JP2000275021A - Apparatus for measuring shape of face - Google Patents

Apparatus for measuring shape of face

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JP2000275021A
JP2000275021A JP11082274A JP8227499A JP2000275021A JP 2000275021 A JP2000275021 A JP 2000275021A JP 11082274 A JP11082274 A JP 11082274A JP 8227499 A JP8227499 A JP 8227499A JP 2000275021 A JP2000275021 A JP 2000275021A
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JP
Japan
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light beam
measurement
phase
error
measured
Prior art date
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JP11082274A
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Japanese (ja)
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Shigeru Nakayama
繁 中山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a face shape-measuring apparatus which can highly accurately measure a face shape with the use of a phase shift method even when the face vibrates or the like when the face is measured. SOLUTION: A reflecting light from an area 5a of a reference face of a Fizeau plane member 5 and a reflecting light from a face 6 to be measured are made to interfere, and a phase distribution is measured. A face shape of the face 6 to be measured is measured with the use of a phase shift interference method. In this case, a reflecting light from an area 5b and a reflecting light from a reflecting plane member 8 as a standard face are made to interfere and, a phase distribution is measured at the same time. A phase measurement error is obtained from the latter phase distribution, based on which the former phase distribution is corrected. Since the measured value is corrected on the basis of the error calculated when the standard face is simultaneously measured, even an effect of errors due to vibrations or the like can be eliminated, and the face shape can be correctly measured.

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、レンズ、ミラーな
どの光学素子等に使用される面形状を高精度に測定する
ための面形状測定装置に関するものであり、さらに詳し
くは、位相シフト干渉法により面形状を測定する面形状
測定装置であって、測定中の振動等に起因する誤差を除
去可能であり、精度の良い測定が可能な面形状測定装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring apparatus for measuring a surface shape used for an optical element such as a lens or a mirror with high accuracy, and more particularly to a phase shift interferometer. More specifically, the present invention relates to a surface shape measuring apparatus which can remove an error due to vibration or the like during measurement and can perform accurate measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高精度の光学機器の需要に伴い、
その機器を構成するレンズやミラー等の光学素子は高精
度化する傾向にある。そのため、その光学素子の面形状
を測定する面形状測定装置にも、同じように高い精度が
求められるようになっている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the demand for high-precision optical instruments,
Optical elements such as lenses and mirrors that constitute such equipment tend to be highly accurate. Therefore, a surface shape measuring device for measuring the surface shape of the optical element is required to have the same high accuracy.

【0003】面形状測定にはフィゾー干渉計などの干渉
計が広く用いられており、中でも高精度な干渉縞の位相
分布測定には、よく知られた位相シフト法が用いられて
いる。
An interferometer such as a Fizeau interferometer is widely used for measuring the surface shape, and a well-known phase shift method is used for measuring the phase distribution of interference fringes with high accuracy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、干渉縞の位相
分布を、位相シフト法を用いて測定する場合、外部から
の振動や、位相シフトを発生させるための駆動装置の誤
差等の影響で位相シフト量に誤差が生じ、位相測定に誤
差が生じてしまうという問題点がある。
However, when the phase distribution of the interference fringes is measured by the phase shift method, the phase distribution is affected by external vibrations and errors in the driving device for generating the phase shift. There is a problem that an error occurs in the shift amount and an error occurs in the phase measurement.

【0005】この振動等による位相測定誤差は、検出さ
れる干渉縞の位相分布の幅が広くなるほど大きくなるの
で、形状誤差の大きい面形状を測定する場合や、球面干
渉計を用いて非球面形状を測定する場合などに特に問題
となる。
Since the phase measurement error due to the vibration and the like becomes larger as the width of the phase distribution of the detected interference fringes becomes wider, it is necessary to measure a surface shape having a large shape error or to use an aspherical surface shape using a spherical interferometer. This is particularly problematic when measuring the temperature.

【0006】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、測定時に振動があったり、位相シフ
ト量に誤差がある場合でも、これらの影響を補償するこ
とができ、位相シフト法を用いて面形状を高精度に測定
できる面形状測定装置を提供することを課題とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem. Even if there is vibration during measurement or there is an error in the amount of phase shift, these effects can be compensated for and the phase shift can be compensated. An object of the present invention is to provide a surface shape measuring device capable of measuring a surface shape with high accuracy using a method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、振動等
により発生する位相測定の誤差を測定する手段を設け、
これにより測定した誤差に基づいて、被検面を測定した
データに補正を加えることにより、正確な被検面の測定
データを得ること、及び、測定された誤差が小さいとき
の被検面の測定データを、測定データとして採用するこ
とにより、正確な被検面の測定データを得ることであ
る。
The gist of the present invention is to provide a means for measuring a phase measurement error generated by vibration or the like,
Based on the measured error, the data obtained by measuring the surface to be measured is corrected to obtain accurate measurement data of the surface to be measured, and to measure the surface to be measured when the measured error is small. By adopting the data as the measurement data, accurate measurement data of the test surface is obtained.

【0008】すなわち、前記課題を解決するための第1
の手段は、光源から出射された光束の一部を測定光束と
して被検面に照射すると共に、被検面で反射された測定
光束と、前記光源から出射された光束の一部であって所
定の波面を有する参照光束とを互いに干渉させ、干渉に
より生じる干渉縞(測定干渉縞)の位相分布を位相シフ
ト干渉法で測定する面形状測定装置であって、(a) 前記
被検面で反射された前記測定光束との位相関係が一定で
ある誤差検出用測定光束を形成する手段と、(b) 前記参
照光束との位相関係が一定である誤差検出用参照光束を
形成する手段と、(c) 前記誤差検出用測定光束と前記誤
差検出用参照光束とを互いに干渉させ、干渉により生じ
る干渉縞(誤差検出用干渉縞)の位相分布を前記測定干
渉縞の位相分布と同時に観測する手段と、(d) 誤差検出
用干渉縞の位相分布の測定データから位相測定誤差を求
める手段と、(e) 求められた位相測定誤差を用いて、前
記測定干渉縞から求められた被検面形状の測定誤差を補
正する手段とを有することを特徴とする面形状測定装置
(請求項1)である。
[0008] That is, the first to solve the above-mentioned problems.
Means for irradiating a part of the light beam emitted from the light source to the surface to be measured as a measurement light beam, and a part of the measurement light beam reflected by the surface to be measured and a part of the light beam emitted from the light source, and A surface profile measuring apparatus for causing a reference light beam having a wavefront of the type to interfere with each other and measuring a phase distribution of an interference fringe (measurement fringe) generated by the interference by a phase shift interferometry, wherein (a) reflection is performed on the surface to be measured Means for forming an error detection measurement light beam having a constant phase relationship with the measured light beam, and (b) means for forming an error detection reference light beam having a constant phase relationship with the reference light beam, c) means for causing the measurement light beam for error detection and the reference light beam for error detection to interfere with each other, and observing the phase distribution of interference fringes (error detection interference fringes) caused by the interference simultaneously with the phase distribution of the measurement interference fringes. (D) Measurement of the phase distribution of the interference fringes for error detection. Means for obtaining a phase measurement error from the constant data, and (e) means for using the obtained phase measurement error to correct the measurement error of the shape of the test surface obtained from the measurement interference fringes. A surface shape measuring device (claim 1).

【0009】本手段においては、誤差検出用干渉縞の位
相分布を測定干渉縞の位相分布と同時に測定する。誤差
検出用測定光束を作成する手段においては、基準反射面
等の、表面形状が既知の面からの光束を誤差検出用測定
光束として使用することができる。よって、この場合に
は、後に発明の実施の形態の欄において説明するよう
に、誤差検出用干渉縞に位相シフト法を適用して、その
データから既知の表面をフィッティング計算等により求
め、その際の誤差を計算することにより、位相測定誤差
の量を求めることができる。よって、この位相測定誤差
の量に基づいて、測定干渉縞の位相分布のデータを補正
することにより、正確な被検面の形状が測定できる。
In this means, the phase distribution of the interference fringes for error detection is measured simultaneously with the phase distribution of the measured interference fringes. In the means for creating the error detection measurement light beam, a light beam from a surface having a known surface shape, such as a reference reflection surface, can be used as the error detection measurement light beam. Therefore, in this case, as described later in the description of the embodiments of the invention, a phase shift method is applied to the interference fringes for error detection, and a known surface is obtained from the data by fitting calculation or the like. By calculating the error of the above, the amount of the phase measurement error can be obtained. Therefore, by correcting the data of the phase distribution of the measured interference fringes based on the amount of the phase measurement error, the shape of the test surface can be accurately measured.

【0010】表面性状が既知の面でない面からの光束を
誤差検出用測定光束として使用する場合でも、後に発明
の実施の形態の欄において説明するように、この面を参
照面と略平行にした上で位相シフト法を適用することに
より、この面の形状を予め求めることができる。これに
より、この面は既知の表面となるので、前記の方法を適
用することにより、正確な被検面の形状が測定できる。
[0010] Even when a light beam from a surface whose surface properties are not known is used as a measurement light beam for error detection, this surface is made substantially parallel to the reference surface, as described later in the section of the embodiment of the invention. By applying the phase shift method above, the shape of this surface can be determined in advance. As a result, this surface becomes a known surface, and by applying the above-described method, the shape of the test surface can be accurately measured.

