JP2010085336A - Lightwave interference measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検面に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し、特に、被検面が凹面部と凸面部を有してなる場合の形状測定に好適な光波干渉測定装置に関する。 The present invention relates to a light wave interference measuring apparatus that irradiates a test surface with measurement light and measures the shape of the test surface based on interference fringes obtained by interference between return light from the test surface and reference light. The present invention relates to a light wave interference measuring apparatus suitable for shape measurement when a test surface has a concave surface portion and a convex surface portion.
従来、非球面形状の被検面に球面波を照射して被検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、被検面の形状を特定する手法が知られているが、このような手法により被検面全域に対応した干渉縞を得ることは難しい。 Conventionally, there has been known a method for identifying the shape of a test surface based on interference fringes formed by irradiating a spherical surface on a test surface with an aspherical shape and interference between return light from the test surface and reference light. However, it is difficult to obtain interference fringes corresponding to the entire test surface by such a method.
そこで、干渉計または被検面を測定光軸方向に順次移動させることにより、被検面の径方向の部分領域毎に対応した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面全域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)。
Therefore, by sequentially moving the interferometer or the test surface in the direction of the measurement optical axis, interference fringes corresponding to each partial region in the radial direction of the test surface are sequentially generated, and each interference fringe is analyzed and analyzed. A technique is known in which the shape of each partial region in the radial direction of the inspection surface is obtained and the shape of the entire inspection surface is specified by connecting them (see
一方、干渉計または被検面を測定光軸と垂直な面内において順次移動させ、移動毎に被検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面全域の形状を特定する手法も知られている(下記特許文献2参照)。
On the other hand, the interferometer or the test surface is sequentially moved in a plane perpendicular to the measurement optical axis, and the interference fringes corresponding to the respective partial areas of the test surface are enlarged and imaged so that the fringe analysis can be performed for each movement. A technique is also known in which each interference fringe is analyzed to determine the shape of each partial region of the test surface, and the shape of the entire test surface is specified by connecting them (see
近年、非球面レンズの形状が複雑化しており、1つのレンズ面において、該レンズ面の光軸(中心軸)を中心に、凹形状となっている部分(凹面部)と凸形状となっている部分(凸面部)とを併せ持つような形状のものが利用されるようになっている。このような凹面部と凸面部を有する被検面の形状を光干渉計測により測定することは困難であるとされ、これまでは、光触針を用いた三次元形状測定により形状測定が行われていた。 In recent years, the shape of an aspheric lens has become complicated, and in one lens surface, a concave portion (concave surface portion) and a convex shape are formed around the optical axis (center axis) of the lens surface. The thing of a shape which has the part (convex surface part) which has it is used now. It is said that it is difficult to measure the shape of the test surface having such a concave portion and a convex portion by optical interference measurement, and until now, shape measurement has been performed by three-dimensional shape measurement using an optical stylus. It was.
光干渉計測による形状測定が困難とされる理由としては、凹面部と凸面部とでは、被検面の光軸に対する面の勾配が互いに逆となる(被検面を上方に向けたときに、凹面部では光軸に向かって下り勾配となるのに対し、凸面部では光軸に向かって上り勾配となる)ことが挙げられる。すなわち、一般的な光干渉計測法では、被検面に照射された測定光が被検面から再帰反射される(戻り光が元の光路を逆進する)領域のみで適正な干渉縞が得られるが、被検面に照射される測定光が、測定光軸に沿って発散しながら進行する球面波か、測定光軸に沿って収束しながら進行する球面波、または平面波のいずれかに固定されている従来の干渉計では、被検面からの戻り光の進行方向が凹面部と凸面部とで全く異なるため、凹面部と凸面部の両方の領域で共に適正な干渉縞を得ることができないのである。 The reason why the shape measurement by the optical interference measurement is difficult is that, in the concave surface portion and the convex surface portion, the gradient of the surface with respect to the optical axis of the test surface is opposite to each other (when the test surface is directed upward, The concave surface portion has a downward gradient toward the optical axis, whereas the convex surface portion has an upward gradient toward the optical axis). That is, in a general optical interference measurement method, an appropriate interference fringe can be obtained only in the region where the measurement light irradiated on the test surface is retroreflected from the test surface (the return light travels backward in the original optical path). However, the measurement light applied to the surface to be measured is fixed to either a spherical wave that travels while diverging along the measurement optical axis, a spherical wave that travels while converging along the measurement optical axis, or a plane wave In the conventional interferometer, the traveling direction of the return light from the test surface is completely different between the concave surface portion and the convex surface portion, so that it is possible to obtain appropriate interference fringes in both the concave surface portion and the convex surface region. It is not possible.
また、被検面の形状が複雑なため、干渉縞形成の妨げとなる不要光が発生し易いことも理由として挙げられる。すなわち、被検面の互いに異なる複数の領域からの各戻り光が撮像面上の同一位置に到達することがあり、このとき、複数の領域のうちの或る領域からの戻り光が適正な干渉縞の形成に寄与するものである場合、他の領域からの戻り光は不要光となってしまう。 Another reason is that the shape of the test surface is complicated, and unnecessary light that hinders the formation of interference fringes is likely to be generated. That is, each return light from a plurality of different areas on the test surface may reach the same position on the imaging surface, and at this time, the return light from a certain area of the plurality of areas is not properly interfered. When it contributes to the formation of stripes, the return light from other regions becomes unnecessary light.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、凹面部と凸面部を有してなる被検面の形状を測定することが可能な光波干渉測定装置を提供することを目的とする。 This invention is made in view of such a situation, and it aims at providing the optical interference measuring apparatus which can measure the shape of the to-be-tested surface which has a concave part and a convex part. .
