JPS61128104A - 縞走査シアリング干渉計 - Google Patents

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】 （技術分野） 本発明は、縞走査ノアリング干渉計に関し、より詳細に
は、平面、球面、非球面形状の高￥ｒｔ度測定や光学素
子の波面収差、偏心の測定、焦点距離の測定等に適用し
うる縞走査ノアリング干渉針に関するものである。

（従来技術〕 ２５図に、従来の縞走査シアリング干渉計の構成を示す
。

図において、符号２１はレーザー光源、２２はコリメー
タレンズ系、２６はレーザー光の進路？被測定物ンζ向
けるビームスプリッタ、２４は被測定曲面２５に投光し
て生じた被測定波面を平行に近い波面て′＆換する変換
素子としてのコンバータレンズ？そｎぞル示す。

さらに、符号２６は上記ビームスグリツタ２６からコー
ナーキューブプリズムの支持部ｉ、３０はコーナーキュ
ーブプリズムの駆動手段、５２は結、茅レンズ、５３は
エリアセンサなそれぞれ示す。

ここで、レーザー光源２１より出た元は、コリメータレ
ンズ系２２を経て平行光となり、ビームスグリツタ２３
で左折させられてからコンバータレンズ２４　　により
基準球面の球面波に変換され、被測定曲面２５（Ｃ入射
される。

但し、ここで基準球！とは、コンパ−タレ／ズ２４　　
の焦７百から被測定曲面２５０光軸上の頂点までの距離
を半径Ｒとした球面である。

そして、被測定曲面２５上の任意の点における基準球面
からのずれをｄ／２とすると、被測定白面２５　　を反
射しに波面はｄの球面収差を有する波面となる。このｄ
？測測定れば、被測定曲面２５の形状を知ることがでさ
る。

さて、被測定曲面２５からの反ｌ？ｔｆｆ、は、当該被
）同定ｍ面２５の面形状ＩＣ関する清報ケ含んだ元（以
下、波面と称する）となり、再び、コンバータレンズ２
４、ビームスプリッタ２３を通過してビームスプリッタ
２６へ向かう。

ところで、この波面は平面波より少しずれた波面となっ
ており、そのずれ量は丁度、被ｆ４！Ｉ定曲面と基準球
面とのずれ量の２倍に対応している。

ビームスグリ・ツタ２６［ｊす、波面はその進行方向な
２方向に分割され、一つは直進してコーナーキューブプ
リズム２８で５回反射し℃、さらにビームスプリッタ２
６でもう一度反射して偕（レンズ３２へ至る。

この波面を愛宜上波面Ａとする。

もう一つの波面は、ビームスグリツタ２６にＸり反射し
てコーナーキューブプリズム２７へ入り、５回反射して
ビームスプリッタ２ｂＶＣ入り、直進して結Ｉし／ズ３
２へ至る。この波面を便宜上、波面Ｂとする。

波面Ｂはコーナーキューブプリズム２７に２すＳだけ横
ずらしされる。この横ずらし操作は、コーナーキューブ
プリズム２７を実線の位置から１／２Ｓだけずらすこと
により行なわれる。

これにより、光電検出装置３３上では波面Ａと、これを
慣にＳだけずらした波面に対応する波面Ｂとの干渉縞が
発生する。

同時に、コーナーキューブプリズム２８を駆動手段３０
にて微少量２方向に移動させることにより、波面Ａの位
相？変調させることができる。

ところで１才６図は、今まで述べた従来の縞走査シアリ
ング干渉計に使用されるコーナーキューブプリズムの平
面図を、オフ図は当該コーナーキューブプリズムをオ６
図において矢印１方向から見た図を、またオ８図はオフ
図におい℃矢印０方向から見た図をそれぞれ示している
。

このコーナーキューブプリズムは、各稜線に幻して互Ｖ
ｃ隣り合う２つの面の成す角度が９ＱＯに設定されると
共に、オフ図に示すように、各稜線（例えばＯＦ　　）
と、この陵＠に対し頂点Ｏに関して対称位置にある面（
ＯＲＱで囲てれる面）との成す角度θが９０°に設定さ
れるものとなっ℃いる。

