JP2001021327A - 面形状測定装置 - Google Patents
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- JP2001021327A JP2001021327A JP11192802A JP19280299A JP2001021327A JP 2001021327 A JP2001021327 A JP 2001021327A JP 11192802 A JP11192802 A JP 11192802A JP 19280299 A JP19280299 A JP 19280299A JP 2001021327 A JP2001021327 A JP 2001021327A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】球面波を基準波面とする面形状測定装置であっ
て、容易に、かつ、高精度に面形状を測定することので
きる面形状測定装置を提供する 【解決手段】所定の波面の第１の光束ＳＷＡを被検面５
ａに入射させ、その反射光と、所定の波面の第２の光束
ＳＷＢとを干渉させて、検出部７により光路長差の分布
Ｄ1を求めた後、機構１０６により被検面５ａおよび検
出部７の位置関係を相対的に入れ替えて、第２の光束Ｓ
ＷＢを被検面５ａに入射させ、その反射光と、前記第１
の光束ＳＷＡとを干渉させて、光路長差の分布Ｄ2を求
める。求めたＤ1およびＤ2を Ｅ＝（Ｄ1＋Ｄ2）／４に
代入することにより、被検面５ａの面形状を表すＥを算
出する。
て、容易に、かつ、高精度に面形状を測定することので
きる面形状測定装置を提供する 【解決手段】所定の波面の第１の光束ＳＷＡを被検面５
ａに入射させ、その反射光と、所定の波面の第２の光束
ＳＷＢとを干渉させて、検出部７により光路長差の分布
Ｄ1を求めた後、機構１０６により被検面５ａおよび検
出部７の位置関係を相対的に入れ替えて、第２の光束Ｓ
ＷＢを被検面５ａに入射させ、その反射光と、前記第１
の光束ＳＷＡとを干渉させて、光路長差の分布Ｄ2を求
める。求めたＤ1およびＤ2を Ｅ＝（Ｄ1＋Ｄ2）／４に
代入することにより、被検面５ａの面形状を表すＥを算
出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、ミラーな
どの面形状を高精度に測定するための干渉計に関する。
どの面形状を高精度に測定するための干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、面形状の計測には、フィゾー干渉
計やトワイマン・グリーン干渉計が用いられてきた。こ
れらの干渉計は、基準面を必要とし、その基準面との比
較によって面形状を計測する。このため、測定精度は基
準面の面精度を越えることができなかった。
計やトワイマン・グリーン干渉計が用いられてきた。こ
れらの干渉計は、基準面を必要とし、その基準面との比
較によって面形状を計測する。このため、測定精度は基
準面の面精度を越えることができなかった。
【０００３】この問題点を解決するため、基準面を必要
としない干渉計として、ピンホールによる回折波面を基
準とする干渉計（ＰＤＩ：Point-Diffraction-Interfer
ometer）が特開平２−２２８５０５号に開示されてい
る。この干渉計は、ピンホールの回折により生じた理想
的な球面波を基準波面として、球面形状の計測を行って
いる。
としない干渉計として、ピンホールによる回折波面を基
準とする干渉計（ＰＤＩ：Point-Diffraction-Interfer
ometer）が特開平２−２２８５０５号に開示されてい
る。この干渉計は、ピンホールの回折により生じた理想
的な球面波を基準波面として、球面形状の計測を行って
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のＰＤＩ
は、基準波面として理想的な球面波が必要であるが、ピ
ンホールの形状誤差や、ピンホールと照明光学系のアラ
イメント誤差などのために、厳密な球面波を得ることは
困難である。このように、誤差を含んだ球面波を基準波
面として用いると、測定結果にも誤差が含まれてしまう
という問題があった。
は、基準波面として理想的な球面波が必要であるが、ピ
ンホールの形状誤差や、ピンホールと照明光学系のアラ
イメント誤差などのために、厳密な球面波を得ることは
困難である。このように、誤差を含んだ球面波を基準波
面として用いると、測定結果にも誤差が含まれてしまう
という問題があった。
【０００５】本発明は、球面波を基準波面とする面形状
測定装置であって、容易に、かつ、高精度に面形状を測
定することのできる面形状測定装置を提供することを目
的とする。
測定装置であって、容易に、かつ、高精度に面形状を測
定することのできる面形状測定装置を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような面形状測定装置が提
供される。
に、本発明によれば、以下のような面形状測定装置が提
