JP4267780B2

JP4267780B2 - Interference measuring apparatus and interference measuring method

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Publication number: JP4267780B2
Application number: JP27328899A
Authority: JP
Inventors: 博幸長浜; 俊文三橋
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2019-09-27
Also published as: JP2001091405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は干渉測定装置及び干渉測定方法に係り、特に、コーナーキューブ、プリズム、再帰反射ミラー等の測定対象物を検査する干渉測定装置及び干渉測定方法に関する。以下、主にコーナーキューブを対象として説明するが、本発明は、少なくとも２つの反射面を有する測定対象物について、広く適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コーナーキューブには、主に、３枚の鏡を互いに直角に配置したコーナーキューブ鏡と呼ばれるものと、立方体の隅部を対角線に垂直な平面で切り取った形状となるコーナーキューブプリズムと呼ばれるものがあり、光波距離計やレーザー測長機等に使用されている。従来、コーナーキューブの光学性能を検査するのに干渉計がよく使用されている。
【０００３】
図１０に、干渉測定装置の原理についての説明図を示す。図１０は、フィゾー型干渉計でコーナーキューブプリズムを検査する例である。レーザー１から出射された光束は、レンズ２、ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４を経て、参照反射部５に向かう。参照反射部５では、入射された光束が一部反射して参照光束となり、他は透過して測定光束は、コーナーキューブ６で反射される。参照反射部５で反射した参照光束とコーナーキューブ６で反射された測定光束との干渉パターンを、結像レンズ８を経て観察面９で観察することにより、コーナーキューブ６の光学性能を検査することができる。尚、参照反射部５は検査の基準となる面であるから、平面度０．０３μm程度の高精度平面が一般的に使用されている。
【０００４】
つぎに、コーナーキューブプリズムの検査方法として、シングルパス方式について説明する。図１１に、シングルパス方式の説明図を示す。この方法は、図１１（ａ）に示してあるように、参照反射部５で反射した参照光束とコーナーキューブ６を１回通過した測定光束との干渉を測定するものである。図１１（ａ）で表示してある減衰板は、測定光束の光量を参照光束と同程度に低下させることにより干渉縞のコントラストを向上させる作用を有する。図１１（ｂ）はこのときに観測される干渉縞のパターン例であり、コーナーキューブ６の稜線又は稜線像１１と干渉縞が表示されている。
【０００５】
つぎに、ダブルパス方式について説明する。図１２に、第１のダブルバス方式の説明図を示す。この方式は、図１２（ａ）に示してあるように、測定光束を参照反射部５で折り返すことによりコーナーキューブ６を全部で２回通過させる方式である。参照反射部５の左側に配置してある遮蔽板１０は、前述のシングルパス光を遮断するのに必要となる。図１２（ｂ）は、このときに観測される干渉縞のパターン例であるが、遮蔽板１０により下側半分の領域は表示されない。干渉縞は上側半分しか観測されないことになるが、測定光束はコーナーキューブ６の全面を通過しているので問題ない。また、シングルパス方式と異なり、図１２(ａ)を見ると、参照光束の光路と測定光束の光路とが干渉計側で一致している。したがって、干渉計に収差があっても参照光束と測定光束に位相差は発生しないので干渉縞には影響しない。
【０００６】
数式で説明すると、図１２において参照光束は参照反射部５で反射し、測定光束は参照反射部５を透過しコーナーキューブ６を２回通ったあと元の光路に戻り参照光束と干渉する。干渉計から出射するコリメート光の収差形状をＷ_ＩＮＴ(x,y)、コーナーキューブの収差形状をＷ_ＣＣ(x,y)とすれば、観測される干渉縞の形状Ｗ_ＯＢＳ(x,y)は、次式で表される。
Ｗ_ＯＢＳ(x,y)＝Ｗ_ＩＮＴ(x,y) −Ｗ_ＩＮＴ(x,y) ＋２×Ｗ_ＣＣ(x,y)
＝２×Ｗ_ＣＣ(x,y)
したがって、コリメート光Ｗ_ＩＮＴ(x,y)は参照光束と測定光束とでまったく同じ値、つまり位相差がないため、上式に示すようにキャンセルされる。
【０００７】
つぎに、第２のダブルパス方式について説明する。図１３に、第２のダブルパス方式の説明図を示す。この方式は、一般の干渉計が利用できる検査方法である。ここでは、図１３（ａ）に示すように、参照反射部５と測定反射部７とが独立であるため、参照反射部５又は測定反射部７を傾けることにより、干渉縞を数本表示させて縞の曲り量から波面形状を求めるといった手法も利用できるし、参照測定反射部を傾けることなくフリンジスキャンによってもコーナーキューブ６の検査を行なうことが可能である。
【０００８】
第２のダブルパス方式で使用される測定反射部７の形状は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示されるように、測定光束を透過させる部分と測定光束を反射させる部分との境界が単に直線状となっている。この直線状の境界部は、図１３（ａ）に示してあるように、コーナーキューブ６の光軸と重なるように配置されるため、干渉縞のパターンは図１３（ｃ）に示されるように、コーナーキューブ６の有効径の片側半分で観測されることになる。干渉縞は有効径の片側半分にしか表示されないが、図１３（ａ）に示されているように、測定光束はコーナーキューブの有効径すべてを通過しているので問題ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、干渉計でコーナーキューブを検査するのに、光学配置の違いにより、主に、３通りの方式が考え出されているが、３方式とも精度上、もしくは干渉計の機能上の課題があるので、以下に、個別に説明を行なう。
【００１０】
まず、シングルパス方式では、干渉計から出射する参照光束の光路と、同じく干渉計から出射する測定光束の光路とが同一ではないため、干渉計に残存する光学系の収差が測定値に混入してしまう。すなわち、図１１を見ると、参照光束（参照波）の行きの光路(図では右に進むとき)と測定光束（被検波）の行きの光路とがずれている。コーナーキューブの検査では、例えば１０分の１波長程度の測定精度が必要となるが、干渉計から出射するコリメート光の収差は通常波長オーダーであるので、干渉パターンに混入し測定誤差となってしまう。
【００１１】
数式で説明すると、図１０で干渉計から出射するコリメート光の収差形状をＷ_ＩＮＴ(x,y)、コーナーキューブの収差形状をＷ_ＣＣ(x,y)とすれば、観測される干渉縞の形状Ｗ_ＯＢＳ(x,y)は、次式で表される。
Ｗ_ＯＢＳ(x,y)＝Ｗ_ＩＮＴ(x,y) −Ｗ_ＩＮＴ(-x,-y) ＋Ｗ_ＣＣ(x,y)
ここで、右辺第１項が参照光束を、第２項と第３項が測定光束の収差形状を表す。右辺第2項の符号がマイナスになっているのは、干渉縞が参照光束と測定光束との位相差により形成されるからである。また、第２項のｘ,yの座標符号が反転しているのは、コーナーキューブを１回通ることにより座標が反転したことを示す。本来、干渉計は、参照光束と測定光束が同一光路となることを前提に設計されているので、光学系には数波長程度の収差が残っている場合が少なくない。したがって、このシングルパス方式は、波長の分数のオーダーで検査を行なうコーナーキューブの検査には、必ずしも適するとはいえない。
【００１２】
また、第１のダブルパス方式については、この方式が採用できるのは特殊仕様の干渉計に限られ、一般的な干渉計では検査することが難しい。その理由は、図１２（ａ）の配置で参照反射部５を傾けたとしても、参照光束と測定光束が同じ向きに傾いてしまうので、図１２（ｂ）で表示されている干渉パターンを変化させることはできないからである。したがって、この方式では、干渉縞を数本表示させて縞の曲り量から波面形状を求めるといった手法は利用できないので、縞走査型の干渉計が必要となる。さらに、通常の縞走査は、参照反射部5を光軸方向に移動させることで参照光束の位相を変化させているが、図１２（ａ）の配置だと測定光束の位相まで変化させてしまうので、これに対応した干渉計が必要となる。一般の干渉計では、縞走査量の設定値と実際の縞走査量が違うと、測定不可能となってしまう。結果として、この方式ではコーナーキューブの検査を行なうことは簡単ではない。
【００１３】
また、第２のダブルパス方式については、測定された波面に傾き成分がある場合、この成分が測定反射部７の傾きによるものなのか、またはコーナーキューブ６の収差なのかを判断することが難しい。また、干渉パターンが観察面で投影される範囲についても課題がある。
原理的には、コーナーキューブプリズムを光軸回りに回転させながら複数回の測定を行なえばコーナーキューブプリズムの収差を検出できるわけであるが、測定に要する時間が数倍にも増加してしまうので現実的ではない。例えば、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されている場合、干渉パターンは図１３（ｄ）に示すように干渉縞が真ん中で折れ曲ったパターンとなるはずである。ところが、図１３（ｄ）の方式では測定反射部７が挿入されているので、干渉パターンは図１３（ｃ）のように片側半面しか表示されず、この場合干渉縞が曲がっていることを認識できない場合がある。
【００１４】
