JP2000275005A - Method for measuring wavefront shape - Google Patents

Method for measuring wavefront shape

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JP2000275005A
JP2000275005A JP11079873A JP7987399A JP2000275005A JP 2000275005 A JP2000275005 A JP 2000275005A JP 11079873 A JP11079873 A JP 11079873A JP 7987399 A JP7987399 A JP 7987399A JP 2000275005 A JP2000275005 A JP 2000275005A
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corner cube
wavefront
wavefront shape
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light beam
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately measure a wavefront aberration of light waves output from an optical member with the use of a compact member without carrying out a complicate optical axis adjustment by performing an integration operation process to interference fringe data obtained with the use of a corner cube. SOLUTION: A laser luminous flux 16 from a light source 12 which is output from a collimator lens 10 is irradiated to a reference plate 20. The passing luminous flux is irradiated to a corner cube 24 positioned on a plate 22 nearly parallel to the reference plate 20. Interference fringe data generated by an interference between a reflecting light from the corner cube 24 and a reflecting light from the reference plate 20 is obtained every time the corner cube 24 is moved on the plate 22. Based on the interference fringe data, an angle of incidence θ of the luminous flux entering the corner cube 24 is obtained for each movement position of the corner cube 24. The obtained angle of incidence θis integrated, whereby a wavefront shape of light waves output from the collimator lens 10 is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種レンズや各種
ミラーから出力される光波の波面収差を測定する波面形
状測定方法に関し、特に、干渉計等に用いられるコリメ
ータレンズから出力される平行光束の波面形状を開口全
体について測定する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavefront shape measuring method for measuring wavefront aberration of light waves output from various lenses and various mirrors, and more particularly, to a method for measuring a parallel light beam output from a collimator lens used in an interferometer or the like. The present invention relates to a method for measuring a wavefront shape for an entire aperture.

【0002】[0002]

【従来の技術】被検体の表面形状を高精度に測定する装
置として干渉計装置が知られている。
2. Description of the Related Art An interferometer device is known as a device for measuring a surface shape of an object with high accuracy.

【0003】この干渉計装置を用い、例えば被検体の平
面度を測定する場合、基準板および被検体に対して平行
光束を照射する必要があるため、光源からの発散光束を
コリメータレンズにより平行光束に変換することとなる
が、このコリメータレンズに形状誤差や屈折率分布が生
じていて、出力された平行光束の波面収差が大となる
と、得られた干渉縞データに重畳されるこの波面収差分
のノイズが無視できなくなり、高精度で被検体の形状測
定を行うことが困難となる。
When the interferometer is used to measure the flatness of an object, for example, it is necessary to irradiate the reference plate and the object with a parallel light beam. Therefore, the divergent light beam from the light source is collimated by a collimator lens. However, when the collimator lens has a shape error or a refractive index distribution, and the wavefront aberration of the output parallel light beam becomes large, the wavefront aberration component superimposed on the obtained interference fringe data is obtained. Noise cannot be ignored, and it becomes difficult to measure the shape of the subject with high accuracy.

【0004】そこで、このようなコリメータレンズにつ
いて、そのレンズから出力された波面収差を検証してお
く必要が生じる。
Therefore, it is necessary to verify the wavefront aberration output from such a collimator lens.

【0005】このようなコリメータレンズからの出力光
の波面収差を測定するための従来技術としては、図8に
示す如き球面用レーザ干渉計100を用い、このコリメ
ータレンズ102からの透過波面を測定するものが知ら
れている。
As a conventional technique for measuring the wavefront aberration of the output light from such a collimator lens, a spherical laser interferometer 100 as shown in FIG. 8 is used to measure the transmitted wavefront from the collimator lens 102. Things are known.

【0006】すなわち、この球面用レーザ干渉計100
においては、光源からのレーザ光束を基準レンズ104
により発散光束とした後、被検体であるコリメータレン
ズ102に照射し、コリメータレンズ102による平行
光束を基準板106に照射する。この基準板106から
の反射光束はコリメータレンズ102を介して基準レン
ズ104に戻り、この基準レンズ104のコリメータレ
ンズ102側の面104Aで反射した光源からの光束と
互いに干渉する。そこで、この光干渉により得られた干
渉縞データを計測することにより、コリメータレンズの
透過波面測定を行うことができる。
That is, the laser interferometer for spherical surface 100
, The laser beam from the light source is
Then, the collimator lens 102, which is the subject, is irradiated with the divergent light beam, and the parallel light beam from the collimator lens 102 is irradiated on the reference plate 106. The light beam reflected from the reference plate 106 returns to the reference lens 104 via the collimator lens 102, and interferes with the light beam from the light source reflected by the surface 104A of the reference lens 104 on the collimator lens 102 side. Therefore, by measuring the interference fringe data obtained by the optical interference, the transmitted wavefront of the collimator lens can be measured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、通常の干渉
計等に用いられるコリメータレンズ102は例えばφ3
00程度の大きさを有するものまである。そこで、コリ
メータレンズ102のサイズが大きいと基準レンズ10
4とこのコリメータレンズ102との距離が大きくなる
ため、空気の擾乱の影響を受け易く正確な測定が困難と
なり、また、光学系の光軸調整も難しくなる。
However, a collimator lens 102 used for an ordinary interferometer or the like has a diameter of, for example, φ3.
Some have a size of about 00. Therefore, if the size of the collimator lens 102 is large, the reference lens 10
Since the distance between the collimator lens 4 and the collimator lens 102 increases, accurate measurement is difficult due to the influence of air disturbance, and optical axis adjustment of the optical system is also difficult.

