JP2004279345A

JP2004279345A - 曲面ミラー及び面形状の測定方法

Info

Publication number: JP2004279345A
Application number: JP2003074256A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kamiya; 誠一神谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】２次元曲面の形状測定を簡易に、かつ高精度で行う。
【解決手段】測定対象の軸外し放物面ミラー１０１には、測定対象となる放物面１０１ａとともに、その放物面に予定された入射光の方向と直交する基準平面１０１ｂが設けられている。測定に際してはまず、基準平面１０１ｂに測定光を照射して、その反射光によりＣＣＤカメラ１０８に形成される干渉縞を観測し、その位置が所定の位置となるよう、ミラー１０１のアライメント調整する。次に、折返しミラー１０２のアライメントを、放物面１０１ａからの反射光による干渉縞がＣＣＤカメラ１０８撮像面に形成されるよう調整する。その後、この干渉縞を観測して放物面１０１ａの形状を測定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光学部品や金型などの物体表面形状を高精度に測定する３次元形状測定技術に関し、特に２次曲面形状を測定するための２次曲面測定方法及び２次曲面ミラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
放物面、双曲面、楕円面と言った２次曲面形状を有する光学部品の形状測定を行う場合、従来より“折返しヌル干渉計測”がしばしば用いられる。この“折返しヌル干渉計測”を用いた形状計測方法は、例えば特開平８−２３３５４８号公報に開示されている。以下に、被測定物が双曲面形状を有する場合の形状測定方法を説明する。
【０００３】
折返しヌル干渉計測により双曲面形状を測定する場合は、図５に示すような配置の干渉計を用いる。図５において、被測定物１は、ここでは双曲面形状１ａを有する。折り返しミラー２は理想的な球面形状を有しており、ここでは光軸及びその近傍部分が中抜けで光波を通過させることができる形状となっている。ＴＳレンズ３は、後述する干渉計本体９から出射される平面波を球面波に変換させる役割を担うと共に、ＴＳレンズ３の最終面が基準参照面３ｂ（フィゾー面）になっている。Ｈｅ−Ｎｅレーザ４は干渉縞光源である。レンズ５ａを通過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ６により反射されて、λ／４板７、集光レンズ５ｂを通してＴＳレンズ３に入射される。干渉光はビームスプリッタ６を通して撮像手段であるＣＣＤカメラ８に結像する。ここではレーザ４〜ＣＣＤカメラ８までの干渉計の要素を干渉計本体９と呼ぶことにする。
【０００４】
干渉計本体９から出射された平面波はＴＳレンズ３で球面波に変換され、被測定物１へ向かって出射する。尚この時、ＴＳレンズ３の最終面（フィゾー面）で一部の光波は反射し、参照光波となる。一方、ＴＳレンズ３を透過した光波は被測定物１の双曲面形状１ａにて反射されることになる。この時、双曲面１ａの第１焦点と双曲面１ａに入射する球面波の球心とが合致するようにアライメントされていれば、双曲面１ａにて反射される波面は双曲面１ａの第２焦点で集光する球面波となる。したがってこの球面波の球心に対して折返しミラー２の球心を合致させることで、折返しミラー２に対して球面波は垂直に入射し反射することになる。したがって折返しミラー２で反射した光波は、今来た光路を逆戻りして測定光波となる。この後測定光波と参照光波を干渉させた後、観察される干渉縞を干渉計本体９のＣＣＤカメラ８にて撮像することになる。
【０００５】
この際に干渉計本体９で使用されている光学部品や被測定物１及び折返しミラー２が理想的な形状を有しかつ正確にアライメントが行われていれば、観察される干渉縞はワンカラー（縞一色）となる。もし被測定物１の形状が理想的な双曲面から形状誤差を有している場合は干渉縞をワンカラーにすることは出来ず、その偏差が干渉縞から観察できることになる。
【０００６】
以上が折返しヌル干渉計測による双曲面の測定のための構成及び原理である。ここでは折返しヌル干渉計測を用いて双曲面を有する被測定物の形状測定を例に示したが、被測定物が放物面となる場合は図６（ａ）に示すような構成にする方法が知られている。図５との違いは、被測定物は放物面形状を有するものとなり、また折返しミラー形状が球面形状ではなく平面形状を有するミラー６０２となる。一方、図６（ａ）に示すＴＳレンズ３の代わりに図６（ｂ）に示すＴＦレンズ６０３（最終面には基準参照面（フィゾー面）６０３ｂを有し、平面波を発生させるレンズ）を用いてもよく、この場合の折返しミラー６１２は球面形状とすれば良い。
