JPH0545140A - 曲率半径の測定方法及び装置 - Google Patents
曲率半径の測定方法及び装置Info
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- JPH0545140A JPH0545140A JP20422091A JP20422091A JPH0545140A JP H0545140 A JPH0545140 A JP H0545140A JP 20422091 A JP20422091 A JP 20422091A JP 20422091 A JP20422091 A JP 20422091A JP H0545140 A JPH0545140 A JP H0545140A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短時間で、かつ高精度に被検球面の曲率半径
を求めることができる方法、および装置を提供するこ
と。 【構成】 光源１からの可干渉光を、参照面４と、９の
位置にある既知の曲率半径ｒo を持つ校正球面とに照射
して参照波と被検波とを干渉させる。次に校正球面の代
わりに未知の曲率半径ｒの被検球面を９の位置に置き、
同様に干渉させる。このとき、可干渉光に周期的な波長
変化Δλを与えると共に、参照波と被検波との間に変調
素子１６，１７によってΔνの周波数差を与えておけ
ば、通常の干渉と同時にヘテロダイン干渉を生じる。干
渉縞の結像面１１又は１３でフォトダイオード１３によ
りビート信号Ｉを受け、演算装置２３で処理をすること
により高精度に光路差を測定でき、これから被検球面の
曲率半径ｒを求められる。
を求めることができる方法、および装置を提供するこ
と。 【構成】 光源１からの可干渉光を、参照面４と、９の
位置にある既知の曲率半径ｒo を持つ校正球面とに照射
して参照波と被検波とを干渉させる。次に校正球面の代
わりに未知の曲率半径ｒの被検球面を９の位置に置き、
同様に干渉させる。このとき、可干渉光に周期的な波長
変化Δλを与えると共に、参照波と被検波との間に変調
素子１６，１７によってΔνの周波数差を与えておけ
ば、通常の干渉と同時にヘテロダイン干渉を生じる。干
渉縞の結像面１１又は１３でフォトダイオード１３によ
りビート信号Ｉを受け、演算装置２３で処理をすること
により高精度に光路差を測定でき、これから被検球面の
曲率半径ｒを求められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学レンズやベアリン
グのボール等、球面を有するものの曲率半径を計測する
技術に関する。
グのボール等、球面を有するものの曲率半径を計測する
技術に関する。
【０００２】光学レンズや、ベアリング等を製造した場
合、それらの球面の仕上がり状態を測定し、球面の曲率
半径が、設計通りになっているか否かを評価する必要が
あるが、かかる球面を測定する場合、従来は次の二つの
方法によっていた。まず第１は、図３に示す光学的スフ
ォロメータを用いるものである。これは、可干渉球面波
を被検球面ａに入射させたとき、対物レンズの焦点位置
が被検球面ａの表面Ａに一致したときと、被検球面の曲
率中心Ｏと一致した場合の２か所で干渉縞を形成するの
で、この二点間の距離Ｓを外部に設けたリニアエンコー
ダ等で計測することによって、被検球面の曲率半径ｒを
計測するものである。すなわち、Ｓ＝ｒにより被検球面
ａの曲率半径ｒを求めることができる。
合、それらの球面の仕上がり状態を測定し、球面の曲率
半径が、設計通りになっているか否かを評価する必要が
あるが、かかる球面を測定する場合、従来は次の二つの
方法によっていた。まず第１は、図３に示す光学的スフ
ォロメータを用いるものである。これは、可干渉球面波
を被検球面ａに入射させたとき、対物レンズの焦点位置
が被検球面ａの表面Ａに一致したときと、被検球面の曲
率中心Ｏと一致した場合の２か所で干渉縞を形成するの
で、この二点間の距離Ｓを外部に設けたリニアエンコー
ダ等で計測することによって、被検球面の曲率半径ｒを
計測するものである。すなわち、Ｓ＝ｒにより被検球面
ａの曲率半径ｒを求めることができる。
【０００３】第２の方法としては、光プローブや接触針
式スタイラスで被検球面上を走査し、そのときの深さ情
報から曲率半径ｒを算出するものである。
式スタイラスで被検球面上を走査し、そのときの深さ情
報から曲率半径ｒを算出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の第１の