【0008】もちろん、このような問題はコリメータレ
ンズの測定に限られたものではなく、その他の各種レン
ズや各種ミラーの測定においても同様に生じるものであ
る。
[0010] Of course, such a problem is not limited to the measurement of the collimator lens, but also occurs in the measurement of other various lenses and various mirrors.

【0009】本発明はこのような問題に鑑みなされたも
ので、光学部材から出力される光波の波面収差を、面倒
な光軸調整を行うことなく、コンパクトな部材を用いて
高精度に測定し得る波面形状測定方法を提供することを
目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and measures the wavefront aberration of a light wave output from an optical member with high accuracy using a compact member without complicated optical axis adjustment. It is an object of the present invention to provide a method for measuring a wavefront shape to be obtained.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の波面形状測定方
法は、被検体から出力された光源からの光束を基準板に
照射し、この基準板から出力された光束を、この基準板
に略平行とされた面上もしくはそれと等価な面上に位置
するコーナキューブに照射し、このコーナキューブを前
記面上で移動させる度に、このコーナキューブからの反
射光と前記基準板からの反射光との干渉により生じる干
渉縞データを得、この干渉縞データに基づき、該コーナ
キューブに入射する光束の該コーナキューブの各移動位
置毎の入射角度情報を求め、この求められた入射角度情
報に積分演算を施して前記被検体から出力された光波の
波面形状を求めることを特徴とするものである。
According to the wavefront shape measuring method of the present invention, a light beam from a light source output from a subject is irradiated on a reference plate, and the light beam output from the reference plate is substantially applied to the reference plate. Irradiate the corner cube located on the parallel surface or an equivalent surface, and each time the corner cube is moved on the surface, the reflected light from the corner cube and the reflected light from the reference plate Of the light beam incident on the corner cube at each moving position of the corner cube based on the interference fringe data, and integrating the obtained incident angle information with an integral operation. To obtain the wavefront shape of the light wave output from the subject.

【0011】また、前記コーナキューブの各移動位置毎
の入射角度情報をベキ級数多項式でフィッティングし、
フィッティングに供された関数を位置の関数で積分する
ことが望ましい。
In addition, the incident angle information for each moving position of the corner cube is fitted by a power series polynomial,
It is desirable to integrate the function provided for the fitting with a function of the position.

【0012】さらに、前記コーナキューブの移動は、前
記面上にx-yの2次元直交座標系を設けた場合、最初
にx軸に平行となる複数の直線上において行い、次にy
軸に平行となる少なくとも一つの直線上において行い、
前記x軸に平行となる各直線上での各データの裾高さを
前記y軸に平行となる直線上でのデータに基づいて決定
することが望ましい。
Further, when the cubic two-dimensional orthogonal coordinate system is provided on the surface, the corner cube is moved on a plurality of straight lines parallel to the x-axis first, and then the y-axis is moved.
On at least one straight line parallel to the axis,
It is preferable that the skirt height of each data on each straight line parallel to the x-axis is determined based on the data on the straight line parallel to the y-axis.

【0013】また、前記面上における前記コーナキュー
ブの各移動の前に、該コーナキューブを開口の中心に置
いて干渉縞データを得、この得られた干渉縞データに基
づいて基準板の傾きを調整することが望ましい。
Prior to each movement of the corner cube on the surface, the corner cube is placed at the center of the opening to obtain interference fringe data, and the inclination of the reference plate is determined based on the obtained interference fringe data. It is desirable to adjust.

【0014】さらに、前記光源からの光束がレーザ光で
あり、前記干渉縞データが、互いに光路長の異なる、前
記コーナキューブからの反射光束と前記基準板からの反
射光束との光干渉により得られるようにすることが可能
である。
Further, the light beam from the light source is a laser beam, and the interference fringe data is obtained by the light interference between the reflected light beam from the corner cube and the reflected light beam from the reference plate having different optical path lengths. It is possible to do so.

【0015】また、上記の如くして求めた波面形状の情
報に基づき、レンズまたはミラーと光源とを互いに最適
な位置に設定するための位置設定情報を求めることも可
能である。
Further, based on the information on the wavefront shape obtained as described above, it is also possible to obtain position setting information for setting the lens or the mirror and the light source at mutually optimum positions.

【0016】なお、本発明方法は、前記被検体がコリメ
ータレンズとした場合にも有用である。
The method of the present invention is also useful when the subject is a collimator lens.

【0017】また、本発明方法は、前記被検体が、波面
形状を求める際に前記コーナーキューブからの戻り光に
より干渉縞の観察が可能となるような曲率半径が極めて
大きい波面を出力するレンズまたはミラーである場合に
も有用であり、このような場合において、前記求めた波
面形状の情報に基づき、該レンズまたはミラーの曲率半
径を求めることが可能である。
Further, the method according to the present invention is characterized in that the object outputs a wavefront having a very large radius of curvature so that interference fringes can be observed by returning light from the corner cube when obtaining the wavefront shape. It is also useful in the case of a mirror, and in such a case, the radius of curvature of the lens or the mirror can be obtained based on the obtained information on the wavefront shape.