上述の従来技術において、干渉計によるコーナーキューブの検査方式を３通り示したが、いずれも実用上の課題がある。特に、最後に説明した測定反射部を用いる第２のダブルパス方式は、一般の干渉計が利用できるという長所を有しながら、測定反射部の傾き誤差とコーナーキューブの収差とを判別できない場合があった。
【００１５】
本発明は、以上の点に鑑み、これらの課題を解決するコーナーキューブ等の反射面を少なくとも２つ有する測定対象物の干渉測定装置及び干渉測定方法を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明は、参照反射部と測定反射部とを別体で構成し、測定反射部は、測定対象物から反射された測定光束を入射し、参照反射部の所定の反射率と略等しい反射率で反射させて再び測定対象物へ向かわせる一方、反射されない他の光束は吸収するように形成し、測定光束が測定対象物を往路と復路の計２回通過させて測定を行うこととしたので、フリンジスキャンのタイプを採用しても、フリンジスキャン設定量と光路の変化量とが変化することなく、干渉縞の処理ルーチンを特別なものとする必要がないようにすることを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、測定反射部の反射部分と透過部分の境界線像と、コーナーキューブ等の測定対象物の稜線又は稜線像とを光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置で検査を行なうことにより、コーナーキューブ測定対象物を構成する３つの鏡面のうち一ヶ所だけ直角度が悪く加工されているような場合でも、測定反射部の傾き誤差に影響されずにコーナーキューブの光学性能（例えば、収差）を高精度に評価することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述のように、測定反射部を用いたダブルパス方式でコーナキューブを検査する際に、測定反射部の境界線とコーナーキューブの稜線又は稜線像とが重なってしまうと、測定反射部の傾き誤差とコーナーキューブの収差とを判別できない場合があることに気付いた。しかも、コーナーキューブの検査ではコーナーキューブの稜線又は稜線像によって分けられる領域毎に干渉縞のパターン解析を行なうことが多いので、測定反射部の境界線とコーナーキューブの稜線又は稜線像とを重ねるように配置する傾向が強かった。そして、上述の課題は、特に、測定反射部を用いたダブルパス方式でコーナキューブを検査するのに、測定反射部の境界線像とコーナーキューブの稜線又は稜線像とを光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置で検査することにより解決することができる。
【００１９】
本発明の第１の解決手段によると、
光源と、
光源からの光束を入射し、反射させた光束を参照光束とし、透過する光束を測定光束とし、入射した光束を反射するために稜線を形成する少なくとも２つの反射面を有する測定対象物へ、測定光束を向かわせる参照反射部と、
上記参照反射部と別体で構成され、上記測定対象物から反射された測定光束を入射し、反射させて再び上記測定対象物へ向かわせる反射部分と、上記参照反射部を透過した測定光束を透過させる透過部分とを有する測定反射部と、
上記参照反射部から反射された参照光束と、上記参照反射部を透過して上記測定対象物を通過して上記測定反射部で反射され、再び上記測定対象物を通過した測定光束とを干渉させて受光するための受光部と、
上記受光部で受光された干渉縞を表示する表示部と、
を備え、
上記測定反射部の反射部分と透過部分の境界線像と、上記測定対象物の稜線又は稜線像とを、光束の光軸回わりに回動自在に構成したことを特徴とする干渉測定装置を提供する。
【００２０】
本発明の第２の解決手段によると、
光源と、
光源からの光束を入射し、反射させた光束を参照光束とし、透過する光束を測定光束とし、入射した光束を反射するために稜線を形成する少なくとも２つの反射面を有する測定対象物へ、測定光束を向かわせる参照反射部と、
上記参照反射部と別体で構成され、上記測定対象物から反射された測定光束を入射し、反射させて再び上記測定対象物へ向かわせる反射部分と、上記参照反射部を透過した測定光束を透過させる透過部分とを有する測定反射部と、
上記参照反射部から反射された参照光束と、上記参照反射部を透過して上記測定対象物を通過して上記測定反射部で反射され、再び上記測定対象物を通過した測定光束とを干渉させて受光するための受光部と、
上記受光部で受光された干渉縞を表示する表示部と、
を備え、
上記測定反射部の反射部分と透過部分の境界線像と、上記測定対象物の稜線又は稜線像とを、光束の光軸回わりに回動自在に構成したことを特徴とする干渉測定装置を用いた干渉測定方法において、
観察面に投影される上記測定反射部の反射部分と透過部分の境界線像と、同じく観察面に投影される上記測定対象物の稜線又は稜線像とを、光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置で検査することを特徴とする干渉測定方法を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1に、本発明に係る干渉測定装置の構成図を示す。以下の説明では、測定対象物として、主にコーナーキューブを例に説明するが、本発明は、この他にも、プリズムや再帰反射ミラー等少なくとも２つの反射面を有するものに適用することができる。この干渉測定装置は、レーザー１、集光レンズ２、ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４、参照反射部５、コーナーキューブ６、測定反射部７、結像レンズ８、及び観察面９を備える。図１はフィゾー干渉計を用いてコーナーキューブ６を検査している例であり、測定反射部７が参照反射部５とコーナーキューブ６との間に挿入されており、いわゆるダブルパス方式の配置となっている。干渉計から出射した測定光束は、参照反射部５とコーナーキューブ６を通過した後、測定反射部７で反射され、その後コーナーキューブ６、参照反射部５の順で干渉計本体に戻っていく。
【００２２】
参照反射部５は、光軸方向に移動可能に構成されている。参照反射部５は、通常２０分の１波長程度の高精度面を使用する。なお、干渉計で使用される参照反射部５は、一般に、入射側の面と出射側の面(参照面)とが楔(数分以上の傾斜角)になっているので、不要な干渉縞は形成されない。より正確にいうと、干渉縞は形成されてはいるものの、干渉縞の周期が観察面の分解能（例えば、CCDのピクセルサイズ）よりも十分短ければ検出されないので無視することができる。さらに、参照反射部５の入射面側には反射防止膜が施されているので、入射側の面と出射側の面を区別することは容易である。
【００２３】
コーナーキューブ６は、入射した平面波を入射した方向と逆向きの平面波に変換する作用がある。したがって、「コーナーキューブの収差」とは、主に、平面波を入射させたときにコーナーキューブからの出射光が完全な平面波ではなく、波面が凸凹になっている状態のことを言う。収差の原因として、硝材の屈折率の不均質性、入射面(出射面でもある)や反射面(３面ある)の面形状誤差、反射面の角度誤差(３面が９０度の関係となっている)等が挙げられる。
【００２４】
測定反射部７は、反射部分及び透過部分を有し光束の光軸回わりに回動自在に構成されている。測定反射部７は、また、上記受光部で受光される観察面に投影される上記測定反射部の反射面と透過面の境界線像と、観察面に投影される上記測定対象物の稜線又は稜線像とを、光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置とすることができる。また、測定反射部７は、裏面側からの不要な反射光をカットする。そのために、例えば、（１）楔にする。（２）裏面側を散乱面(砂掛け状態)にする、（３）裏面側に吸収膜を施す、又は、（４）測定光束が透過しない材料で反射面を作製する、等の手段を適宜用いることができる。
【００２５】
参照反射部５の反射率と、測定反射部７の反射率とは、等しい又は略等しい。測定反射部７は、例えばガラス基板に透過部分と反射部分とを設けて作製することができる。反射部分以外の箇所はガラス基板のまま透過部分としても良く、またガラス基板等を設けず単に光束が通過する通過部分として作成して良い。反射部分は高反射率である必要はなく、例えばガラスを研磨した状態のままでも数パーセントの反射率が得られるので使用することができる。ただし、反射部分の透過率が高いと不要な光が干渉計に入射してしまうので、透過率を低下させる処理を行なった方が良い。また、透過部分に反射防止膜等の処理を施すと、不要な反射光が干渉計に入射することを防止することができる。
【００２６】
ここで、「干渉計の収差」とは、主に、干渉計から被検物に向けて出射されるコリメート光が完全な平面波ではなく、波面(等位相面)が凸凹になっている状態のことを指す。なお、干渉計の収差には上記以外に観察系の波面収差やディストーション等が考えられる。図１に示すように、干渉計の基本光学系にはφ１mm程度のレーザー光をφ１００mm程度のコリメート光(平行光)に変換するために集光レンズ２とコリメータレンズ４があり、また、干渉縞の像を観察系に導くためにビームスプリッタ３も配置してある。これらは、設計段階での残存収差や、レンズの加工誤差、干渉計への組込み誤差(例えば偏心)により、波長オーダーの波面収差が残っているのが一般的である。
【００２７】
図２に、干渉縞の観測装置についての構成図を示す。この観測装置は、受光素子５０、演算部２０、表示部３０、メモリ４０を備える。この観測装置は、図１の観測面９における干渉縞を測定するためのものである。また、図３に、測定観測装置による観測フローチャートを示す。
【００２８】