【０００７】
やはりこの場合でも干渉計本体９で使用されている光学部品や放物面６０１ａ及び折返しミラー６０２，６１２が理想的な形状を有しかつ正確にアライメントが行われていれば、観察される干渉縞はワンカラー（縞一色）となる。放物面に形状誤差を有している場合は干渉縞をワンカラーにすることは出来ず、その偏差が干渉縞から観察できることになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２３３５４８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、２次曲面形状の形状測定には“折返しヌル干渉計測”がしばしば用いられる。この測定方法では、入射光波もしくは出射光波の光線角度がほぼ設計値となるように、被測定物及び折返しミラーのそれぞれについて、位置のアライメントを実施する必要がある。ある程度のアライメントの追い込みがなされていれば干渉縞は観察できる。最終的には観察させる干渉縞を頼りにより微細なアライメント調整を行い、干渉縞をワンカラーに追い込むことで位置のアライメントを完了させることができる。
【００１０】
しかしながら干渉縞が観察できる状態、すなわち干渉計本体の配置に対して、おおまかに被測定物や折返しミラーを位置決めされた状態に追い込むためには調整機構や治工具を用いる必要があった。特に被測定物が軸外しの放物面形状や双曲面形状の場合、軸外し量が大きくなるほど被測定物と光軸間の距離が離れるためにアライメントが難しくなり、位置決めのために多大な手間と労力を要することになる。
【００１１】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、２次曲面を有する被測定物の面形状を干渉計を用いて測定する場合、被測定物及び折返しミラーの位置に関するアライメント作業の負荷を軽減させて測定を簡易化させ、高精度で曲面の測定を行うと共に、測定の生産性を向上させた面形状の測定方法及び曲面ミラーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるために、本発明は、被測定物に基準面を設けたことを特徴としており、この基準面を利用して被測定物のアライメントを行うようにするものである。すなわち、被測定物にて反射した測定光波と基準参照面にて反射した参照光波を干渉させて干渉縞を発生させ、干渉縞の位相分布を用いて被測定物の形状を測定する装置において、２次曲面形状を有する被測定物に位置のアライメントに使用する基準面が取り付けられたことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は以下の構成を備える。
【００１４】
まず本発明は、曲面形状の反射面と、該反射面と一定の位置関係となるよう設けられた基準面とを有することを特徴とする曲面ミラーにある。
【００１５】
更に好ましくは、前記基準面は、前記反射面への予定された入射光に直交する平面である。
【００１６】
更に好ましくは、前記反射面は放物面形状を有する放物面ミラーであり、前記基準面は入射光波を反射する光学基準平面で構成されている。
【００１７】
更に好ましくは、前記反射面は双曲面形状を有する双曲面ミラーであり、前記基準面は入射光波を反射する光学基準球面で構成されている。
【００１８】
あるいは、本発明は以下の構成を備える。
【００１９】
すなわち本発明は、前記基準面を、前記反射面への予定された入射光と平行な平面とした請求項１に記載の曲面ミラーと、
前記基準面と当接する第１の平面と、該第１の平面と直交する第２の平面とを有するステージ部と、
前記第２の平面と、一部において当接する基準平面を有する基準ミラーと
を備える。
【００２０】
更に好ましくは、前記基準ミラーには、前記基準平面と直交する軸を有する基準球面がさらに設けられている。
【００２１】
更に好ましくは、ミラーの反射面の形状を、前記反射面による反射光を副鏡を用いて折り返し該反射光の干渉像を測定することで測定する面形状の測定方法であって、
前記反射面への予定された入射光に直交するよう前記反射面の位置及び方向を基に設けられた基準平面に、測定光を入射し、前記基準平面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記ミラーの位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記副鏡の位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像を測定する。
