JP2009229234A

JP2009229234A - 光波干渉測定装置

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Publication number: JP2009229234A
Application number: JP2008074610A
Authority: JP
Inventors: Souto Katsura; 宗涛葛
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】被検面の形状を簡易かつ低コストで高精度に測定し得るようにする。
【解決手段】撮像系４において第１撮像手段４０と第２撮像手段７５とを設ける。第１撮像手段４０は、第１の結像面Ｐ_１上において回転走査される１次元イメージセンサ４１を備え、該１次元イメージセンサ４１により、第１の干渉縞において縞の密度が高い第１領域の縞画像情報を取得する。第２撮像手段７５は、第２の結像面Ｐ_１上に配される２次元イメージセンサ７６を備え、該２次元イメージセンサ７６により第２の干渉縞において縞の密度が低い第２領域の縞画像情報を取得する。第１撮像手段４０および第２撮像手段７５からの画像信号に基づき、形状解析手段７１において被検非球面８ａの形状情報を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検面に球面波等からなる測定光を照射し、該被検面からの戻り光と参照光との干渉により得られる干渉縞に基づき、被検面の形状を測定する光波干渉測定装置に関する。

従来、非球面形状の被検面（以下「被検非球面」と称する）に球面波を照射し、被検非球面からの戻り光と参照光との干渉により形成される干渉縞に基づき、被検非球面の、球面からの形状偏差を求めて被検非球面の形状を特定する手法が知られている。

しかしながら、このような手法により得られた干渉縞においては、被検非球面の、球面からの形状偏差が大きい部分に対応した領域の縞ピッチが極めて細かくなるために、一般的な２次元イメージセンサを撮像素子として用いた場合には、解像度が低すぎて縞解析を行うことが非常に困難となる。

そこで、干渉計または被検非球面を測定光軸方向に順次移動させることにより、被検非球面の径方向の部分領域毎に粗い干渉縞が順次生じるようにし、その各干渉縞を解析して被検非球面の径方向の各部分領域の形状を求め、それらを繋ぎ合わせることにより被検非球面全体の形状を特定する手法が知られている（下記特許文献１参照）。

一方、被検非球面の基準となる参照基準非球面を有する参照用光学素子を用いて、該参照用反射素子により形成された非球面波を被検非球面に照射し、該被検非球面からの戻り光と上記参照基準非球面から反射される参照光との光干渉により得られる干渉縞に基づき、被検非球面の形状を測定する手法も知られている（下記特許文献２参照）。

また、下記特許文献３に記載されたように、被検非球面の各部分領域に対応した干渉縞を縞解析可能な程度に拡大して撮像し、その各干渉縞を解析して被検非球面の各部分領域の形状を求め、それらを繋ぎ合わせることにより被検非球面全体の形状を特定する手法も知られている。

特開昭６２−１２６３０５号公報特開２００４−５３２９９０号公報ＵＳＰ６,９５６,６５７

しかしながら、上記特許文献１に記載された手法では、干渉計または被検非球面を測定光軸方向に順次移動させる必要があるため、測定に要する時間が多大となる。また、干渉計または被検非球面を移動させる際に、測定光軸に対する被検非球面の位置や傾きにずれが生じ、解析結果に誤差が発生する虞がある。さらに、測定装置の構成が複雑となり、測定コストが増大するという問題も生じる。

一方、上記特許文献２に記載された手法では、上述の参照用光学素子を用いて、被検非球面の全領域と相似形状の非球面波を形成する必要があるが、被検非球面の形状によっては、このような非球面波を形成することが不可能な場合もある。その場合には、上記特許文献１に記載された手法を適用して、被検非球面の一部の部分領域と相似形状の非球面波を被検非球面に照射しつつ、干渉計または被検非球面を測定光軸方向に順次移動させることにより、被検非球面の径方向の部分領域毎の干渉縞を順次撮像するなどの処理が必要となるので、上記特許文献１に記載された手法と同様の問題が生じることとなる。

また、上記特許文献３に記載された手法においても、被検非球面の各部分領域に対応した干渉縞を撮像するために、干渉計または被検非球面を測定光軸と垂直な面内において順次移動させることが必要となるため、上記特許文献１に記載された手法と同様の問題が生じることとなる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、非球面形状等の被検面の形状を簡易かつ低コストで高精度に測定し得る光波干渉測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光波干渉測定装置は、以下のように構成されている。