まず、測定反射部７の位置合せを行う（Ｓ１０１）。ここでは、例えば、以下に詳述する第１の実施の形態のように、測定反射部７の反射部分と透過部分との境界線が、コーナーキューブ６の稜線又は稜線像と、約３０°回転移動させた配置とする。また、例えば、以下に詳述する第２の実施の形態のように、反射面と透過面の領域が分割された測定反射部７を用いて、その境界をコーナーキューブ６の稜線又は稜線像と一致するような配置とする。つぎに、フリンジスキャンを行う（Ｓ１０３）。このステップは、参照反射部５と測定反射部７との間に角度を付ける等の他の測定方法を採用する場合は、省略することもできる。つぎに、受光素子５０により観察面９での干渉縞を測定する（Ｓ１０５）。受光素子５０は、例えばＣＣＤのようなエリアセンサで構成され、各部分の光量変化、位相変化等を測定できる。受光素子５０は、コリメータレンズ４、結像レンズ８に対して測定対象物（コーナーキューブ６）と略共役な関係に配置される。演算部２０は、受光素子５０により測定された画像を処理し（Ｓ１０７）、表示部３０に干渉縞又は収差等のデータを表示する（Ｓ１０９）。コーナーキューブ６の測定を終了したら（Ｓ１１１）、処理を終了する。なお、ここで演算部２０は、ステップＳ１０７において、干渉縞の収差量を自動的に求めるようにしてもよい。さらに演算部２０は、求められた収差量が予め定められた域値と比較して、コーナーキューブ６が適当か否か検査することもできる。また演算部２０は、干渉縞の形状から折れ曲がったパターンを識別し、どの面が角度誤差があるかを判断することもできる。表示部３０は、その結果を適宜表示することができる。
【００２９】
つぎに、干渉パターンについて第１の実施の形態について説明する。図４に、本発明の第１の実施の形態による干渉パターンの説明図を示す。例えば、図４（ａ）で示されているように、コーナーキューブ６に干渉縞1本分の収差があった場合を想定する。この場合、もし、従来のように、測定反射部の境界線像１０とコーナーキューブの稜線又は稜線像１１とを重ねて配置してしまうと、図４（ｂ）で示されているように干渉縞の曲りは観測されないので、コーナーキューブ６の収差を見落としてしまうということになる。しかしながら、図４（ｄ）に示してあるように、第１の実施の形態では、測定反射部の境界線像１０とコーナーキューブの稜線又は稜線像１１とを光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置で検査を行なっている。よって、仮にコーナーキューブ６を構成する３つの鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されていたとしても、図４（ｃ）で示されるように、干渉縞の曲りを観測することができる。例えば、図４（ａ）で示されているように、コーナーキューブ６に干渉縞1本分の収差があった場合、反射面７の傾きによって多少の変化はあるが、図４（ｃ）に示されているように干渉縞０．５本程度の曲りを観測することができる。
【００３０】
なお、人間の目で測定対象物の微少な収差を観察したいときには、参照反射部５を傾ける等により等間隔で直線状の干渉縞を意図的に発生させる。そうすると、僅かな収差でも干渉縞が直線ではなく曲がった形状となるので観察しやすくなる。干渉縞が１本分変化するということは、参照光束に対して測定光束の光路長が１波長分変化していることを示す。図４（ａ）では、干渉縞の曲り量がちょうど干渉縞の1周期分あるので「１本分の収差」となる。干渉縞の曲り量は直線からの最大偏差(MAX−MIN)を読み取る。また、図４(ｃ)では干渉縞の曲り量が0.5周期分しか観測されないので「０．５本分の収差」となる。図４(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は、本来同じ模様の干渉縞であるが、観測範囲が異なると干渉縞の曲り量(直線からの最大偏差)が異なる。
【００３１】
つぎに、縞のパターンと、縞の数、などから、どのようにコーナーキューブのずれの量を求めるのかを説明する。つぎに、図５に、干渉縞の収差についての説明図を示す。この図は、干渉縞の曲りから収差を求める例を示す。図５（ａ）では、等間隔で直線状の縞であるから収差はゼロである。図５（ｂ）では、干渉縞が湾曲しており、干渉縞の1周期は1波長の光路長に相当するから、収差量はｂ／ａ［単位は波長］と求めることができる。図５（ｂ）の干渉縞パターンは全面にわたって湾曲しているので、収差の原因は、例えば平面であるべき面の形状が球面状に湾曲している可能性が高いと判断することができる。また、図４(ａ)や図５（ｃ）のようにコーナーキューブの稜線又は稜線像に相当する箇所で干渉縞が折れ曲る場合は、９０度の関係となっているべきコーナーキューブの反射面(3面)に角度誤差が生じていると判断することができる。図４(ａ)では1波長分の波面収差を発生させているし、図５（ｃ）では2波長分の波面収差を発生させている。収差が大きいときには、参照反射部５を傾けて等間隔の干渉縞を発生させる必要がない。図５（ｃ）の場合などは干渉縞2本と即座に読み取ることができる。以上のような判断を演算部２０が自動的に実行することもできる。また、その判断結果を表示部３０に、数値やグラフィック等で適宜表示することもできる。
【００３２】
つぎに、干渉パターンについて第２の実施の形態について説明する。図６に、本発明の第２の実施の形態による干渉パターンの説明図を示す。第２の実施の形態では、図６（ａ）に示してあるように、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を使用する。そのため、干渉縞パターンは図６（ｂ）に示すように、３箇所の領域で観察されることになる。第２の実施の形態によれば、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面のうち1ヶ所だけ直角度が悪く加工されていたとしても、図６（ｂ）に示してあるように、３箇所の干渉縞パターンで傾き成分が異なって表れるので、干渉縞の折れ曲りを検出することが可能である。また、コーナーキューブ６には収差がなくて測定反射部７に傾き誤差がある場合は、図６（ｂ）に示される３箇所の干渉縞パターンすべてに同じ傾き成分が表れるので、コーナーキューブ６の収差と区別することができる。
【００３３】
上述の例では、測定光束を透過する透過部分と測定光束を反射する反射部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を例に示したが、該透過部分と該反射部分が両者合わせて少なくとも４つ以上の領域からなり、該透過部分と該反射部分とがコーナーキューブ６の光軸座標を中心に点対称又は線対称な位置関係にあれば、コーナーキューブ６を高精度に評価することができる。図７は、測定反射部７のパターン例の説明図である。これら、図７（ａ）〜（ｆ）のような、点対称又は線対称のパターンを用いることで干渉縞の傾き成分を効率よく解析することができる。パターンはこれらの図に限られず、適宜のパターンを用いることができる。
【００３４】
このように、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面の直角度を各々評価するには、例えば、図６（ａ）に示してあるように、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を使用すると都合が良い。観測される干渉パターンはコーナーキューブ６の稜線又は稜線像により光軸を中心にして６０度の間隔で干渉縞の現われる領域が分割されている。そして、コーナーキューブ６を構成する３つの鏡面の直角度を評価するには、コーナーキューブ６の稜線又は稜線像によって分割された６０度の領域毎に干渉縞の傾き成分を解析すれば良い。よって、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示してあるように、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分とが概ね６０度毎に交互に配置してある測定反射部７を使用し、測定光束を透過する部分と測定光束を反射する部分との境界が稜線又は稜線像と一致するようにコーナーキューブ６と測定反射部７との位置合わせを行なうと、６０度毎の各領域で干渉縞の傾き成分を効率よく解析することができる。
【００３５】
なお、観察面９に投影される測定反射部７の境界線像と、同じく観察面に投影される測定対象物としてのコーナーキューブ６の稜線又は稜線像とを、光軸回りに概ね30度回転移動させた配置で検査することもできる。また、測定反射部７は、反射部分により反射され再びコーナーキューブ６で反射された反射光の光量が、参照反射部５での反射光の光量と略等しくなるように減衰させるようにするとよい。
【００３６】
つぎに、図８に、コーナーキューブの解析についての説明図を示す。図８(ａ)に、内部反射の順序についての説明図を示す。ここで、実線はコーナーキューブの稜線、破線には稜線像をそれぞれ表す。例えば、領域Ａ_１に入射された光束は、領域Ａ_２及びＡ_３を通り反射される。即ち領域Ａ_１で反射された後、領域Ａ_２で反射され、さらに領域Ａ_３で反射され入射方向に戻される。同様に、領域Ｂ_１に入射された光束は、領域Ｂ_１で反射された後、領域Ｂ_２で反射され、さらに領域Ｂ_３で反射されて入射方向に戻される。領域Ｃ_１、Ｄ_１、Ｅ_１、Ｆ_１に入射された光束も、同様に各領域を通り、出射される。
【００３７】
つぎに、一つの面に角度誤差がある場合について説明する。図８（ｂ）に、Ｒ₂面がｚ軸回りにε傾いている場合の説明図を示す。図８（ｃ）に、図８（ａ）の場合の観測される干渉縞の説明図を示す。この場合、図示のように干渉縞が屈折されて観測される。以下に、これらの図に基づき干渉縞の屈折について説明する。ここで、理想状態での各面での反射テンソルは以下のようになる。
【００３８】
【数１】