【0011】前記課題を解決するための第2の手段は、
光源から出射された光束の一部を測定光束として被検面
に照射すると共に、被検面で反射された測定光束と、前
記光源から出射された光束の一部であって所定の波面を
有する参照光束とを互いに干渉させ、干渉により生じる
干渉縞(測定干渉縞)の位相分布を位相シフト干渉法で
測定する面形状測定装置であって、(a) 前記被検面で反
射された前記測定光束との位相関係が一定である誤差検
出用測定光束を形成する手段と、(b) 前記参照光束との
位相関係が一定である誤差検出用参照光束を形成する手
段と、(c) 前記誤差検出用測定光束と前記誤差検出用参
照光束とを互いに干渉させ、干渉により生じる干渉縞
(誤差検出用干渉縞)の位相分布を前記測定干渉縞の位
相分布と同時に観測する手段と、(d) 誤差検出用干渉縞
の位相分布の測定データから位相測定誤差を求める手段
と、(e) 求められた位相測定誤差の振幅が所定値より小
さいときの、前記測定干渉縞から求められた被検面形状
の測定データを、被検面の形状として採用する手段とを
有することを特徴とする面形状測定装置(請求項2)で
ある。
A second means for solving the above-mentioned problem is as follows.
While irradiating a part of the light beam emitted from the light source to the surface to be measured as a measurement light beam, the measurement light beam reflected by the surface to be measured and a part of the light beam emitted from the light source and having a predetermined wavefront A surface shape measuring apparatus for causing a reference light beam to interfere with each other and measuring a phase distribution of an interference fringe (measurement interference fringe) generated by the interference by a phase shift interferometry, wherein (a) the measurement reflected on the surface to be measured Means for forming an error detection measurement light beam having a constant phase relationship with the light beam, (b) means for forming an error detection reference light beam having a constant phase relationship with the reference light beam, and (c) the error Means for causing the measurement light beam for detection and the reference light beam for error detection to interfere with each other, and observing the phase distribution of interference fringes (error detection interference fringes) caused by the interference simultaneously with the phase distribution of the measurement interference fringes; Is it the measured data of the phase distribution of the interference fringes for error detection? Means for obtaining a phase measurement error from the data, and (e) when the amplitude of the obtained phase measurement error is smaller than a predetermined value, the measurement data of the shape of the test surface obtained from the measurement interference fringes, A surface shape measuring device (claim 2).

【0012】本手段においては、前記第1の手段と同様
の方法で、誤差検出用干渉縞の位相分布の測定データか
ら位相測定誤差を求める。そして、この位相測定誤差の
振幅が所定値より小さい場合に、位相測定誤差が小さく
て無視できるとして、そのときの測定干渉縞から求めら
れた被検面形状の測定データを、被検面の形状として採
用する。よって、複雑な補正計算を行うことなく、被検
面の形状を正確に測定できる。
In this means, the phase measurement error is obtained from the measurement data of the phase distribution of the error detecting interference fringe in the same manner as in the first means. When the amplitude of the phase measurement error is smaller than a predetermined value, it is determined that the phase measurement error is small and can be ignored, and the measurement data of the shape of the test surface obtained from the measured interference fringes at that time is used as the shape of the test surface. To be adopted. Therefore, the shape of the test surface can be accurately measured without performing complicated correction calculations.

【0013】前記課題を解決するための第3の手段は、
前記第2の手段であって、位相シフト干渉法で与えるべ
き位相シフト量に、故意に誤差を付加する手段を有する
ことを特徴とするもの(請求項3)である。
A third means for solving the above-mentioned problem is as follows.
The second means includes means for intentionally adding an error to the amount of phase shift to be given by the phase shift interferometry (claim 3).

【0014】本手段においては、位相シフト量に故意に
誤差を付加して測定を行うことにより、前記第2の手段
で説明した、位相測定誤差の振幅が所定値より小さい状
態を作り出す。そして、そのときの測定干渉縞から求め
られた被検面形状の測定データを、被検面の形状として
採用する。このようにすれば、位相測定誤差の振幅が所
定値より小さい状態が発生する頻度が多くなり、前記第
2の手段を有効に使用することができる。
In this means, the state where the amplitude of the phase measurement error is smaller than a predetermined value, as described in the second means, is created by intentionally adding an error to the phase shift amount and performing the measurement. Then, the measurement data of the shape of the test surface obtained from the measured interference fringes at that time is adopted as the shape of the test surface. This increases the frequency of occurrence of a state in which the amplitude of the phase measurement error is smaller than the predetermined value, so that the second means can be used effectively.

【0015】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第1の手段から第3の手段のいずれかであって、前
記誤差検出用参照光束を形成する手段、及び前記誤差検
出用測定光束を形成する手段の面形状誤差が、所望の被
検面形状測定精度に対して十分小さいことを特徴とする
もの(請求項4)である。
[0015] A fourth means for solving the above problems is as follows.
Any one of the first means to the third means, wherein a surface shape error of the means for forming the error detection reference light beam and the surface shape error of the means for forming the error detection measurement light beam is a desired surface to be measured. The present invention is characterized in that it is sufficiently small with respect to the shape measurement accuracy (claim 4).

【0016】本手段においては、誤差検出のための基準
となる面の形状誤差が、所望の被検面形状測定精度に対
して十分小さいので、位相測定誤差の検出精度を、所望
の被検面形状測定精度を得るために必要な位相測定誤差
の検出精度に対して十分高くすることができる。よっ
て、被検面の形状を正確に測定することができる。
In this means, since the shape error of the surface serving as a reference for error detection is sufficiently small with respect to the desired measurement accuracy of the surface shape to be detected, the detection accuracy of the phase measurement error can be reduced to the desired measurement surface. The detection accuracy of the phase measurement error necessary for obtaining the shape measurement accuracy can be made sufficiently high. Therefore, the shape of the test surface can be accurately measured.

【0017】なお、前記各手段において、後に発明の実
施の形態で説明するように、参照光束を形成する手段
が、誤差検出用参照光束を形成する手段を兼ねているよ
うにすることが好ましい。これにより、誤差検出用参照
光束を形成する手段を別に設ける必要が無いので、装置
を安価なものとすることができると共に、参照光束と誤
差検出用参照光束の位相関係を、容易に一定に保つこと
ができる。
In each of the above means, it is preferable that the means for forming the reference light beam also serves as the means for forming the reference light beam for error detection, as will be described later in the embodiments of the invention. Accordingly, it is not necessary to separately provide a unit for forming the error detecting reference light beam, so that the apparatus can be inexpensive, and the phase relationship between the reference light beam and the error detecting reference light beam can be easily maintained constant. be able to.

【0018】また、前記各手段において、誤差検出用測
定光束を形成する手段が、被検面のホルダーに固定され
た反射部材を含むようにすることが好ましい。これによ
り、測定光束と誤差検出用測定光束の位相関係を、容易
に一定に保つことができる。
In each of the above means, it is preferable that the means for forming the measurement light beam for error detection includes a reflecting member fixed to a holder on the surface to be detected. Accordingly, the phase relationship between the measurement light beam and the error detection measurement light beam can be easily maintained constant.

【0019】さらに、前記各手段において、誤差検出用
の光束と被検面測定用の光束は、同一の光源から出射さ
れた光束とすることが好ましい。このようにすることに
より、光源が一つで済み、装置を安価なものとすること
ができると共に、誤差検出用の光と被検面測定用の光の
波長を確実に同一のものとすることができる。
Further, in each of the above-mentioned means, it is preferable that the light beam for error detection and the light beam for surface to be measured are light beams emitted from the same light source. In this way, only one light source is required, and the apparatus can be inexpensive, and the wavelength of the light for error detection and the wavelength of the light for measurement of the surface to be measured are surely the same. Can be.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図1、図2は、本発明をフィゾー
干渉計での平面測定に適用した例を示す図である。図1
は装置構成の全体を示した図であり、図2はフィゾー平
面部材と被検面の部分を、より詳細に示した図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing an example in which the present invention is applied to a plane measurement using a Fizeau interferometer. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the entire configuration of the apparatus, and FIG. 2 is a diagram showing the Fizeau plane member and the surface to be inspected in more detail.

【0021】レーザ光源1を射出した直線偏光の光ビー
ムは、ビームエキスパンダ2でビーム径を変換され、偏
光ビームスプリッタ3(以下「PBS」という)に入射
する。光ビームの偏光面はPBS3で反射されるように
選ばれている。PBS3で反射された光ビームは1/4波
長板4を経てフィゾー平面部材5へ入射する。フィゾー
平面部材5の参照面の領域5aを透過した光束は、測定
光束として被検面6へ入射する。被検面6で反射された
測定光束は、再びフィゾー平面部材5、1/4波長板4を
経てPBS3へ入射する。測定光束は往復で1/4波長板
を2度通過して偏光面が90度回転しているので、PBS
3を透過する。PBS3を透過した測定光束はビーム径
変換光学系9でビーム径を変換され、2次元画像検出器
10に入射する。
The linearly polarized light beam emitted from the laser light source 1 is converted in beam diameter by a beam expander 2 and is incident on a polarization beam splitter 3 (hereinafter, referred to as "PBS"). The plane of polarization of the light beam is chosen to be reflected by the PBS3. The light beam reflected by the PBS 3 enters the Fizeau plane member 5 via the quarter-wave plate 4. The light beam transmitted through the region 5a of the reference surface of the Fizeau plane member 5 is incident on the surface 6 to be measured as a measurement light beam. The measurement light beam reflected by the test surface 6 is again incident on the PBS 3 via the Fizeau plane member 5 and the quarter-wave plate 4. Since the measurement light beam passes through the quarter-wave plate twice in a round trip and the polarization plane is rotated 90 degrees, PBS
3 is transmitted. The measurement light beam transmitted through the PBS 3 has its beam diameter converted by the beam diameter conversion optical system 9 and enters the two-dimensional image detector 10.

