回折点光源・位相シフト干渉法を応用した平担面の超高精度絶対形状計測法の検討

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655058
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 片岡 俊彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029328)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山内 良昭 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00252619) ; 押鐘 寧 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40263206) ; 中野 元博 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40164256) ; 井上 晴行 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30304009)
• Keywords: 回折球面波 / 点光源 / 位相シフト干渉法 / シングルモード光ファイバ / He-Neレーザー / 光干渉計測 / 高精度絶対形状計測 / 計測の再現性

Research Abstract

PS-PDIは計測の基準面が球面であるために、直接の計測対象は球面形状あるいは、球面に非常に近い非球面形状に限られる。しかし、非常に高精度の計測が要求されるのは球面ばかりではなく、平面、放物面、双曲面など様々な形状にわたっている。ただし、このような任意の形状に対してPS-PDI装置を適用するのは簡単なことではない。
我々は、まずPS-PDIによって形状を計測した凹面鏡を用いて、比較的簡単な光学系によって平面の形状を得ることができる新たな計測法を評価した.
球面を計測する際の光学系に平面ミラーを挿入した光学系によって干渉縞を得た。球面形状の計測の際と同様に、光源側で位相シフトさせ、この干渉縞を解析する。これによって得られた位相情報は、球面ミラーの形状情報に平面ミラーの形状情報が重畳した数値であるから、この位相情報から球面ミラーの形状を差し引くことによって平面ミラーの形状が得られると考えた。ただし、この時注意しなければならないことが2点ある。それは次の通りである。
(a)球面ミラーの形状は平面における反射のために干渉縞中には左右反転して含まれることになるため、差し引く際には球面ミラーの形状を左右反転して差し引かなければならない。
(b)平面ミラー上では波面が2回反射するため、球面形状を差し引いて得られた形状をさらに1/2した形状が平面ミラー形状の絶対値である。
われわれは,あらかじめ±300nmの精度で計測した直径50mm、曲率半径1000mmの球面ミラーを用いて、およそ直径35mm程度の広さの平面形状を計測した。なお、この平面は市販のアルミ平面ミラー(直径80mm、面精度λ/20)であった。計測結果は,面精度λ/10程度を示した.これは,形状値の誤差を解析したところ,干渉縞に平行な成分の誤差が依然として残っており,干渉計の防振対策が最終的に高精度計測のキーポイントであることに変わりなく、アクティブダンパーなどの採用が今後の課題として残った.

Research Products

• [Publications] 押鐘, 片岡, 遠藤, 野口, 井上, 中野: "光ファイバからの点光源回折球面波を計測の絶対基準とした位相シフト光干渉計の開発"精密工学会誌. 69巻, 5号. 24-28 (2003)
• [Publications] 押鐘, 南, 片岡, 中野, 井上: "点光源回折球面波を計測基準とした位相シフト光干渉計の開発-ズーミング計測による横分解能の向上-"2003年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. B75 (2003)
• [Publications] 押鐘, 南, 片岡, 中野, 井上: "光ファイバを用いたPDIによる大口径凹面鏡の形状計測-直径200mm凹面鏡の形状計測の再現性-"2004年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. N61 (2004)