JP3784035B2 - 光波干渉装置の被検体ポジショニング装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波干渉装置の被検体ポジショニング装置に関し、特に、被検体の被検面の表面形状を可干渉距離の短い光を用いて測定する場合において、上記被検面が干渉可能範囲内に位置するよう該被検面の光軸方向の位置決めを行う被検体ポジショニング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、マイケルソン型の干渉計においては、可干渉性を有する平行光を光分割手段で参照光と被検光とに分割し、これら参照光および被検光を参照面および被検面で各々反射させて上記光分割手段で再度合成した後、観察面上に干渉縞を形成させるように構成されており、この干渉縞を観察することにより被検面の凹凸形状等の評価を行うことができるようになっている。
【0003】
ところで、上記干渉計としてレーザ干渉計を用いる場合には、レーザ光の干渉距離が長いことから、参照面に対して被検面の位置を正確に設定する必要はないものの、逆にガラス等の透明性平行薄板の場合、被検体の裏面からの反射光も、被検面からの反射光や参照面からの反射光と干渉を生じてしまい、本来の干渉縞上にノイズ成分の干渉縞を重畳させてしまう。
【0004】
このため、従来は、レーザ干渉計を用いて薄板ガラス等を測定する場合は、ゴーストを発生する裏面に屈折率マッチングオイルを塗るなどの対策が必要であった。しかし、このような対策を施すことは多大な手間を要し、被検体を汚染するなどの問題もあった。また、特に被検体の厚さが極めて薄い場合には、この裏面にマッチングオイル等を塗布すると、その表面張力の影響で被検体が歪み、被検面の正確な測定が行えないという問題も発生する。
【0005】
そこで、薄板ガラス等の表面形状を測定する場合には、赤色発光ダイオード等を光源とする可干渉距離の短い光を測定光として用い、被検面のみを干渉可能範囲にポジショニングすることが考えられる。その際、被検面を干渉可能範囲内の最適位置(最もコントラストの良い干渉縞が得られる位置)にポジショニングできるようにすることが好ましい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにした場合には、極めて狭い干渉可能範囲内でしか干渉縞が現れないので、ポジショニンングのために被検体を光軸方向に移動させる際、これを極めて低速で光軸方向に移動させるようにしないと、被検面が上記干渉可能範囲を通り過ぎてしまうこととなる。このため、被検面を干渉可能範囲にポジショニングすること自体が容易でなく、時間的に効率の良いポジショニングを行うことが困難である。
【0007】
本発明は上記の事情に鑑み、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面を干渉可能範囲内の最適位置にポジショニングするのに要する操作時間を大幅に短縮し得る光波干渉装置の被検体ポジショニング装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置は、可干渉距離の短い光源からの光を2系に分割し、一方を被検体の被検面上に、他方を参照面上に照射し、該被検面からの被検光と該参照面からの参照光の干渉により生じる干渉縞を観察し、該観察結果に基づき該被検面の表面形状を測定する光波干渉装置において、前記被検面の光軸方向の位置決めを行う被検体ポジショニング装置であって、
前記光源と前記光の分割位置との間または該分割位置と前記干渉縞の形成位置との間の光路内に、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有するフィルタが挿入配置され、
前記干渉縞のコントラストが、前記干渉フィルタ部の特性と前記光減衰フィルタ部の特性とが重畳された特性で得られるように構成されてなることを特徴とするものである。
【0009】
前記光減衰フィルタ部は、前記干渉フィルタ部と略同等の透過率を有するNDフィルタで構成されたものであることが好ましい。
また、前記フィルタは、前記干渉フィルタ部および前記光減衰フィルタ部相互間の前記光路内への挿入量比率を変更し得るように構成されていること、あるいは、前記干渉フィルタ部と前記光減衰フィルタ部とを交互に前記光路内に配置し得るよう、移動可能に設けられてなるものであることが好ましい。
後者の場合における前記フィルタの前記移動は、例えば、回転運動、往復運動等によるものが採用可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る被検体ポジショニング装置を示す概略図であり、マイケルソン型干渉計に適用されたものである。
このマイケルソン型干渉計は、光源1と、コリメータレンズ2と、ビームスプリッタ3と、参照板4と、撮像レンズ5と、撮像装置6と、図示されない被検体保持駆動機構と、フィルタ7とを備えてなっている。
【0011】
上記光源1から射出された光1aは、コリメータレンズ2で平行光にされた後、ビームスプリッタ3で参照光と被検光とに分割されるようになっている。そして、これら参照光および被検光は、参照板4の参照面4aおよび被検体保持駆動機構に支持された被検体8の被検面8aで各々反射した後、ビームスプリッタ3で再度合成され、撮像レンズ7により撮像装置6の撮像面(CCD)6a上に干渉縞を形成するように構成されている。
