JP3164444B2 - 干渉測定方法 - Google Patents
干渉測定方法Info
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- JP3164444B2 JP3164444B2 JP32244192A JP32244192A JP3164444B2 JP 3164444 B2 JP3164444 B2 JP 3164444B2 JP 32244192 A JP32244192 A JP 32244192A JP 32244192 A JP32244192 A JP 32244192A JP 3164444 B2 JP3164444 B2 JP 3164444B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレンズ，鏡等の光学部品
の表面形状を干渉縞により測定する干渉測定方法に関す
る。
の表面形状を干渉縞により測定する干渉測定方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光学部品の表面形状を高精度に測定する
装置として、トワイマングリーン型干渉計が知られてい
る。図５はこのトワイマングリーン型干渉計の概略を示
す。レーザ光源１００からの光束はコリメータレンズ１
１０を経てハーフプリズム１２０に達し、ハーフプリズ
ム１２０で２分割された後、一方の分割光束は対物レン
ズ１３０を経て参照面１４０に達し、他方の分割光束は
対物レンズ１５０を経て被検面１６０に達する。そし
て、それぞれの反射光束が集光レンズ１７０を経てＣＣ
Ｄカメラ１８０上で干渉し、この干渉縞から被検面の表
面形状の測定が行われる。このようなトワイマングリー
ン型干渉計は２つの対物レンズ１３０，１５０のいずれ
もが球面収差がないように作成されている。図６はこの
ような干渉計で非球面を測定する場合の被検面Ｓでの反
射状態を示す。被検面Ｓが非球面であるところから、被
検面の各開口数ＮＡに対応する法線と光軸との光点（以
下、曲率中心と記する。）は、光軸Ｌ上で開口数ＮＡに
応じてＯc1からＯc2の範囲で変化する。
装置として、トワイマングリーン型干渉計が知られてい
る。図５はこのトワイマングリーン型干渉計の概略を示
す。レーザ光源１００からの光束はコリメータレンズ１
１０を経てハーフプリズム１２０に達し、ハーフプリズ
ム１２０で２分割された後、一方の分割光束は対物レン
ズ１３０を経て参照面１４０に達し、他方の分割光束は
対物レンズ１５０を経て被検面１６０に達する。そし
て、それぞれの反射光束が集光レンズ１７０を経てＣＣ
Ｄカメラ１８０上で干渉し、この干渉縞から被検面の表
面形状の測定が行われる。このようなトワイマングリー
ン型干渉計は２つの対物レンズ１３０，１５０のいずれ
もが球面収差がないように作成されている。図６はこの
ような干渉計で非球面を測定する場合の被検面Ｓでの反
射状態を示す。被検面Ｓが非球面であるところから、被
検面の各開口数ＮＡに対応する法線と光軸との光点（以
下、曲率中心と記する。）は、光軸Ｌ上で開口数ＮＡに
応じてＯc1からＯc2の範囲で変化する。
【０００３】図６において、１は完全な球面波である光
束で、近軸の曲率中心（ＮＡ＝０のときの曲率中心）Ｏ
c1に集光するように被検面Ｓを配置する。この完全な球
面波１を説明上、光軸に近い光軸光線１ａと光軸から離
れた近軸外光線１ｂで代表する。この条件下での光束１
の被検面Ｓからの反射光束２は、近軸光線１ａおよび近
軸外光線１ｂの被検面Ｓからの反射光線２ａおよび２ｂ
となる。近軸光線１ａは被検面Ｓの曲率中心Ｏc1に向か
うため、被検面Ｓに対して直角入射となり、その反射光
線２ａは入射光線である近軸光線１ａを完全に逆進す
る。一方、近軸外光線１ｂは同様に曲率中心Ｏc1に向か
うが、これに対応する被検面Ｓの曲率中心Ｏc2（この場
合、被検面が非球面であるためＯc2はＯc1と一致しな
い）に対して曲率中心Ｏc1と反対側の点Ｏc'1 から出射
するように、被検面Ｓから反射する。すなわち近軸外光
線の被検面Ｓからの反射光線は入射光束の外側にそれて
しまうことになる。入射光束の大きさは図示しない絞り
により決定されているので、このようにそれた光線は、
絞りにより遮断されて測定に寄与し得ないものとなる。