すなわち、本発明に係る光波干渉測定装置は、被検面に所定の波面形状を有する測定光を照射し該被検面からの戻り光を参照光と合成して干渉光を得る干渉光生成系と、得られた干渉光により干渉縞を形成する干渉縞形成系と、形成された干渉縞を撮像する撮像系と、撮像された干渉縞を解析する解析系と、を備えた光波干渉測定装置であって、
前記干渉縞形成系は、前記干渉光を第１の干渉光と第２の干渉光とに分割する干渉光分割手段と、該第１の干渉光により第１の結像面上に第１の干渉縞を形成する第１干渉縞形成手段と、前記第２の干渉光により第２の結像面上に第２の干渉縞を形成する第２干渉縞形成手段と、を備えてなり、
前記撮像系は、所定の回転軸の放射方向（該回転軸と直交する直線の方向）に延びるとともに該回転軸回りに回転走査可能に設けられた１次元イメージセンサを有してなる第１撮像手段と、２次元イメージセンサを有してなる第２撮像手段と、を備えてなり、
前記解析系は、前記１次元イメージセンサを前記第１の結像面上において回転走査せしめることにより取得される前記第１の干渉縞の所定の第１領域の縞画像情報と前記２次元イメージセンサを前記第２の結像面上に配置することにより取得される前記第２の干渉縞の所定の第２領域の縞画像情報とに基づき前記被検面の形状データを求める形状解析手段を備えてなる、ことを特徴とする。

本発明において、前記所定の第１領域は、前記所定の第２領域に比較して、形成される縞の密度が高い領域とすることが好ましい。

また、前記干渉光生成系は、光源と、該光源からの光束を平行光に変換するコリメータレンズと、該コリメータレンズからの前記平行光の一部を反射して前記参照光となすとともに該平行光の他の一部を透過する参照基準平面と、該参照基準平面を透過した前記平行光を球面波からなる前記測定光に変換して前記被検面に向け出力するレンズと、を備えてなるものとすることができる。

一方、前記干渉光生成系は、光源と、該光源からの光束の一部を反射して前記参照光となすとともに該光束の他の一部を球面波からなる前記測定光として前記被検面に向け出力する参照基準球面を有する球面基準レンズと、を備えてなるものとしてもよい。

本発明に係る光波干渉測定装置は、上述の構成を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。

すなわち、本発明の光波干渉測定装置においては、第１の結像面上に形成された第１の干渉縞の所定の第１領域の縞画像情報を、所定の回転軸の放射方向に延びる１次元イメージセンサを第１の結像面上において回転走査せしめる第１撮像手段により取得し、第２の結像面上に形成された第２の干渉縞の所定の第２領域の縞画像情報を、第２の結像面上に配置される２次元イメージセンサを有する第２撮像手段により取得する。

１次元イメージセンサは、２次元イメージセンサに比較して極めて高密度に各画素を配列することができるので、この１次元イメージセンサを回転走査せしめて画像情報を取得する第１撮像手段の解像度は、２次元イメージセンサにより画像情報を取得するものに比較して飛躍的に高めることが可能となる。

したがって、第１撮像手段により縞画像情報が取得される、第１の干渉縞の所定の第１領域に関しては、たとえそこが縞密度の非常に高い領域であったとしても、取得された縞画像情報に基づき高精度に縞解析を行うことが可能となる。

また、１次元イメージセンサは、第１の結像面上に形成された第１の干渉縞に対して回転走査されるものであるから、被検面を干渉計に対し相対的に移動させる必要がある従来技術において懸念される、移動の際に被検面の位置や傾きにずれが生じて解析結果に誤差が発生するという虞が無い。さらに、１次元イメージセンサを回転走査せしめるための機構は、小型で構成簡易に実現することができるので、測定装置の構成が複雑となり、測定コストが増大するという問題も生じない。

また、１次元イメージセンサを回転走査せしめて、第１の干渉縞の所定の第１領域の画像情報を取得するのに要する時間は、被検面を干渉計に対し相対的に順次移動させ、移動毎に干渉縞画像を撮像する必要がある従来技術に比較して極めて短くて済むので、測定に要する時間の短縮化が可能となる。

なお、第１の干渉縞を被検面全域に対応する干渉縞とし、第１の干渉縞の所定の第１領域を第１の干渉縞の全域とすることも可能であり、その場合、第１撮像手段により取得された縞画像情報に基づき、被検面全域の形状情報を求めることが可能となる。しかしながら、被検面全域に対応する干渉縞において、縞密度が低い領域が形成されるような場合、このような領域については高解像度の第１撮像手段により画像情報を取得する必要性が低くなる。

