JPH0676806U - 単一光路システムを持った多機能干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、光学的構成品の再組合わせに
よって整列と３種の倍率変換の機能が達成される単一光
路システムを以て多機能干渉計を提供することを目的と
する。 【構成】 本考案は主としてレーザ光源と、光発散器及
び準直レンズと、基準構成品及び試験構成品とよりな
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は光学干渉計測計器の構造改善に関するものであり、特に整列と倍率変 換機能を単一の光路システムに結合させた光学干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

周知の干渉計の技術に於いて、通常はビームスプリッターによって整列ビーム と倍率変換システムに分けられ、各々アライメントと倍率変換の機能が分担され る。１９８０年５月６日に公表されたアメリカ合衆国特許第４２０１４７５号は すなわちこの様な典型的設計である。それに記述されているのは反射光波面（４ ９Ｒ＋４９Ｍ）がビームスプリッター１４を通った場合、一部の光線（５０Ｒ＋ ５０Ｍ）はその構成品を通って発散スクリーン３１上に集焦し、更に光学的構成 品３２，３３，３５，２４から共同組成された整列ビームシステムによってＣＣ ＴＶ２５上に成像される。他の一部の光（４６Ｍ＋４６Ｒ）はビームスプリッタ ー１４の反射から集焦レンズ２０を経て干渉図像（縞模様）を回転中の発散板２ １上に映像させる。更に連続的に倍率の変化が行なわれるレンズシステムの配合 構成品２３，２４から組成される観測光路システムによって干渉図像をＣＣＴＶ ２５上に映像させる。このような設計は構造が複雑だけでなく、且つ体積も膨大 で、重量も重く、運搬が困難なため、使用者に不便をもたらしている。

【０００３】 このことに鑑み、本考案の考案者は光学干渉計の組合わせと構造について改善 を行い、干渉計の構造が更に実用化することを期し、絶えず研究、実験、改善の 後、遂に本考案を誕生させたことである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案には共用される単一光路設計が採用され、整列システムと倍率変換映像 システムを簡略化し、それを単一光路に合併させることに成功させたものである 。それには簡単な構造が巧みに運用され、光学的構成品の再組合せによって整列 と３種の倍率変換の機能が達成される。

【０００５】 云い換えれば、本考案の目的は干渉計に応用され、有効に構成品数を減らして 体積を小さくし、すなわち集焦レンズ、整列レンズ及び一部の倍率変換構成品を 利用して整列光路に構成し、それを以て試験物体の反射光を正確に光軸に合わせ させ、はっきりした干渉図像を出す新しい共用された光路設計の提供である。 本考案のもう一つの目的は干渉計を各口径の物体の試験に適用される多段式倍 率変換の映像システムの提供である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、レーザ光線の発生に使われるレーザ光源と、 平面波面の形成に使われる光発散器と準直レンズと、 各々波面を基準波面と試験波面に反射形成させると、基準構成品と試験構成品 と、 基準波面と試験波面が準直レンズを通った後に形成された集焦光点を受ける発 散スクリーンと、 発散スクリーンの中央の光軸が通る位置にあり、集焦光点の正確な整列位置を 標示し、整列された基準波面と試験波面を通らせ、発散スクリーンに遮断されな いことに使われるピンホールと、 干渉図形を映像させる集焦レンズと、 集焦レンズと結合すれば発散スクリーンの上に投射された集焦光点を映像させ ることができる整列レンズと、 整列レンズと同一機構上に設置され、整列モードに於いてピンホールを通るレ ーザ光線を有効に減衰させ、ビデオカメラの影像を飽和現象が起こらないように することができる光フィルターと、 違った操作モードに於いて各々干渉図形と発散スクリーンの影像を受けること ができる回転ディフューザープレートと、 回転ディフューザープレート上の影像を違う倍率を以てビデオカメラのセンサ ーに投射することができる多段式倍率変換レンズセットと、 同時に整列レンズと多段式倍率変換レンズセット中の一部構成品を動かし、光 学的システムを適当に再組合せさせ、干渉計システムが必要とする光軸に対する 基準波面と試験波面の整列機能、及び干渉図形の各段の観測倍率の変化を達成す ることができる連動機構とからなる。

