JP2013101054A - 非球面形状計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非球面形状を有する被検面を高精度に計測するのに有利な非球面形状計測装置を提供する。
【解決手段】光源１から射出された光を非球面形状を有する被検面１４に照射する照明光学系７と、前記被検面に照射する光の一部を遮光する遮光板６と、前記照明光学系及び前記遮光板を介して光が照射された前記被検面の一部の領域から反射される光束を計測するセンサ１０を有する撮像系と、前記センサにより計測されたデータから前記被検面の形状を算出する算出手段と、を有し、前記遮光板は、光軸に対し前記被検面の一部の領域の反対側が遮光されるように構成され、前記被検面の一部の領域から反射される光束と光軸との交点を複数の計測光交点とした場合、前記複数の計測光交点のうち前記被検面に最も近い計測光交点１６と前記被検面との間に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、非球面形状計測装置の不要光除去に関する。

近年、高精度、低コストといった光学機器の需要に伴い、その機器を構成するレンズやミラー等の光学素子に高精度な非球面を使用した光学機器が増加している。そのため、その光学素子の非球面形状を計測する非球面形状測定装置にも、同じように高い精度が求められる。

非球面形状測定装置としては、特許文献１で開示されたような、ヌルレンズを用いたフィゾー型干渉計が知られている。また、非特許文献１で開示されたような、光学系を介して被検面に球面波の光を照射し、被検面の反射光を受光部のシャック・ハルトマンセンサを用いて計測するという形状計測装置が知られている。しかしこれらの装置には、被検面に光を照射して計測を行うため、光学系からの反射光や被検面の裏面からの反射光といった不要光が発生し、被検面形状の計測精度が低下するという問題がある。

非球面形状計測に限らず不要光を除去する方法としては、従来以下に示す方法が提案されている。まず、第１に光路の違いを利用する方法、第２に偏光を利用する方法、第３に低コヒーレンシィ光源を利用する方法、第４に対象面の反射率を低下させる方法がある。

第１の光路の違いを利用する方法としては、図１０に示すように、干渉を利用した面形状計測装置がある。光源１からの光は、ハーフミラー５で分割され、波面形成手段２１によって被検面２２の形状に対応した波面に変換されたあと、被検面２２に照射される。そして被検面２２で反射した計測光と参照光によって形成される干渉縞を観察することで、被検面２２の面形状を測定する。この装置において、波面形成手段２１で形成される計測光を一旦集光してから被検面２２に入射するように、波面形成手段２１を構成し、計測光の集光位置の近傍に絞り２３を配置する。この配置により、被検面２２の裏面からの反射光２４が除去できる。実際に特許文献２では、この方法を利用して不要光を除去している。

次に、上述した第２の偏光を利用する方法としては、偏光ビームスプリッターと偏光板を利用した干渉計がある。具体的には、図１０のハーフミラー５を偏光ビームスプリッターに変更し、該偏光ビームスプリッターに光を入射させると反射光はｓ偏光、透過光はｐ偏光となり、さらにλ／４板を偏光ビームスプリッターと被検面の間に配置する。すると被検面で反射する計測光は、λ／４板を２回透過しているため、ｓ波からｐ波に変換され、偏光ビームスプリッターを透過し、センサに入射する。この構成では、λ／４板よりもセンサ側の光学系から発生する反射光は、λ／４板を透過していないので偏光状態は変わらず、偏光ビームスプリッターで反射される。従って、光学系内で発生する不要光を除去することができる。実際にこの方法は、特許文献３の従来の技術で紹介されている。

また、上述した第３の低コヒーレンシィ光源を利用する方法としては、トワイマン・グリーン型干渉計の光源付近に、極度に帯域の狭いバンドパスフィルタを配置する。そして、被検面からの計測光と参照面からの参照光の光路長の差を、バンドパスフィルタを通過した光源光のコヒーレンシィより短くする。すると、被検面の表面からの反射光は干渉を起こすが、被検面の裏面からの反射光は干渉を起こさなくなる。このため、この干渉計によれば、被検面裏面からの反射の影響なしに測定をすることが可能である。実際に、特許文献４では、この方法を応用して不要光を除去している。