供される。
【０００７】すなわち、所定の波面の第１の光束と、所
定の波面の第２の光束とを出射する光源と、被検面を保
持するための保持部と、前記被検面で反射された測定光
束と、参照光束とを干渉させて検出するための検出部
と、前記保持部および前記検出部を、前記光源に対し
て、予め定めた第１の配置または予め定めた第２の配置
に相対的に選択可能に配置する機構部とを有し、前記第
１の配置は、前記第１の光束が前記測定光束として前記
被検面に入射する位置に前記保持部を位置させ、前記第
２の光束が前記参照光束として前記検出部に入射する位
置に前記検出部を位置させる配置であり、前記第２の配
置は、前記第２の光束が前記測定光束として前記被検面
に入射する位置に前記保持部を位置させ、前記第１の光
束が前記参照光束として前記検出部に入射する位置に前
記検出部を位置させる配置であることを特徴とする面形
状測定装置である。
定の波面の第２の光束とを出射する光源と、被検面を保
持するための保持部と、前記被検面で反射された測定光
束と、参照光束とを干渉させて検出するための検出部
と、前記保持部および前記検出部を、前記光源に対し
て、予め定めた第１の配置または予め定めた第２の配置
に相対的に選択可能に配置する機構部とを有し、前記第
１の配置は、前記第１の光束が前記測定光束として前記
被検面に入射する位置に前記保持部を位置させ、前記第
２の光束が前記参照光束として前記検出部に入射する位
置に前記検出部を位置させる配置であり、前記第２の配
置は、前記第２の光束が前記測定光束として前記被検面
に入射する位置に前記保持部を位置させ、前記第１の光
束が前記参照光束として前記検出部に入射する位置に前
記検出部を位置させる配置であることを特徴とする面形
状測定装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。
て説明する。
【０００９】まず、図１〜図３を用いて、本発明の第１
の実施の形態の面形状測定装置の構成について説明す
る。
の実施の形態の面形状測定装置の構成について説明す
る。
【００１０】本実施の形態の面形状測定装置は、光軸１
０１上に順に配置された、レーザ光源１と、レンズ２
と、ピンホール・ミラー３と、レボルバー１０２とを備
えている。ピンホール・ミラー３は、図３のように、ガ
ラス基板３ａの表面に金属膜３ｂを蒸着したものであ
り、この金属膜３ｂのほぼ中央部には、所定の径のピン
ホール３ｃがエッチング等によって設けられている。レ
ボルバー１０２は、光軸１０１を中心に１８０度回転可
能であり、被検物体５を保持するための保持部１１と、
レンズ６と、ＣＣＤ７とが搭載されている。レボルバー
１０２上の保持部１１が搭載されている位置は、ピンホ
ール３ｃから出射された球面波ＳＷの一部が被検物体５
の被検面５ａに照射される位置であって、かつ、被検面
５ａの光軸１０３を、ピンホール・ミラー３のピンホー
ル３ｃに向ける位置である。レボルバー１０２上のＣＣ
Ｄ７およびレンズ６が搭載されている位置は、光軸１０
３を中心とする光束をピンホール・ミラー３で反射した
場合の反射光の光軸１０４上であり、かつ、レボルバー
１０２を反転したときにピンホール３ｃから出射された
球面波ＳＷの一部が被検物体５の被検面５ａに照射され
る位置である。
０１上に順に配置された、レーザ光源１と、レンズ２
と、ピンホール・ミラー３と、レボルバー１０２とを備
えている。ピンホール・ミラー３は、図３のように、ガ
ラス基板３ａの表面に金属膜３ｂを蒸着したものであ
り、この金属膜３ｂのほぼ中央部には、所定の径のピン
ホール３ｃがエッチング等によって設けられている。レ
ボルバー１０２は、光軸１０１を中心に１８０度回転可
能であり、被検物体５を保持するための保持部１１と、
レンズ６と、ＣＣＤ７とが搭載されている。レボルバー
１０２上の保持部１１が搭載されている位置は、ピンホ
ール３ｃから出射された球面波ＳＷの一部が被検物体５
の被検面５ａに照射される位置であって、かつ、被検面
５ａの光軸１０３を、ピンホール・ミラー３のピンホー
ル３ｃに向ける位置である。レボルバー１０２上のＣＣ
Ｄ７およびレンズ６が搭載されている位置は、光軸１０
３を中心とする光束をピンホール・ミラー３で反射した
場合の反射光の光軸１０４上であり、かつ、レボルバー
１０２を反転したときにピンホール３ｃから出射された
球面波ＳＷの一部が被検物体５の被検面５ａに照射され
る位置である。
【００１１】また、ＣＣＤ７、レーザ光源１、およびレ
ボルバー１０２の回転駆動源１０６には、コンピュータ
１０５が接続されている。コンピュータ１０５は、ＣＣ
Ｄ７の受光画像を解析するため、ならびに、レボルバー
１０２の回転およびレーザ光源１の動作を制御するため
に配置されている。
ボルバー１０２の回転駆動源１０６には、コンピュータ
１０５が接続されている。コンピュータ１０５は、ＣＣ
Ｄ７の受光画像を解析するため、ならびに、レボルバー
１０２の回転およびレーザ光源１の動作を制御するため
に配置されている。
【００１２】つぎに、本実施の形態の面形状測定装置に
