JP2864171B2 - 観察光学系 - Google Patents
観察光学系Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、干渉縞を結像して鮮明
な干渉像を得るための光学系に関する。
な干渉像を得るための光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】ここで考察する干渉計は、その必要な構
成要素として、光源からの光束を参照光束及び測定光束
に分離する光学面と参照光束と測長光束を一致させる光
学面と、生じた干渉縞を投影レンズ、結像レンズによっ
て投影観察する光学系を有しているものであれば良く、
フィゾー型、マッハツェンダー型、トワイマングリーン
型等干渉計の型によらないが、以下従来技術について、
フィゾー干渉計を例にとって説明する。
成要素として、光源からの光束を参照光束及び測定光束
に分離する光学面と参照光束と測長光束を一致させる光
学面と、生じた干渉縞を投影レンズ、結像レンズによっ
て投影観察する光学系を有しているものであれば良く、
フィゾー型、マッハツェンダー型、トワイマングリーン
型等干渉計の型によらないが、以下従来技術について、
フィゾー干渉計を例にとって説明する。
【０００３】図１０は一般的なフィゾー干渉計の光学系
を示す。入射光束は、図中に実線で示すように、集光レ
ンズ１、ハーフミラー２、コリメーターレンズ３を経て
フィゾー参照レンズ４に入射し、その一部はフィゾー参
照レンズ４のフィゾー参照面５で反射し、一部は被験面
６に入射し、ここで反射される。フィゾー参照面５から
の戻り光と被験面６からの戻り光が干渉して、再びフィ
ゾー参照レンズ４とコリメーター３を通り、投影レンズ
７により平行光束にされて、オパールグラス８の荒ずり
面上に投影される。以上は、被験面６からの戻り光のう
ち、回折しない０次光についての光路である。
を示す。入射光束は、図中に実線で示すように、集光レ
ンズ１、ハーフミラー２、コリメーターレンズ３を経て
フィゾー参照レンズ４に入射し、その一部はフィゾー参
照レンズ４のフィゾー参照面５で反射し、一部は被験面
６に入射し、ここで反射される。フィゾー参照面５から
の戻り光と被験面６からの戻り光が干渉して、再びフィ
ゾー参照レンズ４とコリメーター３を通り、投影レンズ
７により平行光束にされて、オパールグラス８の荒ずり
面上に投影される。以上は、被験面６からの戻り光のう
ち、回折しない０次光についての光路である。
【０００４】しかしながら、被験面６上からの戻り光
は、被験表面のゴミや汚れ、光学面外縁等によってさえ
ぎられるための回折を発生し、図中点線で示した様な広
がりを持つ光束となる。この光束を、投影面であるオパ
ールグラス８上に０次光も含めて結像させないと、投影
された干渉縞から高周波成分が欠落し、ボヤけた干渉像
となり又周辺のエッジ部では、回折光が０次光と干渉し
て干渉縞を曲げたりする。 そこで図１０の様に、オパ
ールグラス８を光軸方向に移動して、被験面６上の点と
オパールグラス８上の投影像点とを物像関係に置くと、
被験面上の回折光は、フィゾー参照レンズ４、コリメー
ター３、投影レンズ７によって０次光と同一点に投影さ
れるため、明瞭な干渉縞を得ることができる。被験面６
のフィゾー参照レンズ４、コリメーター３、投影レンズ
７に対する物体側としての位置は、測定形状によって常
に変わるため、その毎にオパールグラス８の位置を調整
する必要がある。これが干渉計の焦点合わせである。
は、被験表面のゴミや汚れ、光学面外縁等によってさえ
ぎられるための回折を発生し、図中点線で示した様な広
がりを持つ光束となる。この光束を、投影面であるオパ
ールグラス８上に０次光も含めて結像させないと、投影
された干渉縞から高周波成分が欠落し、ボヤけた干渉像
となり又周辺のエッジ部では、回折光が０次光と干渉し
て干渉縞を曲げたりする。 そこで図１０の様に、オパ
ールグラス８を光軸方向に移動して、被験面６上の点と
オパールグラス８上の投影像点とを物像関係に置くと、
被験面上の回折光は、フィゾー参照レンズ４、コリメー
ター３、投影レンズ７によって０次光と同一点に投影さ
れるため、明瞭な干渉縞を得ることができる。被験面６
のフィゾー参照レンズ４、コリメーター３、投影レンズ
７に対する物体側としての位置は、測定形状によって常
に変わるため、その毎にオパールグラス８の位置を調整
する必要がある。これが干渉計の焦点合わせである。
