JPS63191008A - 平行度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 又皿勿且崩 （産業上の利用分野） 本発明は、フィゾー型干渉計、トワイマングリーン型干
渉計等の二光束干渉計を用いて、互いに対向する対向面
を有する平行度測定対象物のその対向面が相対的に為す
角度としての平行度を測定する平行度測定方法に関する
。

（従来の技術） 従来から、互いに対向する対向面を有する平行平面ガラ
ス板（オプチカルパラレル）等の平行度測定対象物の対
向面の平行度を測定する平行度測定方法としては、オー
トコリメータを用いるものが知られている。このオート
コリメータは、たとえば、第７図に示すように、光源Ｓ
、コンデンサレンズＬ、焦点ガラスＧい半透過プリズム
Ｒ１対物レンズ１、焦点ガラスＧ２、接眼レンズＥを備
えており、焦点ガラスＧ１と焦点ガラスＧ２とは光学的
に共役な位置にあり、かつ、対物レンズ６の焦点Ｆの位
置に配置されている。また、焦点ガラスＧ１にはマーク
が設けられており、焦点ガラスＧ２にはレチクルとして
の十字線と目盛とが設けられている。

このオートコリメータは、たとえば、ポリゴンミラー等
の反射鏡２の倒れ角度θを測定するのによく用いられて
おり、倒れ角度θが「０″」のときには、対物レンズ６
から出射された測定光Ｐが反射鏡２で反射されて焦点ガ
ラスＧ２の十字線の交点に結像され、その交点にマーク
の像が形成される。また１反射鏡２が倒れ角度θだけ傾
いているとすると、対物レンズ６から出射された測定光
Ｐの反射方向が、角度θが「０°」のときの反射方向に
対して２θだけ変化し、その反射鏡２で反射された反射
光は、対物レンズ６によって焦煮ガラスＧｔ上に結像さ
れ、焦点ガラスＧ１のマークの像が十字線の交点から距
離Δだけ変位した位置に形成される。

ここで、対物レンズ６の焦点距離をｆとすると、距離Δ
と焦点距離ｆと倒れ角度θとの間には、Δ＝２・ｆ・θ
　・・・・・・■ の関係式が成立する。ただし、倒れ角度θは微小角であ
り、その単位はラジアンである。

従って、距離Δがいくらであるかを接眼レンズＥを通し
て測定すれば、角度θを測定できることになる。なお、
その第７図において、符号Ｐ′は反射鏡２で反射されて
対物レンズ６の中心を通る主光線である。

このオートコリメータを用いて、平行度測定対象物３（
第８図参照）の平行度を測定する場合には、その反射鏡
２を置いである箇所に、平行度測定対象物３を光軸Ｑに
たとえば垂直に置く。この場合、その平行度測定対象物
３の互いに対向する対向面４．５のうち対向面４で反射
された測定光Ｐは元の入射方向に反射されて焦点ガラス
Ｇ２上に結像され、焦点ガラスＧ２に対向面４での反射
による焦点ガラスＧ１のマークの像が形成される。また
。

対向面５で反射された測定光Ｐは入射方向に対して角度
２θだけ偏角を受けて反射される。その反射光をＰ′と
する。この反射光Ｐ′は更に対向面４で屈折して出射光
Ｐ”として射出される。

ここで、対向面４に立てた法線をＭとし、出射光Ｐ”が
法線Ｍに対して為す角度をｉ、反射光Ｐ′が法線Ｍに対
して為す角度をｒ、平行度測定対象物３の屈折率をｎと
すると、角度ｒと角度θとの間には、 ｒ＝２０　・・・・・・■ の関係式が成立し、角度θが微小のときには、角度ｒ、
角度ｉが微小であるから、角度ｒと角度ｉとの間には。

１＝ｎ−ｒ・・・・・・■ の式が成立する。

よって、出射光Ｐ″の出射方向は、■、■式から、元の
測定光Ｐの反射方向に対して、ｉ＝２・ｎ・θだけ偏角
していることになり、焦点ガラスＧ２に対向面５での反
射による焦点ガラスＧ工のマークの像が対向面４での反
射による焦点ガラスＧ、のマークの像から距離Δだけ離
れた箇所に形成される。ここで、対物レンズ６の焦点距
離をｆとすると、距離Δは、 Δ＝２・ｆ−ｎ・θ　・・・・・・■ である。