よる被検物体５の被検面の面形状測定の動作について説
明する。
よる被検物体５の被検面の面形状測定の動作について説
明する。
【００１３】コンピュータ１０５の指示によりレーザ光
源１が光を出射すると、この光は、レンズ２によりピン
ホール・ミラーのピンホール３ｃに集光され、ピンホー
ル３ｃで回折されて球面波ＳＷとして広がって行く。球
面波ＳＷのうち、図１で向かって左手側に図示されてい
る一部の光束ＳＷＡは、測定用光束として、保持部１１
が保持している被検物体５の被検面５ａに到達し、被検
面５ａにより反射され、光軸１０３に沿ってピンホール
・ミラー３に再び集光される。この光束は、さらにピン
ホール・ミラー３で反射され、光軸１０４に沿ってレン
ズ６に入射して平行光束となり、ＣＣＤ７の受光面に到
達する。一方、球面波ＳＷＡのうちの向かって右手側に
図示されている一部の光束ＳＷＢは、参照用光束とし
て、レンズ６に直接入射して平行光束となり、ＣＣＤ７
の受光面に達する。よって、ＣＣＤ７の受光面では、参
照用光束と被検面５ａからの測定用光束とが干渉し、干
渉縞が生じる。
源１が光を出射すると、この光は、レンズ２によりピン
ホール・ミラーのピンホール３ｃに集光され、ピンホー
ル３ｃで回折されて球面波ＳＷとして広がって行く。球
面波ＳＷのうち、図１で向かって左手側に図示されてい
る一部の光束ＳＷＡは、測定用光束として、保持部１１
が保持している被検物体５の被検面５ａに到達し、被検
面５ａにより反射され、光軸１０３に沿ってピンホール
・ミラー３に再び集光される。この光束は、さらにピン
ホール・ミラー３で反射され、光軸１０４に沿ってレン
ズ６に入射して平行光束となり、ＣＣＤ７の受光面に到
達する。一方、球面波ＳＷＡのうちの向かって右手側に
図示されている一部の光束ＳＷＢは、参照用光束とし
て、レンズ６に直接入射して平行光束となり、ＣＣＤ７
の受光面に達する。よって、ＣＣＤ７の受光面では、参
照用光束と被検面５ａからの測定用光束とが干渉し、干
渉縞が生じる。
【００１４】コンピュータ１０５は、ＣＣＤ７から干渉
縞の画像を取り込み、内蔵するプログラムで解析するこ
とにより、干渉縞の位相分布を公知の方法で算出し、そ
の結果を内蔵するメモリに格納する。
縞の画像を取り込み、内蔵するプログラムで解析するこ
とにより、干渉縞の位相分布を公知の方法で算出し、そ
の結果を内蔵するメモリに格納する。
【００１５】つぎに、コンピュータ１０５は、回転駆動
源１０６に動作を指示し、レボルバー１０２を光軸１０
１を中心に１８０度回転させる。これにより、被検物体
５、レンズ６、ＣＣＤ７は、先ほどの配置とは左右が入
れ替わって、図２のような配置になる。
源１０６に動作を指示し、レボルバー１０２を光軸１０
１を中心に１８０度回転させる。これにより、被検物体
５、レンズ６、ＣＣＤ７は、先ほどの配置とは左右が入
れ替わって、図２のような配置になる。
【００１６】図２の配置では、図１では測定光束として
被検面５ａに照射されていた向かって左手側の光束ＳＷ
Ａが、参照光束としてレンズ６に入射し、ＣＣＤ７に達
する。一方、先ほどは参照光束だった向かって右手側の
光束ＳＷＢが、今度は測定光束として被検面５ａに到達
する。被検面５ａからの反射光は、さらにピンホール・
ミラー３で反射されてレンズ６に入射し、平行光束とな
り、ＣＣＤ７に到達する。これにより、ＣＣＤ７の受光
面では、参照用光束と被検面５ａからの測定用光束とが
干渉し、干渉縞が生じる。
被検面５ａに照射されていた向かって左手側の光束ＳＷ
Ａが、参照光束としてレンズ６に入射し、ＣＣＤ７に達
する。一方、先ほどは参照光束だった向かって右手側の
光束ＳＷＢが、今度は測定光束として被検面５ａに到達
する。被検面５ａからの反射光は、さらにピンホール・
ミラー３で反射されてレンズ６に入射し、平行光束とな
り、ＣＣＤ７に到達する。これにより、ＣＣＤ７の受光
面では、参照用光束と被検面５ａからの測定用光束とが
干渉し、干渉縞が生じる。
【００１７】コンピュータ１０５は、図２の配置につい
ても、ＣＣＤ７から干渉縞の画像を取り込み、内蔵する
プログラムで解析することにより、干渉縞の位相分布を
算出し、その結果を内蔵するメモリに格納する。
ても、ＣＣＤ７から干渉縞の画像を取り込み、内蔵する
プログラムで解析することにより、干渉縞の位相分布を
算出し、その結果を内蔵するメモリに格納する。
【００１８】コンピュータ１０５は、メモリに格納して
おいた図１の配置、図２の配置についての干渉縞の位相
分布から、それぞれ、光路長差の分布を算出する。
おいた図１の配置、図２の配置についての干渉縞の位相
分布から、それぞれ、光路長差の分布を算出する。
【００１９】図１の配置で得られた干渉縞の光路長差の
分布Ｄ1は、被検面５ａの面形状の球面からの乖離を
Ｅ、測定用光束として用いているＳＷＡの球面波からの
乖離をＷA、参照用光束として用いているＳＷＢの球面
波からの乖離をＷBとすると、下記式（１）で表され
る。なお、Ｅ，ＷAおよびＷBは、球面の法線方向の乖離
である。
