JP4878229B2 - Interference fringe analysis method and aberration measurement method of optical element - Google Patents
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Description
本発明は、レンズその他の光学素子の干渉縞解析方法及び収差測定方法に関する。 The present invention relates to an interference fringe analysis method and an aberration measurement method for lenses and other optical elements.
光学素子の干渉縞解析方法または収差測定方法として、参照面を干渉計の光軸(以下光軸)に対して傾斜させることにより発生させた空間キャリアをもつ参照波面と、光軸に対してほぼ垂直な被検波面によって形成された干渉縞を解析し、これにより収差を測定するいわゆる空間的位相シフト法(以下空間的位相シフト法)がある。空間的位相シフト法では、光学素子の波面収差を得ることにより精度の高い干渉縞解析を行うことができるだけでなく、時間的位相シフト法(フリンジスキャン法)のように参照面と被検面との間隔を変更する必要がなく、かつ、画像を1回だけ取り込めばすむため、低コストかつ短時間で干渉縞解析を行うことができる。 As an interference fringe analysis method or aberration measurement method for an optical element, a reference wavefront having a spatial carrier generated by tilting the reference surface with respect to the optical axis of the interferometer (hereinafter referred to as the optical axis) and an optical axis approximately There is a so-called spatial phase shift method (hereinafter referred to as a spatial phase shift method) in which interference fringes formed by a vertical wavefront to be detected are analyzed and aberrations are measured thereby. In the spatial phase shift method, not only can the interference fringe analysis be performed with high accuracy by obtaining the wavefront aberration of the optical element, but also the reference surface and the test surface can be compared with the temporal phase shift method (fringe scan method). Therefore, the interference fringe analysis can be performed at a low cost and in a short time.
一方、近年、多波長にわたって、波面収差レベルの性能を持つ光学素子が求められている。そのような光学素子の干渉縞解析では、複数の波長の光を出射可能な多波長干渉計が用いられることがあり、多波長干渉計を用いた干渉縞解析または収差測定においても、解析の精度、コスト、効率を考慮して空間的位相シフト法が用いられる。
しかしながら、多波長干渉計において光源の波長を変更しつつ空間的位相シフト法により干渉縞解析を行う場合、光源の波長に応じて空間キャリアは変調されてしまう。すなわち、tilt縞の各縞の間隔が光源の波長によって異なり、その結果、その周波数も異なるものになってしまう。従来は、空間キャリアが参照面の傾斜角度に応じて変化することを利用して、光源の波長を変更するごとに参照面の傾斜角度を適宜変更して、空間キャリアの変調に対応していた。しかし、空間キャリアの変調を高い精度で抑えるように、参照面の傾斜角度を微調整するには多くの時間が必要であり、さらに、参照面の傾斜角度を迅速に微調整するためには、高精度かつ高速駆動可能な高価なステージ装置が必要であり、さらに、機械的に調整を行うことで、波長を変更した時の測定状態(以下測定アライメント)が変更されることとなり、厳密な意味で波長を変更した前後で、測定アライメントを維持できていない、という問題があった。故に、多波長にわたる光学素子の干渉縞解析を正確に行うことが困難であった。 However, when the interference fringe analysis is performed by the spatial phase shift method while changing the wavelength of the light source in the multiwavelength interferometer, the spatial carrier is modulated according to the wavelength of the light source. In other words, the interval between the stripes of the tilt stripe varies depending on the wavelength of the light source, and as a result, the frequency also varies. Conventionally, by utilizing the fact that the spatial carrier changes according to the inclination angle of the reference surface, the inclination angle of the reference surface is appropriately changed every time the wavelength of the light source is changed to support the modulation of the spatial carrier. . However, it takes a lot of time to fine-tune the tilt angle of the reference surface so as to suppress the modulation of the spatial carrier with high accuracy. Furthermore, in order to fine-tune the tilt angle of the reference surface quickly, An expensive stage device capable of high-precision and high-speed driving is required, and further, the measurement state when the wavelength is changed (hereinafter referred to as measurement alignment) is changed by mechanical adjustment. There was a problem that the measurement alignment could not be maintained before and after changing the wavelength. Therefore, it is difficult to accurately perform interference fringe analysis of optical elements over multiple wavelengths.
