JP3590193B2

JP3590193B2 - 干渉計装置

Info

Publication number: JP3590193B2
Application number: JP11398996A
Authority: JP
Inventors: 和秀山崎
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH09297089A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折素子を用いて被検面の面形状等を測定する干渉計装置に関する。
【０００２】
従来から、レンズの面形状等を測定する為に干渉計装置が用いられている。この干渉計装置に回折素子を付加し、非球面レンズの非球面形状を測定できるようにした干渉計装置が特開昭６３−２２３５３８号公報により開示されている。
【０００３】
同公報に開示された干渉計装置は、図５に示すように、レーザ光源２２１ａ、レンズ２２１ｂ、ピンホール２２１ｃで構成される光源ユニット２２１から発せられたレーザ光は、コリメータレンズ２２２により、平行平面波となって半透鏡２２３を透過し、参照面２２４ａを有する参照レンズ２２４により球面波としている。
【０００４】
この参照面２２４ａは、その焦点を中心とし、バックフォーカスを半径とする球面の一部になるように形成された透過型原器面になっている。
【０００５】
前記参照面２２４ａから射出するレーザ光は、参照レンズ２２４の焦点位置に配置されたフィルタ２２５を通り、ホログラム２２６を経て、非球面である被測定面２２７に入射する。ホログラム２２６は、球面波が入射すれば、その回折成分の一部が被測定面２２７の位置で理想的非球面形状を持つ波面になるようなパターンが描かれたゾーンプレート型のホログラムてある。
【０００６】
前記被測定面２２７に入射したレーザ光は、この被測定面２２７で反射し、再びホログラム２２６で回折してフィルタ２２５に至る。この時、被測定面２２７で反射した光のうち、測定波面だけフィルタ２２５を通過し、他の不要光は遮断される。
【０００７】
前記フィルタ２２５を通過した測定波面は、参照レンズ２２４で再び平行平面波に変換され、半透鏡２２３で反射し、結像レンズ２２８に入射する。
【０００８】
ところで、参照レンズ２２４の参照面２２４ａは、この参照レンズ２２４の焦点を中心とし、バックフォーカスを半径とする球面の一部になっているので、参照レンズ２２４に入射する平行平面波は、この参照面２２４ａに垂直に入射することになる。
【０００９】
即ち、参照レンズ２２４に入射する平行平面波は、その一部が参照面２２４ａで垂直に反射し、元の光路を逆行して再び平行平面波となり、参照波面になる。この参照波面は、半鏡鏡２２３で反射し結像レンズ２２８に入射する。
【００１０】
結像レンズ２２８に入射する測定波面と参照波面は互いに干渉しあって干渉縞を生じ、この干渉縞が結像レンズ２２８によって撮像素子２２９の撮像面上に結像される。
【００１１】
このようにして干渉縞を観察することによって、被測定面２２７の形状が測定できる。被検面が凸面のときは、図６に示すように、半透鏡２２３を透過してきた平行平面波は、ビームエキスパンダ２３０により光束が拡げられ、参照レンズ２２４により球面波に変換される。参照レンズ２２４はその最終面２２４ａが透過型原器面となっている。
【００１２】
上述した従来の干渉計装置では、図６に示すように、被検面が凸面の場合では、参照レンズ２２４と、ホログラム２２６と、被測定面２２７が非常に接近することもある。
【００１３】
この状態で、ホログラム２２６を、参照レンズ２２４から射出されたレーザ光に対し位置合わせをする必要がある。しかし、従来の干渉計装置では、参照レンズ２２４とホログラム２２６が接近した状態での位置調整について何等考慮されていない。
【００１４】
本発明は、このような従来の課題を解消し、参照レンズと回折素子が接近していても回折素子のアライメントが容易な干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、回折素子を用いて被検面の形状を測定する干渉計装置において、光を射出する干渉計本体と、前記干渉計本体から射出される光の光路中に配置される参照レンズと、前記回折素子を保持するホルダーを備えるとともに、前記参照レンズを透過した光に対して前記回折素子の位置を調整する位置調整機構とを具備し、前記ホルダーは円筒形状であって、前記参照レンズが内部に挿入可能な孔を有し、前記回折素子は、前記ホルダーの孔内の底部に配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