分布Ｄ1は、被検面５ａの面形状の球面からの乖離を
Ｅ、測定用光束として用いているＳＷＡの球面波からの
乖離をＷA、参照用光束として用いているＳＷＢの球面
波からの乖離をＷBとすると、下記式（１）で表され
る。なお、Ｅ，ＷAおよびＷBは、球面の法線方向の乖離
である。
【００２０】 Ｄ1＝２Ｅ＋ＷA−ＷB （１） 一方、図２の配置で得られた光路長差の分布Ｄ2は、参
照用光束と測定用光束とが図１の場合とは入れ替わって
いるため、ＷA、ＷB、Ｅで表すと、下記式（２）のよう
に表される。
照用光束と測定用光束とが図１の場合とは入れ替わって
いるため、ＷA、ＷB、Ｅで表すと、下記式（２）のよう
に表される。
【００２１】 Ｄ2＝２Ｅ＋ＷB−ＷA （２） これら式（１）および式（２）から、ＷAおよびＷBを消
去すると、被検面５ａの形状の球面からの乖離Ｅは、 Ｅ＝（Ｄ1＋Ｄ2）／４ （３） と表すことができる。
去すると、被検面５ａの形状の球面からの乖離Ｅは、 Ｅ＝（Ｄ1＋Ｄ2）／４ （３） と表すことができる。
【００２２】コンピュータ１０５は、図１および図２の
配置での干渉縞から求めた光路長差の分布Ｄ1およびＤ2
を、上記（３）式に代入することにより、被検面５ａの
面形状の球面からの乖離をＥを求め、これをユーザに対
して表示もしくは出力する。
配置での干渉縞から求めた光路長差の分布Ｄ1およびＤ2
を、上記（３）式に代入することにより、被検面５ａの
面形状の球面からの乖離をＥを求め、これをユーザに対
して表示もしくは出力する。
【００２３】このように、本実施の形態の面形状測定装
置では、参照光束と測定光束とを入れ替えて、２つの配
置で干渉縞を測定することにより、参照光束と測定光束
が完全な球面でなくとも、これらの光束の球面からの乖
離ＷA、ＷBを上記（３）式で打ち消した上で、被検面５
ａ形状を求めることができる。これにより、本実施の形
態の面形状測定装置によれば、発生する球面波が厳密な
球面波でなくても、高精度に被検面５ａの形状を求める
ことが可能になった。
置では、参照光束と測定光束とを入れ替えて、２つの配
置で干渉縞を測定することにより、参照光束と測定光束
が完全な球面でなくとも、これらの光束の球面からの乖
離ＷA、ＷBを上記（３）式で打ち消した上で、被検面５
ａ形状を求めることができる。これにより、本実施の形
態の面形状測定装置によれば、発生する球面波が厳密な
球面波でなくても、高精度に被検面５ａの形状を求める
ことが可能になった。
【００２４】したがって、本実施の形態の面形状測定装
置は、ピンホール３ｃの形状にある程度の誤差が許容さ
れるため、従来のように厳密な球面波を発生させる必要
のある装置と比較して、装置を容易に製造でき、コスト
を削減できる。また、レンズ２とピンホール・ミラー３
とのアライメントも、従来と比較して容易であるため、
容易に測定を行うことができる。
置は、ピンホール３ｃの形状にある程度の誤差が許容さ
れるため、従来のように厳密な球面波を発生させる必要
のある装置と比較して、装置を容易に製造でき、コスト
を削減できる。また、レンズ２とピンホール・ミラー３
とのアライメントも、従来と比較して容易であるため、
容易に測定を行うことができる。
【００２５】なお、上述の面形状の測定方法は、被検面
５ａごとに図１の配置と図２の配置でそれぞれ干渉縞を
測定する方法であるが、これを簡略化して、つぎのよう
な測定方法にすることも可能である。簡略化した測定方
法で用いる式は、上述の式（１）を変形して得ることが
できる。式（１）を変形すると、 Ｅ＝Ｄ1／２−（ＷA−ＷB）／２ （１）’ となる。この式は、図１の配置状態での測定結果による
光路長差の分布Ｄ1から被検面５ａの形状を求める式で
ある。式（１）’における（ＷA−ＷB）／２の項は、図
１の配置の測定結果のＤ1から面形状を求める際の測定
誤差ＭEである。この項は、上記式（１）および式
（２）より下記式（４）のように表すことができる。
５ａごとに図１の配置と図２の配置でそれぞれ干渉縞を
測定する方法であるが、これを簡略化して、つぎのよう
な測定方法にすることも可能である。簡略化した測定方
法で用いる式は、上述の式（１）を変形して得ることが
できる。式（１）を変形すると、 Ｅ＝Ｄ1／２−（ＷA−ＷB）／２ （１）’ となる。この式は、図１の配置状態での測定結果による
光路長差の分布Ｄ1から被検面５ａの形状を求める式で
ある。式（１）’における（ＷA−ＷB）／２の項は、図
１の配置の測定結果のＤ1から面形状を求める際の測定
誤差ＭEである。この項は、上記式（１）および式
（２）より下記式（４）のように表すことができる。
【００２６】 ＭE＝（ＷA−ＷB）／２ ＝（Ｄ1−Ｄ2）／４ （４） そこで、簡略化する測定方法では、最初の測定の際に図
１の配置と図２の配置で干渉縞を測定し、この測定結果
から光路長差の分布Ｄ1およびＤ2を求め、これを式
（４）に代入して、測定誤差ＭE＝（ＷA−ＷB）／２を
求める。その後の測定では、図１の配置のみで測定を行
って、それによりＤ1を求める。このＤ1と、最初に求め
ておいたＭE＝（ＷA−ＷB）／２を式（１）’に代入す