【０００７】

【実施例】

本考案は光軸整列（以下整列と称す）と干渉図像の観測（以下観測と称す）の 両方の操作モードを有する。その中、整列モードは図１に描かれたような光学構 造であり、観測モードは三つの倍率組合せがあり、各々図４，５，６に表す。 図１を参照するに、本考案の干渉計システムにはレーザ光線（２）の発射に使 われるレーザ光源１が含まれ、それが光発散器３に通されたら均一な発散波面４ に形成され、この波面がビームスプリッター５を通れば一部のエネルギーはビー ムスプリッターを通って他の波面６に形成される。ここでのビームスプリッター はいかなる商用形式の各種透過率仕様を持っていてよく、部分透過コーティング されたものから作られることができ、または偏極性分光コーティング部品と位相 リターデーション板（図示せず）によって代替される。

【０００８】 波面６が準直レンズシステム７を通ると平面波面８に転換され、並びに光軸９ の方向に沿って前進する。 この平面波面が基準構成品１０を通ろうとする場合、一部の光はその構成品の 外側基準面１１に反射され、干渉計に戻って基準波面１２に形成され、他の透過 した一部の波面は試験構成品１３の表面１４から反射して干渉計に戻り、試験波 面１５に形成される。基準構成品１０と試験構成品１３の傾斜角を調整すれば、 基準波面１２と試験波面１５の進行方向を決めることができる。その両者の進行 方向が光軸９と同じである場合、干渉システムはすなわち整列を完成したことで あり、観測モードに於いてはっきりした干渉すじ線が見られる。

【０００９】 整列の目的を達成させるため、補助発散スクリーン１６をビームスプリッター ５の後側の準直レンズシステム７の焦点平面に設置する。この発散スクリーンの 中央にはピンホール１７があり、それは丁度ビームスプリッターから反射した後 のシステム光軸上に位置される。 基準波面１２と試験波面１５が準直レンズとビームスプリッターを経過したら 、このスクリーン上に２つの集焦光点１９，２０に形成される。整列モードを操 作する場合、このスクリーン１６は後側の焦点レンズ２１と光軸へ切入される整 列レンズ２３から共同して回転ピントガラス・ディフューザープレート（Rotati ng ground glass diffuser plate）２４上に映像させる。この回転ピントガラス ・ディフューザープレートはレンズの空間同調特性から発生する斑点や雑信号を 除去し、干渉影像をよりはっきりさせる機能を持つ。

【００１０】 この回転ディフューザー２４上の影像の制御調整を行うことにより、基準構成 品１０と試験構成品１３の整列を完成させることができる。整列を行う場合、集 焦光点１９，２０を中央のピンホール１７位置に移せば（光線がピンホールから 通れるようにする）、基準波面１２と試験波面１５の進行方向は光軸９と一致し 、整列の目的が達成される。

【００１１】 整列を補助するため、発散スクリーン１６上に十字線（焦点鏡）を付け加え、 更に均一な光を以てスクリーン１６を照し、十字線と集焦光点１９，２０を同時 に回転ディフューザープレート２４上に映像させる。 図２は同心円形状の目当て網線であり、ピンホール１７は目当て網線の中央に 位置する。網線３７，３８，３９は同間隔の半径を以て同心円分布に形成されて あるが、このような補助網線は使用者が中心光軸（すなわち、ピンホールの位置 ）に対する集焦光点１９，２０の誤差量を知ることに便利である。

【００１２】 図３は他の良く見られる十字線で、ピンホール１７は十字線の中央にあり、４ 本の網線４０，４１，４２，４３は中央のピンホールに対して直角対称の放射状 分布を呈し、このような網線は使用者が集焦光点１９，２０の移動方向をコント ロールするのに便利である。 干渉計を操作する場合、すべての整列と観測の動作を外設されたビデオモニタ ー３５の影像３６を以てモニタリングの根拠にする必要があるので、本システム では他に倍率変換が可能な映像レンズセットを提供し、回転ディフューザープレ ート２４上の影像をビデオカメラ３４の光感知センサー３３にはっきり投射させ る。

【００１３】 整列モードに於いて、回転ディフューザープレート２４上の集焦光点１９，２ ０，目当て網線の中央ピンホール１７等影像は倍率変換レンズセット中の２組の 構成品２７，２８から構成されたある固定倍率を持つ映像システムを通してビデ オカメラ３４のセンサー３４に移転され、並びにビデオカメラの影像信号の出力 によってモニタ３５に現像される。

