JP3349235B2 - 干渉測定方法 - Google Patents

干渉測定方法

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JP3349235B2 JP34801493A JP34801493A JP3349235B2 JP 3349235 B2 JP3349235 B2 JP 3349235B2 JP 34801493 A JP34801493 A JP 34801493A JP 34801493 A JP34801493 A JP 34801493A JP 3349235 B2 JP3349235 B2 JP 3349235B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学素子の面形状を高
精度に測定する干渉測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、被検面の形状を測定する手段とし
て干渉計を用いた方法が知られている。その方法とし
て、例えば特開平4−48201号公報に記載される干
渉測定装置がある。上記発明は、干渉計により精度の良
い(設計形状に近く、鏡面である)被検面と参照面との
干渉縞を出し、被検面を傾けて平行直線上の干渉縞にす
る。ディストーションが無いときは、干渉縞は平行で等
間隔になるが、ディストーションがあるときは干渉縞に
歪みがでる。この時、被検面の傾きと、この干渉縞の歪
みとからディストーション量を求め、求められたディス
トーション量を補正値として被検面測定データの補正を
行うものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術においては以下のような問題点があり、被検面の
測定手段としては満足できるものではなかった。すなわ
ち、被検面が非球面の場合、被検面を傾けるとコマ収差
を発生するため、縞の歪みにディストーション以外の干
渉縞の変化が生じる。このため、被検面の測定データに
おいて、歪みを補正できなくなるという問題点があっ
た。
【0004】因って、本発明は上記従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、上記の影響を無くし、被検面の
測定データの歪みを補正することができる干渉測定方法
の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は、光
源から射出された光束を2分し、一方の分割光束を参照
面に、他方の分割光束を被検面にそれぞれ入射させ、各
々の反射光を干渉させて得られた干渉縞から被検面の形
状を測定する干渉計を用い、被検面と設計上同一な形状
を有するマーキングされたマスターレンズの像を前記干
渉計の受像面に投影し、その投影されたマーキングポイ
ント像と干渉計の光学系の投影倍率により線型変換され
た受像面上の理想結像点との写像関係から、前記干渉縞
の歪みを補正する方法である。
【0006】図1〜図3は本発明の干渉測定方法の概略
を示し、図1a,b,cは使用されるマスターレンズを
説明するもので、aは斜視図、bは平面図、cはX軸上
での断面図、図2は干渉計の受像面の正面図、図3はマ
スターレンズと受像面との関係の説明図である。
【0007】本発明の干渉測定方法は一般的な干渉計に
適用される。図1a〜cに示す様に、マスターレンズの
基準面は被検面の中心を原点とした被検面上の座標に対
して同一となるものであり、予め座標位置の知られたマ
ーキングが多数の点および線として付与されている(図
1bでは同一円周上に点aとして、および円として図
示)。ここでは、被検面と同様な設計形状を持つマスタ
ーレンズの座標関係(x軸,y軸は被検面の周長上であ
り、z軸は被検面の原点の接平面に垂直である)とマー
キングポイントaを示している。図2には、干渉計の受
像面における座標上のマスターレンズのマーキングポイ
ントaのマーキングポイント像a′を点として、マーキ
ングポイントaに対する計算上の理想結像点bを×で示
している。
【0008】以下、本発明の作用を説明する。干渉計を
用いて被検面の形状を測定する際、被検面の代わりに図
1bに示す様なマーキングされたマスターレンズを取り
付ける。マスターレンズのマーキングポイントaは、干
渉計の光学系により干渉計の受像面に投影される。この
時、マスターレンズのマーキングポイントaは、図2に
示す様に、干渉計の受像面においてマーキングポイント
像a′の位置に写り、受像面においての座標位置がX,
Yで求められる。この時、マスターレンズのマーキング
ポイントaの原点Oの投影像を受像面の座標の原点O′
とする。また、マスターレンズのマーキングポイントa
の受像面における理想結像は、干渉計の光学系の倍率β
により、以下の
【数1】 に線型変換される。
【0009】
【数1】
【0010】また、a′は極座標で、a′(ρ′,
θ′)と表わされる。この時、マスターレンズのマーキ
ングポイントをa(ρi,θi)としてそれに対する受
像面のマーキングポイント像をa′(ρ′i,θ′i)
とする。また、a(ρi,θi)に対する受像面におけ
る計算上の理想結像点をb(ρ″i,θ″i)とする。
