７で
反射され、再び電波長板４ａを通って偏光ビームスプリ
ッタ−３に戻ってくる。戻ってきた常光線成分が偏光ビ
ームスプリッタ−３で反射され第１図下方に向かうこと
は、第３図の説明で述べたと同じ理由による。

一方、異常光線成分は偏光ビームスプリッタ−３で反射
され、電波長板４ｂを通過した後、参照面である参照ミ
ラー８で反射され、再び域波長板４ｂを通って偏光ビー
ムスプリッタ−３に戻って（る、この戻ってきた異常光
線成分が偏光ビームスプリッタ−３をそのまま透過して
第１図下方に向かうことも、第３図の説明で述べたと同
じ理由による。

こうして、常及び異常光線成分は偏光ビームスプリッタ
−３の境界面上で干渉し、偏光板１１、結像レンズ９を
通過することで光検出器ｌＯで干渉縞強度として検出さ
れる。

ここにおいて、電気光学素子１５への印加電界の大きさ
が変化させられるので上記両光束成分の位相差が変化し
、縞走査による測定が行なわれるのは第３図の従来例で
述べたのと同じである。

この様に、第１実施例では、電気光学素子１５などから
成る位相差変化手段で１時間的に位相差の変化する２光
波酸分を含む光束を作り出し、偏光ビームスプリッタ−
３等を有する干渉計側にこの光束を入射させる構成であ
るので、位相差変化手段は比較的細い光束を処理すれば
良く侍相差制御の精度、柔軟性及びコストの点で有利に
なる。

次に第２図の第２実施例を説明する。

同図において、偏光ビームスプリッタ−３などから成る
干渉計測は第１図の第１実施例と同じであり１時間的に
位相差の変化する２光波酸分を含む光束を出射する位相
差変化手段のみが第１実施例と異なる。

第２実施例において、２１は電源６により光軸方向に伸
縮させられる圧電素子、２２は圧電素子２１に固着され
た反射ミラー、２３は固定された反射ミラー　２４ａ、
２４ｂは残液長板、２５は偏光ビームスプリッタ−３と
は別設の偏光ビームスプリッタ−１１６はビームエキス
パンダー光学系２内に設けられた光束の形状等を整える
為のピンホールである。

レーザ光源１から出射した光束は偏光ビームスプリッタ
−２５に入射し、偏光方向の違いにより透過成分は振動
するミラー２２の方向へ、反射成分は固定のミラー２３
の方向へ分割される。偏光ビームスプリッタ−２５を透
過した光束は電波長板２４ａを通過しミラ−２２で反射
されて、再び図波長板２４ａを通過して偏光ビームスプ
リッタ−２５へ戻るが、ス波長板２４ａを２度通過する
ので往路と復路とでその偏光方向は直交している。従っ
て、偏光ビームスプリッタ−２５で反射されてビームエ
キスパンダー光学系２へ入射する。

一方、偏光ビームスプリッタ−２５での反射成分は図波
長板２４ｂを通過し固定ミラー２３で反射されて、再び
属波長＠２４ｂを通って偏光ビームスプリッタ−２５へ
戻るが、上記透過成分の説明における理由と原理的に同
理由により偏光ビームスプリッタ−２５を透過してビー
ムエキスパンダー光学系２へ入射する。こうして透過及
び反射成分の両光束は再び同一光路を辿ってビームエキ
スパンダー光学系２に入射する。

この際、偏光方向が相互に直交している両光束の位相差
は振動ミラー２２の位置に依存するので、電源６の電圧
によりこの位相差は時間的に変化させられる。

次に、両光束は径を広げられて偏光ビームスプリッタ−
３に入射し、偏光方向の違いに従ってここで分割される
のであるが、この干渉計側の振舞は第１実施例と本質的
に同じであるので説明を省略する。

上記第２実施例でも、第１実施例と同様に、振動ミラー
２２などの位相差変化手段を干渉計から分離し、光源か
ら出射直後の比較的細い光束を処理して位相差の時間的
に変化する２光波酸分を含む光束を作り出しているので
、振動ミラー２２などの傾きなどが位相差変化の精度を
劣化させることが最小化されるまた、第１実施例では両
光波成分の位相が時間的に変化させられて時間的に変化
する位相差が実現されているが、第２実施例では一方の
光波成分の位相のみを時間的に変化させている。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明の構成によれば、被測定物体への入
射光束と参照光束とに分割する前の段階で、電気光学素
子や振動ミラーなどを用いて位相差の時間的に変化する
２光波酸分を含む光束を作り出し、この光束を分割して
被測定物体への入射光束と参照光束を作り出しているの
で、位相差変化手段が充分な精度で比較的安価に実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成°図、第２図は本発
明の第２実施例の構成図、第３図は従来例の構成図であ
る。 ｌ・・・・・レーザ光源、２・・・・・ビームエキスパ
ンダー光学系、３．２５・・・・・偏光ビームスプリッ
タ−１４ａ、４ｂ、２４ａ、２４ｂ・・・・・４波長扱
、６・・・・・電源、７・・・・・被測定物体、８・・
・・・参照ミラー　ｌＯ・・・・・光検出器１１・・・
・・偏光板、１５・・・・・電気光学素子、２１・・・
・・圧電素子、２２．２３・・・・・反射ミラー、２６
・・・・・ピンホール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物体からの光と参照面からの光とを干渉させ
   且つこれら２つの光の位相差を時間的に変化させること
   によって、これに伴って変化する干渉縞強度の位相差か
   ら被測定物体の形状等を測定する縞走査型干渉測定装置
   に於て、 光源からの光を処理して時間的に位相差の 変化する２光波成分を含む光束を作り出す位相差変化手
   段が設けられ、該位相差変化手段からの上記光束の２光
   波成分がビームスプリッターにより被測定物体へ向かう
   光と参照面へ向かう光とに分割されることを特徴とする
   縞走査型干渉測定装置。 ２、前記位相差変化手段とビームスプリッターとの間の
   光路内にビームエキスパンダー光学系が設けられている
   請求項１記載の測定装置３、前記位相差変化手段は、光
   源からの光束が入射し印加電界強度に依存して光学異方
   性が変化する電気光学素子を有し、前記ビームスプリッ
   ターにより、該電気光学素子より出射される光束の常光
   線成分と異常光線成分のうちのいずれか一方が被測定物
   体に入射させられ、他方が参照面に入射させられ、且つ
   上記電界強度を制御することにより、被測定物体と参照
   面への上記２つの入射光束の位相差が制御される請求項
   １記載の測定装置。 ４、前記位相差変化手段は、光源からの光束を分割する
   別のビームスプリッターと該別のビームスプリッターに
   より分割された２光束の一方を受ける固定された反射ミ
   ラーとこの分割された２光束の他方を受ける移動する反
   射ミラーとを有し、該移動する反射ミラーの動きを制御
   することによりこれら２光束の位相差が制御される請求
   項１記載の測定装置。