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。 In order to achieve the above object, the optical interference measuring apparatus of the present invention is configured as follows.
すなわち、本発明に係る光波干渉測定装置は、被検面の光軸が測定光軸と一致するように該被検面を保持する保持手段と、光源部からの出力光を測定光に変換して前記被検面に照射し該被検面からの戻り光を参照光と合波して干渉光を得る干渉光学系と、得られた干渉光を該干渉光学系の光路から分岐させる分岐光学素子と、分岐された干渉光により形成される干渉縞を撮像する撮像系と、撮像された干渉縞を解析して前記被検面の形状を求める測定解析系と、を備えた光波干渉測定装置であって、
前記被検面は、前記光軸を中心に前記干渉光学系側に凹となる凹面部と、該光軸を中心に該干渉光学系側に凸となる凸面部とを有するものであり、
前記干渉光学系は、前記測定光軸に沿って収束しながら進行する球面波または円筒波を前記測定光として出力するものであり、
前記凹面部を測定する場合には、前記測定光が一旦収束した後に発散しながら該凹面部に照射されるように、前記凸面部を測定する場合には、前記測定光が収束しながら該凸面部に照射されるように、前記干渉光学系に対する前記被検面の前記測定光軸方向の相対的位置を変化させる照射位置可変手段と、
前記被検面に前記測定光が照射されたときに該被検面の一部領域から反射されて前記撮像系に入射する不要光の発生を防止するために、前記一部領域に入射する前記測定光の光量が低減するように該測定光の前記被検面上での光量分布を調整する光量分布調整手段と、を備え、
前記光量分布調整手段は、前記光源部と前記分岐光学素子との間の光路上に配置された干渉縞形成光学系を有してなり、該干渉縞形成光学系において、前記光源部からの前記出力光を2つの光束に分岐し、該2つの光束を互いに異なる経路を経由させた後に互いに合波することにより得られる干渉縞パターンによって前記光量分布を調整するものである、ことを特徴とする。
That is, the optical interference measuring apparatus according to the present invention converts the output light from the light source unit into measurement light, holding means for holding the test surface so that the optical axis of the test surface coincides with the measurement optical axis. An interference optical system that irradiates the test surface and combines the return light from the test surface with reference light to obtain interference light, and branching optics that branches the obtained interference light from the optical path of the interference optical system A light wave interference measuring apparatus comprising: an element; an imaging system that captures an interference fringe formed by the branched interference light; and a measurement analysis system that analyzes the captured interference fringe to obtain the shape of the test surface Because
The test surface has a concave surface portion that is concave toward the interference optical system side around the optical axis, and a convex surface portion that is convex toward the interference optical system side around the optical axis,
The interference optical system outputs a spherical wave or a cylindrical wave that travels while converging along the measurement optical axis as the measurement light,
When measuring the concave surface portion, when measuring the convex surface portion so that the concave portion is irradiated while diverging after the measurement light once converges, the convex surface while converging the measurement light. An irradiation position variable means for changing the relative position of the test surface relative to the interference optical system in the measurement optical axis direction so as to be irradiated to a part;
In order to prevent generation of unnecessary light that is reflected from a partial region of the test surface and is incident on the imaging system when the measurement light is irradiated on the test surface, the light is incident on the partial region. A light amount distribution adjusting means for adjusting a light amount distribution on the test surface of the measurement light so that the light amount of the measurement light is reduced,
The light amount distribution adjusting unit includes an interference fringe forming optical system disposed on an optical path between the light source unit and the branch optical element, and in the interference fringe forming optical system, the light source unit from the light source unit The light quantity distribution is adjusted by an interference fringe pattern obtained by branching output light into two light beams, and combining the two light beams after passing through different paths. .
本発明において、前記照射位置可変手段を用いて前記相対的位置を順次変化させながら、前記凹面部または前記凸面部の複数の部分領域毎に対応した複数の領域別干渉縞を前記撮像系において順次撮像し、
前記測定解析系において、前記複数の領域別干渉縞に基づき前記複数の部分領域毎の形状情報を求め、該複数の部分領域毎の形状情報を互いに繋ぎ合わせることにより、該複数の部分領域を合併した全域の形状情報を求める、とすることができる。
In the present invention, a plurality of inter-region interference fringes corresponding to each of the concave surface portion or the plurality of partial regions of the convex surface portion are sequentially changed in the imaging system while the relative position is sequentially changed using the irradiation position varying means. Image
In the measurement analysis system, shape information for each of the plurality of partial regions is obtained based on the plurality of region-specific interference fringes, and the plurality of partial regions are merged by connecting the shape information for each of the plurality of partial regions. The shape information of the entire area can be obtained.
本発明において、被検面とは、該被検面の光軸(中心軸)回りに回転対称な形状のもの以外に、柱面形状のものを含む。 In the present invention, the test surface includes a columnar shape in addition to a rotationally symmetric shape around the optical axis (center axis) of the test surface.
