JPH07332946A

JPH07332946A - シリンドリカル光学素子測定用ホログラム干渉計装置

Info

Publication number: JPH07332946A
Application number: JP14697494A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Oi; 重徳大井
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 1995-12-22
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: JP3079900B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ホログラム光学素子を、回転方向及び傾き方
向に位置調整可能な構成とすることにより、小型で、コ
ンパクトな構成によって、非球面形状であるシリンドリ
カル光学素子の表面を極めて正確に測定できるようにす
る。【構成】被検物１３は、参照光を回折させる第１のパ
ターン１２ａと、参照光を回折させる第２のパターン１
２ｂとを備えたホログラム光学素子によって、その被検
面１３ａの表面形状の測定が行われる。被検物１３が載
置される載置台５１は多軸調整手段５０に装着されて、
ＸＹＺ及びθ方向に位置調整できるようになっている。
また、ホログラム光学素子１２は取付部４２に装着され
るが、このホログラム光学素子１２は、調整ねじ８３，
８４を介して支持板体８２に連結されて、傾き調整を行
えるようにしている。また、支持板体８２が装着される
取付部４２には、固定リング９０と微動回転リング９１
とからなる回転方向に位置調整できるようになってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばシリンドリカル
レンズ，シリンドリカルミラー等のシリンドリカル光学
素子におけるシリンドリカル面の表面状態を測定するた
めのホログラム干渉計装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レンズその他の被検物の表面形
状を非接触で精密に測定するために干渉計が用いられ
る。干渉計の代表的なものとして、フィゾー型の干渉計
があるが、このフィゾー型の干渉計は、レーザ光源と、
ビームスプリッタ及びコリメータレンズと、基準レンズ
とが用いられ、この基準レンズの前方位置に被検物が配
置される。レーザ光源からのレーザ光をビームスプリッ
タに反射（または透過）させて、コリメータレンズによ
り平行光束化させ、この平行光束を基準レンズに入射し
て、その基準面で一部の光を反射させ、この基準レンズ
を透過する光を被検物の被検面で一部反射させ、これら
基準面からの反射光と、被検面からの反射光との間の干
渉作用により生じる干渉縞を観察することによって、被
検物の表面形状を測定するものである。

【０００３】基準レンズの基準面は、被検物における被
検面の理想形状としたものであり、被検物が球面レンズ
であれば、基準レンズも球面レンズで良いから、この基
準レンズは容易に作成できるが、被検面が非球面である
場合には、基準面を正確に形成するのは極めて困難であ
る。一方、近年においては、コンピュータ合成ホログラ
ムを用いることによって、測定対象となる被検物の表面
状態の測定を行うホログラム干渉計が実用化されてい
る。コンピュータ合成ホログラムは、ガラス基板上にフ
ォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を電子
ビームで走査させることによって、物体波と参照波との
干渉縞と同等の格子模様のホログラムパターンを露光し
た後、それを現像することにより干渉縞を顕在化させた
光学素子である。

【０００４】このホログラムを用いた干渉法によれば、
非球面その他の特殊な形状の検査・測定が可能なこと等
から、広い用途が考えられる。特に、近年においては、
複写機やファクシミリ等のように走査光学系を備えた装
置等において、シリンドリカル光学素子が多数用いられ
るが、このようなシリンドリカル光学素子の表面状態を
正確に測定するために、ホログラム干渉計を用いること
ができる。

【０００５】ホログラム干渉計としては、反射型のもの
と、透過型のものとがある。反射型のホログラム干渉計
は、ホログラム光学素子におけるホログラムパターンの
形成面に対して所定角度方向からレーザ光を入射させ
て、このホログラムパターン上で回折させることによっ
て、参照光と測定光とを得るが、これら参照光及び測定
光は、共にホログラムパターン形成面で反射させるよう
にしたものである。これに対して、透過型のホログラム
干渉計は、参照光はホログラムパターン形成面で反射す
るが、測定光はこのホログラムパターン形成面を透過す
るようにしたものである。被検面が凹曲面形状であれ
ば、反射型のものであっても、透過型のものであって
も、同様に測定できる。しかしながら、被検面が凸曲面
形状の場合には、反射型のホログラム干渉計では、ホロ
グラム光学素子への入射光の光路に対するけられの問題
が生じることから、被検物をホログラム光学素子に対し
て所定の間隔を置いた位置に配設しなければならず、こ
のために測定できる被検面の曲率には限度がある。これ
に対して、透過型のホログラム干渉計を用いれば、被検
物はホログラム光学素子に極めて近い位置に配置できる
ことから、測定可能範囲が広くなるという利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した透
過型のホログラム干渉計において、レーザ光源からホロ
グラム光学素子を経て被検物に照射すると共に、干渉縞
の観察部に至るまでに設けられる各種の光学部材を正確
に配置しなければならなず、また被検物が非球面の光学
素子である場合には、各種用いられる光学部材の配置が
限定されるものもあることから、干渉計装置の全体構成
はかなり大型化することになる。このような理由から、
透過型のホログラム干渉計を用いて、非球面の光学素子
の測定を行う装置は未だ開発されていないのが現状であ
る。

【０００７】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、小型で、コンパクト
な構成により被検面が非球面であるシリンドリカル光学
素子を正確に測定できる装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、シリンドリカル光学素子の表面形状
を測定するために、レーザ光源からのレーザ光を平行光
束化して出射する光源部及び干渉縞の観察部を備えた光
源・観察部ユニットと、透過型のホログラム光学素子を
備えた干渉計ユニットと、被検物がその被検面が上を向
くようにして載置され、位置調整可能な載置台を備えた
被検物載置部ユニットとからなり、前記干渉計ユニット
には、レーザ光の光路を引き回して、斜め上方から前記
ホログラム光学素子にレーザ光を照射させる複数の反射
ミラーを設けると共に、前記被検物の上部位置に取付部
を設けて、この取付部にホログラム光学素子を装着させ
るようになし、この取付部にホログラム光学素子の位置
を調整する位置調整手段を備える構成としたことをその
特徴とするものである。