また、上述した第４の対象面の反射率を低下させる方法としては、不要光発生面に反射防止膜を成膜したり、対象面の屈折率に近い物体を塗布もしくは接触させることで、対象面からの不要光の発生を抑える方法がある。

特開平０９−３２９４２７号公報 特開平１１−３２５８４８号公報 特開平０７−３２４９０８号公報 特開２００４−４５３２６号公報

Ｊｏｈａｎｎｅｓ Ｐｆｕｎｄ， Ｎｏｒｂｅｒｔ Ｌｉｎｄｌｅｉｎ ａｎｄ Ｊｏｈａｎｎｅｓ Ｓｃｈｗｉｄｅｒ，"Ｎｏｎｎｕｌｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｓｐｈｅｒｅｓ：ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｅｒｒｏｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，"Ａｐｐ．Ｏｐｔ．４０（２００１）ｐ．４３９

従来は上述のような装置構成であったため、不要光を除去するにあたって以下に示すような問題があった。

まず、第１の光路の違いを利用する方法では、図１０に示すような波面形成手段２１によって、被検面２２の形状に対応し、尚且つ一旦集光する波面を形成する。ここで被検面２２が球面形状であれば、波面形成手段２１によって球面波を形成し、被検面２２は、照射波面の曲率と被検面２２の曲率が一致する位置に配置する。この配置をとれば、被検面２２の曲率が変化しても、計測光の集光位置が存在するため、絞り２３によって不要光が除去できる。しかしながら、被検面２２が非球面形状の場合には以下の問題が発生する。ここで、波面形成手段２１によって、被検面２２の非球面形状に対応し、尚且つ一旦集光する波面を形成すれば、被検面２２（非球面）の裏面からの不要光は、絞り２３によって除去できる。しかしながら、この光学系で別の形状の被検面２２（非球面）を計測した場合、被検面２２の形状は中心からの距離によって曲率が異なるため、被検面２２を駆動させるだけでは計測光が集光しない。従って不要光を除去するためには、計測する非球面の形状を変えるたびに、波面形成手段２１をも変化させなければならない。言い換えると、計測光と不要光の光路が空間的に分離されていないため、不要光が除去できないという問題がある。

また、第２の偏光を利用する方法では、波長板の下流に配置された光学系からの不要光や、被検面の裏面から反射する不要光は、計測光と偏光状態に差がないために除去することができないという問題がある。

第３の低コヒーレンシィ光源を利用する方法では、光路長を精度よく管理する必要があり、調整が複雑で手間がかかる。また、これは干渉を利用する光学的な計測以外には適用できないという問題がある。

第４の対象面の反射率を低下させる方法は、反射率を低下させる物質を塗布するのに手間やコストがかかることや、反射防止膜成膜後の被検面形状は計測することができないという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、非球面形状を有する被検面を高精度に計測するのに有利な非球面形状計測装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての非球面形状計測装置は、光源から射出された光を非球面形状を有する被検面に照射する照明光学系と、前記被検面に照射する光の一部を遮光する遮光板と、前記照明光学系及び前記遮光板を介して光が照射された前記被検面の一部の領域から反射される光束計測するセンサを有する撮像系と、前記センサにより計測されたデータから前記被検面の形状を算出する算出手段と、を有し、前記遮光板は、光軸に対し前記被検面の一部の領域の反対側が遮光されるように構成され、前記被検面の一部の領域から反射される光束と光軸との交点を複数の計測光交点とした場合、前記複数の計測光交点のうち前記被検面に最も近い計測光交点と前記被検面との間に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、非球面形状を有する被検面を高精度に計測するのに有利な非球面形状計測装置を提供することができる。

