JP3461566B2 - 円錐形状測定用干渉計 - Google Patents

円錐形状測定用干渉計

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隆行 齋藤
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、円錐レンズ等の被測定
物の円錐形状の面の形状を精密に測定することができる
円錐形状測定用干渉計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、円錐レンズ等の円錐形状をなした
被測定物の形状を測定するには、この円錐レンズ等をニ
ュートン板に当てて目視によって干渉縞を観察すること
によって行うか、あるいは触針を当てることによって行
っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ニュートン
板を用いる場合には、ニュートン板が平面形状であるた
め円錐形状には部分的にしか当接せず、円錐レンズ等の
全体形状は部分的な測定結果を総合することによって予
測することしかできなかった。
【0004】また、触針を当てる場合には、測定の精度
が低く、円錐レンズ等の測定においては十分な精度を得
ることが困難であった。
【0005】そこで、本発明の目的は、円錐形状の面を
有する被測定物の円錐形状の面の形状を高精度に測定す
ることができる円錐形状測定用干渉計を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、一定の波長の測定用の光を
供給する光供給手段と、光供給手段からの光を平行にす
るコリメーターレンズと、反射膜及び等間隔かつ同心円
状の回折格子が一方の面に形成された平板状の基準板で
あって、コリメーターレンズからの光のうちの一部の光
を反射するとともに、他の部分の光を回折させて被測定
物の円錐形状の面に垂直に入射させ、この面で反射した
光を再び回折させる基準板と、光供給手段及び基準板の
間に配置され、反射膜で反射した光、及び被測定物の面
で反射し回折格子で回折した光を反射する半透明鏡と、
半透明鏡で反射した2つの光を受光する受光部とを備え
ている。
【0007】また、請求項2に係る発明は、一定の波長
の測定用の平行光を供給する光供給手段と、平行光を、
一部を透過させ他の部分を反射することによって2つに
分離する半透明鏡と、等間隔かつ同心円状の回折格子が
一方の面に形成された平板状の基準板であって、半透明
鏡によって分離された2つの光のうちの一方を回折させ
て被測定物の円錐形状の面に垂直に入射させ、この面で
反射した光を再び回折させる基準板と、半透明鏡によっ
て分離された2つの光のうちの他方を反射する平面鏡
と、半透明鏡によって再び1つにされた、基準板からの
光、及び平面鏡からの光を受光する受光部とを備えてい
る。
【0008】さらに、請求項1または2において、光供
給手段が波長可変レーザー光源を備えていてもよい。
【0009】
【作用】本発明においては、回折格子によって光路を曲
げられ円錐形状の面で反射する光と、基準となる平面で
反射する光とが干渉して干渉縞を形成する。従って、こ
の干渉縞を観察することによって円錐形状の面の形状が
高精度に測定される。
【0010】
【実施例】以下、添付図面に沿って本発明の実施例につ
いて説明する。なお、図面において同一又は相当部分に
は同一符号を用いるものとする。
【0011】図1は、本発明に従って構成されたフィゾ
ー型の円錐形状測定用干渉計の構成を示す図である。図
1において、レーザー光源1から供給された一定の波長
の測定用レーザー光は、ダイバージャーレンズ2及び半
透明鏡3を通った後、コリメーターレンズ4によって平
行光にされ、平板状の基準板5に至る。基準板5のコリ
メーターレンズ4と反対側の面にはクロム等から成る反
射膜6が形成されており、コリメーターレンズ4からの
光の一部は反射膜6で反射する。この反射光はコリメー
ターレンズ4によって収束され、半透明鏡3で反射して
光路を曲げられ、さらに結像レンズ7によって結像され
てテレビカメラ8によって受光される。
【0012】一方、反射膜6には電子線描画等によって
等間隔かつ同心円状の回折格子が刻まれており、コリメ
ーターレンズ4から基準板5に向かう光の一部は回折格
子で回折される。回折された光は、同心円状の回折格子