【０００５】従来技術では、円板上のオパールグラス８
を回転させて、投影像のコヒーレンシィを時間的におと
し、同時に空間的なローパスフィルターの役目もかね
て、ゴミや汚れによる干渉像のバックグランドノイズを
おとして見かけ上干渉縞像をきれいにみせている。オパ
ールグラスにより拡散光となった干渉縞像は、結像レン
ズ９により光像検出器としてのＣＣＤ−ＴＶ１０上へ結
像され、モニターできる様になっている。この従来方法
の特徴は、干渉縞をオパールグラス上に一旦投影させ、
結像レンズによって実像化し、それをＣＣＤ−ＴＶに結
像させている点である。焦点合せは、結像レンズとオパ
ールガラスを一体として動かして行う。
を回転させて、投影像のコヒーレンシィを時間的におと
し、同時に空間的なローパスフィルターの役目もかね
て、ゴミや汚れによる干渉像のバックグランドノイズを
おとして見かけ上干渉縞像をきれいにみせている。オパ
ールグラスにより拡散光となった干渉縞像は、結像レン
ズ９により光像検出器としてのＣＣＤ−ＴＶ１０上へ結
像され、モニターできる様になっている。この従来方法
の特徴は、干渉縞をオパールグラス上に一旦投影させ、
結像レンズによって実像化し、それをＣＣＤ−ＴＶに結
像させている点である。焦点合せは、結像レンズとオパ
ールガラスを一体として動かして行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成を有する干
渉計において、オパールグラスを使用していた理由は、
干渉像を見掛け上きれいにすることによってＣＣＤ−Ｔ
Ｖから得た干渉縞の静止画像の処理を容易にするため
と、ＣＣＤの画素ピッチとバックグランドノイズでモワ
レ縞が発生することを防ぐためであった。しかるに、近
年、より高精度な干渉信号の処理方法として一般化して
きた位相干渉法では、バックグランドノイズをはじめと
するＤＣノイズは処理精度に全く影響を与えないし、ま
た、ＣＣＤの画素数も飛躍的に増大して、発生すべきモ
ワレ縞の帯域が高周波となったため、ピントの合ってい
ないバックグランドノイズには高周波成分が殆ど無いの
で、モアレ縞問題とならなくなってしまった。かえっ
て、オパールグラスにより干渉縞像の空間的高周波成分
が損なわれ、また、光量的にも損失を招く。またオパー
ルグラスは平行平板であるから、表裏面反射が観察光束
に重なり、しかも荒ずり面は、反射防止コートをしても
全く効果がない拡散面であるから、数％にも及ぶ表裏面
反射が観察光束に重畳し、干渉縞のコントラストを低下
させる。さらに、オパールグラスの荒ずり面のノイズを
とるためにコヒーレンシィを悪くする目的で、オパール
グラスを回転させているが、この回転軸と荒ずり面の垂
直度の誤差により投影干渉縞のフレを生じる。このフレ
はオパールガラスの回転により平均化されるが、垂直度
の誤差をかなり厳しくおさえないと、１０００ｒｐｍ程
度ではこの投影干渉縞のフレが平均化されない。これ
は、位相干渉法を用い、干渉縞を動かして高精度にその
位相を特定する場合に、位相誤差として影響して測定精
度をおとす。むしろ被験光学素子の精度が超精密化する
につれ、より真の値に近い測定値、正確な横分解能が干
渉計に求められてきている。換言すれば、現在では上記
の欠点を我慢してまでオパールグラスを使用する理由が
無くなってしまっている。
渉計において、オパールグラスを使用していた理由は、
干渉像を見掛け上きれいにすることによってＣＣＤ−Ｔ
Ｖから得た干渉縞の静止画像の処理を容易にするため
と、ＣＣＤの画素ピッチとバックグランドノイズでモワ
レ縞が発生することを防ぐためであった。しかるに、近
年、より高精度な干渉信号の処理方法として一般化して
きた位相干渉法では、バックグランドノイズをはじめと
するＤＣノイズは処理精度に全く影響を与えないし、ま
た、ＣＣＤの画素数も飛躍的に増大して、発生すべきモ
ワレ縞の帯域が高周波となったため、ピントの合ってい
ないバックグランドノイズには高周波成分が殆ど無いの
で、モアレ縞問題とならなくなってしまった。かえっ
て、オパールグラスにより干渉縞像の空間的高周波成分
が損なわれ、また、光量的にも損失を招く。またオパー
ルグラスは平行平板であるから、表裏面反射が観察光束
に重なり、しかも荒ずり面は、反射防止コートをしても
全く効果がない拡散面であるから、数％にも及ぶ表裏面
反射が観察光束に重畳し、干渉縞のコントラストを低下
させる。さらに、オパールグラスの荒ずり面のノイズを
