JP4132359B2

JP4132359B2 - 光波干渉計用基準板の支持方法

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Publication number: JP4132359B2
Application number: JP05511399A
Authority: JP
Inventors: 博柴本
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: US6556304B1; JP2000249512A

Description

【０００１】
【発明の背景および発明が解決しようとする課題】
光学部品の表面形状を高精度に計測できる光波干渉計は、干渉性の良い光源であるレーザーの出現以降広く普及している。光波干渉計は、光源からの光束を２分し、一方を被検体に照射し該被検体の位相状態を担持した物体光となし、他方を参照基準板に照射し該参照基準板の位相状態を担持した参照光となし、それら２光波を再合波して両波の位相差に応じた干渉縞を得るものであるが、あくまで前記物体光と前記参照光の比較測定をするものである。また、光波干渉計において検出可能な両光波の差は、使用光波の波長の１／２（干渉縞の１本に相当する）程度と極めて精細な比較測定が可能である。
【０００２】
このような高精細な比較測定においては、前記参照基準板を高精度に作製し、如何にその精度を保ったまま干渉計本体に支持させるかが重要な問題となる。
【０００３】
ここで、図１０に従来の平面計測用の円形参照基準板の一例を示す。参照基準板１０１は、低熱膨張係数の材料、例えば石英やセラミックスにより形成されている。特にこの参照基準板１０１を光束が透過するような光学系においては、材料内部の屈折率分布の均一性も要求されることになる。
【０００４】
参照基準面１０２は、測定の要求精度にもよるが、一般には、完全な平面からのはずれ量が使用光波長の１／２０以下の高精度に研磨仕上げされている。参照基準面１０２の裏面１０３は、この参照基準面１０２ほどの精度は要求されないものの、やはり使用光波長の１／５〜１／１０程度の精度に研磨仕上げされ、反射ノイズ低減のため表面に使用光波長に対する反射防止コートが施されている。さらに、参照基準面１０２の外周面１０４は、一般的には＃400から＃800程度の粗さで研削またはラッピングされている。
【０００５】
このように高精度に仕上げられた参照基準板１０１を、この精度を保ったまま干渉計本体に取り付ける幾つかの試みがなされている。
【０００６】
すなわち、図１１の例は、参照基準板１０１を収納し干渉計本体部に装着するための鏡筒１１０において、その鍔１１１部分を当て面とするようにして参照基準板１０１を挿入する様子が示されている。その押さえ環１１２は参照基準板１０１が大きくがたつくのを防止するためのものであり、参照基準板１０１の精度を損なわないようにするため参照基準板１０１とは僅かな空隙を持って固定されている。取付けねじ１１３は、参照基準板ユニットを干渉計本体に取り付け、干渉計本体部と参照基準板１０１の相対位置関係を安定に保つためのものである。
【０００７】
しかし、このような方法には測定精度上下記の如き２つの問題がある。
（１）アルミニューム等の金属で作製した鏡筒１１０と、ガラスやセラミックス等で作製された参照基準板１０１が鏡筒１１０の鍔１１１で接触し、その接触部では参照基準板１０１の自重による押しつけが起こることになる。切削等で加工した鏡筒１１０の鍔１１１部分と研磨加工した参照基準板１０１の表面では加工精度も異なるため、これら両者１０１、１１１の均一な接触状態を得ることは困難で、図１２の如く最低３カ所での点接触となる。接触点をＡ，Ｂ，Ｃの３点としたとき、参照基準板１０１の三角形ＡＢＣの外側の部位は、参照基準板１０１の自重によりたわみ、模式的に表すと、図１２の等高線１２０で示されるような形状に変化してしまう。このため、この参照基準板１０１を用いた計測には、等高線１２０で示す如き参照基準板１０１の形状変化分の測定誤差が生じることになる。
（２）図１１に示すように、参照基準板１０１は鏡筒１１０から脱落はしないが固定されていないため、載置された位置で光軸に対し自由に回転が可能である。
【０００８】