ることにより、Ｅを求める。この方法では、最初だけ図
１および図２の配置の測定を行いＭEを求めてさえおけ
ば、その後の測定では、図１の配置のみの測定でよいた
め、途中でレボルバーを回転させる必要がなく、測定が
簡単になる。なお、図１の配置の測定の代わりに、図２
の配置のみの測定でＤ2を得て、これと求めておいたＭE
を式（２）に代入することにより、Ｅを求めることも可
能である。
１の配置と図２の配置で干渉縞を測定し、この測定結果
から光路長差の分布Ｄ1およびＤ2を求め、これを式
（４）に代入して、測定誤差ＭE＝（ＷA−ＷB）／２を
求める。その後の測定では、図１の配置のみで測定を行
って、それによりＤ1を求める。このＤ1と、最初に求め
ておいたＭE＝（ＷA−ＷB）／２を式（１）’に代入す
ることにより、Ｅを求める。この方法では、最初だけ図
１および図２の配置の測定を行いＭEを求めてさえおけ
ば、その後の測定では、図１の配置のみの測定でよいた
め、途中でレボルバーを回転させる必要がなく、測定が
簡単になる。なお、図１の配置の測定の代わりに、図２
の配置のみの測定でＤ2を得て、これと求めておいたＭE
を式（２）に代入することにより、Ｅを求めることも可
能である。
【００２７】また、上述の実施の形態では、レボルバー
１０２を１８０度回転させることにより、被検物体５や
ＣＣＤ７の配置を１８０度入れ替える構成であったが、
被検物体５やＣＣＤ７は固定しておき、ピンホール・ミ
ラー３、レンズ２、および光源１を回転機構に搭載し、
これらを光軸１０１を中心に１８０度回転させる構成に
することもできる。これにより、光束ＳＷＡとＳＷＢが
１８０度回転して入れ替わるため、上記と同様の効果を
得ることができる。
１０２を１８０度回転させることにより、被検物体５や
ＣＣＤ７の配置を１８０度入れ替える構成であったが、
被検物体５やＣＣＤ７は固定しておき、ピンホール・ミ
ラー３、レンズ２、および光源１を回転機構に搭載し、
これらを光軸１０１を中心に１８０度回転させる構成に
することもできる。これにより、光束ＳＷＡとＳＷＢが
１８０度回転して入れ替わるため、上記と同様の効果を
得ることができる。
【００２８】また、レボルバー１０２に被検物体５、Ｃ
ＣＤ７およびレンズ６を搭載しないかわりに、保持部１
１や、ＣＣＤ７およびレンズ６を保持する部分を、光軸
１０１を挟んで対称な２箇所に予め設置しておき、図１
の配置での測定が終了した後、手動で被検物体５、ＣＣ
Ｄ７およびレンズ６をもう一箇所の保持部に移動させ
て、図２の配置にする構成にすることもできる。この場
合、被検物体５は、図１、図２のように０゜方向がいず
れの配置でも光軸１０１の外側に向くように搭載する。
このように搭載することにより、光束と被検面５ａの対
応を、図１の配置と図２の配置とで維持できる。
ＣＤ７およびレンズ６を搭載しないかわりに、保持部１
１や、ＣＣＤ７およびレンズ６を保持する部分を、光軸
１０１を挟んで対称な２箇所に予め設置しておき、図１
の配置での測定が終了した後、手動で被検物体５、ＣＣ
Ｄ７およびレンズ６をもう一箇所の保持部に移動させ
て、図２の配置にする構成にすることもできる。この場
合、被検物体５は、図１、図２のように０゜方向がいず
れの配置でも光軸１０１の外側に向くように搭載する。
このように搭載することにより、光束と被検面５ａの対
応を、図１の配置と図２の配置とで維持できる。
【００２９】また、本実施の形態では、干渉縞の画像を
取り込んで位相分布を算出する際に、不図示のピエゾ素
子で保持部１１を光軸１０３の方向に微小に移動させ、
周知の位相シフト干渉法により干渉縞の位相分布を測定
している。この位相シフト干渉法は、被検面５ａを光軸
方向に微小に移動させて、干渉縞が変化させながら、位
相分布を測定する方法であり、高精度に干渉縞の位相分
布を測定することができる。
取り込んで位相分布を算出する際に、不図示のピエゾ素
子で保持部１１を光軸１０３の方向に微小に移動させ、
周知の位相シフト干渉法により干渉縞の位相分布を測定
している。この位相シフト干渉法は、被検面５ａを光軸
方向に微小に移動させて、干渉縞が変化させながら、位
相分布を測定する方法であり、高精度に干渉縞の位相分
布を測定することができる。
【００３０】なお、本実施の形態では、レンズ６は、被
検面５の像をＣＣＤ７の受光面に結像する役目もしてい
るため、被検面５ａの形状を正確に知るために、レンズ
６のディストーションを抑えた設計にすることが望まし
い。また、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５
ａ上の座標とＣＣＤ上での座標を正確に関係付け、高精
度に面形状を測定することも出来る。
検面５の像をＣＣＤ７の受光面に結像する役目もしてい
るため、被検面５ａの形状を正確に知るために、レンズ
６のディストーションを抑えた設計にすることが望まし
い。また、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５