ココで、オ６図では頂、４　ｏと、ＯＰ、ＯＱ、ＯＲの
３本稜線が見えているが、才８図では５本の稜線がそル
ぞれ対向する面に各稜線が反射するため。

別に、Ｏ’　Ｐ’、ｏ’ｑ’、ｏ’＊の３本の線が見え
る。これ？便宜上、反射稜線と称する。

かかるコーナー−Ｖ−エーププリズムを縞走査シアリン
グ干渉計に用いるとぎ、稜線は勿論のこと反射稜線にも
光束がかからない様にする必要がある、この理由は稜線
では元が反射されないからである。

従って、円周を６等分した一つの扇形の面積の部分しか
使用できないことになる。

今、一つの７扇形の部分に内接する円の直径をｄ。

コーナーキューブプリズムの直径なりとすると。

ｄとＤなる関係はｄ＝Ｄ／３の釦＜ＶＣなる。なお、こ
の関係式の導出については４１宜上、省略する。

この関係式は、コーナーキューブプリズムをイ史用する
とき、その直径の１／６の元来の光しか入射できないこ
とを意味し、このことから、被測定面の測定ｖ！、囲は
限られた狭い範囲のものとなる。

（目　　的） 本発明の目的は、波面を二っ１て分割する縞走査／アリ
ング干渉計において、測定範囲の拡大化を図るべく、波
面の有効光束中を大きく設定することのできる。これに
加えて干渉計の光学装置の小型化をも図り得るようにし
た縞走査ノアリング干渉計を提供することにある。

（構　　１３：） 本発明は、上記目的を２！！成させるため、一つの台形
プリズムＶｃｘり被測定波面の進行方向を２分割し、分
割された二つの波面を第１の直角プリズム、矛２の直角
プリズムＶｃｊす、それぞれ折返し、折返された二つの
波面を別の台形プリズムで統合し、このプリズムから出
射した両１反面を、結１！レンズを介し℃エリアセンサ
Ｋ　結を象投与させることをｖｊ歎としたものである。

以下、本発明を一実癩例に基づぎ説明する。

２１図は本発明実檜例の縞走査ノアリング干渉計の元学
技首部の平面図を、３−２図は同装置部を第１図１でお
いて矢印Ｆ方向から見た図をそれぞれ示している。

両図において、レーザ光源１より出射した光は。

コリメータレンズ２，５？経て平行光となり、ビームス
グリツタ４で左折し、変換素子としてのコンバータレン
ズ５によって球面波（基準球ＷＪ）Ｋ変遺され、被測定
曲面６に入射する。

被測定曲面６から反射した光は、この曲面の面形状に関
する清報ケもった元（以後、波面と称する）となり、再
び、コンバータレンズ５．ビームスプリッタ４を透過し
て第１台形プリズム７へ入射する。

第１台形プリズム７は大小、２窟の１角プリズムを貼り
合わせたもので、この貼り会わせ面において透過する元
をほぼ５０％　の比率で反射ま−は透過させる。、なお
、ビームスプリッタ４　（７）貼？）　合わせ面の特性
も同じである。

第１台形プリズム７へ入射した波面はここで２分割され
、一方の波面は１進じてこの１進方向に配置されたす１
直角プリズム８で２回反射され。

矛２台形ダリズム９へ入射する。このように、第１置角
プリズム８は第１台形プリズム７にＸり分割された一方
の波面を折返す機能を達成する、第２台形プリズム９は
第１台形プリズム７と同じ構成ないし特注であって、そ
のプリズム９に入射した波面はここで２回反射され、結
像レンズ１１を経て、このレンズで結像された濠を受け
て光底変換するｔめのエリアセンサ１２Ｖｃ運する。こ
のような経路を経てエリアセンサ１２に達する波面を。