このことは、参照基準板１０１が完全な平面で、どのように回しても比較測定する被検体の形状を正確かつ安定に計測できればよいが、現実には完全な平面を形成することは困難で、参照基準板１０１は僅かではあるが部分部分で平面形状が異なっている。干渉測定は前述したように比較測定であるから、比較する参照基準板１０１が自由に回転してしまっては被検体の比較データ、即ち測定値は安定しないものとなる。また、参照基準板１０１の部分的形状の差は、被検体と鏡筒１１０の鍔１１１との接触位置を変えてしまうことともなり、上記方法による参照基準板１０１の支持は、参照基準板１０１のたわみ量にまで影響を及ぼしかねないこととなる。
【０００９】
図１３は、図１１に示す従来例の欠点を改善し得る参照基準板支持方法を示すものである。
【００１０】
これは、図１１に示す従来例では自重で接触していた参照基準板１０１と鏡筒１１０の鍔１１１との間に、厚紙等の緩衝材１２１を挟み、鏡筒１１０の鍔１１１部分の機械加工による精度不良を緩衝材１２１が有する弾性で吸収し、参照基準板１０１には参照基準面の外縁全周で接触させるようにしたものである。この改良により参照基準板１０１は、接触点が原因となって発生する図１２に示す如き形状変化を起こすことはなくなり、図１４に示す如く全周支持による自重たわみのみの形状変化とすることができる。
【００１１】
しかしながらこの場合、参照基準板１０１と鏡筒１１０の鍔１１１部分との間に挟み込んだ緩衝材１２１が、参照基準板１０１の重量で押圧し続けられるため、経時的に弾性力を失い緩衝効果を失ってしまう。即ち経時的に、参照基準板１０１の形状が図１４に示すような状態から図１２に示すような状態に変化をしてしまうという問題点がある。
【００１２】
図１５は、このような問題を改善した参照基準板１０１の支持方法を示すものである。これは、鏡筒１１０の鍔１１１部分に参照基準板１０１を載置するのではなく、鏡筒１１０の円周等分にあけられた小孔１３１より注射器等を用いて接着剤１３２を注入し、参照基準板１０１を宙づり状態で接着固定するものである。この方法によれば、参照基準板１０１の基準面１０２に対して接触するものがないため、前述した従来例の如き鏡筒１１０の鍔１１１部分との接触に起因する参照基準面１０１の精度劣化の問題は発生しない。
【００１３】
しかしながらこの支持方法においては、下述する如き問題がある。
（１）鏡筒１１０の円周等分に設けた接着剤注入用の小孔１３１の数が少ないと、前述した２つの従来例と同様に参照基準板１０１に不均一な自重たわみが発生し、図１２に示す如き問題が生じることになる。
（２）接着剤１３２の注入量が異なったり、接着剤層の厚さが変わったりすると、硬化時の体積変化による不均一な力が参照基準板１０１にかかり、高精度な参照基準面１０２を変形させることがある。
（３）接着剤１３２が参照基準板１０１の対向する２面の中央近辺を中心に注入、固化できればよいが、どちらか一方の面に近くなるように偏ると参照基準面１０２を大きく変形させることがある。
（４）上記２つの問題（２）、（３）を回避するために、接着剤１３２の使用量を極力少なくすることも考えられるが、鏡筒１１０の形成材料と参照基準板１０１の形成材料の熱膨張係数が異なるため、接着剤１３２の使用量が少なすぎると接着はがれが生じ、参照基準板１０１が鏡筒１１０から脱落するおそれがある。
（５）参照基準板１０１に傷などが付いた場合に修正研磨を行う際に、鏡筒１１０から参照基準板１０１をはずすことが難しくなり、参照基準板１０１の修復作業が困難となる。
【００１４】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、参照基準板を干渉計本体に取り付ける取付部材に該参照基準板を支持させたことにより生じる参照基準面の変形を抑え、該参照基準板を取付部材から容易に着脱させ得る光波干渉計用参照基準板の支持方法を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段及びその作用】
上記の課題を解決するために、本発明方法においては、前記参照基準板の外周面を弾性部材を介して、該参照基準板を干渉計本体に取り付ける取付部材で支持するようにしている。これにより、前述した各先行技術において発生する参照基準板の不均一な支持に基づく参照基準板のたわみを防止するとともに、参照基準板が鏡筒中で回転し、測定値が変動するという不具合を防止することができる。