【００３９】
図８（ａ）に示されるように、コーナーキューブに入射した光は３回の内部反射により元の光路に戻される。もし、コーナーキューブに製造誤差がなければ、戻り光は反射(Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃)の順序によらず一定となる。ところが、図８（ｂ）に示すようにコーナーキューブの1面だけ(例えば、Ｒ_２面)が設計値の90度からｚ軸回りにεだけずれている場合、Ｒ₂面の反射テンソルは以下のように変わる。
【００４０】
【数２】

【００４１】
入射光がコーナーキューブへ入射する位置が決まると、コーナーキューブ内部での反射順序(Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃)が決まるので、図８（ａ）に示してあるようにＡ〜Ｆの各入射位置毎に反射テンソルを求めると以下のようになる。
【００４２】
【数３】

【００４３】
上記６種類の解析結果を比較すると、Ａ、Ｂ、Ｃが同じ反射テンソルとなり、またＤ、Ｅ、ＦもＡ、Ｂ、Ｃとは異なるが別の同一反射テンソルとなることが分かる（εの符号に注目）。これを干渉縞のパターンで表現すると、図８（ｃ）に示すようにコーナーキューブへの測定光束の入射位置Ａ、Ｂ、Ｃの領域とＤ、Ｅ、Ｆの領域との境界で干渉縞が“く”の字に折れ曲ったパターンとなる。
【００４４】
図９に、他の面に角度誤差がある場合の説明図を示す。図９（ａ）に、Ｒ₁面がｙ軸回りにε傾いている場合の説明図を示す。図９（ｂ）に、図９（ａ）の場合に観測される干渉縞の説明図を示す。図９（ａ）に示すようにコーナーキューブのＲ₁面だけがｙ軸回りにεだけ傾いている場合は、図９（ｂ）に示すように、Ｆ、Ａ、Ｂの領域とＣ、Ｄ、Ｅの領域との境界で干渉縞が“く”の字に折れ曲ったパターンとなる。また、図９（ｃ）に、Ｒ_３面がx軸回りにε傾いている場合の説明図を示す。図９（ｄ）に、図９（ｃ）の場合に観測される干渉縞の説明図を示す。図９（ｃ）に示すようにコーナーキューブのＲ_３面だけがｘ軸回りにεだけ傾いている場合は、図９（ｄ）に示すように、Ｂ、Ｃ、Ｄの領域とＥ、Ｆ、Ａの領域との境界で干渉縞が“く”の字に折れ曲ったパターンとなる。さらに、図９（ｅ）に、３面とも傾いている場合の説明図を示す。図９（ｆ）に、図９（ｅ）の場合観測される干渉縞の説明図を示す。図９（ｅ）に示すようにコーナーキューブの反射面が２面以上傾いている場合、つまり３面とも90度の関係となっていない場合、図９（ｆ）に示すような干渉パターンとなる。干渉計でコーナーキューブを検査する場合、3面のうち1面の傾きですら、見落としてはならない。干渉縞が折れ曲るということは入射光がコーナーキューブによって複数のビームに分割されることに他ならないからである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、これらの課題を解決するコーナーキューブ等の反射面を少なくとも２つ有する測定対象物の干渉測定装置及び干渉測定方法を提供することができる。
【００４６】
本発明によると、参照反射部と測定反射部とを別体で構成し、測定反射部は、測定対象物から反射された測定光束を入射し、参照反射部の所定の反射率と略等しい反射率で反射させて再び測定対象物へ向かわせる一方、反射されない他の光束は吸収するように形成し、測定光束が測定対象物を往路と復路の計２回通過させて測定を行うこととしたので、フリンジスキャンのタイプを採用しても、フリンジスキャン設定量と光路の変化量とが変化することなく、干渉縞の処理ルーチンを特別なものとする必要がないようにすることができる。さらに参照反射部及び測定反射部のいずれかを傾斜させることによって縞の曲り量から、波面形状を求めることもできる。
【００４７】
また、本発明によると、測定反射部の反射部分と透過部分の境界線像と、コーナーキューブ等の測定対象物の稜線又は稜線像とを光軸回りに概ね３０度回転移動させた配置で検査を行なうことにより、コーナーキューブ測定対象物を構成する３つの鏡面のうち一ヶ所だけ直角度が悪く加工されているような場合でも、測定反射部の傾き誤差に影響されずにコーナーキューブの光学性能（例えば、収差）を高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る干渉測定装置の構成図。
【図２】干渉縞の観測装置についての構成図。
【図３】第１のダブルバス方式の説明図。
【図４】本発明の第１の実施の形態による干渉パターンの説明図。
【図５】干渉縞の収差についての説明図。
【図６】本発明の第２の実施の形態による干渉パターンの説明図。
【図７】測定反射部７のパターン例の説明図。
【図８】コーナーキューブの解析についての説明図。
【図９】面が傾いている場合の説明図。
【図１０】干渉測定装置の原理についての説明図。
【図１１】シングルパルス方式の説明図。
【図１２】第１のダブルパルス方式の説明図。
【図１３】第２のダブルパルス方式の説明図。
【符号の説明】
１レーザー
２集光レンズ
３ビームスプリッタ
４コリメータレンズ
５参照反射部
６コーナーキューブプリズム
７測定反射部
８結像レンズ
９観察面
１０反射面の境界像
１１コーナーキューブプリズムの稜線又は稜線像[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an interference measurement apparatus and an interference measurement method, and more particularly to an interference measurement apparatus and an interference measurement method for inspecting a measurement object such as a corner cube, a prism, or a retroreflective mirror. Hereinafter, although description will be made mainly for the corner cube, the present invention can be widely applied to a measurement object having at least two reflecting surfaces.
[0002]
[Prior art]
In general, corner cubes are mainly called corner cube mirrors in which three mirrors are arranged at right angles to each other, and corner cube prisms in which the corners of a cube are cut off by a plane perpendicular to the diagonal. And is used in light wave distance meters and laser length measuring machines. Conventionally, interferometers are often used to inspect the optical performance of corner cubes.
[0003]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the principle of the interference measuring apparatus. FIG. 10 shows an example in which a corner cube prism is inspected with a Fizeau interferometer. The light beam emitted from the laser 1 travels through the lens 2, the beam splitter 3, and the collimator lens 4 toward the reference reflector 5. In the reference reflection unit 5, the incident light beam is partially reflected to become a reference light beam, and the other light is transmitted and the measurement light beam is reflected by the corner cube 6. The optical performance of the corner cube 6 is inspected by observing an interference pattern between the reference light beam reflected by the reference reflector 5 and the measurement light beam reflected by the corner cube 6 on the observation surface 9 through the imaging lens 8. Can do. In addition, since the reference reflection part 5 is a surface used as an inspection standard, a high-precision plane having a flatness of about 0.03 μm is generally used.
[0004]
Next, a single pass method will be described as a corner cube prism inspection method. FIG. 11 is an explanatory diagram of the single path method. In this method, as shown in FIG. 11A, the interference between the reference light beam reflected by the reference reflector 5 and the measurement light beam that has passed through the corner cube 6 once is measured. The attenuating plate displayed in FIG. 11A has the effect of improving the contrast of the interference fringes by reducing the amount of the measurement light beam to the same extent as the reference light beam. FIG. 11B shows an example of the interference fringe pattern observed at this time, in which the ridge line of the corner cube 6 or the ridge line image 11 and the interference fringe are displayed.
[0005]
Next, the double pass method will be described. FIG. 12 is an explanatory diagram of the first double bus system. As shown in FIG. 12A, this method is a method of passing the corner cube 6 twice in total by turning the measurement light beam back by the reference reflecting portion 5. The shielding plate 10 disposed on the left side of the reference reflecting portion 5 is necessary for blocking the single-pass light described above. FIG. 12B is an example of the interference fringe pattern observed at this time, but the lower half region is not displayed by the shielding plate 10. Only the upper half of the interference fringes is observed, but there is no problem because the measurement light beam passes through the entire surface of the corner cube 6. Also, unlike the single-pass method, when viewing FIG. 12A, the optical path of the reference light beam and the optical path of the measurement light beam are coincident on the interferometer side. Therefore, even if there is aberration in the interferometer, no phase difference is generated between the reference light beam and the measurement light beam, so that interference fringes are not affected.
[0006]
Referring to FIG. 12, the reference light beam is reflected by the reference reflection unit 5 in FIG. 12, and the measurement light beam passes through the reference reflection unit 5, passes through the corner cube 6 twice, returns to the original optical path, and interferes with the reference light beam. The aberration shape of the collimated light emitted from the interferometer is W_INT(x, y), corner cube aberration shape W_CCIf (x, y), the observed interference fringe shape W_OBS(x, y) is expressed by the following equation.
W_OBS(x, y) = W_INT(x, y) −W_INT(x, y) + 2 × W_CC(x, y)
= 2 x W_CC(x, y)
Therefore, the collimated light W_INTSince (x, y) is exactly the same value for the reference light beam and the measurement light beam, that is, there is no phase difference, it is canceled as shown in the above equation.
[0007]
Next, the second double pass method will be described. FIG. 13 is an explanatory diagram of the second double-pass method. This method is an inspection method that can be used by a general interferometer. Here, as shown in FIG. 13 (a), since the reference reflector 5 and the measurement reflector 7 are independent, by tilting the reference reflector 5 or the measurement reflector 7, several interference fringes are displayed. Thus, a method of obtaining the wavefront shape from the amount of bending of the fringes can be used, and the corner cube 6 can be inspected by fringe scanning without tilting the reference measurement reflection portion.
[0008]
As shown in FIGS. 13A and 13B, the shape of the measurement reflector 7 used in the second double-pass method is a boundary between a portion that transmits the measurement beam and a portion that reflects the measurement beam. Is simply linear. As shown in FIG. 13A, this linear boundary is arranged so as to overlap the optical axis of the corner cube 6, so that the interference fringe pattern is as shown in FIG. 13C. , It will be observed in one half of the effective diameter of the corner cube 6. Although the interference fringes are displayed only on one half of the effective diameter, there is no problem because the measurement light flux passes through all effective diameters of the corner cube as shown in FIG.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, three methods have been conceived for inspecting a corner cube with an interferometer due to the difference in optical arrangement. Since there are the above problems, the following will be explained individually.
[0010]
First, in the single-pass method, the optical path of the reference light beam emitted from the interferometer is not the same as the optical path of the measurement light beam emitted from the interferometer, so the aberration of the optical system remaining in the interferometer is mixed into the measurement value. End up. That is, referring to FIG. 11, the optical path to the reference light beam (reference wave) (when moving to the right in the figure) is shifted from the optical path to the measurement light beam (test wave). In corner cube inspection, for example, measurement accuracy of about one-tenth wavelength is required. However, since the aberration of collimated light emitted from the interferometer is in the order of the normal wavelength, it is mixed into the interference pattern and results in a measurement error. .