ここで、a′(ρ′i,θ′i)から(ρ″i,θ″
i)への写像関係を求めると、干渉計の光学系による歪
を受けたマーキングポイント位置から、歪を受けない計
算上の理想的な結像位置を求めることができる。このた
め、被検面を測定するとき、干渉計の光学系により得ら
れた受像面上の干渉縞の位置を、この写像関係、すなわ
ちa′(ρ′,θ′)からb(ρ″,θ″)に補正する
ことにより、干渉縞の歪みを補正することになる。
【0011】
【実施例1】図4〜図6は本実施例を示し、図4は本実
施例で用いる干渉測定計の概略構成図、図5a,b,c
は使用されるマスターレンズを説明するもので、aは断
面図、bは平面図、cは斜視図、図6は受像面の正面図
である。
【0012】図4において、1は非球面形状をもつ被検
面14(以下、被検面を有するレンズを被検面という)
を測定する干渉計で、被検面14の中心を原点とした被
検面14上の座標に対して、図5a〜cに示す様に、極
座標ρ1 ,ρ2 ,ρ3 上で多数の点aおよびρ2 上に線
となるように予め座標位置の知られたマーキングがされ
た被検面14と設計上同一な形状を有するマスターレン
ズ2と、被検面14と同様な設計形状を持つ参照面12
と、光源5と、照明用光学系6と、照明用光学系6によ
り被検面14および参照面12への照射された光の反射
光を受像面4に投影するための測定光学系3と、参照面
12と被検面14より形成された干渉縞を画像として取
り込む測定用カメラ10と、測定用カメラ10の受像面
4と、参照面12を微小量移動させるためのピエゾ13
と、ピエゾ13の移動を制御し、測定用カメラ10によ
りとらえられた干渉縞のデータを解析するためのコンピ
ュータ11とよりなる。
【0013】測定用光学系3は照明光を被検面14側と
参照面12側とに分け、それぞれの反射光を合わせるた
めのビームスプリッタ8と、被検面14と参照面12と
に対して照明および投影するための対物レンズ7と、ビ
ームスプリッタ8により合わされた照明光を受像面4に
投影するとともに参照面12および被検面14と結像関
係にするためのフォーカスレンズ系9とよりなる。
【0014】図5a〜cに示すマスターレンズ2は、そ
のマーキングをマスターレンズ2の基準面を形成してい
る座標を基準とて行ったものである。マーキング方法
は、マスターレンズ2にスケールを当てて拡大投影器で
位置を計りながら行う。この時、図5aに示すごとく、
座標はマスターレンズ2の原点より直交座標x′,
y′,zをとる。マスターレンズ2の基準面は設計上、
x′方向に断面形状を表わす関数、z=f(x′)の関
係があるとし、マスターレンズ2上のマーキングポイン
トaは
【数2】 の関係がある。
【0015】
【数2】
【0016】ただし、x′iはxiに対するx′座標の
位置であり、y′iはyiに対するy′座標の位置であ
る。xi,yiはマスターレンズ2面上の座標x,yの
マーキングポイント位置である。この関係は、同様にz
とy′とyiについても
【数3】 に示す様に成り立つ。
【0017】
【数3】
【0018】また、マーキングポイントaは、前述の様
に、極座標ρ1 ,ρ2 ,ρ3 上の多数の点で、またρ2
上の線としてマスターレンズ2の周長上の座標で表わさ
れ、円周上にマーキングされ、各円周上で番号(図5b
1 2 3 にて図示)が付されている。図6は、受像
面4の座標のマーキングポイント像a′(図6中に点で
示す)と理想結像点b(図6中に×で示す)である。こ
の理想結像点bは、計算上で求められるもので、受像面
4には表われないが、理解を容易にするために開示して
ある。
【0019】以下、上記構成を用いての干渉測定方法を
説明する。干渉計1において、被検面14の形状を測定
するとき、被検面14の代わりにマスターレンズ2を取
り付ける。マスターレンズ2は、図5a〜cの関係より
マーキングされ、干渉計1の光源5と照明用光学系6と
ビームスプリッタ8と対物レンズ7により照明される。
この時、マスターレンズ2のマーキングポイントaは、
測定光学系3により、干渉計1の受像面4に投影され
る。すなわち、対物レンズ7とビームスプリッタ8とフ
ォーンスレンズ系9により受像面4に投影される。この
時、マーキングポイントが受像面4で鮮明に観察される
ように参照面12をはずしておく。
【0020】マスターレンズ2のマーキングポイントa
は、図6に示す様に、受像面4においてマーキングポイ
ント像a′の位置に写り、測定用カメラ10によりマー
キングポイント像a′をとらえ、画像情報をコンピュー
タ11に送り座標位置(極座標位置)を求める。このと
き、マスターレンズのマーキングポイントaの原点の投
影像を受像面4の座標の原点とするため、各マーキング
ポイント像a′を原点に合わせて、極座標変換する。マ
ーキングポイントの同じ円周上に付された番号(図5b
における1 2 3 )により各位置関係を判断する。ま
た、マスターレンズ2のマーキングポイントaの受像面
4における理想結像点bは、測定光学系3の倍率βによ
り、
【数1】の式で線型変換される。
【0021】a′は極座標で、a′(ρ′,θ′)と表
わされる。この時、マスターレンズ2のマーキングポイ
