JP3637165B2 - 表面測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、レンズ等の光学素子、あるいは光学素子を成形するための金型等の表面を測定する表面測定装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラスあるいは樹脂の加工品、あるいは成型品であるレンズ等の表面のキズ、あるいは製品を成形するための金型の表面のキズはルーペ等の拡大鏡を用いて検査されている。また、これらの被測定物の表面の緩やかな凹凸、すなわちうねりを検査するためには、干渉計が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は拡大鏡によるキズ検査と干渉計による表面うねり検査とを独立して行う必要があったため、検査に手間がかかるという問題がある。
【0004】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、被測定物のキズと表面うねりとを少ない手間で時間をかけずに測定することができる表面測定装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる表面測定装置は、上記の目的を達成させるため、被測定物を拡大観察する観察光学系と被測定物との間の光路中に、この光路を分岐するビームスプリッターを配置し、ビームスプリッターにより分岐される一方の光路に被測定物を配置すると共に他方の光路に干渉用の原器を配置し、ビームスプリッターにより照明光が被測定物側と原器側とに分岐されるように照明光学系を配置し、ビームスプリッターと原器との間の光束を開閉により通過させ、あるいは遮断するシャッターを設けることにより、シャッターの開放時には被測定物と原器とからの反射光による干渉縞を観察光学系により観察し、シャッターの閉成時には被測定物の表面状態のみを観察できるようにしたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる表面測定装置の実施形態を説明する。図1は、第1の実施形態にかかる表面測定装置の光学系の構成を示す説明図である。光学系は、被測定物である被検レンズ1を拡大観察する観察光学系10と、被検レンズ1と観察光学系10との間に設けられた第1ビームスプリッター21を介して被検レンズ1と原器2とに照明光を入射させる照明光学系20とを備えている。照明光学系20、第1ビームスプリッター21、原器2は、被検レンズ1を含めてトワイマン−グリーン型の干渉光学系を構成し、被検レンズ1および原器2からの反射光により形成される干渉縞は、観察光学系10により観察される。
【0007】
観察光学系10は、第1ビームスプリッター21側から順に、対物レンズ12、第1の偏光板13、そして被測定物の像を形成する結像レンズ14と、形成された像を取り込む撮像素子16、および、この撮像素子16により取り込まれた像を表示するモニタ17とを備える。対物レンズ12と結像レンズ14とは、被検レンズ1の表面と撮像素子16の撮像面とを光学的に共役にする結像光学系11を構成している。したがって、観察光学系10は後述する照明光学系の調整状態にかかわらず常に被検レンズ1の表面像をピントのあった状態で観察することができる。
また、被検レンズ1は、その表面が対物レンズ12の焦点に一致するよう位置が調整される。これにより、対物レンズ12と結像レンズ14との間は結像系に関してはアフォーカルとなり、結像レンズ14の位置を任意に定めることができるため、装置設計の自由度が大きくなる。
【0008】
第1ビームスプリッター21は、上記の観察光学系10の光路を分岐するように配置され、この第1ビームスプリッター21により分岐される観察光学系10の一方の光路に被測定物1が配置されると共に、他方の光路に干渉用の原器2が配置されている。
【0009】
照明光学系20は、偏光状態がランダムな平行光束を発する光源部22側から順に、照明光を任意の偏光方向を持つ直線偏光にする第2の偏光板23、第2ビームスプリッター24、被測定物および原器に入射させる光束の径を変化させるズーム式ビームエキスパンダー26、ミラー27、光軸方向に移動することにより被検レンズ1および原器2に入射させる光束の集光状態を変化させる集光レンズ28を備える。第2ビームスプリッター24は、被検レンズ1および原器2により反射された戻り光を分離する機能を有し、分離された戻り光は点像観察用スクリーン25上に投影される。
【0010】
第2の偏光板23により照明光の偏光方向を任意に選択して干渉縞のコントラストを向上させ、第1の偏光板13の回転位置を任意に選択して撮像素子16に入射する光量を加減することにより、反射光により形成される干渉縞の視認性を良好にすることができる。
【0011】
なお、第1ビームスプリッター21と原器2との間の光路中には、開閉操作により光束を通過させ、あるいは遮断するシャッター3が設けられている。シャッター3が開放されている場合には、原器2との間を光束が通過するため、撮像面上には被検レンズ1と原器2とからの反射光による干渉縞が形成されると共に、被検レンズ1の表面にキズがある場合には、そのキズが干渉縞に重ねて表示される。一方、シャッター3が閉成されている場合には、原器2との間を光束が通過せず、被検レンズ1の表面のキズやゴミ等の欠陥のみが映し出される。したがって、表面うねりを観察する場合にはシャッター3を開放し、表面のキズを検査する場合にはシャッター3を閉成する。
【0012】
次に、上記実施形態の装置を用いた測定の手順について説明する。表面うねりを測定する場合には、光源部22を駆動して照明光を発光させ、集光レンズ28を光軸方向に移動させて照明光が被検レンズ1上でオートコリメーションとなるよう調整する。オートコリメーション状態は、点像観察用スクリーン25上で戻り光の径が光源部22から発する光束の径に等しくなる状態として検出することができる。すなわち、点像観察用スクリーン25上の光束径を観察しつつ、集光レンズ28を光軸方向に移動させることによりオートコリメーション状態に調整する。このとき、シャッター3は閉成しておくことが望ましい。