【００２２】
更に好ましくは、前記基準平面は、前記ミラーにおいて前記反射面と一体に設けられている。
【００２３】
更に好ましくは、前記基準平面は、前記ミラーと同一のステージに載置された基準ミラーに設けられている。
【００２４】
あるいは、本発明は以下の構成を備える。
【００２５】
すなわち本発明は、ミラーの反射面の形状を、前記反射面による反射光を副鏡を用いて折り返し該反射光の干渉像を測定することで測定する面形状の測定方法であって、
前記反射面への予定された入射球面光を折り返すよう設けられた基準球面に測定光を入射し、前記基準球面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記ミラーの位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記副鏡の位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像を測定することを特徴とする面形状の測定方法にある。
【００２６】
あるいは、本発明は以下の構成を備える。
【００２７】
すなわち本発明は、干渉計からの出射光波を２次曲面形状を有する被測定物へ入射し、２次曲面形状からの反射光波を理想的な球面形状を有する折返し球面ミラーで反射させた後、往きの光路を逆戻りさせて測定光波とする一方、基準参照面にて一部の光波を反射させて参照光波とし、測定光波と参照光波とを干渉させて干渉縞を発生させ、この干渉縞の位相分布を用いて被測定物の２次曲面形状を測定する方法であって、
被測定物の位置のアライメントを、予め取り付けられている２次曲面形状の光線角度に起因した基準面を利用して発生させた干渉縞を用いて行うことを特徴とする２次曲面形状の測定方法にある。
【００２８】
更に好ましくは、前記基準面は入射光波を反射させる役割を担う理想的な球面形状もしくは平面形状を有する光学基準面で構成されており、干渉計本体からの出射光波を被測定物の光学基準面へ入射し、光学基準面からの反射光波である測定光波と基準参照面からの反射光波である参照光波とを干渉させ発生させた干渉縞の情報を用いて被測定物の位置をアライメントする。
【００２９】
更に好ましくは、前記基準面を利用して、アライメントミラーを入射光波もしくは出射光波の光線角度に対して垂直方向となるように位置決めし、アライメントミラーからの反射光波である測定光波と基準参照面からの反射光波である参照光波とを干渉させ発生させた干渉縞を用い、この干渉縞の情報を用いて被測定物の位置をアライメントする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下に、被測定物が軸外し回転放物面形状を有する放物面ミラーの場合を例にして、折返しヌル干渉計測を用いた被測定物の形状測定方法を説明する。
【００３１】
図１は、本発明に於ける軸外し回転放物面形状を有する被測定物の面形状を測定する際の干渉計の構成を示す。図１において、被測定物１０１は、たとえばガラス等により構成され、軸外し回転放物面形状１０１ａを有する放物面ミラーである。すなわち、放物面ミラーは、その中心が回転放物面の軸と一致していない。折返しミラー１０２は、ここでは理想的な球面形状１０２ａを有するミラーである。ＴＦレンズ１０３は、最終面には基準参照面１０３ｂ（フィゾー面）を有し、平面波を発生させるレンズである。Ｈｅ−Ｎｅレーザ１０４は、干渉計の光源となるレーザ光を発する。出射されたレーザ光は、レンズ１０５ａ、偏光ビームスプリッタ１０６、λ／４板７、集光レンズ１０５ｂを通してＴＦレンズ１０３に入射する。
【００３２】
ＴＦレンズ１０３から出射して被測定物１０１および折返しミラー１０２により反射された光は、入射径路を折り返して変更ビームスプリッタ１０６を通して撮像手段であるＣＣＤカメラ１０８に結像し、干渉像が撮影される。撮影された画像は、不図示のコンピュータなどに入力されて表示されるとともに、干渉縞の分析が行われて被測定面の形状誤差が求められる。レーザ４〜ＣＣＤカメラ８は干渉計を構成する主要素であり、ここでは干渉計本体１０９と呼ぶことにする。面形状の測定は、この干渉縞の位相分布を用いて測定される
干渉計本体１０９から出射された平面波はＴＦレンズ１０３に入射する。ＴＦレンズ１０３の最終面（フィゾー面）１０３ｂで一部の光波は反射し、参照光波となる。一方、透過した光波は平面波のまま放物面ミラー１０１に入射し反射することになる。この時、放物面ミラー１０１の軸外し回転放物面形状と、放物面ミラー１０１に入射する平面波の光線角度の関係が２次曲面形状設計値で定められる位置にアライメントされていれば、放物面ミラー１０１によって反射された光波は折返しミラー１０２に向かって球面波を発生させることになる。すなわち干渉計における放物面形状の配置は、ＴＦレンズ１０３を透過した平面波の光線角度によって決められるものである。