また、凹面部とは、被検面を上方に向けたときに、被検面の光軸に向かって下り勾配となる領域、すなわち、該凹面部に法線を立てた場合、その法線が、該法線に沿って凹面部から離れるのに従って一旦は被検面の光軸に近づくように延びることとなる領域を意味し、凸面部とは、被検面を上方に向けたときに、被検面の光軸に向かって上り勾配となる領域、すなわち、該凸面部に法線を立てた場合、その法線が、該法線に沿って凸面部から離れるのに従って始めから被検面の光軸から遠ざかるように延びることとなる領域を意味する。 In addition, the concave surface portion is a region that is inclined downward toward the optical axis of the test surface when the test surface is directed upward, that is, when a normal line is set on the concave surface portion, the normal line is , Means a region that will extend so as to approach the optical axis of the test surface as it moves away from the concave portion along the normal line, and the convex surface portion when the test surface is directed upward, A region that is inclined upward toward the optical axis of the test surface, that is, when a normal line is set on the convex surface part, the test surface starts from the beginning as the normal line moves away from the convex surface part along the normal line. It means a region that extends away from the optical axis.
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。 The lightwave interference measuring apparatus according to the present invention has the following configuration and effects as described above.
すなわち、本発明の光波干渉測定装置においては、照射位置可変手段を用いて被検面の測定光軸方向の相対的位置を変化させることによって、凹面部を測定する場合には、測定光が一旦収束した後に発散しながら該凹面部に照射されるようにし、凸面部を測定する場合には、測定光が収束しながら該凸面部に照射されるようにしている。 That is, in the light wave interference measuring apparatus of the present invention, when measuring the concave surface by changing the relative position of the surface to be measured in the measurement optical axis direction using the irradiation position varying means, the measurement light is temporarily transmitted. When the convex surface portion is irradiated while diverging after convergence, and the convex surface portion is measured, the measurement light is irradiated to the convex surface portion while converging.
これにより、凹面部と凸面部の両方の領域で、被検面で再帰反射される測定光の戻り光を発生させることができるので、凹面部と凸面部の両方の領域において共に適正な干渉縞を得ることが可能となる。 As a result, the return light of the measurement light retroreflected by the test surface can be generated in both the concave surface portion and the convex surface region, so that the appropriate interference fringes in both the concave surface portion and the convex surface region. Can be obtained.
また、測定光の照射時に光量分布調整手段により、被検面の一部領域に入射する測定光の光量が低減するように該測定光の被検面上での光量分布を調整することによって、被検面に測定光が照射されたときに上記一部領域から反射されて撮像系に入射する不要光の発生を防止することができるので、被測定領域の形状情報を担持した適正な干渉縞を得ることが可能となる。 Further, by adjusting the light amount distribution on the test surface of the measurement light so that the light amount of the measurement light incident on a partial region of the test surface is reduced by the light amount distribution adjusting means at the time of irradiation of the measurement light, Since it is possible to prevent the generation of unnecessary light that is reflected from the partial area and incident on the imaging system when the measurement surface is irradiated with measurement light, appropriate interference fringes carrying shape information of the measurement area Can be obtained.