【0012】
ところで、この干渉装置においては、上記光源1として可干渉距離の短い光を射出する光源が用いられている。具体的には、赤色の発光ダイオード(LED)が用いられている。そして、これにより、被検体8の被検面8aからの反射光と参照板4の参照面4aからの反射光とにより形成される干渉縞上に、被検体8の裏面8bからの反射光に基づく干渉縞ノイズが重畳しないようにしている。
【0013】
このように可干渉距離の短い光を射出する光源を用いた場合には、参照光および被検光の光路長が互いに等しくなるよう、被検面8aの光軸方向の位置を調整する被検面距離合わせ(すなわちポジショニング)を行う必要がある。本実施形態においては、このポジショニングを容易化すべく上記フィルタ7が設けられるのであるが、これについては後述することとし、ここでは、まず、上記フィルタ7が設けられていないとした場合におけるポジショニングについて説明する。
【0014】
図1に示される、被検面8aの干渉可能範囲Lは、光源1から射出される光1aの可干渉距離をSCLとするとL<SCL/2となる。上記光源1として赤色のLEDが用いられているので、可干渉距離SCLは、SCL≒30μmとなる。したがって、上記干渉可能範囲Lは15μmよりも小さい値となる。これにより、干渉縞測定時において被検体8のに基づく干渉縞が観察されているときは、被検体8の裏面8bに基づく干渉縞は観察されない。
【0015】
上記被検体8は、図示されない被検体保持駆動機構によって矢印A方向に移動され、被検面8aがこの干渉可能範囲L内に位置決めされることになるが、このように極めて短い範囲L内に被検体8の被検面8aをポジショニングするのは容易ではない。
【0016】
そこで、本実施形態においては、図示のように、上記ポジショニングの際、ビームスプリッタ3と撮像装置6の撮像面6aとの間の光路内(具体的には撮像レンズ5のビームウェストの部分)に上記フィルタ7が挿入配置されるようになっている。上記フィルタ7は、円板状に形成されており、その中心の回転軸7aが図示しない駆動手段により駆動されて図示矢印B方向に高速で回転するようになっている。なお、このフィルタ7は、上記ポジショニングが完了した後は、上記光路外の退避位置まで図示矢印C方向に移動可能とされている。
【0017】
図2に示すように、上記フィルタ7は、上記回転軸7aを中心として所定中心角度で区分けされた干渉フィルタ部7Aおよび光減衰フィルタ部7Bからなっている。これら干渉フィルタ部7Aおよび光減衰フィルタ部7Bは、上記高速回転により光路内(図中、撮像面6aの位置を二点鎖線で示す)に交互に配置せしめられることとなる。
【0018】
図4は、上記フィルタ7の特性を示す図である。同図(a)は、上記光源1からの光が上記光減衰フィルタ部7Bを透過した後のスペクトル分布を示す図であり、同図(b)は、上記光源1からの光が上記干渉フィルタ部7Aを透過した後のスペクトル分布を示す図である。
【0019】
上記光減衰フィルタ部7Bは、図4(a)に示すように、NDフィルタで構成されており、660nmにピークを有する上記光源1からの光を全波長域にわたって強度を減衰して透過させるようになっている。一方、上記干渉フィルタ部7Aは、図4(b)に示すように、上記光源1からの光を660nmにピークを有する波長帯域の極く狭い特性(半値幅10nm)の光、すなわち波長660nmの単色光を透過させるようになっている。この干渉フィルタ部7Aと略同等の透過率となるよう、上記光減衰フィルタ部7Bは、そのNDフィルタの濃度が設定されている。
【0020】
上記光減衰フィルタ部7Bを透過した光は、基本的に上記光源1からの光と同様の特性を有しており、複数の波長の光が混在しているので、各波長の光相互間での減殺作用により干渉可能範囲は図1に示すLの範囲に限定されてしまうのに対し、上記干渉フィルタ部7Aを透過した光は、波長660nmの単色光であるため、それ以外の波長帯域の光による減殺作用はなく、干渉可能範囲は図1に示すように、L′の範囲(L′>L)まで大幅に広がることとなる。
【0021】
図5は、上記ポジショニングの際に、撮像面6a上に形成される干渉縞のコントラストの大きさを示す図である。
同図(b)に示すように、仮に上記フィルタ7が上記光減衰フィルタ部7Bのみからなるとすれば、干渉可能範囲L内において干渉縞が形成され、その中心位置Pにおいてコントラストが最も良好なものとなる。この場合には、被検面8aを干渉可能範囲L内にポジショニングした後は、該被検面8aを最適位置にポジショニングすることは容易であるが、干渉可能範囲Lが極く狭いために該干渉可能範囲L内にポジショニングすること自体が容易でない。
【0022】
一方、同図(a)に示すように、仮に上記フィルタ7が上記干渉フィルタ部7Aのみからなるとすれば、干渉可能範囲L′内において干渉縞が形成され、その中心位置Pにおいてコントラストが最も良好なものとなる。この場合には、被検面8aを干渉可能範囲L′内にポジショニングすることは容易であるが、なだらかな特性のために被検面8aを最適位置にポジショニングすることが容易でない。
【0023】