ａ上の座標とＣＣＤ上での座標を正確に関係付け、高精
度に面形状を測定することも出来る。
【００３１】また、本実施の形態では、球面波の測定用
光束と参照用光束を得るためにピンホール・ミラー３を
用いたが、ピンホール・ミラー３の代わりに特開平６−
１７４４４７で開示されているような光ファイバーや光
導波路を用い、これらの端部から出射される球面波を用
いることも可能である。
光束と参照用光束を得るためにピンホール・ミラー３を
用いたが、ピンホール・ミラー３の代わりに特開平６−
１７４４４７で開示されているような光ファイバーや光
導波路を用い、これらの端部から出射される球面波を用
いることも可能である。
【００３２】また、本実施の形態の面形状測定装置は、
上述したように求められるＥが被検面５ａの球面からの
乖離であるが、本実施の形態の面形状測定装置を用いて
被検面５ａとして非球面形状を測定することも可能であ
る。非球面形状の被検面５ａを測定する場合、測定光束
の球面波の曲率半径と被検面５ａの曲率半径がほぼ一致
する部分では、粗な干渉縞が得られるため、正確に面形
状が測定できるが、測定光束の球面波の曲率半径と被検
面の曲率半径が離れている部分は、密な干渉縞になり、
ＣＣＤ７の画素間隔では位相を検出できなくなる。そこ
で、非球面形状の被検面５ａを測定する場合には、保持
部１１を光軸１０３方向に少しずつ移動させて、被検面
５ａとピンホール・ミラー３との間隔を変化させること
により、被検面５ａに到達時の測定光束の球面波の曲率
半径を少しずつ変化させ、球面波の曲率半径と被検面５
ａの曲率半径とが一致する部位について少しずつ測定を
行う。このようにして被検面５ａの少しずつ異なる部位
の面形状を測定した後、測定結果をコンピュータ１０５
で合成することにより、１回の測定では測定できないよ
うな広い領域の非球面形状を計測することができる。こ
の測定方法については、特願平１０−２６０６９８号に
詳細に記載されている。
上述したように求められるＥが被検面５ａの球面からの
乖離であるが、本実施の形態の面形状測定装置を用いて
被検面５ａとして非球面形状を測定することも可能であ
る。非球面形状の被検面５ａを測定する場合、測定光束
の球面波の曲率半径と被検面５ａの曲率半径がほぼ一致
する部分では、粗な干渉縞が得られるため、正確に面形
状が測定できるが、測定光束の球面波の曲率半径と被検
面の曲率半径が離れている部分は、密な干渉縞になり、
ＣＣＤ７の画素間隔では位相を検出できなくなる。そこ
で、非球面形状の被検面５ａを測定する場合には、保持
部１１を光軸１０３方向に少しずつ移動させて、被検面
５ａとピンホール・ミラー３との間隔を変化させること
により、被検面５ａに到達時の測定光束の球面波の曲率
半径を少しずつ変化させ、球面波の曲率半径と被検面５
ａの曲率半径とが一致する部位について少しずつ測定を
行う。このようにして被検面５ａの少しずつ異なる部位
の面形状を測定した後、測定結果をコンピュータ１０５
で合成することにより、１回の測定では測定できないよ
うな広い領域の非球面形状を計測することができる。こ
の測定方法については、特願平１０−２６０６９８号に
詳細に記載されている。
【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態の面形状
測定装置について図４および図５を用いて説明する。
測定装置について図４および図５を用いて説明する。
【００３４】第２の実施の形態の面形状測定装置は、球
面波を発生させるためにピンホール・ミラーを用いず、
光源１とレボルバー１０２との間に配置した集光レンズ
２２で光を集光することにより球面波を発生させる構成
である。また、被検面５ａで反射された測定光束をＣＣ
Ｄ７に向けて反射するために、レンズ２２の焦点位置に
は、ハーフミラー２３が配置されている。他の構成は、
図１の面形状測定装置と同じであるので、説明を省略す
る。
面波を発生させるためにピンホール・ミラーを用いず、
光源１とレボルバー１０２との間に配置した集光レンズ
２２で光を集光することにより球面波を発生させる構成
である。また、被検面５ａで反射された測定光束をＣＣ
Ｄ７に向けて反射するために、レンズ２２の焦点位置に
は、ハーフミラー２３が配置されている。他の構成は、
図１の面形状測定装置と同じであるので、説明を省略す
る。
【００３５】図４の面形状測定装置において、レーザ光
源１から出射された光は、レンズ２２によって集光され
ることにより、球面波ＳＷ’となる。球面波ＳＷ’の一
部光束ＳＷＡ’は、第１の実施の形態と同様に測定光束
として被検面５ａに到達し、これによって反射され、ハ
ーフミラー２３でさらに反射されて、レンズ６に至り、
ＣＣＤ７に到達する。一方、球面波ＳＷ’の一部光束Ｓ
ＷＢ’は、参照光束として、レンズ６を通過し、ＣＣＤ
７に到達する。よって、ＣＣＤ７上で測定光束と参照光
束は干渉し、干渉縞を生じる。このように、図４の配置
で干渉縞の位相分布を測定した後、図５のようにレボル
バー１０２を１８０度回転させた配置で再び干渉縞の位
相分布を測定する。この後の解析方法は、第１の実施の
