JPH02170033A - 光学素子の検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、請求項１および請求項６の上位概念に記載の
光学素子の検査方法および装置に関する。

従来の技術 回転対称で、非球面のレンズまたは鏡面の形の干渉法検
査は通例法のように行われる。すなわち被検体で通例球
面の波形を有する検査波を反射させかつそれから既知の
基準面に対する種々異なった到来点に対する光学的な光
路の差を求める。この基準面は通例、干渉計の参照光路
にあり、これにより周知のようにコヒーレントな光にお
いて干渉現象が生じる。この干渉現象を量的に評価すれ
ば、平面の実際の形状を求めることができる。

この方法は、最適な球面からの偏差が非常に僅かである
、非常に弱い非球面においてしか直ちには使用可能でな
い。これに対して実際に生じる非球面においては、球面
検査波と検査すべき非球面との間の偏差は通例、上述の
方法がこの簡単な形ではもはや使用可能でない程に著し
い。この場合検査ビームは狭い領域においてしか、すな
わち球面検査波が非球面に接線方向に接するところでし
か、検査すべき非球面に垂直に到達しない。この領域か
ら出発して、入射ビムの方向と反射ビームの方向との偏
差が徐々に大きくなる。最終的に反射ビームはもはや後
置の光学素子によって捕捉されずかつついには発生すべ
き干渉現象が生じないことになる。しかしすべての光学
素子および絞りを通過する光ビームは多数の波長に依存
して著しい光路差を有し、インターフェログラムにおい
て、インタフエログラムの評価がもはや不可能になる程
高い縞変形を発生する。

この理由から、非球面の検査に対して、検査すべき目標
非球面と協働してスティグマチック波を生ぜしめる特別
な光学レンズ系、所謂補償系が検査波の光路内に設置さ
れる。すなわちこの補償系は検査波の波面を検査すべき
非球面の形に整合する。その場合誤差のある被検査体は
、基準波に対してほんの僅かな光路差しか発生しない。

従って干渉縞は僅かしか変形されずかつこれによりイン
ターフェログラムは量的に評価可能である。

しかしこの方法は、製造された補償系の光学作用が正確
に既知であるときしか正確に動作しない。というのはそ
れが検査結果に直接係わってくるからであるからである
。すなわち補償系それ自体を再検査することはできない
。このためにはマスク非球面を使用できなければならず
、そのマスク非球面は正確に検査することができない。

それ故に補償系は極めて綿密にかつ実現可能な最大精度
で製造されなければならないことになる。使用のガラス
の屈折率、ガラスの均質性レンズ半径、レンズ厚さおよ
びエア距離並びにレンズ整合性のような、光学的な結果
に関係するすべてのパラメータを正確に保持しかつ個々
に測定しなければならない。保持体が正確なセンタリン
グを保証しなければならない。しかしこのように非常に
手間暇かけても誤差のない補償系は製造できない。

このような難点を回避するために既に、補償系に代わっ
て合成ホログラムを使用することが提案されている。こ
の方法は例えば、米国特許第４３９６２８９号明細書に
記載されている。

このホログラムは、検査すべき非球面に整合するように
特別計算されかつそれから適当な担体上にプロットされ
る。しかし通例は合成ホログラムそれたけでは、波面を
被検体に整合するために十分ではない。従ってこのホロ
グラムは大抵、比較的簡単な構造のレンズ補償系と組み
合わせて使用されなければならない。しかしその場合も
位置調整に問題がある。別の困難は、場合に応じてホロ
グラムをとるために所謂゛オフアクシス″角度が必要で
ある、不都合な次数の回折波の正確な除去、ホログラム
における僅かな回折効率、ポログラム担体自体によって
惹き起こされる波面誤差等である。これらの理由から、
コンピュータホログラムは実験室では使用されるものの
、出来るだけ簡単な装置であることが重要である工場で
は殆ど使用されない。

インターフェログラムをカメラによって撮影しかつそれ
に接続された計算機によって評価することも既に公知で
ある。この場合非球面は、それ自体が定形化された同じ
数学的形によって表わすことができる。この種の干渉計
によって、検査波の波面の完全な補償を省略することが
できる。つまり比較的簡単な補償光学装置を使用しかつ
干渉計の測定領域の一部を、補償光学装置がそのままに
した、依然として残る非球面度を測定しかつ検査結果か
ら計算により取り除くために利用する。しかしこの方法
には制約がある。というのは検査非球面と検査波の波面
との間の偏差が比較的大きいと、評価可能な測定領域外
にすぐ達してしまうからである。