方法では、被検球面を移動させて二回計測しなければな
らず、多数個の測定を行う場合には、長時間を要し、能
率が悪い。また、第２の方法は、点で面を走査するの
で、さらに時間がかかってしまう。本発明は、上記の問
題の解決を図ったもので、短時間で被検球面の曲率半径
を求めることができる方法、および装置を提供すること
を目的としている。
方法では、被検球面を移動させて二回計測しなければな
らず、多数個の測定を行う場合には、長時間を要し、能
率が悪い。また、第２の方法は、点で面を走査するの
で、さらに時間がかかってしまう。本発明は、上記の問
題の解決を図ったもので、短時間で被検球面の曲率半径
を求めることができる方法、および装置を提供すること
を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の方法は、光源からの可干渉光を参照面と被
検面とに照射し、参照波と被検波とを重畳して干渉縞を
形成する干渉光学系を用いた測定方法において、参照面
からの参照波と、既知の曲率半径（ｒo ）を持つ校正球
面に、その曲率中心に集束するように可干渉光を照射し
て反射された被検波とを重畳し、干渉縞を形成したとき
の光路差を基準光路差（Ｌo ）として求め、次に、未知
の曲率半径（ｒ）を有する被検球面に、その曲率中心に
集束するように可干渉光を照射して参照波と被検波とを
重畳し、干渉縞を形成したときの光路差（Ｌ）を求め、 式 ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo から被検球面の曲率半径（ｒ）を求める構成を特徴とし
ている。
めに本発明の方法は、光源からの可干渉光を参照面と被
検面とに照射し、参照波と被検波とを重畳して干渉縞を
形成する干渉光学系を用いた測定方法において、参照面
からの参照波と、既知の曲率半径（ｒo ）を持つ校正球
面に、その曲率中心に集束するように可干渉光を照射し
て反射された被検波とを重畳し、干渉縞を形成したとき
の光路差を基準光路差（Ｌo ）として求め、次に、未知
の曲率半径（ｒ）を有する被検球面に、その曲率中心に
集束するように可干渉光を照射して参照波と被検波とを
重畳し、干渉縞を形成したときの光路差（Ｌ）を求め、 式 ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo から被検球面の曲率半径（ｒ）を求める構成を特徴とし
ている。
【０００６】このとき、基準波長（λo ）を有する可干
渉光に周期的な波長変化（Δλ）を与え、変調素子によ
って参照波と被検波との間に周波数差（Δν）を与え、
両波を重畳してビート信号（Ｉ）を作り、次式 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 から前記の光路差（Ｌo ，Ｌ）を求めるようにすること
が望ましい。
渉光に周期的な波長変化（Δλ）を与え、変調素子によ
って参照波と被検波との間に周波数差（Δν）を与え、
両波を重畳してビート信号（Ｉ）を作り、次式 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 から前記の光路差（Ｌo ，Ｌ）を求めるようにすること
が望ましい。
【０００７】また、本発明の装置は、光源からの可干渉
光を参照面と被検面とに照射し、参照波と被検波とを重
畳して干渉縞を形成する干渉光学系を用いた測定装置に
おいて、基準位置決め用の既知の曲率半径（ｒo ）を有
する校正球と、参照面と構成球面との基準光路差（Ｌo
）および参照面と被検球面との光路差（Ｌ）を測定す
る手段とを有する構成を特徴としている。
光を参照面と被検面とに照射し、参照波と被検波とを重
畳して干渉縞を形成する干渉光学系を用いた測定装置に
おいて、基準位置決め用の既知の曲率半径（ｒo ）を有
する校正球と、参照面と構成球面との基準光路差（Ｌo
）および参照面と被検球面との光路差（Ｌ）を測定す
る手段とを有する構成を特徴としている。
【０００８】前記光路差を測定する手段が、前記光路差
を測定する手段が、可干渉光の波長を既知の基準値（λ
o ）から既知の値（Δλ）だけ周期的に変化できる光源
と、参照波と被検波との間に周波数差（Δν）を与える
変調素子と、参照波と被検波とが重畳されてできるビー
ト信号（Ｉ）の受信手段と、次式、 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 から被検球面の曲率半径（ｒ）を求める演算装置とから
なる構成とすることが望ましい。
を測定する手段が、可干渉光の波長を既知の基準値（λ