本発明の実施例１における面形状計測装置の概略図である。 本発明の実施例１における面形状計測装置の光学系を薄肉レンズで表現したときの概略図である。 本発明における被検物の被検面の面形状を算出するステップをあらわす概略図である。 本発明の実施例２における面形状計測装置の概略図である。 本発明の実施例３における面形状計測装置の概略図である。 本発明の実施例３における面形状計測装置に使用される遮光板の構成を説明するための図である。 本発明の実施例４における面形状計測装置の概略図である。 本発明の実施例４における面形状計測装置に使用される偏光素子の構成を説明するための図である。 本発明の実施例５における面形状計測装置の概略図である。 従来の干渉を用いた面形状計測装置の概略図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の方法を用いて負の曲率を持つ被検物８の表面（被検面）１４を計測する面形状計測装置（非球面形状計測装置）１００の構成を示す図である。なおここで、本発明の被検物８の表面（被検面）１４は非球面形状を有する。これは、以下の他の実施例においても同様である。また、本実施例では、被検物８の表面１４とは反対側の裏面１５では正の曲率を持つ。つまり、本実施例では、被検物８の表面１４の曲率の符号と裏面１５の曲率の符号は互いに異なる。さらに、本発明はこれに限定されず、被検物８の裏面１５が平面形状を有していてもよい。本発明は、被検物８の表面１４が曲率を有する非球面形状を有し、且つ裏面１５が表面１４と異なる符号の曲率を有するか、裏面１５が平面形状を有するときに特に有効である。尚、以下の説明においては図１中に示したｘｙｚ直交座標系を設定し、このｘｙｚ直交座標系を参照しつつ、各光線の方向を説明する。

光源１からの照明光は、集光レンズ２によってピンホール３を照明している。ピンホール３から出た光束は、ハーフミラー５に入射する。ハーフミラー５で反射した光束は、光軸をｘ軸とした場合、ｙｚ平面上のｚ＜０の部分を遮光した遮光板６によって半分遮光される。そして、照明光学系７により収束光に形成された後、被検物８の表面１４の一部の領域（ｙｚ平面上のｚ＞０）に照射される。光が照射される被検物８の表面１４の一部の領域の光軸に対して反対側（ｙｚ平面上のｚ＜０）は、遮光板６によって遮光される。被検物８の表面１４で反射した光は、再び照明光学系７と遮光板６を通り、ハーフミラー５と結像光学系９を透過してセンサ１０に入射する。結像光学系９とセンサ１０とにより撮像系が構成される。

ここで、光源１は単色のレーザーあるいはレーザーダイオードあるいは発光ダイオードである。ピンホール３は収差の小さい球面波を作ることが目的なので、シングルモードファイバーで代替しても良い。

ここで、被検物８の表面１４からの反射光が光軸を含むｘｙ面と交わる点を計測光交点、被検物８の裏面１５からの反射光１１や、照明光学系７からの一回反射光１２が光軸を含むｘｙ面と交わる点を不要光交点とする。つまり、不要光交点は、被検物８の裏面１５および照明光学系のうち少なくとも一方から反射される光束と光軸との交点であるものとする。すると、遮光板６は、複数ある計測光交点のなかで、最も被検物８に近い計測光交点１６と、被検物８（具体的には、複数ある不要光交点の中で、最も被検物８に近い不要光交点）との間に配置されている。本発明は、このような遮光板６の配置により、後述するように、少なくとも不要光である反射光１１がセンサ１０に入射する光量を低減させることができるので、高精度な形状評価を行うことができる。より好ましくは、本実施例の図１に示されるように、遮光板６は、複数ある計測光交点のなかで、最も被検物８に近い計測光交点１６と、複数ある不要光交点の中で、最もセンサ１０に近い不要光交点１７の間に配置されている。本発明は、このような遮光板６の配置により、後述するように不要光である反射光１１に加えて不要光である反射光１２までもがセンサ１０に入射する光量を低減させることができるので、高精度な形状評価を行うことができる。