【００３３】
この時、放物面ミラー１０１の軸外し回転放物面形状が設計値通りの理想的な形状を有していた場合、放物面ミラー１０１で反射した球面波の波面は理想的な球面形状を有することになる。設計値に対して加工誤差のある軸外し回転放物面形状で有れば、理想的な球面波から乱れが生じた波面が発生することになる。ここで発生した球面波の集光点が放物面ミラー１０１の焦点であり、放物面ミラー１０１の焦点と折返しミラー１０２の焦点を合致させるように折返しミラー１０２をアライメントすれば、球面波を折返しミラー１０２に垂直に入射、反射させることが可能となる。
【００３４】
折返しミラー１０２で反射された光波は、往きの光路を逆戻りさせて測定光波となる。この後測定光波と参照光波を干渉させ、干渉計本体１０９のＣＣＤカメラ１０８にて干渉縞を撮像させ、解析により被測定物の面形状を算出することになる。干渉計で使用されている光学部品や折返しミラー１０２は理想的な形状で、かつ放物面ミラー１０１や折返しミラー１０２は設計値通りに位置のアライメントがなされていれば、観察される干渉縞の乱れの状態は放物面ミラー１０１の形状誤差を表わすことになる。もし放物面ミラー１０１が設計値通りの理想的な放物面形状を有していれば、観察される干渉縞はワンカラー（縞一色）となり、形状誤差が存在しない状態となる。
【００３５】
次にＴＦレンズ１０３を透過した平面波の光線方向に、放物面ミラー１０１の設計上の入射光波の光線角度を合致させるように放物面ミラー１０１をアライメントする方法について詳細に説明していく。この方法では、被測定物である放物面ミラー１０１及び折返しミラー１０２の位置に関するアライメント負荷を軽減するため、被測定物に基準面を設け、この基準面を利用して入射光波の光線角度に対して被測定物のアライメントを行う。
【００３６】
被測定物である放物面ミラー１０１に設けるあるいは取りつける基準面の様子を図２に示す。図２（ａ）は、軸外し回転放物面形状面１０１ａ側に光学基準面１０１ｂを設けた放物面ミラーの様子を示す。図２（ｃ）は、軸外し回転放物面形状面１０１ａの裏面側に取り付けた基準面１０１ｄによって位置出しされた光学基準平面１１０ｂを有する平面板の様子を示す。いずれの場合も予め被測定物である放物面ミラー１０１に基準面となる基準平面１０１ｂ，１０１ｄを研磨加工（例えば面形状精度：λ／２０程度）しておく。
【００３７】
図２（ａ）の構成においては、基準平面１０１ｂを放物面１０１ａと同一の側に設け、基準平面１０１ｂに対して光軸が垂直となるように放物面ミラー１０１の軸外し回転放物面形状１０１ａを加工する。こうして放物面ミラー１０１と一体に光学基準面を設けている。
【００３８】
一方、図２（ｃ）の構成においては、基準平面１０１ｄは放物面１０１ａと反対側の面に設けられている。そして、基準平面１０１ｄに対して光軸が垂直となるように放物面ミラー１０１の軸外し回転放物面形状１０１ａを加工する。そして、別途作成した、放物面ミラー１０１よりも大きく、基準平面１０１ｄと同程度の精度の平面１１０ｂを有する平面ミラー１１０を、基準平面１０１ｄと平面１１０ｂとが対向するように合わせて一体とする。このときに、放物面ミラー１０１外側にはみ出した平面１１０ｂを、補物面ミラー１０１及び折返しミラー１０２の位置合せ用の光学基準面として用いる。なお、この基準平面１１０ｂは、放物面ミラー１０１とは別に作成するものと説明したが、基準平面１１０ｂを放物面ミラー１０１と一体に設けても良い。
【００３９】
このように構成された放物面ミラー１０１に対して、干渉計本体１０９に取り付けられたＴＦレンズ１０３を透過した平面波が入射され、光学基準面１０１ｂまたは１１０ｂにて反射される。その反射光の光束を測定光波とし、ＴＦレンズ１０３の最終面（フィゾー面）１０３ｂで反射された光束を参照光波とし、測定光波と参照光波を干渉させて発生させた干渉縞がＣＣＤカメラ１０８に結像される。
【００４０】
放物面ミラー１０１の設計上の入射光角度が、ＴＦレンズ１０３からの平面波の出射方向と一致している場合には、図２（ｂ）や図２（ｄ）に示すように、光学基準面１０１ｂ，１１０ｂそれぞれに相当する部分の干渉縞１０１ｃ，１０１ｅが、撮影された像において観察される。そこで、干渉縞の様子を頼りに放物面ミラーをアライメントすることによって、干渉計本体から出射される平面波の入射光波の光線角度に対して、放物面ミラーを正確にアライメントすることが可能となる。具体的には、光学基準面１０１ｂ，１１０ｂからの反射波について形成される干渉像をＣＣＤカメラ１０８により撮像し、撮像された干渉縞の位置を測定する。そして測定された光学基準面の干渉像の位置が所定位置に納まるように放物面ミラー１０１をアライメントする。この所定位置は、本来の測定対象である軸外し放物面１０１ｂについて形成される干渉像が、ＣＣＤカメラ１０８により撮影可能なあらかじめ決められた位置となるように決定される。