上記課題を解決するために、本発明の干渉縞解析方法においては、空間キャリアを利用した干渉縞解析を行うために、干渉縞解析用パラメータとしてtilt干渉縞の周波数を設定するtilt干渉縞周波数設定ステップと、干渉計において、傾けられた参照面からの参照波面と、被検面からの被検波面を干渉させ、空間キャリアを重畳したtilt干渉縞を形成するtilt干渉縞形成ステップと、tilt干渉縞周波数設定ステップで設定された周波数と、tilt干渉縞形成ステップにおいて形成されたtilt干渉縞の周波数と、が等しくなるように、参照面を傾けるtilt干渉縞アライメントステップと、干渉計の光源波長を変更した場合に、tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数に代えて、変更された光源波長に応じたtilt干渉縞の周波数を算出するtilt干渉縞周波数算出ステップと、tilt干渉縞形成ステップで形成されたtilt干渉縞は、干渉計の光源波長を変更した場合には、tilt干渉縞周波数算出ステップにおいて算出したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析され、干渉計の光源波長を変更しない場合には、tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析される干渉縞解析ステップと、を備えることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, in the interference fringe analysis method of the present invention, in order to perform interference fringe analysis using a spatial carrier, a tilt interference fringe frequency setting for setting a frequency of a tilt interference fringe as an interference fringe analysis parameter is performed. A tilt interference fringe forming step of causing a reference wavefront from an inclined reference plane and a test wavefront from the test surface to interfere with each other in the interferometer to form a tilt interference fringe in which spatial carriers are superimposed; and tilt interference The tilt interference fringe alignment step for tilting the reference surface so that the frequency set in the fringe frequency setting step is equal to the frequency of the tilt interference fringe formed in the tilt interference fringe formation step, and the light source wavelength of the interferometer if you change, instead of the frequency of the tilt fringes set at tilt fringe frequency setting step, variable A tilt fringe frequency calculating step of calculating a frequency of tilt fringes in accordance with a further light sources wavelength, when tilt interference fringes formed by the tilt fringe forming step, changing the light source wavelength of the interferometer, are interference fringe analysis using the frequency of the tilt fringes calculated in tilt fringe frequency calculation step, if it does not change the light source wavelength of the interferometer, using a frequency of tilt fringes set at tilt fringe frequency setting step An interference fringe analysis step for analyzing the interference fringes.
本発明の収差測定方法においては、空間キャリアを利用した干渉縞解析を行うために、干渉縞解析用パラメータとしてtilt干渉縞周波数を設定するtilt干渉縞周波数設定ステップと、干渉計において、傾けられた参照面からの参照波面と、被検面からの被検波面を干渉させ、空間キャリアを重畳したtilt干渉縞を形成するtilt干渉縞形成ステップと、tilt干渉縞周波数設定ステップで設定された周波数と、tilt干渉縞形成ステップにおいて形成されたtilt干渉縞の周波数と、が等しくなるように、参照面を傾けるtilt干渉縞アライメントステップと、干渉計の光源波長を変更した場合に、tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数に代えて、変更された光源波長に応じたtilt干渉縞の周波数を算出するtilt干渉縞周波数算出ステップと、
tilt干渉縞は、干渉計の光源波長を変更した場合には、tilt干渉縞周波数算出ステップにおいて算出したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析され、干渉計の光源波長を変更しない場合には、tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析され、いずれかの解析結果に基づいて収差を測定する収差測定ステップと、を備えることを特徴としている。
In the aberration measurement method of the present invention, in order to perform interference fringe analysis using a spatial carrier, a tilt interference fringe frequency setting step for setting a tilt interference fringe frequency as an interference fringe analysis parameter is tilted in an interferometer. A reference wavefront from the reference surface and a test wavefront from the test surface interfere with each other, a tilt interference fringe forming step for forming a tilt interference fringe on which spatial carriers are superimposed, and a frequency set in the tilt interference fringe frequency setting step. The tilt interference fringe frequency setting is performed when the tilt interference fringe alignment step in which the reference plane is inclined so that the frequency of the tilt interference fringe formed in the tilt interference fringe forming step is equal, and the light source wavelength of the interferometer is changed. Instead of the tilt interference fringe frequency set in step, til according to the changed light source wavelength a tilt interference fringe frequency calculating step for calculating a frequency of t interference fringes ;
tilt fringe, when you change the light source wavelength of the interferometer, if the interference fringe analysis using the frequency of the tilt fringes calculated in tilt fringe frequency calculation step, without changing the light source wavelength of the interferometer An aberration measurement step in which interference fringe analysis is performed using the frequency of the tilt interference fringe set in the tilt interference fringe frequency setting step, and the aberration is measured based on one of the analysis results.