【0018】さらに、前記基準板を挿入することにより
生じる収差量を光線追跡等の手法を用いて予め求めてお
き、前記求めた波面形状の情報から該予め求めておいた
収差量を差し引くことにより、解析的に補正された波面
形状を求めることが可能である。
Further, the amount of aberration caused by inserting the reference plate is obtained in advance using a technique such as ray tracing, and the amount of aberration obtained in advance is subtracted from the information on the obtained wavefront shape. It is possible to obtain an analytically corrected wavefront shape.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は、本発明の実施形態に係る波面形状
測定方法を説明するための概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a wavefront shape measuring method according to an embodiment of the present invention.

【0021】すなわち、本実施形態方法はフィゾー型の
干渉計装置を用い、コリメータレンズ10から出力され
る平面光束の波面形状を測定して、その波面収差を求め
るものである。
That is, the method of this embodiment uses a Fizeau-type interferometer to measure the wavefront shape of the plane light beam output from the collimator lens 10 and obtain its wavefront aberration.

【0022】具体的には、レーザ光源12から出力され
レンズ14により発散されたレーザ光束16をコリメー
タレンズ10により平行光束18とし、この平行光束1
8を基準板20に照射し、さらにその透過光を基準板2
0と平行に設置されたプレート22に照射する。
More specifically, a laser beam 16 output from the laser light source 12 and diverged by the lens 14 is converted into a parallel beam 18 by the collimator lens 10, and the parallel beam 1 is
8 to the reference plate 20, and further transmits the transmitted light to the reference plate 2.
Irradiate the plate 22 installed in parallel with 0.

【0023】このプレート22上には、入射光束を入射
した方向にかつ位相を反転させることなく反射せしめる
コーナキューブ24が配されており、このコーナキュー
ブ24のサイズがコリメータレンズ10の径に比べて小
であることから上記平行光束18のうち一部の光束のみ
がこのコーナキューブ24に入射するようになってい
る。
A corner cube 24 for reflecting the incident light beam in the incident direction and without inverting the phase is disposed on the plate 22. The size of the corner cube 24 is smaller than the diameter of the collimator lens 10. Since it is small, only a part of the parallel light beam 18 is incident on the corner cube 24.

【0024】このコーナキューブ24で反射され射出さ
れた光束は入射光束の光路を逆進して再び基準板20に
入射する。
The light beam reflected and emitted by the corner cube 24 travels backward in the optical path of the incident light beam and enters the reference plate 20 again.

【0025】基準板20の基準面20Aにおいては、コ
リメータレンズ10からの平行光束18の一部が反射す
るようになっており、この反射された光束の波面とコー
ナキューブ24からの戻り光の波面にずれがある場合に
は光波の干渉が生じる。
A part of the parallel light beam 18 from the collimator lens 10 is reflected on the reference surface 20A of the reference plate 20, and the wavefront of the reflected light beam and the wavefront of the return light from the corner cube 24 are reflected. If there is a shift, light wave interference occurs.

【0026】そこで、その干渉光を、レンズ14、ハー
フミラー26、レンズ28を介して撮像手段30の撮像
面上に照射し干渉縞像を形成する。
Then, the interference light is irradiated on the imaging surface of the imaging means 30 via the lens 14, the half mirror 26, and the lens 28 to form an interference fringe image.

【0027】この後、この干渉縞像を干渉縞解析手段3
2で解析し、コーナキューブ24に入射した入射光束の
入射角度情報、すなわち基準面20Aに入射する光束の
各入射位置における入射角度情報を得る。
Thereafter, the interference fringe image is converted to interference fringe analysis means 3
2 to obtain the incident angle information of the incident light beam incident on the corner cube 24, that is, the incident angle information at each incident position of the light beam incident on the reference surface 20A.

【0028】このような、基準面20Aの光束各入射位
置における入射角度情報は、コーナキューブ24をプレ
ート22上の他の位置24Aに移動させる度に干渉縞解
析手段32によって求められる。この入射角度情報は波
面収差を位置の変数で微分したものとなっているから、
積分手段34において、これら複数の入射角度情報を位
置の変数で積分することにより平行光束18全体の波面
形状を求めることができる。
The incident angle information at each incident position of the light beam on the reference plane 20A is obtained by the interference fringe analyzing means 32 every time the corner cube 24 is moved to another position 24A on the plate 22. Since this incident angle information is obtained by differentiating the wavefront aberration with the position variable,
The integrating means 34 integrates the plurality of pieces of incident angle information with the position variable to determine the wavefront shape of the entire parallel light flux 18.

【0029】この求められた波面形状は、コリメータレ
ンズ10から出力された波面の収差量を表わすものとみ
なすことができ、この波面の収差量が画像として表示手
段36に表示される。
The obtained wavefront shape can be regarded as representing the amount of aberration of the wavefront output from the collimator lens 10, and the amount of aberration of the wavefront is displayed on the display means 36 as an image.