【0022】一方、フィゾー平面部材5の参照面の領域
5aでの反射光は、参照光束として、1/4波長板4を経
て、PBS3に入射する。参照光束は、往復で1/4波長
板を2度通過して偏光面が90度回転しているので、PB
S3を透過する。PBS3を透過した参照光束は、ビー
ム径変換光学系9でビーム径を変換され、2次元画像検
出器10に入射し、測定光束と参照光束の干渉縞が検出
される。
On the other hand, the reflected light on the reference surface area 5a of the Fizeau plane member 5 is incident on the PBS 3 via the quarter-wave plate 4 as a reference light flux. The reference light beam passes through the quarter-wave plate twice in a round trip and the polarization plane is rotated 90 degrees.
Transmit through S3. The beam diameter of the reference light beam transmitted through the PBS 3 is converted by the beam diameter conversion optical system 9 and enters the two-dimensional image detector 10, where interference fringes between the measurement light beam and the reference light beam are detected.

【0023】なお、ビーム径変換光学系9は、被検面6
の像を2次元画像検出器10に結像する役割も兼ねてお
り、被検面6の形状を正確に知るために、ディストーシ
ョンを抑えた設計にしている。ディストーションの設計
値や実測値を用いて干渉縞の横座標を補正することによ
って、被検面6上の座標と2次元画像検出器10上での
座標を正確に関係付けることもできる。
Note that the beam diameter conversion optical system 9 is
Is also formed on the two-dimensional image detector 10, and the distortion is suppressed in order to accurately know the shape of the surface 6 to be detected. By correcting the abscissa of the interference fringes using the design value or the measured value of the distortion, the coordinates on the test surface 6 and the coordinates on the two-dimensional image detector 10 can be accurately related.

【0024】本実施の形態では、フィゾー平面部材5に
は、被検面6の面形状測定に使用する参照面の領域5a
よりも広い範囲に光ビームが入射する構成とし、参照面
の領域5aの外側の領域5bに入射する部分を誤差検出
用光束に用いている。これにより、参照光束と誤差検出
用参照光束との位相関係が、完全に一定に保たれる。
In the present embodiment, the Fizeau plane member 5 has a reference surface area 5 a used for measuring the surface shape of the surface 6 to be measured.
The configuration is such that the light beam is incident on a wider area than that of the reference plane, and the part incident on the area 5b outside the area 5a on the reference surface is used for the error detecting light beam. Thus, the phase relationship between the reference light beam and the reference light beam for error detection is kept completely constant.

【0025】参照面の領域5bで反射された誤差検出用
参照光束は、1/4波長板4を経て、PBS3を透過し、
ビーム径変換光学系9でビーム径を変換され、2次元画
像検出器10に入射する。一方、参照面の領域5bを透
過した誤差検出用測定光束は、被検面ホルダー7に備え
られた反射平面部材8へ入射する。反射平面部材8で反
射された誤差検出用測定光束は、再びフィゾー平面部材
5、1/4波長板4を経てPBS3へ入射する。PBS3
を透過した誤差検出用測定光束はビーム径変換光学系9
でビーム径を変換され、2次元画像検出器10に入射
し、誤差検出用測定光束と誤差検出用参照光束の干渉縞
が検出される。
The error detecting reference light beam reflected by the reference surface region 5b passes through the quarter wavelength plate 4, passes through the PBS 3, and
The beam diameter is converted by the beam diameter conversion optical system 9 and is incident on the two-dimensional image detector 10. On the other hand, the measurement light flux for error detection transmitted through the area 5 b of the reference surface is incident on the reflection plane member 8 provided on the test surface holder 7. The measurement light flux for error detection reflected by the reflection plane member 8 enters the PBS 3 again through the Fizeau plane member 5 and the quarter-wave plate 4. PBS3
The measurement light flux for error detection which has passed through the
Then, the beam diameter is converted into the two-dimensional image detector 10, and the interference fringes of the measurement light beam for error detection and the reference light beam for error detection are detected.

【0026】反射平面部材8は、被検面6の形状測定精
度に対して十分小さな面形状誤差を有するように、すな
わち、十分な平坦度を有するように形成することが好ま
しいが、これが満たされない場合でも、後に述べるよう
に、反射平面部材8の絶対平面からの形状誤差を算出し
て、補正することが可能である。また、反射平面部材8
は、被検面6と同じ被検面ホルダー7に取り付けられて
いるので、測定光束と誤差検出用測定光束との位相関係
は、常に一定に保たれる。しかし、誤差検出用光束の干
渉縞の本数を可変とするために、反射平面部材8は被検
面6に対してチルト調整可能な機構を有している。
The reflecting flat member 8 is preferably formed so as to have a sufficiently small surface shape error with respect to the shape measurement accuracy of the surface 6 to be measured, that is, to have a sufficient flatness, but this is not satisfied. Even in this case, as will be described later, it is possible to calculate and correct the shape error of the reflection plane member 8 from the absolute plane. Also, the reflection plane member 8
Is mounted on the same test surface holder 7 as the test surface 6, the phase relationship between the measurement light beam and the error detection measurement light beam is always kept constant. However, in order to make the number of interference fringes of the error detecting light beam variable, the reflecting plane member 8 has a mechanism capable of adjusting the tilt with respect to the surface 6 to be measured.

【0027】2次元画像検出器10からの出力は不図示
のコンピュータに取り込まれ、位相シフト干渉法を用い
て干渉縞の位相分布が算出される。本実施の形態におい
ては、被検面ホルダー7を不図示のピエゾ素子で光軸方
向に微小に移動させ、位相シフトを実現している。
The output from the two-dimensional image detector 10 is taken into a computer (not shown), and the phase distribution of interference fringes is calculated using a phase shift interferometry. In the present embodiment, a phase shift is realized by slightly moving the test surface holder 7 in the optical axis direction by a piezo element (not shown).

【0028】次に、面形状測定誤差の補正方法について
説明する。位相シフト干渉法では、測定光束と参照光束
の位相差を2π以上動かし、π/2ごとの干渉縞の強度
を測定している。位相φを求める式としては、サンプリ
ング個数や計算式に種々の方式があるが、例えば式
(1)の計算式がよく知られている。 tanφ=[(B0+B4)/2-B2]/(B1-B3) …(1) ここで、B0が求めるべき初期位相における干渉縞の強
度であり、B1が+π/2、B2が+π、B3が+3π/
2、B4が2πの位相シフトを与えたときの干渉縞の強
度である。
Next, a method for correcting a surface shape measurement error will be described. In the phase shift interferometry, the phase difference between the measurement light beam and the reference light beam is moved by 2π or more, and the intensity of the interference fringe for each π / 2 is measured. There are various methods for calculating the phase φ in terms of the number of samples and the calculation formula. For example, the calculation formula of formula (1) is well known. tanφ = [(B 0 + B 4 ) / 2−B 2 ] / (B 1 −B 3 ) (1) where B 0 is the intensity of the interference fringe in the initial phase to be obtained, and B 1 is + π / 2, B 2 is + π, B 3 is + 3π /
2, B 4 is the intensity of interference fringes when a phase shift of 2π is given.

【0029】さらに、式(1)を一般化して、位相シフ
ト量に線形なずれがある場合、すなわちBnにおける位
相シフト量がu×(nπ/2)の場合には、位相φは式
(2)を用いて計算できる。 tan(φ+uπ)sin(πu/2)=[(B0+B4)/2-B2]/(B1-B3) …(2) ここで、uは位相シフト量の線形係数である。式(2)
でu=1の場合が式(1)に相当する。位相シフト量に
線形なずれが生じるのは、被検面の法線方向と位相シフ
トの方向が異なる場合や(被検面が球面の場合など)、
位相シフトを与えるピエゾ素子の変位に線形なずれがあ
る場合である。
Further, by generalizing the equation (1), when there is a linear shift in the phase shift amount, that is, when the phase shift amount in B n is u × (nπ / 2), the phase φ is expressed by the equation (1). It can be calculated using 2). tan (φ + uπ) sin (πu / 2) = [(B 0 + B 4 ) / 2−B 2 ] / (B 1 -B 3 ) (2) where u is a linear coefficient of a phase shift amount. It is. Equation (2)
And u = 1 corresponds to equation (1). A linear shift in the amount of phase shift occurs when the direction of the phase shift is different from the normal direction of the surface to be inspected (for example, when the surface to be inspected is a spherical surface),
This is a case where there is a linear shift in the displacement of the piezo element that gives a phase shift.

【0030】式(1)又は式(2)の位相計算式に従っ
て位相を測定する場合、外部の振動の影響や、ピエゾ素
子の駆動誤差などによって位相シフト量に誤差が生じ、
その結果として位相測定に誤差が生じる。位相シフト法
で算出される位相φ’は、位相シフト量がπ/2の整数
倍からのずれが小さい場合に、近似的に式(3)で表さ
れる。 φ’=φ+a・cos(2φ)+b …(3) ここで、φは位相の真値である。また、振幅aおよび定
数項bは測定中の振動の状態やピエゾ素子の駆動誤差に
よって変化するものであり、測定のたびに異なる値を持
つものである。
When the phase is measured in accordance with the phase calculation formula (1) or (2), an error occurs in the amount of phase shift due to the influence of external vibration or a driving error of the piezo element.
As a result, errors occur in the phase measurement. The phase φ ′ calculated by the phase shift method is approximately expressed by Expression (3) when the shift amount of the phase shift from an integral multiple of π / 2 is small. φ ′ = φ + a · cos (2φ) + b (3) where φ is the true value of the phase. Further, the amplitude a and the constant term b change depending on the state of vibration during measurement and the driving error of the piezo element, and have different values each time measurement is performed.

【0031】本発明は、誤差検出用光束で形成される干
渉縞の位相分布を測定することにより、被検面測定ごと
に式(3)の誤差項をin-situに検出し、被検面の形状
測定誤差を補正しようというものである。
According to the present invention, the error term of the equation (3) is detected in-situ for each test surface measurement by measuring the phase distribution of the interference fringes formed by the error detecting light beam, and the test surface is measured. Is to correct the shape measurement error.

