JP2002090112A

JP2002090112A - 干渉測定装置、干渉測定方法、及び光学素子の表面加工方法

Info

Publication number: JP2002090112A
Application number: JP2000287068A
Authority: JP
Inventors: Masanori Suzuki; 正則鈴木; Takahiro Yamamoto; 貴広山本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】データ領域と非データ領域との峻別を確実に
行うことのできる干渉測定装置及び干渉測定方法を提供
する。また、高精度に効率よく光学素子の表面加工を行
うことのできる光学素子の表面加工方法を提供する。【解決手段】被検面からの被検光と参照面からの参照
光とが成す干渉光の入射面に配置されその干渉光の輝度
分布を検出する受光素子と、被検光と参照光との位相差
を変化させる走査手段とを備えた干渉測定装置におい
て、受光素子の出力を参照し、前記変化に応じて入射面
の各位置に生じる明暗のコントラストを求め、そのコン
トラストの入射面における分布に基づいて干渉光が入射
するデータ領域と干渉光が入射しない非データ領域とを
峻別する。干渉光のコントラストは入射光の輝度に依ら
ず高い一定値をとるので、雑音のコントラストと干渉光
のコントラストとの相違は顕著である。したがって、峻
別の確実性が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検面の形状を測
定するに当たり、被検面からの被検光と参照面からの参
照光とが成す干渉光の輝度分布を受光素子によって検出
する干渉測定装置、干渉測定方法、及びその干渉測定方
法が適用された光学素子の表面加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、干渉測定装置に適用された干渉
計５０を示す図である。干渉計５０は、光源５１から出
射された光を被検面５３と参照面５４との双方に導くと
共に、その光が被検面５３で反射することにより生じた
被検光５３ａと、その光が参照面５４で反射することに
より生じた参照光５４ａとを干渉させて干渉縞を生起さ
せる。

【０００３】その干渉縞は、ＣＣＤ型撮像素子など二次
元的に画素を配置した撮像素子５８によって検知され、
検知された干渉縞から、被検光５３ａと参照光５４ａと
の位相差の二次元分布を知ることができる。この位相差
の二次元分布が、参照面５４を基準とした被検面５３の
形状を表す。

【０００４】ここで、面形状測定の高精度化を図る場合
には、以下に説明するフリンジスキャン干渉法が適用さ
れる。フリンジスキャン干渉法は、ピエゾ素子などの移
動機構により参照面５４を１／２波長分程度光軸方向に
移動させることで、被検光５３ａと参照光５４ａとの光
学的距離を１波長分（位相差にして１周期分）程度変化
させ（フリンジスキャン）、そのときの干渉縞の各位置
における明暗の変化の仕方を検知することにより、所定
の状態（例えばフリンジスキャン開始時の初期状態）に
おける被検光５３ａと参照光５４ａとの位相差（初期位
相差）の分布を正確に求めるものである。

【０００５】フリンジスキャン時に、撮像素子５８は、
撮像面５８ａに配置された各画素Ｐ _n（以下、添え字ｎ
を画素の位置を示すナンバーとして使用する。）におい
て、入射光強度に応じた量の電荷を単位時間毎に蓄積
し、入射光強度の単位時間に亘る時間積分値である、蓄
積データＩ_n1，Ｉ_n2，Ｉ_n3，・・・を順次出力する。い
ま仮に、干渉縞のある点Ｐｎにおける被検光５３ａと参
照光５４ａとの初期位相差をφ_nとおくと、点Ｐｎにお
ける干渉光強度Ｉ_n（ｔ）は、フリンジスキャン開始後
の経過時間ｔを用いて式（１）で表される。なお、
Ｉ₀、γは光源から出射される光の強度（振幅）等によ
り定まる数（定数）である。

【０００６】Ｉ_n（ｔ）＝Ｉ₀［１＋γ・sin（２ωｔ＋φ_n）］・・・（１）そして、その点Ｐｎに対応する画素Ｐ_nが順次出力する
蓄積データＩ_n1，Ｉ_n2，Ｉ_n3，・・・は、この干渉光強
度Ｉ_n（ｔ）を時間積分したものに等しく、干渉光強度
Ｉ_n（ｔ）との間に所定の関係式を成立させる。したが
って、画素Ｐ_nの出力する蓄積データＩ_n1、Ｉ_n2，
Ｉ_n3，・・・さえ取得できれば、点Ｐｎにおける初期位
相差φ_nを前記関係式に基づく演算により求めることが
できる。

【０００７】また、以上のフリンジスキャン干渉法にお
いては、参照面５４の移動のさせ方と撮像素子５８の蓄
積時間との関係を最適化して演算を簡略化することもで
きる。例えば、上記各蓄積データＩ_niが、干渉光強度Ｉ
_n（ｔ）の１周期Ｔの変動のうち１／４周期分の蓄積デ
ータとなるように最適化すれば、式（２）〜（５）が成
立する。