【0030】なお、コーナキューブ24としては、光波
測長器用のもの(例えば反射面に銀コーティングが施さ
れ、各面の直角度が高精度とされているもの)を用いる
ことが望ましい。
As the corner cube 24, it is desirable to use a cube for an optical wave length measuring instrument (for example, a cube whose reflection surface is coated with silver and whose squareness is high precision).

【0031】また、波面の光軸に対し基準板面が垂直に
なるようコーナキューブを光軸位置(開口中心)に置
き、干渉縞が出現しない状態となるように基準板20の
傾きを調整しておくことが肝要である。
Also, the corner cube is placed at the optical axis position (center of the opening) so that the reference plate surface is perpendicular to the optical axis of the wavefront, and the inclination of the reference plate 20 is adjusted so that interference fringes do not appear. It is important to keep it.

【0032】さらに、コーナキューブ24を移動して求
めた複数の入射角度情報を、横軸に距離、縦軸に入射角
度値をとった系内でプロットし、この各点が一つの曲線
上にのるように多項式ベキ級数等でフィッティングし、
連続する入射角度分布関数を求めておけば、積分処理が
容易となり、解析誤差も小さくなるので望ましい。以
下、上記方法の原理を図2および図3を用いて説明す
る。
Further, a plurality of pieces of incident angle information obtained by moving the corner cube 24 are plotted in a system in which the horizontal axis represents distance and the vertical axis represents incident angle values, and each point is plotted on one curve. Fitting with a polynomial power series etc.
It is desirable to obtain a continuous incident angle distribution function because the integration process becomes easy and the analysis error is reduced. Hereinafter, the principle of the above method will be described with reference to FIGS.

【0033】図2に示すように、基準板20に入射する
入射光束130の基準面20Aに対する入射角度θが0
ではなく、角度をもっていたとすると、その入射光束1
30の基準面20Aにおける反射光束132と、その入
射光束130のコーナキューブ24からの戻り光束13
4とは角度2θで交差することとなり、したがってこの
反射光束132の波面132Aとこの戻り光束134の
波面134Aも図3に示す如く角度2θで交差すること
となる。これら2つの波面の関係を図3の如く表わす
と、三角形の一辺に相当する距離dが干渉縞の縞ピッチ
情報を表わす値となる。
As shown in FIG. 2, the incident angle θ of the incident light beam 130 incident on the reference plate 20 with respect to the reference surface 20A is 0.
Rather, if it has an angle, the incident light flux 1
The reflected light beam 132 on the reference plane 20A of the light source 30 and the return light beam 13 of the incident light beam 130 from the corner cube 24.
4 intersects at an angle 2θ, and therefore the wavefront 132A of the reflected light beam 132 and the wavefront 134A of the return light beam 134 also intersect at an angle 2θ as shown in FIG. When the relationship between these two wavefronts is represented as shown in FIG. 3, the distance d corresponding to one side of the triangle is a value representing the fringe pitch information of the interference fringes.

【0034】ここで、コーナキューブ24の口径φAは
既知であり、また、距離dも、得られた干渉縞データか
ら知ることができるため、これら2つの値から下式
(1)により上記入射角度θを求めることができる。
Here, since the aperture φA of the corner cube 24 is known, and the distance d can be known from the obtained interference fringe data, the incident angle is calculated from these two values by the following equation (1). θ can be obtained.

【0035】sinθ=d/2A ……(1) また、一般に入射角度θは小さく、距離dはφAに対し
て十分に小さいので、上式(1)は下式(2)とするこ
とができる。
Sin θ = d / 2A (1) Also, since the incident angle θ is generally small and the distance d is sufficiently smaller than φA, the above equation (1) can be replaced by the following equation (2). .

【0036】 tanθ=sinθ=d/2A ……(2) これらの式(1)もしくは式(2)を用いて、基準面2
0Aの光束各入射位置における入射角度θを求めること
ができる。
Tan θ = sin θ = d / 2A (2) Using these equations (1) or (2), the reference plane 2
The incident angle θ at each incident position of the light beam of 0 A can be obtained.

【0037】そして、この求められた各入射角度θは、
入射光束130の波面形状Wの位置変数についての微分
値を表わすものであるから、コーナキューブ24のサイ
ズとして、コリメータレンズ10の開口径に比し十分小
さいものを選択すれば下式(3)が成立する。なお、こ
こでは位置変数をxとした。
Then, each of the obtained incident angles θ is:
Since it represents the differential value of the position variable of the wavefront shape W of the incident light beam 130, if the size of the corner cube 24 is selected to be sufficiently smaller than the aperture diameter of the collimator lens 10, the following equation (3) is obtained. To establish. Here, the position variable is x.

【0038】 dW/dx=tanθ=d/2A ……(3) したがって、上式(3)を位置変数xで積分することに
より、上記入射光束130の波面形状をもとめることが
でき、これによりコリメータレンズ10からの出力光の
波面収差を知ることができる。
DW / dx = tan θ = d / 2A (3) Therefore, by integrating the above equation (3) with the position variable x, the wavefront shape of the incident light beam 130 can be obtained, thereby obtaining a collimator. The wavefront aberration of the output light from the lens 10 can be known.