の中心軸方向に光路を曲げられ、基準板5に対してコリ
メーターレンズ4と反対側に配置された被測定物である
円錐レンズ9の円錐形状の面に垂直に入射する。被測定
物としては、円錐形状の面を有するものであれば円錐レ
ンズ以外のものであってもよい。円錐レンズ9の面に垂
直に入射した光は、その面で反射され、元の光路を通っ
て基準板5の方に戻る。そして、再び回折格子によって
光路を曲げられ光束が平行になり、反射膜6で反射した
光と同一の光路を通って、テレビカメラ8によって受光
される。
【0013】なお、レーザー光源1及びダイバージャー
レンズ2によって光供給手段が構成され、テレビカメラ
8によって受光部が構成される。
【0014】テレビカメラ8によって受光された2つの
光、すなわち、反射膜6で反射した光と円錐レンズ9の
面で反射した光の間には、反射膜6の円錐レンズ9側の
面と円錐レンズ9の円錐形状の面との間の距離に応じた
光路差が存在する。従って、テレビカメラ8によって観
察される2つの光の干渉縞は、基準板5の反射膜6の形
成されている面の面形状が高精度になっている限り、円
錐レンズ9の円錐形状の面の形状を表したものとなる。
テレビカメラ8に接続されたモニター10には、この干
渉縞が表示されており、表示された干渉縞から円錐レン
ズ9の円錐形状の面を高精度に測定することができる。
【0015】なお、受光部はテレビカメラ8であるとし
たが、受光部として結像レンズ7の後方に配置されるス
クリーン(図示せず)を用いてもよい。この場合には、
スクリーン上に投影される干渉縞を肉眼等により観察す
ることによって、円錐レンズ9の円錐形状の面が高精度
に測定される。
【0016】次に、図2に基づいて反射膜6上に形成さ
れる回折格子の詳細について説明する。図2( a) は基
準板5と円錐レンズ9との関係を示した図、図2( b)
は( a) の側面図であり反射膜6を正面から見た図であ
る。まず、円錐レンズ9の円錐形状の面に垂直に入射す
る光はすべて同一の回折角θで曲げられるから、同心円
の間隔dは一定になる。また、測定される円錐レンズ9
の頂角をαとした場合、αとθとの間には、図2より、 θ=(π−α)/2 … ( 1) の関係がある。このθを用いれば、レーザー光源1のレ
ーザー光の波長をλとして、同心円の間隔dは、 d=λ/sinθ … ( 2) のように求まる。例えば、波長λ=632.8nmのレ
ーザー光を用いて、頂角α=120°の被測定物を測定
するには、回折格子の間隔dは約0.7μmとなる。ま
た、間隔d=1μmの回折格子を用いて、波長λ=63
2.8nmのレーザー光によって測定できる被測定物の
頂角αは約101.5°となる。
【0017】このように求められたdの間隔で、同心円
状の回折格子を電子線描画の方法によって反射膜6上に
描く。なお、この回折格子はエッチングによって形成し
てもよい。また、図2からわかるように反射膜6の中央
には回折格子を形成する必要がない。
【0018】この実施例においては、回折格子の間隔d
が決まると円錐の頂角αが決まってしまうから、同一の
頂角αを有する被測定物しか測定できなかった。そこ
で、レーザー光源1から供給されるレーザー光の波長を
可変にすれば、1つの基準板5によって種々の頂角の被
測定物を測定することができる。例えば、回折格子の間
隔をd=1μm、レーザー光源1のレーザー光の波長が
λ1 =690nmとλ=825nmとの間で可変であ
るとすれば、式( 2) よりθの可動範囲が求まり、従
って、式( 1) より測定可能な頂角αの範囲がα1 =9
2.7゜〜α2 =68.8゜と求まる。すなわち、この
場合には、頂角が68.8゜から92.7゜までの円錐
形状の面の形状を測定することができる。
【0019】以上の実施例は、フィゾー型の干渉計につ
いて説明してきたが、マイケルソン型やトワイマン・グ
リーン型の干渉計を用いることもできる。
【0020】図3は、マイケルソン型の干渉計を用いた
円錐形状測定用干渉計の構成を示す図である。レーザー
光源1から供給されたレーザー光はレンズ11によって
光束を広げられ、コリメーターレンズ12によって平行
光に変換される。この平行光の一部は半透明鏡13を透
過し、図1の場合と同様に回折格子を経て円錐レンズ9
の円錐形状の面で反射し、半透明鏡13で反射してテレ
ビカメラ8に至る。一方、半透明鏡13で反射した光は
平面鏡14で反射し、半透明鏡13を透過して、テレビ