したがって、本発明に係る光波干渉測定装置によれば、凹面部と凸面部を有してなる被検面の形状を高精度に測定することが可能となる。 Therefore, according to the light wave interference measuring apparatus according to the present invention, it is possible to measure the shape of the test surface having the concave portion and the convex portion with high accuracy.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a lightwave interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
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が有する被検面80(被検レンズ8の図中上側のレンズ面)の形状を測定解析するものであり、被検面80に測定光を照射し該被検面80からの戻り光を参照光と合成して干渉光を得る干渉光学系2と、得られた干渉光を干渉光学系2の光路から分岐させるハーフミラー等の分岐光学素子3と、分岐された干渉光により形成される干渉縞を撮像する撮像系4と、撮像された干渉縞を解析して被検面80の形状を求める測定解析系5と、被検レンズ8が載置保持されるサンプルステージ6と、光量分布調整手段7と、を備えてなる。
The light wave
上記干渉光学系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光源部20と、該光源部21からの出力光を平行光束に変換する第1コリメータレンズ21と、該第1コリメータレンズ21からの平行光束を一旦収束させる収束レンズ22と、該収束レンズ22からの収束光束の集光点に配されたピンホール23aを有するピンホール板23と、該ピンホール23aを通過した発散光束を平行光束に変換する第2コリメータレンズ24と、該第2コリメータレンズ24からの平行光束を測定光軸Lに沿って収束しながら進行する球面波に変換する球面基準レンズ25と、を備えてなる。
The interference
上記球面基準レンズ25は、球面形状をなす参照基準球面25aを有してなり、当該球面基準レンズ25に入射された、第2コリメータレンズ24からの光束の一部を、この参照基準球面25aにおいて再帰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波からなる測定光となして被検面80に向け出力するように構成されている。そして、上記被検面80から反射された測定光の一部が、参照基準球面25aで反射された参照光と合波されることにより干渉光が得られるようになっている。
The spherical
また、本実施形態においては、上記球面基準レンズ25を、平面基準板26または円筒基準レンズ27と交換可能に構成されている。平面基準板26は、参照基準平面26aを有するものであり、被検面80や柱面形状をなす他の被検面(後述の被検面90)の所定領域(後述の軸外停留点部83,93)を測定する際に使用される。円筒基準レンズ27は、図1の紙面と垂直な方向に延びる円柱面(円筒面)形状の参照基準円筒面27aを有するものであり、後述の被検面90を測定する際に使用される。なお、図1では、上記球面基準レンズ25および円筒基準レンズ27を各々1枚のレンズで構成されているように示しているが、実際には複数枚のレンズにより構成される場合もある。また、これらの球面基準レンズ25、平面基準板26および円筒基準レンズ27は、測定光軸L上において図示せぬフリンジスキャンアダプタに保持され、フリンジスキャン計測等を実施する際に測定光軸L方向に微動せしめられるように構成されている。
In the present embodiment, the
上記撮像系4は、結像レンズ40と、CCDやCMOS等からなる2次元イメージセンサ42を有してなる撮像カメラ41とを備えてなり、結像レンズ40により2次元イメージセンサ42上に形成された干渉縞の画像データを取得するように構成されている。
The imaging system 4 includes an
上記測定解析系5は、2次元イメージセンサ42により取得された干渉縞の画像データに基づき、被検面80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50と、該形状解析手段50による解析結果や画像を表示する表示装置51と、キーボードやマウス等からなる入力装置52とを備えてなる。なお、本実施形態において上記形状解析手段50は、上述のサンプルステージ6および光量分布調整手段7(詳しくは後述の移動機構74)の駆動を制御するように構成されている。
The
上記サンプルステージ6は、本実施形態において保持手段および照射位置可変手段を構成するものであり、被検面80の光軸C1が測定光軸Lと一致するように被検レンズ8の位置調整を行うとともに、被検レンズ8を測定光軸L方向に移動させることにより、被検面80に対する測定光の照射位置を変えるように構成されている。
The
上記光量分布調整手段7は、被検面80に測定光が照射されたときに該被検面80の一部領域から反射されて撮像系4に入射する不要光の発生を防止するために、この一部領域に入射する測定光の光量が低減するように測定光の被検面80上での光量分布を調整するものであり、上述の第1コリメータレンズ21と収束レンズ22との間の平行光束の光路上に配置された干渉縞形成光学系70を備えてなる。この干渉縞形成光学系70は、ファブリ・ペロータイプの光学系配置をなすもので、半透過反射平面71aを有する平面基板71と半透過反射球面72aを有する球面基板72とが、半透過反射平面71aと半透過反射球面72aとが互いに対向するように光路上に配置されてなる。この干渉縞形成光学系70は、第1コリメータレンズ21および平面基板71を透過した光源部20からの出力光を、半透過反射球面72aにおいて、該半透過反射球面72aを透過する第1の光束と、該半透過反射球面72aで反射される第2の光束とに分岐するように構成されている。この第2の光束は、半透過反射平面71aにおいて一部が再帰反射されて第1の光束と干渉し、この干渉により、上記測定光の光量分布を調整するための干渉縞パターン(詳しくは後述する)が形成されるようになっている。
The light amount distribution adjusting means 7 prevents the generation of unnecessary light that is reflected from a partial region of the
また、上記球面基板72は、半透過反射傾斜面73aを有する傾斜面基板73と交換可能に構成されている。傾斜面基板73は、柱面形状をなす他の被検面(後述の被検面90)を測定する際に使用されるものである。さらに、平面基板71は、移動機構74によって保持されており、上記干渉縞パターンを変える際に測定光軸L方向に微動せしめられるように構成されている。
The
次に、上述の被検レンズ8について説明する。図2は被検レンズ8の構成を示す図((A)は断面図、(B)は平面図)である。
図2に示すように被検レンズ8は、光軸C1を中心とした回転対称の被検面80を有しており、該被検面80は、光軸C1を中心に上記干渉光学系2側(図2(A)での上側)に凹となる凹面部81と、光軸C1を中心に上記干渉光学系2側に凸となる凸面部82と、凹面部81と凸面部82との境界部分に位置する軸外停留点部83とを有してなる。
Next, the