とるためにコヒーレンシィを悪くする目的で、オパール
グラスを回転させているが、この回転軸と荒ずり面の垂
直度の誤差により投影干渉縞のフレを生じる。このフレ
はオパールガラスの回転により平均化されるが、垂直度
の誤差をかなり厳しくおさえないと、１０００ｒｐｍ程
度ではこの投影干渉縞のフレが平均化されない。これ
は、位相干渉法を用い、干渉縞を動かして高精度にその
位相を特定する場合に、位相誤差として影響して測定精
度をおとす。むしろ被験光学素子の精度が超精密化する
につれ、より真の値に近い測定値、正確な横分解能が干
渉計に求められてきている。換言すれば、現在では上記
の欠点を我慢してまでオパールグラスを使用する理由が
無くなってしまっている。
【０００７】さらに、観察倍率の変更は、結像レンズと
してズームレンズを用い、そのズーム倍率を変えること
で行っているが、ズームレンズは一般に歪曲収差が大き
く、変倍率を６倍近くに大きくとると、歪曲収差が数％
にも達するため、観察及び解折するための干渉縞像が歪
み、干渉縞の解折値に誤差を生じていた。
してズームレンズを用い、そのズーム倍率を変えること
で行っているが、ズームレンズは一般に歪曲収差が大き
く、変倍率を６倍近くに大きくとると、歪曲収差が数％
にも達するため、観察及び解折するための干渉縞像が歪
み、干渉縞の解折値に誤差を生じていた。
【０００８】また、焦点合せの際に厳密に観察倍率を一
定とするためには、焦点合せの際に、オパールグラス、
結像レンズ、ＣＣＤ−ＴＶを一体化して光軸方向に移動
する必要がある。一体化しないと、結像レンズに対して
オパールグラスとＣＣＤ−ＴＶ面とが焦点合せに伴い物
像関係から外れ、この部分でピンボケや観察倍率の変動
が発生し、従って観察情報量を低下させ、干渉縞の解析
結果に誤差を生ずるからである。しかるに従来方法で
は、オパールグラスと結像レンズのみを一体化して光軸
方向に移動するだけで、ＣＣＤ−ＴＶは固定としてい
る。このため、ＣＣＤ−ＴＶと結像レンズの距離を離し
（５０cm以上）、結像レンズのＣＣＤ−ＴＶ側の焦点深
度を深くすることによって、この部分でのピンボケ量と
観察倍率の変動量を実用上問題ないレベルにすることで
解決をはかっているが、そのために観察光学系は極めて
大きくなり、ひいては全体の干渉計のサイズを大きなも
のとしていた。本発明は、従来方法のこれらの欠点を全
て解決する干渉計の合焦光学系と変倍光学系に関するも
のである。
定とするためには、焦点合せの際に、オパールグラス、
結像レンズ、ＣＣＤ−ＴＶを一体化して光軸方向に移動
する必要がある。一体化しないと、結像レンズに対して
オパールグラスとＣＣＤ−ＴＶ面とが焦点合せに伴い物
像関係から外れ、この部分でピンボケや観察倍率の変動
が発生し、従って観察情報量を低下させ、干渉縞の解析
結果に誤差を生ずるからである。しかるに従来方法で
は、オパールグラスと結像レンズのみを一体化して光軸
方向に移動するだけで、ＣＣＤ−ＴＶは固定としてい
る。このため、ＣＣＤ−ＴＶと結像レンズの距離を離し
（５０cm以上）、結像レンズのＣＣＤ−ＴＶ側の焦点深
度を深くすることによって、この部分でのピンボケ量と
観察倍率の変動量を実用上問題ないレベルにすることで
解決をはかっているが、そのために観察光学系は極めて
大きくなり、ひいては全体の干渉計のサイズを大きなも
のとしていた。本発明は、従来方法のこれらの欠点を全
て解決する干渉計の合焦光学系と変倍光学系に関するも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の干渉計の合焦
光学系を有する観察光学系は、観察系における干渉縞を
被験面位置に合焦する光学系において、コリメーターと
焦点位置を共用し、干渉縞の被験面からの０次光をコリ
メートする投影レンズと、その光束を光像検出器上に投
影する結像レンズからなり、結像レンズと光像検出器を
一体として光軸方向に前後させ、投影レンズとの距離を
変えることにより一次以降の回折光を０次光位置に結像
させることにより上記の課題を解決したものである。
光学系を有する観察光学系は、観察系における干渉縞を
被験面位置に合焦する光学系において、コリメーターと
焦点位置を共用し、干渉縞の被験面からの０次光をコリ
メートする投影レンズと、その光束を光像検出器上に投
影する結像レンズからなり、結像レンズと光像検出器を
一体として光軸方向に前後させ、投影レンズとの距離を