照明光学系７、結像光学系９はそれぞれ複数のレンズから構成されている。各レンズの曲率半径や硝材、光線有効径は、ピンホール３の射出光を、被検物８上で表面１４の曲率に近い曲率を持つ収束光にして照射する、尚且つ、被検物８の表面１４付近にセンサ１０の像を結像させるように設計している。また、一組のレンズでは計測可能な非球面形状の範囲が限定されるので、被検物８の設計値（有効径、曲率半径、非球面量）に応じて、例えば、照明光学系７、結像光学系９のどちらかあるいは両方を変更（交換）する。

センサ１０は、多数の微小集光レンズを格子状に配列したマイクロレンズアレイとＣＣＤで代表される受光センサから構成され、一般的にはシャック・ハルトマンセンサと称されているものである。このセンサの原理について説明すると、まず微小集光レンズを透過した光束は微小集光レンズ毎に受光センサ上に集光される。センサ１０に入射する光束の角度Ψは微小集光レンズで集光されるスポットの位置とあらかじめ校正された位置、例えば平行光を入射したときのスポット位置、との差Δｐを検出することで求められる。ここで、光束の角度Ψとスポット位置の差Δｐはマイクロレンズアレイと受光センサ（ＣＣＤ）との距離をｆとするとΨ＝ａｔａｎ（Δｐ／ｆ）という関係式が成り立っている。全ての微小集光レンズに対して不図示の算出手段が上記の処理を行うことでセンサ１０で受光される光束の角度分布が計測できる。

センサ１０はシャック・ハルトマンセンサに限られず、波面あるいは光線角度分布が計測できれば良いので、例えばハルトマンプレートや回折格子とＣＣＤで代表される受光センサから構成される、シアリング干渉計あるいはＴａｌｂｏｔ干渉計としても良い。

以上が面形状計測装置１００の構成である。次に本実施例における面形状計測装置１００の作用について説明する。

まず、被検物８の裏面１５からの反射光（不要光）１１に対する本実施例における面形状計測装置１００の作用について説明する。ここで、図１の装置１００の構成において、被検物８の曲率の符号が、表面１４で負、裏面１５で正だと、被検物８の裏面１５からの反射光１１は、被検物８の表面１４付近に集光する。ここで、被検物８の表面１４とセンサ１０は共役関係にあるため、センサ１０上においても裏面１５から反射光（不要光）１１が集光し、計測精度が悪化する。しかし、本装置構成では遮光板６によって、被検物８には、光軸をｘ軸とした場合、ｙｚ平面上のｚ＞０の部分領域のみに光が照射される。そのため、被検物８の表面１４からの反射光は、照明光の光路に近く、進行方向のベクトル成分が＋ｚ方向の成分を持つため、遮光板６の位置ではｙｚ平面上のｚ＞０の部分に入射する。また、被検物８の裏面１５からの反射光１１は、被検物８の表裏で曲率の符号が異なるために、進行方向のベクトル成分は、表面１４からの反射光とは反対の成分である−ｚ方向の成分を持つ反射光となる。従って、遮光板６の位置では、ｙｚ平面上のｚ＜０の部分に入射する。遮光板６は、光軸をｘ軸とした場合ｙｚ平面上のｚ＜０の部分を遮光しているため、裏面１５からの反射光１１のみを効率良く除去できる。

次に、ピンホール３から出た射出光が照明光学系７で一回反射されることで発生する反射光（不要光）１２、１３に対する本実施例における面形状計測装置１００の作用について説明する。照明光学系７には遮光板６によって、光軸をｘ軸とした場合、ｙｚ平面上のｚ＞０となる領域のレンズのみに光が照射される。また、照明光学系７は曲率の異なる様々なレンズで構成されている。そのため反射光は、進行方向のベクトル成分が＋ｚ方向の成分を持つ反射光１３と、−ｚ方向の成分を持つ反射光１２が存在する。