【０００９】

【作用】まず、干渉計装置を機能上で３つのユニットか
ら構成している。光源・観察部ユニットは、干渉計装置
の基本構成として、単に透過型のホログラム干渉計だけ
でなく、反射型のホログラム干渉計であっても、また基
準レンズを用いた干渉計にも共用できるものである。即
ち、光源・観察部ユニットから平行光束化されたレーザ
光が導かれる光路に配置する部材を変えることにより、
各種の干渉計装置を構成できることから、装置の共用化
が可能となり、量産効果が期待できる。

【００１０】この光源・観察部ユニットからの光路を引
き回すと共に、ホログラム光学素子を装着した干渉計ユ
ニットと、被検物が載置される載置台を備えた被検物載
置部ユニットとを別個に設ける構成とすることによっ
て、干渉計ユニットの組立が容易になり、メンテナンス
等の点で有利である。また、載置台の周囲が開放された
空間に配置できるようになるから、被検物の載置台への
着脱が容易に行えるようになり、その自動化が可能とな
る等の利点がある。

【００１１】このように、３つのユニットから構成する
と、それぞれの光軸を一致させなければならない。特
に、ホログラム光学素子と被検物との間の位置は極めて
厳格に位置合せを行う必要がある。また、被検物は、載
置台上に載置されるようになっており、この載置台上に
被検物を載置した時に、この被検物を安定した状態に保
持しなければならない。このために、載置台をホログラ
ム光学素子に合せ込むには限界がある。一方、光源・観
察部ユニットと干渉計ユニットとの間は、ホログラム光
学素子と被検物の位置が正確に合っておれば、組み付け
時に多少の誤差等があったとしても、格別問題ではな
い。

【００１２】以上のことから、本発明では、ホログラム
光学素子を取付部に装着するようになし、この取付部に
は、ホログラム光学素子の位置を調整可能としている。
このホログラム光学素子は、まずその回転方向に位置調
整できるようになっている。これによって、ホログラム
光学素子の方向と被検物の方向とが正確に一致するよう
に調整できる。また、ホログラム光学素子への入射光の
光路に対して任意の方向に傾くように角度調整できる。
これによって、ホログラム光学素子と被検物との平行度
を調整できる。また、被検物が載置される載置台が調整
可能なものであるから、ある程度の範囲で載置台をホロ
グラム光学素子に合わせることによって、ホログラム光
学素子を反射ミラーに位置合せすることができる。これ
により、３つのユニットの相対位置を正確に合せ込むこ
とができる。

【００１３】干渉計ユニットには、反射ミラーによって
任意の方向に光路を引き回すことができるようになって
いるから、例えば一度光路を下方に導いた上で、水平方
向、上方向というように引き回すように構成すれば、光
源・観察部ユニットが上方に突出しないように保持でき
る。このような光路の引き回しを行えば、光源・観察部
ユニットを低い位置に配置できる。これによって、干渉
計装置全体の重心が低くなり、振動等の影響を抑制でき
ることになる。

【００１４】

【実施例】まず、図１にホログラム干渉計装置の原理構
成を示す。図中において、１は干渉計装置を示し、この
干渉計装置１は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等からなるレーザ光
源２、反射ミラー３，発散レンズ４及びピンホール５を
備え、レーザ光源２からのレーザビームは、反射ミラー
３によって９０°曲折せしめられて、発散レンズ４を通
り、この発散レンズ４の集光位置に配置したピンホール
５を通過後に発散してそのスポット径を広げながら、ビ
ームスプリッタ６に反射して再び９０°方向を転換し
て、レーザ光源２から出射方向とは反対方向に向けて進
行し、コリメータレンズ７により平行光束化される。

【００１５】この平行光は、まず第１の反射ミラー８に
反射し、次いで第２の反射ミラー９に反射させた後に光
路を上方に向ける。そして、第２の反射ミラー９からの
レーザ光を第３の反射ミラー１０により一旦折り返した
上で、さらにこの第３の反射ミラー１０で折り返された
レーザ光を第４の反射ミラー１１に反射させるようにし
ている。第４の反射ミラー１１には、ホログラム光学素
子１２が対向配設されている。このホログラム光学素子
１２にレーザ光が入射されると、参照光と測定光とに分
けられる。参照光は入射光路と同一の光路で、この入射
光路とは反対方向に進行し、測定光はホログラム光学素
子１２を透過する。

【００１６】一方、測定光の光路には被検物としてのシ
リンドリカルレンズ１３（以下、被検物１３という）が
配置される。ここで、ホログラム光学素子１２は、入射
光が回折して、参照光と測定光とに分かれることにな
り、参照光は平面状の波面となり、測定光はシリンドリ
カルな波面とする必要があることから、このホログラム
光学素子１２のホログラムパターンとしては、図２に示
したように、被検物１３の母線と直交する方向の平行な
直線格子からなる第１のパターン１２ａと、この母線と
直交する方向に向けて円弧状となった第２のパターン１
２ｂとから構成される。従って、このホログラム光学素
子１２に対して所定の角度をもって斜め上方から平行光
を入射すると、第１のパターン１２ａの作用により回折
して、参照光として光路を戻る方向に反射し、第２のパ
ターン１２ｂを透過する際に、回折が生じて、母線方向
には平行で、母線と直交する方向においては収束点ｆに
収束するシリンドリカルな波面を持った測定光となる。