本発明によると、光源の波長を変更しつつ空間的位相シフト法により干渉縞解析を行う場合、光源の波長(干渉計の波長)に応じて、干渉縞解析用のパラメータであるtilt干渉縞の周波数(以下解析用周波数)を算出し、算出された値を用いて干渉縞を解析することにより、高速、かつ、低コストで干渉計光源波長の変更による空間キャリアの変調に対応した空間的位相シフト法による干渉縞解析及び収差測定を行うことができる。さらに、測定のアライメントを全く変えることなく、空間的位相シフト法による干渉縞解析及び収差測定を行うことができる。 According to the present invention, when the interference fringe analysis is performed by the spatial phase shift method while changing the wavelength of the light source, the tilt interference fringe, which is a parameter for interference fringe analysis, according to the wavelength of the light source (interferometer wavelength). The spatial phase corresponding to modulation of the spatial carrier by changing the wavelength of the interferometer light source at high speed and low cost by calculating the frequency (hereinafter referred to as analysis frequency) and analyzing the interference fringes using the calculated value Interference fringe analysis and aberration measurement can be performed by the shift method. Furthermore, interference fringe analysis and aberration measurement by the spatial phase shift method can be performed without changing the measurement alignment at all.
以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。本実施形態では、被検レンズ80を干渉縞解析及び収差測定の対象としたが、本発明は、これ以外の光学素子にも適用することができる。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the
本実施形態にかかる干渉縞解析方法及び収差測定方法に用いる干渉縞解析装置は、図1に示すように、干渉縞形成部20と、干渉縞解析部42と、を備える。
The interference fringe analysis apparatus used for the interference fringe analysis method and the aberration measurement method according to the present embodiment includes an interference
干渉縞形成部20は、周知の多波長干渉計を用いることができ、本実施形態では、図1に示すように、半導体レーザ(LD)(光源)21、干渉縞観察用CCD(charge coupled device)41、及び光学系30を備えるものを用いる。ここで、光学系30は、コリメータレンズ31、ミラー32、ハーフミラー34、集光レンズ35、基準平面板36、ピンホール37、及び反射基準凹面鏡38により構成される。
The interference
半導体レーザ21はドライバ22によって駆動され、干渉計の光源(以下基準光)として所定のレーザ光を射出する。ドライバ22はこれに接続された制御部43から出力された制御信号に基づいて、半導体レーザ21に対して駆動電流を供給する。制御部43は、入力部45から入力された基準光の波長その他の情報に応じた制御信号を出力し、この制御信号に対応して半導体レーザ21は複数の種類の波長の基準光を出射することができる。半導体レーザ21から出射するレーザ光の進行方向には、半導体レーザ21側から順にコリメータレンズ31、及び、ミラー32が配置されている。半導体レーザ21から出射したレーザ光はコリメータレンズ31により平行光化されて、その光路に対して45度傾けて配置されたミラー32で反射されることにより、進行方向が90度曲げられる。
The
ミラー32による反射光の光路上には、ミラー32側から順にハーフミラー34、基準平面板36、被検レンズ80、反射基準凹面鏡38が配置される。ミラー32により反射された光は、その光路に対して45度傾けて配置されたハーフミラー34を透過して、基準平面板36に入射する。
On the optical path of the reflected light by the
基準平面板36は、表面を高精度に研磨された平面ガラス板であって、ハーフミラー34から遠い面には参照面36aが設けられている。参照面36aは基準平面板36に入射した光の一部を透過し、残りを反射する性質を有している。この性質を利用して、参照面36aにより反射した光と、参照面36aを透過した後に被検レンズ80を透過した光との干渉縞を得ることが可能となる。被検レンズ80は、保持部11により保持されている。この保持部11としては、周知のレンズ保持装置を用いることができる。
The reference
参照面36aによる反射された参照波面光は、ハーフミラー34で反射された後に、集光レンズ35を経て、その光路上に配置されたピンホール37を通ってCCD41に入射する。なお、CCD41に代えて、ほかのイメージングデバイス(例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor))を用いることもできる。
The reference wavefront light reflected by the
一方、参照面36aを透過し、被検レンズ80を透過した後に反射基準凹面鏡38で反射された被検波面は、基準平面板36を再び透過する。この被検波面は、ハーフミラー34で反射された後に、集光レンズ35、ピンホール37を経てCCD41に入射する。この被検波面と参照面36aによる参照波面光とが干渉することにより干渉縞が形成される。形成された干渉縞はCCD41で電気信号に変換され、干渉縞解析部42に入力される。