従って、この距離Δを測定すれば、平行度測定対象物３
の対向面４と対向面５とが為す相対的な角度θを求める
ことができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このオートコリメータを用いて平行度測定対
象物を測定する方法では、平行度が１秒以下になるとほ
とんど読み取ることができないのである。たとえば、平
行度測定対象物が屈折率ｎ＝１．５の平行平面ガラス板
であるとすると、対物レンズ６の焦点距離ｆを５００ｍ
ｍとして、角度０が１秒の平行度を測定したとき、距離
Δは、Ａ　＝　２　Ｘ５００Ｘ１．５Ｘ４．８５ＸｌＯ
−’＝　７　μとなり、距離Δを目測で正確に読み取る
ことがほとんど不可能である。

また、平面干渉計を用いて干渉縞の間隔から平行度を測
定する静的な平行度測定方法もある。この場合、干渉縞
の間隔をＱＩＩＩｆｆ＋とし、屈折率をｎとすると、角
度θと波長λと間隔悲との間には、０＝（λ／２Ｑ）・
１　／　ｎ という式が成り立ち、間隔Ｑを測定することによって、
角度θを求めることができる。

しかしながら、光学部品としての平行度測定対象物３に
は、その大きさに限度があり、角度θが小さすぎて測定
視野内の干渉縞の本数が一本以下であるような場合には
、視野が一様な明るさの一次数でおおわれ、その角度θ
を測定することができない不具合があり、従来の平行度
測定方法では、１秒以下の平行度の測定を行なうのが円
建であるという問題点がある。

本発明は、上記の事情を考慮して為されたもので、二光
東干渉計を用い、互いに対向する対向面を有する平行度
測定対象物の対向面が相対的に為す角度としての平行度
をより一層精度を向上させて測定することのできる平行
度測定方法を提供することを目的とする。

光」Ｂ針導戒、 （問題点を解決するための手段） 本発明に係る平行度測定方法の特徴は、二光束干渉計の
いずれか一方の光路に、互いに対向する対向面を有する
平行度測定対象物の対向面をその光路に対して略垂直と
しつつその平行度測定対象物を挿入し、この平行度測定
対象物をその光路を横切る方向に移動させることにより
干渉縞を移動させ、その平行度測定対象物の移動量とそ
の干渉縞の状態変化とから、その対向面が相対的に為す
角度としての平行度を測定するようにしたところにある
。

（実施例） 以下に、本発明に係る平行度測定方法の実施例を図面を
参照しつつ説明することにする。

第１図は本発明に係る平行度測定方法に用いる二光束干
渉討としてのトワイマングリーン型干渉計の光学系の概
略構成を示しており、この第１図において、１０は光源
、１１はコリメートレンズ、　１２はビームスプリッタ
である。ここでは、光源１０から出射される光の波長λ
は６３２．８ｎｍとする。この光源ｌＯから出射された
光はコリメートレンズ１１によって平行光束とされ、ビ
ームスプリッタ１２に導かれる。

その平行光束の一部はビームスプリッタ１２を透過し、
一部はそのビームスプリッタ１２の反射面１２ａで反射
され、平行光束はそのビームスプリッタ１２によって二
光束に分割される。その二光束に分割された平行光束の
うち参照ｆｉ１３に向かう光束の光路を光路Ｉとし、参
照鏡１４に向かう光束の光路を光路■とする。その参照
鏡１３．１４はその光路■、■に垂直に置かれており、
光路■を通る光線は参照鏡１３によって反射されてビー
ムスプリッタ１２に導かれ、その反射面１２ａで反射さ
れて集光レンズ１５に導かれる。光路■を通る光線は参
照ｘ１１４によって反射されて同様にビームスプリッタ
１２に導かれ、そのビームスプリッタ１２を透過し、結
像レンズ１５に導かれ、光路Ｉを通る反射光と光路■を
通る反射光とが光路■で重ね合わされて干渉が生じる。

その干渉パターンは集光レンズ１５によって撮像面１６
に映し出されるのであるが、参照鏡１３．１４が光路Ｉ
、光路■に対して垂直である場合には、その干渉パター
ンは一様な明るさの縞次数となる。