o ）から既知の値（Δλ）だけ周期的に変化できる光源
と、参照波と被検波との間に周波数差（Δν）を与える
変調素子と、参照波と被検波とが重畳されてできるビー
ト信号（Ｉ）の受信手段と、次式、 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 から被検球面の曲率半径（ｒ）を求める演算装置とから
なる構成とすることが望ましい。
【０００９】
【作用】光源から発せられた可干渉光は、光路分割素子
により参照面に進むものと、被検球面に進むものとに分
割される。参照面に達して反射されたものは、参照波と
なり、被検球面に達して反射されたものは被検波になっ
て、やがて重畳される。被検球面としては、最初は曲率
半径が既知でｒo の校正球が置かれ、この校正球面に可
干渉光が照射される。校正球を光軸上で前後に移動し、
可干渉光が校正球の曲率半径の中心に集束するように照
射すると、被検波と参照波とは干渉縞を結像する。この
干渉縞を形成する校正球の位置から参照面との光路差を
測り、基準光路差Ｌo とする。
により参照面に進むものと、被検球面に進むものとに分
割される。参照面に達して反射されたものは、参照波と
なり、被検球面に達して反射されたものは被検波になっ
て、やがて重畳される。被検球面としては、最初は曲率
半径が既知でｒo の校正球が置かれ、この校正球面に可
干渉光が照射される。校正球を光軸上で前後に移動し、
可干渉光が校正球の曲率半径の中心に集束するように照
射すると、被検波と参照波とは干渉縞を結像する。この
干渉縞を形成する校正球の位置から参照面との光路差を
測り、基準光路差Ｌo とする。
【００１０】次に、校正球を取り除き、測定しようとす
る被検球面を置き、同様に干渉縞を起こさせ、そのとき
の光路差Ｌを測定する。以上により求めたＬo，Ｌ及び
既知の値ｒo とから、被検球面の曲率半径ｒは、式ｒ＝
Ｌo−Ｌ＋ｒo により求まる。
る被検球面を置き、同様に干渉縞を起こさせ、そのとき
の光路差Ｌを測定する。以上により求めたＬo，Ｌ及び
既知の値ｒo とから、被検球面の曲率半径ｒは、式ｒ＝
Ｌo−Ｌ＋ｒo により求まる。
【００１１】基準の波長λo を持つ上記の可干渉光に対
し、Δλの範囲で周期的な変動を加えることによりＬo
とＬを求めることは可能であるが、高精度には求められ
ない。そこで、変調素子で参照波と被検波との間にΔν
の周波数差を与えることにより、ヘテロダイン干渉を起
こし、Ｌo とＬを高精度に求めることができる。そし
て、重畳された可干渉光の交流成分で示されるビート信
号Ｉ（強度信号）は、次式で与えられる。 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 この式のうち、Ｉはビート信号として干渉縞から測定で
き、λｏ，Δλ及びΔνは既知の値であるから、Ｌを算
出することができる。この電気的な位相検出では、分解
能が２π／10,000程度と高く、たとえば、Ｌが数十cmで
あれば、μｍオーダでの測定が可能になる。
し、Δλの範囲で周期的な変動を加えることによりＬo
とＬを求めることは可能であるが、高精度には求められ
ない。そこで、変調素子で参照波と被検波との間にΔν
の周波数差を与えることにより、ヘテロダイン干渉を起
こし、Ｌo とＬを高精度に求めることができる。そし
て、重畳された可干渉光の交流成分で示されるビート信
号Ｉ（強度信号）は、次式で与えられる。 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 この式のうち、Ｉはビート信号として干渉縞から測定で
き、λｏ，Δλ及びΔνは既知の値であるから、Ｌを算
出することができる。この電気的な位相検出では、分解
能が２π／10,000程度と高く、たとえば、Ｌが数十cmで
あれば、μｍオーダでの測定が可能になる。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の実施例を、図面に従って説明
する。図１に本発明の装置の構成を示す。なお、この実
施例に示す装置の基本構成は、マッハツェンダの干渉計
であるが、他の干渉計でも同様に実施できるものであ
る。
する。図１に本発明の装置の構成を示す。なお、この実
施例に示す装置の基本構成は、マッハツェンダの干渉計
であるが、他の干渉計でも同様に実施できるものであ
る。
【００１３】同図に示す１は光源で、可干渉性の高いレ
ーザ光を発する半導体レーザが使用されている。この光
源１からの可干渉光は直線偏光で、コリメータレンズ２
を通って平行にされ、第１のハーフミラー３で一部が反
