JPH04215009A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

Info

Publication number
JPH04215009A
JPH04215009A JP2409783A JP40978390A JPH04215009A JP H04215009 A JPH04215009 A JP H04215009A JP 2409783 A JP2409783 A JP 2409783A JP 40978390 A JP40978390 A JP 40978390A JP H04215009 A JPH04215009 A JP H04215009A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
array plate
light
optical device
lens array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2409783A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenjiro Hamanaka
賢二郎 浜中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority to JP2409783A priority Critical patent/JPH04215009A/ja
Publication of JPH04215009A publication Critical patent/JPH04215009A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、反射面の波長オーダー
の凹凸形状やうねり等を測定する場合に有用な干渉計或
いは干渉計測光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、反射面に適当な光束径を持った
レーザ等を光源とするコヒーレント平行光を照射し、そ
の反射光(物体光)と参照光との干渉によって得られた
干渉縞を解析することにより、反射面の波長オーダーの
凹凸形状を定量測定できることが古くから知られている
(例えば D.Malacara ed. “Opti
cal Shop Testing”,John Wi
ley and Sons 等)。
【0003】また、この時物体光と参照光との相対位相
差を数分の1波長ずつシフトさせ、その都度入力した干
渉縞に対して特定の最小二乗解析を行うことにより、測
定面形状が高精度に測定できる、いわゆるフリンジスキ
ャニング(Fringescanning)干渉法もよ
く知られている(例えば前掲の“Optical Sh
op Testing”Chapt 13等)。
【0004】このフリンジスキャニング法について極く
簡単に以下に説明する。測定面の位相分布(面の凹凸形
状)をφ(x,y)とする。干渉計の参照光路の光路長
を例えばピエゾ素子を用いてδiだけシフトさせ、その
都度干渉縞画像I(x,y,δi)をN枚メモリする(
i=1,2,…,N)。この時、φ(x,y)はI(x
,y,δi)(i=1,…,N)より以下の式で求めら
れる。
【数1】 但し、tan−1は−π/2〜π/2までしか定義され
ないため、これより大きい位相飛びは別途補正される。 一般に干渉縞の歪みを干渉縞のピーク検出等の画像処理
を行うことにより解析する方法は、干渉縞に明るさのム
ラ等があると測定誤差となるが、上記フリンジスキャニ
ング法を用いれば、測定値がそのようなムラに依存する
ことなく高精度に求まることが本方法の利点である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法では、ピエゾ素子等を動かしながら数枚の干渉縞
画像を入力する必要があり、装置の複雑さと干渉縞入力
中における系の振動等が問題としてあった。また数式1
の演算がかなり厖大なものであり、パーソナルコンピュ
ータレベルでの高速演算がし難いといったデメリットも
あった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
する本発明の装置は、共通の透明平面基板に複数個のレ
ンズを備えたレンズアレイ板と、このレンズアレイを構
成する個々のレンズよりも大な径をもつ第2レンズと、
位相板と、光量減衰板と、コヒーレント照明光源とを用
い、これら各要素の光学的特性及び相互配置関係を以下
の条件を満たすように設定する。 (a)  光源からのコヒーレント照明光が、レンズア
レイ板の全レンズのうち略半数個のレンズ(これを「入
射域レンズ群」と呼ぶことにする)に入射する。 (b)  第2レンズは、入射域レンズ群を透過した光
束が同時に入射可能な大きさを有する。 (c)  入射域レンズ群を透過した光束は、第2レン
ズ透過後に略平行光束となる。 (d)  第2レンズの後側焦点面の近傍で上記複数本
の平行光束はほぼ同一領域に重なる。 (e)  上記の重なる領域に仮りに鏡面状物体を配置
したとき、前記複数本の平行光束が上記物体で反射した