ントをa(ρi,θi)として、それに対する受像面の
マーキングポイント像をa′(ρ′i,θ′i)とす
る。また、a(ρi,θi)に対する理想結像点をb
(ρ″i,θ″i)とする。ここで、a′(ρ′i,
θ′i)をb(ρ″i,θ″i)に変換する関係、写像
G、(ρ″,θ″)=G(ρ′,θ′)を求める。
【0022】写像Gをもとめるとき、ρi=一定とした
条件でρ′とθ′の変換ρ′=f(θ′)の関係で、ス
プライン補間法により、円周上に補間する。また、θ″
とθ′の変換θ″=g(θ′)の関係で、スプライン補
間法により、理想結像点bとマーキングポイント像a′
の円周上の写像関係を求める。さらに、同様の方法で、
θi=一定とした条件で、θ′とρ′の変換θ′=f
(ρ′)の関係で、スプライン補間法により、放射線上
に補間する。また、ρ″とθ′の変換ρ″=g(ρ′)
の関係でスプライン補間法により、理想結像点bとマー
キングポイント像aの放射線上の写像関係を求める。
【0023】次に、被検面14の形状を測定するため、
マスターレンズ2と被検面14とを交換する。また、参
照面12を取り付け、干渉計1により受像面4上に干渉
縞を形成させる。このとき、コンピュータ11によりピ
エゾ13を制御して参照面12を動かし、フリンジスキ
ャン法により、参照面12と干渉縞の移動関係により、
被検面14の形状を求める。この求められた形状をコン
ピュータ11により、マーキングポイント像と理想結像
点との写像関係より、形状データを並べかえて歪みを補
正する。
【0024】本実施例によれば、マーキングポイント像
a′と理想結像点bの写像関係を求めるとき、スプライ
ン補間法を用いることにより、マーキングされていない
ところでも写像関係が求められるため、補正精度をあげ
ることができ、より測定精度をあげることができる。
【0025】尚、本実施例では非球面レンズの干渉測定
方法について述べたが、これに限らず、球面レンズにつ
いても適用可能である。
【0026】
【実施例2】本実施例では、前記実施例1におけるθ′
をθ′≒θ″として、ρ′とρ″の関係を求めるとき、
ディストーションの式、ρ′=C3 (ρ″)3 +C
5 (ρ″)5 に最小二乗法により近似をして、ディスト
ーションの3次および5次の係数(C3 およびC5 )を
求め、この式を用いρ″とρ′の写像関係をもとめて補
正を行う。その他の構成および作用は前記実施例1と同
一であり、その説明を省略する。
【0027】本実施例において、ρ′とρ″の関係を求
めるとき、ディストーションの式ρ′=C3 (ρ″)3
+C5 (ρ″)5 に、最小二乗法により近似をするが、
このときρ″iに対するρ′iに対して、ディストーシ
ョンの係数C3 およびC5 を求める。補正を行うとき
は、ディストーションの式を用い、ρ″に対するρ′の
解を求め、形状データを並びかえる。
【0028】本実施例によれば、干渉縞の歪み具合を光
学的収差のディストーションとして、歪みの大きさを定
量的に評価でき、また、コマ収差等の非対称な収差によ
り受像面上のマーキングポイントの形状が変形して、座
標位置を求めるときに誤差が出るときでも、補正精度を
上げることができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る干渉測
定方法によれば、被検面の形状が非球面の場合でも、被
検面の形状および干渉計の測定光学系による干渉縞の歪
みを補正することができ、面形状測定の測定精度の向上
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】a,b,cはそれぞれ本発明を示し、aは斜視
図、bは平面図、cは断面図である。
【図2】本発明を示す正面図である。
【図3】本発明を示す説明図である。
【図4】実施例1を示す概略構成図である。
【図5】a,b,cはそれぞれ本実施例1を示し、aは
断面図、bは平面図、cは斜視図である。
【図6】実施例1を示す正面図である。
【符号の説明】
1 干渉計 2 マスターレンズ 3 測定用光学系 4 受像面 5 光源 6 照明光学系 7 対物レンズ 8 ビームスプリッタ 9 フォーカスレンズ系 10 測定用カメラ 11 コンピュータ 12 参照面 13 ピエゾ 14 被検面

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から射出された光束を2分し、一方
    の分割光束を参照面に、他方の分割光束を被検面にそれ
    ぞれ入射させ、各々の反射光を干渉させて得られた干渉
    縞から被検面の形状を測定する干渉計を用いて前記干渉
    縞の歪みを補正する干渉測定法であって被検面と設計
    上同一な形状を有するマーキングされたマスターレンズ
    の像を前記干渉計の受像面に投影し、その投影されたマ
    ーキングポイント像と干渉計の光学系の投影倍率により
    線型変換された受像面上の理想結像点との写像関係か
    ら、前記干渉縞の歪みを補正することを特徴とする干渉
    測定方法。
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