JPH0575246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光の干渉作用によつて形成される
干渉縞を利用して被検体の平面度を検査すること
のできる斜入干渉計装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、干渉計として例えばフイゾー型干渉
計が知られている。即ち、これは第１０図に示す
ように、透明な基準板ｐ１の表面反射光と被検体
ｐ２の表面反射光とによる干渉縞を観察し、基準
板の基準面を基準としたときの被検体の表面形状
の測定手段として用いられているものであり、波
長λの光線を用いる場合、その被検体表面の凹凸
差Δhに対してλ／２の距離毎に１本の干渉縞が
見えるようになつている。

ところが、このタイプの干渉計にあつては、測
定感度が高いので被検体の凹凸差があまり大き過
ぎると測定できなくなるという欠点を有してい
る。

そこで凹凸差の大きなものでも測定することの
できる斜入射干渉計が開発されている。即ち、こ
れは、第１１図に示すように、レーザ発振器ａか
ら出射する可干渉性のレーザ光をレンズｋで平行
光束になし、この光束を第１回折格子ｂによつて
回折し、その回折された回折光のうち例えば＋１
次光を被検体ｃの面上にて反射されると共に、そ
の反射された＋１次光と先の第１回折格子ｂを透
過した０次光とを第２回折格子ｅによつて重ね合
せて干渉させ、これによつて干渉縞を形成してそ
の干渉縞によつて被検体ｃの被検面の形状を測定
するようになつている。

そして、この斜入射干渉計にあつては、第１２
図に示すように、第１回折格子ｂのピツチをｄ、
回折角度θ、使用するレーザ光の波長をλとする
と、一般に sinθ／λ＝１／ｄ ……(イ) が成立しており、一方被検体ｃの凹凸差をｈとす
る時にその凹凸差ｈによつて発生する＋１次光の
光路差Δlは Δl＝2hsinθ と表すことができる。

ところで、この光路差Δlによつて１本の干渉
縞が発生する場合、 Δl＝2hsinθ＝λ が成立するので、この時の凹凸ｈは感度を表わす
ことになり、 ｈ＝λ／2sinθ ＝ｄ／２（∵(イ)式より） と表すことができる。

従つて、この式において例えばルーザ光の波長
λが632.8nｍ、＋１次光の回折角度θが9.1度とな
る場合（この時、第１回折格子のピツチｄは4μ
ｍの場合）には、感度が2μｍとなる。

〔解決しようとする問題点〕

ところで、このようなタイプの干渉計にあつて
は、先に説明したように、フイゾー型干渉計に比
べて感度が低くそれ故大きな被検面の高低差が測
定できるが、コリメーターレンズや第１、第２回
折格子については高精度に製造する必要があり、
例えばこれらの光学部品に収差や偏心等があると
被検面を正しく測定できなくなる虞れがある。

そこで、この発明は、上記従来の事情に鑑み、
コリメーターレンズ、第１、第２回折格子の精度
にあまり高いものを必要とせずに正しく被検面を
測定することができる斜入干渉計装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、この発明の斜入射干渉計装置は、可干渉
性の光を出射する出射手段と、この出射手段から
出射された光を発散させる光学手段と、この光学
手段透過後の光線を平行光束に形成する平行光束
形成手段と、この平行光束形成手段透過後の光
を、特定方向に回折される回折光線と直進透過す
る透過光線とに分割する第１回折格子と、被検面
検査用の被検体を３次元的に変位・移動する載置
手段と、第１回折格子によつて回折され、かつ載
置手段に載置された基準体の基準面で反射された
回折光線と前記透過光線とを重ね合せて干渉させ
て形成された第２回折格子と、この第２回折格子
によつて回折された回折光線と第１回折格子によ
り回折された後被検面で反射され第２回折格子を
透過した光線との干渉作用により形成された干渉
縞を観察する方向を変換するホログラムレンズと
を備えたものである。

〔作用〕

この発明の斜入射干渉計装置装置は、第１回折
格子及び基準体の基準面を用いて第２回折格子を
ホログラフイツクに形成し、そのホログラフイツ
クに形成した第２回折格子を使用して被検体を測
定することにより、コリメーターレンズ及び第１
回折格子等の光学部品の精度が多少低くてもホロ
グラフイーの特徴の１つであるコモンバス干渉の
ためその精度の低さを補償できる。従つて、被検
体の平面度等を正しく測定することができ、しか
もこの発明の斜入射干渉計装置は干渉縞を光軸に
対して真上から正確な像として読み取ることがで
きるようホログラムレンズが設けられており、確
実に被検体の被検面の観測読み取り作業が行なえ
るようになつているものである。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。