変えることにより一次以降の回折光を０次光位置に結像
させることにより上記の課題を解決したものである。
【００１０】この合焦光学系においては、光像検出器と
結像レンズの距離を結像レンズの後側焦点距離ｆの２倍
に固定し、また、投影レンズと光像検出器の間に直角プ
リズムを抽入して光軸を折り返し、この直角プリズムを
投影レンズに対して光軸方向に前後させることにより合
焦を行い、さらに光像検出器と結像レンズ間に前述の直
角プリズムの折り返し面と直交する折り返し面を持つ直
角プリズムを配設することが望ましい。
結像レンズの距離を結像レンズの後側焦点距離ｆの２倍
に固定し、また、投影レンズと光像検出器の間に直角プ
リズムを抽入して光軸を折り返し、この直角プリズムを
投影レンズに対して光軸方向に前後させることにより合
焦を行い、さらに光像検出器と結像レンズ間に前述の直
角プリズムの折り返し面と直交する折り返し面を持つ直
角プリズムを配設することが望ましい。
【００１１】さらに、投影レンズ後側にビームエクスパ
ンダー又はビームコンプレッサーを配設して変倍を行う
ことが望ましく、このとき、倍率の異なるビームエクス
パンダー及びビームコンプレッサーを、モジュール化さ
れた光学系の組合せで構成し、複数の倍率の異なるビー
ムエクスパンダー又はビームコンプレッサーを回転板に
円周状に固定し、この回転板を回転させることにより観
察倍率を変えられるようにするのがよい。また、各光学
素子の正弦条件誤差を０．１％以下に保つ。
ンダー又はビームコンプレッサーを配設して変倍を行う
ことが望ましく、このとき、倍率の異なるビームエクス
パンダー及びビームコンプレッサーを、モジュール化さ
れた光学系の組合せで構成し、複数の倍率の異なるビー
ムエクスパンダー又はビームコンプレッサーを回転板に
円周状に固定し、この回転板を回転させることにより観
察倍率を変えられるようにするのがよい。また、各光学
素子の正弦条件誤差を０．１％以下に保つ。
【００１２】
【作用】この方式の大きな特徴は、オパールグラス等を
使わず、干渉縞を実像化していないということである。
これにより、前述したオパールグラスによる干渉縞の高
周波成分を何ら欠落させることなく観察及び解折でき
る。又、光量損失も発生せず、表裏面反射による不用光
の重畳もなく、非常に鮮鋭度の高い干渉縞観察が可能と
なる。
使わず、干渉縞を実像化していないということである。
これにより、前述したオパールグラスによる干渉縞の高
周波成分を何ら欠落させることなく観察及び解折でき
る。又、光量損失も発生せず、表裏面反射による不用光
の重畳もなく、非常に鮮鋭度の高い干渉縞観察が可能と
なる。
【００１３】
【実施例】上記の各構成について、実施例によって詳細
に説明する。図１にフィゾー型の干渉計における本実施
例を示す。光源からの光束を、焦光レンズ１とハーフプ
リズム２を通してコリメーター３に導き、フィゾー参照
レンズ４の参照面５と被験面６からの戻り光により干渉
縞を発生する。この０次の戻り光束は、ハーフプリズム
２を透過し投影レンズ７によって平行光束にされる。こ
の光路は図１０に示した従来の干渉計と同様である。本
発明では、この後に直接結像レンズ９を用いてＣＣＤ−
ＴＶ１０上に０次光のデフォーカス像を投影させてい
る。干渉縞は、空間的に光軸方向に垂直な平面内の強度
分布として存在しているため、０次光については、結像
レンズの焦点以外のどこにＣＣＤ−ＴＶ面を持ってきて
も良い。ここで、ＣＣＤ−ＴＶ面と結像レンズの距離を
固定して一体化し、これを光軸方向に前後させると、回
折光が、０次光と同じ位置に結像する位置があり、ここ
にあわせることで合焦ができる。つまり、回折光の投影
レンズ７による空中像を結像レンズ９でＣＣＤ−ＴＶ１
０上に結像させる。
に説明する。図１にフィゾー型の干渉計における本実施
例を示す。光源からの光束を、焦光レンズ１とハーフプ
リズム２を通してコリメーター３に導き、フィゾー参照
レンズ４の参照面５と被験面６からの戻り光により干渉
縞を発生する。この０次の戻り光束は、ハーフプリズム
２を透過し投影レンズ７によって平行光束にされる。こ
の光路は図１０に示した従来の干渉計と同様である。本
発明では、この後に直接結像レンズ９を用いてＣＣＤ−
ＴＶ１０上に０次光のデフォーカス像を投影させてい
る。干渉縞は、空間的に光軸方向に垂直な平面内の強度
分布として存在しているため、０次光については、結像
レンズの焦点以外のどこにＣＣＤ−ＴＶ面を持ってきて