そこで、本発明においては、第１撮像手段とは別に、２次元イメージセンサにより画像情報を取得する第２撮像手段を備えることにより、例えば、縞密度が高い領域については第１撮像手段により取得された画像情報を用い、縞密度が低い領域については第２撮像手段により取得された画像情報を用いるなど、被検面の形状に応じて、第１撮像手段により取得された画像情報と第２撮像手段により取得された画像情報とを適宜組み合わせて、被検面全域の形状情報を得ることが可能となる。また、これにより、画像処理に要する時間の短縮化が可能となる。

このように、本発明に係る光波干渉測定装置によれば、被検面の形状を簡易かつ低コストで高精度に測定することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光波干渉測定装置の概略構成図である。

図１に示す本実施形態の光波干渉測定装置１は、被検レンズ８が有する被検非球面（非球面形状の被検面）８ａの形状を測定解析するものであり、被検非球面８ａに測定光を照射し該被検非球面８ａからの戻り光を参照光と合成して干渉光を得る干渉光生成系２と、得られた干渉光により干渉縞を形成する干渉縞形成系３と、形成された干渉縞を撮像する撮像系４と、撮像された干渉縞を解析する解析系７とを備えてなる。

上記干渉光生成系２は、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する測定光源２１と、該測定光源２１からの光束のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ２２と、該ビーム径拡大レンズ２２からの光束の一部を図中下方に向けて反射するビームスプリッタ２３と、該ビームスプリッタ２３からの光束を平行光束に変換するコリメータレンズ２４と、該コリメータレンズ２４からの光束の一部を参照光として反射し他の一部を透過する参照基準平面２５ａを有する参照基準板２５と、該参照基準板２５からの光束を球面波からなる測定光に変換して上記被検非球面８ａに照射する対物レンズ２６と、上記被検レンズ８を適正位置に保持するための保持ステージ２７とを備えてなる。

なお、上記参照基準板２５は、図示せぬフリンジスキャンアダプタに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に測定光軸Ｃ方向に微動せしめられるように構成されている。また、上記被検非球面８ａに照射された測定光の一部は、該被検非球面８ａで反射され、上記対物レンズ２６および上記参照基準板２５を透過し、上記参照光と合成されることにより上記干渉光が得られるようになっている。

一方、上記干渉縞形成系３は、上記コリメータレンズ２４および上記ビームスプリッタ２３を介して図中上方に進行する上記干渉光を、図中上方に向かう第１の干渉光と図中右方に向かう第２の干渉光とに分割する干渉光分割手段としてのビームスプリッタ３１と、該第１の干渉光により第１の結像面Ｐ_１上に第１の干渉縞を形成する第１干渉縞形成手段としての第１結像レンズ３２と、上記第２の干渉光により第２の結像面Ｐ_２上に第２の干渉縞を形成する第２干渉縞形成手段しての第２結像レンズ３３とを備えてなる。

また、上記撮像系４は、ＣＤＤラインセンサ等からなる１次元イメージセンサ４１を有してなる第１撮像手段４０と、ＣＣＤエリアセンサ等からなる２次元イメージセンサ７６を有してなる第２撮像手段７５とを備えてなる。上記１次元イメージセンサ４１は、所定の回転軸（本実施形態では、上記第１の結像面Ｐ_１と直交する光軸Ａと一致する。また、本実施形態では好ましい態様として、１次元イメージセンサ４１の回転軸および光軸Ａが第１の干渉縞の中心軸と一致するように構成されるが、必ずしも一致する必要はない）の放射方向に延びるように配置されるとともに該回転軸回りに回転走査可能に設けられており、上記第１の結像面Ｐ_１上において回転走査せしめられることよって、上記第１の干渉縞の所定の第１領域の縞画像情報を取得するように構成されている。一方、上記２次元イメージセンサ７６は、上記第２の結像面Ｐ_２と平行（光軸Ｂに対し垂直）に配されており、該第２の結像面Ｐ_２上に配置されることによって、上記第２の干渉縞の所定の第２領域の縞画像情報を取得するように構成されている。