なお、本実施形態では、参照面36aによる参照波面と、参照面36a及び被検レンズ80を透過し、反射基準凹面鏡で38で反射した被検波面と、により干渉縞を形成しているが、この被検波面を、被検レンズ80に代えて、反射面を持つ光学素子をおき、この表面反射による被検波面に、置き換えて、干渉縞を形成することもできる。
On the other hand, the wavefront to be detected that has been transmitted through the
In the present embodiment, interference fringes are formed by the reference wavefront by the
基準平面板36は、支持装置(例えば電動θステージ)51に保持されている。この支持装置51は基準平面板駆動部52を介して制御部43に接続されている。制御部43から出力された駆動信号を受けた基準平面板駆動部52は、支持装置51に対して所定の駆動電流を供給し、これにより支持装置51は、基準平面板36の光軸を基準平面板36への入射光の進行方向に対して任意の角度(所定角度)θだけ傾斜させることができる。このように基準平面板36(参照面36a)を傾斜させることにより、傾斜角度に応じた干渉縞(空間キャリア、tilt縞)が発生する。こうして得られる干渉縞を解析することにより、被検レンズ80の波面収差を解析することができる。
The reference
図2に示すように、干渉縞解析部42は、その内部にA/D変換器421、フレームメモリ422、D/A変換器423、演算部424、及び、オーバーレイメモリ425を備えている。干渉縞解析部42としては、例えばパーソナルコンピュータを用いることができるが、A/D変換器421、フレームメモリ422、D/A変換器423、演算部424、及び、オーバーレイメモリ425をそれぞれ独立の装置として構成してもよい。
As shown in FIG. 2, the interference
A/D変換器421には、CCD41から、各画素に蓄積された信号電荷(干渉縞画像信号)が順次入力される。このA/D変換器421においては、入力されたアナログ信号がそれぞれ、デジタル信号(干渉縞画像データ)に変換される。この干渉縞画像データは、A/D変換器421に接続されたフレームメモリ422においてCCD41の画素に対応したアドレスに記憶される。
Signal charges (interference fringe image signals) accumulated in each pixel are sequentially input from the
フレームメモリ422に記憶された干渉縞画像データは、フレームメモリ422に接続されたD/A変換器423によってアナログ信号に変換することができる。変換されたアナログ信号は、干渉縞解析部42の外部に設けられた出力部44(例えば、モニタ、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイ、プリンタ)上に表示される。出力部44上の表示により従来の干渉縞解析を行うことができる。
The interference fringe image data stored in the
オーバーレイメモリ(基準画像保存部)425には、図3に示すような白黒の縞が交互に並んだ基準パターン画像のデータ(基準パターン画像データ)が記憶されている。この基準パターン画像のデータの白黒の周波数は、解析用周波数と一致させる。 The overlay memory (reference image storage unit) 425 stores reference pattern image data (reference pattern image data) in which black and white stripes are alternately arranged as shown in FIG. The black and white frequency of the data of the reference pattern image is matched with the analysis frequency.
フレームメモリ422及びオーバーレイメモリ425に接続された演算部424は、フレームメモリ422に記憶された干渉縞画像データと、オーバーレイメモリ425に記憶された基準パターン画像データと、を順次読み出し、これらを順次重ねることによって、モアレ画像を形成する。こうして得られたモアレ画像のデータ(モアレ画像データ)は、D/A変換器423を介して、出力部44へ出力される。
The
さらに、演算部424では、以下に述べる空間的位相シフト法を用いてフレームメモリ422から出力された干渉縞画像データを解析することにより、被検レンズ80の波面収差を解析することができる。
Further, the
制御部43には、入力部45(例えばキーボード、マウス)、及び、基準平面板駆動部52が接続されている。制御部43では、入力部45から入力された信号に基づいて、基準平面板駆動部52に対して、基準平面板36の姿勢設定に必要な制御信号を出力する。基準平面板駆動部52では、この制御信号に基づいて、支持装置51に対して、基準平面板36の姿勢を設定するのに必要な駆動電流を供給する。
An input unit 45 (for example, a keyboard and a mouse) and a reference plane
ここで、空間的位相シフト法を用いた干渉縞解析手法及び収差測定方法について説明する。
基準平面板36の光軸を基準平面板36への入射光の進行方向に対して傾斜させると、空間キャリアを重畳したtilt干渉縞が得られる。そのtilt干渉縞のある1周期分について、次式Aで表される1周期内の空間的な信号強度分布Ijが成り立つ。
<式A>
ここで、aは平均強度分布、bは振幅、νは空間キャリアの空間周波数(解析用周波数)であり、φはある点における初期位相である。IjはCCD41に入射される干渉縞強度であり、A/D変換部421を介してフレームメモリ422に記憶された干渉縞画像データから得られる。この式Aを被検レンズ80の各点における空間(x,y)に繰り返し適用する。添字jは1周期内の空間座標を示し、j=0〜N−1(N>3)の値をとる。ここで、Nは干渉縞1周期分の周期を示し、N=1/νで表される。つまり、干渉縞1周期がCCDのN画素に合致すると干渉縞解析が可能となる。
Here, an interference fringe analysis method and an aberration measurement method using the spatial phase shift method will be described.
