JP2002071509A - 準平行平面板または平行平面板の透過波面測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多重干渉の影響を受けずに，干渉計を用いて
高精度に準平行平面板または平行平面板の透過波面を測
定する方法および装置を提供すること。 【解決手段】 干渉計１００から出た光はフィゾーレン
ズ２１０により球面波の光に変換され，測定対象である
準平行平面板３００を透過した後，折り返しミラー４１
０のミラー面４１１で反射し，再び準平行平面板３０
０，フィゾーレンズ２１０を透過した後，干渉計１００
に入射する。準平行平面板３００は任意角度に調整可能
とする保持機構３５０により保持され，干渉計１００の
光軸に対し，傾いて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，干渉計を用いて準
平行平面板または平行平面板の透過波面を測定する方法
およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】準平行平面板または平行平面板の透過波
面を干渉計で観測すると，本来の透過波面による干渉縞
の他に，平面板の表面で反射した光が寄与する干渉，す
なわち，多重干渉による干渉縞が現れる。従来では，例
えば目視によって評価を行い，この多重干渉の影響を取
り除いた透過波面を評価していた。なお，ここでいう準
平行平面板とは，焦点距離が１０００ｍｍ以上である微
小パワーを持った平行平面板を意味する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，準平行
平面板または平行平面板に要求される透過波面精度が厳
しくなるに従い，目視による評価では不十分になってき
た。そのため，干渉計を用いた高精度な透過波面測定が
必要となる。しかし，前述した多重干渉による干渉縞が
現れるため，干渉計による測定結果も多重干渉の影響を
受けたものとなり，正確な評価ができなかった。

【０００４】図７に干渉計を用いた準平行平面板の透過
波面測定時の構成図を示す。干渉計１００から出た測定
光は平面波であり，フィゾーフラット２００，測定対象
物である準平行平面板３００を順に透過した後，折り返
しミラー４００のミラー面４０１で反射し，同一経路を
戻る。フィゾーフラット２００のフィゾー面２０１，準
平行平面板３００のＲ１面３０１およびＲ２面３０２
が，測定光の進行方向に対して垂直になるように配置さ
れている。

【０００５】測定対象としたいものは，フィゾー面２０
１だけで反射した光と，ミラー面４０１だけで反射した
光との干渉光である。しかし，Ｒ１面３０１で反射した
光およびＲ２面３０２で反射した光と，フィゾー面２０
１で反射した光との干渉光も存在し，本来測定対象とし
たい干渉光と区別できない。

【０００６】そこで，準平行平面板３００を測定光の進
行方向に対し傾斜させて光路中に配置する。図８はこの
時の状態を説明する部分拡大図である。Ｒ１面３０１で
反射した光束１１とＲ２面３０２で反射した光束１２
は，測定光の進行方向に対し角度をもつため，フィゾー
面２０１で反射した光と干渉することはない。

【０００７】しかしながら，準平行平面板３００を傾斜
させた場合においても，問題が残っている。それは，準
平行平面板３００において複数回反射した光束どうしが
干渉することによる。図８の光束２１，２２は準平行平
面板３００の内部において複数回反射した光である。

【０００８】光束２１は，フィゾーフラット２００を透
過し，Ｒ１面３０１で屈折して準平行平面板３００内部
に入った後，Ｒ２面３０２で反射，さらにＲ１面３０１
で反射し，Ｒ２面３０２で屈折して準平行平面板３００
から出射し，ミラー面４０１で反射，Ｒ２面３０２で屈
折，Ｒ１面３０１で屈折して準平行平面板３００から出
射しフィゾーフラット２００に入射する。

【０００９】一方，光束２２は，フィゾーフラット２０
０を透過し，Ｒ１面３０１で屈折，Ｒ２面３０２で屈折
して準平行平面板３００から出射し，ミラー面４０１で
反射，Ｒ２面３０２で屈折して準平行平面板３００の内
部に入った後，Ｒ１面３０１で反射，Ｒ２面３０２で反
射，Ｒ１面３０１で屈折して準平行平面板３００から出
射しフィゾーフラット２００に入射する。