以下に、本発明についてさらに詳述する。図１において、光を射出する干渉計本体１と、この干渉計本体１から射出する光の光路中に配置された参照レンズ２と、この参照レンズ２が内部に挿入可能な挿入領域を有し、前記参照レンズ２を透過した光３ａに対して回折素子４の位置を調整する位置調整機構であるステージ６とを有して構成されている。
【００１８】
干渉計本体１から射出した光の光路中に配置された参照レンズ２を透過した光３ａに対して、回折素子４は、前記ステージ６により位置調整され、測定光３ｂが発生する。この測定光３ｂに被検面５ａを有する被検レンズ５を配置すると、被検面５ａでの測定光３ｂの一部が反射し、再び、回折素子４で回折され、参照レンズ２を透過し干渉計本体１に入射し、測定波面となる。
【００１９】
ここで、ステージ６は、参照レンズ２を内部に挿入可能な挿入領域を有するため、参照レンズ２と、回折素子４とを接近させることができる。
【００２０】
前記測定波面と、図示しない参照面で発生した参照波面が干渉しあい、干渉縞を生じる。この干渉縞を観察することにより、被検面５ａの面精度を把握することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（構成）
図２、図３は、本発明の実施の形態を示すものであり、図２は干渉計装置の側面の断面図、図３は一部が断面の正面図を示すものである。
【００２２】
図２、図３に示す干渉計装置は、レーザ光を上向きに射出するレーザ光源１０１と、このレーザ光源１０１からのレーザ光を発散光にする発散レンズ１０２と、レーザ光を直角に反射して水平方向にするミラー１０３と、ビームスプリッタ１０４と、レーザ光を再度反射して下向きにするミラー１０５と、発散光を平行光にするコリメータレンズ１０６と、ビームスプリッタ１０４からの反射光の集光点に置かれたフィルタ１０７と、フィルタ１０７を透過した反射光の光路中に置かれたレンズ１０８と、カメラ１０９とを具備した干渉計本体１００を有している。
【００２３】
前記干渉計本体１００には、コリメータレンズ１０６から射出される平行光であるレーザ光が入射するように、参照面１１２ａを有する参照レンズ１１２（ここでは、参照レンズ１１２自体を内蔵する枠も含めて参照レンズ１１２と称するものとする。）が取り付けられている。
【００２４】
また、干渉計装置は、干渉計本体１００をベース１１１に取り付ける平行な２本のシャフト１１０を備えるとともに、この２本のシャフト１１０に対して上下方向（Ｚ方向）にのみ移動可能に嵌合され、かつ、任意の位置で固定可能な位置微調整機構である２個構成の第１（上側）、第２（下側）の移動ステージ１１３ａ、１１３ｂと、これら第１、第２の移動ステージ１１３ａ、１１３ｂに各々取り付けた回折素子１２５の位置微調整ステージ１２８、被検レンズ１２７の位置微調整ステージ１２９と、位置微調整ステージ１２８、位置微調整ステージ１２９に各々取り付けた回折素子１２５を保持するホルダー１２４、被検レンズ１２７を保持するレンズホルダー１２６とを具備している。
【００２５】
次に、図４を参照して、前記微調整ステージ１２８、１２９について詳述すると、前記２本の平行なシャフト１１０、１１０には、上側位置に第１の移動ステージ１１３ａの基部を貫通させ、また、下側位置に第２の移動ステージ１１３ｂの基部を貫通させて取り付けている。
【００２６】
第１の移動ステージ１１３ａ及び第２の移動ステージ１１３ｂ上に、各々位置される位置微調整ステージ１２８、１２９は、同一構成であるため、第１の移動ステージ１１３ａ側の位置微調整ステージ１２８についてその構成を以下に詳述する。
【００２７】
前記第１の移動ステージ１１３ａの基部における一方のシャフト１１０側には、すり割り溝１１３ｃが形成され（他方のシャフト１１０側には、すり割り溝が形成されていない。）、すり割り溝１１３ｃ間を締結するようにネジ摘み１１３ｄがねじ込まれている。
【００２８】
このネジ摘み１１３ｄを回転し締め付けることで、すり割り溝１１３ｃの溝間隔が狭くなり、前記第１の移動ステージ１１３ａをシャフト１１０に対して固定することができ、また、前記ネジ摘み１１３ｄを逆回転し緩めることで、すり割り溝１１３ｃの溝間隔を拡げ、前記第１の移動ステージ１１３ａをシャフト１１０に対し上下方向に移動可能としている。