【0032】測定方法を、順を追って説明する。2次元
画像検出器上の画素の座標を(X,Y)とする。 :被検面測定用の測定光束と参照光束の干渉縞の縞本
数が極力少なくなるように、被検面ホルダー7をアライ
メントする。 :誤差検出用光束による干渉縞の縞本数が0.5本以上
で、かつ干渉縞の1ピッチが2次元画像検出器の4画素
以上となるように、反射平面部材8のチルトを調整す
る。誤差検出用光束による干渉縞の縞本数を0.5本以上
とするのは、π以上の位相範囲が観察できるようにする
ためであり、干渉縞の1ピッチが2次元画像検出器の4
画素以上となるようにするのは、十分な分解能を得るた
めである。 :この状態で位相シフト干渉法を実行する。 :で得られた誤差検出用光束の干渉縞の位相分布
φ'A(X,Y)から、式(3)の振幅aおよび定数項bを
求める。
The measuring method will be described step by step. Let the coordinates of the pixel on the two-dimensional image detector be (X, Y). A: The test surface holder 7 is aligned such that the number of interference fringes between the measurement light beam for measuring the test surface and the reference light beam is as small as possible. The tilt of the reflection plane member 8 is adjusted so that the number of interference fringes due to the error detecting light beam is 0.5 or more and one pitch of the interference fringes is 4 pixels or more of the two-dimensional image detector. The reason why the number of interference fringes due to the error detecting light beam is 0.5 or more is to enable observation of a phase range of π or more, and one pitch of the interference fringes is set to 4 of the two-dimensional image detector.
The reason why the number of pixels is equal to or larger than the number of pixels is to obtain a sufficient resolution. : Execute the phase shift interferometry in this state. : From the phase distribution φ ′ A (X, Y) of the interference fringes of the error detecting light beam obtained in step (1), the amplitude a and the constant term b in equation (3) are obtained.

【0033】反射平面部材8の反射部が平面であること
を考慮すると、式(3)によれば、誤差検出用光束の干
渉縞の位相分布は次のように表される。 φ'A(X,Y)=C0+CXX+CYY+a・cos{2(C0+CXX+CYY)}+b …(4) で得られた誤差検出用光束の干渉縞の位相分布に対し
て、上式をフィッティングすることにより、C0、CX、CY
と共に、振幅aおよび定数項bの値が求められる。
Considering that the reflecting portion of the reflecting flat member 8 is a plane, according to equation (3), the phase distribution of the interference fringes of the error detecting light beam is expressed as follows. φ ′ A (X, Y) = C 0 + C X X + C Y Y + a · cos {2 (C 0 + C X X + C Y Y)} + b (4) By fitting the above equation to the phase distribution of the interference fringes, C 0 , C X , C Y
At the same time, the values of the amplitude a and the constant term b are obtained.

【0034】なお、平面反射部材8に既知のチルトを与
えるようにして、(4)式中のCx、Cyを既知とした上
で、(4)式でのフィッティングを実施し、aとbを求
めるようにしてもよい。
[0034] Incidentally, as impart a known tilt planar reflecting member 8, after a known and C x, C y in (4) to perform a fitting of the equation (4), and a b may be obtained.

【0035】なお、本明細書でいう「位相測定誤差の振
幅」とは、このaのことである。 振幅aが小さい場合 :取得したデータへの位相シフト誤差の影響は小さい
と判断して、補正は行わない。 振幅aが大きい場合 :で測定された被検面測定用の測定光束と参照光束
の干渉縞の位相分布φ'(X,Y)に対して、画素ごとに式
(3)の非線型方程式を解いて、真の位相分布φ(X,
Y)を求める。
The "amplitude of the phase measurement error" referred to in this specification is this a. When the amplitude a is small: It is determined that the influence of the phase shift error on the acquired data is small, and no correction is performed. In the case where the amplitude a is large: For the phase distribution φ ′ (X, Y) of the interference fringe of the measurement light beam for measurement of the surface to be measured and the reference light beam measured in Solve to find the true phase distribution φ (X,
Y).

【0036】なお、より高精度な補正を行うために、位
相シフト量の線形誤差はできるだけ小さくすることが望
ましい。すなわち、位相シフト量を正確にπ/2の整数
倍に調整して式(1)を用いて位相計算を行うか、ある
いは位相シフトの線形係数uを正確に測定して式(2)
を用いて位相計算を行うことが望ましい。
In order to perform more accurate correction, it is desirable to minimize the linear error of the phase shift amount. That is, the phase shift amount is accurately adjusted to an integral multiple of π / 2, and the phase calculation is performed using Equation (1), or the linear coefficient u of the phase shift is accurately measured to obtain Equation (2).
It is desirable to perform the phase calculation using

【0037】フィゾー平面部材5と反射平面部材8の面
形状誤差が無視できない場合は、面形状誤差の影響を補
正する必要がある。その場合の測定手順を以下に示す。 ’:被検面測定用の測定光束と参照光束の干渉縞の縞
本数が極力少なくなるように、被検面ホルダー7をアラ
イメントする。 ’:誤差検出用光束による干渉縞が縞一色となるよう
に、反射平面部材8のチルトを調整する(反射平面部材
8を、フィゾー平面部材5bとほぼ平行にすることによ
りチルト成分を小さくする。)。干渉縞が、縞一色にな
るので、画像内の位相の幅Δφが十分小さいことにな
り、誤差項である a・cos(2φ)+b の各点での変化が十分
小さくなり、定数成分とみなせる。この誤差項は、後に
説明する’の工程において、定数分として差し引かれ
る。 ’:’の状態で位相シフト干渉法を実行し、誤差検
出用光束による干渉縞の位相分布φ'B(X,Y)を測定す
る。 ’:位相分布φ'B(X,Y)から定数成分とチルト成分
を除去した位相分布E(X,Y)を求める。すなわち、位相
分布φ'B(X,Y)に、D0+DxX+DyYをフィッティングさ
せ、そのときの残差項を、定数成分とチルト成分を除去
した位相分布E(X,Y)とする。定数成分とチルト成分を
除去するのは、これらは後に’で行われるフィッティ
ングの際に分離されるものであるので、その際分離不可
能な成分のみを求めておくためである。
If the surface shape error between the Fizeau plane member 5 and the reflection plane member 8 cannot be ignored, it is necessary to correct the influence of the surface shape error. The measurement procedure in that case is shown below. ': The test surface holder 7 is aligned so that the number of interference fringes between the measurement light beam for measuring the test surface and the reference light beam is minimized. ': Adjust the tilt of the reflecting plane member 8 so that the interference fringes due to the error detection light beam become a single fringe. ). Since the interference fringes become a single fringe, the phase width Δφ in the image is sufficiently small, and the change at each point of the error term acos (2φ) + b is sufficiently small, and the constant component and Can be considered. This error term is subtracted as a constant in the process' described later. The phase shift interferometry is executed in the state of ':', and the phase distribution φ ' B (X, Y) of the interference fringes due to the error detecting light beam is measured. ': A phase distribution E (X, Y) is obtained by removing the constant component and the tilt component from the phase distribution φ' B (X, Y). That is, D 0 + D x X + D y Y is fitted to the phase distribution φ ′ B (X, Y), and the residual term at that time is replaced with the phase distribution E (X, X, Y). The reason why the constant component and the tilt component are removed is that these components are separated at the time of fitting performed later, so that only components that cannot be separated at that time are determined.

【0038】’:誤差検出用光束による干渉縞の縞本
数が0.5本以上でかつ干渉縞の1ピッチが2次元画像検
出器の4画素以上となるように、反射平面部材8のチル
トを調整する。 ’:この状態で位相シフト干渉法を実行する。そし
て、誤差検出用光束の干渉縞の位相分布φ'A(X,Y)を
得る。 ’:Δφ'(X,Y)=φ'A(X,Y)-E(X,Y)を計算し、式
(3)の振幅aおよび定数項bの値を求める。
': The tilt of the reflection plane member 8 is adjusted so that the number of interference fringes due to the error detecting light beam is 0.5 or more and one pitch of the interference fringes is 4 pixels or more of the two-dimensional image detector. . ': Execute phase shift interferometry in this state. Then, the phase distribution φ ′ A (X, Y) of the interference fringes of the error detecting light beam is obtained. ': Δφ' (X, Y ) = φ ' to calculate the A (X, Y) -E ( X, Y), determining the value of the amplitude a and the constant term b in Formula (3).

【0039】’で求められるφ'A(X,Y)は、 φ'A(X,Y)≒C0A+CXAX+CYAY+E(X,Y)+a・cos{2(C0A+CXAX+CYAY)}+b …(5) で表される。従って、Δφ'(X,Y)は次式で表され、フ
ィッティングによって振幅aおよび定数項bが求められ
る。 Δφ'(X,Y)=C0A+CXAX+CYAY+a・cos{2(C0A+CXAX+CYAY)}+b …(6) 振幅aが小さい場合 ’:取得したデータへの位相シフト誤差の影響は小さ
いと判断して、補正は行わない。 振幅aが大きい場合 ’:’で測定された被検面測定用の測定光束と参照
光束の干渉縞の位相分布φ'(X,Y)に対して、画素ごと
に式(3)の非線型方程式を解いて、真の位相分布φ
(X,Y)を求める。
Φ ′ A (X, Y) obtained by ′ is φ ′ A (X, Y) ≒ C 0A + C XA X + C YA Y + E (X, Y) + a · cos {2 ( C 0A + C XA X + C YA Y)} + b (5) Therefore, Δφ ′ (X, Y) is represented by the following equation, and the amplitude a and the constant term b are obtained by fitting. Δφ ′ (X, Y) = C 0A + C XA X + C YA Y + a · cos {2 (C 0A + C XA X + C YA Y)} + b (6) When the amplitude a is small: It is determined that the influence of the phase shift error on the acquired data is small, and no correction is performed. When the amplitude a is large For the phase distribution φ ′ (X, Y) of the interference fringe of the measurement light beam for measuring the surface to be measured and the reference light beam measured by “:”, the nonlinear expression of the formula (3) is used for each pixel. Solve the equation to find the true phase distribution φ
Find (X, Y).