【００１０】このような光束２１と光束２２とが干渉す
る。光束２１，２２は，準平行平面板３００で複数回反
射しているため，光量ロスがあり，フィゾー面２０１に
戻ってくる時には光量は少なくなっている。したがっ
て，光束２１，２２の干渉光も全体の光量は少なく，光
としては暗いが，光束２１，２２の光量比が１：１であ
るため，コントラストが強い。このため，透過波面測定
に影響を及ぼし，準平行平面板３００の透過波面のみの
測定が困難になる。この不具合は原理上，準平行平面板
３００の傾斜角によらずに起こるものである。

【００１１】本発明は，このような問題に鑑みてなされ
たもので，その目的とするところは，多重干渉の影響を
受けずに，干渉計を用いて高精度に準平行平面板または
平行平面板の透過波面を測定する方法および装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明は，請求項１に記載のように，干渉計を用
い，準平行平面板または平行平面板を測定対象物とする
透過波面測定において，測定光を球面波とし，前記干渉
計の光軸に対し前記測定対象物を傾斜させて配置したこ
とを特徴とする，準平行平面板または平行平面板の透過
波面測定方法を提供する。これより，多重干渉により発
生する輪帯状の干渉縞の中心が観測データの中心から移
動し，多重干渉の影響が観測データに及ぶことを回避で
きる。

【００１３】なお，請求項２に記載のように，測定対象
物を透過した光束は反射面を有する光学素子により反射
されて再び測定対象物を透過した後に前記干渉計に入射
するよう構成され，前記測定対象物を測定光路に挿入し
ない状態と挿入した状態で，前記光学素子を移動させて
調整を行い，このときの前記光学素子の移動量の検出
と，干渉計による波面測定により，前記測定対象物のパ
ワー成分を評価することが好ましい。評価したパワー成
分は補正項目となる。その際に，前記光学素子移動量の
検出は，請求項３に記載のように，レーザー測長器を用
いて測長すれば，高精度な測定が可能になる。

【００１４】また，本発明の別の観点によれば，請求項
４に記載のように，干渉計と，測定光を球面波に形成す
るための波面形成手段と，測定対象物である準平行平面
板または平行平面板を透過した前記球面波の光を反射さ
せて前記干渉計に入射させるための反射面を有する光学
素子と，前記波面形成手段と前記光学素子の間に設置さ
れ，前記測定対象物を前記干渉計の光軸に対して傾斜し
て配置するよう保持し，かつ任意角度に調整可能な測定
対象物保持機構と，を具備することを特徴とする準平行
平面板または平行平面板の透過波面測定装置が提供され
る。

【００１５】その際に，前記波面形成手段は，請求項５
に記載のように，フィゾーレンズとしてもよい。また，
請求項６に記載のように，前記光学素子は前記干渉計の
光軸方向に移動可能なように構成され，前記光学素子の
移動量を検出する検出手段を具備することが好ましい。
かかる構成によれば，反射面を有する光学素子の移動量
と干渉計による波面測定により，測定対象物のパワー成
分を評価することができる。前記検出手段は，請求項７
に記載のように，レーザー測長器とすれば，高精度な測
定が可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下，図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１に示す透過波面測定の
構成は，図７におけるフィゾーフラット２００，折り返
しミラー４００の代わりに，それぞれフィゾーレンズ２
１０，折り返しミラー４１０を用いた構成となってい
る。フィゾーレンズ２１０は，干渉計１００内部の光源
（不図示）から平面波として出た光を球面波に変換する
波面形成手段である。折り返しミラー４１０は曲面であ
るミラー面４１１を有し，その曲面はフィゾーレンズ２
１０に関連した面となっている。

【００１７】干渉計１００内部の光源（不図示）から出
た光は，フィゾーレンズ２１０により球面波となる。そ
して，フィゾーレンズ２１０，測定対象である準平行平
面板３００を透過した後，折り返しミラー４１０のミラ
ー面４１１で反射し，準平行平面板３００，フィゾーレ
ンズ２１０を経由して干渉計１００に戻る。干渉計１０
０の光軸に対し，準平行平面板３００のＲ１面３０１お
よびＲ２面３０２が，垂直になるように配置されてい
る。

【００１８】測定対象としたいものは，フィゾー面２１
１だけで反射した光と，ミラー面４１１だけで反射した
光との干渉光である。従来では問題となっていた準平行
平面板３００内部で複数回反射する光束が，図１の構成
ではどのようになるか考えてみる。