【００２９】
そして、他方のシャフト１１０には、常に、第１の移動ステージ１１３ａの別の孔が精密に嵌合しており、これにより、第１の移動ステージ１１３ａを傾斜することなく、シャフト１１０に対し上下方向に移動可能としている。
【００３０】
また、第１の移動ステージ１１３ａの基部には、この基部の垂直壁部に配置されたクロスローラガイドを介して、Ｚ軸微調整ステージ１１４が取り付つけられている。このＺ軸微調整ステージ１１４に取り付けられたマイクロメータへッド１１５を回転操作することにより、第１の移動ステージ１１３ａの側壁に設けた突起１１３ｅに対して、Ｚ軸微調整ステージ１１４をＺ方向（上下方向）に微調整できる。
【００３１】
Ｚ軸微調整ステージ１１４の前面には、Ｘ軸微調整ステージ１１６が水平方向に取り付けられている。このＸ軸微調整ステージ１１６は、四角形の枠形状をしており、その内部にＸ方向に配置されたクロスローラガイドを介してＹ軸微調整ステージ１１７がＸ軸微調整ステージ１１６と同様に水平方向に取り付けられている。Ｙ軸微調整ステージ１１７は、四角形の枠形状をしており、その内部にＹ方向に配置されたクロスローラガイドを介して、孔１１８ａを有する微動ステージ１１８が取り付けられている。
【００３２】
Ｘ軸微調整ステージ１１６、Ｙ軸微調整ステージ１１７には、各々Ｙ軸微調整ステージ１１７、微動ステージ１１８を各方向に微調整で移動可能とするマイクロメータヘッド１２０、１２１を当接させ、マイクロメータヘッド１２０を回転操作することで、Ｙ軸微調整ステージ１１７をＸ方向に微調整し、マイクロメータヘッド１２１を回転操作することで、微動ステージ１１８をＹ方向に微調整するようになっている。
【００３３】
さらに、微動ステージ１１８上には、前記回折素子１２５の傾き調整を可能とするための傾きステージ１１９を一対の対角に配置された傾き調整ネジ１２２、１２３を介して当接する状態で配置している。
【００３４】
この傾き調整ネジ１２２、１２３は、傾きステージ１１９に設けたネジと螺合させて、傾き調整ネジ１２２、１２３を回転操作することで、微動ステージ１１８に対して、傾きステージ１１９をＸ方向、Ｙ方向及びこれらの組み合わせ方向に傾き調整することを可能としている。
【００３５】
尚、傾きステージ１１９を、微動ステージ１１８に対して傾斜可能になるように支持する部材については図示していない。
【００３６】
前記傾きステージ１１９の中央部には、上部にフランジ部を備えた円筒状の回折素子ホルダー１２４が取り付けられている。即ち、図２、３に示すように、前記微動ステージ１１８の孔１１８ａを貫通して、前記回折素子ホルダー１２４の円筒部が装着されている。
【００３７】
前記回折素子ホルダー１２４の孔１２４ａ内には、ゾーンプレートである回折素子１２５を取り付けている。また、この孔１２４ａの径は、前記参照レンズ１１２の外径より大きく、これにより、孔１２４ａの内部に前記参照レンズ１１２が挿入可能となっている。
【００３８】
一方、回折素子１２５の下方には、図２、図３、図４に示すように、被検レンズ１２７がレンズホルダー１２６に取り付けられた状態で配置されている。
【００３９】
このレンズホルダー１２６は、前記第２の移動ステージ１１３ｂに取り付けられた前記微調整ステージ１２８と同一構成の微調整ステージ１２９を構成する傾きステージ１１９上に配置されている。
【００４０】
尚、第２移動ステージ１１３ｂに取り付けられた微調整ステージ１２９と、第１移動ステージ１１３ａに取り付けられた微調整ステージ１２８との相違は、傾きステージ１１９上にレンズホルダー１２６を装着するか、回折素子ホルダー１２４を装着するかの点のみである。
【００４１】
また、図示していないが、カメラ１０９による干渉縞像を観察するモニターを設けている。
【００４２】
（作用）
次に、上述した構成の干渉計装置の作用を説明する。前記レーザ光源１０１から射出されたレーザ光は、発散レンズ１０２により発散光となり、ミラー１０３で直角方向に折り曲げられ、ビームスプリッタ１０４を通過し、さらに、ミラー１０５で折り曲げられてコリメータレンズ１０６によリ平行光に変換される。
【００４３】