その点、本実施形態においては、上記フィルタ7が、上記干渉フィルタ部7Aおよび上記光減衰フィルタ部7Bからなり、かつ、上記回転軸7aを中心として高速回転するようになっているので、撮像面6a上に形成される干渉縞のコントラストは、図5(c)に示すように、上記干渉フィルタ部7Aの特性と上記光減衰フィルタ部7Bの特性とが重畳された特性で得られることとなる。このため、被検面8aを干渉可能範囲L内にポジショニングすることも容易であり、その後、被検面8aを最適位置にポジショニングすることも容易である。
【0024】
このように、本実施形態によれば、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面8aを干渉可能範囲内の最適位置にポジショニングするのに要する操作時間を大幅に短縮することができる。しかも、このような効果を、上記フィルタ7を光路内に挿入配置するだけの簡易な構成で達成することができる。また、上記実施形態においては、上記ポジショニングが完了した後は、上記フィルタ7が、上記光路外の退避位置まで図示矢印C方向に移動せしめられるようになっているので、干渉縞観察の際には、上記フィルタ7を介さない明るい像で観察を行うことができる。
【0025】
なお、図5(c)に示す特性のうち、図5(a)に示す特性を強化したい場合(すなわち、被検面8aを干渉可能範囲L内にポジショニングすることをより容易化したい場合)には、上記フィルタ7における干渉フィルタ部7Aの中心角を大きくすればよいし、これとは逆に、図5(b)に示す特性を強化したい場合(すなわち、干渉可能範囲L内における最適位置へのポジショニングをより容易化したい場合)には、上記フィルタ7における干渉フィルタ部7Aの中心角を小さくすればよい。
【0026】
上記実施形態においては、上記光源1として赤色のLEDが用いられた場合について説明したが、これ以外の可干渉距離の短い光を射出する光源を用いた場合においても、その光源の特性に応じたフィルタを用いることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0027】
また、上記実施形態においては、上記フィルタ7が撮像レンズ5のビームウェストの部分において光路内に挿入配置されるようになっているので、該フィルタ7を小型に形成することができるが、上記フィルタ7の挿入位置は、ビームスプリッタ3と撮像装置6の撮像面6aとの間の光路内、あるいは光源1とビームスプリッタ3との間の光路内であれば、どの位置に設けるようにしてもよい。その際、光線束が平行になっている部分において上記フィルタ7を光路内に挿入配置するようにすれば、上記干渉フィルタ部7Aの機能をより十分に発揮させることができる。
【0028】
なお、上記実施形態において、上記フィルタ7は駆動手段により高速回転するように構成されているが、その回転速度は特に限定されるものではない。その際、上記フィルタ7の回転速度が比較的遅く、撮像装置6のテレビ信号の走査速度に近い値になる場合には、テレビ信号と同期させて回転させるようにすることが好ましく、このようにすればフリッカ等の不具合が発生するのを防止することができる。
【0029】
上記実施形態においては、上記フィルタ7が上記光路外の退避位置まで図示矢印C方向に移動可能とされているものについて説明したが、必ずしもこのように構成することは必要でない。すなわち、上記ポジショニング完了時、光減衰フィルタ部7Bが上記光路内に配置されるように設定すれば、明るさは多少犠牲になるものの、上記フィルタ7を上記光路外へ退避させることなく、そのままの状態で干渉縞観察を行うことが可能である。
【0030】
また、上記実施形態においては、上記フィルタ7が、円板状に形成されて高速で回転するように構成されているが、このような構成に代えて、図3に示すように、矩形状に形成されて図示矢印D方向に高速で往復動するフィルタ7′を用いるようにしてもよい。この場合には、干渉フィルタ部7A′および光減衰フィルタ部7B′を、上記高速往復動に応じて光路内(図中、撮像面6aの位置を二点鎖線で示す)に交互に配置せしめるようにすればよい。
【0031】
さらに、上記実施形態のように、上記フィルタ7を高速回転(あるいは高速往復動)させるのではなく、図6に示すように、干渉フィルタ部17Aおよび光減衰フィルタ部17Bからなるフィルタ17を、上記ポジショニングの際、単に光路内に挿入配置するだけの構成としてもよい。このようにした場合においても、図5(c)に示すような特性を得ることができる。
【0032】
あるいは、図7に示すように、干渉フィルタ部17A′および光減衰フィルタ部17B′からなる、回転軸17a′回りに回動可能なフィルタ17′を、上記ポジショニングの際、単に光路内に挿入配置するだけの構成としてもよい。この場合には、フィルタ17′を手動で図示矢印E方向に微調整することにより、干渉フィルタ部17A′および光減衰フィルタ部17B′部相互間の上記光路内への挿入量比率を変更することが可能となる。そして、これにより、図5(c)に示す特性を適宜変形することができる。