あと、再び第2レンズを透過し、さらにレンズアレイ板
の残りレンズ(これを「出射域レンズ群」と呼ぶことに
する)を透過する。 (f)  位相板と光量減衰板(以下「NDフィルタ」
と記す)は、レンズアレイ板中の任意の1個のレンズを
透過してから前記鏡面状物体で反射後、レンズアレイ板
の別のレンズに入射する1本の光束の伝播経路(これを
「チャネル」と呼ぶことにする)中に配置する。
【0007】
【作用】上記構成によれば、レンズアレイ板中の各レン
ズが1つ1つの光チャネルをつくり、その各光チャネル
が所定の位相差を持って同一観測面を照射し、且つその
後NDフィルタを設けてあるため、極めてコンパクトで
簡易な光学系によりフリンジスキャニング干渉計を構成
し、前述した数式1の解析のうちかなりの部分が光学的
に実現できる。
【0008】
【実施例】以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳
細に説明する。図1において1はレンズアレイ板で、透
明平面基板に微小なレンズを多数平面的に配列形成した
ものであり、一例として、ガラス基板中にガラスの屈折
率を高めるイオンを拡散させることにより得られる屈折
率勾配をもったレンズ群から成る。
【0009】すなわち、各微小レンズは周囲基板部分よ
りも高屈折率で、中心から周囲に向けて漸減する屈折率
分布をもっている。2は、上記レンズアレイを構成する
個々のレンズに比べて充分に大な口径をもつプロジェク
ションレンズ(第2レンズ)であり、レンズアレイ板1
の前方に、レンズアレイ板との関係がアフォーカルにな
るように配置される。そしてレンズアレイ板1に形成さ
れているレンズ群のうち、およそ半数のレンズ群11A
,12A,…(入射域レンズ群)に対し、図外の光源か
ら出たコリメートレーザ光3によりコヒーレント照明す
る。
【0010】さらに、プロジェクションレンズ2の後側
焦点面近傍に、表面凹凸形状を測定しようとする反射性
表面をもった被測定体4を配置する。このように各部品
を配置すると、レンズアレイ板1の入射域レンズ群11
A,12A,…から射出した光束はすべて被測定体4の
同一領域を照明し、かつ反射した後、レンズアレイ板1
の残りのレンズ群、すなわち出射域レンズ群11B,1
2B、…に入射するようにできる。
【0011】この時、レンズアレイ板1の各レンズがつ
くる1本1本の光路、例えばレンズ11A、プロジェク
ションレンズ2、被測定体4、プロジェクションレンズ
2、レンズ11Bという順に通過する光伝播経路を「チ
ャネル」と呼ぶことにする。そして、各チャネルごとに
光路長を適当な値に制御するための位相板5と、透過光
量を適当な値に制御するためのNDフィルタ6が挿入さ
れている。
【0012】図2は、レンズアレイ板1中の各レンズご
とに設けられた位相板5とNDフィルタ6の配置を模式
的に示している。レンズアレイ板1は図示例で16個の
レンズを備え、図2で片半分領域Aに属する8個のレン
ズが往光路に配置され、残り領域Bに属する8個のレン
ズが復光路に配置されている。そして、往光路には、各
チャネルの光路長の位相が0,π/2,π,3π/2に
なるように位相板5が設けられている。
【0013】また復光路には各チャネルの透過光量がs
inO,sinπ/2,sinπ,sin3π/2,c
osO,cosπ/2,cosπ、cos3π/2にな
るようにNDフィルタ6が設けられている。
【0014】往光路の位相板5と復光路のNDフィルタ
6は、各チャネルでOとcosO,OとsinO,π/
2とcosπ/2,π/2とsinπ/2というように
対応させ、適当な参照光を用いて各チャネルごとに干渉
縞fi(x,y)(i=1〜8)を形成させる。この時
のfi(x,y)は数式1の右辺を用いて表現すれば下
記のように表わすことができる。
【数2】 従って、図1に示すように各チャネルの後方にイメージ
センサ7を設けて、各チャネルごとの干渉縞画像を入力
、メモリすれば、各画像の強度和をとるだけで数式1に
おける下記のそれぞれの項、
【数3】
【数4】 の演算が実行され、あとはtan−1演算を行うだけで
被測定体4の位相形状φ(x,y)が求められる。
【0015】図3は、ビームスプリッタ8により参照光
を導く光学系の一例である。図4は、図3におけるビー
ムスプリッタ8とイメージセンサ7の間に挿入する拡散
板9、第2のレンズアレイ板20、第3のレンズ21に
よって構成される光学系で、拡散板9により、擬似的に
コヒーレント/インコヒーレント変換して光強度を取り
出し、これを第2レンズアレイ板20と第3レンズ21
ですべてのチャネルの干渉縞画像をイメージセンサ7の
同一位置に重ねて結像させる。即ちI(x,y:δi)
cosδiの各画像を同一位置に結像させることにより
、
【数3】を得、同様に各I(x,y:δi)sinδi
の重ね合せにより
【数4】を得る。従ってイメージセンサ7上に形成され
た2つの画像
【数3】
【数4】をイメージセンサ7で入力、メモリし、双方を
用いてtan−1演算を行えばφ(x,y)が求められ
る。
【0016】図5は、本発明の他の実施例を示している
。6個の小レンズにより3本のチャネルを、プロジェク