すなわち、被検面Ｓの測定範囲は、被検面Ｓが非球面で
あることにより制限されることになる。しかも当然なが
ら被検面Ｓの非球面度が大きい程、入射光束の外側にそ
れる反射光束が多くなるので、測定範囲は大きく制限さ
れる。
束で、近軸の曲率中心（ＮＡ＝０のときの曲率中心）Ｏ
c1に集光するように被検面Ｓを配置する。この完全な球
面波１を説明上、光軸に近い光軸光線１ａと光軸から離
れた近軸外光線１ｂで代表する。この条件下での光束１
の被検面Ｓからの反射光束２は、近軸光線１ａおよび近
軸外光線１ｂの被検面Ｓからの反射光線２ａおよび２ｂ
となる。近軸光線１ａは被検面Ｓの曲率中心Ｏc1に向か
うため、被検面Ｓに対して直角入射となり、その反射光
線２ａは入射光線である近軸光線１ａを完全に逆進す
る。一方、近軸外光線１ｂは同様に曲率中心Ｏc1に向か
うが、これに対応する被検面Ｓの曲率中心Ｏc2（この場
合、被検面が非球面であるためＯc2はＯc1と一致しな
い）に対して曲率中心Ｏc1と反対側の点Ｏc'1 から出射
するように、被検面Ｓから反射する。すなわち近軸外光
線の被検面Ｓからの反射光線は入射光束の外側にそれて
しまうことになる。入射光束の大きさは図示しない絞り
により決定されているので、このようにそれた光線は、
絞りにより遮断されて測定に寄与し得ないものとなる。
すなわち、被検面Ｓの測定範囲は、被検面Ｓが非球面で
あることにより制限されることになる。しかも当然なが
ら被検面Ｓの非球面度が大きい程、入射光束の外側にそ
れる反射光束が多くなるので、測定範囲は大きく制限さ
れる。
【０００４】以上のように従来のトワイマングリーン型
干渉計では被検面が非球面（平面でも球面でもない面）
の場合においては、その非球面の近似球面からのずれ量
の大きさに応じて干渉縞を得ることができる範囲が制限
されるため、被検面全面の形状を１度に測定することが
不可能であった。
干渉計では被検面が非球面（平面でも球面でもない面）
の場合においては、その非球面の近似球面からのずれ量
の大きさに応じて干渉縞を得ることができる範囲が制限
されるため、被検面全面の形状を１度に測定することが
不可能であった。
【０００５】このようなことから、特開昭６２−１２６
３０５号公報では、被検面を光軸に沿って移動させて被
検面を径方向に分割測定している。そして、分割測定し
た各部の測定データをつなぎ合わせることにより、被検
面全体としての測定データを作成している。
３０５号公報では、被検面を光軸に沿って移動させて被
検面を径方向に分割測定している。そして、分割測定し
た各部の測定データをつなぎ合わせることにより、被検
面全体としての測定データを作成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た測定方法では、分割毎に行うアライメントや複数面の
干渉縞の測定を必要とするため、測定に多大の工程を必
要としている。また、各分割面の相対的な関係を求める
必要があり、しかも測定データをつなぎ合わせるため、
被検面の全面の干渉縞から形状を測定する方法に比べて
測定精度が低下する問題があった。
た測定方法では、分割毎に行うアライメントや複数面の
干渉縞の測定を必要とするため、測定に多大の工程を必
要としている。また、各分割面の相対的な関係を求める
必要があり、しかも測定データをつなぎ合わせるため、
被検面の全面の干渉縞から形状を測定する方法に比べて
測定精度が低下する問題があった。
【０００７】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であり、非球面からなる被検面を簡単に、しかも精度良
く測定することが可能な干渉測定方法を提供することを
目的とする。
であり、非球面からなる被検面を簡単に、しかも精度良
く測定することが可能な干渉測定方法を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため本発明は、参照面および被検面に光束をそれ
ぞれ入射させるための２つの対物レンズにより発生する
球面収差量を同一状態で変化させると共に、参照面およ
び被検面を同一状態で３次元的に移動することにより、
被検面範囲が観察され、かつ被検範囲内で観察される干
渉縞の本数を最小とし、その時の干渉縞のデータから被
検面の表面形状または表面形状と相関のある値を求める