更に、非球面を部分毎に干渉法により検査することが既
に提案されている。この場合非球面のそれぞれリング状
の部分領域が順次干渉法により測定される。つまりリン
グ状の部分領域においてはその形がこの部分領域に対し
て整合された検査波の波面に相応している。この種の方
法は例えば米国特許第４７４３１１７号明細書に記載さ
れている。ここにおいて検査波はリング状のアパーチャ
ーを介して検査すべき非球面の表面に指向され、非球面
の推移によって、検査波がほぼオートコリメートされて
再び反射されかつ反射されたリング光束がジャリング干
渉計を用いて評価される。

しかしこの方法では、検査される部分領域相互の確実な
接続が実現できない。そればかりか検査された部分領域
の順次行われる接続により測定誤差が累積され、その結
果非球面の全体の形は比較的低い測定精度でしか決定す
ることができない。

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ＰＩＥ、　
Ｖｏｌ、３９６　（１９８３年）、第９９−１０１頁か
ら、フィシ対物レンズを被検体に対して相対的にずらす
ことができる、所謂フィゾー干渉計に基づいた非球面に
対する検査装置が記載されている。ここでもそれぞれ非
球面のリング状の部分領域、詳しくは非球面の接触球半
径（Ｓｃｈｍｉｅｇｒａｄｉｕｓ）が丁度フィゾ一対物
レンズから発生される球面の参照波の焦点の距離に相当
するリング領域が順次、製造の不規則性について検査さ
れる。

この装置においても検査された部分領域は直ちには、そ
こから非球面全体の形状が生じるように、相互に接続す
ることができない。というのはコリメーター対物レンズ
と被検体との間の相対位置が測定されず、その結果部分
領域の計算による相互接続ができない。更にフィゾ一対
物レンズをずらすことによって干渉計の検査光路面にお
ける光学的な光路差が全検査面に対して総体的に変化し
、これにより対物レンズの種々の位置において個々の次
数の干渉波の対応も失われる。

米国特許第４０７４９３７号明細書から、比較的大きな
半径を有する平面を検査するためにフィゾー干渉計にお
いてフィゾ一対物レンズと被検体との間に軸方向に移動
可能なコリメーター光学素子を設けることが公知である
。このコリメーター光学素子の移動は、検査波を種々異
なった半径を有する被検体に整合するために用いられる
。非球面の被検体の測定についてはそこには記載されて
いない。

米国特許第４３８７９９４号明細書において干渉計の検
査光路に配置された非球面の被検体が参照光路に配置さ
れているマスク部品に対して測定されるトワイソンーグ
リーン干渉計が記載されている。ここではインターフェ
ログラムは電子的にＣＯＤカメラによって評価される。

この場合被検体かまたはマスク部品が軸方向に移動され
かつ種々の位置に対する最大コントラストの点が統計学
的に評価される。

発明が解決しようとする問題点 この方法において特に不都合なのは、検査すべきそれぞ
れの非球面に対して対応するマスク部品が必要になるこ
とである。

本発明の課題は、出来るだけ簡単な方法で種々の非球面
を有する被検体を測定することができる、非球面の波面
を発生する光学素子を検査するための方法および装置を
提供することであり、その際殊に被検体の面全体ないし
被検体によって発生される波面を高い精度で絶対的に求
めることができるようにすることである。

゛非球面の波面を発生する光学素子″とはただ単にレン
ズまたは鏡の非球面の表面に限らない。連続検査される
、球面の表面を有するレンズも入射する平面波を状況に
応じて著しい非球面波に変換する。それ故に提供すべき
方法は更に、球面レンズの透過度についての検査にも適
するものである。

問題点を解決するための手段 この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する
方法によって次のようにして解決される。すなわち コリメーターと被検体との間の相対位置を種々の位置に
おいて高い精度で測定し、−インターフェログラムを画
像センサを用いて電子的に記録しかつそれぞれのインタ
ーフェログラムの個々の画素に対する干渉計の検査光ビ
ムと参照光ビームとの間の光路差として記憶し、 干渉法により測定された光路差をコリメータの種々の位
置に対して計算されたかないし較正によって求められた
目標光路差と比較し、その際個々の画素に対する位相誤
差を形成しかつ そこから被検体の波面の非球面の形の誤差を計算する。