【００１９】図２は，この時の状態を説明する部分拡大
図である。光束３１，３２はフィゾー面２１１の同じ場
所から出射する光束である。その後，光束３１は，Ｒ１
面３０１で屈折して準平行平面板３００内部に入った
後，Ｒ２面３０２で反射，さらにＲ１面３０１で反射
し，Ｒ２面３０２で屈折して準平行平面板３００から出
射し，ミラー面４１１で反射，Ｒ２面３０２で屈折，Ｒ
１面３０１で屈折して準平行平面板３００から出射しフ
ィゾーレンズ２１０に入射する。

【００２０】一方，光束３２は，Ｒ１面３０１で屈折，
Ｒ２面３０２で屈折して準平行平面板３００から出射
し，ミラー面で反射，Ｒ２面３０２で屈折して準平行平
面板３００内部に入った後，Ｒ１面３０１で反射，Ｒ２
面３０２で反射，Ｒ１面３０１で屈折して準平行平面板
３００から出射しフィゾーレンズ２１０に入射する。

【００２１】図に示すように，光束３１，３２は明らか
に異なる角度でフィゾー面２１１に入射する。このた
め，フィゾー面２１１の同一の場所に戻ってくる多重干
渉の光束も角度が異なる。この現象は準平行平面板３０
０の周辺部において特に顕著であり，準平行平面板３０
０に対して光線が垂直に入射する中心部にいくに従い角
度差は小さくなる。

【００２２】図３は，この時干渉計１００により観測さ
れる干渉縞を模式的に表したものである。図中，黒塗り
の部分が測定対象としたい干渉縞である。図中，斜線部
が多重干渉による干渉縞である。図に示すように，多重
干渉による干渉縞は準平行平面板３００に対して光線が
垂直に入射する部分，すなわち多重干渉に寄与する複数
の光束が完全に平行になる位置を中心として輪帯状にな
り，かつ，輪帯の中心から離れるにつれ干渉縞の密度が
高くなっている。

【００２３】干渉縞の密度が高くなり，干渉計の分解能
を越えると干渉縞は観測できないため，その影響は無い
ものとなる。すなわち，観測データにおいて，干渉計の
分解能を越えるほど干渉縞の密度の高い領域は，多重干
渉の影響を受けない。多重干渉による干渉縞の密度は，
測定に用いられる球面波のＮ．Ａ．によって決まり，
Ｎ．Ａ．が大きいほど密度が高くなる。よって，多重干
渉の影響が及ぶ範囲を狭くするには，できるだけ高Ｎ．
Ａ．の球面波を用いれば良い。しかしながら，Ｎ．Ａ．
を大きくして多重干渉の影響範囲を狭めることはできて
も，無くすことはできない。そして，光線が垂直に入射
する部分の中心付近には，大小の差はあっても，必ず多
重干渉の影響が残る。

【００２４】そこで，完全に多重干渉の影響を除去する
ため，準平行平面板３００を干渉計１００の光軸に対し
傾斜させるという方法をとる。図４は，この時の配置を
示す図であり，本発明の実施の形態に係る準平行平面板
の透過波面を測定する装置の構成図である。図１の構成
と比べると，準平行平面板３００のみをフィゾーレンズ
２１０の中心を通る光線に対し，傾斜させた構成となっ
ている。そして，準平行平面板３００が傾斜して配置さ
れるように保持でき，かつ任意角度に調整可能とする保
持機構３５０が設置されている。

【００２５】準平行平面板３００を少し傾斜させると，
多重干渉に寄与する２光束が完全に平行になる位置が中
心から移動するため，多重干渉により発生する輪帯状の
干渉縞の中心が観測データの中心部から外れる。図５Ａ
は，この時干渉計１００により観測される干渉縞を模式
的に表したものである。準平行平面板３００をさらに傾
斜させていくと，多重干渉により発生する輪帯状の干渉
縞の中心はさらに観測データの中心部から離れ，図５Ｂ
に示すように，ついには観測データの外に移動する。こ
のように，準平行平面板３００を傾斜させることによ
り，観測データ内に現れる多重干渉による干渉縞を密度
が高いもののみにできる。この多重干渉による干渉縞の
密度が干渉計の受光素子の分解能を越えていれば，多重
干渉の影響を受けずに測定を行うことができる。