ようにしている。
成するため本発明は、参照面および被検面に光束をそれ
ぞれ入射させるための２つの対物レンズにより発生する
球面収差量を同一状態で変化させると共に、参照面およ
び被検面を同一状態で３次元的に移動することにより、
被検面範囲が観察され、かつ被検範囲内で観察される干
渉縞の本数を最小とし、その時の干渉縞のデータから被
検面の表面形状または表面形状と相関のある値を求める
ようにしている。
【０００９】
【実施例１】図１は本発明の測定方法の実施例１を示
す。この方法においては、開口数ＮＡに対する曲率中心
の位置を示す特性線図と等しい球面収差特性の光束３を
用いるものである。この光束３は対物レンズを構成する
各レンズ間の間隔調整等により作成することができる。
すなわち、図２に示すように、対物レンズが例えば、４
枚構成のレンズである場合、レンズＬ1 とレンズＬ2 と
の間の距離ｄがベスト（設計値）であれば、対物レンズ
の曲率中心Ｏc1に無収差の状態で集光するので、対物レ
ンズによる球面収差において図３（ｂ）のように、どの
開口数ＮＡにおいても球面収差が０となる。しかし、距
離ｄをベストより狭い距離ｄ1 にすると、図３（ａ）で
示すように開口数ＮＡによって対物レンズに負の球面収
差が生じる。この場合、ｄ1 を大きくすると、球面収差
の特性が大きくなって破線のようになる。
す。この方法においては、開口数ＮＡに対する曲率中心
の位置を示す特性線図と等しい球面収差特性の光束３を
用いるものである。この光束３は対物レンズを構成する
各レンズ間の間隔調整等により作成することができる。
すなわち、図２に示すように、対物レンズが例えば、４
枚構成のレンズである場合、レンズＬ1 とレンズＬ2 と
の間の距離ｄがベスト（設計値）であれば、対物レンズ
の曲率中心Ｏc1に無収差の状態で集光するので、対物レ
ンズによる球面収差において図３（ｂ）のように、どの
開口数ＮＡにおいても球面収差が０となる。しかし、距
離ｄをベストより狭い距離ｄ1 にすると、図３（ａ）で
示すように開口数ＮＡによって対物レンズに負の球面収
差が生じる。この場合、ｄ1 を大きくすると、球面収差
の特性が大きくなって破線のようになる。
【００１０】また、距離ｄをベストより広い距離ｄ2 に
すると、図３（ｃ）で示すように、開口数ＮＡによって
対物レンズに正の球面収差を生じる。このような特性か
ら、図１に示すように、近軸光線３ａが曲率中心Ｏc1に
集光するようにし、かつ近軸外光線３ｂが曲率中心Ｏc2
に集光するようにした球面収差特性図Ａを得ることがで
きる。
すると、図３（ｃ）で示すように、開口数ＮＡによって
対物レンズに正の球面収差を生じる。このような特性か
ら、図１に示すように、近軸光線３ａが曲率中心Ｏc1に
集光するようにし、かつ近軸外光線３ｂが曲率中心Ｏc2
に集光するようにした球面収差特性図Ａを得ることがで
きる。
【００１１】以上のことから近軸光線３ａが曲率中心Ｏ
c1に集光するように被検面Ｓを配置する事により、近軸
光線３ａは曲率中心Ｏc1に向かうため被検面Ｓに対して
直角入射となり、その反射光線４ａは入射光線である近
軸光線３ａを完全に逆進する。同時に近軸外光線３ｂは
曲率中心Ｏc2に向かうため、被検面Ｓに対して直角入射
となりその反射光線４ｂも同じように入射光線である近
軸外光線３ｂを完全に逆進する。
c1に集光するように被検面Ｓを配置する事により、近軸
光線３ａは曲率中心Ｏc1に向かうため被検面Ｓに対して
直角入射となり、その反射光線４ａは入射光線である近
軸光線３ａを完全に逆進する。同時に近軸外光線３ｂは
曲率中心Ｏc2に向かうため、被検面Ｓに対して直角入射
となりその反射光線４ｂも同じように入射光線である近
軸外光線３ｂを完全に逆進する。
【００１２】以上の説明は２つの光線のみによる場合で
あるが、曲率中心Ｏc1，Ｏc2間の位置特性に合わせた球
面収差となるように入射光束３を設定することにより入
射光束３と反射光束４は完全に重なるため、測定範囲は
全く制限されなくなる。なお、実際には、球面収差特性
をＮＡに対する曲率中心の位置特性に完全に一致させる
ことは困難であるが、これに近い特性の球面収差特性と
することは容易に可能であり、これにより測定が制限さ
れる範囲ははるかに減少する。図示しないが以上述べた