【０００８】Ｉ_n1＝Ｉ₀Ｔ［１／４＋（√２）／（２π）・γ・sinφ_n］・・・（２）Ｉ_n2＝Ｉ₀Ｔ［１／４＋（√２）／（２π）・γ・cosφ_n］・・・（３）Ｉ_n3＝Ｉ₀Ｔ［１／４−（√２）／（２π）・γ・sinφ_n］・・・（４）Ｉ_n4＝Ｉ₀Ｔ［１／４−（√２）／（２π）・γ・cosφ_n］・・・（５）このとき、初期位相差φ_nは、簡単な式（６）で表され
る。

【０００９】 φ_n＝tan^-1［（Ｉ_n1−Ｉ_n3）／（Ｉ_n2−Ｉ_n4）］・・・（６）したがって、干渉測定装置では、フリンジスキャン時に
実測した４つの蓄積データＩ_n1，Ｉ_n2，Ｉ_n3，Ｉ_n4を式
（６）に代入することにより、直接的に初期位相差φ_n
を求めることができる。なお、上記したような連続する
４つの蓄積データＩ_n1，Ｉ_n2，Ｉ_n3，Ｉ_n4から初期位相
差φ_nを求める方法は「４バケット法」と呼ばれる。

【００１０】また、連続する５つの蓄積データＩ_n1，Ｉ
_n2，Ｉ_n3，Ｉ_n4，Ｉ_n5から式初期位相差φ_nを求める方
法（但しこの場合、フリンジスキャンは、少なくとも
（１＋１／４）周期分行われる。）である「５バケット
法」等も、公知の方法である。干渉測定装置では、以上
のような初期位相差φ_nの算出を、干渉縞の各点、つま
り撮像素子５８の各画素Ｐ_nについてそれぞれ行い、算
出した初期位相差φ_nの二次元分布を、参照面５４を基
準とした被検面５３の面形状を示す情報として、モニタ
などの表示器に出力する。

【００１１】ここで、図５の右下に示す図は、撮像素子
５８の撮像面５８ａ上に形成される干渉縞を示してい
る。図において、符号５９で示すのが干渉縞の形成され
るデータ領域、符号５１０で示すのが干渉縞の形成され
ない非データ領域である。この図に明らかなとおり、デ
ータ領域５９は、撮像面５８ａの一部の領域である。そ
してこのデータ領域５９の周縁の形状は、光源５１によ
って照射された被検面５３ａの形状に対応している。

【００１２】したがって、被検面５３が変更されたとき
や、被検面５３の装着のされ方が変化したときには、こ
のデータ領域５９の大きさや形状は変化する。一方、被
検面５３の正確な面形状を測定するに当たっては、被検
面５３上の各位置と、撮像素子５８の各画素Ｐ_nの出力
に基づいて算出した各初期位相差φ_nとが正確に対応づ
けられるべきである。

【００１３】仮にこの対応付けを誤ると、被検面５３上
において実際には凹凸の無い箇所に凹凸があるとみなさ
れたり、実際には凹凸がある箇所に凹凸が無いとみなさ
れたりする可能性がある。このため、干渉測定装置で
は、各画素Ｐ_nがデータ領域５９に含まれる「有効画
素」であるのか、それとも非データ領域５１０に含まれ
る「非有効画素」であるのかを峻別している。

【００１４】しかし、実際のところ有効画素の出力と非
有効画素の出力とを単に比較しても、非有効画素の出力
も雑音により何らかの値を示すので、両者を峻別するこ
とは難しい。そこで、干渉測定装置では、干渉縞の明暗
がフリンジスキャンに伴い変化するという性質を利用し
て、フリンジスキャンをしているときに撮像素子５８の
各画素Ｐ_nから出力される蓄積データＩ_niの変化幅Δ
_n（例えば、蓄積データＩ_n1，Ｉ _n2，Ｉ_n3，Ｉ_n4，Ｉ_n5
のうち、最大値Ｉ_nmaxと最小値Ｉ_nminとの差Ｉ_nmax−Ｉ
_nm _in）を求めている（なお、以下では、各画素Ｐ_nの出
力する蓄積データＩ_niの変化幅Δ_nを、各画素Ｐ_nに入射
した光の輝度変化幅を示すことから、単に「輝度変化
幅」という。）。

【００１５】そして、所定の閾値Δ₀よりも大きくなる
ような輝度変化幅Δ_nを示す画素Ｐ_nについては有効画素
であり、その反対に閾値Δ₀よりも小さくなるような輝
度変化幅Δ_nを示す画素Ｐ_nについては非有効画素とみな
す、という峻別が行われる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光源５１か
ら出射された光は、被検面５３の全体に均一な強度で照
射されているとは限らない。また、同様に、光源５１か
ら出射された光は、参照面５４の全体に亘り均一な輝度
で照射されているとは限らない。なぜなら、光源５１
（一般にＨｅ−Ｎｅレーザなどからなる）から出射され
た光の輝度分布は、光束の中央が高輝度であるガウス分
布となるからである。