また、たとえば、参照鏡１３を光路Ｉに対して微小角度
αだけ傾けると、光路■の光学距離に対する光路Ｉの光
学距離が連続的に変化し、その光路差が連続的に変化し
て微小角度αに対応する等間隔のいわゆる等厚干渉縞１
７が第２図に示すように生じ、干渉縞１７の間隔Ｔは微
小角度αに依存する。

ここでは、この干渉縞１７を適当に生じさせた状態で、
平行度測定対象物３としての平行平面ガラス板１８の対
向面１９．２０が相対的に為す角度θを測定することに
する。

第３図に示すように、その平行平面ガラス板１８をその
対向面１９を光路Ｉに対して略垂直にしつつ光路■に挿
入する。すると、その光路Ｉへの平行平面ガラス板１８
の挿入によって、干渉縞１７の間隔Ｔは変化する。この
干渉縞１７の間隔Ｔは、光路Ｉへの平行平面ガラス板１
８の挿入の仕方によって異なり、点Ａ、Ｂ間の光学距離
ＡＢと点Ｃ，Ｄ間の光学距離ＣＤとの光路差が増大する
ように挿入した場合には、間隔Ｔが狭くなり、点Ａ、Ｂ
間の光学距離ＡＢと点Ｃ，Ｄ間の光学距離ＣＤとの光路
差が減少するように挿入した場合には、間隔Ｔが広くな
る。この間隔Ｔの変化分は、参照鏡１３の微小角度αを
調節することによって、適宜調整できる。

今、！６軸Ωを通る光線を考え、その部分の平行平面ガ
ラス板１８の厚さをｄとし、平行平面ガラス板１８を矢
印Ｆ方向に移動させて、厚さｄ′の箇所を光軸Ｑに位置
させたとする。その厚さｄの箇所が光軸誌上にあるとき
の点Ｘから点Ｙまでの光学距離ＸＹは、平行平面ガラス
板１８の移動量をＳとすると。

厚さｄと厚さｄ′との間には、角度θが微小であるとし
て、 ｄ　’−ｄ＝Ｓθ　・・・・・・■ の関係があるので、 ｘＹ＝ｎ−ｄ＋Ｓ・θ　・・・・・・■但し、空気の屈
折率を１とみなした。

また、その厚さｄ′の箇所が光軸Ω上にあるときの点Ｘ
から点Ｙまでの光学距離ＸＹは、ＸＹ＝ｎ−ｄ′　・・
・・・・■ よって、■式と０式とから、厚さｄ′の箇所が光軸Ｑ上
にあるときと厚さｄの箇所が光軸α上にあるときとでの
光路差へ〇は。

ΔＱ＝ｎ−ｄ′−（ｎ−ｄ＋Ｓ・θ）・・・■となる。

この０式は、０式を用いて、 ΔＱ＝（ｎ−１）　　・Ｓ・θ　・・・・・・０式に変
形することができる。

光軸Ｑを通る光線は、参照鏡１３によって反射されて、
平行平面ガラス板１８を二度通過するものであるから、
平行平面ガラス板１８を移動量Ｓだけ光路Ｉを横切る方
向に移動させると、光路差は往復で、２Δ悲だけ変化し
たことになる。よって、２ΔＱ＝２　（ｎ−１）　　・
Ｓ・θ　・・・・・・［相］そこで、光軸Ｑに厚さｄの
箇所を位置させたときに１画面１９に第４図に示すよう
な干渉縞１７が表れている場合に、平行平面ガラス板１
８を光路■を横切る方向に移動させると、光路差ΔＱが
連続的に変化するので、干渉縞１７がたとえば矢印方向
に移動する。そして、光路差ΔＱが波長λ／２変化する
と、往復で波長λたけ変化したことになり、元の干渉縞
１７のパターンと同じ干渉縞１７のパターンが表れる。

従って、この干渉縞１７が最初の状態から所定状態変化
したときの平行平面ガラス板１８の移動量Ｓを求めれば
、［相］式により、角度θを求めることがきできる。

たとえば、＠３図に示すように検出点Ｋを定め、その検
出点にの干渉縞１７の明るさの変化を検出出力Ｓ′とし
て取り出すことにすると、干渉縞１７の移動によって、
第５図に示すように検出出力Ｓ′が周期的に変化し、ピ
ークからピークまでの変化が光路差２ΔＱ＝λに相当す
るから、その光路差２ΔＱが波長λに等しいときの平行
平面ガラス板１８の移動量Ｓを読み取れば、 θ＝λ／２（ｎ−１）　　・Ｓ　・・・・・・■という
式から、角度θを読み取ることができる。