も良い。ここで、ＣＣＤ−ＴＶ面と結像レンズの距離を
固定して一体化し、これを光軸方向に前後させると、回
折光が、０次光と同じ位置に結像する位置があり、ここ
にあわせることで合焦ができる。つまり、回折光の投影
レンズ７による空中像を結像レンズ９でＣＣＤ−ＴＶ１
０上に結像させる。
【００１４】また、ＣＣＤ−ＴＶの結像面と結像レンズ
の間隔を、結像レンズの後側焦点距離の２倍位置に固定
すると、合焦位置で投影レンズによる回折像とＣＣＤ−
ＴＶの結像面上の投影像の大きさが等倍となり、投影レ
ンズの射出瞳径と同じ大きさの干渉縞像が得られる。こ
のとき、結像レンズは、図２の様に前群と後群を全く同
一エレメントにして、歪曲収差や正弦条件誤差を低く押
えることができるため、結像レンズのコストを大幅に下
げることができる。
の間隔を、結像レンズの後側焦点距離の２倍位置に固定
すると、合焦位置で投影レンズによる回折像とＣＣＤ−
ＴＶの結像面上の投影像の大きさが等倍となり、投影レ
ンズの射出瞳径と同じ大きさの干渉縞像が得られる。こ
のとき、結像レンズは、図２の様に前群と後群を全く同
一エレメントにして、歪曲収差や正弦条件誤差を低く押
えることができるため、結像レンズのコストを大幅に下
げることができる。
【００１５】図３に投影レンズ７と結像レンズ９の間に
直角プリズム１１を挿入した実施例を示す。便宜上、図
３において紙面に平行な平面を直角プリズムの折り返し
面と呼ぶ。投影レンズまでの光学系は同じなので除いて
ある。この直角プリズム１１により、結像レンズの物像
間距離をみかけ上３／４〜１／２程度に短くできる。ま
た、この直角プリズム１１を投影レンズの光軸方向へ動
かすことにより、結像レンズ９とＣＣＤ−ＴＶ１０を固
定したまま合焦することができる。しかも、直角プリズ
ムは単部品のため、結像レンズとＣＣＤ−ＴＶを一体化
して動かす場合よりも小さな駆動力及び駆動機構で合焦
ができる。さらに光路が折り返しているため、直角プリ
ズムの移動距離に対し、実際の合焦光路長はその２倍だ
け変化することになり、素速くしかも微少移動で合焦効
果を得ることができ、直角プリズムを使わないときと同
様、観察倍率が合焦により変化することもない。直角プ
リズムは、頂角近傍は全く使用しないので、図４に示す
様に直角部分を切り落してよりコンパクトな合焦光学系
としても良い。
直角プリズム１１を挿入した実施例を示す。便宜上、図
３において紙面に平行な平面を直角プリズムの折り返し
面と呼ぶ。投影レンズまでの光学系は同じなので除いて
ある。この直角プリズム１１により、結像レンズの物像
間距離をみかけ上３／４〜１／２程度に短くできる。ま
た、この直角プリズム１１を投影レンズの光軸方向へ動
かすことにより、結像レンズ９とＣＣＤ−ＴＶ１０を固
定したまま合焦することができる。しかも、直角プリズ
ムは単部品のため、結像レンズとＣＣＤ−ＴＶを一体化
して動かす場合よりも小さな駆動力及び駆動機構で合焦
ができる。さらに光路が折り返しているため、直角プリ
ズムの移動距離に対し、実際の合焦光路長はその２倍だ
け変化することになり、素速くしかも微少移動で合焦効
果を得ることができ、直角プリズムを使わないときと同
様、観察倍率が合焦により変化することもない。直角プ
リズムは、頂角近傍は全く使用しないので、図４に示す
様に直角部分を切り落してよりコンパクトな合焦光学系
としても良い。
【００１６】結像レンズとＣＣＤ−ＴＶ間にも直角プリ
ズム１２を挿入して、光路をさらに折り返した実施例を
図５に示す。これにより、結像レンズの物像間距離は、
見掛け上１／２近くにまでコンパクト化できる。さらに
この直角プリズム１２を投影レンズと結像レンズの間に
挿入した直角プリズム１１と全く同一にすると、結像レ
ンズの直角プリズムを含んだ前群と後群を同じエレメン
トにしても、歪曲収差や正弦条件誤差を低く押えること
ができるため、コストを大幅に下げることができる。
ズム１２を挿入して、光路をさらに折り返した実施例を
図５に示す。これにより、結像レンズの物像間距離は、
見掛け上１／２近くにまでコンパクト化できる。さらに
この直角プリズム１２を投影レンズと結像レンズの間に
挿入した直角プリズム１１と全く同一にすると、結像レ
ンズの直角プリズムを含んだ前群と後群を同じエレメン
トにしても、歪曲収差や正弦条件誤差を低く押えること
ができるため、コストを大幅に下げることができる。
【００１７】しかも、２つの直角ブリズムのそれぞれの