【００１７】因みに、均一化を目的として、干渉計５０
には、光束の中央部のみを選択的に被検面５３及び参照
面５４へと導光する光学系が備えられているが、それで
も完全に均一化することは困難である。図６（ａ）は、
被検面５３及び参照面５４に導光された光の輝度分布を
示す図である。なお、図において空間方向を示す横軸
は、撮像素子５８の画素位置に対応している。

【００１８】図に明らかなように、被検面５３及び参照
面５４に導光された光の輝度分布は、ガウス分布となら
ないまでも、中央部の方が周辺部よりも輝度が高くなる
ような「ピーク型」の分布である。図６（ｂ）は、撮像
面５８ａに入射した光の輝度変化幅Δ_nの分布を示す図
である。

【００１９】図に明らかなように、干渉縞の形成されて
いるデータ領域５９の輝度変化幅は、干渉縞の形成され
ていない非データ領域５１０の輝度変化幅よりも、大き
くなる。しかしながら、たとえデータ領域５９内の有効
画素の出力が示す輝度変化幅であっても、その有効画素
が非データ領域５１０に近くなるほど、その出力が示す
輝度変化幅は小さくなる傾向にある。これは、図６
（ａ）に示すようなピーク型の輝度分布に起因してい
る。

【００２０】しかも、非有効画素の出力が示す輝度変化
幅は、理想的には「０」となるはずであるが、実際は、
雑音の揺らぎにより何らかの値を示す。このため、デー
タ領域５９の周縁寄りの有効画素と、非データ領域５１
０の中央寄りの非有効画素とを比較しても、それらの出
力が示す輝度変化幅にほとんど差が無くなってしまう。

【００２１】したがって、図６（ｂ）に点線で示すよう
に、閾値Δ₀が少しずれているだけでも、干渉測定装置
はデータ領域５９と非データ領域５１０との峻別を誤っ
てしまう。さらに、光源５１の輝度が低かったり、被検
面５３と参照面５４との何れか一方の反射率が小さかっ
たりするときなどには、干渉縞の明暗の差が全体的に小
さくなるため、有効画素の出力が示す輝度変化幅が、非
有効画素の出力が示す輝度変化幅（すなわち雑音の揺ら
ぎの輝度変化幅）に埋もれてしまうこともある。この場
合、雑音の揺らぎの生じ方によって、データ領域５９と
みなされる領域が変わってしまう。

【００２２】また、この問題は、特に被検面５３及び参
照面５４に導光された光の輝度分布（図６（ａ）参照）
のピークが急峻な程、顕著に現れる。なぜならこのよう
なときには、撮像素子５８の中央近傍の画素がそのピー
クに対応する強い光によって飽和するのを避けるため
に、光源５１からの出射光路にＮＤフィルタを挿入する
などして全体的な輝度を低く設定しなければならないか
らである。

【００２３】以上の結果、従来は、データ領域と非デー
タ領域との峻別を正確に行うことは困難であった。そこ
で本発明の請求項１〜請求項４に記載の発明は、データ
領域５９と非データ領域５１０との峻別を確実に行うこ
とのできる干渉測定装置及び干渉測定方法を提供するこ
とを目的とする。

【００２４】なお、以上説明した干渉計５０による干渉
測定は、光学素子の表面を研磨して設計形状に近づける
ような表面加工の際に適用される。すなわち、表面加工
では、光学素子の表面を研磨した後、その表面形状を干
渉測定により測定し、その測定結果を後続する研磨の際
にフィードバックする（修正加工という。）。この修正
加工を繰り返すことにより、光学素子の表面形状を徐々
に設計形状に近づける。

【００２５】仮にこの干渉測定において、データ領域５
９と非データ領域５１０との峻別が正確に行われない
と、被検面５３の表面形状を正確に得ることができない
ので、光学素子上において研磨すべきでない箇所を研磨
したり、研磨すべき箇所を研磨しなかったりして、表面
加工に膨大な時間を要す、或いは時間を要した上に表面
加工に失敗する可能性がある。

【００２６】そこで、請求項５に記載の発明は、高精度
に効率よく光学素子の表面加工を行うことのできる光学
素子の表面加工方法を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の干渉測
定装置は、被検面からの被検光と参照面からの参照光と
が成す干渉光の入射面に配置され、かつその干渉光の輝
度分布を検出する受光素子と、前記被検光と前記参照光
との位相差を変化させる走査手段とを備えた干渉測定装
置において、前記走査手段の動作中における前記受光素
子の出力を参照し、その動作に応じて前記入射面の各位
置に生じる明暗のコントラストを求めるコントラスト取
得手段と、前記コントラスト取得手段により求めたコン
トラストの前記入射面における分布に基づいて、その入
射面において前記干渉光が入射するデータ領域と前記干
渉光が入射しない非データ領域とを峻別する峻別手段と
を備えたことを特徴とする。