配置構成を参照光学系と被検光学系の両方に施し、参照
面および被検面からの反射光束を干渉させ、その時に観
察される干渉縞の解析結果としての公知の非点収差およ
びコマ収差が被検面の回転対称成分以外の形状誤差量と
強い相関があり、この非点収差量およびコマ収差量によ
り従来と同様に非球面である被検面を評価することがで
きる。なお参照面および被検面のアライメントとしてい
ずれも光軸方向とこれと直交する２方向に微動調整する
ことは従来のトワイマングリーン型干渉計と同様であ
る。
あるが、曲率中心Ｏc1，Ｏc2間の位置特性に合わせた球
面収差となるように入射光束３を設定することにより入
射光束３と反射光束４は完全に重なるため、測定範囲は
全く制限されなくなる。なお、実際には、球面収差特性
をＮＡに対する曲率中心の位置特性に完全に一致させる
ことは困難であるが、これに近い特性の球面収差特性と
することは容易に可能であり、これにより測定が制限さ
れる範囲ははるかに減少する。図示しないが以上述べた
配置構成を参照光学系と被検光学系の両方に施し、参照
面および被検面からの反射光束を干渉させ、その時に観
察される干渉縞の解析結果としての公知の非点収差およ
びコマ収差が被検面の回転対称成分以外の形状誤差量と
強い相関があり、この非点収差量およびコマ収差量によ
り従来と同様に非球面である被検面を評価することがで
きる。なお参照面および被検面のアライメントとしてい
ずれも光軸方向とこれと直交する２方向に微動調整する
ことは従来のトワイマングリーン型干渉計と同様であ
る。
【００１３】
【実施例２】参照面および被検面に光束を入射させるた
めの２つの対物レンズにより発生する球面収差量を同一
形状で変化させると共に、参照面および被検面を同一状
態で３次元的に移動することにより、同一形状の非球面
である参照面および被検面に入射する垂直入射成分を最
大とするための条件として、被検範囲が観察されること
を確認しながら、被検面範囲内で観察される干渉縞の本
数を最小とし、その時の干渉縞のデータから公知の縞解
析を行い、周知の方法で仮想なる波面の波面収差を演算
より求め、波面収差に相当する被検面の形状を演算によ
り求める。
めの２つの対物レンズにより発生する球面収差量を同一
形状で変化させると共に、参照面および被検面を同一状
態で３次元的に移動することにより、同一形状の非球面
である参照面および被検面に入射する垂直入射成分を最
大とするための条件として、被検範囲が観察されること
を確認しながら、被検面範囲内で観察される干渉縞の本
数を最小とし、その時の干渉縞のデータから公知の縞解
析を行い、周知の方法で仮想なる波面の波面収差を演算
より求め、波面収差に相当する被検面の形状を演算によ
り求める。
【００１４】以上は実施例１と同様であり、図４ではス
テップＳ１として示される。次に同図ステップＳ２に示
されるように前述の如く、求められた被検面の形状と、
測定時の干渉光学系のデータを用いて正確なシュミレー
ションにより参照面と被検面からの反射波面の位相差を
求め、この位相差から仮想なる波面の波面収差を求め
る。さらに、ステップＳ３に示されるように、この波面
収差から導き出される新たな被検面の形状を周知の演算
により求めステップＳ４でこの被検面の形状（データ
２）と前述の被検面の形状（データ１）とを比較し、そ
の差が許容レベルを越える場合は、再度新たな被検面の
形状（データ２）を用いて、即ちステップＳ５に示され
るように図中のデータ２をデータ１とする同様のシュミ
レーション（ステップＳ２）と被検面の形状の演算（ス
テップＳ３）を行う。この演算処理を数回繰り返すこと
により、次第にデータ間の差が小さくなり、やがて、そ
の差が許容レベル以下になる。この結果測定値とシュミ
レーション値がほぼ一致し、この時の測定値（シュミレ
ーション値すなわちデータ２）が正確な被検面の形状と
なる。このように実施例２では実施例１と異なり形状の
絶対測定を高精度で行うことができる。
テップＳ１として示される。次に同図ステップＳ２に示
されるように前述の如く、求められた被検面の形状と、
測定時の干渉光学系のデータを用いて正確なシュミレー
ションにより参照面と被検面からの反射波面の位相差を
求め、この位相差から仮想なる波面の波面収差を求め
る。さらに、ステップＳ３に示されるように、この波面
収差から導き出される新たな被検面の形状を周知の演算