射されてミラーからなる参照面４の方向に進み、残りが
透過して光アイソレータ５に達する。光アイソレータ５
は、ビームスプリッタ５ａとλ／４板５ｂとから構成さ
れ、ビームスプリッタ５ａには反射面５ｃが設けられて
いる。可干渉光は、この光アイソレータ５の反射面５ｃ
を透過し、λ／４板５ｂで円偏光にされ、二つのビーム
エクスパンダ６，７で適当な太さの平行光束に拡大さ
れ、対物レンズ８を通過して球面波となって被検球面９
に達し、反射されて被検波となる。被検波は、対物レン
ズ８，ビームエクスパンダ６，７を逆行し、光アイソレ
ータ５のλ／４板５ｂで行きと直交する方向の直線偏光
にされ、今度は反射面５ｃで反射され、第２のハーフミ
ラー１０に達し、一部は反射してモニター用のイメージ
センサ１１に入射し、他は透過してアパーチャ１２で軸
外光がけられ、フォトダイオードからなる受信手段１３
に達する。なお、被検球面９は、図示しない支持手段
と、リニアアクチュエータ等の駆動手段とによって、光
軸上を進退自在に移動できるように支持されている。
ーザ光を発する半導体レーザが使用されている。この光
源１からの可干渉光は直線偏光で、コリメータレンズ２
を通って平行にされ、第１のハーフミラー３で一部が反
射されてミラーからなる参照面４の方向に進み、残りが
透過して光アイソレータ５に達する。光アイソレータ５
は、ビームスプリッタ５ａとλ／４板５ｂとから構成さ
れ、ビームスプリッタ５ａには反射面５ｃが設けられて
いる。可干渉光は、この光アイソレータ５の反射面５ｃ
を透過し、λ／４板５ｂで円偏光にされ、二つのビーム
エクスパンダ６，７で適当な太さの平行光束に拡大さ
れ、対物レンズ８を通過して球面波となって被検球面９
に達し、反射されて被検波となる。被検波は、対物レン
ズ８，ビームエクスパンダ６，７を逆行し、光アイソレ
ータ５のλ／４板５ｂで行きと直交する方向の直線偏光
にされ、今度は反射面５ｃで反射され、第２のハーフミ
ラー１０に達し、一部は反射してモニター用のイメージ
センサ１１に入射し、他は透過してアパーチャ１２で軸
外光がけられ、フォトダイオードからなる受信手段１３
に達する。なお、被検球面９は、図示しない支持手段
と、リニアアクチュエータ等の駆動手段とによって、光
軸上を進退自在に移動できるように支持されている。
【００１４】第１のハーフミラー３で反射され、参照面
４に向かった可干渉光は、ここで反射されて参照波とな
り、９０°右方に曲げられて第２のハーフミラー１０に
達し、上述の被検波と重畳してイメージセンサ１１と受
信手段１３とに入射する。イメージセンサ１１と受信手
段１３とは、光学的に同じ位置に設置されており、被検
球面９を光軸上で進退させると、被検球面９の曲率中心
Ｏと対物レンズ８の焦点とが一致したときに、参照波と
被検波とが干渉し、イメージセンサ１１上に干渉縞の像
を結像する。一方の受信手段１３ではフォトダイオード
等がアパーチャ１２で干渉縞の像の中心部だけを取り出
し電気信号を得る。
４に向かった可干渉光は、ここで反射されて参照波とな
り、９０°右方に曲げられて第２のハーフミラー１０に
達し、上述の被検波と重畳してイメージセンサ１１と受
信手段１３とに入射する。イメージセンサ１１と受信手
段１３とは、光学的に同じ位置に設置されており、被検
球面９を光軸上で進退させると、被検球面９の曲率中心
Ｏと対物レンズ８の焦点とが一致したときに、参照波と
被検波とが干渉し、イメージセンサ１１上に干渉縞の像
を結像する。一方の受信手段１３ではフォトダイオード
等がアパーチャ１２で干渉縞の像の中心部だけを取り出
し電気信号を得る。
【００１５】図２に示すように、実際の測定では、先ず
最初に、被検球面９の位置に、点線で示した基準となる
校正球面９ａを置き、上記のようにして干渉縞を形成す
る。校正球面９ａの曲率半径は既知でｒo とする。次に
校正球面９ａの代わりに測定対象としての被検球面９を
置き、同様にして干渉縞を形成する。また、参照光と被
検光とを同一の光軸に沿って重ねたと仮定したとき、短
い方（この場合は参照光）の終端となるＰ点（仮想的に
求まる点）は、光路差を算出する基準点となるが、この
Ｐ点の座標位置は予め求めておくことができる。以上か
ら、校正球面９ａが干渉を生じた座標位置から基準光路
差Ｌo を求めることができ、被検球面９の座標位置から
光路差Ｌを求めることができる。
最初に、被検球面９の位置に、点線で示した基準となる
校正球面９ａを置き、上記のようにして干渉縞を形成す
る。校正球面９ａの曲率半径は既知でｒo とする。次に
校正球面９ａの代わりに測定対象としての被検球面９を