When the optical axis of the
<Formula A>
Here, a is the average intensity distribution, b is the amplitude, ν is the spatial frequency (analysis frequency) of the spatial carrier, and φ is the initial phase at a certain point. I j is the interference fringe intensity incident on the
式(A)について、a,bが一定の値をとると見なし、N個の画素の信号強度から初期位相φは次式Bで表される。
<式B>
この式により被検レンズ80の各点における初期位相を求めることができ、2次元的にこれを繰り返せば、被検レンズ80の波面収差の空間分布を定量的に求めることができる。
ここで基準平面板の配置角度をθとする。初期の基準光の波長がλ0であり、干渉縞を撮影するCCD41の大きさがd、画素数がMであるとする。この時発生するtilt縞によるCCD41の両端における位相差hは以下の式で表すことができる。
ここで、mはtilt縞の本数(白黒一対)を表す。また、CCD41で撮影された干渉縞画像データにおいて、CCD41の全画素数Mは tilt縞の本数mとtilt縞の周期に合致した画素数(=1/ν)を掛けたものである。
上記の式を展開し、tilt縞の本数mを消去すると、
ここで、基準平面板の配置角度θとCCD41の画素数Mは機械的に決められており、これが不変である。故に干渉計の光源波長がλ1に変更されても、以下の関係が成り立つ。
<式C>
(k:定数)
すなわち、式Cにおける定数kを算出しておけば、基準光の波長が変更されても、基準光の波長λ1から、解析用周波数ν1を算出でき、これを用いた干渉縞解析が可能となる。つまり、参照面36aの傾斜角度を調整することなく、解析用周波数を算出することにより、被検レンズ80の干渉縞解析及び収差測定を行うことができる。
Regarding the formula (A), it is assumed that a and b take a constant value, and the initial phase φ is expressed by the following formula B from the signal intensity of N pixels.
<Formula B>
By this equation, the initial phase at each point of the
Here, the arrangement angle of the reference plane plate is θ. Assume that the wavelength of the initial reference light is λ 0 , the size of the
Here, m represents the number of tilt stripes (monochrome pair). In the interference fringe image data captured by the
Expanding the above equation and erasing the number m of tilt stripes,
Here, the arrangement angle θ of the reference plane plate and the number of pixels M of the
<Formula C>
(K: constant)
In other words, if the constant k in Equation C is calculated, the analysis frequency ν 1 can be calculated from the reference light wavelength λ 1 even if the reference light wavelength is changed, and interference fringe analysis using this can be performed. It becomes. That is, the interference fringe analysis and aberration measurement of the
空間的位相シフト法においては、画像を取り込むのは1回で済み、かつ、基準平面板36の傾斜角度を決めれば基準平面板36と被検レンズ80との間隔を変更する必要がない。したがって、低コストかつ短時間で干渉縞解析を行うことができ、干渉縞解析の度に被検レンズ80の波面収差を得ることが可能である。
In the spatial phase shift method, the image needs to be captured only once, and if the inclination angle of the
なお、演算部424において、上述のように求めた波面収差をツェルニケ(Zernike)展開すると、より詳細な解析を行うことができる。すなわち、ツェルニケ展開後の多項式の各係数は、被検レンズ80の収差の情報を収差の種類毎に詳細に示すものであって、その数が多いほど得られる情報は多くなる。したがって、これら係数を解析すると、被検レンズ80の収差をより詳細に、定量的に解析することができる。
If the wavefront aberration obtained as described above is expanded by Zernike in the
つづいて、被検レンズ80の干渉縞解析及び収差測定の流れについて、図4を参照しつつ説明する。
まず、基準平面板36に垂直に入射した光のうち、基準平面板36を透過し反射基準凹面鏡38により反射し再び基準平面板36を透過した被検波面と、基準平面板36で反射された参照波面と、が同じ光路をたどってCCD41に入射するように、半導体レーザ21、CCD41、及び光学系30の各構成要素を配置して、干渉縞解析及び光学的調整の動作を開始する(ステップS100)。同じ光路をたどって入射したか否かの確認は周知の方法により行うためここではその説明は省略する。