【0040】本実施の形態では、式(3)の振幅aおよ
び定数項bを求めて、被検面形状の測定誤差を補正した
が、複数回の測定を行い、振幅aの値が十分小さかった
ときの被検面形状データを取得するようにしてもよい。
また、被検面ホルダーのピエゾによる駆動に故意に誤差
を付加して、振幅aの小さくなる状態を作って、そのと
きのデータを取得するようにしてもよい。
In the present embodiment, the measurement error of the shape of the test surface is corrected by obtaining the amplitude a and the constant term b of the equation (3). However, the measurement is performed a plurality of times, and the value of the amplitude a is sufficiently small. May be obtained.
Further, an error may be intentionally added to the driving of the test surface holder by the piezo to create a state where the amplitude a becomes small, and the data at that time may be acquired.

【0041】本実施の形態によれば、形状誤差の大きな
平面や、平面上にサグ量の小さな非球面加工を施したよ
うな被検面を高精度に測定することができる。
According to the present embodiment, it is possible to measure a plane having a large shape error and a surface to be inspected which has been subjected to aspheric processing with a small sag amount on the plane with high accuracy.

【0042】次に、本発明をフィゾーレンズを用いた球
面干渉計に適用した第2の実施の形態について説明す
る。本実施の形態においては、フィゾーレンズ、被検
面、被検面ホルダーの部分だけが第1の実施の形態と異
なるので、その部分については図3を用い、第1の実施
の形態と同じ部分については図1を用いて説明する。
Next, a description will be given of a second embodiment in which the present invention is applied to a spherical interferometer using a Fizeau lens. In this embodiment, only the Fizeau lens, the test surface, and the test surface holder are different from those of the first embodiment, and therefore those portions are the same as those of the first embodiment using FIG. Will be described with reference to FIG.

【0043】レーザ光源1を射出した直線偏光の光ビー
ムはビームエキスパンダ2でビーム径を変換され、PB
S3に入射する。光ビームLの偏光面はPBS3で反射
されるように選ばれている。PBS3で反射された光ビ
ームは、1/4波長板4を経てフィゾーレンズ11へ入射
し、球面波に変換される。フィゾーレンズ11の参照球
面11aを透過した光束は、測定光束として被検面12
へ入射する。被検面12で反射された測定光束は、再び
フィゾーレンズ11、1/4波長板4を経てPBS3へ入
射する。測定光束は往復で1/4波長板を2度通過して偏
光面が90度回転しているので、PBS3を透過する。P
BS3を透過した測定光束はビーム径変換光学系9でビ
ーム径を変換され、2次元画像検出器10に入射する。
The beam diameter of the linearly polarized light beam emitted from the laser light source 1 is converted by the beam expander 2 and
It is incident on S3. The polarization plane of the light beam L is selected to be reflected by the PBS 3. The light beam reflected by the PBS 3 enters the Fizeau lens 11 via the quarter-wave plate 4, and is converted into a spherical wave. The light beam transmitted through the reference spherical surface 11a of the Fizeau lens 11 is used as a measurement light beam on the surface 12 to be measured.
Incident on. The measurement light beam reflected by the test surface 12 again enters the PBS 3 through the Fizeau lens 11 and the quarter-wave plate 4. The measurement light beam passes through the quarter-wave plate twice in a reciprocating manner and the polarization plane is rotated by 90 degrees, so that it passes through the PBS 3. P
The beam diameter of the measurement light beam transmitted through the BS 3 is converted by the beam diameter conversion optical system 9 and is incident on the two-dimensional image detector 10.

【0044】一方、フィゾーレンズ11の参照面11a
での反射光は、参照光束として、1/4波長板4を経て、
PBS3に入射する。参照光束は、往復で1/4波長板を
2度通過して偏光面が90度回転しているので、PBS3
を透過する。PBS3を透過した参照光束は、ビーム径
変換光学系9でビーム径を変換され、2次元画像検出器
10に入射し、測定光束と参照光束の干渉縞が検出され
る。
On the other hand, the reference surface 11a of the Fizeau lens 11
Is reflected as a reference light beam through a quarter-wave plate 4,
It is incident on PBS3. The reference light beam passes through the quarter-wave plate twice in a round trip and the polarization plane is rotated by 90 degrees.
Through. The beam diameter of the reference light beam transmitted through the PBS 3 is converted by the beam diameter conversion optical system 9 and enters the two-dimensional image detector 10, where interference fringes between the measurement light beam and the reference light beam are detected.

【0045】本実施の形態では、誤差検出用光束を形成
するための参照平面部材13をフィゾーレンズ11に固
定し、光ビームが参照平面部材13の参照平面13aに
も入射する構成にしている。これにより、参照光束と誤
差検出用参照光束との位相関係が、完全に一定に保たれ
る。
In this embodiment, the reference plane member 13 for forming the error detecting light beam is fixed to the Fizeau lens 11, and the light beam also enters the reference plane 13 a of the reference plane member 13. Thus, the phase relationship between the reference light beam and the reference light beam for error detection is kept completely constant.

【0046】参照平面13aで反射された誤差検出用参
照光束は、1/4波長板4を経て、PBS3を透過し、ビ
ーム径変換光学系9でビーム径を変換され、2次元画像
検出器10に入射する。一方、参照平面13aを透過し
た誤差検出用測定光束は、被検面ホルダー14に備えら
れた反射平面部材15へ入射する。反射平面部材15で
反射された誤差検出用測定光束は、再び参照平面部材1
3、1/4波長板4を経てPBS3へ入射する。PBS3
を透過した誤差検出用測定光束はビーム径変換光学系9
でビーム径を変換され、2次元画像検出器10に入射
し、誤差検出用測定光束と誤差検出用参照光束の干渉縞
が検出される。
The error detecting reference light beam reflected by the reference plane 13a passes through the 1/3 wavelength plate 4, passes through the PBS 3, is converted in beam diameter by the beam diameter converting optical system 9, and is subjected to the two-dimensional image detector 10 Incident on. On the other hand, the measurement light flux for error detection transmitted through the reference plane 13a is incident on the reflection plane member 15 provided on the surface holder 14 to be measured. The measurement light flux for error detection reflected by the reflection plane member 15 is again transmitted to the reference plane member 1.
The light enters the PBS 3 via the 3/4 wavelength plate 4. PBS3
The measurement light flux for error detection which has passed through the
Then, the beam diameter is converted into the two-dimensional image detector 10, and the interference fringes of the measurement light beam for error detection and the reference light beam for error detection are detected.

【0047】反射平面部材15は、被検面12の形状測
定精度に対して十分小さな面形状誤差を有するように、
すなわち、十分な平坦度を有するように形成されている
ことが好ましいが、これが満たされない場合でも、前述
のように、反射平面部材15の絶対平面からの形状誤差
を算出して、補正することが可能である。また、反射平
面部材15は、被検面12と同じ被検面ホルダー14に
取り付けられているので、測定光束と誤差検出用測定光
束との位相関係は、常に一定に保たれる。しかし、誤差
検出用光束の干渉縞の本数を可変とするために、反射平
面部材15は被検面12に対してチルト調整可能な機構
を有している。
The reflecting plane member 15 has a sufficiently small surface shape error with respect to the shape measurement accuracy of the surface 12 to be measured.
That is, it is preferable that the reflection flat member 15 is formed so as to have a sufficient flatness. However, even if the flatness is not satisfied, it is possible to calculate and correct the shape error of the reflection plane member 15 from the absolute plane as described above. It is possible. Further, since the reflection flat member 15 is mounted on the same test surface holder 14 as the test surface 12, the phase relation between the measurement light beam and the error detection measurement light beam is always kept constant. However, in order to make the number of interference fringes of the error detecting light beam variable, the reflecting plane member 15 has a mechanism capable of adjusting the tilt with respect to the surface 12 to be measured.

【0048】次に、面形状測定誤差の補正方法について
説明する。第1の実施の形態の平面測定と異なるのは、
被検面上の各点での法線方向と位相シフトの方向が異な
る点、すなわち位相シフト量に線形なずれが存在するこ
とである。誤差検出用光束を用いた位相測定誤差の検出
等は第1の実施の形態と同様である。すなわち、前記
〜の工程、又は’〜’の工程により、誤差の振幅
aと定数項bを求める。
Next, a method of correcting a surface shape measurement error will be described. What is different from the plane measurement of the first embodiment is that
The point is that the normal direction and the phase shift direction at each point on the test surface are different, that is, there is a linear shift in the phase shift amount. The detection of the phase measurement error using the error detecting light beam and the like are the same as in the first embodiment. That is, the amplitude a of the error and the constant term b are obtained by the above-mentioned steps or the steps of '~'.

【0049】しかし、被検面形状の測定誤差補正時に解
く非線型方程式を下記の式に変更する。 φ’=φ+{a・cos(2φ)+b}・cosθ …(7) ここで、θは被検面上の各点における法線と光軸(位相
シフト方向)のなす角度である。
However, the nonlinear equation to be solved at the time of correcting the measurement error of the shape of the test surface is changed to the following equation. φ ′ = φ + {a · cos (2φ) + b} · cos θ (7) where θ is the angle between the normal line at each point on the surface to be measured and the optical axis (phase shift direction).

【0050】なお、より高精度な測定を行うために、位
相計算式に式(2)を用い、線形係数uは、u=u0cos
θとすることが望ましい。ここで、u0はθ=0(位相
シフト方向)での線形係数であり、位相シフト量が正確
に調整されていれば、u0=1である。
In order to perform more accurate measurement, equation (2) is used for the phase calculation equation, and the linear coefficient u is expressed as u = u 0 cos
It is desirable to be θ. Here, u 0 is a linear coefficient at θ = 0 (phase shift direction), and if the amount of phase shift is accurately adjusted, u 0 = 1.