−ｚ方向の成分を持つ反射光１２は、遮光板６の位置では、光軸をｘ軸としたときｙｚ平面上のｚ＜０の部分に入射する。従って、遮光板６によって遮光されるため、誤差とはならない。また、＋ｚ方向の成分を持つ反射光１３は、センサ１０の光軸から＋ｚ側に入射する。しかしながら、被検物８の表面１４からの反射光は、被検物８とセンサ１０が１回結像の関係にあるため、センサ１０の−ｚ側に入射する。従って、＋ｚ方向の成分を持つ反射光１３と計測光は、互いにセンサ上で空間的に分離されるので、計測誤差とはならない。例えば、センサ１０のｚ＜０の部分の領域のみを有効とする手法により不要光による誤差の問題を回避できる。

ここで＋ｚ方向の成分を持つ反射光１３は、センサ１０の光軸から＋ｚ側に入射することを以下で説明する。

図２は、装置１００の構成を薄肉レンズで描画したものである。ｆ１は結像光学系９の焦点距離、ｆ２は照明光学系７の焦点距離、ｄ１はセンサ１０と結像光学系９の主点間距離、ｄ２は結像光学系９と照明光学系７の主点間距離、ｄ３は照明光学系７と被検物８の主点間距離である。ここで、センサ１０と被検物８は結像関係にあるため、以下の関係が成り立つ。

また、ピンホール射出光が照明光学系７で一回反射することで生じる反射光１３が、結像光学系９によって結像される距離ｄｇは、以下で与えられる。

ここで、ｄ１とｄｇの大きさを比べる。まず、照明光学系７のｆ２は、被検物８の曲率に近い波面を被検物８に照射しなければならないため、ｆ２＞ｄ３である。そのため、（１）式と、（２）式それぞれの右辺の２項目は、（１）式のほうが小さくなる。従ってｄ１＜ｄｇであり、照明光学系７の近軸、及びその周辺から射出する光は、センサ位置であるｄ１よりも−ｘ側に集光する。故に、図２の進行方向のベクトルが＋ｚ方向の成分を持つ反射光１３は、センサ１０より−ｘ側に集光するため、反射光１３はセンサ１０上の＋ｚ側に入射する。

図１の装置１００の構成では、被検物８を計測したとき、センサ１０には、遮光板６を透過して被検物８に照明光が照射された範囲（すなわち、ｙｚ平面上のｚ＞０の部分）の角度分布しか得られない。そこで次に、遮光板６を動かして（変化させて）、光軸をｘ軸とした場合ｙｚ平面上のｚ＞０の部分を遮光する。言い換えると、遮光板６がこれまで遮光していた範囲を遮光せず、透過させていた範囲を遮光するような配置に変更する。すると、被検物８には、光軸をｘ軸とした場合、ｙｚ平面のｚ＜０の領域に光が照射されるため、センサ１０には被検物８の未測定の範囲からの角度分布も計測される。このように２回の測定（複数回計測）を行い、得られた角度分布（複数の計測データ）、もしくは角度分布から計算した形状（に変換したデータ）を繋ぎ合わせれば、不要光の影響が除去された被検面１４の全面における高精度な形状評価を行うことができる。

ここで、センサ１０で計測された角度分布から形状への計算は、図３で示すフローに従って行われる。具体的には、まず、センサ１０で計測された角度分布（センサデータ）は、光線位置変換と光線角度変換を経て、被検面上の反射光の角度分布に変換される。ここで、光線位置変換とは、センサ面の位置座標を被検面の位置座標へ変換することである。具体的には、被検物８の表面１４の像をセンサ１０に縮小倍率がＭ倍で結像させている光学系においては、センサ面の位置座標をＭ倍、及び光学系のディストーションも含めて、被検面の位置座標を算出する。また光線角度変換は、センサ上の光線角度を被検面の角度へ変換することであり、センサ１０で計測された角度を１／Ｍして計算される。そして、変換された被検面上の反射光の角度分布と、照明光の角度分布から、被検面の面傾斜を計算する。最後に、面傾斜を積分することで被検面の形状データを算出することができる。