【００４１】
このようにして調整された放物面ミラー１０１の位置や方向等のアライメントは、予め取り付けられた光学基準面によって保証されることになる。そのため、干渉計本体１０９からの光波と放物面ミラー１０１の入射光波の光線角度は設計値通りとなり、被測定物の位置のアライメントが完了している状態である。
【００４２】
次に折返しミラー１０２の位置の調整方法を説明する。折返しミラー１０２の位置調整が行われていない状態では、図２（ｂ）や図２（ｄ）に示したように干渉縞の発生は光学基準面部分に限定される。しかし折返しミラー１０２を３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向に移動させながら干渉縞の縞調整を行うことで、被測定物の軸外し放物面形状部分についても干渉縞を発生（すなわちＣＣＤカメラ１０８に干渉縞を結像）させることができる。したがって、折返しミラー１０２の入射光波の光線角度と折返しミラー１０２の位置関係をアライメントすることが出来る。
【００４３】
このようにして被測定物及び折返しミラーの位置のアライメントが完了する。この後、放物面ミラー１０１の面形状を測定すれば、解析により放物面ミラーの面形状を算出することが出来る。
【００４４】
以上のように本実施形態では、放物面形状等の２次曲面形状を有する被測定物を干渉計にて測定する場合において、被測定物に基準面を取り付け、その基準面を用いて干渉計本体から出射した平面光波の光線角度に対して、被測定物の２次曲面形状の位置をアライメントできるようにしたものである。
【００４５】
２次曲面形状の測定の際には、２次曲面形状（２次曲面ミラー）及び折返しミラーのいずれに対しても正確に位置のアライメントをする必要がある。しかし、従来はどちらのアライメントが不充分か（すなわち位置が不正確か）明確に判断できなかったため、アライメントが困難で手間も多く掛かってしまう課題があった。本実施形態の構成を用いることによって、まず２次曲面形状に取り付けられた基準面を用いて被測定物の位置のアライメントを完了させた後、改めて折返しミラーの位置をアライメントすることになり、アライメントの作業手順を明確にすることができる。このように、被測定物のアライメント調整を折り返しミラーの調整とは独立して行えるようにしたことで、被測定物および折返しミラーの双方についてそれぞれ独立にアライメント調整を行える。これによって大幅にアライメント作業の負荷軽減を図ることが可能となる。
【００４６】
［第２実施形態］
先述した第１実施形態では、２次曲面形状を有する被測定物に反射する基準面（光学基準面）を設け、あるいは取り付けて、被測定物と一体となった基準面を設けたことを特徴としており、その特徴により被測定物のアライメントを折返しミラーの位置とは独立して調整することができた。この第１実施形態における基準面は必ずしも光学基準面に限定されるわけではない。次に被測定物の基準面を突きあて基準面として使用した第２の実施形態について説明する。
【００４７】
図３は、図１の構成から、干渉計本体１０９および折返しミラー１０２を除いた測定対象物の構成を示す。干渉計本体１０９および折返しミラー１０２については、図１と同様の構成である。図３における放物面ミラー３０１は、位置出し可能な基準面３０１ｂを設けているものである。この基準面３０１ｂは、軸外し放物面形状へ入射させる平面波の光線角度と平行となるように予め加工したものである。ここでＬ型治具３１１は、直角基準面３１１ｂを有した治具である。アライメントミラー（平面ミラー）３１２の基準面３１２ｂをＬ型治具の直角基準面に対して位置出しすることにより、放物面ミラー３０１の基準面３０１ｂに対して、アライメントミラー３１２の基準面３１２ｂを直角に位置決めできることになる。これにより予め入射する平面波の光線角度と平行となるように加工された放物面ミラーの基準面に対して、アライメントミラー３１２の基準面３１２ｂは入射する平面波の入射角度に直角に配置されることなる。
【００４８】