【0051】本実施例では、式(3)の振幅aおよび定
数項bを求めて、被検面形状の測定誤差を補正したが、
複数回の測定を行い、振幅aの値が十分小さかったとき
の被検面形状データを取得するようにしてもよい。ま
た、被検面ホルダーのピエゾによる駆動に故意に誤差を
付加して、振幅aの小さくなる状態を作って、そのとき
のデータを取得するようにしてもよい。
In the present embodiment, the amplitude a and the constant term b of the equation (3) are obtained to correct the measurement error of the shape of the test surface.
The measurement may be performed a plurality of times to obtain the test surface shape data when the value of the amplitude a is sufficiently small. Further, an error may be intentionally added to the driving of the test surface holder by the piezo to create a state where the amplitude a becomes small, and the data at that time may be acquired.

【0052】本実施例の発明により、形状誤差の大きな
球面や、非球面量の小さな非球面を高精度に測定するこ
とが可能になる。
According to the present invention, it is possible to measure a spherical surface having a large shape error and an aspherical surface having a small aspherical amount with high accuracy.

【0053】次に、本発明をフィゾーレンズを用いた球
面干渉計に適用した第3実施の形態について説明する。
フィゾーレンズ、被検面、被検面ホルダー部分の構成を
図4に示す。誤差検出用光束として、フィゾーレンズの
参照球面11aの反射光と、被検面ホルダー16に備え
た反射球面部材17での反射光を利用する。
Next, a third embodiment in which the present invention is applied to a spherical interferometer using a Fizeau lens will be described.
FIG. 4 shows the configuration of the Fizeau lens, the test surface, and the test surface holder. As the error detecting light beam, the reflected light from the reference spherical surface 11a of the Fizeau lens and the reflected light from the reflective spherical member 17 provided on the test surface holder 16 are used.

【0054】参照光束と誤差検出用参照光束は、同じフ
ィゾーレンズ11によって形成されているので、参照光
束と誤差検出用参照光束との位相関係は、常に一定に保
たれる。また、反射球面部材17と被検面12は、同じ
被検面ホルダー16に取り付けられているので、測定光
束と誤差検出用測定光束との位相関係は、常に一定に保
たれる。
Since the reference light beam and the error detection reference light beam are formed by the same Fizeau lens 11, the phase relationship between the reference light beam and the error detection reference light beam is always kept constant. Further, since the reflective spherical member 17 and the test surface 12 are mounted on the same test surface holder 16, the phase relation between the measurement light beam and the error detection measurement light beam is always kept constant.

【0055】反射球面部材17と被検面12の光軸方向
の位置関係は、被検面測定用光束の干渉縞の縞本数が極
力少なくなるようアライメントしたときに、誤差検出用
光束の干渉縞の縞本数が0.5本以上でかつ干渉縞の1ピ
ッチが2次元画像検出器の4画素以上となるように調整
されている。
The positional relationship between the reflective spherical member 17 and the test surface 12 in the optical axis direction is such that when alignment is performed so that the number of interference fringes of the light beam for measurement on the test surface is minimized, the interference fringe of the light beam for error detection is reduced. Are adjusted so that the number of stripes is 0.5 or more and one pitch of interference fringes is 4 or more pixels of the two-dimensional image detector.

【0056】測定方法を、順を追って説明する。2次元
画像検出器上の画素の座標を(X,Y)とする。 ”:被検面測定用の測定光束と参照光束の干渉縞の縞
本数が極力少なくなるように、被検面ホルダー16をア
ライメントする。 ”:この状態で位相シフト干渉法を実行する。 ”:”で得られた誤差検出用干渉縞の位相分布φ'A
(X,Y)から、チルト成分およびフォーカス成分を除去
し、式(3)の振幅aを求め、aの値が目標精度に対し
て十分小さいか判断する。フォーカス成分の除去は、た
とえば、θを光軸と面法線のなす角として、D(sin2θ+
sin4θ/4)を、Dをパラメータとしてフィッティングす
ることにより行う。 ”:”、”の工程を、aの値が十分小さいと判断
されるまで繰り返す。そして、aの値が十分小さいとき
の測定干渉縞の位相分布を測定データとして採用する。
The measuring method will be described step by step. Let the coordinates of the pixel on the two-dimensional image detector be (X, Y). ": The test surface holder 16 is aligned so that the number of interference fringes between the measurement light beam for measuring the test surface and the reference light beam is minimized.": The phase shift interferometry is executed in this state. Phase distribution φ ' A of the interference fringes for error detection obtained in ":"
From (X, Y), the tilt component and the focus component are removed, the amplitude a of Expression (3) is obtained, and it is determined whether the value of a is sufficiently smaller than the target accuracy. The removal of the focus component is performed, for example, by defining θ as the angle between the optical axis and the surface normal, and D (sin 2 θ +
sin 4 θ / 4) is performed by fitting D as a parameter. The steps of ":" and "" are repeated until it is determined that the value of a is sufficiently small, and the phase distribution of the measured interference fringes when the value of a is sufficiently small is adopted as the measurement data.

【0057】なお、誤差検出用光束の干渉縞の位相分布
は、位相シフト量の線形係数をu=u0cosθAとして、
式(2)の位相計算式で算出している。ここで、θA
反射球面部材17へ入射する光束と光軸のなす角度であ
る。
The phase distribution of the interference fringes of the light beam for error detection is obtained by setting the linear coefficient of the phase shift amount to u = u 0 cos θ A.
It is calculated by the phase calculation formula of Expression (2). Here, θ A is the angle between the light beam incident on the reflective spherical member 17 and the optical axis.

【0058】フィゾーレンズの参照球面と反射球面部材
の面形状誤差が無視できない場合は、面形状誤差の影響
を補正する必要がある。その場合は、予め誤差検出用光
束の干渉縞が縞一色になるように配置して干渉縞の位相
分布を測定し、形状誤差に起因する成分を抽出し、誤差
検出時に位相分布φ'A(X,Y)から減算する。
If the surface shape error between the reference spherical surface and the reflective spherical member of the Fizeau lens cannot be ignored, it is necessary to correct the influence of the surface shape error. In that case, the phase distribution of the interference fringes measured interference fringes of advance error detecting light beam is arranged so that the fringe color, extracting a component caused by the shape error, the phase distribution at the time of error detection phi 'A ( X, Y).

【0059】また、本実施例においても、誤差検出用光
束の干渉縞の位相分布から式(3)の振幅aおよび定数
項bを求めることにより、被検面形状データの補正が可
能である。その場合は、被検面測定用光束の干渉縞の位
相分布φ'(X,Y)に対して、画素ごとに式(7)の非線
型方程式を解いて真の位相分布φ(X,Y)を求める。 φ’=φ+{a・cos(2φ)+b}・(cosθ/cosθA) …(7) ここで、θは被検面12上の各点における法線と光軸
(位相シフト方向)のなす角度である。
Also in the present embodiment, it is possible to correct the shape data of the surface to be detected by obtaining the amplitude a and the constant term b of the equation (3) from the phase distribution of the interference fringes of the light beam for error detection. In this case, for the phase distribution φ ′ (X, Y) of the interference fringe of the light beam for measuring the surface to be measured, the nonlinear phase equation (7) is solved for each pixel to obtain the true phase distribution φ (X, Y). ). φ ′ = φ + {a · cos (2φ) + b} · (cos θ / cos θ A ) (7) where θ is a normal line and an optical axis (phase shift direction) at each point on the surface 12 to be measured. Angle.

【0060】また、被検面ホルダーのピエゾによる駆動
に故意に誤差を付加して、振幅aの小さくなる状態を作
って、そのときのデータを取得するようにしてもよい。
Further, an error may be intentionally added to the driving of the test surface holder by the piezo to create a state where the amplitude a becomes small, and the data at that time may be obtained.

【0061】本発明は、Nullレンズやゾーンプレート、
参照平面部と非球面部からなるNull素子などを使用した
干渉計にも適用可能である。被検面測定誤差の補正等に
ついては、第2の実施の形態と同様である。
The present invention relates to a Null lens, a zone plate,
The present invention is also applicable to an interferometer using a Null element having a reference plane portion and an aspherical portion. The correction of the test surface measurement error and the like are the same as in the second embodiment.

【0062】Nullレンズを使用した干渉計の場合の構成
を図5に示す。Nullレンズ21とフィゾー平面部材22
を一体化した構造としている。これにより、参照光束と
誤差検出用参照光束との位相関係が、完全に一定に保た
れる。
FIG. 5 shows a configuration in the case of an interferometer using a Null lens. Null lens 21 and Fizeau plane member 22
Is integrated. Thus, the phase relationship between the reference light beam and the reference light beam for error detection is kept completely constant.

【0063】フィゾー平面部材22の参照平面22aを
透過した光束は、測定光束としてNullレンズ21へ入射
して、所定の波面に変換され、被検面23へ入射する。
一方、参照平面22aで反射した光束が参照光束として
用いられる。誤差検出用光束には、フィゾー平面部材の
参照平面22aからの反射光と被検面ホルダー14に備
えられた反射平面部材15からの反射光を用いている。
被検面23と反射平面部材15は、同じ被検面ホルダー
14に取り付けられているので、測定光束と誤差検出用
測定光束との位相関係は、常に一定に保たれる。しか
し、誤差検出用光束の干渉縞の本数を可変とするため
に、反射平面部材15は被検面23に対してチルト調整
可能な機構を有している。
The light beam transmitted through the reference plane 22a of the Fizeau plane member 22 enters the Null lens 21 as a measurement light beam, is converted into a predetermined wavefront, and is incident on the surface 23 to be measured.
On the other hand, the light beam reflected by the reference plane 22a is used as a reference light beam. The reflected light from the reference plane 22a of the Fizeau plane member and the reflected light from the reflective plane member 15 provided on the test surface holder 14 are used as the error detection light flux.
Since the test surface 23 and the reflection flat member 15 are mounted on the same test surface holder 14, the phase relationship between the measurement light beam and the error detection measurement light beam is always kept constant. However, in order to make the number of interference fringes of the error detecting light beam variable, the reflecting plane member 15 has a mechanism capable of adjusting the tilt with respect to the surface 23 to be measured.