また、上記解析系７は、上記１次元イメージセンサ４１により取得された上記所定の第１領域の縞画像情報および上記２次元イメージセンサ７６により取得された前記所定の第２領域の縞画像情報に基づき上記被検非球面８ａの形状データを求める、コンピュータ等からなる形状解析手段７１と、該形状解析手段７１による解析結果や画像を表示する表示装置７２と、キーボードやマウス等からなる入力装置７３とを備えてなる。

次に、図２に基づき、上記第１撮像手段４０のより詳細な構成について説明する。図２は上記第１撮像手段４０の概略構成図である。
図２に示すように第１撮像手段４０は、図示せぬケースに固定された固定板４２と、該固定板４２に設置されたモータ４３と、該モータ４３が有する中空の回転軸４３ａに固定された回転板４４と、該回転板４４の回転角度を検出する回転エンコーダ等からなる回転角度検出部４５とを備えており、上記１次元イメージセンサ４１は、上記回転板４４と一体的に回転し得るように図示せぬ取付手段を介して該回転板４４に取り付けられている。

また、この第１撮像手段４０は、上記１次元イメージセンサ４１への電力の供給および該１次元イメージセンサ４１からの出力信号の伝送を、光を用いて行うように構成されている。すなわち、この第１撮像手段４０は、所定の波長域（以下「第１波長」と称する）の光を出力する電力供給用のレーザ光源４６と、該レーザ光源４６からの光を順次伝達するダイクロイックプリズム４７、反射プリズム４８，４９、およびダイクロイックプリズム５０と、伝達された光を受光し電力に変換する太陽電池等からなる光電変換電源部５１とを備えており、該光電変換電源部５１からの電力をイメージセンサ駆動部５２に供給し、該イメージセンサ駆動部５２を介して上記１次元イメージセンサ４１を駆動するようになっている。なお、上記イメージセンサ駆動部５２は、上記回転角度検出部４５からの検出信号に基づき、所定の回転角度毎に上記１次元イメージセンサ４１を駆動せしめ、該１次元イメージセンサ４１による撮像が行われるように構成されている。

また、この第１撮像手段４０は、上記１次元イメージセンサ４１からの出力信号を処理する信号処理部５３と、該信号処理部５３からの電気信号を、上記第１波長とは異なる他の波長域（以下「第２波長」と称する）の光信号に変換して出力する電光変換部５４と、該電光変換部５４から上記ダイクロイックプリズム５０、上記反射プリズム４９，４８、およびダイクロイックプリズム４７を介して伝達された光信号を受光し、電気信号に変換する光電変換部５５と、該光電変換部５５からの電気信号を処理し画像信号として出力する信号処理部５６とを備えている。なお、上記信号処理部５３および上記電光変換部５４に対しても上記光電変換電源部５１から電力が供給されるが矢線の図示は省略してある。

また、上記ダイクロイックプリズム４７，５０には、上記第１波長の光は透過し、上記第２波長の光は直角に反射する透過反射面４７ａ，５０ａをそれぞれ備えている。また、上述のレーザ光源４６、ダイクロイックプリズム４７、反射プリズム４８、光電変換部５５、および信号処理部５６は、図示せぬ取付手段を介して上記固定板４２（または図示せぬケース）に固定されており、反射プリズム４９、ダイクロイックプリズム５０、光電変換電源部５１、イメージセンサ駆動部５２、信号処理部５３および電光変換部５４は、図示せぬ取付手段を介して上記回転板４４に固定され、上記１次元イメージセンサ４１と共に回転するように構成されている。

次に、本実施形態の光波干渉測定装置１の作用について説明する。図３は第１の干渉縞（同図（ａ））および第２の干渉縞（同図（ｂ））を模式的に示す図である。なお、図３では、第１の干渉縞８０および第２の干渉縞９０を同心円状の干渉縞として模式的に示している。

本実施形態では、図３（ａ）に示す第１の干渉縞８０と図３（ｂ）に示す第２の干渉縞９０とは、互いに等しい倍率で結像されるようになっている。このため、第１の干渉縞８０と第２の干渉縞９０とは互いに等しい形状および大きさとなる。