置き、同様にして干渉縞を形成する。また、参照光と被
検光とを同一の光軸に沿って重ねたと仮定したとき、短
い方（この場合は参照光）の終端となるＰ点（仮想的に
求まる点）は、光路差を算出する基準点となるが、この
Ｐ点の座標位置は予め求めておくことができる。以上か
ら、校正球面９ａが干渉を生じた座標位置から基準光路
差Ｌo を求めることができ、被検球面９の座標位置から
光路差Ｌを求めることができる。
【００１６】こうして、求めた各値を次式、 ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo (1) に代入すれば、被検面の曲率半径ｒを求めることができ
る。実際の測定では、まず校正球面で測定して一度Ｌo
を求めておけば、あとは、各被検球面についてのＬを測
定するだけでよく、また、一つの被検球面について一回
だけ干渉縞を生じさせればよいので、非常に簡単に測定
ができるようになる。
る。実際の測定では、まず校正球面で測定して一度Ｌo
を求めておけば、あとは、各被検球面についてのＬを測
定するだけでよく、また、一つの被検球面について一回
だけ干渉縞を生じさせればよいので、非常に簡単に測定
ができるようになる。
【００１７】次に、上式におけるＬo とＬとを、より高
精度に求めるためのヘテロダイン干渉方法を説明する。
光源１を構成する半導体レーザには、バイアス電流が注
入され、レーザ光が発せられるのであるが、このとき、
発振器１５にて正弦変調された電流が、モジュレータ１
４によりバイアス電流に加えられ、レーザの波長、基準
のλo に対し、Δλの波長変動を起こすことができる。
この光を上記の測定に使用すると、参照波と被検波との
間には上記Ｌo 又はＬの光路差があるので、位相差を生
じる。
精度に求めるためのヘテロダイン干渉方法を説明する。
光源１を構成する半導体レーザには、バイアス電流が注
入され、レーザ光が発せられるのであるが、このとき、
発振器１５にて正弦変調された電流が、モジュレータ１
４によりバイアス電流に加えられ、レーザの波長、基準
のλo に対し、Δλの波長変動を起こすことができる。
この光を上記の測定に使用すると、参照波と被検波との
間には上記Ｌo 又はＬの光路差があるので、位相差を生
じる。
【００１８】第１のハーフミラー３で分けられた被検光
の光路には、音響光学素子等による変調素子１６が、ま
た、他方の参照光の光路には、同様の変調素子１７が設
けられ、それぞれが発振器１８，１９によって可干渉光
の周波数を変調し、両者間にΔνの周波数差ができるよ
うにしている。
の光路には、音響光学素子等による変調素子１６が、ま
た、他方の参照光の光路には、同様の変調素子１７が設
けられ、それぞれが発振器１８，１９によって可干渉光
の周波数を変調し、両者間にΔνの周波数差ができるよ
うにしている。
【００１９】この可干渉光によって、前述した干渉縞を
形成させるのであるが、このとき参照波と被検波とは同
時にヘテロダイン干渉を起こしており、周波数Δνのビ
ート信号を発している。これをフォトダイオードからな
る受信手段１３で受信して光電変換すると、その強度信
号の交流成分Ｉは、次式により決まる。 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ (2) ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 上式中において、位相項の第１項は、Δνの周波数差に
よって生じるヘテロダイン干渉のビート信号の位相成
分、第２項は、光源波長のΔλによるビート信号の位相
成分、そして第３項は初期位相をそれぞれ示している。
形成させるのであるが、このとき参照波と被検波とは同
時にヘテロダイン干渉を起こしており、周波数Δνのビ
ート信号を発している。これをフォトダイオードからな
る受信手段１３で受信して光電変換すると、その強度信
号の交流成分Ｉは、次式により決まる。 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ (2) ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 上式中において、位相項の第１項は、Δνの周波数差に
よって生じるヘテロダイン干渉のビート信号の位相成
分、第２項は、光源波長のΔλによるビート信号の位相
成分、そして第３項は初期位相をそれぞれ示している。
【００２０】いま、仮に、Δλの波長変動だけが与えら