Next, the flow of interference fringe analysis and aberration measurement of the
First, out of light perpendicularly incident on the
つづいて、操作者が入力部45を操作して、制御部43から、基準平面板駆動部52に対して、入力された傾斜角度(初期基準光の周波数に対応した角度)に対応した制御信号を出力する。この制御信号を受けた基準平面板駆動部52は支持装置51に対して、基準平面板36が光軸に対して傾斜するのに必要な駆動電流を供給する。これにより、基準平面板36は、光軸に対して、初期基準光の周波数に対応して傾斜した姿勢をとる。(ステップS101)(初期基準光対応アライメント)。
Subsequently, the operator operates the
ステップS101の初期基準光対応アライメントについて、図4(b)を参照しつつ説明する(ステップS200〜S207)。
まず、初期の基準光λ0に対応したアライメントを行うには、周波数の初期設定値ν0を設定する。(ステップS201)。つづいて、ドライバ22を動作させることにより、半導体レーザ21から初期の基準光を出射する(ステップS202)。この出射光は、コリメータレンズ31を経てミラー32で反射され、ハーフミラー34を透過して基準平面板36へ入射する。この入射光のうちの一部は、基準平面板36の参照面36aで反射されて、ハーフミラー34で反射された後に、集光レンズ35及びピンホール37を経てCCD41に入射する。参照面36aで反射されなかった光は、被検レンズ80を透過した後に反射基準凹面鏡38に入射し、被検レンズ80が正しく配置されていれば入射光と同じ光路をたどるように反射する。反射基準凹面鏡38からの反射光は、再び被検レンズ80及び基準平面板36を透過し、ハーフミラー34で反射された後に、集光レンズ35及びピンホール37を経てCCD41に入射する。CCD41には、参照面36aによる参照波面と、基準平面板36の透過した後に、被検レンズ80を透過して反射基準凹面鏡38で反射された被検波面と、により形成された干渉縞(ステップS203)が入射する(ステップS204)。この干渉縞は、フレームメモリ422においてCCD41の画素に対応したアドレスに記憶される。
The alignment for initial reference light in step S101 will be described with reference to FIG. 4B (steps S200 to S207).
First, in order to perform alignment corresponding to the initial reference light λ 0 , an initial frequency setting value ν 0 is set. (Step S201). Subsequently, by operating the
演算部424は、フレームメモリ422に記憶された干渉縞画像データと、オーバーレイメモリ425に記憶された基準パターン画像データと、を順次読み出し、これらを順次重ねることによって、モアレ画像を形成し(ステップS205)、これを制御部43へ出力する。
The
出力部44において、このモアレ画像が、ほぼ全面に均一な明るさとなる、いわゆるワンカラー状態(以下ワンカラー)であるかを判断する(ステップS206)。ワンカラーである場合(ステップS206でYES)は、初期基準光対応アライメントの設定を終了して(ステップS207)、干渉縞解析(図4(a))にもどる。
In the
ワンカラーでない場合は(ステップS206でNO)、制御部43は、基準平面板駆動部52に対して傾き調整の信号を出力する(ステップS208)。基準光を出射(ステップS202)することにより再び形成された干渉縞(ステップS203)はCCD41に入射し(ステップS204)、A/D変換器421を経て干渉縞画像データがフレームメモリ422に記憶される。演算部424において、干渉縞画像データと、基準パターン画像データと、により新たにモアレ画像が形成(ステップS205)され、制御部43に出力され、再び、ワンカラーか否かが解析される(ステップS206)。ワンカラーである場合(ステップS206でYES)は、初期基準光対応アライメントを終了し(ステップS207)、ワンカラーでない場合(ステップS206でNO)は、再び、基準平面板の傾き調整(ステップS208)がなされる。以上の流れは、モアレ画像がワンカラーとなるまで繰り返される。
If the color is not one color (NO in step S206), the
初期基準光対応アライメントを行った後は、実際に測定する波長を設定する(ステップS102)。これは、初期基準光や、後述する波長変更された基準光の波長である。
次に、ステップS102で設定した波長に対応する、縞解析用周波数を設定する。設定する波長が初期基準光である場合は、ステップS201で設定した数値を、変更されている波長λ1を使用するには、初期基準光の波長λ0と初期解析用周波数ν0を用いて、式Cに適用し、波長λ1における解析用周波数ν1を算出し、これを、設定する(ステップS103)。
After performing the alignment for initial reference light, the wavelength actually measured is set (step S102). This is the wavelength of the initial reference light or the reference light whose wavelength has been changed, which will be described later.