第１図ａ及びｂはこの発明に係る斜入射干渉計
装置を示すものであり、この斜入射干渉計装置
は、レーザ発振器１と、発散レンズ２と、コリメ
ーターレンズ３と、第１回折格子４と、載置台５
と、第２回折格子６と、ホログラムレンズ７と、
調整用ホログラムレンズ８とを備えている。な
お、図中符号９は反射プリズムであり光路を90度
折曲する。１０はピンホールであり、そのピンホ
ール１０は発散レンズ３等に付着した塵等により
発生する有害な散乱光等を除去するものである。
１１は反射ミラーで、光路を90度折曲する。Ｅは
視点である。これらの光学部品から構成された斜
入射干渉計装置全体は図示外の防振装置上に載置
され外部からの不必要な要因によつて振動しない
ようになつている。

レーザ発振器１は、可干渉光を出射する出射手
段を構成するものであり、この実施例にあつては
出力15mmＷのヘリウムネオン（He−Ne）レーザ
が用いられており、このヘリウムネオン（He−
ne）レーザから出射される632.8nｍの赤色光線を
後に説明する被検体測定用の光線として使用する
ようになつている。

発散レンズ２は、レーザ発振器１から出射され
たレーザ光を発散させるための発散手段を構成す
るものである。

コリメーターレンズ３は、ピンホール１０を通
過し反射ミラー１１で反射してきたレーザ光を平
行光束とするための平行光束形成手段として使用
するものであり、従来から公知の各種レンズを複
数枚組合せた構成となつている。

第１回折格子４は、コリメーターレンズ３によ
り平行光束となつたレーザ光を回折させるための
ものであり、この実施例にあつては、平面を機械
的に刻設して多数の微細な溝を形成したものから
構成されているが、例えば乳剤あるいは感光性樹
脂に干渉縞を記録して形成するいわゆるホログラ
フイツク格子を用いることも勿論可能であり、こ
れについては後に詳しく説明する。そしてこの実
施例の斜入射干渉計装置においては第１回折格子
４によつて回折されたレーザ光のうち＋１次光α
と第１回折格子４で回折されずに直進透過する０
次光βとを被検体測定用の光線として使用するよ
うになつている。

載置台５は、重力加速度の作用する方向（以下
Ｚ方向と呼ぶ）に対して移動させると共にこのＺ
方向に対して直交する方向（以下XY方向と呼
ぶ）に対して回転並びに移動させることのできる
よう、換言すれば３次元的に移動することができ
るようになつている。そしてこの実施例にあつて
は、載置台５は第２図に示すように、ジヤツキ機
構５ａと、ジヤツキ機構５ａ上に取付けられジヤ
ツキ機構によりＺ方向に移動する基台５ｂ、３個
のねじ５ｃによつてそのジヤツキ機構５ａ上の基
台５ｂに支持され、それらのねじ５ｃを操作して
XY方向に対して回転並びに移動変位する円形テ
ーブル５ｄとから構成されており、この円形テー
ブル５ｄ上に被検体Ｔを載置してその被検体Ｔの
被検面の平面度を検査するようになつている。

第２回折格子６は、ホログラフイツク格子で構
成されており、このホログラフイツク格子自身の
有するホログラフイーの特有な性質によつてコリ
メーターレンズ３や第１回折格子４の精度が多少
低く製造されていたとしても被検体Ｔの正確な少
面度検査を行うことができるようになつている。
また、この第回折格子６は、第３図に示すよう
に、第１回折格子４によつて解折されて被検体Ｔ
の検査面で反射された＋１次光αと第１回折格子
４で回折されずにそのまま直進透過した０次光β
とを重ね合せ干渉させる。つまり０次光βを−１
次方向に回折させて−１次光β′に換えると共に＋
１次光αをそのまま回折させずに−１次方向に通
過させて−１次光α′とするものである。