実施例２は、図４に示すように、実施例１の図１と比較して、光軸をｚ軸とした場合、ｘｙ平面上のｘ＜０の部分の領域を遮光する遮光板４をピンホール３の後に（ピンホールとハーフミラー５との間に）追加して配置したものである。換言すれば、実施例２は、実施例１の遮光板６（第１の遮光板）よりも光源側に遮光板４（第２の遮光板）を配置したものである。遮光板４が遮光する領域は、遮光板６が遮光する領域と同じ領域である。つまり、遮光板４と遮光板６は、同じ形状を有している。従って、実施例１と同様に、被検物８の裏面１５からの反射光１１、照明光学系７からの反射光１２，１３を除去して計測することができる。さらに、実施例１と比較して、センサ１０に入射する遮光板６からの散乱光を減らすことができるといった利点がある。

実施例３は、図５に示すように、実施例１の遮光板６を図６に示すような遮光板１８で構成し、尚且つ遮光板１８を光軸を中心に回転させるという装置構成である。ここで遮光板１８は、円の中心から放射状に広がった光を遮光する遮光部１８ａと、光を透過する透過部１８ｂを形成する枠１８ｃを持ち、遮光部１８ａと透過部１８ｂは光軸を中心に点対称の関係にある。図６においては、遮光板１８は複数の遮光部１８ａと複数の透過部１８ｂを有し、各遮光部１８ａと各透過部１８ｂとは光軸を中心に点対称の関係を満たすように配置されている。換言すれば、本実施例においても、被検物８の表面１４の（透過部１８ｂ及び照明光学系７によって照明される）一部の領域の光軸に対して反対側の領域は、遮光板１８の遮光部１８ｂによって遮光される構成をしている。遮光板１８を配置する位置は、実施例１の遮光板６と同様であり、遮光板１８の円の中心が光軸と一致するように配置する。

本実施例では、まず遮光板１８を、センサ１０の計測時間よりも短時間の間に、遮光部１８ａと透過部１８ｂが入れ替わるように回転させる。このとき、メリディオナル断面においては、実施例１の遮光板６を入れた場合と同じ状況が成り立つため、被検物８の裏面からの反射光１１や、照明光学系７からの反射光１２は除去される。尚且つ、遮光板１８の遮光部１８ａと透過部１８ｂは、センサの計測時間よりも短時間の間に入れ替わるため、１回の計測で被検物表面からの反射光を精度よく計測することができる。

なお本実施例は、遮光板１８を用いて説明したが、遮光板の形状は遮光部と透過部が光軸を中心に点対称の関係であれば良いため、例えば実施例１の遮光板６に本実施例の枠１８ｃのようなものを設けて光軸を中心に回転可能に構成したものを用いても良い。

実施例４は、図７に示すように、実施例３の遮光板１８を偏光素子１９（第１の偏光素子）に変更し、さらに、センサ１０の直上に偏光素子２０（第２の偏光素子）を配置するという装置構成である。ここで偏光素子１９は、図８で示すように、円の中心をｘ軸にとった場合、ｙｚ平面のｚ＞０の領域はｙ方向（第１の方向）に振動する光を形成する偏光子（第１の偏光子）を有している。また、偏光素子１９は、図８で示すように、円の中心をｘ軸にとった場合、ｙｚ平面のｚ＜０の領域はｚ方向（第２の方向）に振動する光を形成する偏光子（第２の偏光子）を有している。また、偏光素子２０は、偏光素子１９を上下反転させた（すなわち光軸を中心に反転させた）偏光素子である。偏光素子１９を配置する位置は、実施例１の遮光板６、実施例３の遮光板１８を配置する位置と同様であり、偏光素子１９の中心を光軸と一致させるように配置する。偏光素子２０も、中心が光軸と一致するようにセンサ１０の直上に配置する。なお、偏光素子２０を配置する場所は、センサ１０の直上に限らず、被検物８の表面１４からの反射光が光軸を含むｘｙ面と交わる複数の計測光交点のなかで、最もセンサ１０に近い計測光交点とセンサ１０との間に配置されていればよい。