[0011]
In terms of mathematical expressions, the aberration shape of the collimated light emitted from the interferometer in FIG._INT(x, y), corner cube aberration shape W_CCIf (x, y), the observed interference fringe shape W_OBS(x, y) is expressed by the following equation.
W_OBS(x, y) = W_INT(x, y) −W_INT(-x, -y) + W_CC(x, y)
Here, the first term on the right side represents the reference light beam, and the second and third terms represent the aberration shape of the measurement light beam. The sign of the second term on the right side is minus because the interference fringes are formed by the phase difference between the reference beam and the measurement beam. Further, the fact that the x and y coordinate codes in the second term are inverted indicates that the coordinates are inverted by passing through the corner cube once. Originally, the interferometer is designed on the assumption that the reference light beam and the measurement light beam have the same optical path, so there are many cases in which aberrations of several wavelengths remain in the optical system. Therefore, this single-pass method is not necessarily suitable for corner cube inspection in which inspection is performed on the order of a fraction of the wavelength.
[0012]
In addition, with respect to the first double-pass method, this method can be used only for special interferometers, and it is difficult to inspect with a general interferometer. The reason is that even if the reference reflector 5 is tilted in the arrangement of FIG. 12A, the reference light beam and the measurement light beam are inclined in the same direction, so the interference pattern displayed in FIG. It is because it cannot be made. Therefore, in this method, a method of displaying several interference fringes and obtaining the wavefront shape from the amount of bending of the fringes cannot be used, so a fringe scanning type interferometer is required. Further, in the normal fringe scanning, the phase of the reference light beam is changed by moving the reference reflector 5 in the optical axis direction. However, the arrangement shown in FIG. 12A changes the phase of the measurement light beam. Therefore, an interferometer corresponding to this is required. In a general interferometer, if the set value of the fringe scanning amount is different from the actual fringe scanning amount, measurement is impossible. As a result, it is not easy to inspect corner cubes with this method.
[0013]
In the second double-pass method, when the measured wavefront has a tilt component, it is difficult to determine whether this component is due to the tilt of the measurement reflection unit 7 or the aberration of the corner cube 6. There is also a problem with the range in which the interference pattern is projected on the observation surface.
In principle, if the corner cube prism is rotated around the optical axis and measured multiple times, the aberration of the corner cube prism can be detected, but the time required for the measurement increases several times. Not realistic. For example, when only one of the three mirror surfaces composing the corner cube 6 is processed with a low squareness, the interference pattern should be a pattern in which the interference fringes are bent as shown in FIG. It is. However, since the measurement reflector 7 is inserted in the method of FIG. 13D, the interference pattern is displayed only on one half as shown in FIG. 13C, and in this case, it is recognized that the interference fringes are bent. There are cases where it is not possible.
[0014]
In the above-described prior art, three types of corner cube inspection methods using an interferometer have been shown, but all have practical problems. In particular, the second double-pass method using the measurement reflector described at the end has the advantage that a general interferometer can be used, but sometimes the tilt error of the measurement reflector and the aberration of the corner cube cannot be distinguished. It was.
[0015]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide an interference measuring apparatus and an interference measuring method for a measurement object having at least two reflecting surfaces such as corner cubes that solve these problems.
[0016]
In the present invention, the reference reflection part and the measurement reflection part are configured separately, and the measurement reflection part is incident with the measurement light beam reflected from the measurement object, and has a reflectance substantially equal to the predetermined reflectance of the reference reflection part. In this case, it is formed so as to reflect the other light beam that is not reflected, while absorbing the other light beam, and the measurement light beam passes the measurement object twice in the forward path and the return path for measurement. Even if the fringe scan type is adopted, the object is to prevent the fringe scan setting amount and the optical path change amount from changing, and to eliminate the need for a special interference fringe processing routine.
[0017]
Further, the present invention performs inspection with an arrangement in which the boundary line image of the reflection part and the transmission part of the measurement reflection part and the ridge line or the ridge line image of the measurement object such as a corner cube are rotated and rotated about 30 degrees around the optical axis. By doing so, even if the perpendicularity of one of the three mirror surfaces that make up the corner cube measurement object is processed poorly, the optical performance of the corner cube is not affected by the tilt error of the measurement reflector ( For example, an object is to evaluate aberrations with high accuracy.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
As described above, the present inventors, when inspecting the corner cube by the double pass method using the measurement reflection part, measure the boundary line of the measurement reflection part and the ridge line or the ridge line image of the corner cube. It has been found that there is a case where the tilt error of the reflection part and the aberration of the corner cube cannot be distinguished. Moreover, in the corner cube inspection, interference fringe pattern analysis is often performed for each area divided by the corner cube ridge line or ridge line image, so that the boundary line of the measurement reflection portion and the corner cube ridge line or ridge line image are overlapped. The tendency to place in was strong. The above-mentioned problem is, in particular, about 30 degrees around the optical axis between the boundary line image of the measurement reflection part and the ridge line or the ridge line image of the corner cube when the corner cube is inspected by the double pass method using the measurement reflection part. This can be solved by inspecting with the rotationally moved arrangement.
[0019]
  According to the first solution of the present invention,
  A light source;
  The light beam from the light source is incident and reflected as the reference light beam, the transmitted light beam as the measurement light beam,Form a ridgeline to reflect the incident light beamTo a measuring object with at least two reflective surfaces, Measure the luminous fluxA reference reflector to be directed,
  Consists of a separate body from the reference reflector, makes the measurement light beam reflected from the measurement object incident, reflects it, and directs it again to the measurement objectA reflecting portion and a transmitting portion that transmits the measurement light beam that has passed through the reference reflecting portion;A measurement reflector,
  The reference light beam reflected from the reference reflection unit interferes with the measurement light beam that passes through the reference reflection unit, passes through the measurement object, is reflected by the measurement reflection unit, and passes through the measurement object again. A light receiving unit for receiving light,
A display unit for displaying interference fringes received by the light receiving unit;
With
The boundary line image of the reflection part and the transmission part of the measurement reflection part and the ridge line or the ridge line image of the measurement object are configured to be rotatable around the optical axis of the light beam.An interference measurement device is provided.
[0020]
  According to the second solution of the present invention,
  A light source;
  The light beam from the light source is incident and reflected as the reference light beam, the transmitted light beam as the measurement light beam,Form a ridgeline to reflect the incident light beamTo a measuring object with at least two reflective surfaces, Measure the luminous fluxA reference reflector to be directed,
  Consists of a separate body from the reference reflector, makes the measurement light beam reflected from the measurement object incident, reflects it, and directs it again to the measurement objectA reflecting portion and a transmitting portion that transmits the measurement light beam that has passed through the reference reflecting portion;A measurement reflector,