【００２８】すなわち、この干渉測定装置では、データ
領域か否かを峻別するための指標としてコントラスト取
得手段がコントラストを求める。ここで、干渉光のコン
トラストは、入射光の輝度に依らず、雑音のコントラス
トと比較して高い一定値をとる。

【００２９】したがって、雑音のコントラストと干渉光
のコントラストとの相違は、雑音の輝度変化幅と干渉光
の輝度変化幅との相違よりも顕著に現れる。この結果、
コントラストに基づいて峻別手段が行うデータ領域と非
データ領域との峻別は、従来と比較して確実性が高くな
る。請求項２に記載の干渉測定装置は、請求項１に記載
の干渉測定装置において、前記峻別手段は、前記入射面
のうち前記コントラストが所定値以上となるような領域
を、前記データ領域とみなすことを特徴とする。

【００３０】先ず、上記したように雑音のコントラスト
と干渉光のコントラストとの相違は、雑音の輝度変化幅
と干渉光の輝度変化幅との相違よりも顕著に現れる。ま
た、干渉光のコントラストは、輝度変化幅とは異なり、
参照面の反射率の大きさと被検面の反射率の大きさへの
依存度が低い。したがって、被検面や参照面の変更など
による反射率の変化や、測定環境の変化などが生じて
も、多くの場合は、このように閾値を所定値としたまま
で上記峻別を確実に行うことができる。

【００３１】請求項３に記載の干渉測定方法は、被検面
からの被検光と参照面からの参照光とが成す干渉光の輝
度分布を、その干渉光の入射面に配置された受光素子に
より検出する干渉測定方法において、前記被検光と前記
参照光との位相差を変化させ、前記変化中における前記
受光素子の出力を参照し、その変化に応じて前記入射面
の各位置に生じる明暗のコントラストを求め、前記求め
たコントラストの前記入射面における分布に基づいて、
その入射面において前記干渉光が入射するデータ領域と
前記干渉光が入射しない非データ領域とを峻別すること
を特徴とする。

【００３２】したがって、請求項１と同様の理由によ
り、データ領域と非データ領域との峻別は、従来と比較
して確実性が高くなる。請求項４に記載の干渉測定方法
は、請求項３に記載の干渉測定方法において、前記峻別
する手順では、前記入射面のうち前記コントラストが所
定値以上となるような領域を、前記データ領域とみなす
ことを特徴とする。

【００３３】したがって、請求項２と同様の理由によ
り、被検面や参照面の変更などによる反射率の変化や、
測定環境の変化などが生じても、多くの場合は、このよ
うに峻閾値を所定値としたままで上記峻別を確実に行う
ことができる。請求項５に記載の光学素子の表面加工方
法は、表面加工の対象となる光学素子の表面を加工する
に当たり、前記光学素子の表面を被検面として請求項３
又は請求項４に記載の干渉測定方法を適用し、前記受光
素子の出力のうち、前記峻別されたデータ領域に入射し
た光の輝度を示す出力に基づいて、前記光学素子の表面
の形状を求め、前記求めた形状に応じて前記光学素子の
表面を研磨することにより前記光学素子の表面の形状を
予め決められた設計形状に近づけることを特徴とする。

【００３４】このように、請求項３又は請求項４に記載
の干渉測定方法を適用すれば、干渉縞を検出するための
受光面上でのデータ領域５９と非データ領域５１０とが
確実に峻別される。この結果、光学素子の表面上の各位
置と受光素子により検出した輝度分布とを正確に対応づ
けることができ、その表面の正確な形状を得ることがで
きる。したがって、請求項５に記載の光学素子の表面加
工方法は、光学素子上において研磨すべき箇所を誤るこ
となく、表面加工を高精度に効率良く行うことが可能と
なる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の本
発明の実施形態を説明する。［第１実施形態］先ず、図１，図２，図３に基づいて本
発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施
形態の干渉測定装置１の主な構成を示す図である。

【００３６】本実施形態の干渉測定装置１には、図５に
示したものと同じ干渉計５０と、制御部１０とが備えら
れる。干渉計５０には、測定光を出射する光源５１、測
定の基準となる参照面（フィゾー面）５４を有しかつ入
射光の波面を所定の波面に変換するフィゾーレンズ４、
被検レンズ３を支持する支持部材６、光源５１から出射
された光をフィゾーレンズ４のフィゾー面５４と被検レ
ンズ３の被検面５３とに導くと共に、被検面５３にて反
射した被検光５３ａとフィゾー面５４にて反射した参照
光５４ａとを干渉させて干渉縞を生起させる光学系（ビ
ームエキスパンダ５２ａ、ビームスプリッタ５２ｂ、結
像レンズ５２ｃ、不図示の１／４波長板や偏光板な
ど）、その干渉縞の形成面に配置された撮像素子５８、
フィゾーレンズ４を光軸方向へ移動させる移動機構５な
どが備えられる。