形態と同様に、図４の配置と図５の配置でそれぞれ得た
干渉縞の位相分布を式（３）に代入することにより、被
検面５ａの面形状を算出する。
源１から出射された光は、レンズ２２によって集光され
ることにより、球面波ＳＷ’となる。球面波ＳＷ’の一
部光束ＳＷＡ’は、第１の実施の形態と同様に測定光束
として被検面５ａに到達し、これによって反射され、ハ
ーフミラー２３でさらに反射されて、レンズ６に至り、
ＣＣＤ７に到達する。一方、球面波ＳＷ’の一部光束Ｓ
ＷＢ’は、参照光束として、レンズ６を通過し、ＣＣＤ
７に到達する。よって、ＣＣＤ７上で測定光束と参照光
束は干渉し、干渉縞を生じる。このように、図４の配置
で干渉縞の位相分布を測定した後、図５のようにレボル
バー１０２を１８０度回転させた配置で再び干渉縞の位
相分布を測定する。この後の解析方法は、第１の実施の
形態と同様に、図４の配置と図５の配置でそれぞれ得た
干渉縞の位相分布を式（３）に代入することにより、被
検面５ａの面形状を算出する。
【００３６】第２の実施の形態の面形状測定装置は、レ
ンズ２２で光を集光することにより球面波ＳＷ’を発生
させるため、球面波ＳＷ’がどれくらいの精度の球面波
となるかは、レンズ２２の精度に依存する。しかしなが
ら、本実施の形態では、図４の配置と図５の配置でそれ
ぞれ干渉縞の位相分布を測定し、これを式（３）に代入
することにより、測定光束と参照光束の球面波からの誤
差を打ち消すことができるため、レンズ２２にある程度
の誤差を許容できる。よって、レンズ２２で球面波を発
生させる図４の構成で実用可能な面形状測定装置を得る
ことができる。
ンズ２２で光を集光することにより球面波ＳＷ’を発生
させるため、球面波ＳＷ’がどれくらいの精度の球面波
となるかは、レンズ２２の精度に依存する。しかしなが
ら、本実施の形態では、図４の配置と図５の配置でそれ
ぞれ干渉縞の位相分布を測定し、これを式（３）に代入
することにより、測定光束と参照光束の球面波からの誤
差を打ち消すことができるため、レンズ２２にある程度
の誤差を許容できる。よって、レンズ２２で球面波を発
生させる図４の構成で実用可能な面形状測定装置を得る
ことができる。
【００３７】このように、第２の実施の形態の面形状測
定装置は、レンズ２２の精度にある程度の誤差が許容さ
れるため、従来のように厳密な球面波を発生させる必要
のある装置と比較して、装置を容易に製造でき、コスト
を削減できる。また、レンズ２２等の光学系のアライメ
ントも、従来と比較して容易であるため、容易に測定を
行うことができる。
定装置は、レンズ２２の精度にある程度の誤差が許容さ
れるため、従来のように厳密な球面波を発生させる必要
のある装置と比較して、装置を容易に製造でき、コスト
を削減できる。また、レンズ２２等の光学系のアライメ
ントも、従来と比較して容易であるため、容易に測定を
行うことができる。
【００３８】第２の実施の形態の面形状測定装置につい
ても、第１の実施の形態と同様に、レボルバー１０２の
代わりに、光源１、レンズ２２、およびハーフミラー２
３を１８０度回転させる構成にすることができる。ま
た、測定方法についても、第１の実施の形態と同様に、
最初に測定誤差ＭEを式（４）により求めておき、その
後は、図４の配置のみの測定で式（１）’から面形状を
測定する簡略化した方法を用いることができる。
ても、第１の実施の形態と同様に、レボルバー１０２の
代わりに、光源１、レンズ２２、およびハーフミラー２
３を１８０度回転させる構成にすることができる。ま
た、測定方法についても、第１の実施の形態と同様に、
最初に測定誤差ＭEを式（４）により求めておき、その
後は、図４の配置のみの測定で式（１）’から面形状を
測定する簡略化した方法を用いることができる。
【００３９】
【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
球面波を基準波面とする面形状測定装置であって、容易
に、かつ、高精度に面形状を測定することのできる面形
状測定装置を提供することができる。
球面波を基準波面とする面形状測定装置であって、容易
に、かつ、高精度に面形状を測定することのできる面形
状測定装置を提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による面形状測定装
置の構成を示すブロック図。
置の構成を示すブロック図。
【図２】図１の面形状測定装置において、レボルバーを
１８０度回転させた状態の配置を示すブロック図。
１８０度回転させた状態の配置を示すブロック図。
【図３】図１の面形状測定装置のピンホール・ミラーの
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態による面形状測定装
置の構成を示すブロック図。
置の構成を示すブロック図。
【図５】図４の面形状測定装置において、レボルバーを
１８０度回転させた状態の配置を示すブロック図。
１８０度回転させた状態の配置を示すブロック図。
１…レーザ光源、２，６，２２…レンズ、３…ピンホー