発明の効果 本発明の方法により被検体の非球面度が一時ではなくて
、コリメーターと被検体との間の相対位置が変化しかつ
その都度これら位置に対して補償された部分領域が評価
される相互に接続された部分領域において連続的に補償
される。

しかし部分領域の順次続く評価の結果を困難なく重畳し
かつ相互接続することができる。その理由は相対位置が
正確に測定されかつインターフェログラムの評価の際に
位置測定の結果が考慮されるからである。更に、干渉計
の検査光路における軸上の光路が一定に保持されるとき
、非球面のすべての部分領域における検査波のその頂点
における位相位置の接続が常に保証されており、このこ
とはコリメーターが移動されかつ被検体が移動された場
合にも、被検体を透過度について検査するときは常に可
能である。それ故にこの上述の手段によって検査すべき
非球面の波面の形を高い精度で絶対的に測定することが
できる。

どのくらいの個別調整ステップが必要であるかは、具体
的な測定課題に依存しかつ種々のファクターによって決
定される： １つには非球面の測定される部分領域のカバはステップ
毎に、方法の冗長性によってランダムな誤差が低減され
る程度の大きさとすべきである。

最大ステップ幅は、検査波の波面が被検体の非球面にど
のくらい良好に整合されているか、もしくは非球面が検
査波からどのくらい大きい偏差を有しているかに依存し
ている。

ステップ幅は更に、干渉現象を評価することができる利
用可能な測定領域によって決定される。この場合画素の
数、ないしインターフェログラムを検出する使用カメラ
の解像度が重要な特性量である。

更に、例えば熱により生しるドリフトのような、変化す
る周囲条件の影響が結果に悪影響を及ぼさないように、
測定過程に余り長く時間がかからないようにすることが
重要である。それ故に、コリメーターを検査過程の都度
、両方向に光軸に沿って移動し、すなわち例えば被検体
の方向にかつそれにすぐ続いて２回同し距離を再び戻し
、かつそれから測定値の平均値を形成すれば有利である
。このようにしてこの形式の誤差の影響の直線成分が補
償される。

コリメーターとして一方において、近似的な球面波を被
検体の方向に出す光学素子を使用することができる。こ
の波面の、正確な球面からの偏差を、予めまたは被検体
の測定後被検体の最適な球面に大体対応する既知の申し
分のない球面鏡に基づいた較正測定によって求めるとを
利である。このようにして検出された、波長の何分の−
かのオーダにある偏差は被検体のインターフェログラム
の評価の際に一緒に考慮することができる。しかしコリ
メーターとして単レンズを使用すると特に有利である。

この種の個別レンズによって既に、数多くの場合におい
て被検体の非球面度の大部分を補償することができる。

これにより測定が実施される、コリメーターの種々異な
る位置の数を低減することができるようになる。という
のは被検体の非球面度の一部が既に単レンズによって検
出されるとき、順次検出しなければらならい、被検体に
おける補償された領域は非常に幅広になりかつ他方にお
いてコリメーターの光軸方向における移動距離全体は短
くなるからである。

単レンズをコリメーターとして選択すれば、単レンズか
ら出る波面の正確な形をレンズデータから計算しかつそ
れから被検体のインターフェログラムの評価の際に、す
なわち干渉計の検査光路において目標光路差を求める際
に考慮すれば、有利である。というのは実際の光路差の
計算は唯一のレンズの光学データ、すなわち２つの半径
・頂部の厚みおよびガラスの屈折率等のパラメータを使
用して、今日の計算機によって問題なく行うことができ
る。

ここで補足的に述べておくが、単レンズによって発生さ
れる検査波の形を、上述のように計算を用いて求める代
わりに次のようにして求めることもできる。すなわち本
来の検査方法とは反対にコリメーターを球面鏡とは反対
側に移動しかつ移動された位置においてインターフェロ
グラムを検出するのである。本来の検査において実施さ
れる評価方法と類似して、球面鏡に対する対応するイン
ターフェログラムの評価の際に検査波の非球面度が測定
される。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図に図示の検査装置はトワイマン−グリーン干渉計
を基礎にしている。ここではレーザ１が光源として用い
られる。光源の後には拡大光学系２が配設されている。

ここから出る、線１９によって象徴的に示されている平
面波が干渉計のビームスプリッタ−３に入射しかつ干渉
計の参照光路と検査光路とに分割される。参照光路には
平面鏡４が配設されており、一方検査光路には、以下に
詳しく説明するコリメーター８が挿入配置されている。