により求めステップＳ４でこの被検面の形状（データ
２）と前述の被検面の形状（データ１）とを比較し、そ
の差が許容レベルを越える場合は、再度新たな被検面の
形状（データ２）を用いて、即ちステップＳ５に示され
るように図中のデータ２をデータ１とする同様のシュミ
レーション（ステップＳ２）と被検面の形状の演算（ス
テップＳ３）を行う。この演算処理を数回繰り返すこと
により、次第にデータ間の差が小さくなり、やがて、そ
の差が許容レベル以下になる。この結果測定値とシュミ
レーション値がほぼ一致し、この時の測定値（シュミレ
ーション値すなわちデータ２）が正確な被検面の形状と
なる。このように実施例２では実施例１と異なり形状の
絶対測定を高精度で行うことができる。
【００１５】
【発明の効果】以上のとおり本発明は、非球面で構成さ
れる光学部品の表面形状の評価を簡易な操作で、正確に
行うことができる。
れる光学部品の表面形状の評価を簡易な操作で、正確に
行うことができる。
【図１】本発明の実施例１の測定を示す光路図。
【図２】対物レンズの構成例を示す側面図。
【図３】対物レンズによる球面収差を示す特性図。
【図４】実施例２のフローチャート。
【図５】従来のトワイマングリーン型干渉計の側面図。
【図６】従来の測定方法の光路図。
１ 球面波 ２ 反射光束 ３ 光束 ４ 反射光束 Ｓ 被検面
Claims (1)
- 【請求項１】 トワイマングリーン型干渉計を用いて表
面形状を評価する干渉測定方法において、被検範囲内で
観察される干渉縞の本数が最小となるように、参照面お
よび被検面に光束をそれぞれ入射させるための２つの対
物レンズにより発生する球面収差量を同一状態で変化さ
せると共に前記参照面および被検面を同一状態で３次元
的に移動させ、その時の干渉縞のデータから被検面の表
面形状または表面形状と相関のある値を求めることを特
徴とする干渉測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32244192A JP3164444B2 (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 干渉測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32244192A JP3164444B2 (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 干渉測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06147854A JPH06147854A (ja) | 1994-05-27 |
| JP3164444B2 true JP3164444B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=18143710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32244192A Expired - Fee Related JP3164444B2 (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 干渉測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164444B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4898007A (en) * | 1987-11-16 | 1990-02-06 | Dahlgren Ray E | Moisture management sock |
-
1992
- 1992-11-06 JP JP32244192A patent/JP3164444B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06147854A (ja) | 1994-05-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010213 |
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