この平行光が参照レンズ１１２を通過し、干渉計本体１００から下方に向けて射出される。このとき、レーザ光は参照レンズ１１２の参照面１１２ａを垂直に透過し、また、その一部が反射して参照光となる。この参照光は、通過してきた光路を逆行し、前記コリメータレンズ１０６を透過して収束光となり、ミラー１０５で折り曲げられ、さらにビームスプリッタ１０４で反射し、フィルタ１０７、レンズ１０８を透過してカメラ１０９に入射する。ここで、フィルタ１０７を透過することにより、ノイズ光がカットされる。
【００４４】
一方、参照レンズ１１２の参照面１１２ａを透過したレーザ光は、回折素子１２５によリ回折され、被検レンズ１２７の被検面１２７ａに入射する。ここで、回折素子１２５と被検レンズ１２７は、各々第１の移動ステージ１１３ａ、第２の移動ステージ１１３ｂを光軸方向（Ｚ方向）に移動し、略所定の位置に配置することができる。
【００４５】
さらに、微調整ステージ１２８、１２９の各々の３個のマイクロメータヘッド１１５、１２０、１２１及び２個の傾き調整ネジ１２２、１２３を操作し、回折素子１２５及び被検面１２７ａの位置を所定の位置にアライメントする。
【００４６】
所定の位置にアライメントされた回折素子１２５で回折され、被検面１２７ａで反射した測定光は、再び回折素子１２５で回折され、参照レンズ１１２の参照面１１２ａを透過し、干渉計本体１００に入射する。
【００４７】
前記測定光は、参照レンズ１１２を透過し、略平行光となり、コリメータレンズ１０６により収束光となり、ミラー１０５で折り曲げられ、さらに、ビームスプリッタ１０４で反射し、フィルタ１０７、レンズ１０８を透過し、カメラ１０９に入射する。ここで、フィルタ１０７を透過することにより、ノイズ光がカットされる。
【００４８】
既述した参照面１１２ａで反射した参照光と、被検面１２７ａで反射した測定光とが、カメラ１０９の撮像面上で干渉しあい干渉縞を発生する。
【００４９】
この干渉縞が図示しない画像モニターに映し出され、この干渉縞を解析することにより、被検面１２７ａの面形状が分かる。
【００５０】
前記回折素子１２５と被検レンズ１２７の各々の微調整ステージ１２８及び１２９が共通であることから、部品点数の削減が可能であり、干渉計装置が安価となる。
【００５１】
また、干渉計本体１００を２本のシャフト１１０で支持し、このシャフト１１０に回折素子１２５の微調整ステージ１２８と被検レンズ１２７の微調整ステージ１２９とが各々配置されるので、干渉計装置全体の占有面積が大きくならず、干渉計装置の小型化を図れる。さらに、回折素子１２５と被検レンズ１２７とを接近させた状態で、被検レンズ１２７のアライメントを容易に行うことが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、回折素子の位置を調整する位置調整機構に参照レンズが挿入可能な孔を有する円筒形状のホルダーを備え、回折素子をホルダーの孔内の底部に配置しているので、回折素子を参照レンズに非常に接近させた状態で回折素子のアライメントを実行することが可能となり、一つの干渉計装置で種々の被検レンズの面形状等の測定が可能な干渉計装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の干渉計装置の概念を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明の干渉計装置の実施の形態を示す側面から見た部分断面図である。
【図３】本発明の干渉計装置の実施の形態の一部を断面にして示す正面図である。
【図４】本実施の形態における上下配置の微調整ステージを示す拡大斜視図である。
【図５】従来の干渉計装置の光学系を示す概略図である。
【図６】従来の干渉計装置の参照レンズ、ホログラム及び測定面を示す図である。
【符号の説明】
１干渉計本体
２参照レンズ
４回折素子
５被検レンズ
６ステージ
１００干渉計本体
１０１レーザ光源
１０２発散レンズ
１０３ミラー
１０４ビームスプリッター
１０５ミラー
１０６コリメータレンズ
１１０シャフト
１１２参照レンズ
１１３ａ第１の移動ステージ
１２５回折素子
１２８位置微調整ステージ

Claims

回折素子を用いて被検面の形状を測定する干渉計装置において、光を射出する干渉計本体と、
前記干渉計本体から射出される光の光路中に配置される参照レンズと、
前記回折素子を保持するホルダーを備えるとともに、前記参照レンズを透過した光に対して前記回折素子の位置を調整する位置調整機構とを具備し、
前記ホルダーは円筒形状であって、前記参照レンズが内部に挿入可能な孔を有し、
前記回折素子は、前記ホルダーの孔内の底部に配置されていることを特徴とする干渉計装置。