なお、この第２回折格子６の製造方法は、例え
ば第４図に示すように、第１回折格子４により回
折され表面が鏡面状態の基準板Ｓにて反射された
＋１次光αとその第１回折格子４を透過する０次
光βとが交わる位置に乳剤乾板等の記録媒体を配
置し、これらの光線によつて干渉縞をその記録媒
体に記録し、その後その記録媒体を現像処理して
製造するようになつている。

ホログラムレンズ７、透過型のホログラムレン
ズであり、＋１次光αと０次光βとのうちそれぞ
れ第２回折格子６透過後に−１次方向に回折され
た或は直進透過された光線α′，β′が干渉して形成
される特定方向が縮少された形状の干渉像を正面
から観察した干渉像（以下正面像と呼ぶ）として
変換させるものであり、この実施例にあつては、
０次光が回折されずに進行する光軸Ａに対して直
上方向すなわちＥ点を視点として見ることができ
るようになつている。

なお、このホログラムレンズ７の製造方法につ
いては、例えば第５図に示すように、記録媒体に
対して先の第１、第２回折格子４，６の回折角θ
と同一角度に傾斜して入射するように平行光束を
その記録媒体に入射させると共に、視点となる点
Ｅから記録媒体に向けて先の平行光束と同一光源
からの光線を入射させ、これによつてその記録媒
体に干渉縞を記録しその後その記録媒体を現像処
理して製造するようになつている。ところで、第
５図に示した方法によつてホログラムレンズを製
造する場合には、第６図に示すような方法と異な
り外径寸法が大きなレンズＬを用いる必要がない
ものである。そして、このようにして製造したホ
ログラムレンズを使用する場合には、第２回折格
子６通過後の光線α′，β′を記録時と逆方向から再
生光として入射させれば良い。

調整用ホログラムレンズ８は、載置台５上に被
検体Ｔを載置した時に、その形状寸法が基準体と
異なる場合に、被検体Ｔの被検面を基準体Ｓの基
準面とほぼ同一面上にそろえてセツトするための
ものである。その調整用ホログラムレンズ８は先
のホログラムレンズ７とほぼ同様にして製造され
ている。そして、この調整用ホログラムレンズ８
によつて被検面の位置調整を目視により行う場合
には、まず第７図の平面図に示すように、この調
整用ホログラムレンズ８の焦点位置であるＦ点に
すりガラス等で形成され光を拡散するスクリーン
１３を設置する。次に、被検体Ｔの被検面で反射
した後第２回折格子で回折された回折光（一点鎖
線で示す）が調整用ホログラムレンズ８により集
光された集光点Ｐを、第１回折格子及び第２回折
格子を透過した０次光（実線で示す）が調整用ホ
ログラムレンズ８により集光された焦点位置Ｆに
一致させるように、眼Ｍで載置台５を調整する。

前記調整完了後に、第１図ｂに示す視点Ｅに眼
を置くことにより、被検体Ｔの被検面の等高線を
表わす干渉縞の全体像を正面視することができ
る。

また、この発明に係る斜入射干渉計装置を用い
て被検体Ｔの表面形状の測定する場合、調整用ホ
ログラムレンズ８がスクリーン１３上に０次光を
集光させるようになつているので、載置台５を３
次元的に移動させ調整すれば被検体Ｔの正確な位
置決め調整を、勘に頼らず迅速にかつ確実に行う
ことができる。

次に、この発明に係る斜入射干渉計装置の他の
実施例について説明する。

この実施例の第１回折格子はホログラフイツク
格子が用いられており、コリメーターレンズと第
１回折格子との機能を兼用するように構成されて
いる。尚、このような機能を備えた第１回折格子
は次のようにして製造される。

即ち、第８図に示すように、まずコリメーター
レンズ１５を用いて平行なレーザー光束γを記録
媒体１４に垂直入射させると共に、コリメーター
レンズ１６を用いてその記録媒体１４に対して特
定の角度θ、即ち先の実施例の回折角度と同一角
度をなす光を平行光束δとして斜入射させて、か
つレンズ１７を用いてその記録媒体１４に対して
任意の角度θ′で発散光束εを入射させる。換言す
れば、同一光源からの光を用いてそれらの光を３
方向から同時に記録媒体１４に入射させる。そし
て、それらの光の干渉による干渉縞が記録された
記録媒体１４を現像処理すると、そのホログラフ
イツク格子１４′が製造できるようになつている。