以下の考察に対してこのコリメーター８は正確に球面の
波面を有する検査波を発生することを前提としている。

コリメーター８から出た検査波はその後方に配設されて
いる、この実施例においては非球面の凹面鏡である被検
体１２によって反射されかつもう１度コリメーター８を
通ってビームスプリッタ−３に戻る。そこで検査波およ
び参照波が干渉しかつそこに生しるインターフェログラ
ムは干渉計の出力側に配設されているＣＯＤカメラ５に
よって検出される。カメラ５は線ａおよび適当なインタ
フェースを介して計算機６に接続されている。それから
インターフェログラムないし被検体１２の形を表示する
ために利用される図形は計算機６の画像スクリーン６に
表示することができる。

コリメーター８は精密なガイド部材９を用いて、矢印１
６によって示されているように、干渉計の検査光路の光
軸に沿って被検体１２の方向に移動可能である。軸に沿
ったコリメーター８の位置は別個のレーザ干渉計１１に
よって測定される。このレーザ干渉計は、コリメータ８
の保持体上のコーナーキューブプリズムを測定する。相
応の位置測定値は接続線すを介して同じく計算機６に供
給される。干渉計ｌＯ／１１に代わって勿論、例えばイ
ンクレメンタル格子測定装置等の、申し分のない分解能
を有する別の長さ測定装置を使用することができる。

検査波は完全に球面波であるべきなので、被検体１２に
入射する光ビームはすべて、Ｑで示されている焦点から
出ている。そこで利用可能な測定領域、従ってコリメー
タ８の移動領域は、両側の極端な終位置において少なく
とも部分領域が検査波のアパーチャーから、被検体１２
の縁領域に垂直にないし被検体の頂部領域に垂直に入射
するように、選択されている。検査波がそれぞれ、被検
体１２の非球面に接線方向にあるところ、すなわち中間
位置において種々の高さｈを有するそれぞれ被検体１２
のその他の領域は最適に検査可能である。第１図に図示
の２つの位置、すなわち焦点Ｑの、非球面の頂点からの
距離が５１（ｈ　）および５２（ｈ）によって示されて
いる位置は終位置の近傍にある。

干渉計の検査光路における光軸上の光ビームに対して、
コリメーター８の移動によって光路は変化しない。従っ
て軸の周りに直接隣接するこの領域に対する干渉位相を
測定すれば、監視および場合によっては例えば熱ドリフ
トのような環境の影響の補正を行うことができる。

次に測定方法の実施およびその際得られるインターフェ
ログラムに対する評価過程について詳細に説明する： 被検体１２に対するコリメーター８の基本位置調整、す
なわち基本頂部距離の調整が測定の開始時に既知の半径
を有する試験ガラスを用いて行われ、その際この半径は
有利には被検体１２の頂部曲率半径に相応する。まずこ
の試験ガラスが組み立てられかつこのためにコリメータ
８か′真っすぐな縞″に基づいて調整される。この試験
ガラスの頂部の位置が敏感な、機械電子的なフィーラを
用いて干渉計の定置の部分に対して相対的に固定される
。それから試験ガラスは非球面１２と交換され、その際
被検体１２の頂部の位置はフイーラによって申し分なく
正確に再現することができる。

それから本来の測定過程の期間に、第１図に図示の終位
置間のコリメーター８の種々の位置ノに対してインター
フェログラムが検出され、カメラ５によって記録されか
つ記録された輝度値から干渉位相ないし、検査波が被検
体■２の面に垂直に入射する領域の周りに直接隣接して
延在する領域におけるＣＣＤカメラ５のバイクセルに対
する測定された実際光路差が計算される。この補償され
た領域に対する対応する高さｈは、インターフェログラ
ムが検出されたそれぞれの頂部距離Ｓに対して、非球面
に対する式Ｚ（ｈ）から計算することができる。ｓ　（
ｈ）に対する対応する測定値は干渉計１１が発生する。