【００２６】多重干渉により発生する輪帯状の干渉縞の
中心を観測データの外に移動させるために必要な準平行
平面板３００の傾斜角は，測定光のＮ．Ａ．によって決
まる。また，上述したように，多重干渉の影響が及ぶ範
囲も測定光のＮ．Ａ．によって決まる。よって，測定光
のＮ．Ａ．は両者を考慮した上で決定されるべきもので
ある。多重干渉の影響が及ぶ範囲を小さくするには，測
定光のＮ．Ａ．を大きくすればよいが，測定光のＮ．
Ａ．を大きくすると，後述のように別の問題が発生する
ため，総合的な判断により決定する必要がある。

【００２７】さらに，実際の測定時にはいくつかの注意
点がある。測定光に平面波を用いている通常の透過波面
測定では，システム誤差をほぼ完全にキャンセルする，
つまり絶対測定することが容易であり，そのことが１つ
の利点になっている。しかし，測定光に球面波を用いた
本実施の形態の測定法では，準平行平面板３００を挿入
することで球面収差が発生する。この球面収差のために
そのままでは絶対測定することはできないが，補正を行
うことで対応可能である。この補正は，光線追跡などに
よるシミュレーションにより，容易に行うことができ
る。

【００２８】球面収差の他に，準平行平面板３００を挿
入することにより準平行平面板３００を挿入しない状態
に対して，データに歪み，すなわちディストーションが
発生する。また，準平行平面板３００を傾斜させると，
そのために非点収差（アス）が発生し，データが横ずれ
する。これらについても補正が必要であるが，ソフト上
で容易に補正することが可能である。特に，非点収差に
ついては，測定上で補正することも可能である。上記３
点は，測定光の球面波のＮ．Ａ．が大きくなるほど発生
量が多く，複雑である。

【００２９】高Ｎ．Ａ．の球面波を測定光に用いた場
合，準平行平面板３００を挿入するだけで，測定対象の
透過波面の干渉縞の密度が高くなる。この場合，折り返
しミラー４１０を光軸方向に移動可能となるよう構成し
ておき，折り返しミラー４１０を光軸方向に移動させて
調整する必要がある。その際，準平行平面板３００を挿
入しない状態で干渉縞が一色になる状態と，準平行平面
板３００を挿入して透過波面の干渉縞を測定できる状態
での折り返しミラー４１０の移動量を検出する。この移
動量に応じたパワー成分を補正する。移動量の検出には
レーザー測長器５００等を用いることができる。また，
折り返しミラー４１０の光軸方向の調整を必要としない
場合でも，レーザー測長器５００により，折り返しミラ
ー４１０の位置を常にモニターしておくことにより，よ
り高精度な測定が可能になる。

【００３０】上記の複数の補正は，必ずしも必要なもの
ではない。準平行平面板３００に要求される測定精度
や，準平行平面板３００が持っている微小パワーの種類
や程度によっては，上記の補正を行わないで済むことも
ある。測定光の球面波のＮ．Ａ．，準平行平面板３００
の傾斜角，各補正項目の必要性は適宜決定することが好
ましい。

【００３１】図６は，本発明の別の実施の形態に係る準
平行平面板の透過波面を測定する装置の構成図である。
干渉計１００，フィゾーレンズ２１０，準平行平面板３
１０，折り返しミラー４１０の相対位置関係は図４と同
様であり，干渉計１００の光軸に対し，準平行平面板３
１０は傾いて配置されている。本実施の形態は，図中の
矢印Ｇで示す重力方向と準平行平面板３１０のＲ１面３
１１，Ｒ２面３１２が垂直になっている点に特徴があ
る。そのため，準平行平面板３１０以外の構成要素は重
力方向に対し傾斜している。

【００３２】ここで，準平行平面板３１０が，非常に薄
いものである等，自重で変形しやすい場合を考える。図
６のように，重力方向と準平行平面板３１０の面が垂直
になっていれば，準平行平面板３１０の上面と下面が同
様に変形するため，透過波面の測定時に補正をかけやす
い。しかし，重力方向と準平行平面板３１０の面が垂直
になっていない場合は，準平行平面板３１０の上面と下
面の変形は同様にはならないため，適正な補正をかける
ことは難しい。極端な場合には，全く別の形状のものを
測定することになってしまい，正しい測定にならない。