折り返し光束を含む面が直角になる様に図６の様に配置
すると、直角プリズムをそれぞれの入射光束と垂直な折
り返し面上の方向にシフトしてやることで、ＣＣＤ−Ｔ
Ｖ上の干渉像を、例えば上下方向と左右方向というよう
に互いに一次独立に動かすことができる。これによっ
て、ＣＣＤ−ＴＶと結像光学系の最終的な光軸合せが、
極めて容易にできる様になる。
折り返し光束を含む面が直角になる様に図６の様に配置
すると、直角プリズムをそれぞれの入射光束と垂直な折
り返し面上の方向にシフトしてやることで、ＣＣＤ−Ｔ
Ｖ上の干渉像を、例えば上下方向と左右方向というよう
に互いに一次独立に動かすことができる。これによっ
て、ＣＣＤ−ＴＶと結像光学系の最終的な光軸合せが、
極めて容易にできる様になる。
【００１８】図７の実施例は、投影レンズの後側にビー
ムエクスパンダー１３を挿入して観察倍率を高めた例で
ある。これ以後の光学系は、前述の直角プリズムを挿入
してこれにより合焦するものでもそうでないものでも良
い。ビームエクスパンダーは、平行光束を入射し、その
径を拡げて平行光束として出射するため、光学系のシフ
トによる偏心は全く画質に影響せず、ティルトに対して
も非常に強い光学系である。しかも単一倍率のレンズと
して設計するため、従来のズームレンズに比較して、投
影レンズと組合せたときの歪曲収差や正弦条件誤差を、
少ないレンズ枚数で容易に小さく設計することができ、
ズームレンズよりもレンズの表面反射による不要光が少
なく、高鮮鋭と低歪みを保ち易くできる。
ムエクスパンダー１３を挿入して観察倍率を高めた例で
ある。これ以後の光学系は、前述の直角プリズムを挿入
してこれにより合焦するものでもそうでないものでも良
い。ビームエクスパンダーは、平行光束を入射し、その
径を拡げて平行光束として出射するため、光学系のシフ
トによる偏心は全く画質に影響せず、ティルトに対して
も非常に強い光学系である。しかも単一倍率のレンズと
して設計するため、従来のズームレンズに比較して、投
影レンズと組合せたときの歪曲収差や正弦条件誤差を、
少ないレンズ枚数で容易に小さく設計することができ、
ズームレンズよりもレンズの表面反射による不要光が少
なく、高鮮鋭と低歪みを保ち易くできる。
【００１９】このようなビームエクスパンダーを複数設
け、これらを交換できる機構を設けることにより、従来
のズームレンズを用いる場合よりも高品位な干渉像を維
持しながら変倍が可能となる。その実施例を図８に示
す。回転板１４に円周上に配したビームエクスパンダー
１３、１３’、１３”等を回転軸１５により回転させて
観察倍率の変倍を行う。この回転板１４の回転精度や停
止角度精度が少々悪くても、前述の理由により、観察し
ている干渉像にはほとんど影響を与えない。
け、これらを交換できる機構を設けることにより、従来
のズームレンズを用いる場合よりも高品位な干渉像を維
持しながら変倍が可能となる。その実施例を図８に示
す。回転板１４に円周上に配したビームエクスパンダー
１３、１３’、１３”等を回転軸１５により回転させて
観察倍率の変倍を行う。この回転板１４の回転精度や停
止角度精度が少々悪くても、前述の理由により、観察し
ている干渉像にはほとんど影響を与えない。
【００２０】ビームエクスパンダーだけでなく、ビーム
コンプレッサーにおいても入出射光束は平行光であり、
シフトやティルトに対する画質への影響は鈍感であるた
め、全く同様にしてビームコンプレッサーを用いて画質
を損なうことなく観察倍率を変倍できる。
コンプレッサーにおいても入出射光束は平行光であり、
シフトやティルトに対する画質への影響は鈍感であるた
め、全く同様にしてビームコンプレッサーを用いて画質
を損なうことなく観察倍率を変倍できる。
【００２１】図８に示す実施例のように倍率の異なるビ
ームエクスパンダーやビームコンプレッサーを多数用い
ると、この変倍系が高価になる欠点があった。そこで、
倍率の高い変倍は低いものの組合せで行うと、レンズ系
の種類を多くすることなく広範囲に倍率を変えられるの
で、量産効果によりコストを下げられる。図９の例で
は、２倍のビームエクスパンダー１３を用いて、これを
モジュールとしてシリーズに接続して、回転板にとりつ
け、×１（ビームエクスパンダーなし）、×２（１３、
ビームエクスパンダー１個）、×４（１３’ビームエク
スパンダー２個）、×８（１３”ビームエクスパンダー
３個）の４つの観察倍率を得た例を示す。これは、２倍