そこから測定された光路差’１ｓｔ（ｈ）が得られる。

それから計算機に計数値として存在する所定の、調整さ
れた頂部距離Ｓに対して、非球面のそれぞれの点に対す
る目標光路差が計算される。その際横方向の座標値Ｘ＋
　ｙないしｈ　−（ｘ２＋　ｙ２）　ｌ／２　　に対し
て、ＣＣＤカメラの個々のバイクセルの位置Ｘ′、ｙ′
から出発される。それらはコリメータ８によって非球面
に結像される。結像寸法β’（ｓｏ）において次の式が
成り立つ二 ｈ′−（Ｘ′２＋ｙ′２）　　　　　　（１）ｈ（ｓｏ
）−一β’（ｓｏ）ｈ’　　　　　（２）検査光ビーム
と参照光ビームとの間の目標光路差１３ｏ１１（ｈ）は
次の通りである：’５ｏｌｌ’：ｈ）＝２’［ｋ−ｓ［
＋＋（（ｓｏ　　ｚ（ｈ））”＋ｈ”）’／２］　　　
（３）ここでｋは、零に選択することができる任意の、
重要でない定数である。

上記の式（３）においてすべての大きさは既知である： ｈ　　はバイクセルの座標と（１）および（２）により
選択された頂部距離ｓｏとから得られ ｚ　（ｈ）は目標非球面に対する式から既知でありＳＱ
　　はコリメーター対物レンズの調整された頂部距離で
ある 従って非球面の誤差は １（ｈ）−１ｉｓｔ（ｈ）−１３゜１１（ｈ）　　　　
　　　　　（４）と表される。

１３゜、、（ｈ）においてＳＱはパラメータであり、ｈ
は独立変数である。従ってｌ　　　（ｈ）はｏｌｌ 連続関数として計算することができる。干渉法の位相差
ψ５ｏｌｌ（ｈ）は目標光路差からとなる。

（５）のψ５゜１□（ｈ）は連続的に生じる。干渉計に
より実際に測定された位相差ψ１ｓｔ（ｈ）は次の式に
従って実際の光路差’１ｓｔ（ｈ）から得られる： ψ１ｓｔ（ｈ）は干渉法の測定方法および評価方法によ
ってｍｏｄｕｌｏ　２πのみが得られる。従って非球面
の位相誤差 Δψ（ｈ）−ψ１ｓｔ（ｈ）−ψｓｏｌ　Ｉ（ｈ）　　
　　　　　　　　（７）もｍｏｄｕｌｏ　２πのみが計
算可能である。

しかし測定方法の冗長性を利用することができるように
、すなわちＣＣＤカメラの同一のバイクセルに対する種
々異なった頂部距離からの測定結果を効果的に求めるこ
とができるように、位相誤差Δψ（ｈ）は完全に既知で
なければならないことになる。この難点を回避するため
に、位相誤差Δψ（ｈ）そのものを求めるのではなくて
、隣接するバイクセルの位相誤差のＸ差値およびｙ差値
を求める。このようにして行われる、Ｘ方向およびｙ方
向における差値形成によって、既知でない定数はひとり
でに消失する。

その都度インターフェログラムを生ぜしめたすべてのバ
イクセル間のＸ差値およびｙ差値の重み付けられた平均
値から成る最終的な結果が存在するとき、差は積分され
て本来の誤差関数になるはずである。この場合問題か生
じない。その理由は非球面が連続的であり、すなわち非
球面はｍλ／２のステップ高さを有するステップ個所を
有しないからである。ステップ個所は隣接するバイクセ
ル間のｍ・２πの位相増加を生ぜしめる原因になる。

コリメータ−８自体によって生じる依然として残留波面
誤差は、良好なことがわかっている球面鏡に基づいた較
正測定によって不都合に作用しないようにすることがで
きる。このために、実際波面が、目標波面からの偏差に
対する最終的な結果が存在するとき、非球面の測定の終
了時に、上記結果から球面鏡にて測定された波面が減算
される。それから依然として残留誤差の中で波面誤差は
較正のために使用された球面鏡の誤差にのみ関連し、こ
の場合ビームスプリッタ−３、参照鏡４およびコリメー
ター８の誤差のような、干渉計の他のすべての波面誤差
は除かれている。球面の参照鏡は、非球面に比べて高い
面精度によって製造することができる。