れ、Δνの周波数差がないとすると上式は、 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（２ＬΔλ／λo2＋２Ｌ／λo ）｝ (3) となる。
れ、Δνの周波数差がないとすると上式は、 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（２ＬΔλ／λo2＋２Ｌ／λo ）｝ (3) となる。
【００２１】ここで、λo,λは既知であるから、Ｉを測
定すれば光路差Ｌ（又はＬo ）を求めることができる。
しかし、光路差Ｌの測定の精度は、位相の検出精度およ
び波長シフトの大きさΔλで決まる。ところで、市販さ
れているＧａＡｌＡｓレーザにおいては、注入電流の変
化を大きくし過ぎると、レーザの発振モードが別のモー
ドに跳び移ってしまう。そして、跳び移らない波長シフ
ト量Δλの限度は、最大0.05nm程度とされている。一方
λo として780nm を使用したとすれば、１周期の合成波
長は λo2／Δλ＝（780 ×10-6)2／（0.05×10-6) ＝１２mm となる。すなわち、１２mm程度の刻みのスケールとして
読み取ることができることになるが、通常、曲率半径は
μｍオーダの分解能が必要で、これでは不充分である。
そこで、本発明の実施例では、分解能を向上させるべ
く、前述のΔνの周波数差を与えるヘテロダイン干渉方
式を導入し、(2) 式に示すように位相項に第１項を加え
ているのである。
定すれば光路差Ｌ（又はＬo ）を求めることができる。
しかし、光路差Ｌの測定の精度は、位相の検出精度およ
び波長シフトの大きさΔλで決まる。ところで、市販さ
れているＧａＡｌＡｓレーザにおいては、注入電流の変
化を大きくし過ぎると、レーザの発振モードが別のモー
ドに跳び移ってしまう。そして、跳び移らない波長シフ
ト量Δλの限度は、最大0.05nm程度とされている。一方
λo として780nm を使用したとすれば、１周期の合成波
長は λo2／Δλ＝（780 ×10-6)2／（0.05×10-6) ＝１２mm となる。すなわち、１２mm程度の刻みのスケールとして
読み取ることができることになるが、通常、曲率半径は
μｍオーダの分解能が必要で、これでは不充分である。
そこで、本発明の実施例では、分解能を向上させるべ
く、前述のΔνの周波数差を与えるヘテロダイン干渉方
式を導入し、(2) 式に示すように位相項に第１項を加え
ているのである。
【００２２】図１において、参照波と被検波とは第２の
ハーフミラー１０で重畳され、かつ二光束に分解され、
一方は、モニタ用のイメージセンサ１１に干渉縞の像を
結像し、他方は、アパーチャ１２に光軸付近の中央部の
みが取り出され、受信手段１３に達する。
ハーフミラー１０で重畳され、かつ二光束に分解され、
一方は、モニタ用のイメージセンサ１１に干渉縞の像を
結像し、他方は、アパーチャ１２に光軸付近の中央部の
みが取り出され、受信手段１３に達する。
【００２３】なお、被検球面９の曲率中心と対物レンズ
の焦点位置とを互いに一致させる必要があるが、これは
イメージーセンサ１１上の干渉縞像をモニターして、で
きるだけ縞の本数が少なくなるように被検面をセッティ
ングすることで達成でき、このときの精度は、基準波長
λo 以下の高精度で合わせることができる。
の焦点位置とを互いに一致させる必要があるが、これは
イメージーセンサ１１上の干渉縞像をモニターして、で
きるだけ縞の本数が少なくなるように被検面をセッティ
ングすることで達成でき、このときの精度は、基準波長
λo 以下の高精度で合わせることができる。
【００２４】受信手段１３における干渉光の強度信号
は、前述の(2) 式で与えられるが、これを光電変換して
電気信号Ｉとして置き換えられる。発振器１８，１９の
電気信号をミキサ２０で合成して位相検出のための参照
信号とし、前記電気信号Ｉと共に位相比較器２１に入力
する。
は、前述の(2) 式で与えられるが、これを光電変換して
電気信号Ｉとして置き換えられる。発振器１８，１９の
電気信号をミキサ２０で合成して位相検出のための参照
信号とし、前記電気信号Ｉと共に位相比較器２１に入力
する。
【００２５】位相比較器２１の出力は、さらに、発振器
１５による変調周波数を中心とするバンドパスフィルタ
２２を通すことにより、光学系のゆらぎや振動ノイズが
カットされ、コンピュータからなる演算装置２３に入力
される。演算装置２３には、予め、λo ，Δλの各既知
の値が入力されており、これらの値とバンドパスフィル
タ２２からのＩの値とから(2) 式の第２項の位相項が算
出され、第２項の位相成分から光路差ＬおよびＬo を求