【００１６】
また、本発明方法においては、鏡筒との接触が弾性部材を介して行われるようにし、なおかつ外周面上で略均一に配された所定位置で行われるようにしているため、接着剤固化に起因する参照基準板に対する不均一な力も発生せず、参照基準面を不均一にたわませることもない。
【００１７】
また、参照基準板の弾性部材が接触する位置を参照基準板の厚み方向の中立面に略一致した位置とすることで、弾性部材には伸びあるいは縮みの力がほとんど加わらなくなり、参照基準板を干渉計本体に取り付ける取付部材に安定に支持できるものである。
【００１８】
また、参照基準板を複数ラインの弾性部材で巻装する必要のある場合は、上記中立面に対して対称の位置に巻装すれば、巻装された対称位置の弾性部材は支持による伸び量と縮み量が等しくなり、同一規格のものを使用できる利点がある。
【００１９】
また、取付部材に参照基準板を支持させる際の安定度を増加させるために、参照基準板の中立面に一致した溝を参照基準板の外周面に設け、そこに弾性部材を巻き付けるようにすれば不慮の脱落等が防止できる。なお、溝を中立面に略一致させる場合には、溝には伸縮の力がほとんど加わらず、溝加工を原因とする参照基準板の損傷等を防止できる。
【００２０】
さらに、取付部材の内周面に、その周方向に延びる溝を設け、この溝に参照基準板の外周面に巻装せしめた弾性部材を係合させるようにすれば、参照基準板の支持がより安定したものとなる。
【００２１】
なお、上記「弾性部材」とは、何らかの弾性効果を備えたものを総称するものとし、例えば厚紙や発泡スチロール等もこれに含まれる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態に係る光波干渉計用基準板の支持方法について図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
図１は巻装する弾性部材として、オイルシール部材であるОリングを用いた実施例を示すものである。参照基準板１の径より内径のわずかに小さなОリング４１を、図２に示す如く参照基準板１の中立面４２に一致した外周面位置に巻装し、これらОリング４１と参照基準面２の外周面４とを、シアノアクリレート系の接着剤３２を用いて均一に相互を接着し、固定する。次に、Оリング４１が巻装された参照基準板１を、図１の干渉計本体に取り付ける取付部材５の開口部から挿入し、当て面にОリング４１が接触して安定していること、および参照基準板１が取付部材５と直接接触していないことを確認した上で、押さえ環１２によりОリング４１を押圧して固定するものである。
【００２４】
この方法では、参照基準板１にかかる外力は、重力以外は略一様とすることができる。すなわち、図１２を用いて説明したように、外力の影響が不均一となることにより生じる参照基準板１の不均一な変形を防止できる。
【００２５】
また、Оリング４１が挟持されているため、参照基準面２の回転は起こらず、安定した測定データを得ることができることとなる。
【００２６】
また、参照基準板１の支持はОリング４１が押さえ環１２で押さえられることによりなされているので、参照基準板１に傷などが付いた場合においても、容易に取付部材５から参照基準板１を取り外すことができ、該基準板１の修復作業を容易に行うことができる。
【００２７】
なお、参照基準板１の具体的形状としては、例えば図９に示される如く、直径がφ１６０mm、厚みが３０mmの円板状のものが用いられる。
【００２８】
＜実施例２＞
図３は、上記実施例１のОリング４１の代わりに断面角型のガスケット４１Ａを参照基準板１に巻装した実施例を示すものである。取付部材５による参照基準板１の支持は、実施例１と同様に行うことができる。
【００２９】
このように、Оリング４１の代わりに、弾性材料で作製された種々のオイルシール部材を巻装するようにしても、上記実施例１と同様に、効果的に参照基準板１を支持することができる。
【００３０】
また、参照基準板１に巻装する弾性部材としては、Оリング４１に代表されるオイルシール部材が形状や材料選択性の点で、また、入手の容易さから好都合であるが、これに限られるものではなく、各種の弾性緩衝部材を上記Оリング４１の代わりとすることができる。