凹面部81は、被検面80を上方に向けたときに、光軸C1に向かって下り勾配となる領域、すなわち、該凹面部81に立てた法線N1が、該法線N1に沿って凹面部81から離れるのに従って光軸C1に一旦近づく(交わる)ように延びる領域であり、凸面部82は、被検面80を上方に向けたときに、光軸C1に向かって上り勾配となる領域、すなわち、該凸面部82に立てた法線N2が、該法線N2に沿って凸面部82から離れるのに従って始めから光軸C1から遠ざかるように延びる領域である。また、軸外停留点部83は、厳密には、該軸外停留点部83に立てた法線N3の方向が、光軸C1の方向と一致する(平行となる)線状の領域であるが、本実施形態では少し広くとって、図中幅d2の円環状の領域を軸外停留点部83としている。そして、この軸外停留点部83の内周側に位置する幅(径)d1の凹状領域を凹面部81とし、軸外停留点部83の外周側に位置する幅d3の円環状の凸状領域を凸面部82としている。
以下、光波干渉測定装置1の作用および測定手順について説明する。図3は被検面80への測定光の照射パターン((A)は凹面部81、(B)は凸面部82、(C)は軸外停留点部83の各測定時)を示す図であり、図4は被検面80を測定する際の干渉縞パターンの一例((A)は凹面部81、(B)は凸面部82および軸外停留点部83の各測定時)を示す図である。なお、以下の説明では、被検面80の凹面部81、凸面部82、軸外停留点部83の順に測定する場合を例にとっているが、測定順序は適宜変更することが可能である。
Hereinafter, the operation and measurement procedure of the optical
(1)まず、サンプルステージ6を用いて、被検面80の光軸C1が測定光軸Lと一致するように被検レンズ80の位置調整を行う。なお、干渉光学系2、分岐光学素子3および撮像系4のアライメント調整は完了しているものとする。
(1) First, using the
(2)次に、被検面80の凹面部81を測定するために、サンプルステージ6を用いて、被検面80の測定光軸L方向の位置調整を行う。この位置調整は、干渉光学系2から出力された球面波からなる測定光が、図3(A)に示すように、測定光軸L上で一旦収束した後、発散しながら凹面部81に入射する状態となるように行われる。
(2) Next, in order to measure the
(3)次いで、干渉縞形成光学系70を用いて、凹面部81の測定時における測定光の光量分布を調整するための干渉縞パターンP1(図4(A)参照)を形成する。この干渉縞パターンP1は、光量の大きい(明るい)明縞エリアS1が中央部に形成され、その周辺部に、光量の小さい(暗い)暗縞エリアS2が形成されたものであり、凹面部81を測定する際に、明縞エリアS1が凹面部81に投影され、暗縞エリアS2が凸面部82および軸外停留点部83に投影されるように設定されている。この干渉縞パターンP1の投影により、凹面部81の測定時における凸面部82および軸外停留点部83からの不要光の発生を防止するようになっている。
(3) Next, by using the interference fringe forming
(4)次に、凹面部81に測定光を照射して、凹面部81の被測定領域から反射された戻り光と、球面基準レンズ25の参照基準球面25aからの参照光との干渉により形成される干渉縞を撮像系4において撮像し、その画像データを形状解析手段50に入力する。なお、凹面部81は、非球面形状をなしており、曲率が場所ごとに変化するので、凹面部81全域に対応した干渉縞画像を一度に得ることは難しい。そこで、サンプルステージ6を用いて被検面80の測定光軸L方向の位置を順次変化させながら、凹面部81の複数の部分領域毎(各々の部分領域は光軸C1を中心とした円板状または円環状となる)に対応した複数の領域別干渉縞を撮像系4において順次撮像し、その各画像データを取得するようにする。
(4) Next, the
(5)次いで、被検面80の凸面部82を測定するために、サンプルステージ6を用いて、被検面80の測定光軸L方向の位置調整を行う。この位置調整は、干渉光学系2から出力された球面波からなる測定光が、図3(B)に示すように、収束しながら凸面部82に入射する状態となるように行われる。
(5) Next, in order to measure the
(6)次に、干渉縞形成光学系70を用いて、凸面部82の測定時における測定光の光量分布を調整するための干渉縞パターンP2(図4(B)参照)を形成する。この干渉縞パターンP2は、光量の小さい(暗い)暗縞エリアS2が中央部に形成され、その周辺部に、光量の大きい(明るい)明縞エリアS1が形成されたものであり、凸面部82を測定する際に、明縞エリアS1が凸面部82および軸外停留点部83に投影され、暗縞エリアS2が凹面部81に投影されるように設定されている。この干渉縞パターンP2の投影により、凸面部82の測定時における凹面部81からの不要光の発生を防止するようになっている。なお、この凸面部82の測定に際しては、軸外停留点部83にも測定光が照射されることとなるが、該軸外停留点部83からの反射光は、コンピュータシミュレーション等による光線追跡によって、後述の不要光とはならないことを確認した上で、このような遮光パターンP2を投影するようにしている。
(6) Next, using the interference fringe forming
(7)続いて、凸面部82に測定光を照射して、凸面部82の被測定領域から反射された戻り光と、球面基準レンズ25の参照基準球面25aからの参照光との干渉により形成される干渉縞を撮像系4において撮像し、その画像データを形状解析手段50に入力する。なお、凸面部82は、非球面形状をなしており、曲率が場所ごとに変化するので、凸面部82全域に対応した干渉縞画像を得ることは難しい。そこで、凹面部81の測定時と同様に、サンプルステージ6を用いて被検面80の測定光軸L方向の位置を順次変化させながら、凸面部82の複数の部分領域毎(各々の部分領域は光軸C1を中心とした円環状となる)に対応した複数の領域別干渉縞を撮像系4において順次撮像し、その各画像データを取得するようにする。
(7) Subsequently, the
(8)次に、被検面80の軸外停留点部83を測定するために、球面基準レンズ25に替えて平面基準板26を測定光軸L上に配置するとともに、サンプルステージ6を用いて、被検面80の測定光軸L方向の位置調整を行う。この位置調整は、干渉光学系2から出力された平面波からなる測定光が、図3(C)に示すように、軸外停留点部83に入射し、該軸外停留点部83の形状情報を担持した干渉縞を、撮像系4において撮像し得る状態となるように行われる。なお、軸外停留点部83の測定時には、干渉縞形成光学系70を用いて上述の干渉縞パターンP2を形成し、これを被検面80に投影するようにする(透光エリアS1が凸面部82および軸外停留点部83に投影され、遮光エリアS2が凹面部81に投影されるようにする)。
(8) Next, in order to measure the off-axis
(9)続いて、軸外停留点部83に測定光を照射して、軸外停留点部83から反射された戻り光と、平面基準板26の参照基準平面26aからの参照光との干渉により形成される干渉縞を撮像系4において撮像し、その画像データを形状解析手段50に入力する。なお、この軸外停留点部83の測定に際しては、凸面部82にも測定光が照射されることとなるが、コンピュータシミュレーション等による光線追跡によって、該凸面部82からの反射光は、後述の不要光とはならないことを確認した上で、このような遮光パターンP2を投影するようにしている。