めることができ、これから(1) 式によって曲率半径ｒを
求めることができる。
１５による変調周波数を中心とするバンドパスフィルタ
２２を通すことにより、光学系のゆらぎや振動ノイズが
カットされ、コンピュータからなる演算装置２３に入力
される。演算装置２３には、予め、λo ，Δλの各既知
の値が入力されており、これらの値とバンドパスフィル
タ２２からのＩの値とから(2) 式の第２項の位相項が算
出され、第２項の位相成分から光路差ＬおよびＬo を求
めることができ、これから(1) 式によって曲率半径ｒを
求めることができる。
【００２６】上記のヘテロダイン干渉方式は、Δνだけ
でビート信号を周波数シフトできるため、電気的な位相
検出が容易になり、２π／10,000程度の分解能を得られ
る。これは、上記の例では12／10,000mm＝1.2 μｍ程度
の分解能となる。λo ，Δλを適当に設定することによ
って、μｍ以下のオーダも可能である。
でビート信号を周波数シフトできるため、電気的な位相
検出が容易になり、２π／10,000程度の分解能を得られ
る。これは、上記の例では12／10,000mm＝1.2 μｍ程度
の分解能となる。λo ，Δλを適当に設定することによ
って、μｍ以下のオーダも可能である。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１又は４の
発明によれば、被検球面を一度セッティングするだけ
で、その曲率半径を測定することができ、特に、量産時
などのように多数の被検体を測定する場合に効率的に測
定できる。また、請求項２，３，５，６の発明によれ
ば、上記の効果に加え、被検球面の曲率半径をμｍ以下
のオーダで高精度に測定することができる。
発明によれば、被検球面を一度セッティングするだけ
で、その曲率半径を測定することができ、特に、量産時
などのように多数の被検体を測定する場合に効率的に測
定できる。また、請求項２，３，５，６の発明によれ
ば、上記の効果に加え、被検球面の曲率半径をμｍ以下
のオーダで高精度に測定することができる。
【図１】本発明による曲率半径の測定装置の構成を示す
図である。
図である。
【図２】本発明により曲率半径を算出する原理を示す図
である。
である。
【図３】従来の曲率半径を測定する方法を説明する図で
ある。
ある。
１ 光源 ４ 参照面 ８ 対物レンズ ９ 被検球面 ９ａ 校正球面 １１ イメージセンサ １２ アパーチャ １３ 受信手段 １４ モジュレータ １５，１８，１９ 発振器 １６，１７ 変調素子 ２１ 位相比較器 ２３ 演算装置
Claims (6)
- 【請求項１】 光源からの可干渉光を参照面と被検面と
に照射し、参照波と被検波とを重畳して干渉縞を形成す
る干渉光学系を用いた測定方法において、 参照面からの参照波と、既知の曲率半径（ｒo ）を持つ
校正球面に、その曲率中心に集束するように可干渉光を
照射して反射された被検波とを重畳し、干渉縞を形成し
たときの光路差を基準光路差（Ｌo ）として求め、 次に、未知の曲率半径（ｒ）を有する被検球面に、その
曲率中心に集束するように可干渉光を照射して参照波と
被検波とを重畳し、干渉縞を形成したときの光路差
（Ｌ）を求め、 式 ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo から被検球面の曲率半径（ｒ）を求めることを特徴とす
る曲率半径の測定方法。 - 【請求項２】 基準波長（λo ）を有する可干渉光に周
期的な波長変化（Δλ）を与え、 変調素子によって参照波と被検波との間に周波数差（Δ
ν）を与え、 両波を重畳してビート信号（Ｉ）を作り、 次式 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 から前記の光路差（Ｌo ，Ｌ）を求めることを特徴とす
る請求項１記載の曲率半径の測定方法。 - 【請求項３】 干渉縞像を二光路に分岐させ、一方の干
渉縞像からアパーチャにより中央部のみ取り出して前記
ビート信号を受け、他方の干渉縞像はモニター用として
イメージセンサ上に結像させ、イメージセンサ上の干渉
縞の本数をできるだけ少なくなるように被検球面をセッ
トすることを特徴とする請求項２記載の曲率半径の測定
方法。 - 【請求項４】 光源からの可干渉光を参照面と被検面と
に照射し、参照波と被検波とを重畳して干渉縞を形成す
る干渉光学系を用いた測定装置において、 基準位置決め用の既知の曲率半径（ｒo ）を有する校正
球と、参照面と構成球面との基準光路差（Ｌo ）および
参照面と被検球面との光路差（Ｌ）を測定する手段とを