【００１７】被検物１３のシリンドリカル面からなる被
検面１３ａの円弧面の中心が収束点ｆと一致する位置に
配置するが、この被検面１３ａが凸曲面である場合に
は、収束点ｆよりホログラム光学素子１２側の位置に、
また凹曲面形状である場合には、収束点ｆより後側の位
置に配置する。この被検物１３に照射された光は、被検
面１３ａで一部が反射してホログラム光学素子１２に戻
る。この被検物１３からの戻り光はホログラム光学素子
１２を透過する際に、元の平行光となってコリメータレ
ンズ７に向かう。従って、ホログラム光学素子１２によ
り回折した測定光は、被検物１３の被検面１３ａに反射
して得られた物体光は、第１のパターン１２ａで回折し
た参照光との間で干渉する。従って、ホログラム光学素
子１２における第１のパターン１２ａで回折された参照
光を、被検物１３の被検面１３ａが理想形状であった時
に、第２のパターン１２ｂで回折した光が被検物１３の
被検面１３ａで反射し、さらに第２のパターン１２ｂで
再び回折した光と同様の特性を有するように設計すれ
ば、被検物１３の被検面１３ａにおける表面精度に関す
る情報が干渉縞情報に変換される。この干渉縞像は、ビ
ームスプリッタ６を透過し、干渉縞の観察部を構成する
スクリーン２０、及びコリメータレンズ７の後側焦点位
置に設けた干渉縞結像用レンズ２１を介して撮像手段２
２の結像面に結像させることによって、その観察が可能
となる。

【００１８】而して、ホログラム光学素子１２の作用に
よって平面波と被検物１３における被検面１３ａに対応
する非球面波との変換が行われ、干渉縞は平行光同士の
干渉の結果生成されたものであるから、極めて明瞭な干
渉縞模様が撮像手段２２により撮像される。従って、こ
の被検面１３ａの形状を極めて高い精度で測定すること
ができる。

【００１９】次に、図３にこの干渉計装置１の具体的な
構成について説明する。図中において、３０は定盤を示
し、この定盤３０上には、光源・観察部ユニット３１、
干渉計ユニット３２及び被検物載置部ユニット３３が固
定的に取り付けられている。被検物載置部ユニット３３
には、被検物１３が装着されて、この被検物１３の被検
面１３ａの表面形状が測定される。これら各ユニット３
１〜３３はそれぞれ独立した構成されて、各々個別的に
定盤３０上に設置されている。

【００２０】光源・観察部ユニット３１は、本体ケーシ
ング３１ａと筒体部３１ｂとから構成されており、本体
ケーシング３１ａには、反射ミラー３からビームスプリ
ッタ６までの光源側の光路と、ビームスプリッタ６から
撮像手段２２までの結像側の光路とが設けられており、
筒体部３１ｂの下端部にはコリメータレンズ７が装着さ
れている。そして、この光源・観察部ユニット３１は、
その筒体部３１ｂに連結部３１ｃが連設されており、こ
の連結部３１ｃは、定盤３０に立設した支持ポスト３４
に昇降可能に連結されている。支持ポスト３４はねじ軸
となっており、連結部３１ｃはこの支持ポスト３４に沿
って上下動させて、所要の高さ位置に調節した状態で、
ロックレバー３５で固定できるようになっている。

【００２１】次に、干渉計ユニット３２は、ハウジング
４０を有し、このハウジング４０は、一対の側壁４０
ａ，４０ａと、両側壁４０ａ，４０ａ間を所定の間隔に
保つように囲繞する周壁４０ｂとから構成される。ハウ
ジング４０は、その側面形状において、光源・観察部ユ
ニット３１側に向けて突出する下部張り出し部４０Ｌと
被検物載置部ユニット３３方向に突出する上部張り出し
部４０Ｓとを有し、下部張り出し部４０Ｌが定盤３０に
固定されている。また、上部張り出し部４０Ｓの底部は
被検物載置部ユニット３３の上部位置に延在されてい
る。これによって、ハウジング４０の内部容積をコンパ
クト化でき、しかも被検物１３が着脱される被検物載置
部ユニット３３の手前側及び左右の両側が開放されて、
その着脱操作を容易に行うことができる。

【００２２】ハウジング４０の下部張り出し部４０Ｌの
上部における光源・観察部ユニット３１の筒体部３１ｂ
と対面する位置には、レーザ光を下方に導くための透孔
４１が形成されている。従って、光源・観察部ユニット
３１において、コリメータレンズ７で平行光束化された
レーザ光はこの透孔４１を介してハウジング４０内に導
かれる。ハウジング４０内には、内部に導かれたレーザ
光の光路を引き回すために、まず下部側の下部張り出し
部４０Ｌに第１，第２の反射ミラー８，９が固定的に装
着されている。この第１，第２の反射ミラー８，９によ
って、光源・観察部ユニット３１から下方に向けて出射
されたレーザ光が上方に向くように方向転換されて、下
部側の下部張り出し部４０Ｌから上部側の上部張り出し
部４０Ｓに導かれるようになる。上部側の上部張り出し
部４０Ｓには、第３の反射ミラー１０及び第４の反射ミ
ラー１１が設けられている。そして、上部張り出し部４
０Ｓの下面部には取付部４２が設けられて、ホログラム
光学素子１２は、第４の反射ミラー１１に対面するよう
に配置されている。第１乃至第４の反射ミラー８〜１１
のうち、第１乃至第３の反射ミラー８〜１０は、ミラー
ホルダ８ａ〜１０ａに装着されており、このミラーホル
ダ８ａ〜１０ａはハウジング４０の側壁４０ａにビス等
を用いて固定されている。

【００２３】ここで、ホログラム光学素子１２に対して
は、所定角度をもって斜め上方から光が照射されるよう
になっている。ホログラム光学素子１２に対する光の入
射角度は、このホログラム光学素子１２におけるホログ
ラムパターンを露光形成するに当っては、第１のパター
ン１２ａにおける参照光に相当する光が照射される角度
と一致させる。これによって、ホログラム光学素子１２
に光を入射させると、その入射光路と同じ光路で、逆方
向に進行する回折光が得られる。そして、被検物１３は
シリンドリカル光学素子であり、このシリンドリカル光
学素子は母線方向に長尺なものが多く、このために、被
検物１３を干渉計装置１を構成する各部とは干渉しない
ように被検物載置部ユニット３３に搭載できるようにす
るために、第３の反射ミラー１０からの光の光路を、第
４の反射ミラー１１により下方に向けるように反射させ
るが、図４に仮想線で示したように、単に直下方向に光
路を向けるのではなく、同図に実線で示したように、こ
の第４の反射ミラー１１への入射光に対して、９０°側
方に向けて所定の角度θ傾けるようにしてホログラム光
学素子１２に入射する。これによって、第３の反射ミラ
ー１０から第４の反射ミラー１１への光の入射方向に対
して直交する方向に被検物１３を配置することにより、
その測定が可能となる。