なお、上記実施形態においては、マイケルソン型干渉計に適用された被検体ポジショニング装置について説明したが、マッハツェンダ型干渉計等の他の二光線束干渉計に対しても適用可能であり、この場合においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明装置においては、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面の光軸方向の位置決めを行うに当たり、光源と光の分割位置との間または該分割位置と干渉縞の形成位置との間の光路内に、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有するフィルタが挿入配置されるように構成されているので、次のような効果を得ることができる。
【0034】
すなわち、上記光減衰フィルタの透過光の干渉可能範囲は極く狭い反面、干渉可能範囲内に被検面をポジショニングした後は、これを最適位置(コントラストが最も良好な干渉縞が形成される位置)にポジショニングすることは容易である。一方、干渉フィルタ部の透過光の干渉可能範囲は幅広い反面、干渉可能範囲内に被検面をポジショニングした後に、これを最適位置にポジショニングすることは容易でない。この点、上記フィルタは、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有しているので、まず、干渉フィルタ部透過光による干渉縞により、その干渉可能範囲内へのポジショニングを行い、次に、光減衰フィルタ透過光による干渉縞により、その干渉可能範囲内へのポジショニングおよび最適位置へのポジショニングを行うことにより、短時間でポジショニングを完了することができる。
【0035】
このように、本発明によれば、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面を干渉可能範囲内の最適位置にポジショニングするのに要する操作時間を大幅に短縮することができる。しかも、このような効果を、上記フィルタを光路内に挿入配置するだけの簡易な構成で達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光波干渉装置の被検体ポジショニング装置の一実施形態を示す構成図
【図2】上記実施形態のフィルタを単品で示す図
【図3】上記フィルタの変形例を示す図
【図4】上記実施形態のフィルタの波長−強度特性を示す図
【図5】上記実施形態の干渉可能範囲を示す図
【図6】上記フィルタの他の変形例を示す図
【図7】上記フィルタのさらに他の変形例を示す図
【符号の説明】
1 光源
2 コリメータレンズ
3 ビームスプリッタ
4 参照板
4a 参照面
5 撮像レンズ
6 撮像装置
6a 撮像面(CCD)
7、7′、17、17′フィルタ
7a、17a′ 回転軸
7A、7A′、17A、17A′ 干渉フィルタ部
7B、7B′、17B、17B′ 光減衰フィルタ部(NDフィルタ)
8 被検体
8a 被検面
L、L′ 干渉可能範囲
P 最適位置
Claims (6)
- 可干渉距離の短い光源からの光を2系に分割し、一方を被検体の被検面上に、他方を参照面上に照射し、該被検面からの被検光と該参照面からの参照光の干渉により生じる干渉縞を観察し、該観察結果に基づき該被検面の表面形状を測定する光波干渉装置において、前記被検面の光軸方向の位置決めを行う被検体ポジショニング装置であって、
前記光源と前記光の分割位置との間または該分割位置と前記干渉縞の形成位置との間の光路内に、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有するフィルタが挿入配置され、
前記干渉縞のコントラストが、前記干渉フィルタ部の特性と前記光減衰フィルタ部の特性とが重畳された特性で得られるように構成されてなることを特徴とする光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。 - 前記光減衰フィルタ部が、前記干渉フィルタ部と略同等の透過率を有するNDフィルタで構成されていることを特徴とする請求項1記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
- 前記フィルタが、前記干渉フィルタ部および前記光減衰フィルタ部相互間の前記光路内への挿入量比率を変更し得るように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
- 前記フィルタが、前記干渉フィルタ部と前記光減衰フィルタ部とを交互に前記光路内に配置し得るよう、移動可能に設けられてなることを特徴とする請求項1または2記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
- 前記フィルタの前記移動が、回転運動によるものであることを特徴とする請求項4記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
- 前記フィルタの前記移動が、往復運動によるものであることを特徴とする請求項4記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
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JPH10274505A JPH10274505A (ja) | 1998-10-13 |
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