【００１４】 基準構成品と試験構成品が整列されたら観測モードに入り、干渉図形の測定分 析を行うことができる。このモードには３種類の倍率変換の光学的組合せ態様が 含まれ、各々図４，５，６に表している。その核心部分である倍率変換システム は４組のレンズ２７，２８，２９，３０から組成される。その中、レンズ２９と ３０は整列レンズ２３と合して回転受け座３１上に固定され、この受け座は回転 して４つの垂直正度方向に定位置することができるので、整列モードと３種倍率 変換を含む観測モードが形成される。整列モードを操作する場合、回転受け座の 定位置は図１に示す如く整列レンズ２３を光軸に切入させる。

【００１５】 システムの整列が完成すれば基準構成品と試験構成品からの反射光線はともに ピンホール１７を通ることになる。この場合、回転受け座３１をその他位置に移 して観測モードに形成させ、整列レンズ２３は光軸から離れてしまうので、焦点 レンズはピンホールを通った光の波面を回転ディフューザープレート２４上に投 射して干渉すじ線の図形４４に形成される。この図形は更に後側にある倍率変換 レンズ２７，２８，２９，３０の各種組合せによって図４，５，６のような違っ た倍率を以てビデオカメラのセンサー３３に映像される。

【００１６】 図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）は倍率変換システムの各種レンズの組合せ形態 を詳しく表したものである。その中、構成品２７，２８は干渉計システムの光軸 に固定されてある凸レンズである。レンズ２９，３０は凹レンズと凸レンズの組 合せでともに回転受け座上に設置され、倍率変換セットの変換可能な部分に構成 される。物体表面（すなわち回転ディフューザープレート２４の面）と影像表面 （すなわちビデオカメラのセンサー３３の面）は各々レンズ２７，２８の焦点に 位置される。回転受け座３を回せばレンズ２９，３８は動かされて図７の（ａ） ，（ｂ），（ｃ）に示す３種の倍率映像システムに形成される。

【００１７】 図７の（ｂ）はレンズ２９，３０が光軸から離れ、レンズ２７，２８によって 固定倍率が構成された映像システムを表している。レンズ２９，３０を光軸に切 入すれば、図７の（ａ）の組合せ形態が形成されるが、この場合、レンズ２９， ３０の組合わせ後の局部拡大作用によってシステムは最高倍率の映像効果を持つ ようになり、小範囲または小口径の光学構成品の検査に適する。

【００１８】 若しレンズ２９，３０を反対方向から光軸に切入し、図７の（ｃ）の光学的組 合わせ形態に形成すれば、前述システム（図７の（ａ））の反対位置に相当する 倍率が小さい映像システムに形成され、大口径の光学的組合せの観測に適する。

【００１９】

【考案の効果】

上述のように構成された「単一光路システムを持った多機能干渉計」は単一光 路の設計ではあるが、その構成品は違う組合せ条件に於いて各々違う役割りの特 性を持つことができ、伝統的干渉計（例えばアメリカ合衆国特許第４２０１４７ ３号）のように単独な任務だけを負う双光路システムとは完全に異なるので、干 渉計の内部構造を大幅に減らすことができ、製品は小型化、軽量化され、信頼性 を増し及び価格を減ずる等各種利点を持ち、且つ小型化、軽量化されたことによ って片手で持ち上げることができ、移動する場合も極めて便利であり、実用効果 のある考案である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本システムが整列操作モードに於ける光学的組
合せの図である。

【図２】同心円形状の目当て網線を示す図である。

【図３】四方放射形状の目当て網線を示す図である。

【図４】本システムが観測モードに於ける低倍率光学的
組合せの図である。

【図５】本システムが観測モードに於ける中倍率光学的
組合せの図である。

【図６】本システムが観測モードに於ける高倍率光学的
組合せの図である。

【図７】倍率変換システムの各種レンズの組合せの図で
ある。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ レーザ光線 ３ 光発散器 ４ 発散波面 ５ ビームスプリッター ６ 波面 ７ レンズシステム ８ 平面波面 ９ 光軸 １０ 基準構成品 １１ 外側基準面 １２ 基準波面 １３ 試験構成品 １４ 表面 １５ 試験波面 １６ 補助発散スクリーン １７ ピンホール １９，２０ 集焦光点 ２３ 整列レンズ ２４ 回転ディフューザープレート ２７，２８，２９，３０ レンズ ３１ 回転受け座 ３３ 光感知センサー ３４ ビデオカメラ ３６ 影像 ３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３ 網線