【００３３】本実施の形態では，準平行平面板３１０以
外の構成要素を傾斜させることで，実質的に，干渉計１
００の光軸に対し準平行平面板３１０を傾斜させたのと
等価の状況を作り出すことができる。この配置は，準平
行平面板３１０が，非常に薄いものである等，自重で変
形しやすく，重力に対して角度をもつことを回避したい
場合に有効である。

【００３４】なお，上記では，準平行平面板を測定する
際について説明したが，本発明は平行平面板についても
同様に適用可能である。

【００３５】以上，添付図面を参照しながら本発明にか
かる好適な実施形態について説明したが，本発明はかか
る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であ
れば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内
において，各種の変更例または修正例に想到し得ること
は明らかであり，それらについても当然に本発明の技術
的範囲に属するものと了解される。

【００３６】

【発明の効果】以上，詳細に説明したように本発明によ
れば，多重干渉の影響を受けずに，干渉計を用いて高精
度に準平行平面板または平行平面板の透過波面を測定す
る方法および装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 測定光を球面波とした透過波面測定時の構成
図である。

【図２】 複数回反射の光束を説明する部分拡大図であ
る。

【図３】 図１の配置で観測される干渉縞の模式図であ
る。

【図４】 本発明の実施の形態に係る透過波面測定時の
構成図である。

【図５】 図４の配置で観測される干渉縞の模式図であ
る。

【図６】 本発明の別の実施の形態に係る透過波面測定
時の構成図である。

【図７】 従来の透過波面測定時の構成図である。

【図８】 多重干渉を説明する部分拡大図である。

【符号の説明】

１００ 干渉計 ２００ フィゾーフラット ２０１ フィゾー面 ２１０ フィゾーレンズ ３００，３１０ 準平行平面板 ３５０ 保持機構 ４００，４１０ 折り返しミラー ４０１，４１１ ミラー面 ５００ レーザー測長器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 干渉計を用い，準平行平面板または平行
   平面板を測定対象物とする透過波面測定において，測定
   光を球面波とし，前記干渉計の光軸に対し前記測定対象
   物を傾斜させて配置したことを特徴とする，準平行平面
   板または平行平面板の透過波面測定方法。
2. 【請求項２】 測定対象物を透過した光束は反射面を有
   する光学素子により反射されて再び測定対象物を透過し
   た後に前記干渉計に入射するよう構成され，前記測定対
   象物を測定光路に挿入しない状態と挿入した状態で，前
   記光学素子を移動させて調整を行い，このときの前記光
   学素子の移動量の検出と，干渉計による波面測定によ
   り，前記測定対象物のパワー成分を評価することを特徴
   とする，請求項１に記載の準平行平面板または平行平面
   板の透過波面測定方法。
3. 【請求項３】 前記光学素子の移動量の検出に，レーザ
   ー測長器を用いることを特徴とする，請求項２に記載の
   準平行平面板または平行平面板の透過波面測定方法。
4. 【請求項４】 干渉計と，測定光を球面波に形成するた
   めの波面形成手段と，測定対象物である準平行平面板ま
   たは平行平面板を透過した前記球面波の光を反射させて
   前記干渉計に入射させるための反射面を有する光学素子
   と，前記波面形成手段と前記光学素子の間に設置され，
   前記測定対象物を前記干渉計の光軸に対して傾斜して配
   置するよう保持し，かつ任意角度に調整可能な測定対象
   物保持機構と，を具備することを特徴とする準平行平面
   板または平行平面板の透過波面測定装置。
5. 【請求項５】 前記波面形成手段はフィゾーレンズであ
   ることを特徴とする請求項４に記載の準平行平面板また
   は平行平面板の透過波面測定装置。
6. 【請求項６】 前記光学素子は前記干渉計の光軸方向に
   移動可能なように構成され，前記光学素子の移動量を検
   出する検出手段を具備することを特徴とする請求項４ま
   たは５に記載の準平行平面板または平行平面板の透過波
   面測定装置。
7. 【請求項７】 前記検出手段はレーザー測長器であるこ
   とを特徴とする請求項６に記載の準平行平面板または平
   行平面板の透過波面測定装置。