以後、波面Ａと称する。

第１台形プリズム７に入射し、この貼り合わせ面で反射
された今一つの波面は下方に進行し、再び反射して、こ
の反射方向ｉＣ配置された矛２厘角プリズム１０へと入
射する。

第２直角プリズム１０へ入射した今一つの波面は、この
プリズム１０により２回反射され、矛２台形プリズム９
を透過し、結ｒ象レンズ１１を経てエリア１ンサ１２に
達する。このような経路を経て：リアセンサ１２に達す
る波面を、以後、波面Ｂと称する。

以上の点から理解されるように、２−２台形プリズム９
は１第１および矛２の１角プリズム８．１０でそれぞれ
反射された２つの波面を再び統合する機能を連成する。

第１図および矛２図において、３−１直角プリズム８に
は、これを保持して結噴レンズ１１０元軸方向（Ｚ方向
）に駆動する第１の駆動手段１６が設けられている。こ
の駆動手段としては例えばピエゾ素子を挙げることがで
きる。

第１台形プリズム７には、これを保持して上記′ｙｔ、
軸に対して垂直な第１の方向（Ｘ方向）ＶＣ駆動する矛
２の駆動手段１４が設けられている。

また、第２直角プリズム１０には、これを保持して上記
元軸ＶＣ対して垂直であって、かつ、上記第１の方向と
垂直な第２の方向（Ｙ方向）ＶＣ駆動する第３の駆動手
段１５が設けられている。これら矛２および才５の駆動
手段としては例えばパルスモータと、これにＸっで駆動
されろねじ軸を用いてねじ送りするような手段を挙げる
ことができる。

ここで、第１台形プリズム７を第２の駆動手段１４　　
Ｋより第１図においてＸ方向へ移動させると。

波面ＢはそのプリズムによりＸ方向（て横ずらしされ、
エリアセ／す１２上では、波面Ａと波面Ｂとで干渉縞が
発生する。この意味において、本干渉法はシアリング干
渉法である。

同時に、第１直角プリズム８をピエゾ素子のＸ５なｉｌ
の駆動手段１３Ｖｃｊす２方向テ微少ｆ［（２μｍ及至
１　／　２０００μｍ）移動させると、波面Ａの位相を
変調させることができる。この意＃において、本干渉法
は縞走査干渉法である。

第１台形プリズム７のＸ方向の７アーと直交する方向の
シアーは、第２直角プリズム１０を才６の駆動手段１５
によりＹ方向に移動して行なう。本発明は、このように
Ｘ、Ｙ方向につき、／アーを行なうことで被測定曲面の
形状を測定できるのである内 才３図は、第１台形プリズム７から第１直角プリズム８
に至る光路長と、第１台形プリズム７からオ２直角プリ
ズムｌ０ＶＣ至る光路長とを相等しくすると共に、矛２
図の第１台形プリズム７と矛２台形プリズム９と？可及
的に近接配置した実捲例を示している。この実捲例によ
れば、波面Ａ、　１３に分割された光路長が短くなり、
耐、最性能が向上する。すなわち、２つの波面の光路の
共通化率（コモンパス率）が向上し、耐憑性能が向上す
ると共に、装置の小嵩化が図れるのである。

矛４図は、才３図の実捲例において、第１直角プリズム
８と、矛２直角プリズム１０との互に対向する面を図の
ように傾斜状になし１両プリズム７．９９面との間で、
それぞれ角度θ１．θ２を設定して、それらの面を不平
行状態にするようにした実抱例を示し℃いる。

今１両プリズム７．９０面と、プリズム８．１０の各面
とが平行状態であると、これらの面間で、元が繰り返し
反射され、ゴーストとなってエリアセンサ１２に達して
しまう、上記実捲例ではこのような不具合が防止される
のである。なお、角度θ１．θ２としては３°＆至８°
程斐が良好である。