【００２４】第４の反射ミラー１１は、光路をこの方向
に変化させるために、ハウジング４０の側壁４０ａに設
けたミラーホルダ４３には、直接第４の反射ミラー１１
が固定されているのではなく、ミラーマウント４４が固
定して設けられており、第４の反射ミラー１１はこのミ
ラーマウント４４の表面に設けた凹部４５に嵌合されて
いる。而して、図５及び図６に示したように、ミラーマ
ウント４４は、円柱状の部材をその軸心に対して斜め４
５°の角度に切断した形状からなり、この斜めの切断面
部４４ａに凹部４５が設けられている。そして、ミラー
マウント４４には、その凹部４５を形成した側とは反対
側、即ち軸心と直交する方向の面４４ｂには、ミラーマ
ウント４４の軸心方向に突出する円形の連結部４６が連
設されており、この連結部４６はミラーホルダ４３に設
けた受け部４７に嵌合されるようにして連結され、また
４本のビス４８を螺挿することにより固定されるように
なっている。このように構成することによって、図５に
示したように、ミラーマウント４４の切断面部４４ａを
第３の反射ミラー１０に正対する状態にしてミラーホル
ダ４３に装着すれば、このミラーマウント４４に装着し
た第４の反射ミラー１１により往路を直下方向に曲折で
き、またこの位置からミラーマウント４４を矢印で示し
た方向に回転させることによって、光路はこのミラーマ
ウント４４の軸心回りに回転するようになって、ホログ
ラム光学素子１２に対して斜め方向に光を入射させるこ
とができる。このために、図６に示したように、ミラー
ホルダ４３には、４箇所にビス挿通孔４９が設けられて
いるが、これら各ビス挿通孔４９は、上下左右の４箇所
ではなく、それから角度θだけ回転させた位置に設けら
れており、これによってミラーマウント４４は、図示の
状態から矢印方向に回転させた状態にして装着されるこ
とになる。また、４本螺挿されるビス４８のうち、１本
のビス４８ａを基準のものとなし、この基準のビス４８
ａはミラーホルダ４３に形成したビス挿通孔４９ａに対
して実質的に隙間がない状態に挿通させるようになし、
他のビス４８を挿通させるビス挿通孔４９には、多少の
遊びを持たせることによって、ミラーマウント４４をミ
ラーホルダ４３に装着する際に、回転方向に微調整でき
るようになる。

【００２５】次に、被検物１３は、図７に示したシリン
ドリカルレンズやシリンドリカルミラー等のシリンドリ
カル光学素子であって、被検面１３ａはシリンドリカル
面である。このシリンドリカル面は、母線Ｂ方向とこの
母線Ｂと直交する方向、即ち曲面Ｒ方向とがあり、この
被検面１３ａの表面状態の測定を行うためのホログラム
光学素子１２におけるホログラムパターンは、被検物１
３と対面するように配設されている。而して、この被検
面１３ａの表面状態を正確に測定するためは、母線Ｂが
第２のパターン１２ｂに対して直交し、しかも曲面Ｒの
中心Ｏがホログラム光学素子１２の光軸中心線Ａ上で、
その集光位置と一致すると共に、ホログラム光学素子１
２の光軸中心線Ａに対して母線Ｂが垂直となるように位
置決めされなければならない。

【００２６】このために、被検物載置部ユニット３３は
多軸調整手段５０を備え、被検物１３が載置される載置
台５１はこの多軸調整手段５０に装着されて、載置台５
１上に載置した被検物１３を測定位置に位置決めされ
る。而して、被検物１３は、その被検面１３ａの母線Ｂ
を図３の紙面と直交する方向に向けて、この載置台５１
に設けた位置決め突部５１ａに当接するように載置され
る。

【００２７】この多軸調整手段５０としては、まずＺ軸
ステージを有する。このＺ軸ステージは、定盤３０にス
ライドガイド５２を鉛直に立設し、このスライドガイド
５２に、図８に示したように、昇降基台５３が昇降可能
に装着されている。この昇降基台５３は粗動スライド部
５３ａと微動スライド部５３ｂとからなり、粗動スライ
ド部５３ａにはロックねじ５４が装着され、また粗動ス
ライド部５３ａと微動スライド部５３ｂとの間には、Ｚ
軸調整用のねじ軸５５（またはマイクロメータヘッド）
が装着されている。従って、ロックねじ５４を緩める
と、この昇降基台５３は、両スライド部５３ａ，５３ｂ
を連動して昇降動作させることができ（粗動動作）、ま
たロックねじ５４をスライドガイド５２の側面に設けた
摩擦係合部５２ａに圧接させることによって、粗動スラ
イド部５３ａを固定した状態で、ねじ軸５５を螺回すれ
ば、微動スライド部５３ｂを粗動スライド部５３ａに対
して近接・離間する方向に微小移動させる（微動動作）
ことができる。

【００２８】昇降基台５３における微動スライド部５３
ｂには、支持アーム５６が延設されている。そして、こ
の支持アーム５６にＸＹ軸方向の水平位置を調整するＸ
Ｙステージとθ方向の調整を行うθステージとが装着さ
れる。これらの水平面調整部は、ＸＹ軸方向及びθ方向
の３軸の調整が可能であるが、被検物１３の寸法によっ
ては、必ずしもＹ軸方向の調整は必要ではなく、従って
支持アーム５６に装着されるのは、少なくともＸ軸方向
及びθ方向の水平面における２軸調整部材で構成されて
おれば良い。而して、支持アーム５６には、Ｙ軸方向に
ガイドレール５７が設けられており、このガイドレール
５７にはＹ軸テーブル５８がＹ軸方向に移動可能に装着
されている。そして、このＹ軸テーブル５８にはＹ軸調
整用のねじ軸５９（またはマイクロメータヘッド）が装
着されて、このねじ軸５９を螺回することによって、Ｙ
軸テーブル５８はＹ軸方向、即ち載置台５１に被検物１
３を載置した時に、その母線Ｂの方向に微小移動させる
ことができるようになっている。そして、このＹ軸テー
ブル５８にはＸ軸方向にガイドレール６０が設けられて
おり、このガイドレール６０上には、Ｘ軸テーブル６１
が、Ｘ軸調整用のねじ軸６２によりＸ軸方向に微小移動
可能に設けられている。