干渉計本体１０９から出射した平面波に対して、位置出し済みの放物面ミラー３０１及びＬ型治具及びアライメントミラー３１２を一体に搭載したステージ３１３の位置のアライメントを行う。この時、アライメントミラー３１２にて反射した光波は測定光波となり、参照基準面１０３ｂにて反射した参照光波と干渉し、干渉縞が発生してＣＣＤカメラ１０８により撮影される。この干渉縞の位置が所定位置に納まるように、第１実施形態と同様の要領で、ステージ３１３のアライメント調整を行う。基準面による干渉像が所定位置に納まるようにステージ３１３をアライメントすることで、放物面３０１についての干渉像もＣＣＤカメラ１０８の撮影範囲における所定位置に納まる。これにより、干渉計本体１０９から出射した平面波に対して、アライメントミラー３１２を垂直に位置アライメントできる。この後、図３（ｂ）に示すようにアライメントミラー３１２を取り除けば、放物面ミラー３０１の軸外し放物面形状に入射する平面波の光線角度は、設計値通りに調整できた状態となる。
【００４９】
この後、折返しミラー１０２を３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向にアライメントすれば、被測定物の軸外し放物面形状部分についても干渉縞が発生させることができる。したがって、折返しミラーの入射光波の光線角度と折返しミラーの位置関係をアライメントすることが出来る。
【００５０】
図３（ｃ）（ｄ）は、それぞれ図３（ａ）（ｂ）を図の下方向から見た場合の外観図である。これら図においても、アライメントミラー３１２や放物面ミラー３０１は、ステージ３１３により隠された基準平面により位置合わせされている。
【００５１】
このようにして被測定物及び折返しミラーの位置のアライメントが完了した後、放物面ミラーの面形状を測定すれば、解析により放物面ミラーの面形状を算出することが出来る。
【００５２】
以上のように本実施形態では、放物面形状等の２次曲面形状を有する被測定物を干渉計にて測定する場合において、被測定物をステージに対して位置決めしておき、そのステージに対して別途位置決めされたアライメントミラー（基準ミラー）によりステージのアライメントを調整する。
【００５３】
これにより、２次曲面形状の測定の際には、まずステージに取り付けられたアライメントミラーを用いて被測定物の位置のアライメントを完了させた後、改めて折返しミラーの位置をアライメントすることになり、アライメントの作業手順を明確にすることができる。このように、被測定物のアライメント調整を折り返しミラーの調整とは独立して行えるようにしたことで、被測定物および折返しミラーの双方についてそれぞれ独立にアライメント調整を行える。これによって大幅にアライメント作業の負荷軽減を図ることが可能となる。
【００５４】
［第３実施形態］
次に第３の実施形態として、双曲面形状を有する被測定物自身に基準面を取りつけて位置決めをする測定方法について説明する。本実施形態では測定対象が双曲面ミラーであるために、干渉計本体は図５に示す干渉計本体９と同様の構成を有する。すなわち、ＴＦレンズ１０３に代わりＴＳレンズが用いられ、球面波が出射される。
【００５５】
図４（ａ）における双曲面ミラー４０１は、位置出し可能な基準面４０１ｂを設けたものである。この基準面４０１ｂは、双曲面形状へ入射させる球面波の光軸位置を一致させ、かつ双曲面に於ける第１焦点距離と第２焦点距離及び位置出しに使用するアライメントミラー（球面ミラー）４１２の形状を考慮して予め加工したものである。双曲面ミラー４０１の基準面４０１ｂは、双曲面ミラー４０１の光軸と平行であり、ステージ４１３のＬ型基準面（直交する２平面により構成される）の一方と合わせて、双曲面ミラー４０１はステージ４１３に対して位置決めされる。また、アライメントミラー４１２には、球面４１２ｂと一体に、その球面の光軸と直交する基準平面が設けられている。そのアライメントミラー４１２の基準平面が、ステージ４１３の他方の基準面と合わせられてアライメントミラーがステージに対して位置決めされる。
【００５６】
この状態で、干渉計本体９から出射した球面波に対して、位置出し済みの双曲面ミラー４０１及びＬ型治具４１３及びアライメントミラー４１２を一体に搭載したステージ１３の位置のアライメントを行う。この時、アライメントミラー４１２にて反射した光波は測定光波となり、参照基準面３ｂにて反射した参照光波と干渉し、干渉縞が発生してＣＣＤカメラ８により撮影される。この干渉縞の位置が所定位置に納まるように、第１実施形態と同様の要領で、ステージ４１３のアライメント調整を行う。基準面４１２ｂによる干渉像が所定位置に納まるようにステージ３１３をアライメントすることで、双曲面４０１ｂについての干渉像もＣＣＤカメラ８の撮影範囲における所定位置に納まる。これにより、干渉計本体９から出射した球面波に対して、アライメントミラー４１２が折返しミラーとして機能するようアライメントできる。この後、図４（ｂ）に示すようにアライメントミラー４１２を取り除けば、双曲面ミラー４０１の双曲面４０１ａで反射した光波は球面波を発生し、第２焦点にて集光することになる。
【００５７】
図４においては図５に示した折返しミラー２を省略しているが、上記の手順で双曲面ミラー４０１のアライメントが完了した後に、折返しミラー２についても先述した放物面ミラーの場合と同様にアライメントを行う。