式（５）において、被検体１２の非球面がＣＣＤカメラ
５にシャープにかつ収差なく結像されることを前提とし
ていた。この前提は、コリメーターが有限の画像領域に
対して補正されているという条件と同じ意味である。こ
の場合光路は被検体に入射する可能性があるすべての光
ビームに対して、第１図に破線で示す光ビームに対して
も同じである。評価に対して単に、検査波が正確に垂直
に入射する被検体表面の部分を使用できるのみならず、
被検体表面の比較的大きな部分領域を使用することがで
きるので、測定の数ないしコリメーター８の種々異なっ
た位置の数を低く抑えることができる。補正された有限
の画像領域に対する要求は、コリメーターとして例えば
対物レンズまたは顕微鏡対物レンズが使用されるとき満
たされる。しかしコリメーターとして、被検体の非球面
度の大部分を既に補償する収差のある単レンズを使用す
ることもできる。このために第１図に図示の凹面状の被
検体１２に対しては、第１図に図示の集光レンズ（球面
が不足補正されている）が適している。ところがこれは
有限な画像領域に対して補正されていないので、目標光
路差’５ｏｉｌ（ｈ）を求めるために、それぞれの軸方
向位置５（ｈ）およびそれぞれの高さ（ｈ）ないしカメ
ラ５のそれぞれのバイクセルに対する式（３）に代わっ
て、そこに到来する光ビームを適性に連続計算しなけれ
ばならない。しかしこのために相当な計算プログラムが
必要であるる。

検査面全体の完全な補償をコリメーター３により行なう
つもりはないので、多数の種々の非球面を検査すること
ができる、少数の種々の形式の高精度の単レンズを製造
することができる更に、コリメーター８の動きが、被検
体１２の回転軸線と同一の、干渉計の検査光路における
光軸に正確に沿った理想的な平行移動であることを前提
としていた。この理想的な運動からの偏差により測定誤
差が生じる。すなわちコリメーター８がその節点を中心
に回転すると、補償された領域のすべての光ビームに対
する光路がほんの僅かに、−様に高められる。従って補
償された領域は被検体１２において誤って″谷′″とし
て解釈される。回転の伴わないコリメーター８の横方向
の移動により、移動が行われた補償領域の側で光路が短
縮され、相反する側で光路は同じ大きさだけ延長される
。その間では光路は不変に保たれる。補償された領域に
おける測定に゛傾倒項（Ｋｉｐｐｕｎｇｓｔｅｒｍ）”
が重畳されている。被検体１２に対する製造過程によっ
て損傷のある面が生じず、回転対称であることが保証さ
れているとき、傾倒項は消去してもよい。傾倒項は計算
により決定することができるかまたはＸ方向およびＸ方
向において測定されたその成分を、コリメーター８を目
標位置に位置調整するために利用することができる。こ
のために第１図の計算機６は閉ループ調整回路において
、コリメーター８を設定した位置調整装置に接続するこ
とができる。

これに代わって、コリメーター８の移動および傾倒を、
例えばオートコリメーションの望遠鏡または直線性の干
渉計のような付加的な装置によって測定しかつインター
フェログラムの評価の際に考慮することもできる。

第２図に図示のように干渉計の検査光路に光学的な２重
通過装置を挿入配置するとき、同時に干渉計装置の感度
を２倍だけ高めておけば傾倒項を取り除くことができる
。２重通過装置はコリメーター８の方の側に所謂λ／４
ブレト１４が装着されている偏光のキューヒックビーム
スピリッター（Ｓｔｒａｈｌｔｅｉｌｅｒｗｔｉｒｆｅ
ｌ）　ｌ　３から成る。この場合被検体２２によって反
射される検査波は偏光キュービックビームスピリツタ−
１３にもう一度入射する際に側方に反射されかつしトロ
レフレクタ（コーナーキューブプリズム１５）において
向きを変えた後もう一度被検体２２の方向に出る。しか
し第２の検査波は、第１の検査波に比べて光軸に対して
点対称になっている。それから参照光路にコーナーキュ
ーブ４０　（Ｔｒｉｐｅｌｓｐｉｅｇｅｌ）が設けられ
ている。コーナーキューブは、干渉計に入射する平面波
１９の平面度の偏差が測定結果に影響を及はさないよう
に、参照波を同じく１８０°だけ回転する。相応に、傾
倒および移動の際に発生するような、光軸の両側におけ
る光路長の反対方向に同じ差が自動的に取り除かれる。

勿論この方法は回転対称な被検体に対してのみ使用可能
である。

第３図の基本略図において干渉計の測定光路に検査構成
体が図示されている。この構成体としてレンズが、しか
も単レンズのみなら・ず、部分組み立てされたかまたは
完全な光学素子も連続検査される。図示の例においてコ
リメーターは１８によって、また被検体は３２によって
示されている。検査すべき光学素子の後方に、球面のオ
ートコリメー・ジョン鏡３３が挿入配設されている。こ
のオートコリメーション鏡３３の半径は、それがコリメ
ーター１８の中間位置において被検体３２によって発生
される波面にほぼ相応するように、選択されている。