のビームエクスパンダーを一度に６個つくるだけで実現
できるため、３種類のビームエクスパンダーを各１ケず
つ作るよりも、価格的には下がる。この様にモジュール
化されたビームエクスパンダー又はビームコンプレッサ
ーを縦列して使えるのは、ビームエクスパンダーやビー
ムコンプレッサーの光学系がティルトやシフトに対して
極めて影響されにくく、単一倍率のため、各収差を低く
設計できることによる。
ームエクスパンダーやビームコンプレッサーを多数用い
ると、この変倍系が高価になる欠点があった。そこで、
倍率の高い変倍は低いものの組合せで行うと、レンズ系
の種類を多くすることなく広範囲に倍率を変えられるの
で、量産効果によりコストを下げられる。図９の例で
は、２倍のビームエクスパンダー１３を用いて、これを
モジュールとしてシリーズに接続して、回転板にとりつ
け、×１（ビームエクスパンダーなし）、×２（１３、
ビームエクスパンダー１個）、×４（１３’ビームエク
スパンダー２個）、×８（１３”ビームエクスパンダー
３個）の４つの観察倍率を得た例を示す。これは、２倍
のビームエクスパンダーを一度に６個つくるだけで実現
できるため、３種類のビームエクスパンダーを各１ケず
つ作るよりも、価格的には下がる。この様にモジュール
化されたビームエクスパンダー又はビームコンプレッサ
ーを縦列して使えるのは、ビームエクスパンダーやビー
ムコンプレッサーの光学系がティルトやシフトに対して
極めて影響されにくく、単一倍率のため、各収差を低く
設計できることによる。
【００２２】
【発明の効果】上記のように、本発明においては、従来
のようにオパールグラス等を使わず、干渉縞を実像化し
ていないので、オパールグラスによる干渉縞の高周波成
分を何ら欠落させることなく観察及び解折ができる。
又、光量損失も発生せず、表裏面反射による不用光の重
畳もなく、非常に鮮鋭度の高い干渉縞観察が可能とな
る。そして、従来は大型化し易かった観察光学系がコン
パクトになるが、光路中にプリズムを挿入することによ
りさらにコンパクト化を図ることが出来た。
のようにオパールグラス等を使わず、干渉縞を実像化し
ていないので、オパールグラスによる干渉縞の高周波成
分を何ら欠落させることなく観察及び解折ができる。
又、光量損失も発生せず、表裏面反射による不用光の重
畳もなく、非常に鮮鋭度の高い干渉縞観察が可能とな
る。そして、従来は大型化し易かった観察光学系がコン
パクトになるが、光路中にプリズムを挿入することによ
りさらにコンパクト化を図ることが出来た。
【図１】本発明をフィゾー干渉計に実施した場合の実施
例の光路図
例の光路図
【図２】結像レンズの構成の１例を示す光学配置図
【図３】投影レンズと結像レンズの間に直角プリズムを
挿入した観察光学系の光学配置図
挿入した観察光学系の光学配置図
【図４】直角プリズムの形状の１例を示す平面図
【図５】結像光学系中にも直角プリズムを挿入した実施
例の光学配置図
例の光学配置図
【図６】結像光学系中にも直角プリズムを挿入した他の
実施例の光学配置図
実施例の光学配置図
【図７】ビームエクスパンダーにより観察倍率を高めた
実施例の光学配置図
実施例の光学配置図
【図８】複数のビームエクスパンダーにより変倍を行う
実施例の光学配置図
実施例の光学配置図
【図９】ビームエクスパンダーをモジュール化した実施
例を示す概念図
例を示す概念図
【図１０】フィゾー干渉計の従来例の光路図
１ 焦光レンズ ２ ハーフプリズム ３ コリメーター ４ フィゾー参照レンズ ５ フィゾー参照面 ６ 被験面 ７ 投影レンズ ８ オパールグラス ９ 結像レンズ １０ ＣＣＤ−ＴＶ １１、１２ 直角プリズム １３ ビームエクスパンダー １４ 回転板 １５ 回転軸
Claims (8)
- 【請求項１】 観察系における干渉縞を被験面位置に合
焦する光学系において、コリメーターと焦点位置を共用
し、干渉縞の被験面からの０次光をコリメートする投影
レンズと、その光束を光像検出器上に投影する結像レン
ズからなり、結像レンズと光像検出器を一体として光軸
方向に前後させ、投影レンズとの距離を変えることによ
り一次以降の回折光を０次光位置に結像させる様にした
合焦光学系を有することを特徴とする観察光学系 - 【請求項２】 請求項１において、光像検出器と結像レ
ンズの距離を結像レンズの後側焦点距離ｆの２倍に固定
したことを特徴とする合焦光学系を有する観察光学系 - 【請求項３】 請求項１或は２において、投影レンズと