【0039】なお、上記説明においては、光軸に対する
基準板20の傾き調整が最初になされていたものとす
る。
In the above description, it is assumed that the inclination of the reference plate 20 with respect to the optical axis has been adjusted first.

【0040】[0040]

【実施例】次に、コーナキューブ24をプレート22上
の一直線に沿って所定間隔ずつ移動させたときの実施例
について説明する。
Next, an embodiment in which the corner cube 24 is moved at predetermined intervals along a straight line on the plate 22 will be described.

【0041】すなわち、図4に示すように、コリメータ
レンズ10の有効径に相当する円41内において、x軸
と一致する、その円41の大径直線に沿ってコーナキュ
ーブ24を所定間隔ずつ移動せしめ(○印42がコーナ
キューブ24の各移動位置を表わす)、これら12か所
の各位置において上記方法を用い入射角度θ(dW/d
x)を測定した。
That is, as shown in FIG. 4, in a circle 41 corresponding to the effective diameter of the collimator lens 10, the corner cube 24 is moved at predetermined intervals along a large-diameter straight line of the circle 41, which coincides with the x-axis. In this case, the incident angle θ (dW / d) is obtained at each of these 12 positions using the above method.
x) was measured.

【0042】このときのコリメータレンズの有効径はφ
102であり、コーナキューブ24のサイズはφ10で
ある。
The effective diameter of the collimator lens at this time is φ
The size of the corner cube 24 is φ10.

【0043】ここでコーナキューブ24の各々の形状に
対し、下式(4)をフィッティングし、xに対する係数
aとφ10から入射角度θ(dW/dx)の分布を求め
た。
The following equation (4) was fitted to each shape of the corner cube 24, and the distribution of the incident angle θ (dW / dx) was obtained from the coefficient a for x and φ10.

【0044】 f(x、y)=ax+by+c ……(4) このとき、横軸に位置(画素番号を位置に変換してい
る)、縦軸に入射角度θ(dW/dx)の値をとった座
標系内でプロットすると、図5に示す如く表わされる
(x印が測定値)。
F (x, y) = ax + by + c (4) At this time, the horizontal axis indicates the position (pixel numbers are converted into positions), and the vertical axis indicates the incident angle θ (dW / dx). When plotted in the coordinate system having the values of (1) and (2), the values are represented as shown in FIG.

【0045】次に、この各測定点の分布に対し、9次の
べき級数多項式をフィッティングした。このフィッティ
ングした曲線は、図5の点線で表わされる如き曲線形状
となる。
Next, a ninth-order power series polynomial was fitted to the distribution of each measurement point. The fitted curve has a curved shape as represented by a dotted line in FIG.

【0046】次に、このフィッティングした図5の曲線
を表わす関数を位置変数xで積分した。この積分された
結果を図6に示す。
Next, the function representing the fitted curve of FIG. 5 was integrated with the position variable x. FIG. 6 shows the result of the integration.

【0047】これにより図4に示すx軸上全体の波面形
状が求められた。
Thus, the entire wavefront shape on the x-axis shown in FIG. 4 was obtained.

【0048】なお、この図6に示されるグラフの縦軸は
波面収差を表わしていると考えてよいから、その値は約
0.65μmであり、光源12からのレーザ光束の波長
λ(0.6328μm)と略一致した。
Since the vertical axis of the graph shown in FIG. 6 may be considered to represent the wavefront aberration, the value is about 0.65 μm, and the wavelength of the laser beam from the light source 12 is λ (0.6328 μm ).

【0049】次に、コリメータレンズ20の有効径全体
に対してその波面形状を求める実施例について説明す
る。
Next, an embodiment will be described in which the wavefront shape of the entire effective diameter of the collimator lens 20 is obtained.

【0050】上記x軸上の波面形状を求めたのと同様に
して、これと平行な図7の(A)に示される如き複数の
直線上における波面形状Wを求めた。
In the same manner as the wavefront shape on the x-axis, a wavefront shape W on a plurality of straight lines parallel to the wavefront shape as shown in FIG. 7A was obtained.

【0051】この後、図7の(B)の○印43で示され
る如き、y軸上の各位置について、上記方法を用い波面
形状Wを求め、これに基づき上記求めておいたx方向の
複数の波面形状Wをy方向にそろえ、コリメータレンズ
10の有効径全面の波面形状Wを求めた。
Thereafter, for each position on the y-axis as shown by the circle 43 in FIG. 7B, the wavefront shape W is obtained by the above method, and based on the wavefront shape W in the x-direction obtained above. A plurality of wavefront shapes W were aligned in the y direction, and the wavefront shape W over the entire effective diameter of the collimator lens 10 was determined.

【0052】なお、本発明の波面形状測定方法において
は上記実施形態のものに限られるものではなく後述する
ような種々の態様の変更が可能である。
Note that the wavefront shape measuring method of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made as described later.

【0053】ただし、本発明方法においては、コーナー
キューブからの戻り光と基準面からの戻り光により生成
される干渉縞が観察されない場合は所期の測定が困難と
なることに留意しなければならない。具体的に干渉縞の
観察が困難となる場合としては次のような場合がある。
However, in the method of the present invention, it should be noted that the expected measurement becomes difficult when interference fringes generated by the return light from the corner cube and the return light from the reference plane are not observed. . Specifically, cases where it is difficult to observe interference fringes are as follows.