ここで、この二光束干渉計の検出精度をλ／１０とする
と、干渉縞１７の間隔Ｔに換算すると、Ｔｌ２Ｏの精度
で干渉縞１７の状態変化を検出することができ、この場
合には、角度θは θ＝λ／２０　（ｎ−１）　　・Ｓ　−”＠という式に
よって求められる。

一例として、角度θが１秒の平行平面ガラス板１８を測
定するものとすると、角度θをラジアンに換算すると、
４．８５　Ｘ　１０−’であり、ここでは、波長λは６
３２．８ｎｍであるから、屈折率ｎをｎ　＝１．５とす
ると、移動量Ｓは、 Ｓ　＝６３２．８Ｘ１０−’／２０　　（１，５−１’
）　　・４．８５　Ｘ　１０−’弁１３ａｕａ となる。

従って、平行平面ガラス板１８を移動量として約約１３
ｍｍ動かせば、約１秒の平行度を測定できることになる
。この実施例では、あらかじめ数本の干渉縞１７が表れ
るような状態に参照鏡１３を設定したが、参照鏡１３を
光路Ｉに垂直にし、一様な明るさの縞次数が表れるよう
な状態としておいても、測定を行なうことができる。な
お、第１図、第３図において、２１は対向面１８．１９
においての反射光に基づく干渉光を除去するための開口
付き遮光板である。

以上、検出出力に基づいて干渉縞１７の状態変化を読み
取る実施例について説明したが、第６図に示すように画
面１９に目盛２０を設けておいて、干渉縞Ｉ７の移動を
目視し、干渉縞１７の状態変化としての移動量Ｓを読み
取れば、干渉縞１７の移動量を間隔Ｔで割った値が波長
λの位相変化分に等しいので、そのときの平行平面ガラ
ス板１８の移動量Ｓを測定して、角度θを求めることも
でき、Ｔ／１０の読み取り精度で移動量を読み取ること
ができれば、前の実施例と同様の精度で角度θを求める
ことができる。

澄」Ｆυ弧米 本発明に係る平行度測定方法の特徴は、二光束干渉計の
いずれか一方の光路に、互いに対向する対向面を有する
平行度測定対象物の対向面をその光路に対して略垂直と
しつつその平行度測定対象物を挿入し、この平行度測定
対象物をその光路を横切る方向に移動させることにより
干渉縞を移動させ、その平行度測定対象物の移動量とそ
の干渉縞の状態変化とから、その対向面が相対的に為す
角度としての平行度を測定するようにしたから、干渉縞
の状態変化による情報を抽出して平行度の測定をより一
層高精度に行なうことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る平行度測定方法に用いる二光束干
渉計としてのトワイマングリーン型干渉計の光学系の概
略構成を示す図、第２図はその撮像面に形成された干渉
パターンを示す図、第３図はその二光束干渉計を用いて
平行平面ガラス板の平行度の測定を説明するための図、
第４図はその平行平面ガラス板をその二光束干渉計の光
路に挿入したときに形成される干渉縞の一例を示す図。 第５図はその干渉縞の移動に基づく検出出方の変化を示
す図、第６図はその干渉縞の移動量を目視によって検出
する場合の説明図、第７図はオートコリメータを用いて
角度測定を行なう場合の原理を説明するための説明図、
第８図はそのオートコリメータを用いて測定される平行
度測定対象物を示す図である。 ３・・・平行度測定対象物、１８・・・平行平面ガラス
板１９．２０・・・対向面、　　　　１．ＩＩ・・・光
路、Ｓ・・・移動量　　　　　　θ・・・角度第２図 第３図　　１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）二光束干渉計のいずれか一方の光路に、互いに対
   向する対向面を有する平行度測定対象物の対向面を前記
   光路に対して略垂直としつつ前記平行度測定対象物を挿
   入し、該平行度測定対象物を前記光路を横切る方向に移
   動させることにより干渉縞の状態を変化させ、前記平行
   度測定対象物の移動量と前記干渉縞の状態変化とから、
   前記対向面が相対的に為す角度としての平行度を測定す
   る平行度測定方法。