上記第１撮像手段４０の１次元イメージセンサ４１（図２参照）は、第１の干渉縞８０の全領域を回転走査可能に構成されているが、特に、第１の干渉縞８０において縞の密度が高い第１領域（径方向に延びる矢線Ｇ_１を横切る干渉縞を含む第１高縞密度領域８１と、同じく径方向に延びる矢線Ｇ_２を横切る干渉縞を含む第２高縞密度領域８２）の画像情報を取得するように構成されている。すなわち、第１撮像手段４０は、１次元イメージセンサ４１の所定の回転角度毎に、上記光軸Ａと一致する上記回転軸の放射方向（本実施形態では、第１の干渉縞８０の径方向に一致する）１ライン毎の画像情報を取得し、これを上記形状解析手段７１（図１参照）に出力する。形状解析手段７１は、取得されたライン毎の画像情報のうち、上記第１高縞密度領域８１および上記第２高縞密度領域８２に対応した画像情報のみを利用し、これを周方向に合成しながら、第１高縞密度領域８１および第２高縞密度領域８２に対応した各領域別の干渉縞画像を形成する。そして、形成された各領域別の干渉縞画像を解析し、上記第１高縞密度領域８１および上記第２高縞密度領域８２に対応した各形状情報を求めるようになっている。

一方、上記第２撮像手段７５の２次元イメージセンサ７６（図１参照）は、第２の干渉縞９０の全領域を撮像可能に構成されているが、特に、第２の干渉縞９０において縞の密度が低い第２領域（径方向に延びる矢線Ｇ_３を横切る干渉縞を含む第１低縞密度領域９１と、同じく径方向に延びる矢線Ｇ_４を横切る干渉縞を含む第２低縞密度領域９２と、同じく径方向に延びる矢線Ｇ_５を横切る干渉縞を含む第３低縞密度領域９３）の画像情報を取得するように構成されている。すなわち、第２撮像手段７５は、２次元イメージセンサ７６の全域の画像情報を取得し、これを上記形状解析手段７１（図１参照）に出力する。形状解析手段７１は、取得された画像情報のうち、上記第１低縞密度領域９１、上記第２低縞密度領域９２および上記第３低縞密度領域９３に対応した画像情報のみを利用し、これら第１乃至第３低縞密度領域９１〜９３に対応した各領域別の干渉縞画像を形成する。そして、形成された各領域別の干渉縞画像を解析し、上記第１低縞密度領域９１、上記第２低縞密度領域９２および上記第３低縞密度領域９３に対応した各形状情報を求めるようになっている。なお、上述の第１乃至第２高縞密度領域８１，８２、および第１乃至第３低縞密度領域９１〜９３は、上記第１および第２の干渉縞８０，９０が観察された段階、または事前のコンピュータシミュレーション等において、予め設定される。

さらに、上記形状解析手段７１は、上記第１高縞密度領域８１および上記第２高縞密度領域８２に対応した各形状情報と、上記第１低縞密度領域９１、上記第２低縞密度領域９２および上記第３低縞密度領域９３に対応した各形状情報とを互いに合成することにより、上記被検非球面８ａの被測定領域全域の形状情報を求めるようになっている。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図４は上記第１撮像手段４０に替わる他の形態の第１撮像手段４０Ａを示す概略構成図であり、図５はその他の形態の第１撮像手段４０Ｂを示す概略構成図である。また、図６は上記干渉光生成系２に替わる他の形態の干渉光生成系２Ａを示す概略構成図である。なお、図４〜図６において上述の実施形態のものと概念的に共通または類似するものには、図１、２で用いたものと同一または類似（同一の番号の後に英文字を付けた）番号を付してある。

図４に示す第１撮像手段４０Ａは、１次元イメージセンサ４１Ａへの電力供給および１次元イメージセンサ４１Ａからの信号伝達を、共に無線で行うようにしたものである。すなわち、上記第１撮像手段４０Ａは、電力供給用の給電用電源５７と、該給電用電源５７からの供給電力により駆動されて所定の電磁波を出力する給電用アンテナ５８と、該給電用アンテナ５８からの電磁波を受信するように駆動される受電用アンテナ５９と、該受電用アンテナ５９の駆動により生成された電力を調整する電力調整部６０とを備え、該電力調整部６０からの電力をイメージセンサ駆動部５２Ａに供給し、該メージセンサ駆動部５２Ａを介して上記１次元イメージセンサ４１Ａを駆動するようになっている。

また、この第１撮像手段４０Ａは、上記１次元イメージセンサ４１Ａからの出力信号を処理する信号処理部５３Ａと、該信号処理部５３Ａからの電気信号を無線信号に変換して送信する送信アンテナ６１と、送信された無線信号を受信する受信アンテナ６２と、該受信アンテナ６２からの電気信号を処理し画像信号として出力する信号処理部５６Ａとを備えている。なお、上記信号処理部５３Ａおよび上記送信アンテナ６１に対しても上記電力調整部６０から電力が供給されるが矢線の図示は省略してある。