【0054】 基準面とコーナーキューブ配置面が略
平行でない場合、基準面からの反射光が観察域から飛び
出してしまったり、干渉縞が密になりすぎて読取りが不
可能となる。
If the reference plane and the corner cube arrangement plane are not substantially parallel, the reflected light from the reference plane jumps out of the observation area or the interference fringes become too dense to read.

【0055】 コーナーキューブのサイズが小さすぎ
て干渉縞画像の画素数が少なすぎる場合は、解析が不可
能となる。
If the size of the corner cube is too small and the number of pixels of the interference fringe image is too small, analysis becomes impossible.

【0056】 球面波でも曲率半径が小さい場合は、
コーナーキューブからの反射光と基準面からの反射光で
生成される干渉縞は密となり過ぎ、読取りが不可能とな
る。
When the radius of curvature is small even for a spherical wave,
Interference fringes generated by the reflected light from the corner cube and the reflected light from the reference surface become too dense, and reading becomes impossible.

【0057】なお、コーナキューブ24の移動操作、お
よびそれにより得られたdW/dxの分布に所定の関数
をフィッティングする処理は、上記のものに限られるも
のではなく、その他の種々の手法(例えばx、yのティ
ルト関数でフィッティングする)を採用可能である。
Note that the operation of moving the corner cube 24 and the process of fitting a predetermined function to the distribution of dW / dx obtained thereby are not limited to those described above, and other various methods (for example, x, y tilt function).

【0058】例えば、コーナキューブの移動はその移動
位置が特定されていればよく、必ずしも規則的に移動せ
ずともよい。また、dW/dxの分布に対してフィッテ
ィングする関数は、他の次数のベキ級数多項式あるいは
その他の形状フィッティングに適した適当な関数とする
ことが可能である。
For example, the movement of the corner cube only needs to specify its movement position, and does not necessarily have to move regularly. Further, the function to be fitted to the distribution of dW / dx can be a power series polynomial of another order or another appropriate function suitable for shape fitting.

【0059】また、上記実施形態においては測定対象を
コリメータレンズとしているが、平面波を出力する他の
光学部材、例えば平面ミラーであってもよい。
In the above embodiment, the object to be measured is a collimator lens. However, another optical member that outputs a plane wave, for example, a plane mirror may be used.

【0060】さらに、本発明方法においては曲率半径の
大きい球面波も測定可能であるから、曲率半径の大きい
光学面を有する発散レンズ、収束レンズ、反射ミラー等
にも勿論適用可能である。
Further, since the method of the present invention can measure a spherical wave having a large radius of curvature, it can be applied to a diverging lens, a converging lens, a reflecting mirror, and the like having an optical surface having a large radius of curvature.

【0061】ただし、上述したように、干渉縞の観察が
可能となるような曲率半径が極めて大きい波面を出力す
るものであることが条件となる。
However, as described above, a condition is to output a wavefront having a very large radius of curvature so that interference fringes can be observed.

【0062】さらに、このような条件下で測定した波面
形状に対し、球面もしくは近似的に球面となる関数によ
りフィッティングを行ない、その結果に基づきその曲率
半径を求めることが可能である。
Further, it is possible to fit a wavefront shape measured under such conditions using a spherical surface or a function that approximates a spherical surface, and obtain a radius of curvature based on the result.

【0063】また、平行光束中に平行平板(基準板)を
挿入した場合には余り問題とならない収差の発生も、球
面波中に平行平板(基準板)を挿入した場合には大きな
問題となる。このような問題は、上述したような曲率半
径の極めて大きな球面波に対しても無視できるものでは
ない。特に収差が球面収差であるため、曲率半径を算出
する際の誤差は当然に大きなものとなる。そこで、この
ような場合には、光線追跡等の手法を用い、基準板の厚
みや屈折率等に応じて発生する収差量を予め計算してお
き、この計算結果を上述した手法により求めた波面形状
の情報から差し引いて解析的に補正することで波面形状
の正確な測定が可能となる。
In addition, the generation of aberration which does not cause much problem when a parallel flat plate (reference plate) is inserted into a parallel light beam also becomes a serious problem when a parallel flat plate (reference plate) is inserted into a spherical wave. . Such a problem is not negligible even for a spherical wave having an extremely large radius of curvature as described above. In particular, since the aberration is spherical aberration, the error in calculating the radius of curvature naturally becomes large. Therefore, in such a case, the amount of aberration generated according to the thickness and the refractive index of the reference plate is calculated in advance by using a method such as ray tracing, and the calculation result is obtained by the wavefront obtained by the above-described method. By subtracting the information from the shape information and performing analytical correction, accurate measurement of the wavefront shape becomes possible.

【0064】さらに、上記実施形態においては、測定を
行う際に、フィゾー型の干渉計装置を適用しているが、
マイケルソン型やマッハツェンダ型等の他の干渉計装置
を適用することも可能である。
Further, in the above embodiment, the Fizeau-type interferometer is applied when performing the measurement.
Other interferometer devices such as a Michelson type and a Mach-Zehnder type can be applied.