  The reference light beam reflected from the reference reflection unit interferes with the measurement light beam that passes through the reference reflection unit, passes through the measurement object, is reflected by the measurement reflection unit, and passes through the measurement object again. A light receiving unit for receiving light,
A display unit for displaying interference fringes received by the light receiving unit;
With
The boundary line image of the reflection part and the transmission part of the measurement reflection part and the ridge line or the ridge line image of the measurement object are configured to be rotatable around the optical axis of the light beam.In the interference measurement method using the interference measurement device,
  A boundary line image of the reflection part and the transmission part of the measurement reflection unit projected onto the observation surface, and a ridge line or a ridge line image of the measurement object similarly projected onto the observation surfaceAndAn interference measurement method is provided in which inspection is performed with an arrangement rotated about 30 degrees around the optical axis.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration diagram of an interference measuring apparatus according to the present invention. In the following description, a corner cube is mainly described as an example of the measurement object. However, the present invention can be applied to other objects having at least two reflecting surfaces such as a prism and a retroreflective mirror. . The interference measuring apparatus includes a laser 1, a condensing lens 2, a beam splitter 3, a collimator lens 4, a reference reflection unit 5, a corner cube 6, a measurement reflection unit 7, an imaging lens 8, and an observation surface 9. FIG. 1 shows an example in which a corner cube 6 is inspected by using a Fizeau interferometer. A measurement reflection portion 7 is inserted between the reference reflection portion 5 and the corner cube 6, so that a so-called double pass arrangement is obtained. ing. The measurement light beam emitted from the interferometer passes through the reference reflector 5 and the corner cube 6, is reflected by the measurement reflector 7, and then returns to the interferometer body in the order of the corner cube 6 and the reference reflector 5.
[0022]
The reference reflector 5 is configured to be movable in the optical axis direction. The reference reflection unit 5 usually uses a high precision surface of about 1/20 wavelength. Note that the reference reflector 5 used in the interferometer generally has a wedge (inclination angle of several minutes or more) between the incident-side surface and the emission-side surface (reference surface). Is not formed. More precisely, although interference fringes are formed, they can be ignored because they are not detected if the period of the interference fringes is sufficiently shorter than the resolution of the observation surface (for example, the pixel size of the CCD). Furthermore, since an antireflection film is provided on the incident surface side of the reference reflector 5, it is easy to distinguish between the incident side surface and the emission side surface.
[0023]
The corner cube 6 has an effect of converting the incident plane wave into a plane wave opposite to the incident direction. Therefore, “corner cube aberration” mainly refers to a state in which the light emitted from the corner cube is not a perfect plane wave when a plane wave is incident, and the wave front is uneven. Causes of aberration include inhomogeneous refractive index of glass material, surface shape error of entrance surface (also exit surface) and reflection surface (3 surfaces), angle error of reflection surface (3 surfaces have a 90 degree relationship) Etc.).
[0024]
  The measurement reflection unit 7 has a reflection part and a transmission part, and is configured to be rotatable around the optical axis of the light beam. The measurement reflection unit 7 also includes a boundary line image between the reflection surface and the transmission surface of the measurement reflection unit projected on the observation surface received by the light receiving unit, and a ridge line of the measurement object projected on the observation surface or Ridge line imageAnd, And can be arranged to rotate about 30 degrees around the optical axis. Moreover, the measurement reflection part 7 cuts the unnecessary reflected light from the back side. To that end, for example,(1)Make a wedge.(2)Set the back side to the scattering surface (sanded state)(3)Apply an absorption film on the back side, or(4)Means such as producing a reflective surface with a material that does not transmit the measurement light beam can be appropriately used.
[0025]
The reflectance of the reference reflector 5 and the reflectance of the measurement reflector 7 are equal or substantially equal. The measurement reflection part 7 can be produced by providing a transmission part and a reflection part on a glass substrate, for example. A portion other than the reflection portion may be a transmission portion as it is as a glass substrate, or may be created as a passage portion through which a light beam passes without providing a glass substrate. The reflective portion does not need to have a high reflectivity, and for example, a reflectivity of several percent can be obtained even when the glass is polished, so that it can be used. However, if the transmittance of the reflection portion is high, unnecessary light enters the interferometer, so it is better to perform a process for reducing the transmittance. In addition, if a treatment such as an antireflection film is performed on the transmissive portion, unnecessary reflected light can be prevented from entering the interferometer.
[0026]
Here, the `` aberration of the interferometer '' is mainly a state in which the collimated light emitted from the interferometer toward the test object is not a perfect plane wave, and the wavefront (equal phase surface) is uneven. Refers to that. In addition to the above, the aberration of the interferometer may be a wavefront aberration or distortion of the observation system. As shown in FIG. 1, the basic optical system of the interferometer has a condensing lens 2 and a collimator lens 4 for converting a laser beam of about φ1 mm into collimated light (parallel light) of about φ100 mm, and interference fringes. A beam splitter 3 is also arranged in order to guide the image to the observation system. In general, wavefront aberrations in the order of wavelengths remain due to residual aberrations at the design stage, lens processing errors, and errors incorporated into the interferometer (for example, eccentricity).
[0027]
FIG. 2 shows a configuration diagram of the interference fringe observation apparatus. This observation apparatus includes a light receiving element 50, a calculation unit 20, a display unit 30, and a memory 40. This observation apparatus is for measuring interference fringes on the observation surface 9 in FIG. FIG. 3 shows an observation flowchart by the measurement observation apparatus.
[0028]
First, the measurement reflector 7 is aligned (S101). Here, for example, as in the first embodiment described in detail below, the boundary line between the reflection part and the transmission part of the measurement reflection unit 7 rotates about 30 ° with the ridge line or the ridge line image of the corner cube 6. The arrangement is moved. Further, for example, as in the second embodiment described in detail below, the boundary of the corner cube 6 is defined as a ridge line or a ridge line image using the measurement reflection unit 7 in which the areas of the reflection surface and the transmission surface are divided. Arrange them so that they match. Next, a fringe scan is performed (S103). This step can be omitted when other measuring methods such as providing an angle between the reference reflecting portion 5 and the measuring reflecting portion 7 are adopted. Next, the interference fringes on the observation surface 9 are measured by the light receiving element 50 (S105). The light receiving element 50 is composed of, for example, an area sensor such as a CCD, and can measure a change in the amount of light, a phase change, and the like in each part. The light receiving element 50 is disposed in a substantially conjugate relationship with the measurement object (corner cube 6) with respect to the collimator lens 4 and the imaging lens 8. The computing unit 20 processes the image measured by the light receiving element 50 (S107), and displays data such as interference fringes or aberrations on the display unit 30 (S109). When the measurement of the corner cube 6 is finished (S111), the process is finished. Here, the calculation unit 20 may automatically obtain the aberration amount of the interference fringes in step S107. Further, the calculation unit 20 can check whether the corner cube 6 is appropriate by comparing the obtained aberration amount with a predetermined threshold value. The computing unit 20 can also identify a bent pattern from the shape of the interference fringes and determine which surface has an angular error. The display unit 30 can appropriately display the result.
[0029]