【００２９】また、θステージはＸ軸テーブル６１上に
設けられている。即ち、図９から明らかなように、Ｘ軸
テーブル６１にはリング状の固定軸６３が突設されてお
り、この固定軸６３には、微動回転リング６４が挿嵌さ
れている。この微動回転リング６４には回転テーブル６
５に連設した回転軸６５ａが挿嵌されている。固定軸６
３には、２箇所に長孔６６，６７が穿設されており、一
方の長孔６６にはロックねじ６８が螺挿されている。こ
のロックねじ６８は、微動回転リング６４に螺挿され
て、その先端部は回転軸６５ａと摩擦係合している。従
って、このロックねじ６８を回転軸６５ａから離間させ
ると、この回転軸６５ａが自由に回転できるようにな
り、回転テーブル６５はθ方向の粗動回転動作を行わせ
ることができる。また、他方の長孔６７からは微動回転
リング６４に連結した作動指片６９が延設されており、
この作動指片６９にはθ方向への微動動作用のねじ軸７
０（またはマイクロメータヘッド）の先端が当接し、反
対方向からばね７１により作動指片６９をねじ軸７０に
圧接する方向に付勢している。従って、ロックねじ６８
により回転軸６５ａと微動回転リング６４とを一体化さ
せた状態で、ねじ軸７０を螺回すると、長孔６７の幅の
範囲内で、微動回転リング６４と共に回転テーブル６５
の回転角を微調整できるようになる。

【００３０】このθステージを構成する回転テーブル６
５上には、図１０及び図１１に示したように、チルト方
向調整ステージが設けられている。このチルト方向調整
ステージは、略方形のチルト台７２を有し、このチルト
台７２の中心部に球面継手７３を設けて、この球面継手
７３の球面部７３ａを回転テーブル６５に設けた球面軸
受７４に挿嵌されている。そして、この球面継手７３の
配設位置から母線Ｂ方向及びこの母線Ｂと直交する方向
に所定距離だけ離間した位置に一対のねじ軸７５，７６
が回転テーブル６５の下方から螺挿されており、これら
両ねじ軸７５，７６はチルト台７２の下面に設けた受け
部７７，７８（受け部７８は図面上表れない）に当接し
ている。そして、球面継手７３を挟んでねじ軸７５，７
６の反対側の位置には、それぞれチルト台７２と回転テ
ーブル６５との間に圧縮ばね７９，８０が張設されてい
る。従って、ねじ軸７５を螺回すれば、チルト台７２
は、チルト軸Ｔ₁ 回りに傾動させることができる。この
チルト軸Ｔ₁ は、ホログラム光学素子１２の光軸中心線
Ａを通り、かつ被検物の母線Ｂと直交する軸である。ま
た、ねじ軸７５を螺回すると、チルト台７２は、このチ
ルト軸Ｔ₁ と直交するチルト直交軸Ｔ₂ 回りに傾動させ
ることができる。なお、このチルト直交軸Ｔ₂方向の調
整は必ずしも必要ではないが、ホログラム光学素子１２
の中心軸線Ａを正確に被検物１３の中心位置に配置する
必要がある場合等には、適宜ねじ軸７６を螺回させて、
チルト直交軸Ｔ₂ 方向の傾き角を調整すれば良い。

【００３１】このように、多軸調整手段５０を用いるこ
とによって、被検物１３の表面状態を測定する際に、こ
の被検物１３がセットされる載置台５１をＸＹ方向，θ
方向及びチルト方向に調整できる。

【００３２】ホログラム光学素子１２は、前述したよう
に、干渉計ユニット３２のハウジング４０における上部
張り出し部４０Ｓの下面部に形成した開口４２ａの周囲
に設けた取付部４２に装着されるが、この取付部４２
は、ホログラム光学素子１２を回転方向及び傾き方向に
調整できる構成となっている。ここで、回転方向の位置
調整機構は、載置台５１のθ方向調整手段と同様の構成
であり、また傾き方向の調整機構は、載置台５１のチル
ト方向調整手段と実質的に同様の構成となっている。

【００３３】而して、図１２乃至図１４に示したよう
に、ホログラム光学素子１２の外形は正方形のものであ
るが、このホログラム光学素子１２は円形のホログラム
ホルダ８１に固定されており、このホログラムホルダ８
１は支持板体８２に傾き調整可能に連結されている。支
持板体８２には、ホログラム光学素子１２とほぼ同じ形
状の透孔８２ａを形成した円形の部材であって、ホログ
ラムホルダ８１と支持板体８２との間には、９０°の間
隔を置いて一対の調整ねじ８３，８４が設けられてお
り、また一方の調整ねじ８３から１８０°の位置に球面
継手部８５が設けられている。調整ねじ８３，８４は、
ホログラムホルダ８１に設けた挿通孔８１ａ，８１ｂを
貫通して延び、支持板体８２に穿設したねじ孔８２ｂ，
８２ｃに螺挿されている。また、調整ねじ８３，８４に
は、ホログラムホルダ８１に当接する太径部８３ａ，８
４ａが形成されると共に、その先端部分はねじ部８３
ｂ，８４ｂとなっている。一方、球面継手部８５は、支
持板体８２に固定されている軸部８５ａと、この軸部８
５ａの先端に連設した球形部８５ｂとを備え、またホロ
グラムホルダ８１には、この球形部８５ｂが係合する球
形受け部８５ｃが取り付けられている。さらに、調整ね
じ８３，８４における支持板体８２とホログラムホルダ
８１との間の位置には、ばね８６，８７が弾装されてい
る。