【0065】また、上記実施形態においては、得られた
dW/dxの分布に所定の関数をフィッティングし、こ
の関数を積分しているが、dW/dxの数値に直接積分
演算を施すようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, a predetermined function is fitted to the obtained distribution of dW / dx, and this function is integrated. However, an integral operation is directly performed on the numerical value of dW / dx. Is also good.

【0066】また、例えば、発散レンズとコリメータレ
ンズで構成される平行光束出射用光学系においては、出
射光の波面収差の最も少ない最適な発散レンズとコリメ
ータレンズとの相対位置関係から、発散レンズに対しコ
リメータレンズが移動して該相対位置関係がずれた場合
の波面収差量を予め光線追跡等の手法を用いて算出して
おき、これを本発明方法により測定した波面収差量と比
較し、この比較結果に基づき上記光線追跡等の手法を用
いて求めた関係式から位置ずれ量(修正量)を求めること
ができる。
Further, for example, in a parallel light beam emitting optical system composed of a diverging lens and a collimator lens, the diverging lens is set in consideration of an optimal relative positional relationship between the diverging lens and the collimator lens with the least wavefront aberration of the emitted light. On the other hand, the amount of wavefront aberration when the collimator lens moves and the relative positional relationship shifts is calculated in advance using a method such as ray tracing, and this is compared with the amount of wavefront aberration measured by the method of the present invention. Based on the comparison result, the amount of positional deviation (correction amount) can be obtained from the relational expression obtained by using the above-described ray tracing method or the like.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の波面形
状測定方法によれば、基準板の後段に配置したコーナキ
ューブを開口に相当する範囲内で移動させ、各々の移動
位置においてこのコーナキューブからの戻り光と基準板
からの反射光との光波干渉による干渉縞データを得、そ
の後は、これらのデータから得られた基準板への入射光
の入射角度情報を積分処理するだけで光路内に配した被
検体から出力される波面形状を測定することができる。
As described above, according to the wavefront shape measuring method of the present invention, the corner cube arranged at the subsequent stage of the reference plate is moved within a range corresponding to the opening, and the corner cube is moved at each moving position. Interference fringe data is obtained by light wave interference between the light returned from the cube and the reflected light from the reference plate. After that, the information on the optical path can be obtained simply by integrating the incident angle information of the incident light on the reference plate obtained from these data. It is possible to measure the wavefront shape output from the subject arranged in the inside.

【0068】したがって、光路内の他の光学要素が発生
する波面収差を無視できる程度としておけば、極めて簡
易な構成で被検体からの出力光の波面収差を測定するこ
とができ、大型な装置を要し、そのセッティングも面倒
であり、さらには擾乱の影響も考慮しなければならなか
った従来法に比し、その実用上の効果は大なるものがあ
る。
Accordingly, if the wavefront aberration generated by other optical elements in the optical path is set to be negligible, the wavefront aberration of the output light from the subject can be measured with an extremely simple configuration, and a large-sized apparatus can be used. In short, the setting is troublesome, and the practical effect is much larger than that of the conventional method in which the influence of disturbance must be considered.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態方法を説明するための概略図FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態方法の作用を説明するための
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the embodiment method of the present invention.

【図3】本発明の実施形態方法の作用を説明するための
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the method according to the embodiment of the present invention;

【図4】本発明の実施例におけるコーナキューブの移動
操作を説明するための図
FIG. 4 is a diagram for explaining a corner cube moving operation in the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例により得られた測定点とフィッ
ティング関数の関係を示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a measurement point and a fitting function obtained according to an example of the present invention.

【図6】本発明の実施例により得られた結果を示すグラ
FIG. 6 is a graph showing a result obtained by an example of the present invention.

【図7】本発明の実施例におけるコーナキューブの移動
操作を説明するための図
FIG. 7 is a diagram for explaining a corner cube moving operation in the embodiment of the present invention.

【図8】従来技術を説明するための概略図FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a conventional technique.

【符号の説明】 10、102 コリメータレンズ 12 レーザ光源 14、28 レンズ 18 平行光束 20、106 基準板 20A 基準面 22 プレート 24 コーナキューブ 30 撮像手段 32 干渉縞解析手段 34 積分手段 36 表示手段 41 有効径に相当する円 100 球面用レーザ干渉計 130 入射光束 132 反射光束 134 戻り光束 132A、134A 波面DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 102 Collimator lens 12 Laser light source 14, 28 Lens 18 Parallel light flux 20, 106 Reference plate 20A Reference surface 22 Plate 24 Corner cube 30 Imaging means 32 Interference fringe analyzing means 34 Integrating means 36 Display means 41 Effective diameter 100 Laser interferometer for spherical surface 130 Incident light beam 132 Reflected light beam 134 Return light beam 132A, 134A Wavefront