【００３１】
＜実施例３＞
図４は、発泡スチロールの板材５０を参照基準板１の外周面４に接着巻装した例を示す概略平面図である。また図５は図４の側面図である。この実施例では、円形の参照基準板１の外周面全周を弾性部材で巻装するのではなく、干渉計本体に参照基準板１を取り付ける取付部材５に該参照基準板１を支持せしめたときに、参照基準板１が自重と支持点との関係で不規則な変形を起こさない程度の隙間を長さ方向に一定間隔で設けるようにして外周面４を巻装せしめるようにしている。このように弾性部材が巻装された参照基準板１は、図１で示す如き固定方法により取付部材５に支持せしめることができる。
【００３２】
本実施例では弾性緩衝部材として発泡スチロール板５０を使用しているが、これに代えて、ゴム板、発泡ポリスチレンなど広い範囲の材料を使用することが可能である。
【００３３】
＜実施例４＞
図６はОリング４１が巻装された参照基準板１を、干渉計本体に取り付ける取付部材５に支持せしめる方法として、該取付部材５の内周に溝（Ｖ溝）６０を設け、参照基準板１の外周面４にОリング４１が巻装された状態で、このОリング４１を溝６０にはめ込み、該参照基準板１を取付部材５内の所定位置に固定するものである。本実施例方法は、参照基準板１を支持するための部品点数を少なくできるという点で極めて有効な支持方法である。
【００３４】
＜実施例５＞
図７は弾性部材であるОリング４１を２本用い、参照基準板１をより強固に取付部材５に支持せしめるようにした実施例を示すものである。これら２本のОリング４１を、中立面４２に対して対称となる位置において参照基準板１の外周面４に接着固定している。また、この実施例においては、上記取付部材５の内周面に、各Оリング４１の配設位置に対応するように２本の溝（Ｖ溝および/またはＵ溝）６０が設けられており、各Оリング４１を参照基準板１の外周面４に巻装された状態でこれらの溝６０にはめ込み、該参照基準板１を取付部材５内の所定位置に固定するものである。
【００３５】
このように、２本のОリング４１を中立面４２に対し互いに対称の位置に配するようにすることにより、同一規格のОリングを使用することが可能である。
【００３６】
＜実施例６＞
図８は、参照基準板１に巻装されるＯリング４１を参照基準板１に対し固定する他の実施例方法を示すものである。
【００３７】
本実施例方法においては、ガラス、セラミックス、石英等で作製した参照基準板１の略中立面４２に一致した外周面位置に、該参照基準板１が自重で脱落することのない保持力を発揮する溝６０Ａを形成し、その溝６０Ａに、外周面４を巻装する弾性部材４１Ｂをはめ込み固定するものである。これにより、該参照基準板１は弾性部材４１Ｂを介して取付部材５に確実に支持され、脱落の虞がない。
【００３８】
これによって、Ｏリング４１Ｂと基準板１との取付けを接着剤なしで行うことが可能となる。
【００３９】
なお、上述した溝６０Ａは、ダイヤモンド工具や砥粒を用いた加工で容易に作成が可能である。
【００４０】
また溝の形状としてはＵ字型が望ましいが、参照基準板１の面精度を落とさず損傷しにくい形状であれば特定の形状に限られるものではない。ただし、溝の形状によっては、弾性部材を強固に保持できない場合もあるので、その場合には接着剤３２を併用することも可能である。
【００４１】
なお、上述した実施例においては、溝６０、６０Ａにはめ込む弾性部材としてОリング４１を用いているが、前述した実施例で示すような他の弾性部材を、溝６０、６０Ａの部分に強固に接着巻装する事も可能である。
【００４２】
また、本発明方法においては、このような弾性部材を介して参照基準板をその外周面において取付部材に支持せしめる際に、参照基準面の変形がおこらないのであれば、図４に示す如く、外周面の一部において該弾性部材と接触させるようにして支持することも可能である。すなわち、該外周面周囲における上記弾性部材の不存在部分が連続して９０゜より大きくならないような状態とすればよいのであり、例えば、弾性部材により４点で支持するようなことも可能である。さらには、例えば、参照基準面と弾性部材の接触面が３ヶ所とされる場合には、各接触部は、互いに等角位置とされ、各々が少なくとも３０゜以上の略同一角度範囲に亘ることが必要である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光波干渉計用基準板の支持方法によれば、参照基準板をその外周面において、弾性部材を介して取付部材に均等に支持せしめるようにしているので、極めて高い計測精度が要求される干渉計による測定においても、測定の比較基準となる参照基準板を干渉計本体に取り付ける際に変形させることがなく、また参照基準板が干渉計本体に支持されたときに光軸に対し回転等の移動を生じることがない。