(9) Subsequently, the measurement light is irradiated to the off-
(10)次に、形状解析手段50において、各々の干渉縞の画像データに基づき、凹面部81、凸面部82および軸外停留点部83の形状情報を求め、各々の形状情報を互いに繋ぎ合わせることにより、被検面80全域の形状情報を求める。具体的には、凹面部81の上記複数の部分領域毎に対応した複数の領域別干渉縞の画像データに基づき複数の部分領域毎の形状情報を求め、該複数の部分領域毎の形状情報を互いに繋ぎ合わせることにより、該複数の部分領域を合併した凹面部81全域の形状情報を求める。同様に、凸面部82の上記複数の部分領域毎に対応した複数の領域別干渉縞の画像データに基づき複数の部分領域毎の形状情報を求め、該複数の部分領域毎の形状情報を互いに繋ぎ合わせることにより、該複数の部分領域を合併した凸面部82全域の形状情報を求める。また、軸外停留点部83に対応した干渉縞の画像データに基づき軸外停留点部83の形状情報を求める。そして、凹面部81全域、凸面部82全域および軸外停留点部83の各形状情報を互いに繋ぎ合わせることにより、被検面80全域の形状情報を求める。
(10) Next, the shape analysis means 50 obtains the shape information of the
なお、上述のように干渉縞パターンP1,P2は、被検面80に測定光が照射されたときに該被検面80の一部領域から反射されて撮像系4に入射する不要光の発生を防止するために、この一部領域に入射する測定光の光量を低減させるためのものである。ここで、この不要光について図5を用いて説明する。図5は測定時に発生する不要光を示す模式図であり、図5の上部には、2次元イメージセンサ42の正面図がその断面図と共に模式的に示してある(正面図の方が上方に位置する)。また、図5では、分岐光学素子3、第2コリメータレンズ24、球面基準レンズ25および結像レンズ40を含む光学系を簡略化して示してある。
As described above, the interference fringe patterns P 1 and P 2 are unnecessary light that is reflected from a partial region of the
図5に示すように、被検面80の凸面部82を測定するために、収束する球面波からなる測定光を被検面80に照射する場合を考察する。このとき、凸面部82から再帰反射され、球面基準レンズ25、第2コリメータレンズ24、分岐光学素子3および結像レンズ40を経て2次元イメージセンサ42上の結像点Fに入射する光があるとする。一方、同時に、凹面部81から反射されて上記結像点Fに入射する、光量の大きい光がある場合に、この光が不要光となる。なお、被検面80が回転対称形状であるため、このような不要光が入射する位置は、2次元イメージセンサ42上において円を描くように生じる。本実施例では、凸面部82を測定する際に、上記干渉縞パターンP2を被検面80に投影することにより、凹面部81に入射する測定光の光量を低減することができるので、このような不要光の発生を防止することが可能となる。なお、凹面部81を測定する場合の不要光の発生および上記干渉縞パターンP1の作用についても同様である。
As shown in FIG. 5, in order to measure the
また、どのように測定光を照射したときに、被検面80のどの位置から不要光が発生するかについては、コンピュータシミュレーション等による光線追跡によって事前に把握することが可能である。そこで、このような光線追跡により把握した、不要光が発生する領域のみ測定光の光量が低減するような干渉縞パターン(図示略)を被検面80に投影してもよい。
Further, it is possible to know in advance by ray tracing by computer simulation or the like from which position of the
次に、他の被検レンズ(図6に示す被検レンズ9)を測定する場合について説明する。図6は他の被検レンズ9の構成を示す図((A)断面図、(B)平面図)であり、図7はこの被検レンズ9の被検面90を測定するときの干渉縞パターンの一例((A)は凹面部、(B)は凸面部および軸外停留点部の各測定時)を示す図である。
Next, the case of measuring another test lens (the
図6に示すように被検レンズ9は、光軸C2を挟んで図中左右対称となる柱面形状の被検面90を有しており、該被検面90は、光軸C2を中心に上記干渉光学系2側(図6(A)での上側)に凹となる凹面部91と、光軸C2を中心に上記干渉光学系2側に凸となる凸面部92と、凹面部91と凸面部92との境界部分に位置する軸外停留点部93とを有してなる。
As shown in FIG. 6, the
なお、凹面部91、凸面部92および軸外停留点部93の形状の特徴は、柱面形状の一部を構成するものである点を除けば上記被検面80と同様であり、図中幅d2´の直帯状の2つの領域を軸外停留点部93とし、この2つの軸外停留点部93の内側に位置する幅(径)d1´の凹状領域を凹面部91とし、各軸外停留点部93の外側に位置する幅d3´の2つの直帯状の領域を凸面部92としている。
The features of the shapes of the
この被検レンズ9の被検面90を測定する場合は、図1に示す円筒基準レンズ27を測定光軸L上に配置する。なお、測定手順は、上記被検面80を測定する場合と同様であり、詳細な説明は省略する。
When measuring the
一方、図7(A)に示す遮光パターンP3は、上記凹面部91を測定する際に、上記干渉縞形成光学系70を用いて形成されるものである。この遮光パターンP3は、光量の大きい(明るい)直帯状の明縞エリアS1が中央部に形成され、その周辺部に、光量の小さい(暗い)2つの暗縞エリアS2が形成されたものであり、凹面部91を測定する際に、明縞エリアS1が凹面部91に投影され、暗縞エリアS2が凸面部92および軸外停留点部93に投影されるように設定されている。この遮光パターンP3の投影により、凹面部91の測定時における凸面部92および軸外停留点部93からの不要光の発生を防止するようになっている。
On the other hand, the light-shielding pattern P 3 shown in FIG. 7A is formed using the interference fringe forming
また、図7(B)に示す遮光パターンP4は、上記凸面部92を測定する際に、上記干渉縞形成光学系70を用いて形成されるものである。この遮光パターンP4は、光量の小さい(暗い)直帯状の暗縞エリアS2が中央部に形成され、その左右両側に、光量の大きい(明るい)2つの明縞エリアS1が形成されたものであり、凸面部92を測定する際に、明縞エリアS1が凸面部92および軸外停留点部93に投影され、暗縞エリアS2が凹面部91に投影されるように設定されている。この遮光パターンP4の投影により、凸面部92の測定時における凹面部91からの不要光の発生を防止するようになっている。なお、この凸面部92の測定に際しては、軸外停留点部93にも測定光が照射されることとなるが、コンピュータシミュレーション等による光線追跡によって、該軸外停留点部93からの反射光は、前述の不要光とはならないことを確認した上で、このような遮光パターンP4を投影するようにしている。
