JPS63298107A - 斜入射干渉計装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、光の干渉作用によって形成される干渉縞を
利用して被検体の平面度を検査することのできる斜入射
干渉計装置の改良に関するものである。

（従来の技術） 近年、被検体表面の凹凸差が大きくてもその表面を精度
良く測定することができる干渉計装置として、斜入射干
渉計装置が開発されている。第３図ｔａ’ｌ及び（ｂ）
は本件特許出願人が昭和６１年１月３１日付で特許出願
し提案した射入斜干渉計装置を示すものである。

この斜入射干渉計装置において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振
器１から射出された波長６３２．８ｎｍのレーザ光は、
プリズム発射鏡９で光路を折り曲げられて発散レンズ２
に入射する。このレーザ光は発散レンズ２で光束を拡げ
られ、ミラー１１で折り曲げられてコリメーターレンズ
３に入射する。コリメーターレンズ３により平行光束と
されたレーザ光は、第１回折格子４により＋１次方向に
回折する平行光の＋１次光αと、回折されずに直進透過
する平行光のＯ次光βとに分割される。この＋１次光α
は、載置台５上に載置される被検体Ｔの被検面に入射し
、反射されて第２回折格子６に入射する。第２回折格子
６は、第５図に示す如く前記０次光βを、回折せずに直
進透過する０次光Ａと＝１次光方向に回折される一１次
Ｍ光β′とに分割するとともに、被検体Ｔの被検面で反
射された光αを透過させて透過光α′とする。この透過
光渉縞を作る。この干渉縞は、ホログラムスクリーン７
により視点Ｅで正面視できるようになっている。

なお、調整用ホログラム８は、被検面で反射して第２回
折格子６で回折する回折光りをスクリーン１２に集光さ
せるものである。観察者は、前記干渉縞が観察できるよ
うにするために、載置台５を調節して被検面の高さや傾
き調整を行ない、スクリーン１２上の基準面の集光点と
被検面の集光点を一致させることができるようになって
いる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前記干渉計装置にあっては、第１回折格子４
で回折された平行光の＋１次回折光αが被検体Ｔの被検
面以上に拡がって入射すると、被検面の形状に関係なく
その周縁部Ｔ１で回折現象が生ずる。この回折現象が起
こると、被検面の周縁部から反射された光の波面は完全
な平面波形状でなくなり周辺部に丸みを帯びた波面形状
となる。

−例として、被検体Ｔが円形形状で傾きを有している場
合、被検面で反射して第２回折格子６で回折せずに透過
する透過光α′と第２回折格子６で回折した一１次耕４
ｆｆｌ光β′とによる干渉縞は、第６図（ａｌに示すよ
うな互いに平行な干渉縞とならず被検面の周縁部Ｔ、に
おける回折光の影響により、第６図（ｂｌに示すように
周縁部に丸みを帯びた干渉縞となる。このため、被検面
の周縁部ＴＩにあたかも面ダレが存在しているように誤
認される恐れがあった。

そこで、この発明は上記事情に鑑みて、被検面の周縁部
で回折現象が生じていても干渉縞に回折効果が付加され
ないで正しく被検面を検査することができる斜入射干渉
計装置を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の斜入射干渉計装置は、可干渉性の光を射出する
射出手段と、この射出手段から射出された光線を発散さ
せる光学手段と、この光学手段透過後の光束を平行光束
に形成する平行光束形成手段と、この平行光束形成手段
透過後の光束を特定方向に回折する回折光線αと直進透
過する透過光線βとに分割する第１回折格子と、検査す
る被検体を載置して変位・移動させる載置手段と、前記
第１回折格子によって回折され、且つ前記被検体の被検
面で反射された光線αを透過光線α′となし、前記透過
光線βを特定方向に回折させて回折光線β′となして前
記両光線α′とβ′とを干渉させる第２回折格子と、前
記第２回折格子からの光線を屈折透過し且つ前記被検体
を等倍率で結像する結像レンズ系と、前記結像レンズ系
を透過した干渉縞が投影され且つ前記結像レンズ系によ
る被検体の像が結像されるホログラムスクリーンとを備
えたものである。

（作用） この発明の斜入射干渉計装置では、被検体の被検面が、
第２回折格子とホログラムスクリーンとの間の光路中に
設けられた結像レンズ系によって、ホログラムスクリー
ンに等倍で結像される。従い、被検面の周縁部で生ずる
回折光はホログラムスクリーン上の対応する結像点に集
光され、ホログラムスクリーン上の干渉縞には回折光の
影響が生じなくなる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について添付図面を参照しな
がら説明する。第１図（ａｌ及び（ｂｌは、この発明に
係る斜入射干渉計装置の平面図及び側面図を示す第１図
（ａ）及び（ｉｌｌにおいて１はレーザ光などの可干渉
性光を射出するレーザ発振器、２は発散レンズ、３はコ
リメーターレンズ、４は第１回折格子、５は載置台、６
は第２回折格子、２０．２２は結像レンズ、７はホログ
ラムスクリーン（ホログラムレンズとも言う）、９は反
射プリズム、ｌＯはピンホール、１１は反射ミラー、３
０は撮像レンズ、４０はテレビカメラを示す。