Next, a first embodiment of the interference pattern will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of an interference pattern according to the first embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG. 4A, it is assumed that the corner cube 6 has an aberration of one interference fringe. In this case, if the boundary line image 10 of the measurement reflection part and the ridge line of the corner cube or the ridge line image 11 are arranged so as to overlap as in the conventional case, interference occurs as shown in FIG. Since no bending of the stripes is observed, the aberration of the corner cube 6 is overlooked. However, as shown in FIG. 4D, in the first embodiment, the boundary line image 10 of the measurement reflector and the ridgeline or ridgeline image 11 of the corner cube are rotated about 30 degrees around the optical axis. Inspection is performed in the arrangement. Therefore, even if only one of the three mirror surfaces constituting the corner cube 6 is processed with a low squareness, the bending of the interference fringes can be observed as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 4A, when the corner cube 6 has an aberration of one interference fringe, there is a slight change depending on the inclination of the reflecting surface 7, but FIG. As shown, a bending of about 0.5 interference fringes can be observed.
[0030]
When it is desired to observe minute aberrations of the measurement object with the human eye, linear interference fringes are intentionally generated at equal intervals by tilting the reference reflector 5 or the like. Then, even with a slight aberration, the interference fringes have a curved shape rather than a straight line, which makes it easy to observe. That the interference fringe changes by one indicates that the optical path length of the measurement light beam is changed by one wavelength with respect to the reference light beam. In FIG. 4A, since the amount of bending of the interference fringes is exactly one period of the interference fringes, “one aberration” is obtained. Read the maximum deviation (MAX-MIN) from the straight line for the amount of interference fringe bending. Further, in FIG. 4C, since the amount of bending of the interference fringes is only observed for 0.5 period, “0.5 aberrations” is obtained. 4A, 4B, and 4C are interference fringes with the same pattern, but the amount of bending of the fringes (maximum deviation from a straight line) differs when the observation range is different.
[0031]
Next, how to determine the amount of deviation of the corner cube from the stripe pattern and the number of stripes will be described. Next, FIG. 5 shows an explanatory diagram of the aberration of the interference fringes. This figure shows an example in which aberration is obtained from the bending of interference fringes. In FIG. 5 (a), the aberration is zero because of the linear stripes at equal intervals. In FIG. 5B, the interference fringes are curved, and one period of the interference fringes corresponds to the optical path length of one wavelength, so the aberration amount can be obtained as b / a [unit is wavelength]. Since the interference fringe pattern in FIG. 5B is curved over the entire surface, it can be determined that the cause of the aberration is highly likely that the shape of the surface, which should be a flat surface, is curved into a spherical shape, for example. In addition, when the interference fringes are bent at a portion corresponding to the ridgeline or ridgeline image of the corner cube as shown in FIGS. 4A and 5C, the reflection of the corner cube should be 90 degrees. It can be determined that an angle error has occurred on the surface (three surfaces). In FIG. 4A, wavefront aberration for one wavelength is generated, and in FIG. 5C, wavefront aberration for two wavelengths is generated. When the aberration is large, it is not necessary to incline the reference reflecting portion 5 to generate equally spaced interference fringes. In the case of FIG. 5C, it can be read immediately as two interference fringes. The calculation unit 20 can automatically execute the above determination. Further, the determination result can be appropriately displayed on the display unit 30 as a numerical value, a graphic, or the like.
[0032]
Next, a second embodiment of the interference pattern will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram of an interference pattern according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 6 (a), the measurement reflector 7 in which the portion that transmits the measurement light beam and the portion that reflects the measurement light beam are arranged alternately every 60 degrees. Is used. Therefore, the interference fringe pattern is observed in three regions as shown in FIG. According to the second embodiment, even if only one of the three mirror surfaces constituting the corner cube 6 is machined with a low squareness, as shown in FIG. Since the tilt component appears differently in the interference fringe pattern, it is possible to detect the bending of the interference fringe. If the corner cube 6 has no aberration and the measurement reflector 7 has a tilt error, the same tilt component appears in all three interference fringe patterns shown in FIG. It can be distinguished from aberrations.
[0033]
In the above-described example, the measurement reflection unit 7 in which the transmission part that transmits the measurement light beam and the reflection part that reflects the measurement light beam are alternately arranged at approximately every 60 degrees is shown as an example. If the portion is composed of at least four regions, and the transmission portion and the reflection portion are point-symmetric or line-symmetric with respect to the optical axis coordinate of the corner cube 6, the corner cube 6 is raised. The accuracy can be evaluated. FIG. 7 is an explanatory diagram of a pattern example of the measurement reflection unit 7. By using point-symmetric or line-symmetric patterns such as those shown in FIGS. 7A to 7F, the interference fringe tilt component can be efficiently analyzed. The pattern is not limited to these drawings, and an appropriate pattern can be used.
[0034]
Thus, in order to evaluate the perpendicularity of the three mirror surfaces constituting the corner cube 6, for example, as shown in FIG. 6A, a part that transmits the measurement light beam and a part that reflects the measurement light beam. It is convenient to use the measurement reflectors 7 that are alternately arranged every 60 degrees. In the observed interference pattern, an area where interference fringes appear is divided at intervals of 60 degrees around the optical axis by the ridgeline or ridgeline image of the corner cube 6. Then, in order to evaluate the perpendicularity of the three mirror surfaces constituting the corner cube 6, the inclination component of the interference fringes may be analyzed for each 60 degree region divided by the ridge line or the ridge line image of the corner cube 6. Therefore, as shown in FIGS. 6A and 6B, the measurement reflector 7 in which the portion that transmits the measurement light beam and the portion that reflects the measurement light beam are arranged alternately every 60 degrees. When the corner cube 6 and the measurement reflection unit 7 are aligned so that the boundary between the part that transmits the measurement light beam and the part that reflects the measurement light beam coincides with the ridge line or the ridge line image, It is possible to efficiently analyze the inclination component of the interference fringes in each region.
[0035]
  In addition, the boundary line image of the measurement reflection part 7 projected on the observation surface 9, and the ridgeline or ridgeline image of the corner cube 6 as a measurement object similarly projected on the observation surfaceAndIn addition, the inspection can be performed with an arrangement rotated about 30 degrees around the optical axis. In addition, the measurement reflection unit 7 may attenuate the light amount of the reflected light reflected by the reflection part and reflected again by the corner cube 6 so as to be substantially equal to the light amount of the reflected light from the reference reflection unit 5.
[0036]
Next, FIG. 8 shows an explanatory diagram about the analysis of the corner cube. FIG. 8A shows an explanatory diagram of the order of internal reflection. Here, the solid line represents the edge of the corner cube, and the broken line represents the edge image. For example, region A₁The luminous flux incident on the₂And A₃Reflected through. That is, region A₁Region A after being reflected by₂And is reflected by region A₃Is reflected back to the incident direction. Similarly, region B₁The light beam incident on the region B₁Region B after being reflected by₂Reflected by the area B₃Is reflected back to the incident direction. Region C₁, D₁, E₁, F₁Similarly, the light beam incident on the light passes through each region and is emitted.
[0037]
Next, a case where there is an angle error on one surface will be described. In FIG. 8 (b), R₂An explanatory view in the case where the surface is inclined ε around the z axis is shown. FIG. 8C shows an explanatory diagram of the observed interference fringes in the case of FIG. In this case, the interference fringes are refracted and observed as shown. Hereinafter, refraction of interference fringes will be described with reference to these drawings. Here, the reflection tensor on each surface in the ideal state is as follows.
[0038]
[Expression 1]