ションレンズ2の光軸に対して回転対称に配置すれば、
各チャネルの光路長は等しくなり、図6のような配置で
位相板5とNDフィルタ6を設けることにより、温度変
化やハウジング固定時の歪み等に対する安定性が向上す
る。
【0017】レンズアレイ板1として、ガラス基板内に
イオン交換で屈折率分布型レンズを一体形成したものを
用い、プロジェクションレンズ2として屈折率分布型ロ
ッドレンズ(屈折率が中心軸上で最大で外周に向けてパ
ラボリックに漸減する分布をもつ端面が平面の円柱状レ
ンズ)を使用して、両者をその平面同士で接着固定すれ
ば光学系全体がより安定したものとなる。位相板5、N
Dフィルタ6、ビームスプリッタ8、イメージセンサ7
も同様にすべて積層接着固定すれば、光学系がすべてガ
ラスで満たされた一体構造になるため、さらに高信頼で
コンパクトな光学系となる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、従来のフリンジスキャ
ニング干渉光学系と比較して以下のような利点がある。 (1)  多数枚の干渉縞画像の入力が同時に行えるた
め、光学系の経時不安定性に測定が影響されない。 (2)  数式1の位相解析演算の大部分が光学的に行
えるため、画像をメモリしたあとデジタル的に行う演算
が極めて小さく済み、簡単なパソコンでの高速演算が可
能となる。 (3)  屈折率分布型ロッドレンズや、平板マイクロ
レンズ等を一体で組み合せることにより、極めてコンパ
クトな干渉光学系が組める。勿論、プロジェクションレ
ンズの軸外収差や光学系の温度、湿度、外力等に対する
安定度のような実用上配慮すべき点はあるが、これらの
多くは図5に示したような対称配置と、屈折率分布型ロ
ッドレンズ等を用いた各部品の一体化構造によって解決
できるため、小型で高速処理可能な簡単干渉計として極
めて有効な光学系であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す断面図。
【図2】本発明装置における位相板とNDフィルタの配
置例を示す正面図。
【図3】本発明の第2実施例を示す断面図。
【図4】本発明装置の第3実施例を示す要部断面図。
【図5】本発明装置の第4実施例を示す概略斜視図。
【図6】図5の例における位相板とNDフィルタの配置
関係を示す正面図。
【符号の説明】
1    レンズアレイ板 2    プロジェクションレンズ(第2レンズ)3 
   コヒーレント照明光 4    被測定体 5    位相板 6    NDフィルタ(光量減衰板)7    イメ
ージセンサ 8    ビームスプリッタ 9    光拡散板 11A    入射域レンズ 12A    入射域レンズ 11B    出射域レンズ 12B    出射域レンズ 20    第2レンズアレイ板 21    第3レンズ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  共通の透明平面基板に複数個のレンズ
    を備えたレンズアレイ板と、このレンズアレイ板のレン
    ズ群のうち略半数個のレンズ(入射域レンズ群)に入射
    するコヒーレント照明光と、前記入射域レンズ群を透過
    した光束を同時に入射可能な大きさをもつ第2レンズと
    を備え、前記入射域レンズ群を透過した光束は前記第2
    レンズを透過後に略平行光束となり、さらに、前記第2
    レンズの後側焦点面の近傍で前記複数本の平行光束はほ
    ぼ同一領域に重なると共に、その位置に鏡面状物体を配
    置したとき、前記複数本の平行光束が前記鏡面状物体で
    反射したあと、再び前記第2レンズを透過し、さらに前
    記レンズアレイ板の残りレンズ群(出射域レンズ群)を
    透過するようになし、且つ、前記レンズアレイ板の任意
    の1個のレンズを透過してから前記鏡面状物体で反射後
    、前記レンズアレイ板の別のレンズに入射する1本の光
    束の伝播経路(チャネル)中に、その伝幡経路の光路長
    を制御するための位相板と、伝播光の透過光強度を制御
    するための光量減衰板を備えていることを特徴とする光
    学装置。
  2. 【請求項2】  前記光学装置から射出する光束に対し
    て参照光を重ね合せる光学系を備え、前記各チャネルご
    とに前記鏡面状物体の表面凹凸形状を干渉縞の歪みとし
    て観測できるようにした請求項1に記載の光学装置。
  3. 【請求項3】  前記複数本のチャネルの光路長差は、
    前記コヒーレント照明光の波長の数分の1程度であり、
    且つ、略等間隔の差になっている請求項1又は2に記載
    の光学装置。
  4. 【請求項4】  前記レンズアレイ板は、ガラス基板内
    に、周囲よりも高屈折率で且つ中心から周辺に向けて漸
    減する屈折率分布をもつ領域から成るレンズ部分を配列
    形成したものである請求項1,2又は3いずれかに記載
    の光学装置。
  5. 【請求項5】  前記第2レンズは、少くとも片面が平
    面である屈折率分布型レンズであり、且つ平面側が前記