カメラ8に至る。なお、レーザー光源1、レンズ11及
びコリメーターレンズ12によって光供給手段が構成さ
れる。そして、テレビカメラ8に入射した2つの光が、
図3の場合と同様に干渉縞を形成するため、円錐レンズ
9の円錐形状の面の形状を高精度に測定することができ
る。
【0021】なお、フィゾー型の干渉計を用いた図1の
場合には、基準板5の2つの面のうち、円錐レンズ9側
の面に反射膜6を形成するのが好ましい。これは、基準
板5内の光路を、反射膜6で反射する光と被測定物で反
射する光とで共通にすれば、反射膜6を形成しない方の
基準板5の面を高精度に加工しなくて済むからである。
一方、マイケルソン型の干渉計を用いた図3の場合に
は、反射膜6を形成しない方の基準板5の面は高精度に
加工する必要がある。これは、基準板5を通過する光
が、干渉する2つの光のうちの一方のみであるから、基
準板5の厚さが測定精度に直接影響するためである。
【0022】また、以上の実施例においては、光源をレ
ーザー光源であるとしたが、単色の光源としてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回折格
子によって光路を曲げられ円錐形状の面で反射する光
と、基準となる平面で反射する光とが干渉して干渉縞を
形成するので、円錐形状の面を有する被測定物の表面形
状を高精度に測定することのできる円錐形状測定用干渉
計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って構成されたフィゾー型による円
錐形状測定用干渉計の構成を示す図である。
【図2】( a) は基準板と被測定物である円錐レンズと
の関係を示した図、( b) は( a) の側面図であり反射
膜を正面から見た図である。
【図3】本発明に従って構成されたマイケルソン型の円
錐形状測定用干渉計の構成を示す図である。
【符号の説明】
1…レーザー光源、2…ダイバージャーレンズ、3…半
透明鏡、4…コリメーターレンズ、5…基準板、6…反
射膜、9…円錐レンズ、11…レンズ、12…コリメー
ターレンズ、13…半透明鏡。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定の波長の測定用の光を供給する光供
    給手段と、 前記光供給手段からの光を平行にするコリメーターレン
    ズと、 反射膜及び等間隔かつ同心円状の回折格子が一方の面に
    形成された平板状の基準板であって、前記コリメーター
    レンズからの光のうちの一部の光を反射するとともに、
    他の部分の光を回折させて被測定物の円錐形状の面に垂
    直に入射させ、この面で反射した光を再び回折させる基
    準板と、 前記光供給手段及び前記基準板の間に配置され、前記反
    射膜で反射した光、及び被測定物の面で反射し前記回折
    格子で回折した光を反射する半透明鏡と、 前記半透明鏡で反射した2つの光を受光する受光部と、
    を備え、前記受光部で受光された2つの光の干渉によっ
    て被測定物の円錐形状の面の形状を測定する円錐形状測
    定用干渉計。
  2. 【請求項2】 一定の波長の測定用の平行光を供給する
    光供給手段と、 前記平行光を、一部を透過させ他の部分を反射すること
    によって2つに分離する半透明鏡と、 等間隔かつ同心円状の回折格子が一方の面に形成された
    平板状の基準板であって、前記半透明鏡によって分離さ
    れた2つの光のうちの一方を回折させて被測定物の円錐
    形状の面に垂直に入射させ、この面で反射した光を再び
    回折させる基準板と、 前記半透明鏡によって分離された2つの光のうちの他方
    を反射する平面鏡と、 前記半透明鏡によって再び1つにされた、前記基準板か
    らの光、及び前記平面鏡からの光を受光する受光部と、
    を備え、前記受光部で受光された2つの光の干渉によっ
    て被測定物の円錐形状の面の形状を測定する円錐形状測
    定用干渉計。
  3. 【請求項3】 前記光供給手段が波長可変レーザー光源
    を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の円
    錐形状測定用干渉計。
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