レーザ発振器１は、波長６３２．８ｎｍの赤色の可干渉
光線である出力１５ｍＷのヘリウムネオン（Ｈｅ−Ｎｅ
）レーザ光を射出する。このレーザ光は直線偏光となっ
ている。発散レンズ２は、レーザ発振器１から射出され
たレーザ光を発散させるレンズであり、複数枚のレンズ
で構成される場合もある。

コリメーターレンズ３は、有害光を除去するピンホール
１０を通過し反射ミラー１１で反射した発散レーザ光を
平行光束とするものであり、複数枚のレンズから構成さ
れている。

第１回折格子４は、コリメーターレンズ３により平行光
束となったレーザ光を＋１次光方向に回折する第１次光
αと、回折せずに直進透過するＯ次光βとに分割するも
のである。この第１回折格子４は、平面を機械的に刻設
して多数の微細な溝を形成したものから構成されている
が、例えば乳剤あるいは感光性樹脂に干渉縞を記録して
格子を形成したホログラフィック格子を用いてもよい。

載置台５は、被検体を載置する台である。この載置台５
は、第４図に示すように、ジヤツキ機構５ａと、ジヤツ
キ機構５ａ上に取付けられジヤツキ機構により垂直方向
（Ｚ方向）に移動する基台５ｂと、３個のねじ５ｃによ
って基台５ｂに支持され、それらのねじ５ｃを操作して
Ｚ方向に垂直な平面（ＸＹ面）の傾きを調整する円形テ
ーブル５ｄとから構成されている。この円形テーブル５
ｄ上に被検体Ｔを載置してその被検体Ｔの被検面の平面
度を検査するようになっている。

第２回折格子６は、第１回折格子４と同様に形成されて
いる。この第２回折格子６は、第５図に示すように、第
１回折格子４によって＋１次方向に回折して被検体Ｔの
被検面に入射した後反射された＋１次光αを回折せずに
直進透過した一１次光α′と、第１回折格子４で回折せ
ずに直進透過した０次光βを一１次方向に回折した一１
次光β′とを重ね合せて干渉させるものである。

結像レンズ２０は、正の焦点距離ｆを有するレンズであ
る。この結像レンズ２０は、被検体５の被検面の中心点
Ｏから距離ｆの位置に設けられており、第２回折格子６
から射出される前記干渉状態にある平行光束をｐ点に集
光させるものである。

結像レンズ２２は、結像レンズ２０と同様に正の焦点距
離ｆを有するレンズである。この結像レンズ２２は、集
光点ｐから距離ｆの位置に設けられており、結像レンズ
２０により集光された光束を再び平行光束に戻すもので
ある。従い、この結像レンズ２０と２２は、集光点ｐを
中心として対象的に配置されており、両レンズは同一の
レンズ結像レンズ２２から距離ｆの位置Ｏ′に被検体Ｔ
の被検面に対応して斜めに設けられており、結像レンズ
２０と２２とから成るレンズ系によって被検面と等倍（
−１倍）の結像関係となっている。

一方、ホログラムスクリーン７ゝ上には、被検面の凹凸
に起因する干渉縞が投影される。ここで、−例として円
形形状の被検体がそのＸＹ平面に傾斜している場合の干
渉縞の形状について説明する。

第２回折格子６を経た光束は、平行光束であるので、結
像レンズ２０の方向から見るとその波面は平面波のよう
に見える。ところが実際には、光帯びた擬平面波となる
。この擬平面波と前記平面波の一次元β′とが干渉する
と、その干渉縞の形等倍率の結像作用をするため、被検
面の周縁部Ｔ。

からの回折光りはホログラムスクリーン７の対応する点
Ｔ　１’に集光されるので、前記干渉縞の周縁部の丸み
は無くなり、互いに平行な干渉縞となることができるも
のである。

撮影レンズ３０は、ホログラムスクリーン７上の干渉縞
をテレビカメラ４０に内蔵されている撮像管の撮像面に
結像させるものである。前記干渉縞は、この撮影レンズ
３０の位置に観察者の眼を置くことによっても観察する
ことができる。

次に、この発明に係る斜入射干渉計装置の他の実施例に
ついて説明する。

第２図は、この発明に係る他の実施例の斜入射干渉計装
置の第１回折格子４からテレビカメラ４０に至る要部側
面図を示し、レーザー発振器１からコリメーターレンズ
３に至る構成は第１図（ａ）及び（ｂｌと同一である。