光像検出器の間に直角プリズムを抽入して光軸を折り返
し、この直角プリズムを投影レンズに対して光軸方向に
前後させることにより合焦を行うことを特徴とする合焦
光学系を有する観察光学系 - 【請求項４】 請求項１ないし３の何れかにおいて、光
像検出器と結像レンズ間に前述の直角プリズムの折り返
し面と直交する折り返し面を持つ直角プリズムを設けた
ことを特徴とする干渉計の合焦光学系を有する観察光学
系 - 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかにおいて、投
影レンズ後側にビームエクスパンダー又はビームコンプ
レッサーを配設して変倍を行うことを特徴とする干渉計
の変倍光学系を有する観察光学系 - 【請求項６】 請求項５において、倍率の異なるビーム
エクスパンダー及びビームコンプレッサーを、モジュー
ル化された光学系の組合せで構成したことを特徴とする
干渉計の変倍光学系を有する観察光学系 - 【請求項７】 請求項５或は６において、複数の倍率の
異なるビームエクスパンダー又はビームコンプレッサー
を回転板に円周状に固定し、この回転板を回転させるこ
とにより観察倍率を変えられることを特徴とする干渉計
の変倍光学系を有する観察光学系 - 【請求項８】 請求項１ないし４の何れかにおいて、各
光学素子の正弦条件誤差を０．１％以下にしたことを特
徴とする干渉計の観察光学系
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10360891A JP2864171B2 (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 観察光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10360891A JP2864171B2 (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 観察光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107022A JPH05107022A (ja) | 1993-04-27 |
| JP2864171B2 true JP2864171B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=14358491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10360891A Expired - Fee Related JP2864171B2 (ja) | 1991-04-10 | 1991-04-10 | 観察光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2864171B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013206394A1 (de) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | Asphericon Gmbh | Refraktiver Strahlformer |
| JP2015194655A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社 清原光学 | ビームエキスパンダシステム |
| DE102017113947B4 (de) * | 2017-06-23 | 2020-09-17 | Asphericon Gmbh | Modulares optisches Baukastensystem für kollimierte Top-Hat Verteilung |
| CN109060316A (zh) * | 2018-10-09 | 2018-12-21 | 上海乾曜光学科技有限公司 | 干涉仪离散变倍*** |
-
1991
- 1991-04-10 JP JP10360891A patent/JP2864171B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05107022A (ja) | 1993-04-27 |
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