この実棺例では直角プリズム８．１０自体に傾斜面を設
けるようにしたのであるが、この他、台形プリズム７．
９を傾けて、かかるθな設定するようにしてもよい。

ここで、従来の干渉計ではコーナーキューブプリズム？
用いたものであるが、かようなプリズムを用いた場合、
先にも述べたように、そのプリズムの直径の１１５の光
束の光しか入射させることができない欠点がある（才８
図参照）０本発明の干渉計では５台形プリズムおよび直
角プリズムの入射部長辺の１／２若しくは短辺と同じ直
径の光束の元の入射を可能とするものであり、もって、
台形プリズムおよび直角プリズムの１組みの光学系を透
過する波面の光束中を大きくすることができるこ止にな
り、大径の被測定物の測定が可能となり、しかも、二つ
の波面の光路の共通化率を高め得ることで、耐撮性能を
向上化できると共に、装置自体の小型化も実現でざる６
一方、従来の干渉計では、ＸまたはＹ方向の７アーを行
なう場合、１箇のコーナーキュープグリズム自体をそれ
らの２方向に移動させることになるため、移動ステージ
を独立にすることがでζない６例えば、Ｘステージにつ
いては本体ベースに対してＸ方向の移動を行なうが、Ｙ
ステージについてばＸステージに対してＹ方向へ移動さ
せる必要があるため、Ｘステージについては、Ｙステー
ジと、この駆動部の重量を支持して移動させるの（で必
要な強斐と精度管保持しなければならない。

本発明の干渉計では、ＸおよびＹ方向の７７−を各々独
立に本体ベースに対して行なうことができるようになっ
ているので、積ｉ１ａ！重量が軽くなり、高速での移動
が可能となる。

（効　果） 以上１本発明によれば、波面を二つに分割する縞走量シ
アリング干渉計において、被測定面の測定範囲の拡大化
を図り得ると共に、／を学装置の小型化ならびに軽量化
ン図り得るようにした縞走査ノアリング干渉計を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実抱例の縞走査ノアリング干渉計の光学
装置部Ｑ−Ｆ−面図、ナ２図は同上光学装置部の正面図
１才３図は台形プリズムと直角プリズムとの別の配置構
成例を示す図、矛４図は台形プリズムと直角プリズムと
のさらに別の構成例を示す図、才５図は従来の縞走歪／
アリノグ干渉計の光学装置部の平面囚、矛６図は同上干
渉計に用い５　ｎ　ロコーナーキエーププリズムの平面
図、矛７図は同上コーナーキューブプリズムの正面図、
矛８図は同上コーナーキエーブプリズムにおいて有効光
束を大きく設定できないことを説明するための図である
。 ５・・・コノバータレンズ、６・・・被１１１定面、７
・・・第１台形プリズム、８・・・第１直角プリズム、
９・・第２台形プリズム、１０・・・第２直角プリズム
、１１・・結・よレンズ、１２・・・エリアセンサ、１
３・・・、１？１の駆動手段、１４・・・第２の駆動手
段、１５・・・３−３の駆動手段熱１図 億２図 偶す図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被測定面に投光して生じた被測定波面を平行に近い波
   面に変換する変換素子と、 上記被測定波面の進行方向を２方向に分割する第１台形
   プリズムと、 上記第１台形プリズムで分割された第１の波面を折り返
   す第１直角プリズムと、 上記第１台形プリズムで分割された第２の波面を折り返
   す第２直角プリズムと、 上記第１および第２直角プリズムより、それぞれ反射さ
   れた第１および第２の波面を再び統合する第２台形プリ
   ズムと、 上記第２台形プリズムから出射する第１および第２波面
   を結像させる結像レンズと、 上記結像レンズで結像された像を受けて光電変換するエ
   リアセンサと、 上記第１直角プリズムを保持し、これを結像し上記第１
   台形プリズムを保持し、これを、上記光軸に対して垂直
   な第１の方向へ駆動する第２の駆動手段と、 上記第２直角プリズムを保持し、これを光軸に対して垂
   直であって、かつ、上記第１の方向と垂直な第２の方向
   へ駆動する第３の駆動手段とを具備することを特徴とす
   る縞走査シアリング干渉計。