Next, a fringe analysis frequency corresponding to the wavelength set in step S102 is set. When the wavelength to be set is the initial reference light, the numerical value set in step S201 is used by using the wavelength λ 0 of the initial reference light and the initial analysis frequency ν 0 to use the changed wavelength λ 1. , applied to the expression C, calculates the analysis frequency [nu 1 at the wavelength lambda 1, which is set (step S103).
解析用周波数を設定した後は、ドライバ22を動作させることにより、半導体レーザ21から基準光を出射する(ステップS104)。この出射光は、上述の説明と同様に、コリメータレンズ31を経てミラー32で反射され、ハーフミラー34を透過して基準平面板36へ入射し、参照面36aによる参照波面と、基準平面板36の透過した後に、被検レンズ80を透過して反射基準凹面鏡38で反射された被検波面と、により形成された干渉縞(ステップS105)がCCD41に入射する(ステップS106)。
After setting the analysis frequency, the reference light is emitted from the
形成された干渉縞は、出力部44上の表示により解析することができる一方、干渉縞解析部42において位相を算出することにより詳細かつ定量的な解析を行うこともできる(ステップS107)。干渉縞の形成、出力部44への表示、及び、干渉縞解析部42における位相の算出は、操作者が干渉縞形成部20の動作を停止しない限り連続的に行われ、位相分布(波面収差)の算出結果は、記憶部46に保存される。
The formed interference fringes can be analyzed by display on the
操作者が干渉縞解析の継続を希望しないとき(ステップS108でYES)は、操作者が入力部45を操作することにより、干渉縞解析装置はその動作を停止する(ステップS109)。これに対して、干渉縞解析を継続する場合(ステップS108でNO)は、操作者が入力部45を操作することにより、干渉縞解析装置は動作を継続する。ここで、基準光の波長を変更する場合(ステップS110でYES)は、操作者が入力部45から入力した値の波長を半導体レーザ21が出射するように、制御部43はドライバ22に対して制御信号を出力する(ステップS102)。基準光の波長を変更しない場合(ステップS110でNO)、半導体レーザ21はすでに設定されている値の波長の基準光を継続して出射する(ステップS104)
When the operator does not wish to continue the interference fringe analysis (YES in step S108), the interference fringe analyzer stops its operation by the operator operating the input unit 45 (step S109). On the other hand, when the interference fringe analysis is continued (NO in step S108), the operation of the interference fringe analysis apparatus is continued by the operator operating the
以上のように、多波長干渉計において基準光の波長を変更しつつ空間的位相シフト法により干渉縞解析を行う場合、基準光の波長(基準平面板への入射光の波長)に応じて、パラメータとして、解析用周波数を設定し、設定された周波数を用いて干渉縞を解析することにより、基準光の波長の変更により変調する空間キャリアに対して、高速、かつ、低コストで、対応することができる。 As described above, when the interference fringe analysis is performed by the spatial phase shift method while changing the wavelength of the reference light in the multiwavelength interferometer, according to the wavelength of the reference light (the wavelength of the incident light on the reference plane plate), The analysis frequency is set as a parameter, and interference fringes are analyzed using the set frequency, so that the spatial carrier modulated by changing the wavelength of the reference light can be handled at high speed and at low cost. be able to.