【００５８】
以上のように本実施形態では、双曲面形状を有する被測定物を干渉計にて測定する場合において、被測定物をステージに対して位置決めしておき、そのステージに対して別途位置決めされたアライメントミラー（基準ミラー）によりステージのアライメントを調整する。
【００５９】
これにより、双曲面形状の測定の際には、まずステージに取り付けられたアライメントミラーを用いて被測定物の位置のアライメントを完了させた後、改めて折返しミラーの位置をアライメントすることになり、アライメントの作業手順を明確にすることができる。このように、被測定物のアライメント調整を折り返しミラーの調整とは独立して行えるようにしたことで、被測定物および折返しミラーの双方についてそれぞれ独立にアライメント調整を行える。これによって大幅にアライメント作業の負荷軽減を図ることが可能となる。
【００６０】
なお、双曲面ミラーについても、第１実施形態のようにミラー部材と一体に光学基準平面を設け、その光学基準平面による反射光に基づいて、そのアライメント調整を行うこともできる。
【００６１】
また、第１乃至第３の実施形態は２次曲面ミラーについて説明したが、折返しミラーなど、面の形状測定のために測定対象の面以外の副鏡を使用しなければならない場合には、いずれかの実施形態に係る発明を適用することができる。そして、この発明を適用することにより、測定対象の位置合わせと副鏡の位置合せとを独立して行うことができる。このため、位置合せを容易かつ高精度に行うことができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、測定対象の鏡面により反射された光を、さらに副鏡により反射させて干渉計により測定する際に、その副鏡のアライメント調整と、特定対象の鏡面のアライメント調整とを独立して行うことができるため、簡易かる高精度でそれぞれの鏡のアライメント調整を行うことが可能となる。そのため、測定の精度を低下させずに測定の生産性を向上させることが可能となる。
【００６３】
また、本発明は放物面ミラー形状等の２次曲面形状を干渉計で測定する場合において、２次曲面形状に基準面を取り付け、干渉計から出射する光波の光線角度に対して、この基準面を用いて２次曲面形状の位置をアライメントできるようにしたものである。これによって２次曲面形状の測定における課題、すなわち２次曲面形状及び折返しミラーのいずれの位置の調整が不充分か判断しにくいアライメント作業も、本発明を用いることによって、まず２次曲面形状に取り付けられた基準面を用いて２次曲面形状を有する被測定物について位置のアライメントを完了させた後、改めて折返しミラーの位置のアライメントすることになり、アライメントの作業手順を明確にすることができる。これによって大幅にアライメント作業の負荷軽減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１、本発明の実施例の干渉計要部概略図
【図２】図２（ａ）は、軸外し放物面ミラーに一体加工で取り付けた光学基準平面の例を示した図
図２（ｂ）は、一体加工で取り付けた光学基準平面を用いた干渉縞の様子を示した図
図２（ｃ）は、軸外し放物面ミラーに接着して取り付けた光学基準平面の例を示した図
図２（ｄ）は、接着して取り付けた光学基準平面を用いた干渉縞の様子を示した図
【図３】図３（ａ）（ｃ）は、軸外し放物面ミラーに設けた基準面とＬ型治具を用い、平面ミラーによる干渉縞を用いて軸外し放物面ミラーをアライメントする方法を示した図
図３（ｂ）（ｄ）は、平面ミラーを取り除くことによって、軸外し放物面ミラーのアライメントが完了している様子を示した図
【図４】図４（ａ）（ｃ）は、双曲面ミラーに設けた基準面とＬ型治具を用い、球面ミラーによる干渉縞を用いて双曲面ミラーをアライメントする方法を示した図
図４（ｂ）（ｄ）は、球面ミラーを取り除くことによって、双曲面ミラーのアライメントが完了している様子を示した図
【図５】図５は、折返しヌル干渉計測により双曲面形状を測定する従来例を示した図
【図６】図６（ａ）は、折返しヌル干渉計測により放物面形状を測定する従来例を示した図
図６（ｂ）は、折返しヌル干渉計測により放物面形状を測定するその他の従来例を示した図
【符号の説明】
４０１被測定物（軸外し放物面ミラーもしくは双曲面ミラー）
４０１ａ被測定物の表面形状（軸外し回転放物面形状もしくは双曲面形状）
４０１ｂ被測定物の基準面
４０２折返しミラー
４０２ａ折返しミラーの表面形状（平面形状もしくは球面形状）
４０３ＴＦレンズもしくはＴＳレンズ
４０３ｂ基準参照面（フィゾー面）