また、上述の給電用電源５７、給電用アンテナ５８、受信アンテナ６２および信号処理部５６Ａは、図示せぬ取付手段を介して固定板４２（または図示せぬケース）に固定されており、受電用アンテナ５９、電力調整部６０、送信アンテナ６１、イメージセンサ駆動部５２Ａおよび信号処理部５３Ａは、図示せぬ取付手段を介して上記回転板４４に固定され、上記１次元イメージセンサ４１Ａと共に回転するように構成されている。

なお、この第１撮像手段４０Ａにおいては、モータ４３の回転軸４３ａが中空に構成さている必要はない。また、１次元イメージセンサ４１Ａへの電力の供給は図４に示す方式で行い、１次元イメージセンサ４１Ａからの信号伝達については、図２に示す光を利用する方式で行うことや、逆に１次元イメージセンサ４１Ａへの電力の供給は図２に示す光を利用する方式で行い、１次元イメージセンサ４１Ａからの信号伝達については、図４に示す方式で行うことも可能である。また、１次元イメージセンサ４１Ａへの電力の供給や１次元イメージセンサ４１Ａからの信号伝達を、電磁コイルを利用した電磁誘導により行うことも可能である。

図５に示す第２実施形態に係る干渉縞撮像装置４０Ｂは、１次元イメージセンサ４１Ｂが上記回転軸Ａと一致する上記回転軸の放射方向（上記第１の干渉縞８０（図３参照）の径方向および上記回転板４４の径方向と一致する）に移動可能に構成されたものである。すなわち、この干渉縞撮像装置４０Ｂは、回転板４４の径方向に延びるように該回転板４４に固設された軌道部６３、該軌道部６３に沿って移動可能に配された可動部６４とを備え、該可動部６４に保持された１次元イメージセンサ４１Ｂが回転板４４の径方向に移動可能となっている。

このように１次元イメージセンサ４１を径方向に移動可能としたことにより、例えば図３に示すように、第１の干渉縞８０において縞の密度が高い第１領域が複数存在するような場合において、１次元イメージセンサ４１Ｂを移動させることにより各々の第１領域を別個に撮像することが可能となる。

図６に示す干渉光生成系２Ａは、コリメータレンズ２４と被検レンズ８との間に、参照基準球面２８ａを有する球面基準レンズ２８を配設したものである。すなわち、この干渉光生成系２Ａは、ビーム径拡大レンズ２２、ビームスプリッタ２３およびコリメータレンズ２４を介して球面基準レンズ２８に入射された、測定光源２１からの光束の一部を、上記基準球面２８ａにおいて反射して参照光となすとともに、該光束の他の一部を球面基準レンズ２８において球面波からなる測定光となして被検非球面８ａに向け出力するようになっている。そして、上記被検非球面８ａから反射された測定光の一部が、上記参照基準球面２８ａで反射された参照光と合成されることにより干渉光が得られるようになっている。なお、コリメータレンズ２４を設けずに、ビームスプリッタ２３からの拡散光を球面波に変換するような球面基準レンズ（図示略）を設置するようにしてもよい。また、球面基準レンズ２８に替えて、所定の非球面波を生成し得るような非球面基準レンズ（図示略）を設置するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、上述の説明では、図３（ａ）に示す第１の干渉縞８０と図３（ｂ）に示す第２の干渉縞９０とが、互いに等しい倍率で結像されるとしているが、結像倍率を互いに変えることも可能である。

また、上述の実施形態では、被検面が非球面形状とされているが、測定対象が非球面に限定されるものではなく、例えば、被検面が球面形状をなすものや、非回転対称の曲面をなすものであってもよい。

また、図３では、観察される第１の干渉縞８０および第２の干渉縞９０を同心円状の干渉縞として模式的に示しているが、第１および第２の干渉縞が同心円状のものである必要はない。本発明は、縞の密度が高い領域と低い領域とが形成されるような種々の形態の干渉縞の測定解析に好適なものである。

また、上述の実施形態では、干渉光生成系２，２Ａがいずれもフィゾータイプの光学系配置をなすものとされているが、マイケルソンタイプ等の他の光学系配置をなすものとすることも可能である。