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
11 保持部
20 干渉縞形成部
21 半導体レーザ
30 光学系
36 基準平面板
36a 参照面
38 反射基準凹面鏡
41 CCD
42 干渉縞解析部
43 制御部
44 出力部
45 入力部
46 記憶部
80 被検レンズ(光学素子)
422 フレームメモリ
424 演算部
425 オーバーレイメモリ
DESCRIPTION OF
42 Interference
422
Claims (2)
干渉計において、傾けられた参照面からの参照波面と、被検面からの被検波面を干渉させ、空間キャリアを重畳したtilt干渉縞を形成するtilt干渉縞形成ステップと、
前記tilt干渉縞周波数設定ステップで設定された周波数と、前記tilt干渉縞形成ステップにおいて形成されたtilt干渉縞の周波数と、が等しくなるように、前記参照面を傾けるtilt干渉縞アライメントステップと、
前記干渉計の光源波長を変更した場合に、前記tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数に代えて、変更された光源波長に応じたtilt干渉縞の周波数を算出するtilt干渉縞周波数算出ステップと、
前記tilt干渉縞形成ステップで形成されたtilt干渉縞は、前記干渉計の光源波長を変更した場合には、前記tilt干渉縞周波数算出ステップにおいて算出したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析され、前記干渉計の光源波長を変更しない場合には、前記tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析される干渉縞解析ステップと、
を備えることを特徴とする干渉縞解析方法。 In order to perform interference fringe analysis using a spatial carrier, a tilt interference fringe frequency setting step for setting a frequency of a tilt interference fringe as an interference fringe analysis parameter;
In the interferometer, a tilt interference fringe forming step for causing a reference wavefront from the tilted reference surface and a test wavefront from the test surface to interfere to form a tilt interference fringe in which spatial carriers are superimposed;
A tilt interference fringe alignment step in which the reference plane is tilted so that the frequency set in the tilt interference fringe frequency setting step and the frequency of the tilt interference fringe formed in the tilt interference fringe formation step are equal to each other;
When the light source wavelength of the interferometer is changed , instead of the frequency of the tilt interference fringe set in the tilt interference fringe frequency setting step, the tilt interference fringe calculates the frequency of the tilt interference fringe according to the changed light source wavelength. A frequency calculation step;
Tilt interference pattern formed by the tilt fringes forming step, when changing the light source wavelength of the interferometer is the interference fringe analysis using the frequency of the tilt fringes calculated in the tilt fringe frequency calculation step In the case where the light source wavelength of the interferometer is not changed, an interference fringe analysis step in which interference fringe analysis is performed using the frequency of the tilt interference fringe set in the tilt interference fringe frequency setting step ;
An interference fringe analysis method comprising:
干渉計において、傾けられた参照面からの参照波面と、被検面からの被検波面を干渉させ、空間キャリアを重畳したtilt干渉縞を形成するtilt干渉縞形成ステップと、
前記tilt干渉縞周波数設定ステップで設定された周波数と、前記tilt干渉縞形成ステップにおいて形成されたtilt干渉縞の周波数と、が等しくなるように、前記参照面を傾けるtilt干渉縞アライメントステップと、
前記干渉計の光源波長を変更した場合に、前記tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数に代えて、変更された光源波長に応じたtilt干渉縞の周波数を算出するtilt干渉縞周波数算出ステップと、
tilt干渉縞は、前記干渉計の光源波長を変更した場合には、前記tilt干渉縞周波数算出ステップにおいて算出したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析され、前記干渉計の光源波長を変更しない場合には、前記tilt干渉縞周波数設定ステップで設定したtilt干渉縞の周波数を用いて干渉縞解析され、いずれかの解析結果に基づいて収差を測定する収差測定ステップと、
を備えることを特徴とする収差測定方法。 In order to perform an interference fringe analysis using a spatial carrier, a tilt interference fringe frequency setting step for setting a tilt interference fringe frequency as an interference fringe analysis parameter;
In the interferometer, a tilt interference fringe forming step for causing a reference wavefront from the tilted reference surface and a test wavefront from the test surface to interfere to form a tilt interference fringe in which spatial carriers are superimposed;
A tilt interference fringe alignment step in which the reference plane is tilted so that the frequency set in the tilt interference fringe frequency setting step and the frequency of the tilt interference fringe formed in the tilt interference fringe formation step are equal to each other;
When the light source wavelength of the interferometer is changed , instead of the frequency of the tilt interference fringe set in the tilt interference fringe frequency setting step, the tilt interference fringe calculates the frequency of the tilt interference fringe according to the changed light source wavelength. A frequency calculation step;
tilt fringe, when you change the light source wavelength of the interferometer, using said frequency of tilt fringes calculated in tilt fringe frequency calculating step is interference fringe analysis, does not change the light source wavelength of the interferometer In the case, an interference fringe analysis is performed using the frequency of the tilt interference fringe set in the tilt interference fringe frequency setting step, and the aberration is measured based on one of the analysis results;
An aberration measuring method comprising:
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