【0064】ゾーンプレートを使用した干渉計の場合の
構成を図6に示す。ゾーンプレート31のパターン形成
部31aで所定の波面に変換された透過回折光は、測定
光束として被検面23へ入射する。一方、ゾーンプレー
ト31からの反射0次光が参照光束に用いられる。誤差
検出用光束には、ゾーンプレート31のパターンが形成
されている方の面のパターンが形成されていない部分3
1bからの反射光と、被検面ホルダー14に備えられた
反射平面部材15からの反射光を用いている。
FIG. 6 shows a configuration in the case of an interferometer using a zone plate. The transmitted diffracted light converted into a predetermined wavefront by the pattern forming portion 31a of the zone plate 31 is incident on the surface 23 to be measured as a measurement light beam. On the other hand, zero-order light reflected from the zone plate 31 is used as a reference light beam. In the error detection light beam, a portion 3 where the pattern of the surface on which the pattern of the zone plate 31 is formed is not formed.
The reflected light from 1b and the reflected light from the reflective flat member 15 provided on the test surface holder 14 are used.

【0065】ゾーンプレート31の一部31bを誤差検
出用光束の形成に用いているので、参照光束と誤差検出
用参照光束との位相関係が、完全に一定に保たれる。ま
た、被検面23と反射平面部材15は、同じ被検面ホル
ダー14に取り付けられているので、測定光束と誤差検
出用測定光束との位相関係は、常に一定に保たれる。し
かし、誤差検出用光束の干渉縞の本数を可変とするため
に、反射平面部材15は被検面23に対してチルト調整
可能な機構を有している。
Since the part 31b of the zone plate 31 is used for forming the error detecting light beam, the phase relationship between the reference light beam and the error detecting reference light beam is kept completely constant. Further, since the test surface 23 and the reflection flat member 15 are attached to the same test surface holder 14, the phase relationship between the measurement light beam and the error detection measurement light beam is always kept constant. However, in order to make the number of interference fringes of the error detecting light beam variable, the reflecting plane member 15 has a mechanism capable of adjusting the tilt with respect to the surface 23 to be measured.

【0066】参照平面部と非球面部からなるNull素子を
使用した干渉計の場合の構成を図7に示す。Null素子4
1の参照平面部41aを透過した光束は、測定光束とし
て非球面部41bで所定の波面に変換され、被検面23
に入射する。一方、参照平面部41aで反射された光束
を参照光束に用いている。誤差検出用光束には、Null素
子41の参照平面部41aからの反射光と、被検面ホル
ダー14に備えられた反射平面部材15からの反射光を
用いている。
FIG. 7 shows a configuration in the case of an interferometer using a Null element consisting of a reference plane portion and an aspherical portion. Null element 4
The light beam transmitted through the reference plane portion 41a is converted into a predetermined wavefront by the aspheric surface portion 41b as a measurement light beam,
Incident on. On the other hand, the light beam reflected by the reference plane portion 41a is used as the reference light beam. The reflected light from the reference plane portion 41a of the Null element 41 and the reflected light from the reflecting plane member 15 provided on the test surface holder 14 are used as the error detection light flux.

【0067】Null素子41の一部41aを誤差検出用光
束の形成に用いているので、参照光束と誤差検出用参照
光束との位相関係が、完全に一定に保たれる。また、被
検面23と反射平面部材15は、同じ被検面ホルダー1
4に取り付けられているので、測定光束と誤差検出用測
定光束との位相関係は、常に一定に保たれる。しかし、
誤差検出用光束の干渉縞の本数を可変とするために、反
射平面部材15は被検面23に対してチルト調整可能な
機構を有している。
Since a part 41a of the Null element 41 is used for forming the error detecting light beam, the phase relationship between the reference light beam and the error detecting reference light beam is kept completely constant. The test surface 23 and the reflection flat member 15 are the same as the test surface holder 1.
4, the phase relationship between the measurement light beam and the error detection measurement light beam is always kept constant. But,
In order to make the number of interference fringes of the error detecting light beam variable, the reflecting plane member 15 has a mechanism capable of adjusting the tilt with respect to the surface 23 to be measured.

【0068】なお、式(3)の振幅aは、チルト成分除
去後の誤差検出用光束の干渉縞の位相分布のP−V値か
ら求めるようにしてもよい。その際、振幅aの正負は、
チルト成分除去前の干渉縞の位相分布で、φ’≒0とな
る画素におけるチルト成分除去後の位相の正負で判断す
る。また、被検面測定データの補正時には、定数項b=
0として非線型方程式を解いてもよい。
The amplitude a in the equation (3) may be obtained from the PV value of the phase distribution of the interference fringes of the error detecting light beam after the tilt component is removed. At this time, the sign of the amplitude a is
In the phase distribution of the interference fringes before the tilt component removal, the determination is made based on the sign of the phase after the tilt component removal in the pixel where φ ′ ≒ 0. When correcting the measurement data of the surface to be measured, the constant term b =
The nonlinear equation may be solved with 0.

【0069】これまで、位相シフト法の計算式として式
(1)、式(2)の例を示したが、他の計算式によって
位相を計算する場合でも本発明は適用可能である。特
に、位相シフト量に線形誤差がある場合は、位相シフト
量として0〜2πを与えるよりも、−π〜πを与える方
が本発明の誤差補正が有効に機能することが確認されて
いる。この場合の位相計算式は、次のようになる。 tanφ・sin(πu/2)=[B0-(B-2+B2)/2]/(B1-B-1) …(8) ここで、B0が求めるべき初期位相における干渉縞の強
度であり、B-2が−π、B-1が−π/2、B1が+π/
2、B2が+πの位相シフトを与えたときの干渉縞の強
度である。
The formulas (1) and (2) have been described as examples of the phase shift method, but the present invention can be applied to the case where the phase is calculated by another formula. In particular, it has been confirmed that when there is a linear error in the phase shift amount, the error correction of the present invention functions more effectively when the phase shift amount is -π to π than when it is 0 to 2π. The phase calculation formula in this case is as follows. tanφ · sin (πu / 2) = [B 0 − (B −2 + B 2 ) / 2] / (B 1 −B −1 ) (8) where B 0 is the interference pattern in the initial phase to be obtained. of the intensity, B -2 is - [pi], B -1 is -π / 2, B 1 is + [pi /
2, B 2 is an intensity of the interference fringes when given a phase shift of + [pi.

【0070】これまでの実施の形態においては、参照面
と被検面の光軸方向の並進の影響のみを考慮してきた。
チルトを考慮しなければならない場合は、光軸に直交方
向の座標を(X,Y)として、振幅aおよび定数項bを座
標(X,Y)の1次関数で表して補正を行う。具体的に
は、被検面の周りに配置された誤差検出用の反射部材の
複数の個所での振幅aおよび定数項bを求め、座標(X,
Y)の1次関数としてフィッティングを行い、関数a
(X,Y)およびb(X,Y)を求め、被検面上の座標ごとに
補正を行う。
In the embodiments described above, only the influence of the translation in the optical axis direction between the reference surface and the test surface has been considered.
If the tilt must be considered, the correction is performed by expressing the amplitude a and the constant term b as a linear function of the coordinates (X, Y), with the coordinates in the direction orthogonal to the optical axis as (X, Y). Specifically, the amplitude a and the constant term b at a plurality of locations of the error detecting reflective member arranged around the surface to be measured are obtained, and the coordinates (X,
The fitting is performed as a linear function of Y), and the function a
(X, Y) and b (X, Y) are obtained, and correction is performed for each coordinate on the test surface.

【0071】また、本発明をピンホールによる回折波面
を基準とするPoint-Diffraction-Interferometer(特開
平2-228505号公報)に適用することも可能である。その
場合の被検面ホルダー等の構成は、第3の実施の形態に
おける図4と同様である。この場合も、式(3)の振幅
aの値が小さくなったときのデータを取得するようにし
てもよいし、検出した振幅aおよび定数項bを用いて位
相測定誤差を補正するようにしてもよい。
The present invention can be applied to a point-diffraction-interferometer (JP-A-2-228505) based on a wavefront diffracted by a pinhole. In this case, the configuration of the test surface holder and the like is the same as that of FIG. 4 in the third embodiment. In this case as well, data obtained when the value of the amplitude a in Expression (3) becomes small may be obtained, or the phase measurement error may be corrected using the detected amplitude a and the constant term b. Is also good.

【0072】また、平成10年特許願第268576号
の明細書に開示されている、本発明者の先願発明のよう
な、波面形成手段を用いて被検非球面と基準原器の間の
波面を形成して、被検非球面と基準原器の比較測定を行
う場合にも本発明は適用可能である。本発明を適用する
ことにより、縞一色とならずとも高精度な測定が可能に
なるので、非球面量の大きな被検面を高精度に測定でき
る。
Further, the wavefront forming means disclosed in Japanese Patent Application No. 268576/1998 discloses a method of forming a wavefront between a non-spherical surface to be measured and a reference prototype. The present invention can also be applied to a case where a wavefront is formed and a comparative measurement is performed between a test aspheric surface and a reference prototype. By applying the present invention, high-precision measurement can be performed without using only one stripe, so that a test surface having a large amount of aspherical surface can be measured with high accuracy.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1に係る発明及び請求項2に係る発明においては、位
相シフト法に対する振動等の影響を除去することによ
り、レンズ、ミラーなどを高精度に測定できる面形状測
定装置を提供することができる。
As described above, in the first and second aspects of the present invention, the lens, the mirror, and the like are removed by removing the influence of vibration and the like on the phase shift method. A surface shape measuring device capable of measuring with high accuracy can be provided.