[0039]
As shown in FIG. 8A, the light incident on the corner cube is returned to the original optical path by three internal reflections. If there is no manufacturing error in the corner cube, the return light is reflected (R₁, R₂, R_Three) Is constant regardless of the order. However, as shown in FIG. 8B, only one surface of the corner cube (for example, R₂If the surface is deviated from the design value of 90 degrees by ε around the z axis, R₂The surface reflection tensor changes as follows.
[0040]
[Expression 2]

[0041]
When the position where the incident light enters the corner cube is determined, the reflection order within the corner cube (R₁, R₂, R_Three) Is determined, and as shown in FIG. 8A, the reflection tensor is obtained for each of the incident positions A to F as follows.
[0042]
[Equation 3]

[0043]
Comparing the above six types of analysis results, it can be seen that A, B, and C are the same reflection tensor, and D, E, and F are different from A, B, and C, but are the same reflection tensor (ε Note the sign). If this is expressed by a pattern of interference fringes, as shown in FIG. 8 (c), the interference fringes are formed at the boundaries between the regions A, B, and C where the measurement light beam enters the corner cube and the regions D, E, and F. It becomes a pattern that is folded in the shape of “ku”.
[0044]
FIG. 9 shows an explanatory diagram when there is an angle error on another surface. In FIG. 9 (a), R₁An explanatory view in the case where the surface is inclined ε around the y axis is shown. FIG. 9B shows an explanatory diagram of interference fringes observed in the case of FIG. The corner cube R as shown in FIG.₁When only the surface is tilted by ε around the y axis, as shown in FIG. 9B, the interference fringes are “heavy” at the boundary between the F, A, and B regions and the C, D, and E regions. It becomes a pattern that is bent into a letter. Further, in FIG.₃An explanatory view in the case where the surface is inclined ε around the x axis is shown. FIG. 9D shows an explanatory diagram of interference fringes observed in the case of FIG. The corner cube R as shown in FIG.₃When only the surface is inclined by ε around the x axis, as shown in FIG. 9 (d), interference fringes are "heavy" at the boundary between the B, C, and D regions and the E, F, and A regions. It becomes a pattern that is bent into a letter. Further, FIG. 9E shows an explanatory diagram when all three surfaces are inclined. FIG. 9F shows an explanatory diagram of interference fringes observed in the case of FIG. As shown in FIG. 9 (e), when the reflecting surface of the corner cube is tilted by two or more surfaces, that is, when the three surfaces do not have a 90-degree relationship, the interference pattern shown in FIG. 9 (f) is obtained. . When inspecting a corner cube with an interferometer, even the inclination of one of the three surfaces should not be overlooked. The reason why the interference fringes are bent is that the incident light is divided into a plurality of beams by the corner cube.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, it is possible to provide an interference measuring apparatus and an interference measuring method for a measurement object having at least two reflecting surfaces such as corner cubes that solve these problems.
[0046]
According to the present invention, the reference reflection unit and the measurement reflection unit are configured separately, and the measurement reflection unit is incident with the measurement light beam reflected from the measurement object, and is substantially equal to the predetermined reflectance of the reference reflection unit. While reflecting at a rate and directing it back to the measurement object, other light beams that are not reflected are absorbed so that the measurement light beam passes through the measurement object twice in the forward and return directions for measurement. Therefore, even if the fringe scan type is adopted, the fringe scan setting amount and the optical path change amount do not change, and the interference fringe processing routine need not be special. Further, the wavefront shape can be obtained from the amount of bending of the stripes by inclining either the reference reflection portion or the measurement reflection portion.
[0047]
Further, according to the present invention, the boundary line image of the reflection part and the transmission part of the measurement reflection part and the ridge line or the ridge line image of the measurement object such as a corner cube are inspected in an arrangement rotated about 30 degrees around the optical axis. The optical performance of the corner cube is not affected by the tilt error of the measurement reflector even when only one of the three mirror surfaces that make up the corner cube measurement object is processed with a low squareness. (For example, aberration) can be evaluated with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an interference measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an interference fringe observation apparatus.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a first double bus system.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an interference pattern according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of aberration of interference fringes.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an interference pattern according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a pattern example of a measurement reflection unit.
FIG. 8 is an explanatory diagram for analysis of a corner cube.
FIG. 9 is an explanatory diagram when the surface is inclined.
FIG. 10 is a diagram illustrating the principle of an interference measuring apparatus.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a single pulse method.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a first double pulse method.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a second double pulse method.
[Explanation of symbols]
1 Laser
2 Condensing lens
3 Beam splitter
4 Collimator lens
5 Reference reflector
6 Corner cube prism
7 Measurement reflector
8 Imaging lens
9 Observation surface
10 Boundary image of reflecting surface
11 Ridge line or ridgeline image of corner cube prism

Claims

A light source;
Incident light beam from the light source, the light beam is reflected as a reference light beam, a light beam transmitted through the measuring beam, the measurement object having at least two reflecting surfaces forming a ridge to reflect an incident beam of light, measured A reference reflector that directs the luminous flux ;
A reflection part that is formed separately from the reference reflection part, reflects the measurement light beam reflected from the measurement object, reflects the measurement light beam and directs it to the measurement object again , and the measurement light beam transmitted through the reference reflection part. A measurement reflection part having a transmission part for transmission ;
The reference light beam reflected from the reference reflection unit interferes with the measurement light beam that passes through the reference reflection unit, passes through the measurement object, is reflected by the measurement reflection unit, and passes through the measurement object again. A light receiving unit for receiving light,
A display unit for displaying interference fringes received by the light receiving unit;
With
An interference measurement apparatus , wherein a boundary line image of a reflection part and a transmission part of the measurement reflection part and a ridge line or a ridge line image of the measurement object are configured to be rotatable around an optical axis of a light beam .

The interference measurement apparatus according to claim 1, wherein the measurement object is any one of a prism, a retroreflective mirror, and a corner cube.

The interference measurement apparatus according to claim 1, wherein the reference reflection unit is configured to be movable in an optical axis direction.

The interference measurement apparatus according to claim 1, wherein at least one of the reference reflection unit and the measurement reflection unit is configured to be tiltable with respect to an optical axis.

The interference measurement apparatus according to claim 1, wherein the measurement reflection unit includes a reflection part and a transmission part and is configured to be rotatable around the optical axis of the light beam.

The measurement reflection unit includes a boundary line image of a reflection part and a transmission part of the measurement reflection unit projected on an observation surface received by the light receiving unit, and a ridge line or a ridge line image of the measurement object projected on the observation surface. preparative, interference measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an arrangement taken generally 30 degrees rotated moved in the optical axis direction.

The interference measuring apparatus according to claim 1, wherein the reflectance of the reference reflecting portion and the reflectance of the measuring reflecting portion are equal or substantially equal.

A light source;
Incident light beam from the light source, the light beam is reflected as a reference light beam, a light beam transmitted through the measuring beam, the measurement object having at least two reflecting surfaces forming a ridge to reflect an incident beam of light, measured A reference reflector that directs the luminous flux ;
A reflection part that is formed separately from the reference reflection part, reflects the measurement light beam reflected from the measurement object, reflects the measurement light beam and directs it to the measurement object again , and the measurement light beam transmitted through the reference reflection part. A measurement reflection part having a transmission part for transmission ;
The reference light beam reflected from the reference reflection unit interferes with the measurement light beam that passes through the reference reflection unit, passes through the measurement object, is reflected by the measurement reflection unit, and passes through the measurement object again. A light receiving unit for receiving light,
A display unit for displaying interference fringes received by the light receiving unit;
With
Use of an interference measuring apparatus characterized in that a boundary line image of a reflection part and a transmission part of the measurement reflection part and a ridge line or a ridge line image of the measurement object are configured to be rotatable around an optical axis of a light beam . In the interference measurement method
Reflected portion of the measurement reflector portion projected on the observation plane and the boundary image of the transmissive portion and also ridge or ridge image of the measurement object to be projected on the observation plane, approximately 30 ° rotational movement around the optical axis An interferometric measurement method characterized by inspecting at an arranged position.