このようにして製造されたホログフイツク格子
１４′を第１回折格子として使用する場合には、
第１図に示したコリメーターレンズ３が不要であ
り、被検体Ｔの検査面（図略）を読み取る際に先
の発散光束εのみを参照光として同一角度θ′でホ
ログラフイツク格子１４′に斜入射させれば良い。

なお、コリメーターレンズとしての機能を付加
させないような構成の第１回折格子をホログラム
によつて形成することも勿論可能である。即ち、
この場合には、第９図に示すように同一光源（但
しレーザ発振器１は省略してある）からの光を用
い、記録媒体１８の面に対して平行なレーザ光束
ζを垂直入射させると共に記録媒体に対して特定
の角度θをなす平行レーザ光束ηを入射させてホ
ログラフイツク格子１８′を形成し、読み取り時
には先の平行光線束ζを参照光としてそのホログ
ラフイツク格子１８′に照射すれば良い。

〔効果〕

以上説明したように、この発明に係る斜入射干
渉計装置によれば、第２回折格子がホログラフイ
ツク格子によつて構成されており、コリメーター
レンズや第１回折格子が多少精度を低く製造され
ており、その結果例えば平行光にされた平面波に
多少収差があつたとしても、被検体の被検面を基
準体の基準面と略同じ位置に調整して載置台に載
置することにより、被検体に対して正確な平面度
の測定を行うことができる。

また、この発明に係る斜入射干渉計装置によれ
ば、従来斜から観察していた干渉縞を正面から観
察できるように変換させるホログラムレンズが設
けられており、これによつて歪みのない正確な干
渉像を観察することができ、ひいては高品質の干
渉計が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ及びｂは夫々この発明に係る斜入射干
渉計装置を示す平面図及び側面図、第２図はこの
発明に係る斜入射干渉計装置の載置手段を示す概
略斜視図、第３図はこの発明に係る第２回折格子
の作用を説明する説明図、第４図は第２回折格子
を製造する際の記録媒体の位置関係を示す説明
図、第５図ａ及びｂはこの発明に係る斜入射干渉
計装置のホログラムレンズの記録及び再生の際の
光の照射手段を示す光路図、第６図はこの発明に
係る斜入射干渉計装置のホログラムレンズの他の
製造方法を示す光路図、第７図はこの発明に係る
斜入射干渉計装置の調整用ホログラムレンズを用
いて被検体の位置調整作業を行う時の説明図、第
８図はこの発明に係る他の第１回折格子を製造す
る時の光線の照射状態を示す光路図、第９図はこ
の発明に係るさらに他の第１回折格子を製造する
時の光線の照射状態を示す光路図、第１０図は従
来のフイゾー型干渉計を示す構成図、第１１図は
従来型の斜入射干渉計を示す構成図、第１２図は
斜入射干渉計装置の感度を与える式を求めるため
の光路図である。 １……レーザ発振器（出射手段）、２……発散
レンズ（発散手段）、３……コリメーターレンズ
（平行光束形成手段）、４……第１回折格子、５…
…載置台、６……第２回折格子、７……ホログラ
ムレンズ、８……調整用ホログラムレンズ、α…
…回折光線、β……透過光線、Ｔ……被検体、Ｓ
……基準体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可干渉性の光を出射する出射手段と、 この出射手段から出射された光線を発散させる
   光学手段と、 この光学手段透過後の光線を平行光束に形成す
   る平行光束形成手段と、 この平行光束形成手段透過後の光を、特定方向
   に回折される回折光線と直進透過する透過光線と
   に分割する第１回折格子と、 被検面検査用の被検体を３次元的に変位・移動
   する載置手段と、 前記第１回折格子によつて回折され、かつ前記
   載置手段に載置された基準体の基準面で反射され
   た前記回折光線と前記透過光線とを重ね合せて干
   渉させて形成された第２回折格子と、 前記第１回折格子を直進透過した透過光線が第
   ２回折格子によつて回折された回折光線と第１回
   折格子により回折された後被検面で反射され第２
   回折格子を透過した光線との干渉作用により形成
   された干渉縞を観察する方向を変換するホログラ
   ムレンズと を備えたことを特徴とする斜入射干渉計装置。 ２ 前記第２回折格子の出射光側に前記被検体位
   置調整用の調整用ホログラムレンズを配設すると
   共に、この調整用ホログラムレンズの集光する焦
   平面上にスクリーンを配設した 特許請求の範囲第１項記載の斜入射干渉計装置。