４０４干渉計光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ）
４０５集光レンズ
４０６偏光ビームスプリッタ
４０７ λ／４板
４０８ＣＣＤカメラ
４０９干渉計本体

Claims

曲面形状の反射面と、該反射面と一定の位置関係となるよう設けられた基準面とを有することを特徴とする曲面ミラー。
前記基準面は、前記反射面への予定された入射光に直交する平面であることを特徴とする請求項１に記載の曲面ミラー。
前記反射面は放物面形状を有する放物面ミラーであり、前記基準面は入射光波を反射する光学基準平面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の曲面ミラー。
前記反射面は双曲面形状を有する双曲面ミラーであり、前記基準面は入射光波を反射する光学基準球面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の曲面ミラー。
前記基準面を、前記反射面への予定された入射光と平行な平面とした請求項１に記載の曲面ミラーと、
前記基準面と当接する第１の平面と、該第１の平面と直交する第２の平面とを有するステージ部と、
前記第２の平面と、一部において当接する基準平面を有する基準ミラーと
を備えることを特徴とする測定用ミラーユニット。
前記基準ミラーには、前記基準平面と直交する軸を有する基準球面がさらに設けられていることを特徴とする請求項５に記載の測定用ミラーユニット。
ミラーの反射面の形状を、前記反射面による反射光を副鏡を用いて折り返し該反射光の干渉像を測定することで測定する面形状の測定方法であって、
前記反射面への予定された入射光に直交するよう前記反射面の位置及び方向を基に設けられた基準平面に、測定光を入射し、前記基準平面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記ミラーの位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記副鏡の位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像を測定することを特徴とする面形状の測定方法。
前記基準平面は、前記ミラーにおいて前記反射面と一体に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記基準平面は、前記ミラーと同一のステージに載置された基準ミラーに設けられていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
ミラーの反射面の形状を、前記反射面による反射光を副鏡を用いて折り返し該反射光の干渉像を測定することで測定する面形状の測定方法であって、
前記反射面への予定された入射球面光を折り返すよう設けられた基準球面に測定光を入射し、前記基準球面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記ミラーの位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像の位置が所定位置となるように前記副鏡の位置を調整し、
前記反射面に測定光を入射し、前記反射面による反射波により形成される干渉像を測定することを特徴とする面形状の測定方法。
干渉計からの出射光波を２次曲面形状を有する被測定物へ入射し、２次曲面形状からの反射光波を理想的な球面形状を有する折返し球面ミラーで反射させた後、往きの光路を逆戻りさせて測定光波とする一方、基準参照面にて一部の光波を反射させて参照光波とし、測定光波と参照光波とを干渉させて干渉縞を発生させ、この干渉縞の位相分布を用いて被測定物の２次曲面形状を測定する方法であって、
被測定物の位置のアライメントを、予め取り付けられている２次曲面形状の光線角度に起因した基準面を利用して発生させた干渉縞を用いて行うことを特徴とする２次曲面形状の測定方法。
前記基準面は入射光波を反射させる役割を担う理想的な球面形状もしくは平面形状を有する光学基準面で構成されており、干渉計本体からの出射光波を被測定物の光学基準面へ入射し、光学基準面からの反射光波である測定光波と基準参照面からの反射光波である参照光波とを干渉させ発生させた干渉縞の情報を用いて被測定物の位置をアライメントすることを特徴とする請求項１１記載の２次曲面形状の測定方法。
前記基準面を利用して、アライメントミラーを入射光波もしくは出射光波の光線角度に対して垂直方向となるように位置決めし、アライメントミラーからの反射光波である測定光波と基準参照面からの反射光波である参照光波とを干渉させ発生させた干渉縞を用い、この干渉縞の情報を用いて被測定物の位置をアライメントすることを特徴とする請求項１１記載の２次曲面形状の測定方法。