【００４４】
これにより、高精度かつ再現性の良い干渉縞測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る光波干渉計用基準板の支持方法を説明するための概略図
【図２】図１に示す実施例の一部変更例を示す概略図
【図３】図１に示す実施例の一部変更例を示す概略図
【図４】図１に示す実施例とは異なる実施例を示す概略図
【図５】図４の側面図
【図６】図１および図４に示す実施例とは異なる実施例を説明するための図
【図７】図１、図４および図６に示す実施例とは異なる実施例を説明するための図
【図８】図１、図４、図６および図７に示す実施例とは異なる実施例を説明するための図
【図９】本発明方法において用いられる参照基準板の具体例を示す側面図
【図１０】従来方法を説明するための参照基準板の概略図
【図１１】従来方法を説明するための概略図
【図１２】従来方法における参照基準板の変形状態を示す概略図
【図１３】他の従来方法を説明するための概略図
【図１４】自重たわみのみによる参照基準板の変形状態を示す概略図
【図１５】さらに他の従来方法を説明するための概略図
【符号の説明】
１，１０１参照基準板
２，１０２参照基準面
４，１０４外周面
５取付部材
１１，１１１鍔
１２，１１２押さえ環
３２，１３２接着剤
４１ Oリング
４１Ａ断面角型ガスケット
４２中立面
５０発泡スチロール板
６０、６０Ａ溝
１２０等高線
１２１緩衝材
１３１小孔

Claims

光源からの光束を２分し、一方を被検体に照射し該被検体の位相状態を担持した物体光となし、他方を参照基準板に照射し該参照基準板の位相状態を担持した参照光となし、それら２光波を再合波して両波の位相差に応じた干渉縞を得る光波干渉計において、前記参照基準板の外周側面をもって、該参照基準板を前記干渉計本体に取り付ける取付部材に支持させる光波干渉計用基準板の支持方法であって、
前記参照基準板の外周側面に、連続する不存在部分を９０゜以下として、弾性部材を周方向に固定し、
前記弾性部材を前記取付部材に支持することで、前記参照基準板を前記弾性部材を介して前記取付部材に、該取付部材が前記参照基準板の基準面および裏面とは直接接触していない状態で、複数の点、もしくは所定の範囲で均等に支持させることを特徴とする光波干渉計用基準板の支持方法。
前記弾性部材が前記参照基準板に当接する位置を前記外周側面において均等とすることを特徴とする請求項１記載の光波干渉計用基準板の支持方法。
前記弾性部材がオイルシール部材であることを特徴とする請求項１または２記載の光波干渉計用基準板の支持方法。
前記弾性部材を、前記参照基準板の厚み方向の中立面の外周線に一致するように配置することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光波干渉計用基準板の支持方法。
前記弾性部材を、前記参照基準板の厚み方向の中立面の外周線に沿い、かつ該中立面に対して対称に複数本配置することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光波干渉計用基準板の支持方法。
前記弾性部材の巻装位置に一致するように前記参照基準板の外周面に設けられた前記弾性部材巻装用溝に、該弾性部材を係合させることを特徴とする請求項４または５記載の光波干渉計用基準板の支持方法。
前記参照基準板の外周側面に巻装されるように配置された前記弾性部材を、前記取付部材の内周面に形成された弾性部材支持用溝に係合させることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の光波干渉計用基準板の支持方法。