ル・ミラー、５…被検物体、５ａ…被検面、７…ＣＣ
Ｄ、１１…被検面保持部、２３…ハーフミラー、１０２
…レボルバー、１０５…コンピュータ、１０６…回転駆
動源。
ル・ミラー、５…被検物体、５ａ…被検面、７…ＣＣ
Ｄ、１１…被検面保持部、２３…ハーフミラー、１０２
…レボルバー、１０５…コンピュータ、１０６…回転駆
動源。
Claims (4)
- 【請求項１】所定の波面の第１の光束と、所定の波面の
第２の光束とを出射する光源と、 被検面を保持するための保持部と、 前記被検面で反射された測定光束と、参照光束とを干渉
させて検出するための検出部と、 前記保持部および前記検出部を、前記光源に対して、予
め定めた第１の配置または予め定めた第２の配置に相対
的に選択可能に配置する機構部とを有し、 前記第１の配置は、前記第１の光束が前記測定光束とし
て前記被検面に入射する位置に前記保持部を位置させ、
前記第２の光束が前記参照光束として前記検出部に入射
する位置に前記検出部を位置させる配置であり、前記第
２の配置は、前記第２の光束が前記測定光束として前記
被検面に入射する位置に前記保持部を位置させ、前記第
１の光束が前記参照光束として前記検出部に入射する位
置に前記検出部を位置させる配置であることを特徴とす
る面形状測定装置。 - 【請求項２】光源と、前記光源からの光を回折して球面
波にするためのピンホールと、前記球面波の一部の第１
の光束が入射する位置に被検面を保持するための保持部
と、前記球面波の別の一部の第２の光束が入射する位置
であって、前記被検面からの前記第１の光束の反射光が
入射する位置に配置された検出部と、前記ピンホールに
対する前記保持部と前記検出部の位置関係を相対的に入
れ替える機構部とを有することを特徴とする面形状測定
装置。 - 【請求項３】光源と、前記光源からの光を集光して球面
波にするためのレンズと、前記レンズが光を集光位置に
配置されたハーフミラーと、前記球面波の一部の第１の
光束が入射する位置に被検面を保持するための保持部
と、前記球面波の別の一部の第２の光束が入射する位置
であって、前記被検面からの前記第１の光束の反射光が
入射する位置に配置された検出部と、前記ハーフミラー
に対する前記保持部と前記検出部の位置関係を相対的に
入れ替える機構部とを有することを特徴とする面形状測
定装置。 - 【請求項４】所定の波面の第１の光束を被検面に入射さ
せ、該被検面による前記第１の光束の反射光と、所定の
波面の第２の光束とを干渉させて、検出部により光路長
差の分布Ｄ1を求める第１のステップと、 前記第１および第２の光束に対する前記被検面および前
記検出部の位置関係を相対的に入れ替えて、前記第２の
光束を前記被検面に入射させ、該被検面による前記第２
の光束の反射光と、前記第１の光束とを干渉させて、検
出部により光路長差の分布Ｄ2を求める第２のステップ
と、 前記第１および第２のステップで求めたＤ1およびＤ2を
下式 Ｅ＝（Ｄ1＋Ｄ2）／４ に代入することにより、前記被検面の面形状を表すＥを
算出する第３のステップとを有することを特徴とする面
形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11192802A JP2001021327A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11192802A JP2001021327A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001021327A true JP2001021327A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16297241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11192802A Pending JP2001021327A (ja) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | 面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001021327A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008309655A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 内径測定装置 |
-
1999
- 1999-07-07 JP JP11192802A patent/JP2001021327A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008309655A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 内径測定装置 |
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