一実施形態に係る光波干渉測定装置の概略構成図第１撮像手段の概略構成図第１の干渉縞（同図（ａ））と第２の干渉縞（同図（ｂ））の模式図他の形態の第１撮像手段を示す概略構成図その他の形態の第１撮像手段を示す概略構成図他の形態の干渉光生成系を示す概略構成図

符号の説明

１光波干渉測定装置
２，２Ａ干渉光生成系
３干渉縞形成系
４撮像系
７解析系
８被検レンズ
８ａ被検非球面
２１測定光源
２２ビーム径拡大レンズ
２３ビームスプリッタ
２４コリメータレンズ
２５参照基準板
２５ａ参照基準平面
２６対物レンズ
２７保持ステージ
２８球面基準レンズ
２８ａ参照基準球面
３１ビームスプリッタ
３２第１結像レンズ
３３第２結像レンズ
４０，４０Ａ，４０Ｂ第１撮像手段
４１，４１Ａ，４１Ｂ１次元イメージセンサ
４２固定板
４３モータ
４３ａ回転軸
４４回転板
４５回転角度検出部
４６レーザ光源
４７，５０ダイクロイックプリズム
４７ａ，５０ａ透過反射面
４８，４９反射プリズム
５１光電変換電源部
５２，５２Ａイメージセンサ駆動部
５３，５３Ａ信号処理部
５４電光変換部
５５光電変換部
５６，５６Ａ信号処理部
５７給電用電源
５８給電用アンテナ
５９受電用アンテナ
６０電力調整部
６１送信アンテナ
６２受信アンテナ
６３軌道部
６４可動部
７１形状解析手段
７２表示装置
７３入力装置
７５第２撮像手段
７６２次元イメージセンサ
８０第１の干渉縞
８１第１高縞密度領域
８２第２高縞密度領域
９０第２の干渉縞
９１第１低縞密度領域
９２第２低縞密度領域
９３第３低縞密度領域
Ａ，Ｂ光軸
Ｃ測定光軸
Ｐ_１第１の結像面
Ｐ_２第２の結像面
Ｇ_１〜Ｇ_５矢線

Claims

被検面に所定の波面形状を有する測定光を照射し該被検面からの戻り光を参照光と合成して干渉光を得る干渉光生成系と、得られた干渉光により干渉縞を形成する干渉縞形成系と、形成された干渉縞を撮像する撮像系と、撮像された干渉縞を解析する解析系と、を備えた光波干渉測定装置であって、
前記干渉縞形成系は、前記干渉光を第１の干渉光と第２の干渉光とに分割する干渉光分割手段と、該第１の干渉光により第１の結像面上に第１の干渉縞を形成する第１干渉縞形成手段と、前記第２の干渉光により第２の結像面上に第２の干渉縞を形成する第２干渉縞形成手段と、を備えてなり、
前記撮像系は、所定の回転軸の放射方向に延びるとともに該回転軸回りに回転走査可能に設けられた１次元イメージセンサを有してなる第１撮像手段と、２次元イメージセンサを有してなる第２撮像手段と、を備えてなり、
前記解析系は、前記１次元イメージセンサを前記第１の結像面上において回転走査せしめることにより取得される前記第１の干渉縞の所定の第１領域の縞画像情報と前記２次元イメージセンサを前記第２の結像面上に配置することにより取得される前記第２の干渉縞の所定の第２領域の縞画像情報とに基づき前記被検面の形状データを求める形状解析手段を備えてなる、ことを特徴とする光波干渉測定装置。
前記所定の第１領域は、前記所定の第２領域に比較して、形成される縞の密度が高い領域であることを特徴とする請求項１記載の光波干渉測定装置。
前記干渉光生成系は、光源と、該光源からの光束を平行光に変換するコリメータレンズと、該コリメータレンズからの前記平行光の一部を反射して前記参照光となすとともに該平行光の他の一部を透過する参照基準平面と、該参照基準平面を透過した前記平行光を球面波からなる前記測定光に変換して前記被検面に向け出力するレンズと、を備えてなることを特徴とする請求項１または２記載の光波干渉測定装置。
前記干渉光生成系は、光源と、該光源からの光束の一部を反射して前記参照光となすとともに該光束の他の一部を球面波からなる前記測定光として前記被検面に向け出力する参照基準球面を有する球面基準レンズと、を備えてなることを特徴とする請求項１または２記載の光波干渉測定装置。