The light shielding pattern P 4 shown in FIG. 7 (B), when measuring the
また、この遮光パターンP4は、軸外停留点部93を測定する場合にも用いられる。すなわち、軸外停留点部93を測定する際には、円筒基準レンズ27に替えて平面基準板26が測定光軸L上に配置されるとともに、干渉縞形成光学系70を用いて遮光パターンP4を形成し、これを被検面90に投影するようにする(透光エリアS1が凸面部92および軸外停留点部93に投影され、遮光エリアS2が凹面部91に投影されるようにする)。なお、この軸外停留点部93の測定に際しては、凸面部92にも測定光が照射されることとなるが、コンピュータシミュレーション等による光線追跡によって、該凸面部92からの反射光は、前述の不要光とはならないことを確認した上で、このような遮光パターンP4を投影するようにしている。
Further, the light-shielding pattern P 4 is also used when measuring the off-axis
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various aspect can be changed.
例えば、上述の実施形態では、回転対称形状の被検面80と柱面形状の被検面90を共に測定するために、球面波を出力する球面基準レンズ25と、円筒波を出力する円筒基準レンズ27とを交換可能に備えているが、測定対象となる被検面の形状が限定されている場合には、2種類の基準レンズを備える必要はない。
For example, in the above-described embodiment, in order to measure both the rotationally
また、上述の実施形態では、被検面80,90の軸外停留点部83,93を測定する場合に、平面波を出力する平面基準板26を交換可能に備えているが、このような軸外停留点部を測定対象としない場合や、測定対称とする場合でも上記球面基準レンズ25や円筒基準レンズ27によって測定が可能である場合には、平面基準板26を備える必要はない。
In the above-described embodiment, when measuring the off-axis stop points 83 and 93 of the test surfaces 80 and 90, the plane reference plate 26 that outputs a plane wave is replaceably provided. When the outer stationary point is not a measurement target or when measurement is possible with the
また、上述の実施形態では、光量分布調整手段7の干渉縞形成光学系70がファブリ・ペロ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干渉縞形成光学系を用いることも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the interference fringe forming
図8に別の干渉縞形成光学系70Aを備えた構成例を示す。なお、図8に示す構成要素において、上記実施形態における構成要素と概念的に類似するものには、図1〜7で用いた番号と同一または類似の番号(番号の後に英文字Aを付したもの)を付し、その詳細な説明は省略する。また、図8に示す干渉光学系2Aは、干渉縞形成光学系70Aを備えたことにより、光源部20および第1コリメータレンズ21の位置が上記実施形態の干渉光学系2とは異なっているが、他の部分の構成は同様であるので図示は省略する。
FIG. 8 shows a configuration example including another interference fringe forming optical system 70A. 8 that are conceptually similar to the constituent elements in the above embodiment are the same or similar numbers as those used in FIGS. 1 to 7 (the letter A is appended after the number). The detailed description is omitted. Further, since the interference
図8に示す干渉縞形成光学系70Aは、マイケルソンタイプの光学系配置をなすもので、半透過反射板75と、反射平面76aを有する反射平面基板76と、反射球面77aを有する反射球面基板77とを備えてなる。この干渉縞形成光学系70Aは、第1コリメータレンズ21を透過した光源部20からの出力光を、半透過反射板75において、図中右方に透過して進行する第1の光束と、図中上方に反射されて進行する第2の光束とに分岐するように構成されている。第1の光束は反射平面76aにおいて再帰反射され、第2の光束は反射球面77aにおいて再帰反射されて、半透過反射板75において互いに合波されて干渉する。この干渉により、上記測定光の光量分布を調整するための干渉縞パターンが形成されるようになっている。
The interference fringe forming
また、上記反射球面基板77は、反射傾斜面78aを有する反射傾斜面基板78と交換可能に構成されている。反射傾斜面基板78は、柱面形状をなす被検面90を測定する際に使用されるものである。さらに、反射平面基板71は、移動機構74Aによって保持されており、上記干渉縞パターンを変える際に図中左右方向に微動せしめられるように構成されている。
The reflective
なお、干渉縞形成光学系70,70Aで形成した干渉縞パターンを一旦スクリーン上に結像させ、この結像させた干渉縞パターンを干渉光学系を介して被検面80,90上に投影するようにしてもよい。
The interference fringe pattern formed by the interference fringe forming
また、上述の実施形態では、干渉光学系が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干渉光学系を用いることも可能である。 In the above-described embodiment, the interference optical system has a Fizeau type optical system arrangement. However, an interference optical system having another optical system arrangement such as a Michelson type may be used.