【００３４】以上のように構成することによって、調整
ねじ８３を螺出入させると、ホログラムホルダ８１は、
支持板体８２に対して、軸線Ａ₁ を中心として傾けられ
るようになり、また調整ねじ８４を操作すると、ホログ
ラムホルダ８１は軸線Ａ₂ を中心として傾けることがで
き、これによってホログラム光学素子１２は、その入射
光の光路断面において、任意の方向に角度調整を行うこ
とができる。

【００３５】支持板体８２は、上部張り出し部４０Ｓの
下面部に設けた取付部４２に回転方向に位置調整可能に
連結されている。取付部４２は、ハウジング４０に固定
して設けられ、枠状に形成した固定リング９０を有し、
この固定リング９０内には微動回転リング９１が挿嵌さ
れており、この微動回転リング９１内に支持板体８２が
螺挿される保持リング９２挿嵌されている。また、固定
リング９０には、長孔９３，９４が設けられており、一
方の長孔９３が形成されている部位にはロックねじ９５
が微動回転リング９１を貫通して支持板体８２の外面に
当接している。また、微動回転リング９１には、他方の
長孔９４から突出する作動指片９６が連結されており、
この作動指片９６の先端は固定リング９０から外方に突
出している。この部位には、固定リング９０に連結して
設けた筐体９７に螺挿した調整ねじ９８の先端に当接
し、またこの筐体９７内には、作動指片９６を調整ねじ
９８に押し付ける方向に付勢するばね９９が弾装されて
いる。

【００３６】このように構成することによって、ロック
ねじ９５によるロックを解除すると、支持板体８２は自
由に回転させることができ、この支持板８２に連結した
ホログラムホルダ８１に設けたホログラム光学素子１２
を回転方向に位置調整できるようになる。また、ホログ
ラム光学素子１２を所定の方向に向けて、ロックねじ９
５によるロックを行った状態で、調整ねじ９８を螺出入
すれば、このホログラム光学素子１２の位置を微調整で
きる。

【００３７】而して、被検物１３のシリンドリカル面か
らなる被検面１３ａの表面状態を測定するには、ホログ
ラム光学素子１２に入射される光は、所定の角度θ方向
から入射させる必要がある。この入射角θは、ホログラ
ム光学素子１２によって回折する参照光の角度と正確に
同一となっていなければならない。また、被検物１３
は、ホログラム光学素子１２に正対する位置に配置する
必要がある。このために、レーザ光源２からホログラム
光学素子１２を経て被検物１３に至る光路及び被検物１
３からホログラム光学素子１２を介して撮像手段２２に
至る光路は極めて厳格に調整しなければならない。光源
・観察部ユニット３１は、予め相互に正確に位置合わせ
した状態に組み立てられるから、その間で光軸のずれが
発生することはない。第１乃至第４の反射ミラー８〜１
１の位置関係も同様、予め正確に組み込まれている。ま
た、光源・観察部ユニット３１と干渉計ユニット３２と
を定盤３０上に正確に組み付ければ、両ユニット間での
光軸は正確に一致する。

【００３８】ただし、干渉計ユニット３２に装着される
ホログラム光学素子１２は、被検物に応じて適宜交換さ
れることから、このホログラム光学素子１２を取付部４
２に装着した時に、正確な位置出しを行うようにするの
は、極めて困難である。ホログラム光学素子１２は、第
４の反射ミラー１１及び載置台５１と厳格に位置が合っ
ていなければ、被検物１３の正確な測定を行うことはで
きない。

【００３９】そこで、まず第４の反射ミラー１１は、ホ
ログラム光学素子１２が正確に水平状態に配置されてお
れば、この第４の反射ミラー１１から角度θでこのホロ
グラム光学素子１２に光を入射できる位置に配置されて
いる。ただし、装置の機械誤差や組立誤差等があること
から、ミラーホルダ４３はミラーマウント４４に対し
て、基準となるビス４８ａで止着される部位を中心とし
て、微小角度回動させることができるから、これらの誤
差を吸収できて、ホログラム光学素子１２への入射方向
は極めて正確に調整できる。

【００４０】次に、ホログラム光学素子１２は、水平状
態に配置し、かつそのホログラムパターンの形成方向と
載置台５１に載置される被検体１３の方向とを正確に一
致させなければならない。そこで、まず支持板体８２を
保持リング９３に螺挿することによって、ホログラム光
学素子１２を取付部４２に取り付けた状態で、調整ねじ
８３，８４を適宜螺出入させると、ホログラム光学素子
１２が任意の方向に傾くようになり、これによってホロ
グラム光学素子の傾きが調整されて、正確に水平な状態
になる。そして、ホログラム光学素子１２のホログラム
パターンの方向調整を行うには、このホログラムパター
ンのずれが大きい場合には、まずロックねじ９５を緩め
て、ホログラム光学素子１２が装着されているホログラ
ムホルダ８１を所要の方向に回転させる。そして、ある
程度回転方向の調整が行われると、ロックねじ９５を締
め付け、然る後に調整ねじ９８を螺出入させることによ
って、微細な調整を行う。これによって、載置台５１に
載置された被検物１３が所定の位置に配置されておれ
ば、その被検面１３ａの測定が可能となる状態に調整さ
れる。

【００４１】以上の状態で、被検物１３をその母線Ｂの
方向をホログラム光学素子１２のホログラムパターンに
おける格子方向に向けた状態にして載置台５１上にセッ
トする。ここで、ホログラム光学素子１２は、第４の反
射ミラー１１からの入射光の角度から、そのホログラム
パターンは図３の紙面に対して垂直な方向に配置され、
従って、被検物１３も母線Ｂがこの左右方向を向くよう
にセットされる。而して、載置台５１は、前方側及び左
右両側には何等の部材もなく、開放された空間となって
いるから、この被検物１３の着脱作業を容易に行うこと
ができる。特に、被検物１３として長尺のものを用いる
場合や、この被検物１３の着脱操作を自動化するには、
載置台５１の左右両側が開放されていることは重要とな
る。