【００３７】この干渉計５０において光源５１から出射
された光は、ビームエキスパンダ５２ａおよびビームス
プリッタ５２ｂ等を介してフィゾーレンズ４に入射す
る。この入射した光の一部はフィゾーレンズ４のフィゾ
ー面５４にてビームスプリッタ５２ｂ側に反射し、他の
一部はフィゾー面５４を透過して被検レンズ３側に入射
する。さらに被検レンズ３の被検面５３にて反射した被
検光５３ａは、再びフィゾーレンズ４を介してビームス
プリッタ５２ｂに戻り、フィゾー面５４で反射した参照
光５４ａと干渉する。その干渉により生じた光は、ビー
ムスプリッタ５２ｂ及び結像レンズ５２ｃを介して撮像
素子５８へと導かれ、干渉縞を生起させる。

【００３８】また、制御部１０は、上記光源５１、撮像
素子５８、移動機構５のそれぞれに対する駆動制御を行
いつつ、以下に説明するような面形状測定の処理を実行
する。図２は、本実施形態の制御部１０による面形状測
定処理の動作フローチャートである。制御部１０は、支
持部材６に被検レンズ３が装着され、かつそのアライメ
ント（被検レンズ３の曲率中心とフィゾーレンズ４の焦
点とを一致させる調整）が完了した後に、光源５１、移
動機構５、撮像素子５８を公知のフリンジスキャン法
（以下、４バケット法とする）に基づく制御方法により
駆動する（フリンジスキャン）と共に、撮像素子５８の
各画素Ｐ_nから出力される蓄積データＩ_n1，Ｉ_n2，
Ｉ_n3，Ｉ_n4を順次取り込む（ステップＳ１）。

【００３９】そして、制御部１０は、撮像素子５８の各
画素Ｐ_nが出力した蓄積データＩ_n1，Ｉ_n2，Ｉ_n3，Ｉ_n4
を、式（６）に代入することによって各画素Ｐ_nについ
ての初期位相差φ_nを求める。さらに求めた初期位相差
φ_nと、４つの蓄積データＩ_n1〜Ｉ_n4とを次式（７）又
は式（８）に代入することによりコントラスト値γ_nを
求める。

【００４０】 γ_n＝π・（Ｉ_n1−Ｉ_n3）／［（２√２）・（Ｉ_n1＋Ｉ_n3）・sinφ_n］・・・（７） γ_n＝π・（Ｉ_n2−Ｉ_n4）／［（２√２）・（Ｉ_n2＋Ｉ_n4）・cosφ_n］・・・（８）なお、cosφ_n＝０のときは式（７）を、sinφ_n＝０のと
きは式（８）を用いる。

【００４１】ここで、本実施形態では、４バケット法が
適用されるので、これらの式（７）（８）は、４バケッ
ト法において成立する各式に基づいている。制御部１０
は、このようなコントラスト値γ_nを、各画素Ｐ_nの出力
についてそれぞれ求めることで、コントラスト値γ_nの
分布を得る（ステップＳ２）。ここで、仮に被検面５３
及びフィゾー面５４に導光された光の輝度分布が例えば
図３（ａ）に示すように不均一であったとしても、デー
タ領域５９（図５参照）内の画素（有効画素）の出力が
示すコントラスト値γ_nは、比較的高い一定値をとる。

【００４２】なぜなら、コントラスト値γ_nは、被検面
５３の反射率とフィゾー面５４の反射率とに依るもので
あって、被検面５３及びフィゾー面５４に導光された光
の輝度分布には依らないからである（なお、この事実
は、式（７）又は式（８）により明らかである）。一
方、非データ領域５１０（図５参照）内の画素（非有効
画素）の出力が示すコントラスト値γ_nは、雑音による
ものであるので、有効画素の出力が示すコントラスト値
γ_nよりも十分に低い値となる。

【００４３】すなわち、有効画素と非有効画素とでは、
その出力が示すコントラスト値γ_nに急峻な差が生じ
る。そこで制御部１０は、画素Ｐ_nの出力が示すコント
ラスト値γ_nを所定の閾値γ ₀（例えば０．５とする。）
と比較して、コントラスト値γ_nがその閾値γ₀を上回る
場合には、その画素Ｐ_nを有効画素とみなし、コントラ
スト値γ_nがその閾値γ₀を下回る場合には、その画素Ｐ
_nを非有効画素とみなす。

【００４４】以上の峻別を、撮像素子５８の各画素Ｐ_n
に対して行い、有効画素と非有効画素とのどちらである
のかを各画素Ｐ_nについて峻別することで、制御部１０
は、データ領域５９と非データ領域５１０とを画素アド
レスにより確実に峻別することができる（以上ステップ
Ｓ３）。その後、制御部１０は、再びフリンジスキャン
を行い、撮像素子５８の画素Ｐ _nから出力される蓄積デ
ータＩ_n1，Ｉ_n2，Ｉ_n3，Ｉ_n4を取り込み、それらを式
（６）に代入することによって画素Ｐ_nについての初期
位相差φ_nを求める。

【００４５】制御部１０は、この取り込み、又はこの初
期位相差φ_nの算出を、少なくともステップＳ３におい
て峻別した各有効画素の出力について行い、被検面５３
の形状データとして、各有効画素が示す初期位相差φ_n
の分布を取得し、面形状測定処理を終了する（ステップ
Ｓ４）。以上の本実施形態では、各画素Ｐ_nが有効画素
であるか否か峻別するための指標としてステップＳ２に
おいてコントラスト値γ_nを求めるが、このコントラス
ト値γ_nには、被検面５３及びフィゾー面５４に導光さ
れた光の輝度分布には依らず有効画素であるか否かの相
違が顕著に現れるので、その峻別は、従来と比較して確
実性が高い。

【００４６】なお、データ領域５９と非データ領域５１
０とが確実に峻別される結果、被検面５３面上の各位置
と、撮像素子５８の各画素Ｐ_nの出力に基づいて算出し
た各初期位相差φ_nとが正確に対応づけられ、正確な形
状データが得られる。

【００４７】（閾値γ₀について）なお、上記のとお
り、コントラスト値γ_nは、被検面５３の反射率とフィ
ゾー面５４の反射率とに依存する。すなわち、干渉縞の
コントラストγは、撮像素子５８に入射する参照光５４
ａの強度Ｉ₁と、撮像素子５８に入射する被検光５３ａ
の強度Ｉ₂とによって、次式（９）のように表される
（なお、式（９）は、式（７）、式（８）と等価な式で
ある。）。

【００４８】 γ＝π・√（Ｉ₁・Ｉ₂）／（Ｉ₁＋Ｉ₂）・・・（９）しかし、この式（９）から明らかなように、干渉縞のコ
ントラストγは、従来峻別の指標とされていた輝度変化
幅Δ_nとは異なり、フィゾー面５４の反射率の大きさと
被検面５３の反射率の大きさへの依存度が低い。また、
上記したように、干渉縞のコントラストγには被検面５
３及びフィゾー面５４に導光された光の輝度分布には依
らず有効画素であるか否かの相違が顕著に現れる。

【００４９】したがって、上記閾値γ₀を予め適当な値
に設定しておけば、被検面５３やフィゾー面５４の変更
などによる反射率の変化や、光源５１のパワーが変動す
るなど測定環境の変化が生じても、多くの場合は、閾値
γ₀を変更することなく、上記峻別を確実に行うことが
できる。因みに、被検面５３とフィゾー面５４の反射率
が共に４％であるときには、フィゾー面５４で反射した
参照光５４ａの強度Ｉ₁は、Ｉ₀×０．０４、フィゾー面
５４を透過した光の強度はＩ₀×０．９６、被検面５３
において反射した被検光５３ａの強度Ｉ₂は０．９６×
０．０４×０．９６×Ｉ₀＝０．３６９×Ｉ₀であるの
で、干渉縞のコントラストγ＝０．９９９となる
（Ｉ₀：フィゾー面５４に入射した光の強度）。

【００５０】また、フィゾー面５４の反射率が４％、被
検面５３の反射率が０．５％であるときには、フィゾー
面５４で反射した参照光５４ａの強度Ｉ₁はＩ₀×０．０
４、フィゾー面５４を透過した光の強度はＩ₀×０．９
６、被検面５３において反射した被検光５３ａの強度Ｉ
₂は０．９６×０．００５×０．９６×Ｉ₀＝０．００４
６０８×Ｉ₀であるので、干渉縞のコントラストγ＝
０．６０９となる（Ｉ₀：フィゾー面５４に入射した光
の強度）したがって、上記説明した実施形態のように、閾値γ₀
を０．５に設定しておけば、フィゾー面５４と被検面５
３の反射率が上記の２例のように比較的大きく変化した
場合にも、閾値γ₀を変更する必要がない。

【００５１】（その他）なお、本実施形態では、ステッ
プＳ３とステップＳ４との間に、ステップＳ１の結果得
られた全ての蓄積データＩ_niの最大値Ｉ_maxを参照し、
その最大値Ｉ_maxに応じて光の強度を調整する（光源５
１に対する駆動電圧の調整や光路に対するＮＤフィルタ
の挿抜等による）ことで、撮像素子５８に入射する干渉
光の強度を、撮像素子５８のダイナミックレンジに適合
させる作業が行われる。この作業は、干渉測定装置１の
制御部１０により自動で行われても、干渉測定装置１の
操作者により手動で行われてもよい。

【００５２】また、本実施形態においては、フィゾー面
５４の反射率と、被検面５３の反射率とが大きく変更さ
れ、予め設定された閾値γ₀による峻別が適正に行われ
なくなった場合には、変更後の反射率と式（９）とに基
づいて閾値γ₀の値を変更するとよい。但し、本実施形
態では、図３（ｂ）を参照すれば明らかなとおり、閾値
γ₀の値が不適である場合には、従来のようにデータ領
域５９とみなされる領域が変形するのではなく、「デー
タ領域５９無し」又は「撮像面５８ａの全域がデータ領
域５９である」との峻別結果が出るので、このようにな
った場合に制御部１０が警告を発して操作者に対し閾値
γ₀の変更を促したり、自動的に異なる閾値γ₀を設定す
るように構成することもできる。

【００５３】また、本実施形態では、データ領域５９と
非データ領域５１０との峻別のためのフリンジスキャン
（図２ステップＳ１）と、被検面５３の形状データを取
得するためのフリンジスキャン（図２ステップＳ４）と
が個別に行われているが、光の強度を調整する必要のな
いときなどには、１回のフリンジスキャンの結果から、
領域の峻別と形状データの取得との双方を行うこととし
てもよい。

【００５４】また、本実施形態では、フリンジスキャン
法として４バケット法が適用されているが、５バケット
法など、別のフリンジスキャン法を適用してもよい。な
お、何れのフリンジスキャン法を適用する場合にも、コ
ントラスト値γ_nの算出式として使用されるのは、式
（８）又は式（７）に対応した式となる。また、本実施
形態では、干渉計として、７フィゾーレンズ４を利用す
ることにより被検光５３ａの光路と、被検光５３ａの光
路とが重複しているフィゾー型の干渉計５０が使用され
ているが、干渉計５０に代えて、これらの光路が重複し
ないマイケルソン型の干渉計を使用してもよい。

【００５５】また、本実施形態では、制御部１０の動作
の一部又は全部を、干渉測定装置１の外部に備えられた
演算装置（コンピュータなど）によって実現させてもよ
い。また、コンピュータによって実現させるときには、
図２に示す面形状測定処理の一部又は全部を記憶媒体に
予め記憶させておき、それをコンピュータに読み取らせ
ることとしてもよい。

【００５６】［第２実施形態］次に、図１，図４に基づ
いて本発明の第２実施形態について説明する。本実施形
態は、レンズ（以下、「ワークレンズ」という。）の表
面を研磨加工し、その表面を設計形状に近づけるもので
ある。図４は、本実施形態の表面加工方法を説明する図
である。

【００５７】先ず、ワークレンズの表面を公知の研磨装
置によって研磨する（ステップＳ２１）。また、基準原
器（表面の形状がワークレンズの表面の設計形状となっ
ている）を、図１に示す干渉測定装置１の支持部材６に
装着し（ステップＳ２２）、被検面５３（基準原器の表
面）の形状データ（有効画素が示す初期位相差φ_nの分
布）を取得する（ステップＳ２３）。

【００５８】なお、本実施形態では、この形状データの
取得は、干渉測定装置１の制御部１０に対し、データ領
域５９を峻別する手順を含む「面形状測定処理」（図２
参照）を実行させることによって行われる。次に、ワー
クレンズを図１に示す干渉測置１の支持部材６に装着し
（ステップＳ２４）、被検面５３（この場合ワークレン
ズの表面）の形状データ（有効画素が示す初期位相差φ
_nの分布）を取得する（ステップＳ２５）。

【００５９】なお、本実施形態では、この形状データの
取得は、干渉測定装置１の制御部１０に対し、データ領
域５９を峻別する手順を含む「面形状測定処理」（図２
参照）を実行させることによって行われる。次に、ステ
ップＳ２３において得た原器の形状データと、ステップ
Ｓ２５において得たワークレンズの形状データとの差分
を求める（ステップＳ２６）。この差分は、ワークレン
ズの表面の所謂「面精度誤差」である。

【００６０】次に、ワークレンズの面精度誤差が、所定
値以下であるか否か判別する（ステップＳ２７）。この
判別の結果、所定値を上回っている場合（ステップＳ２
７NO）には、面精度誤差が０に近づくようにワークレン
ズの表面を公知の研磨装置によって研磨する（ステップ
Ｓ２８）。

【００６１】その後、ステップＳ２７における判別がYE
SとなるまでステップＳ２８−Ｓ２４−Ｓ２５−Ｓ２６
−Ｓ２７を繰り返すことにより、ワークレンズの表面形
状を、原器の表面形状に近づける。そして、ステップＳ
２７における判別がYESとなった時点で表面加工は終了
される。