    レンズアレイ板の面と密着固定されている請求項1,2
    ,3,4いずれか1項に記載の光学装置。
  6. 【請求項6】  前記レンズアレイ板の、前記第2レン
    ズとは別の方向の位置にビームスプリッタを備え、前記
    コヒーレント照明光の一部をレンズアレイ板に入射する
    前に分割すると共に、前記鏡面状物体から反射した後、
    レンズアレイ板の出射域レンズ群から射出した光束に重
    ね合せるようにした請求項1,2,3,4,5いずれか
    1項に記載の光学装置。
  7. 【請求項7】  前記光学装置の後方に、レンズアレイ
    板の出射域レンズ群から射出した光束を空間的に複数個
    重ね合せるための第2の光学系を備えた請求項1,2,
    3,4,5,6いずれか1項に記載の光学装置。
  8. 【請求項8】  前記第2の光学系は、第2のレンズア
    レイ板と第3のレンズとで構成されている請求項7に記
    載の光学装置。
  9. 【請求項9】  前記第2光学系の直前に光拡散板を備
    えた請求項7又は8に記載の光学装置。
JP2409783A 1990-12-10 1990-12-10 光学装置 Pending JPH04215009A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2409783A JPH04215009A (ja) 1990-12-10 1990-12-10 光学装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2409783A JPH04215009A (ja) 1990-12-10 1990-12-10 光学装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04215009A true JPH04215009A (ja) 1992-08-05

Family

ID=18519066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2409783A Pending JPH04215009A (ja) 1990-12-10 1990-12-10 光学装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04215009A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107894208B (zh) 光谱共焦距离传感器
US20220187161A1 (en) Deflectometry Measurement System
KR20000016177A (ko) 반도체 웨이퍼의 두께 변화를 측정하는 간섭계
CN108474642B (zh) 使用倾斜物光波和具有菲索干涉仪物镜的干涉仪
JP2004184309A (ja) 干渉計
US8339612B2 (en) Shape-measuring interferometer having low-coherence source conjugate to the examined object
US4125778A (en) Apparatus for laser anemometry
US5815268A (en) Lithographic lens wavefront and distortion tester
JP2001235317A (ja) 光学球面曲率半径測定装置
JP2533514B2 (ja) 凹部深さ・膜厚測定装置
Rubin Scatterplate interferometry
US6459490B1 (en) Dual field of view optical system for microscope, and microscope and interferometer containing the same
JP3085961B2 (ja) 長尺物観察用光学装置
US7295321B1 (en) VISAR interferometer with field elements
JPH0789052B2 (ja) 放物面鏡形状検査測定用の位相共役干渉計
US6762889B2 (en) Compact telephoto lens for grating scale position measuring system
JP2002206914A (ja) 斜入射干渉計装置
JPH06331319A (ja) 光学式高さ測定装置
GB2209210A (en) Apparatus for measuring spectral characteristics of laser radiation
JP3164127B2 (ja) ホログラム干渉計
JP2544389B2 (ja) レンズ中心厚測定装置
US3402633A (en) Long path multiple beam interferometer
JP7112649B2 (ja) データ取得装置
JPH0244204A (ja) 光フアイバ式干渉膜厚計
JP3170893B2 (ja) 空間光変調素子評価装置の調整方法