有することを特徴とする曲率半径の測定装置。 - 【請求項５】 前記光路差を測定する手段が、可干渉光
の波長を既知の基準値（λo ）から既知の値（Δλ）だ
け周期的に変化できる光源と、参照波と被検波との間に
周波数差（Δν）を与える変調素子と、参照波と被検波
とが重畳されてできるビート信号（Ｉ）の受信手段と、
次式、 Ｉ＝Ａ・cos ｛２π（Δνｔ＋２ＬΔλ／λo 2 ＋２Ｌ／λo ）｝ ｒ＝Ｌo −Ｌ＋ｒo ここに、 Ａ：ビート信号の振幅 ｔ：時間 から被検球面の曲率半径（ｒ）を求める演算装置とから
なることを特徴とする請求項４記載の曲率半径の測定装
置。 - 【請求項６】参照波と被検波との重畳された可干渉光を
二つに分割する光路分割素子と、分割された一方の結像
面に設けられた前記ビート信号の受信手段と、分割され
た他方の結像面に設けられたモニター用のイメージセン
サとを有することを特徴とする請求項５記載の曲率半径
の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20422091A JPH0545140A (ja) | 1991-08-14 | 1991-08-14 | 曲率半径の測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20422091A JPH0545140A (ja) | 1991-08-14 | 1991-08-14 | 曲率半径の測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545140A true JPH0545140A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16486830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20422091A Withdrawn JPH0545140A (ja) | 1991-08-14 | 1991-08-14 | 曲率半径の測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0545140A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001235317A (ja) * | 2000-02-22 | 2001-08-31 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 光学球面曲率半径測定装置 |
| CN102168955A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-08-31 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学球面曲率半径的检测方法 |
| JP2020517911A (ja) * | 2017-04-24 | 2020-06-18 | アプレ インストゥルメンツ， インコーポレイテッドＡＰＲＥ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ． | スペクトル制御干渉法による曲率半径測定 |
-
1991
- 1991-08-14 JP JP20422091A patent/JPH0545140A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001235317A (ja) * | 2000-02-22 | 2001-08-31 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 光学球面曲率半径測定装置 |
| CN102168955A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-08-31 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学球面曲率半径的检测方法 |
| JP2020517911A (ja) * | 2017-04-24 | 2020-06-18 | アプレ インストゥルメンツ， インコーポレイテッドＡＰＲＥ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ． | スペクトル制御干渉法による曲率半径測定 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |