JP2003254730A - 干渉計を用いた形状測定方法および装置 - Google Patents
干渉計を用いた形状測定方法および装置Info
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Abstract
計を用いた形状測定装置において、装置を大型化、複雑
化することなく高精度に形状測定する。また、ピンホー
ルと被測定部の被測定面までの距離を短くし、空気揺ら
ぎによる精度低下を極力少なくする。また、被測定面が
凹面であっても測定可能にする。 【解決手段】 光源からの光を一旦集光させるレンズ
と、集光した光を理想的な球面波に変換する適切なサイ
ズのピンホールとその近傍に光波面情報を通過させる大
きさの窓を有する光波整形板とを有し、ピンホールを通
過した光の光路中に、お互いの光軸が僅かに偏芯した参
照面と被測定面とを有するレンズを、参照面に光が垂直
に入射し、反射した光が該ピンホールを再度通過し、測
定面に反射した光が窓を通過する位置に配置し、参照面
で反射し該ピンホールを再度通過した反射光と、被測定
面で反射し窓を通過した反射光とを干渉させて被測定面
の形状を測定する。
Description
の縮小投影光学レンズやミラー等の球面形状精度を、極
めて高い精度で測定する干渉計を用いた形状測定方法及
び装置に関するものである。
形状測定方法として、フィゾー干渉計やトワイマン−グ
リーン干渉計などを用いるのが一般的であるが、いずれ
も参照する球面や平面が必要であり、絶対精度は基本的
にはこれらの参照球面、参照平面の形状精度で規定され
てしまう。通常の参照面の製造方法ではHe−Neレー
ザ波長をλ(λ=632.8nm)としてλ/10〜λ
/20程度を保証するのが限度であると言われている。
に伴い露光光源波長はKrFエキシマレーザ(λ=24
8nm)、ArFエキシマレーザ(λ=193nm),
F2レーザ(λ=157nm)と短波長化し、さらには
EUV光(ExtremeUltra Violet:
λ=13.6nm)までも露光光源として使用されるに
至っている。これらの露光装置用の投影光学レンズ、ミ
ラーについては1nm〜0.1nmの形状精度が求めら
れており、このような精度を達成するためにはさらにこ
れより高い精度の計測装置が必要である。通常このよう
な精度で計測することは単に再現精度を実現することで
さえ困難であり、まして絶対精度を保証するということ
は極めて困難であった。
対精度を数10Å以下で保証する技術が記載されてい
る。特開平2−228505の第1実施例として記載さ
れている第1の従来の技術の構成を図7に示す。図7に
おいて光源1から出た光は集光レンズ2により集光され
てピンホールミラー3に至り、一部はピンホールを通っ
て被測定物4に当たって再びピンホールミラー3に戻
り、今度は反射されて撮像素子7へと到達する。この光
を測定光と呼ぶ。それ以外の光はピンホールミラー3で
反射され、集光ミラー5で反射され、再びピンホールミ
ラー3に戻り、今度はピンホールを通過して撮像素子7
へと到達する。この光を参照光と呼ぶ。これらの測定光
と参照光は干渉して干渉縞を形成し撮像素子7で撮像す
る事で被測定物の表面形状を測定する。
理想球面波となる事が知られている。従って測定光はピ
ンホールを通った回折理想球面波となるので被測定物4
で反射した光は被測定物4の球面からの形状誤差だけを
収差情報として持つ光波が撮像素子7に到達する。参照
光は集光ミラー5によって反射集光された後、ピンホー
ルを通過することにより回折理想球面波となるので無収
差波面が撮像素子7に到達する。この時集光ミラー5の
表面精度は特に高精度でする必要はなく、光を反射する
精度があれば充分である。この様にして、測定光と参照
光は撮像素子7上で純粋に被測定物4の形状誤差情報だ
けを有する干渉縞を形成することができ、特別な基準面
を設けることなく高い絶対精度で形状測定が出来る。
て記載されている第2の従来の技術の構成を図8に示
す。図8においては、光源1から出た光を集光レンズ2
でピンホールミラー3に設けられたピンホールを通過さ
せて理想球面波としその一部を参照波として撮像素子7
に入射させる。また同じ光波の別の一部を被測定物4で
反射させた後、ピンホールミラー3で反射させて撮像素
子7に入射させて前記参照波と干渉させ、発生する干渉
縞像を撮像素子7で撮像する事で被測定物の表面形状を
測定する。第2の従来の技術は第1の従来の技術の集光
ミラーを省略した構成を取っている。
示す特開平2−228505に第1実施例として記載さ
れている第1の従来の技術では、参照光軸と被測定光軸
がほぼ90度という大きな角度を持って分離されるため
に、装置が大型化し複雑になってしまう。また、ピンホ
ールと被測定面までの距離を、必ず被測定面の曲率半径
分の距離に離す必要があるため、曲率半径の大きな被測
定面を測定する場合は光路が長くなり空気揺らぎによる
精度低下が避けられない。また、被測定面が凹面であれ
ば測定可能であるが凸面の場合は測定ができないという
問題点もある。また、ピンホール部分には必ずミラーが
必要なため、ミラーの汚れや微小な凹凸が測定波面に影
響する恐れがある。
に第2実施例として記載されている第2の従来の技術で
は、前記課題の他に、測定光として使えるのはピンホー
ルから出る理想球面波の広がりの一部になってしまうた
め、光量が少なくなり測定精度が低下する。また、被測
定物を配置する領域が限られてしまうため、大きな被測
定面を有する被測定物を測定することができない。
と、光源からの光を一旦集光させる集光レンズと、該集
光した光を理想的な球面波に変換するピンホールとその
近傍に設けられた光波面情報を通過させる窓とが形成さ
れた光波整形板とを有し、該ピンホールを通過した光の
光路中に、お互いの光軸が偏芯した参照面と被測定面と
を有する少なくとも1枚のレンズを、該参照面に反射し
た光が該ピンホールを再度通過し、該測定面に反射した
光が該窓を通過する位置に配置し、該参照面で反射し該
ピンホールを再度通過した反射光と、該被測定面で反射
し該窓を通過した反射光とを干渉させて被測定面の形状
を測定する形状測定装置及び形状測定方法を提供してい
る。
ピンホールの近傍で曲率中心が僅かに異なる凹型と凸型
の光学面からなる単レンズである干渉計を用いた形状測
定装置及び形状測定方法を提供している。
前記レンズの前記ピンホールに最も近い凹型の光学面で
あり、前記参照面は該凹型の光学面と逆側の凸型の光学
面である、干渉計を用いた形状測定装置及び形状測定方
法を提供している。
のレンズからなるレンズ群であり、前記参照面と被測定
面は、前記ピンホールに最も近いレンズの光学面と、前
記ピンホールに最も近いレンズと異なるレンズの光学面
のいずれかである干渉計を用いた形状測定装置及び形状
測定方法を提供している。
前記ピンホールに最も近いレンズのピンホールに最も近
い凹型の光学面であり、前記参照面は、前記ピンホール
に最も近いレンズと異なるレンズの光学面である干渉計
を用いた形状測定装置及び形状測定方法を提供してい
る。
の光を一旦集光させる集光レンズと、該集光した光を理
想的な球面波に変換するピンホールとその近傍に設けら
れた光波面情報を通過させる窓とが形成された光波整形
板と、該ピンホールを通過した光を反射する光学反射面
を有するミラー部材とを有し、該ピンホールと該ミラー
部材の間に、他の光学面と光軸が偏芯した被測定面を有
する少なくとも1枚のレンズを該被測定面に反射した光
が前記窓を通過する位置に調整し、該ミラー部材を、該
光学反射面に光が垂直に入射し、反射した光が該ピンホ
ールを再度通過する位置に配置し、該光学反射面で反射
し前記ピンホールを再度通過した反射光と、該被測定面
で反射し前記窓を通過した反射光とを干渉させて被測定
面の形状を測定する干渉計を用いた形状測定装置及び形
状測定方法を提供している。
で前記被測定面を測定した後、前記光波整形板を除去
し、該被測定面からの反射光と、該参照面からの反射光
とを干渉させて該参照面の形状を測定する干渉計を用い
た形状測定方法を提供している。
光源と逆側の光学面は凸型の光学面であり、前記形状測
定方法で該凸型の光学面を測定した後、前記光波整形板
を除去し、前記レンズの該光源と逆側に第2の被測定面
をもつ光学素子を配置し、該第2の被測定面からの反射
光と該凸型の光学面からの反射光とを干渉させて該第2
の被測定面の形状を測定する干渉計を用いた形状測定方
法を提供している。
面は凹型の光学面である干渉計を用いた形状測定方法を
提供している。
で前記被測定面を測定した後、前記光波整形板と集光レ
ンズを除去し、前記光源と前記レンズの間に発散型TS
レンズを配置し、前記被測定面からの反射光と該発散T
Sレンズの参照面からの反射光とを干渉させて該発散T
Sレンズの参照面の形状を測定する干渉計を用いた形状
測定方法を提供している。
で前記発散TSレンズの参照面を測定した後、前記レン
ズを除去し、前記レンズを除去した場所に、第3の被測
定面を有するレンズを配置し、前記発散TSレンズの参
照面からの反射光と第3の被測定面からの反射光とを干
渉させて該第3の被測定面の形状を測定する干渉計を用
いた形状測定方法を提供している。
を参照して説明する。
の実施の形態を示す。図1において、101は光源であ
るところのレーザ、121は射出したレーザ光を一旦集
光して発散させる集光レンズ、122はレーザ光の進行
方向をその偏光方位によって変化させる偏光膜付きのビ
ームスプリッタ、123は発散するレーザ光を一旦平行
光に変換するコリメータレンズ、102は平行光をピン
ホールに集光する集光レンズ、103は使用レーザ光の
波長程度の直径を有するピンホール103aと、そこか
ら数μm〜数100μm離れて隣接して設けられた窓1
03bを有する光波整形板、104は凹型の光学面10
4aと、凸型の光学面104bを持つレンズ、106は
カメラに干渉縞像を結像させる結像レンズ、107は撮
像装置であるところのCCDカメラ、130は電子化さ
れた画像データを処理するコンピュータ、131は計測
画像または処理画像を映し出すディスプレイ装置であ
る。ここでは光学面104aを被測定面、光学面104
bを参照面とする。また図2は前記光波整形板103の
詳細図であり、ピンホール103aと窓103bが隣接
して設けられている様子を示した平面図とA−A’断面
図を示している。
ンズ121で一旦集光された後、発散し偏光ビームスプ
リッタ122の作用で進行方向を折り曲げられ、コリメ
ータレンズ123で平行光に変換された後、集光レンズ
102で集光され、波形整形板103上にあけられたピ
ンホール103aを通過する。このピンホールはその直
径φdが使用光源波長をλ、集光レンズ102の開口数
をNAとすると、 λ/2<φd<λ/NA の範囲にしておけば、回折理論により入射した波面が収
差を持っていてもピンホールを透過することにより無収
差の理想球面波に変換される。たとえば、使用光源波長
λ=0.6μmであり集光レンズ102の開口数NA=
0.5である場合、ピンホール103aの直径φdは 0.3μm<φd<1.2μm にすれば良い。
光学面104bと同一の曲率中心をもち、お互いの光軸
が一致した仮想の光学面である。図1はやや誇張して描
かれているが、レンズ104の光学面104aと仮想の
光学面104a’は僅かに偏芯している。従って光学面
104aと光学面104bは、お互いの光軸が僅かに偏
芯し、曲率中心はピンホール103aの近傍で僅かに異
なっている。レンズ104を、ピンホール103aを通
過した光の光路中に配置する。光学面104bに入射す
る光は光学面104bに垂直に入射し、反射した光は正
確に同じ経路を辿り、再びピンホール103aを通過す
る。一方、ピンホール103aを通過した光は、光学面
104aにおいても反射するが、光学面104aが光学
面104bと偏芯しているため、ピンホール103aに
は戻らず、ピンホール103aに隣接して設けられた窓
103bを通過する。ただし、波形整形板103は、光
学面104aで反射した光が正確に窓103bを通過す
るように予めレンズ104の形状にあわせてピンホール
103aと窓103bが設計されている。つまり、波形
整形板103のピンホール103aと窓103bの位置
は、光学面104aの曲率半径と、光学面104aの光
軸に対する光学面104bの光軸の偏芯量により決定さ
れている。
で反射した光が干渉縞を形成する大きさであれば良く、
たとえば光学面104aの曲率半径が100mmで、光
学面104aの光軸の光学面104bの光軸に対する偏
芯量が1×10‐4radであれば、ピンホール103
aと窓103bとの距離は20μmにしておけば良い。
また、窓103bの大きさは、光学面104aからの反
射光における形状情報等の光波面情報が通過する大きさ
で有れば良く、通常10μm以上にしておけば問題な
い。
ル103aを通過した反射光とは干渉し、干渉した両者
の光は偏芯分の比較的大きなTilt波面を有する干渉
縞として集光レンズ102、コリメータレンズ123、
ビームスプリッタ122を今度は直進し、結像レンズ1
06を介して撮像装置であるCCDカメラ107で撮像
され、電子化された画像データはコンピュータ130で
縞解析される。
で反射してピンホール103aを通った理想回折球面波
を参照光波として、光学面104aの形状誤差情報のみ
を持つ光波と干渉している。また、ピンホール103a
からCCDカメラ107に至る光学系の光路は共通光路
であるため、光学面104aの絶対形状を高精度に測定
する事ができる。尚、前述の通り干渉縞には比較的大き
なTilt縞が含まれているが、これは従来から知られ
ている数値処理で容易に除去することが可能である。
光軸がほぼ同一なフィゾー干渉計の構成を取ることがで
き、装置を小型化する事が可能となる。また、光学面1
04bを参照面とする事で通常測定が困難だと言われて
いる凸型の光学面で有っても容易に測定可能である。ま
た、ピンホール部分にミラー部材が不要なため、ミラー
の汚れや微小な凹凸が測定に影響を及ぼす事がない。ま
た、ピンホールからの全広がり光束を測定光として使用
できるため、光量不足のため測定が不安定になる事がな
く確実に精密な形状測定を行う事ができる。また、被測
定物を配置する領域に制限がない為、大きな被測定物で
も測定が可能である。
かながら偏芯しているため、光学面104bに入射する
光は、光学面104aにおいて僅かに屈折しているが、
偏芯量が僅かであれば無視してもかまわない。より高精
度に測定する為には、光学面104bに光が垂直に入射
する様に、偏芯量を考慮して光学面104bを調整して
おけば良い。
を検出するために参照面をピエゾ素子でλ/2程度動か
すことで縞走査するいわゆるフリンジスキャン法が用い
られる。しかしながら本実施例では参照面と被測定面が
同一部材上にあるためフリンジスキャン法を実施する事
はできない。しかしながら、その他の縞走査手段である
波長走査法や、Tilt縞を利用した空間変調法を使用
することで容易に干渉縞位相を検出する事ができる。波
長走査法を使用する場合は、光源1を半導体レーザなど
波長走査可能なものにしておけば良く、また空間変調法
の場合は、コンピュータ130にその解析機能が搭載さ
れていれば良い。
被測定面、光学面104bを参照面としているが、光学
面104aを参照面、光学面104bを被測定面とする
事もできる。その場合には光学面104aに入射する光
は光学面104aに垂直に入射し、反射した光は正確に
同じ経路を辿り、再びピンホール103aを通過する。
一方、光学面104bにおいて反射した光は、光学面1
04bが光学面104aと偏芯しているため、ピンホー
ル103aには戻らず、ピンホール103aに隣接して
設けられた窓103bを通過する。
学面104bで入反射する光は、レンズ104の内部を
通過しているためレンズの材質による影響を受けてしま
う。従って、被測定面はレンズ104のピンホール10
3aに最も近い光学面である事が望ましい。ただし、光
学面104bを被測定面とした場合でも、レンズ104
の材料の屈折率分布等を考慮しその分の値を補正すれ
ば、高精度に光学面104bの絶対形状測定する事がで
きる。
対精度を測定した光学面104aを使って、光学面10
4bの形状を測定することも可能である。前記測定方法
で光学面104aを測定した後、波面整形板103を取
り除く事により、光学面104aを参照面とし光学面1
04bを被測定面とする、フィゾー干渉計を構成する事
ができる。従って、既に知られている通常のフィゾー干
渉計による測定方法で、既に測定済の光学面104aを
参照面とし、光学面104bを測定することができる。
このような測定方法を用いれば、通常測定が困難だと言
われている凸面を高精度に測定する事ができる。
の実施の形態を説明する図である。図3には、レーザ1
01、レンズ121、ビームスリッター122、コリメ
ータレンズ123、結像レンズ106、CCDレンズ1
07、コンピュータ130、ディスプレイ装置131は
第1の実施の形態と同様であるため記載せず、第1の実
施の形態と異なる部分のみを示している。第2の実施の
形態において、第1の実施の形態と同じ部材には同じ符
号を付してある。
103は波面整形板である。204は複数のレンズ20
5、206からなるレンズ群である。207はレンズ2
05、206を保持する筐体である。レンズ205は凹
型光学面205aと凸型光学面205bを有している。
またレンズ206は凸型光学面206a、206bを有
している。光学面は集光レンズ102側から205a、
205b、206a、206bの順に並んでいる。本実
施形態において光学面205aは被測定面であり、光学
面206bは参照面である。
通過した光の光路中に配置する。レンズ205とレンズ
206は光学面205aと光学面206bとはお互いの
光軸が僅かに偏芯した状態に調整され筐体207に固定
保持されている。光学面206bに入射する光は光学面
206bに垂直に入射し、反射した光は正確に同じ経路
を辿り、再びピンホール103aを通過する。一方、ピ
ンホール103aを通過した光は、光学面205aにお
いても反射するが、光学面205aが光学面206bと
偏芯しているため、ピンホール103aには戻らず、ピ
ンホール103aに隣接して設けられた窓103bを通
過する。ただし、波形整形板103は、光学面205a
で反射した光が正確に窓103bを通過するように予め
レンズ群204の形状にあわせてピンホール103aと
窓103bの位置が設計されている。つまり波形整形板
103のピンホール103aと窓103bの位置は、光
学面205aの曲率半径と、光学面206bの光軸に対
する光学面205aの光軸の偏芯量により決定されてい
る。このような構成にする事で、第1の実施の形態と同
じ手法により、205aの形状の測定を行うことができ
る。
被測定面、光学面206bを参照面としているが、光学
面205aを参照面、光学面206bを被測定面とする
事もできる。その場合には光学面205aに入射する光
は光学面205aに垂直に入射し、反射した光は正確に
同じ経路を辿り、再びピンホール103aを通過する。
一方、光学面206bにおいて反射した光は、光学面2
06bが光学面205aと偏芯しているため、ピンホー
ル103aには戻らず、ピンホール103aに隣接して
設けられた窓103bを通過する。また同様にレンズ群
204の設計により、光学面205b、206aを被測
定面にする事も参照面にする事も可能である。
を被測定面とした場合、光学面205b、206aで入
反射する光は、レンズ205の内部を通過しているため
レンズ205の材質による影響を受けてしまう。また同
様に光学面206bを被測定面とした場合、光学面20
6bで入反射する光は、レンズ205、206の内部を
通過しているためレンズ205、206の材質による影
響を受けてしまう。従って、被測定面はレンズ群204
のうち、ピンホール103aに最も近いレンズ205の
ピンホール103aに最も近い光学面205aである事
が望ましい。ただし、光学面205b、206a、20
6bを被測定面とした場合でも、レンズ205、206
の材料の屈折率分布等を考慮しその分の値を補正すれ
ば、高精度に絶対形状測定する事ができる。
でもない場合、光学面206bで光が反射しないように
反射率を低下させる皮膜を塗布する等処理をしておかな
ければならない。また、同様に光学面206a、206
bが共に被測定面でも参照面でもない場合、光学面20
6a、206bで光が反射しないように反射率を低下さ
せる皮膜を塗布する等処理をしておかなければならな
い。従って参照面はピンホール103aに最も遠いレン
ズ206のピンホール103aに最も遠い光学面206
bである事が望ましい。
形態で得られる効果に加え、レンズ群204の光学設計
により被測定面205aと参照面206bが全く異なる
曲率中心であっても測定する事ができるため、測定の対
象となるレンズのバリエーションが大幅に増え、測定す
るレンズの形状に左右される事なく曲率半径の大きな光
学面や、凹型はもちろん凸型の光学面であても測定が可
能である。また、曲率半径の大きな凸面または凹面であ
ってもピンホール203aから短い距離で測定する事が
可能であり、装置を小型化できるともに、空気揺らぎに
よる測定精度低下が防止できる。
態と同様に、前記測定方法で光学面205aを測定した
後、波面整形板103を取り除くことにより、光学面2
05aを参照面とし、光学面206bを被測定面とする
フィゾー干渉計を構成し、光学面206bを測定するこ
とも可能である。この場合、レンズ群204の設計によ
り光学面206bが曲率半径の大きい凸面や凹面、また
平面であっても測定する事が可能である。また同様に2
05b、206aを測定する事も可能である。
の実施の形態を説明する図である。図4には、レーザ1
01、レンズ121、ビームスリッター122、コリメ
ータレンズ123、結像レンズ106、CCDレンズ1
07、コンピュータ130、ディスプレイ装置131は
第1の実施の形態と同様であるため記載せず、第1の実
施の形態と異なる部分のみを示している。本実施の形態
において、第1の実施の形態と同じ部材には同じ符号を
付してある。
ンズの場合を説明する図である。図1と同様に102は
集光レンズであり、103は波面整形板である。本実施
の形態では、予め参照面となる凹型の光学反射面305
aを有するミラー部材305がピンホール103aを通
過した光の光路上に配置されている。304は凹型の光
学面304a、凸型の光学面304bを持つレンズであ
り、光学面304aが被測定面となる。
過した光の光路中に、レンズ304の光学面304aと
ミラー部材305の光学反射面305aとはお互いの光
軸を僅かに偏芯させて配置する。ピンホール103aを
透過した光は、光学面304aで反射するが、光学面3
04aが光軸と僅かに偏芯しているためピンホール10
3aには戻らず、ピンホール103aに隣接して設けら
れた窓103bを通過する。一方、参照面となる光学反
射面305aに入射する光は、光学反射面305aの位
置を調整する事により、光学反射面305aに垂直に入
射し、反射した光は正確に同じ経路を辿り、再びピンホ
ール103aを通過する。
のレンズからなるレンズ群の場合を説明する図である。
本実施の形態におけるレンズ群404は凹型の光学面4
05a、凸型の光学面405bを持つレンズ405と、
凸型の光学面406a、406bを持つレンズ406と
からなる。本実施形態においてはピンホール103aに
最も近いレンズ205のピンホール103aに最も近い
光学面206aが被測定面である。407は参照面とな
る光学反射面407aを有するミラー部材であり、予め
ピンホールを通過した光の光路上に配置されている。
過した光の光路中に、レンズ405の光学面305aと
ミラー部材407の光学反射面407aとはお互いの光
軸を僅かに偏芯させて配置する。その状態において、図
4(a)に示した単レンズの場合と同じ手法により、光
学面404aの形状測定を行う。また、図4(b)の場
合、レンズ群404の設計により、光の屈折率を調整す
る事が容易にできるため、ミラー部材407を光学反射
面407aが平面である平板ミラーにする事も可能であ
る。
形態と同じ手法により、光学面305a、405aの形
状測定を行うことができる。本実施の形態によれば、前
記第1の実施の形態で得られる効果に加え、予め波形整
形板のピンホールと窓の位置を、被測定面の曲率半径
と、光光軸に対する偏芯量により調整しておく必要がな
く、ミラー部材305の位置を調整する事で対応でき
る。従って被測定物となるレンズもしくはレンズ群の設
計が測定可能なある条件を満たしておく必要がなく、測
定可能なレンズのバリエーションが増え、測定装置とし
ての汎用性が大幅に向上する。
レンズ群404とミラー部材407が別体であるため
に、第1、第2実施の形態で必要であった被測定面と参
照面の2つの面に与える微小な偏芯を、ミラー部材30
5、407を少しtiltさせるという不図示の機械調
整により容易に与えることもできる。
の実施の形態を説明する図である。図5には、レーザ1
01、レンズ121、ビームスリッター122、コリメ
ータレンズ123、結像レンズ106、CCDレンズ1
07、コンピュータ130、ディスプレイ装置131は
第1の実施の形態と同様であるため記載せず、第1の実
施の形態と異なる部分のみを示している。本実施の形態
において、第1の実施の形態と同じ部材には同じ符号を
付してある。
って形状測定されてレンズ104の凸型の光学面104
bを用いて、レンズ104の光源であるレーザ101
(不図示)と逆側に配置されたレンズ501の曲率半径
の大きい凹型の光学面501aを測定するものである。
4の凸型の光学面104bを形状測定した後、そのまま
レンズ104を保持した状態で、凹型の光学面501a
をもつレンズ501をレンズ104の光源であるレーザ
101と逆側に配置する。このような配置にする事で、
光学面104bを参照面、光学面501aを被測定面と
するフィゾー干渉計が構成され、被測定面501aが測
定される。この時、波面整形板は既に取り除かれてい
る。この際、光学面104aからの反射光を遮光する必
要があるので、遮光板502を挿入し光学面104aか
らの反射光を遮断している。
からの反射光を遮断することなので、光学面104bか
らの反射光を遮断ができれば、104a面に反射率を低
下させる被膜を塗布する等の別の手段でもかまわない。
光学面104bを参照面としているため、曲率半径の大
きい凹型の光学面501aを高精度に測定することがで
きる。また、参照面となる凸型の光学面104bと被測
定面となる凹型の光学面501aとの面間隔を短くする
ことができるため、空気揺らぎなどの擾乱の影響を受け
ない高精度な測定ができる。
た参照面となるレンズも参照面の測定後に動かす事ない
ため、各光学面の物理的な面形状の変動が極めて小さ
く、また干渉計のカメラと光学素子の位置関係も保持さ
れているので高い信頼性で絶対精度の測定が実施可能で
ある。
の実施の形態を説明する図である。図6には、レーザ1
01、レンズ121、ビームスリッター122、コリメ
ータレンズ123、結像レンズ106、CCDレンズ1
07、コンピュータ130、ディスプレイ装置131は
第1の実施の形態と同様であるため記載せず、第1の実
施の形態と異なる部分のみを示している。本実施の形態
において、第1の実施の形態と同じ部材には同じ符号を
付してある。
って形状測定されてレンズ104の凹型の光学面104
aを用いて、ピンホール103aとレンズ104の間に
配置された、発散型のフィゾー干渉計用TSレンズ面を
測定するものである。さらにレンズ104を除去し、そ
の場所に凹型の被測定面をもつ別のレンズを配置する事
で、既に測定されているTSレンズ面を用いて凹型の被
測定面を精密に測定するものである。
法で104aを測定する図である。第1の実施の形態で
示した方法により、被測定面である光学面104aの絶
対形状が測定される。次に、図6(b)に示すように、
レンズ102及び波面整形板103を取り除き、代わり
に発散型TSレンズ601を挿入する。発散型TSレン
ズ601の光学面601aの曲率中心を、光学面104
aの曲率中心と一致させることでフィゾー干渉計が構成
され、既に絶対形状が求まっている光学面104aを参
照面としてTSレンズの光学面601aが測定される。
光学面104aとが干渉面配置となるため、面間隔を短
くすることができ、空気揺らぎなどの擾乱の影響を受け
ない高精度な測定も期待できる。
不要光となり計測に影響するため、104b面に反射率
を低下させる皮膜を塗布したり、不図示のピンホールで
104bからの光を遮光するなどの工夫が必要である。
4を取り除き、その場所に代わりに被測定物となるレン
ズ602を配置する。今度は既に測定されている発散型
TSレンズの光学面601aを、今度は参照面として使
用し、レンズ602の凹型の被測定面602aを測定す
る。
した場合と同様に、参照面となる凸型の光学面601a
と凹型の光学面602aとは干渉面配置となるため、面
間隔を短くすることができ、空気揺らぎなどの擾乱の影
響を受けない高精度な測定も期待できる。
動かす事無く、またTSレンズを挿入するときに原器と
して使用するレンズ104も動かすことが無い為、測定
に使用する物理的な面形状の変動が極めて小さく、また
干渉計のカメラと光学素子の位置関係も保持されている
ので高い信頼性で絶対精度の形状測定が実施可能であ
る。
の形状に曲率や凹凸形状等の制約は全くなく、配置する
場合の参照面に対して偏芯を持たせる等の制約もない
為、様々なレンズの形状に対して、より汎用的に形状測
定を行う事ができる。また、被測定物としての凹面ミラ
ーは必ずしも透明では無く、またレンズの形状としても
よいものばかりではないので、汎用的な使用方法では本
実施の形態におけるの使用方法がより現実的となる。
であり射出する光が発散するように設計されたものを指
す。
光源と、光源からの光を一旦集光させる集光レンズと、
該集光した光を理想的な球面波に変換するピンホールと
その近傍に設けられた光波面情報を通過させる窓とが形
成された光波整形板とを有し、該ピンホールを通過した
光の光路中に、お互いの光軸が偏芯した参照面と被測定
面とを有する少なくとも1枚のレンズを、該参照面に光
が垂直に入射し、反射した光が該ピンホールを再度通過
し、該測定面に反射した光が該窓を通過する位置に配置
し、該参照面で反射し該ピンホールを再度通過した反射
光と、該被測定面で反射し該窓を通過した反射光とを干
渉させて被測定面の形状を測定する形状測定装置及び形
状測定方法を提供している。
光軸と被測定光軸がほぼ同一なフィゾー干渉計の構成を
取ることができ、装置を小型化する事が可能となる。ま
た、光学面104bを参照面とする事で通常測定が困難
だと言われている凸型の光学面で有っても容易に測定可
能である。また、ピンホール部分にミラー部材が不要な
ため、ミラーの汚れや微小な凹凸が測定に影響を及ぼす
事がない。また、ピンホールからの全広がり光束を測定
光として使用できるため、光量不足のため測定が不安定
になる事がなく確実に精密な形状測定を行う事ができ
る。また、被測定物を配置する領域に制限がない為、大
きな被測定物でも測定が可能である。
面からの反射光と、参照面からの反射光とを干渉させて
該参照面の形状を測定する形状測定方法により、凸面の
形状計測も可能である。
数のレンズからなるレンズ群とすることで、被測定面と
参照面が同一の曲率中心でなくても測定する事ができる
ため、測定の対象となるレンズのバリエーションが大幅
に増え、測定するレンズの形状に左右される事なく測定
が可能である。また、大きな曲率半径の凸面または凹面
の計測が集光点から短い距離での測定が可能となり、装
置の小型化と空気揺らぎによる精度低下が防止できる。
しくはレンズ群とは異なるミラー部材とすることによ
り、大きな曲率半径の凸面または凹面の計測が集光点か
ら短い距離での測定可能となり、装置の小型化と空気揺
らぎによる精度低下が防止できる。また、光学反射面に
より光を反射するため、光量の損出少なく、より正確な
形状測定が可能となる。また、予め波形整形板のピンホ
ールと窓の位置を、被測定面の曲率半径と、光光軸に対
する偏芯量により調整しておく必要がなく、ミラー部材
305の位置を調整する事で対応できるため、被測定物
となるレンズもしくはレンズ群の設計を測定可能なもの
にしておく必要がなく、測定装置としての汎用性が大幅
に向上している。
測定した後、前記光波整形板を除去し、該被測定面から
の反射光と、該参照面からの反射光とを干渉させて該参
照面の形状を測定する事で、通常測定が困難だと言われ
ている凸型の光学面を高精度に測定する事ができる。
を測定した後、前記光波整形板を除去し、該レンズの該
光源と逆側に第2の被測定面をもつ光学素子を配置し、
該第2の被測定面からの反射光と該凸型の光学面からの
反射光とを干渉させて該第2の被測定面の形状を測定す
る事で、曲率半径の大きい凹型の光学面を高精度に測定
することができる。また、参照面となる凸型の光学面と
被測定面となる凹型の光学面との面間隔を短くすること
ができるため、空気揺らぎなどの擾乱の影響を受けない
高精度な測定ができる。また、本体の干渉計を動かす事
がなく、また参照面となるレンズを参照面の測定後に動
かす事ないため、測定に使用する物理的な面形状の変動
が極めて小さく、また干渉計のカメラと光学素子の位置
関係も保持されているので高い信頼性で絶対精度の測定
が実施可能である。
測定した後、前記光波整形板と集光レンズを除去し、前
記光源と前記レンズの間に発散型TSレンズを配置し、
前記被測定面からの反射光と該発散TSレンズの参照面
からの反射光とを干渉させて該発散TSレンズの参照面
の形状を測定するため、発散TSレンズの面精度を高精
度に測定する事ができる。
レンズの参照面を測定した後、前記レンズと除去し、前
記レンズを除去した場所に、第3の被測定面を有するレ
ンズを配置し、前記発散TSレンズの参照面からの反射
光と第3の被測定面からの反射光とを干渉させて該第3
の被測定面の形状を測定するため、装置間の位置の交差
や誤差をまったく含まずに測定する事ができるため、非
常に高精度に第2のレンズの被測定面の形状を測定する
事が可能である。
詳細説明図
02 レンズ 305,407 ミラー部材 601 発散TSレンズ
Claims (17)
- 【請求項1】 光源と、光源からの光を一旦集光させる
集光レンズと、該集光した光を理想的な球面波に変換す
るピンホールとその近傍に設けられた光波面情報を通過
させる窓とが形成された光波整形板とを有し、該ピンホ
ールを通過した光の光路中に、お互いの光軸が偏芯した
参照面と被測定面とを有する少なくとも1枚のレンズ
を、該参照面に反射した光が該ピンホールを再度通過
し、該測定面に反射した光が該窓を通過する位置に配置
し、該参照面で反射し該ピンホールを再度通過した反射
光と、該被測定面で反射し該窓を通過した反射光とを干
渉させて被測定面の形状を測定する事を特徴とする干渉
計を用いた形状測定装置。 - 【請求項2】 前記レンズは前記ピンホールの近傍で曲
率中心が僅かに異なる凹型と凸型の光学面からなる単レ
ンズである事を特徴とする請求項1項に記載の干渉計を
用いた形状測定装置。 - 【請求項3】 前記被測定面は、前記レンズの前記ピン
ホールに最も近い凹型の光学面であり、前記参照面は該
凹型の光学面と逆側の凸型の光学面である事を特徴とす
る請求項2項に記載の干渉計を用いた形状測定装置。 - 【請求項4】 前記レンズは複数のレンズからなるレン
ズ群であり、前記参照面と被測定面は、前記ピンホール
に最も近いレンズの光学面と、前記ピンホールに最も近
いレンズと異なるレンズの光学面のいずれかである事を
特徴とする請求項1項に記載の干渉計を用いた形状測定
装置。 - 【請求項5】 前記被測定面は、前記ピンホールに最も
近いレンズのピンホールに最も近い凹型の光学面であ
り、前記参照面は、前記ピンホールに最も近いレンズと
異なるレンズの光学面である事を特徴とする請求項4項
に記載の干渉計を用いた形状測定装置。 - 【請求項6】 光源と、光源からの光を一旦集光させる
集光レンズと、該集光した光を理想的な球面波に変換す
るピンホールとその近傍に設けられた光波面情報を通過
させる窓とが形成された光波整形板と、該ピンホールを
通過した光を反射する光学反射面を有するミラー部材と
を有し、該ピンホールと該ミラー部材の間に、他の光学
面と光軸が偏芯した被測定面を有する少なくとも1枚の
レンズを該被測定面に反射した光が前記窓を通過する位
置に配置し、該ミラー部材を、該光学反射面に光が垂直
に入射し、反射した光が該ピンホールを再度通過する位
置に調整し、該光学反射面で反射し前記ピンホールを再
度通過した反射光と、該被測定面で反射し前記窓を通過
した反射光とを干渉させて被測定面の形状を測定する事
を特徴とする干渉計を用いた形状測定装置。 - 【請求項7】 光源と、光源からの光を一旦集光させる
集光レンズと、該集光した光を理想的な球面波に変換す
るピンホールとその近傍に設けられた光波面情報を通過
させる窓とが形成された光波整形板とを有し、該ピンホ
ールを通過した光の光路中に、お互いの光軸が偏芯した
参照面と被測定面とを有する少なくとも1枚のレンズ
を、該参照面に反射した光が該ピンホールを再度通過
し、該測定面に反射した光が該窓を通過する位置に配置
し、該参照面で反射し該ピンホールを再度通過した反射
光と、該被測定面で反射し該窓を通過した反射光とを干
渉させて被測定面の形状を測定する事を特徴とする干渉
計を用いた形状測定方法。 - 【請求項8】 前記レンズは前記ピンホールの近傍で曲
率中心が僅かに異なる凹型と凸型の光学面からなる単レ
ンズである事を特徴とする請求項7項に記載の干渉計を
用いた形状測定方法。 - 【請求項9】 前記被測定面は、前記レンズの前記ピン
ホールに最も近い凹型の光学面であり、前記参照面は該
凹型の光学面と逆側の凸型の光学面である事を特徴とす
る請求項8項に記載の干渉計を用いた形状測定方法。 - 【請求項10】 前記レンズは複数のレンズからなるレ
ンズ群であり、前記参照面と被測定面は、前記ピンホー
ルに最も近いレンズの光学面と、前記ピンホールに最も
近いレンズと異なるレンズの光学面のいずれかである事
を特徴とする請求項7項に記載の干渉計を用いた形状測
定方法。 - 【請求項11】 前記被測定面は、前記ピンホールに最
も近いレンズのピンホールに最も近い凹型の光学面であ
り、前記参照面は、前記ピンホールに最も近いレンズと
異なるレンズの光学面である事を特徴とする請求項10
項に記載の干渉計を用いた形状測定方法。 - 【請求項12】 光源と、光源からの光を一旦集光させ
る集光レンズと、該集光した光を理想的な球面波に変換
するピンホールとその近傍に設けられた光波面情報を通
過させる窓とが形成された光波整形板と、該ピンホール
を通過した光を反射する光学反射面を有するミラー部材
とを有し、該ピンホールと該ミラー部材の間に、他の光
学面と光軸が偏芯した被測定面を有する少なくとも1枚
のレンズを該被測定面に反射した光が前記窓を通過する
位置に配置し、該ミラー部材の位置を、該光学反射面に
光が垂直に入射し、反射した光が該ピンホールを再度通
過する位置に調整し、該光学反射面で反射し前記ピンホ
ールを再度通過した反射光と、該被測定面で反射し前記
窓を通過した反射光とを干渉させて被測定面の形状を測
定する事を特徴とする干渉計を用いた形状測定方法。 - 【請求項13】 前記形状測定方法で前記被測定面を測
定した後、前記光波整形板を除去し、該被測定面からの
反射光と、該参照面からの反射光とを干渉させて該参照
面の形状を測定する事を特徴とする請求項7項に記載の
干渉計を用いた形状測定方法。 - 【請求項14】 前記レンズの前記ピンホールと逆側の
光学面は凸型の光学面であり、前記形状測定方法で該凸
型の光学面を測定した後、前記光波整形板を除去し、該
レンズの前記光源と逆側に第2の被測定面をもつ光学素
子を配置し、該第2の被測定面からの反射光と該凸型の
光学面からの反射光とを干渉させて該第2の被測定面の
形状を測定する事を特徴とする請求項7項および13項
のいずれか一項に記載の干渉計を用いた形状測定方法。 - 【請求項15】 前記第2の被測定面は凹型の光学面で
あることを特徴とする請求項14項に記載の干渉計を用
いた形状測定方法。 - 【請求項16】 前記形状測定方法で前記被測定面を測
定した後、前記光波整形板と集光レンズを除去し、前記
光源と前記レンズの間に発散型TSレンズを配置し、前
記被測定面からの反射光と該発散TSレンズの参照面か
らの反射光とを干渉させて該発散TSレンズの参照面の
形状を測定する事を特徴とする請求項7項に記載の干渉
計を用いた形状測定方法。 - 【請求項17】 前記形状測定方法で前記発散TSレン
ズの参照面を測定した後、前記レンズを除去し、前記レ
ンズを除去した場所に、第3の被測定面を有するレンズ
を配置し、前記発散TSレンズの参照面からの反射光と
第3の被測定面からの反射光とを干渉させて該第3の被
測定面の形状を測定する事を特徴とする請求項16項に
記載の干渉計を用いた形状測定方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002060212A JP3740424B2 (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 干渉計を用いた形状測定方法および装置 |
US10/374,142 US6972850B2 (en) | 2002-03-06 | 2003-02-27 | Method and apparatus for measuring the shape of an optical surface using an interferometer |
DE10309586A DE10309586B4 (de) | 2002-03-06 | 2003-03-05 | Form-Messverfahren und -vorrichtung unter Verwendung eines Interferometers |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002060212A JP3740424B2 (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | 干渉計を用いた形状測定方法および装置 |
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---|---|
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