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検体から出力された光源からの光束を
基準板に照射し、 この基準板から出力された光束を、この基準板に略平行
とされた面上もしくはそれと等価な面上に位置するコー
ナキューブに照射し、 このコーナキューブを前記面上で移動させる度に、この
コーナキューブからの反射光と前記基準板からの反射光
との干渉により生じる干渉縞データを得、 この干渉縞データに基づき、該コーナキューブに入射す
る光束の該コーナキューブの各移動位置毎の入射角度情
報を求め、 この求められた入射角度情報に積分演算を施して前記被
検体から出力された光波の波面形状を求めることを特徴
とする波面形状測定方法。
1. A light beam from a light source output from a subject is irradiated on a reference plate, and a light beam output from the reference plate is placed on a surface substantially parallel to the reference plate or a surface equivalent thereto. Each time the corner cube is moved on the surface, interference fringe data generated by interference between light reflected from the corner cube and light reflected from the reference plate is obtained. On the basis of the data, the incident angle information of the light beam incident on the corner cube at each moving position of the corner cube is obtained, and the obtained incident angle information is subjected to an integral operation, and the wavefront of the light wave output from the subject is obtained. A wavefront shape measuring method characterized by determining a shape.
【請求項2】 前記コーナキューブの各移動位置毎の入
射角度情報をベキ級数多項式でフィッティングし、 フィッティングに供された関数を位置の変数で積分する
ことを特徴とする請求項1記載の波面形状測定方法。
2. The wavefront shape according to claim 1, wherein incident angle information for each moving position of the corner cube is fitted by a power series polynomial, and a function provided for the fitting is integrated by a position variable. Measuring method.
【請求項3】 前記コーナキューブの移動は、前記面上
にx-yの2次元直交座標系を設けた場合、最初にx軸
に平行となる複数の直線上において行い、次にy軸に平
行となる少なくとも一つの直線上において行い、前記x
軸に平行となる各直線上での各データの裾高さを前記y
軸に平行となる直線上でのデータに基づいて決定するこ
とを特徴とする請求項1または2記載の波面形状測定方
法。
3. When the corner cube is moved on an xy two-dimensional orthogonal coordinate system on the surface, the corner cube is first moved on a plurality of straight lines parallel to the x axis, and then moved on the y axis. Performing on at least one parallel straight line, the x
The skirt height of each data on each straight line parallel to the axis
3. The wavefront shape measuring method according to claim 1, wherein the determination is performed based on data on a straight line parallel to the axis.
【請求項4】 前記面上における前記コーナキューブの
各移動の前に、該コーナキューブを開口の中心に置いて
干渉縞データを得、この得られた干渉縞データに基づい
て基準板の傾きを調整することを特徴とする請求項1〜
3のうちいずれか1項記載の波面形状測定方法。
4. Before each movement of the corner cube on the surface, the corner cube is placed at the center of the opening to obtain interference fringe data, and the inclination of the reference plate is calculated based on the obtained interference fringe data. Adjusting, characterized in that it is adjusted
4. The wavefront shape measuring method according to any one of items 3 to 5.
【請求項5】 前記光源からの光束がレーザ光であり、
前記干渉縞データが、互いに光路長の異なる、前記コー
ナキューブからの反射光束と前記基準板からの反射光束
との光干渉により得られることを特徴とする請求項1〜
4のうちいずれか1項記載の波面形状測定方法。
5. A light beam from the light source is a laser beam,
The interference fringe data is obtained by optical interference between a reflected light beam from the corner cube and a reflected light beam from the reference plate having different optical path lengths.
5. The method of measuring a wavefront shape according to claim 4, wherein
【請求項6】 前記求めた波面形状の情報に基づき、レ
ンズまたはミラーと光源とを互いに最適な位置に設定す
るための位置設定情報を求めることを特徴とする請求項
1〜5のうちいずれか1項記載の波面形状測定方法。
6. The apparatus according to claim 1, wherein position setting information for setting a lens or a mirror and a light source at mutually optimum positions is obtained based on the obtained information on the wavefront shape. 2. The method for measuring a wavefront shape according to claim 1.
【請求項7】 前記被検体がコリメータレンズであるこ
とを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の
波面形状測定方法。
7. The wavefront shape measuring method according to claim 1, wherein the subject is a collimator lens.
【請求項8】 前記被検体が、波面形状を求める際に前
記コーナーキューブからの戻り光により干渉縞の観察が
可能となるような曲率半径が極めて大きい波面を出力す
るレンズまたはミラーである場合において、前記求めた
波面形状の情報に基づき、該レンズまたはミラーの曲率
半径を求めることを特徴とする請求項1〜6のうちいず
れか1項記載の波面形状測定方法。
8. When the subject is a lens or a mirror that outputs a wavefront having a very large radius of curvature such that interference fringes can be observed by returning light from the corner cube when obtaining a wavefront shape. 7. The wavefront shape measuring method according to claim 1, wherein a radius of curvature of the lens or the mirror is obtained based on the obtained information on the wavefront shape.
【請求項9】 前記基準板を挿入することにより生じる
収差量を予め求めておき、前記求めた波面形状の情報か
ら該予め求めておいた収差量を差し引くことにより、解
析的に補正された波面形状を求めることを特徴とする請
求項8記載の波面形状測定方法。
9. A wavefront corrected analytically by previously obtaining an amount of aberration caused by inserting the reference plate and subtracting the previously obtained amount of aberration from the obtained information of the wavefront shape. 9. The wavefront shape measuring method according to claim 8, wherein the shape is obtained.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009103597A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Mitsutoyo Corp Dimension measuring method
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