第２図において、第１図（ａ）及び（ｂ）と同符号、同
番号は同一機能を有する。

２４は偏光ビームスプリッタ、２６は１／４波長板、２
８は裏面鏡を示す。第２図において、レーザ発振器１か
らコリメーターレンズ３に至る図示していない構成及び
第１回折格子４から第２回折格子６に至る構成は前記と
重複するため説明を省略する。

偏光ビームスプリッタ２４は、第２回折格子６から射出
された一１次光α′に対し４５°傾斜して設けられ、第
２回折格子６からの直線偏光光束を透過させる。

結像レンズ２０は、焦点距離ｆを有し、被検体の被検面
の中心０から距離ｆの位置に設けられ、偏光ビームスプ
リッタ２４からの平行光束を距離ｆ離れた点ｐに集光す
る。

１／４波長板２６は、結像レンズ２０の集光光束中に設
けられ、結像レンズ２０からの光束を円偏光させる。

裏面鏡２８は、反射面２８ｂを有し、その反射面２８ｂ
が集光点ｐに一致するように設けられている。この裏面
鏡２８は、１／４波長板２６により円偏光された光束を
反射面２８ｂで反射して元の光路へ戻すものである。裏
面鏡２８で反射され１ま た光束は、１／４波長板２６で前記光束と直交する直線
偏光に偏光され、結像レンズ２０から再び平行光束とな
る。結像レンズ２０から射出された平行光束は、偏光ビ
ームスプリンタ２４で反射され光路を折り曲げられてホ
ログラムスクリーン７に達する。ホログラムスクリーン
７の中心０゛は、結像レンズ２０から距離ｆの位置にあ
り、被検面に対応して光束に対して角度θ傾斜して設け
られている。すなわち、被検面とホログラムスクリーン
７は、等倍（−１倍）の結像関係になっている。

このホログラムスクリーン７上には、被検面の像と被検
面の凹凸に基づく干渉縞が形成されている。

ホログラムスクリーン７は、光束を折り曲げるので、撮
影レンズ３０によりテレビカメラ４０の撮像面に結像さ
せる。この実施例では偏光ビームスプリッタ２４、裏面
反射鏡２８を用いたので結像レンズ２０を１つ設ければ
よく、安価′となり、全長を短くすることができる。

（効果） 以上説明したように、この発明に係る斜入射子渉計装置
は、第２回折格子とホログラムスクリーンとの間の光路
中に結像レンズを設けて等倍の結像関係を持たせたから
、ホログラムスクリーン上にできる干渉縞は、回折の影
響を受けずに被検面の凹凸状態を正確に測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び山）は、それぞれ本発明に係る斜入射
干渉計装置の一実施例を示す平面図と側面図である。第
２図は、本発明に係る斜入射干渉計装置の他の実施例の
要部側面図である。第３図ｆａｌ及び（ｂｌは、それぞ
れ従来の斜入射干渉計装置の平面図と側面図である。第
４図は、本発明に係る斜入射干渉計装置の載置台を示す
図である。第５図は本発明に係る斜入射干渉計装置の第
２回折格子の作用を説明する図である。第６図ｆａｌ及
び（ｂ）は、それぞれ本発明に係る斜入射干渉計装置に
基づく干渉縞と従来の斜入射干渉計装置に基づく干渉縞
を示す図である。 １−−−−−−レーザ発振器、３−・−・−コリメータ
ーレンズ、４−−−−−−−一第１回折格子、５−〜−
−−−−載置台、６−−−−−−−−第２回折格子、 ７−−−−−・−ホログラムスクリーン、２０．２２・
−−−−ｍ−結像レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、可干渉性の光を射出する射出手段と、この射出手段
   から射出された光線を発散させる光学手段と、この光学
   手段透過後の光束を平行光束に形成する平行光束形成手
   段と、この平行光束形成手段透過後の光束を特定方向に
   回折する回折光線αと直進透過する透過光線βとに分割
   する第１回折格子と、検査する被検体を載置して変位・
   移動させる載置手段と、前記第１回折格子によって回折
   され、且つ前記被検体の被検面で反射された光線αを透
   過光線α′となし、前記透過光線βを特定方向に回折さ
   せて回折光線β′となして前記両光線α′とβ′とを干
   渉させる第２回折格子と、前記第２回折格子からの光線
   を屈折透過し且つ前記被検体を等倍率で結像する結像レ
   ンズ系と、前記結像レンズ系を透過した干渉縞が投影さ
   れ且つ前記結像レンズ系による被検体の像が結像される
   ホログラムスクリーンとを備えたことを特徴とする斜入
   射干渉計装置。