【0074】特に、干渉縞の位相分布の幅が広い場合で
も高精度な測定が可能になるため、形状誤差の大きな平
面および球面や、非球面量の小さな非球面を高精度に測
定することが可能になる。
Particularly, even when the width of the phase distribution of the interference fringes is wide, high-precision measurement is possible. Therefore, it is possible to measure a plane and a sphere having a large shape error and an aspheric surface having a small aspheric amount with high accuracy. Will be possible.

【0075】請求項3に係る発明においては、位相測定
誤差の振幅が所定値より小さい状態が発生する頻度が多
くなり、前記第2の手段を有効に使用することができ
る。
In the invention according to the third aspect, the frequency of occurrence of a state where the amplitude of the phase measurement error is smaller than the predetermined value increases, and the second means can be used effectively.

【0076】請求項4に係る発明においては、位相測定
誤差の検出精度を、所望の被検面形状測定精度を得るた
めに必要な位相測定誤差の検出精度に対して十分高くす
ることができ、被検面の形状を正確に測定することがで
きる。
According to the fourth aspect of the present invention, the detection accuracy of the phase measurement error can be made sufficiently higher than the detection accuracy of the phase measurement error required to obtain a desired measurement accuracy of the shape of the test surface. The shape of the test surface can be accurately measured.

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

【図1】本発明の実施の形態の基本構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態である平面測定用面
形状測定装置のフィゾー面部と被検面部の概要を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a Fizeau surface portion and a test surface portion of the surface shape measuring apparatus for planar measurement according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態である球面測定用面
形状測定装置のフィゾー面部と被検面部の概要を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a Fizeau surface portion and a test surface portion of a spherical shape measuring surface shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態である球面測定用面
形状測定装置のフィゾー面部と被検面部の概要を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a Fizeau surface portion and a test surface portion of a spherical shape measuring surface shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図5】Nullレンズを用いた面形状測定装置のフィゾー
面部と被検面部の概要を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an outline of a Fizeau surface portion and a test surface portion of a surface shape measuring apparatus using a Null lens.

【図6】ゾーンプレートを用いた面形状測定装置のフィ
ゾー面部と被検面部の概要を示す図である。
FIG. 6 is a view showing an outline of a Fizeau surface portion and a test surface portion of the surface shape measuring device using a zone plate.

【図7】参照平面部と非球面部からなるNull素子を用い
た面形状測定装置のフィゾー面部と被検面部の概要を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an outline of a Fizeau surface portion and a test surface portion of a surface shape measuring apparatus using a Null element including a reference plane portion and an aspherical surface portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ光源、2…ビームエキスパンダ、3…偏光ビ
ームスプリッタ、4…1/4波長板、5…フィゾー平面部
材、5a…参照面の領域、5b…参照面の外側の領域、
6…被検面、7…被検面ホルダー、8…反射平面部材、
9…ビーム径変換光学系、10…2次元画像検出器、1
1…フィゾーレンズ、11a…参照面、12…被検面、
13…参照平面部材、13a…参照平面、14…被検面
ホルダー、15…反射平面部材、16…被検面ホルダ
ー、17…反射球面部材、21…Nullレンズ、22…フ
ィゾー平面部材、22a…参照平面、23…被検面、3
1…ゾーンプレート、31a…パターン形成部、31b
…パターンが形成されていない部分、41…Null素子、
41a…参照平面部、41b…非球面部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 2 ... Beam expander, 3 ... Polarization beam splitter, 4 ... 1/4 wavelength plate, 5 ... Fizeau plane member, 5a ... Reference surface area, 5b ... Outside reference surface area,
6 ... test surface, 7 ... test surface holder, 8 ... reflection flat member,
9: beam diameter conversion optical system, 10: two-dimensional image detector, 1
Reference numeral 1 denotes a Fizeau lens, 11a denotes a reference surface, 12 denotes a test surface,
Reference numeral 13: Reference plane member, 13a: Reference plane, 14: Test surface holder, 15: Reflection plane member, 16: Test surface holder, 17: Reflection spherical member, 21: Null lens, 22: Fizeau plane member, 22a ... Reference plane, 23 ... test surface, 3
1: Zone plate, 31a: Pattern forming part, 31b
… Part where no pattern is formed, 41… Null element,
41a: Reference plane portion, 41b: Aspheric portion

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源から出射された光束の一部を測定光
束として被検面に照射すると共に、被検面で反射された
測定光束と、前記光源から出射された光束の一部であっ
て所定の波面を有する参照光束とを互いに干渉させ、干
渉により生じる干渉縞(測定干渉縞)の位相分布を位相
シフト干渉法で測定する面形状測定装置であって、(a)
前記被検面で反射された前記測定光束との位相関係が一
定である誤差検出用測定光束を形成する手段と、(b) 前
記参照光束との位相関係が一定である誤差検出用参照光
束を形成する手段と、(c) 前記誤差検出用測定光束と前
記誤差検出用参照光束とを互いに干渉させ、干渉により
生じる干渉縞(誤差検出用干渉縞)の位相分布を前記測
定干渉縞の位相分布と同時に観測する手段と、(d) 誤差
検出用干渉縞の位相分布の測定データから位相測定誤差
を求める手段と、(e) 求められた位相測定誤差を用い
て、前記測定干渉縞から求められた被検面形状の測定誤
差を補正する手段とを有することを特徴とする面形状測
定装置。
1. A part of a light beam emitted from a light source is radiated to a surface to be measured as a measurement light beam, and the measurement light beam reflected by the surface to be measured and a part of a light beam emitted from the light source are included. A surface profile measuring apparatus for causing a reference light beam having a predetermined wavefront to interfere with each other and measuring a phase distribution of an interference fringe (measurement fringe) generated by the interference by a phase shift interferometry, wherein (a)
Means for forming an error detection measurement light beam having a constant phase relationship with the measurement light beam reflected by the test surface, and (b) an error detection reference light beam having a constant phase relationship with the reference light beam. Means for forming, and (c) causing the measurement light beam for error detection and the reference light beam for error detection to interfere with each other, and changing the phase distribution of interference fringes (error detection interference fringes) caused by the interference to the phase distribution of the measurement interference fringes. Means for simultaneously observing, (d) means for obtaining a phase measurement error from measured data of the phase distribution of the error detection interference fringes, and (e) using the obtained phase measurement errors, Means for correcting a measurement error of the shape of the test surface.
【請求項2】 光源から出射された光束の一部を測定光
束として被検面に照射すると共に、被検面で反射された
測定光束と、前記光源から出射された光束の一部であっ
て所定の波面を有する参照光束とを互いに干渉させ、干
渉により生じる干渉縞(測定干渉縞)の位相分布を位相
シフト干渉法で測定する面形状測定装置であって、(a)
前記被検面で反射された前記測定光束との位相関係が一
定である誤差検出用測定光束を形成する手段と、(b) 前
記参照光束との位相関係が一定である誤差検出用参照光
束を形成する手段と、(c) 前記誤差検出用測定光束と前
記誤差検出用参照光束とを互いに干渉させ、干渉により
生じる干渉縞(誤差検出用干渉縞)の位相分布を前記測
定干渉縞の位相分布と同時に観測する手段と、(d) 誤差
検出用干渉縞の位相分布の測定データから位相測定誤差
を求める手段と、(e) 求められた位相測定誤差の振幅が
所定値より小さいときの、前記測定干渉縞から求められ
た被検面形状の測定データを、被検面の形状として採用
する手段とを有することを特徴とする面形状測定装置。
2. A method according to claim 1, further comprising: irradiating a part of a light beam emitted from the light source to the surface to be measured as a measurement light beam, and measuring a light beam reflected by the surface to be measured and a part of the light beam emitted from the light source. A surface profile measuring apparatus for causing a reference light beam having a predetermined wavefront to interfere with each other and measuring a phase distribution of an interference fringe (measurement fringe) generated by the interference by a phase shift interferometry, wherein (a)
Means for forming an error detection measurement light beam having a constant phase relationship with the measurement light beam reflected by the test surface, and (b) an error detection reference light beam having a constant phase relationship with the reference light beam. Means for forming, and (c) causing the measurement light beam for error detection and the reference light beam for error detection to interfere with each other, and changing the phase distribution of interference fringes (error detection interference fringes) caused by the interference to the phase distribution of the measurement interference fringes. Simultaneously observing means, (d) means for obtaining a phase measurement error from measurement data of the phase distribution of the error detection interference fringes, and (e) when the amplitude of the obtained phase measurement error is smaller than a predetermined value, Means for adopting measurement data of the shape of the test surface obtained from the measured interference fringes as the shape of the test surface.
【請求項3】 請求項2に記載の面形状測定装置であっ
て、位相シフト干渉法で与えるべき位相シフト量に、故
意に誤差を付加する手段を有することを特徴とする面形
状測定装置。
3. The surface shape measuring apparatus according to claim 2, further comprising means for intentionally adding an error to a phase shift amount to be given by the phase shift interferometry.
【請求項4】 請求項1から請求項3のうちいずれか1
項に記載の面形状測定装置であって、前記誤差検出用参
照光束を形成する手段、及び前記誤差検出用測定光束を
形成する手段の面形状誤差が、所望の被検面形状測定精
度に対して十分小さいことを特徴とする面形状測定装
置。
4. One of claims 1 to 3
The surface shape measuring apparatus according to the item, wherein the means for forming the error detection reference light beam, and the surface shape error of the means for forming the error detection measurement light beam, the desired surface shape measurement accuracy with respect to the desired Surface shape measuring device characterized by being sufficiently small.
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