【0013】
被検レンズ1に対するオートコリメーション調整が終了した後、原器2に対してもオートコリメーションとなるよう調整する。原器2は、原器2を光軸方向に移動させることにより、あるいは、曲率半径の異なるものに交換することにより調整される。オートコリメーション状態の検出は、上記と同様に点像観察用スクリーン25上の光束径を観察しつつ行われる。
【0014】
上記の集光レンズ28と原器2との調整が済めば、観察光学系10により被検レンズ1および原器2からの反射光の干渉による干渉縞を観察することができる。ティルト縞を観察する場合には、被検レンズ1、あるいは原器2の一方の面を光軸に対して傾け、あるいは光軸に対して垂直な方向に偏心させる。被検レンズ1がうねりのない正常な形状である場合には、干渉縞は規則正しい直線状に発生し、うねりがある場合には図1のモニタ17に示されるように直線状の縞の一部が歪んで見える。したがって、この干渉縞の状態を観察することにより、表面うねりの有無、発生量等を測定することができる。なお、干渉縞の画像を処理装置に取り込んでフリンジスキャン等の縞解析プログラムにより解析することにより、うねりを定量化することができる。
【0015】
被検レンズ1の表面のキズ等を観察する場合には、ビームスプリッター21と原器2との間のシャッター3を閉成する。これにより、モニタ17上の画像から干渉縞が除去され、被検レンズ1の表面像のみが表示されるため、表面欠陥の検出が容易となる。このような状態では、装置は通常の拡大鏡と同様に作用する。すなわち、対物レンズ12および結像レンズ14を介して被検レンズ1の表面の状態が拡大されて撮像素子16上に結像し、モニタ17に映し出される。被検レンズの表面にキズ、ゴミ等の欠陥があった場合には、その欠陥が拡大されて表示される。
【0016】
図2〜図4は、表面うねりを測定する際の被測定物の違いによる集光レンズ28の調整方法を示す。図2は、図1に示したものと同様の凸レンズである被検レンズ1を測定する場合の設定である。凹レンズである被検レンズ1aを測定する場合には、図3に示されるように、集光レンズ28をビームスプリッター21から離す方向に光軸に沿って移動させ、発散光が被検レンズ1a、および原器2aに入射するよう設定する。被測定物として平行平面板のような平面を測定する場合には、図4に示されるように集光レンズ28を光路外に取り出し、平行光を平行平面板1b、原器2bに入射させる。このような集光レンズ28の調整により、凸面のみでなく、凹面や平面を有する被測定物の表面うねりを同様に測定することができる。
【0017】
なお、照明光学系20としては、上記の実施形態のような偏光状態がランダムな光源に代えて、直線偏光を発するHe−Neレーザーを用いることもできる。この場合には、照明光学系中に偏光板は設けなくてもよい。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、被測定物を一度装置にセットするだけで干渉計としての作用を利用した表面うねりの測定と、拡大鏡としての作用を利用した表面の欠陥の測定とを行うことができ、検査、測定の手間、時間を従来より短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態に係る表面検査装置の干渉計としての作用を示す説明図である。
【図2】 凸レンズを測定する場合の光束の状態を示す説明図である。
【図3】 凹レンズを測定する場合の光束の状態を示す説明図である。
【図4】 平行平面板を測定する場合の光束の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 被検レンズ
2 原器
10 観察光学系
12 対物レンズ
14 結像レンズ
20 照明光学系
21 ビームスプリッター
22 光源
28 集光レンズ
Claims (7)
- 被測定物を拡大観察する観察光学系と被測定物との間の光路中に、該光路を分岐するビームスプリッターを配置し、該ビームスプリッターにより分岐される一方の光路に前記被測定物を配置すると共に他方の光路に干渉用の原器を配置し、前記ビームスプリッターにより照明光が前記被測定物側と前記原器側とに分岐されるように照明光学系を配置し、前記ビームスプリッターと前記原器との間の光路中に、開閉操作により光束を通過させ、あるいは遮断するシャッターを設けることにより、前記シャッターの開放時には前記被測定物と前記原器とからの反射光による干渉縞を前記観察光学系により観察し、前記シャッターの閉成時には前記被測定物の表面状態のみを観察できるようにしたことを特徴とする表面測定装置。
- 前記照明光学系は、照明光として直線偏光を前記被測定物と前記原器とに入射させることを特徴とする請求項1に記載の表面測定装置。
- 前記ビームスプリッターは、前記照明光学系から入射する照明光を分割して前記被測定物と前記原器とに入射させると共に、前記被測定物と前記原器とからの反射光を合成して前記観察光学系に入射させることを特徴とする請求項1に記載の表面測定装置。
- 前記照明光学系は、前記被測定物および前記原器に入射させる光束の径を変化させるビームエキスパンダーを備えることを特徴とする請求項1に記載の表面測定装置。
- 前記照明光学系は、光軸方向に移動することにより前記被測定物および前記原器に入射させる光束の集光状態を変化させる集光レンズを備えることを特徴とする請求項1に記載の表面測定装置。
- 前記観察光学系は、前記被測定物の像を形成する結像光学系と、形成された像を取り込む撮像素子と、該撮像素子により取り込まれた像を表示するモニタとを備えることを特徴とする請求項1に記載の表面測定装置。
- 前記結像光学系は、前記被測定物の表面と前記撮像素子の撮像面とを光学的に共役にすることを特徴とする請求項6に記載の表面測定装置。
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