【００６２】以上説明したように、本実施形態では、ワ
ークレンズと基準原器との比較測定における各形状デー
タの取得時に、上述した第１実施形態の干渉測定装置１
を適用することにより、ワークレンズの形状データ、基
準原器の形状データが共に正確に得られ、面精度誤差も
正確に得られるので、ワークレンズ上において研磨すべ
き箇所を誤ることが無くなる。

【００６３】したがって、表面加工を精度高く行い、し
かも表面加工が終了するまでのステップＳ２８−Ｓ２４
−Ｓ２５−Ｓ２６−Ｓ２７の繰り返し回数を減らすこと
ができる。すなわち、ワークレンズに対する表面加工が
高精度にかつ効率よく行われる。（その他）なお、本実施形態では、ステップＳ２１と、
ステップＳ２２、２３とは、上記したものとは反対の順
に実行されてもよく、また、並行して実行されてもよ
い。

【００６４】また、本実施形態では、ワークレンズと基
準原器との比較測定を行っているが、フィゾー面５４が
十分な精度の既知の形状をしていれば、ワークレンズの
表面加工を、基準原器を使用することなく行うこともで
きる。また、本実施形態の手順の一部又は全部について
は、公知の研磨装置と干渉測定装置１とを組み合わせる
ことにより自動で行うこととしても、手動で行うことと
してもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
４に記載の発明によれば、データ領域と非データ領域と
の峻別を確実に行うことができる。また、請求項５に記
載の発明は、高精度に効率よく光学素子の表面加工を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の干渉測定装置１の主な構成を示
す図である。

【図２】第１実施形態の制御部１０による面形状測定処
理の動作フローチャートである。

【図３】第１実施形態の干渉測定装置１の動作を説明す
る図である。

【図４】第２実施形態の表面加工方法を説明する図であ
る。

【図５】干渉測定装置に適用された干渉計５０を示す図
である。

【図６】図６（ａ）は、被検面５３及び参照面５４に導
光された光の輝度分布を示す図である。図６（ｂ）は、
撮像面５８ａに入射した光の輝度変化幅Δ_nの分布を示
す図である。

【符号の説明】

１干渉測定装置５０干渉計１０制御部５１光源５２ａビームエキスパンダ５２ｂビームスプリッタ５２ｃ結像レンズ５８撮像素子５８ａ撮像面４フィゾーレンズ５４フィゾー面５４ａ参照光５３被検面５３ａ被検光６支持部材５９データ領域５１０非データ領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F064 AA09 CC01 CC03 EE05 GG22 GG32 GG38 HH03 JJ01 2F065 AA54 DD04 DD09 FF42 FF51 GG01 JJ03 JJ26 LL09 LL10 LL32 LL36 QQ05 QQ17 QQ21 QQ28 QQ34 2G086 FF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検面からの被検光と参照面からの参照
光とが成す干渉光の入射面に配置され、かつその干渉光
の輝度分布を検出する受光素子と、前記被検光と前記参
照光との位相差を変化させる走査手段とを備えた干渉測
定装置において、前記走査手段の動作中における前記受光素子の出力を参
照し、その動作に応じて前記入射面の各位置に生じる明
暗のコントラストを求めるコントラスト取得手段と、前記コントラスト取得手段により求めたコントラストの
前記入射面における分布に基づいて、その入射面におい
て前記干渉光が入射するデータ領域と前記干渉光が入射
しない非データ領域とを峻別する峻別手段とを備えたこ
とを特徴とする干渉測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の干渉測定装置におい
て、前記峻別手段は、前記入射面のうち前記コントラストが
所定値以上となるような領域を、前記データ領域とみな
すことを特徴とする干渉測定装置。
【請求項３】被検面からの被検光と参照面からの参照
光とが成す干渉光の輝度分布を、その干渉光の入射面に
配置された受光素子により検出する干渉測定方法におい
て、前記被検光と前記参照光との位相差を変化させ、前記変化中における前記受光素子の出力を参照し、その
変化に応じて前記入射面の各位置に生じる明暗のコント
ラストを求め、前記求めたコントラストの前記入射面における分布に基
づいて、その入射面において前記干渉光が入射するデー
タ領域と前記干渉光が入射しない非データ領域とを峻別
することを特徴とする干渉測定方法。
【請求項４】請求項３に記載の干渉測定方法におい
て、前記峻別する手順では、前記入射面のうち前記コントラ
ストが所定値以上となるような領域を、前記データ領域
とみなすことを特徴とする干渉測定方法。
【請求項５】表面加工の対象となる光学素子の表面を
加工するに当たり、前記光学素子の表面を被検面として
請求項３又は請求項４に記載の干渉測定方法を適用し、前記受光素子の出力のうち、前記峻別されたデータ領域
に入射した光の輝度を示す出力に基づいて、前記光学素
子の表面の形状を求め、前記求めた形状に応じて前記光学素子の表面を研磨する
ことにより前記光学素子の表面の形状を予め決められた
設計形状に近づけることを特徴とする光学素子の表面加
工方法。