【００４２】被検物１３の表面形状を測定するに当って
は、まず、被検物１３を理想形状に形成したサンプルを
用い、このサンプルを載置台５１上にセットする。ホロ
グラム光学素子１２は、載置台５１が所定の位置に保持
されておれば、この載置台５１に載置した被検物１３の
測定が可能な状態となっているから、サンプルを用い
て、載置台５１の位置調整を行う。まず、ロックねじ５
４による昇降基台５３を構成する粗動スライド部５３ａ
のロックを解除して、昇降基台５３を大きく上下動させ
る。ある程度目標となる位置まで移動させると、ロック
ねじ５４を締め付けて、昇降基台５３の粗動スライド部
５３ａを固定する。この状態で、ねじ軸５５を螺回する
ことにより、微動スライド部５３ｂが微小量だけ上下し
て、Ｚ軸方向に厳格に位置決めされる。

【００４３】載置台５１は、昇降基台５３を微動スライ
ド部５３ｂに設けた支持アーム５６に連動するから、粗
動スライド部５３ａでＺ軸方向に粗位置決めした後に、
微動スライド部５３ｂを微小量だけ上下動させることに
より、サンプルのＺ軸方向の位置決め、即ちサンプルの
シリンドリカル面における曲面Ｒの中心Ｏがホログラム
光学素子１２からの測定光の集光位置と一致する位置に
調整できる。なお、曲面Ｒの部分の曲率半径が予め知ら
れている場合には、昇降基台５３の高さ位置を目盛りで
表示し、またねじ軸５５として、マイクロメータヘッド
のように目盛りを有する部材を用いれば、このＺ軸方向
の位置調整は極めて容易に行うことができる。

【００４４】次に、前述した曲面Ｒの中心ＯがＺ軸方向
において、ホログラム光学素子１２の集光位置と同じ位
置であっても、水平方向に位置ずれしている場合があ
る。ここで、シリンドリカル面である関係から、曲面Ｒ
の中心Ｏは母線Ｂ方向における直線状となる。従って、
水平面での母線Ｂと直交する方向、即ちＸ軸方向の位置
を調整しなければならない。このＸ軸方向の位置調整
は、ねじ軸６２を螺回し、Ｘ軸テーブル６１をガイドレ
ール６０に沿って移動させることにより行う。なお、Ｙ
軸方向の位置調整は必ずしも行う必要はないが、被検面
の中心をホログラム光学素子１２の中心軸線と一致させ
る場合には、Ｙ軸テーブル５８の位置調整も行う。

【００４５】さらに、サンプルの母線Ｂとホログラム光
学素子１２のホログラムパターンとの方向を一致させる
ために、ねじ軸７０を螺回させて、回転テーブル６５を
回転させることによりθ方向の調整を行う。ここで、回
転テーブル６５は粗動動作と微動動作とが可能である
が、粗動動作は、初期調整の段階で行い、この初期調整
の段階で、載置台５１とホログラム光学素子１２とが実
質的に軸線が一致するように設定した状態で、ねじ軸７
０が長孔６７のほぼ中央位置に配置しておくことによっ
て、比較的少ない角度回転させれば、容易にθ方向の調
整を行うことができる。

【００４６】然る後に、サンプルの母線Ｂの傾きを調整
するチルト方向の調整を行う。このチルト方向の調整
は、ねじ軸７５を螺回することによって、チルト台７２
をチルト軸Ｔ₁ 回りに傾動させることによって、母線Ｂ
がホログラム光学素子１２の中心軸線Ａに対して直交す
る状態に位置決めされる。

【００４７】以上の操作を行うことによって、被検物１
３がセットされる載置台５１は正確に測定位置に配置さ
れたことになる。そこで、サンプルを載置台５１から取
り外して、被検物１３をこの載置台５１にセットして、
ホログラム光学素子１２の第２のパターン１２ｂの作用
により回折した測定光を被検物１３の被検面１３ａに照
射させて、この被検面１３ａで反射させる。被検面１３
ａで反射した物体光はホログラム光学素子１２に入射さ
れて、元の平行光束となるように回折する。一方、ホロ
グラム光学素子１２の第１のパターン１２ａの作用によ
り回折した参照光は、被検物１３の被検面１３ａが理想
状態となっておれば、そうなるであろう波面を持ったも
のであるから、物体光と参照光との間で干渉が生じるこ
とになり、理想形状に対する被検物１３の被検面１３ａ
の表面形状の差異に関する情報が干渉縞情報として取り
出して、撮像手段２２により撮像することができる。

【００４８】ところで、複写機やファクシミリ等の走査
光学系に用いられるシリンドリカル光学素子は長尺のも
のであり、このような長尺のシリンドリカル光学素子の
シリンドリカル面の測定を行う場合には、ホログラム光
学素子からの測定光は、その長手方向の一部にしか照射
できない。そこで、長尺のシリンドリカル光学素子を被
検物とする場合には、図１５及び図１６に示したように
構成する。なお、図中において、図１乃至図１４で示し
たものと同一または均等な部材については、同じ部号を
付して、その詳細な説明は省略する。

【００４９】１３′は長尺のシリンドリカル光学素子か
らなる被検レンズであり、この被検物１３′がセットさ
れる載置台１００は、Ｙ軸方向、即ち母線方向における
往復移動手段１０１に装着させている。そして、載置台
１００には被検物１３′を位置決めするための凸部１０
０ａを備えている。往復移動手段１０１は、チルト台７
２にＹ軸方向に向けて設置したスライドガイド１０２を
有し、載置台１００はこのスライドガイド１０２に沿っ
てＹ軸方向に移動可能となっている。そして、載置台１
００をＹ軸方向における所望の位置に安定的に保持する
ために、この載置台１００にはロックねじ１０３が螺挿
されており、このロックねじ１０３をスライドガイド１
０２の側面に設けた摩擦板１０４に圧接させることによ
り、所定の位置に安定的に固定できる。なお、図中にお
いて、１０５，１０６は載置台１００がスライドガイド
１０２から逸脱しないように保持するストッパである。