本実施例の作用を以下で説明する。ピンホール３からの射出光が偏光素子１９を通過すると、光軸をｘ軸としたとき、ｙｚ平面のｚ＞０の領域を通過する光の電界成分はｘｙ平面上に、ｚ＜０の領域を通過する光の電界成分はｘｚ平面上となる直線偏光が形成され、被検物８に照射される。被検物８の表面１４からの反射光は、照明光に近い光路を通過するため、偏光素子１９を透過する。また、被検物８の表面１４とセンサ１０は一回結像の関係にあるため、センサ直上の偏光状態は、表面１４上の偏光状態を、光軸をｘ軸としたときにｙ軸を中心に反転させた状態となる。従って、被検物８の表面１４からの反射光は、偏光素子１９を反転させた偏光素子２０も透過することができる。

図７の反射光１１は、偏光素子１９を通過した照明光の中で、電界成分がｘｚ平面上で振動する直線偏光が、被検物８の裏面１５に照射された場合に発生する反射光である。この反射光１１は、実施例１と同様に、表面反射光と光軸に対して反対側の方向である＋ｚ方向の成分の進行方向ベクトルを持つ反射光となるため、偏光素子１９の光軸から＋ｚ側に入射する。偏光素子１９の光軸から＋ｚ側は、電界成分がｘｙ平面上で振動する光のみ透過するため、反射光１１は除去される。

図７の反射光１２、１３は、偏光素子１９を通過した照明光の中で、電界成分がｘｚ平面上で振動する直線偏光が、照明光学系７に照射された場合に発生する反射光である。光の進行方向のベクトルで＋ｚ方向の成分を持つ反射光１２は、光軸をまたいで偏光素子１９の＋ｚ側に入射するため、反射光１１と同様に除去される。また、−ｚ方向の成分を持つ反射光１３は、実施例１と同様に、センサ１０の直上に配置してある偏光素子２０の光軸から−ｚ側に入射する。ここで、偏光素子２０の光軸から−ｚ側は、電界成分がｘｙ平面上で振動する光のみ透過するため、反射光１２は除去される。

以上の説明は、偏光素子１９を通過した照明光の中で、電界成分がｘｚ平面上で振動する直線偏光に対して行ったが、電界成分がｘｙ平面上で振動する直線偏光に対しても同様に不要光が除去される。従って、この装置構成でも、１回の計測で被検物表面からの反射光を精度よく計測することができる。

実施例５は、図９に示すように、被検物８が凹レンズであった場合の装置構成を示すものである。実施例１との差異は、被検物８を照明光の集光位置より後に配置していることである。ここで、被検物８の表面１４と裏面１５からの反射光は、被検物８が凸レンズであった実施例１と同じ符号を持つ光線ベクトルとなる。従って、反射光が遮光板６に入射する位置も実施例１と同様であるため、裏面１５からの反射光１２を除去できる。

なお、本発明は、上述した実施例の構成に限定されることはなく、請求の範囲内で種々に変更することができる。例えば、干渉を用いた面形状計測装置においても適用可能である。また、実施例３において、図６の遮光板１８を上下反転させた遮光板（第３の遮光板）をセンサ１０の直上に配置し、遮光板１８と同期させて回転させれば、図１の反射光１３のような、光軸をまたがない反射光も除去可能な装置構成となる。換言すれば、第３の遮光板は、実施例３において被検物８の表面１４からの反射光が光軸を含むｘｙ面と交わる複数の計測光交点のなかで、最もセンサ１０に近い計測光交点とセンサ１０との間に配置されてもよい。実施例４においては、図７の偏光素子２０を取り除き、被検物８の裏面１５からの反射光１１と、照明光学系７からの反射光１２を除去可能な装置として用いることもできる。