1 光波干渉測定装置
2,2A 干渉光学系
3 分岐光学素子
4 撮像系
5 測定解析系
6 サンプルステージ
7 光量分布調整手段
8,9 被検レンズ
20 光源部
21 第1コリメータレンズ
22 収束レンズ
23 ピンホール板
23a ピンホール
24 第2コリメータレンズ
25 球面基準レンズ
25a 参照基準球面
26 平面基準板
26a 参照基準平面
27 円筒基準レンズ
27a 参照基準円筒面
40 結像レンズ
41 撮像カメラ
42 2次元イメージセンサ
50 形状解析手段
51 表示装置
52 入力装置
70,70A 干渉縞形成光学系
71 平面基板
71a 半透過反射平面
72 球面基板
72a 半透過反射球面
73 傾斜面基板
73a 半透過反射傾斜面
74,74A 移動機構
75 半透過反射板
76 反射平面基板
76a 反射平面
77 反射球面基板
77a 反射球面
78 反射傾斜面基板
78a 反射傾斜面
80,90 被検面
81,91 凹面部
82,92 凸面部
83,93 軸外停留点部
C1,C2 (被検面の)光軸
L 測定光軸
N1〜N3 法線
P1〜P4 干渉縞パターン
S1 (干渉縞パターンの)明縞エリア
S2 (干渉縞パターンの)暗縞エリア
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記被検面は、前記光軸を中心に前記干渉光学系側に凹となる凹面部と、該光軸を中心に該干渉光学系側に凸となる凸面部とを有するものであり、
前記干渉光学系は、前記測定光軸に沿って収束しながら進行する球面波または円筒波を前記測定光として出力するものであり、
前記凹面部を測定する場合には、前記測定光が一旦収束した後に発散しながら該凹面部に照射されるように、前記凸面部を測定する場合には、前記測定光が収束しながら該凸面部に照射されるように、前記干渉光学系に対する前記被検面の前記測定光軸方向の相対的位置を変化させる照射位置可変手段と、
前記被検面に前記測定光が照射されたときに該被検面の一部領域から反射されて前記撮像系に入射する不要光の発生を防止するために、前記一部領域に入射する前記測定光の光量が低減するように該測定光の前記被検面上での光量分布を調整する光量分布調整手段と、を備え、
前記光量分布調整手段は、前記光源部と前記分岐光学素子との間の光路上に配置された干渉縞形成光学系を有してなり、該干渉縞形成光学系において、前記光源部からの前記出力光を2つの光束に分岐し、該2つの光束を互いに異なる経路を経由させた後に互いに合波することにより得られる干渉縞パターンによって前記光量分布を調整するものである、ことを特徴とする光波干渉測定装置。 Holding means for holding the test surface so that the optical axis of the test surface coincides with the measurement optical axis, and the test surface by converting the output light from the light source unit into measurement light and irradiating the test surface An interference optical system that combines return light from the reference light with reference light to obtain interference light, a branch optical element that branches the obtained interference light from the optical path of the interference optical system, and a branched interference light An optical interference measuring apparatus comprising: an imaging system that images an interference fringe; and a measurement analysis system that analyzes the captured interference fringe to obtain the shape of the test surface;
The test surface has a concave surface portion that is concave toward the interference optical system side around the optical axis, and a convex surface portion that is convex toward the interference optical system side around the optical axis,
The interference optical system outputs a spherical wave or a cylindrical wave that travels while converging along the measurement optical axis as the measurement light,
When measuring the concave surface portion, when measuring the convex surface portion so that the concave portion is irradiated while diverging after the measurement light once converges, the convex surface while converging the measurement light. An irradiation position variable means for changing the relative position of the test surface relative to the interference optical system in the measurement optical axis direction so as to be irradiated to a part;
In order to prevent generation of unnecessary light that is reflected from a partial region of the test surface and is incident on the imaging system when the measurement light is irradiated on the test surface, the light is incident on the partial region. A light amount distribution adjusting means for adjusting a light amount distribution on the test surface of the measurement light so that the light amount of the measurement light is reduced,
The light amount distribution adjusting unit includes an interference fringe forming optical system disposed on an optical path between the light source unit and the branch optical element, and in the interference fringe forming optical system, the light source unit from the light source unit The light quantity distribution is adjusted by an interference fringe pattern obtained by branching output light into two light beams, and combining the two light beams after passing through different paths. Lightwave interference measurement device.
前記測定解析系において、前記複数の領域別干渉縞に基づき前記複数の部分領域毎の形状情報を求め、該複数の部分領域毎の形状情報を互いに繋ぎ合わせることにより、該複数の部分領域を合併した全域の形状情報を求める、ことを特徴とする請求項1記載の光波干渉測定装置。
While sequentially changing the relative position using the irradiation position variable means, a plurality of inter-region interference fringes corresponding to each of the concave surface portion or a plurality of partial regions of the convex surface portion is sequentially imaged in the imaging system,
In the measurement analysis system, shape information for each of the plurality of partial regions is obtained based on the plurality of region-specific interference fringes, and the plurality of partial regions are merged by connecting the shape information for each of the plurality of partial regions. 2. The optical interference measuring apparatus according to claim 1, wherein shape information of the entire area is obtained.
Priority Applications (1)
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