【００５０】このように構成すれば、載置台１００をあ
る一定の位置において、前述した第１の実施例と同じ手
法で、Ｚ軸調整，Ｘ軸調整，θ方向の調整及びチルト方
向の調整の順で位置及び方向の調整を行い、然る後に載
置台１００を所定のピッチ間隔、好ましくは測定可能な
範囲分毎に移動させながら測定を行う。これによって、
長尺のシリンドリカル光学素子の全体を隈なく測定でき
る。

【００５１】ところで、干渉計ユニット３２において
は、光路を一度下方に取り、然る後に光路が上方に向く
ように方向転換させることによって、合理的に光路が引
き回されて、光源・観察部ユニット３１をあまり高い位
置に配置する必要がなくなる。これによって、干渉計装
置１全体の構成が上方にあまり突出しない状態になり、
その重心位置を低くすることが可能となる。これによっ
て、周囲の振動等の影響が及ぶのを可及的に抑制される
ようになり、被検物１３を極めて安定した状態で測定で
きるようになる。

【００５２】また、ホログラム光学素子１２で作り出さ
れる測定光は、このホログラム光学素子１２を透過する
光であり、この方向には入射光や参照光等の光路が存在
しないことから、被検物１３の配置による光路のけられ
の発生という問題点が生じない。このために、被検面１
３ａが凸面である場合に、この被検面１３ａがホログラ
ム光学素子１２にほぼ接触する位置にあるような被検物
１３の測定も可能となることから、反射型のホログラム
干渉計と比較して、可能な測定範囲が著しく拡大する。

【００５３】また、干渉計ユニット３２をハウジング４
０内に設けることによって、レーザ光源２からホログラ
ム光学素子１２を経て、基準反射板１３及び被検物１３
に至る全体の光路のうち、光源・観察部ユニット３１と
干渉計ユニット３２のハウジング４０との間の接続部分
と、このハウジング４０から被検物１３に至るまで間と
いうように、極めて僅かで、しかも必要最小限の光路部
分のみが外部に出ているだけで、大部分の光路は閉鎖さ
れた空間内に配置されているから、有害光が入り込むの
を防止できると共に、光路のゆらぎ等の問題がなく、極
めて安定した状態で被検物１３の表面状態の測定を行う
ことができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、透過型
のホログラム干渉計によりシリンドリカル光学素子から
なる被検物の被検面の測定を行うようにするに当って、
ホログラム光学素子を、回転方向及び傾き方向に位置調
整可能な構成としたので、小型で、コンパクトな構成に
よって、非球面形状であるシリンドリカル光学素子の表
面を極めて正確に測定できるようになる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すホログラム干渉計装置
の原理説明図である。

【図２】ホログラム光学素子におけるホログラムパター
ンを示す図である。

【図３】ホログラム干渉計装置の具体的構成を、干渉計
ユニットのハウジングを断面にして示す正面図である。

【図４】第４の反射ミラーからホログラム光学素子を経
て被検物に至る光路を示す説明図である。

【図５】第４の反射ミラーの取付構造を示す断面図であ
る。

【図６】ミラーマウント及びミラーホルダの分解斜視図
である。

【図７】被検レンズとホログラム光学素子との位置関係
を示す説明図である。

【図８】多軸調整手段を構成するＺ軸調整ステージの構
成説明図である。

【図９】θステージの構成を示す横断面図である。

【図１０】チルト方向調整ステージの平面図である。

【図１１】図１０のＸ−Ｘ断面図である。

【図１２】ホログラム光学素子の取付部への取り付け状
態を示す底面図である。

【図１３】図１２のＹ−Ｙ断面図である。

【図１４】図１２のＺ−Ｚ断面図である。

【図１５】長尺のシリンドリカル光学素子の測定を行う
ように構成した被検物載置部ユニットの左側面図であ
る。

【図１６】図１５の正面図である。

【符号の説明】

１干渉計装置２レーザ光源６ビームスプリッタ７コリメータレンズ８，９，１０，１１反射ミラー１２ホログラム光学素子１２ａ第１のパターン１２ｂ第２のパターン１３，１３′ 被検物１３ａ被検面３１光源・測定部ユニット３２干渉計ユニット３３被検物載置部ユニット４０ハウジング４１透孔４２取付部４３ミラーホルダ４４ミラーマウント５０多軸調整手段５１，１００載置台８１ホログラムホルダ８２支持板体８３，８４調整ねじ９０固定リング９１微動回転リング９５ロックねじ９６作動指片９７調整ねじ１０１往復移動手段１０２スライドガイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンドリカル光学素子の表面形状を測
定するために、レーザ光源からのレーザ光を平行光束化
して出射する光源部及び干渉縞の観察部を備えた光源・
観察部ユニットと、透過型のホログラム光学素子を備え
た干渉計ユニットと、被検物がその被検面が上を向くよ
うにして載置され、位置調整可能な載置台を備えた被検
物載置部ユニットとからなり、前記干渉計ユニットに
は、レーザ光の光路を引き回して、斜め上方から前記ホ
ログラム光学素子にレーザ光を照射させる複数の反射ミ
ラーを設けると共に、前記被検物の上部位置に取付部を
設けて、この取付部にホログラム光学素子を装着させる
ようになし、この取付部にホログラム光学素子の位置を
調整する位置調整手段を備える構成としたことを特徴と
するシリンドリカル光学素子測定用ホログラム干渉計装
置。
【請求項２】前記ホログラム光学素子に入射する位置
に配置した反射ミラーは、この反射ミラーへの入射光を
中心として、その回りに所定角度回転する方向に向くよ
うにして反射させるようにしたことを特徴とする請求項
１記載のシリンドリカル光学素子測定用ホログラム干渉
計装置。
【請求項３】前記位置調整手段は、前記ホログラム光
学素子を、その回転方向に位置調整する手段と、任意の
方向に傾くように角度調整を行う手段とを備える構成と
したことを特徴とする請求項１記載のシリンドリカル光
学素子測定用ホログラム干渉計装置。