本発明は、非球面形状を有する被検面を計測する非球面形状計測装置に好適に利用できる。

６ 遮光板
７ 照明光学系
９ 結像光学系
１０ センサ
１４ 被検物の表面

Claims (10)

1. 光源から射出された光を非球面形状を有する被検面に照射する照明光学系と、
   前記被検面に照射する光の一部を遮光する遮光板と、
   前記照明光学系及び前記遮光板を介して光が照射された前記被検面の一部の領域から反射される光束を計測するセンサを有する撮像系と、
   前記センサにより計測されたデータから前記被検面の形状を算出する算出手段と、を有し、
   前記遮光板は、光軸に対し前記被検面の一部の領域の反対側が遮光されるように構成され、前記被検面の一部の領域から反射される光束と光軸との交点を複数の計測光交点とした場合、前記複数の計測光交点のうち前記被検面に最も近い計測光交点と前記被検面との間に配置されることを特徴とする非球面形状計測装置。
2. 光源から射出された光を非球面形状を有する被検面に照射する照明光学系と、
   前記被検面に照射する光を偏光する偏光素子と、
   前記被検面で反射される光束を計測するセンサを有する撮像系と、
   前記センサにより計測されたデータから前記被検面の形状を算出する算出手段と、を有し、
   前記偏光素子は、光軸に直交する第１の方向に振動する光を形成する第１の偏光子と前記光軸および前記第１の方向と直交する第２の方向に振動する光を形成する第２の偏光子を有し、光軸に対し前記第１の偏光子の反対側が前記第２の偏光子となるように構成され、前記被検面から反射される光束と光軸との交点を複数の計測光交点とした場合、前記複数の計測光交点のうち前記被検面に最も近い計測光交点と前記被検面の間に配置されることを特徴とする非球面形状計測装置。
3. 前記遮光板は、被検物の前記被検面とは反対側にある面および前記照明光学系のうち少なくとも一方から反射される光束と光軸との交点を複数の不要光交点とした場合、前記被検面に最も近い計測光交点と、前記センサに最も近い不要光交点との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の非球面形状計測装置。
4. 前記偏光素子は、被検物の前記被検面とは反対側にある面および前記照明光学系のうち少なくとも一方から反射される光束と光軸との交点を複数の不要光交点とした場合、前記被検面に最も近い計測光交点と、前記センサに最も近い不要光交点との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の非球面形状計測装置。
5. 前記算出手段は、前記遮光板の位置を変化させて前記被検面を複数回計測するステップと、前記複数の計測データ又は形状に変換したデータを繋ぎ合わせるステップを行うことを特徴とする請求項１に記載の非球面形状計測装置。
6. 前記遮光板を光軸を中心に回転させ、前記被検面の全面からの反射光を前記センサで検出することを特徴とする請求項１に記載の非球面形状計測装置。
7. 前記遮光板よりも光源側に前記遮光板と同じ形状を有する第２の遮光板を更に有することを特徴とする請求項１に記載の非球面形状計測装置。
8. 前記非球面形状計測装置が計測する被検物は、前記被検面が有する曲率の符号と該被検面とは反対側にある面が有する曲率の符号が互いに異なる、又は前記反対側にある面が平面形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非球面形状計測装置。
9. 前記遮光板を光軸を中心に反転させた第３の遮光板を、前記複数の計測光交点のうち前記センサに最も近い計測光交点と前記センサとの間に配置することを特徴とする請求項１に記載の非球面形状計測装置。
10. 前記偏光素子を光軸を中心に反転させた第２の偏光素子を、前記複数の計測光交点のうち前記センサに最も近い計測光交点と前記センサとの間に配置することを特徴とする請求項２に記載の非球面形状計測装置。
    

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