Claims (9)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光線の発生に使われるレーザ光源
   と、 平面波面の形成に使われる光発散器と準直レンズと、 各々波面を基準波面と試験波面に反射形成させる基準構
   成品と試験構成品と、 基準波面と試験波面が準直レンズを通った後に形成され
   た集焦光点を受ける発散スクリーンと、 発散スクリーンの中央の光軸が通る位置にあり、集焦光
   点の正確な整列位置を標示し、整列された基準波面と試
   験波面を通らせ、発散スクリーンに遮断されないことに
   使われるピンホールと、 干渉図形を映像させる集焦レンズと、 集焦レンズと結合すれば発散スクリーンの上に投射され
   た集焦光点を成像させることができる整列レンズと、 整列レンズと同一機構上に設置され、整列モードに於い
   てピンホールを通るレーザ光源を有効に減衰させ、ビデ
   オカメラの影像を飽和現象が起こらないようにすること
   ができる光フィルターと、 違った操作モードに於いて各々干渉図形と発散スクリー
   ンの影像を受けることができる回転ディフューザープレ
   ートと、 回転ディフューザープレート上の影像を違う倍率を以て
   ビデオカメラのセンサーに投射することができる多段式
   倍率変換レンズセットと、 同時に整列レンズと多段式倍率変換レンズセット中の一
   部構成品を動かし、光学的システムを適当に再組合せさ
   せ、干渉計システムが必要とする光軸に対する基準波面
   と試験波面の整列機能、及び干渉図形の各段の観測倍率
   の変化を達成することができる連動機構とからなる単一
   光路システムを持った多機能干渉計。
2. 【請求項２】 構造が応用されて平面式フィゾー干渉計
   に形成された請求項１記載の単一光路システムを持った
   多機能干渉計。
3. 【請求項３】 構造が応用されて球面式フィゾー干渉計
   に形成された請求項１記載の単一光路システムを持った
   多機能干渉計。
4. 【請求項４】 構造が応用されてトワイマン−グリーン
   干渉計に形成された請求項１記載の単一光路システムを
   持った多機能干渉計。
5. 【請求項５】 それの構造が応用されてマッハ−ツエン
   ダー干渉計に形成された請求項１記載の単一光路システ
   ムを持った多機能干渉計。
6. 【請求項６】 ビデオカメラのセンサーはＣＣＤ，ＣＩ
   Ｄ，ＭＯＳ等半導体材料から作られた各種平面配列され
   たセンサーを含む請求項１記載の単一光路システムを持
   った多機能干渉計。
7. 【請求項７】 多段式倍率変換システムは４組のレンズ
   セットから組成され、３段階の干渉すじ線の観測倍率変
   換を持っており、その光学的組合せ態様は次の如くであ
   る： (a) 倍率変換システム中の前後二組のレンズは凸レンズ
   で干渉計システムの光軸上に固定され、物体表面と影像
   表面は各々この２枚のレンズの焦点にあり；(b) 倍率変
   換システムの中間には凸レンズと凹レンズの組合せがあ
   り、その下側は回転可能な機構にされており；(c) この
   機能を違った位置に回転すれば、中間にある２組のレン
   ズは正面方向または反面方向（１８０°回転）の配列に
   なり、または光軸から離れられて３つの違う光学的組合
   せ態様に形成され、並びに各々違った観測倍率を持つ請
   求項１記載の単一光路システムを持った多機能干渉計。
8. 【請求項８】 連動機構は円盤状の受け座であり、その
   上には整列レンズと倍率変換システムの一部の構成品が
   載せられ、この円盤を回転すれば同時に整列レンズと倍
   率変換システムの一部の構成品を動かし、光学システム
   を再組合せさせ、それによって干渉計が必要とする整列
   機能及び三種類の観測倍率変換が達成できる請求項１記
   載の単一光路システムを持った多機能干渉計。
9. 【請求項９】 ビデオカメラのセンサーはビジコンであ
   る請求項８記載の単一光路システムを持った多機能干渉
   計。