この場合被検体３２の非球面度の測定は、第１図に基づ
いて説明したように、次のように行われる。すなわちコ
リメーター１８は被検体３２に対して種々の位置に移動
され、その結果被検体３２によって非球面に変形された
波面の常時具なったアパーチャー領域が、オートコリメ
ションに対する、すなわち凹面鏡３３への垂直な入射に
対する条件を満たす。この装置においても、干渉計の検
査光路の軸に走行する光ヒムに対する光路長はコリメー
ターのすべての位置において同じに維持されるので、波
面はこの領域において全体的には変化しない。このこと
は、コリメーター１８に代わって検査すべき光学素子３
２が軸方向に移動するときにも当てはまる。

コリメーター１８を、検査すべき光学素子に対して対物
レンズ側および結像側において同じアパーチャーのビー
ム束が生じる、すなわち光学素子３２の両側における断
面ビーム幅が殆ど同じである位置に移動させることによ
って、被検体３２によって変形される波面の形が絶対測
定される。それから引き続いて第４図に図示されている
ように、被検体を干渉計の検査光路におけるビーム路か
ら取外しかつ球面のオートコリメーション鏡３３をコリ
メーター１８の後方の集束ビーム路の図示の位置に移し
かつその際光軸を中心に正確に１８０°だけ回転させる
と、検査装置の誤差、すなわち干渉計のヒームスプリッ
ター３および参照鏡４によって惹き起こされる波面の歪
、並びにコリメーター１８およびオートコリメーション
鏡３３の誤差は完全に取り除くことができる。このため
に、第３図および第４図に図示の、被検体を有するおよ
び有しない構成におけるインターフェログラムの評価か
ら得られる光路差の差を簡単に形成することかできる。

第３図ないし第４図における球面鏡３３に代わってそこ
に破線で図示の平面鏡３４を使用すれば、キャッツアイ
が生じる。鏡に入射しかつ再び出るヒームは、干渉計の
検査光路における光軸に対して点対称でありかつガイド
装置の直線性の誤差は自動的に補償される。同時に干渉
計の参照光路における平面鏡４を第２図の実施例のよう
に、また参照光波を１８０°だけ回転するために、コー
ナーキューブプリズムまたは破線で示されたコーナーキ
ューブ４０が使用される。しかしこの構成も回転対称な
被検体であることが前提である。例えばコマのような、
被検体の点対称な誤差はこの種の装置によっては測定す
ることができない。

第１図ないし第４図において説明した装置はトワイマン
−グリーン型の干渉計に基づいている。しかし本発明の
方法を、マツハ−ツエンダー型の干渉計に基づいている
装置において実施することも同様に申し分なく可能であ
る。このように構成は殊に、透明な光学素子の透過度ま
たは回転対称な芽球面鏡の反射塵の測定に適しているも
のである。マツハ−ツエンダー干渉計に基づいたこの形
式の構成は第５図に示されている。第５図でも入射する
平面波は１９で示されている。平面波１９は第１のビー
ムスプリッタ−２３ａによりて測定光路および検査光路
に分割されかつ２つの平面鏡２４ａおよび２４ｂにおい
て反射された部分光波は、マツハ−ツエンダー干渉計の
第２のビームスプリッタ−２３ｂにて再び結合される。

干渉計の参照光路には何も設けられていないが、干渉計
の検査光路には、２つのコリメーター対物レンズ２８お
よび３８の間に検査すべきレンズ４２がある。コリメー
ター対物レンズ２８および３８は、平面波を球面波に変
換する補正系であってもよいが、第５図に図示のように
単レンズであってもよい。それらは必ず同じ光学データ
を有していなければならない。

被検体４２およＱ２つのコリメーター２８８よび３８は
矢印によって示されているように、干渉計の検査光路に
おける光軸に沿ってガイド装置３９を用いて移動可能で
ある。検査方法を実施するためにその都度、３つの構成
部分の２つ、２つのコリメーター２８および３８かまた
は被検体４２および２つのコリメーターの１つが同時に
移動され、かつ被検体４２の、２つのコリメーター２８
および３８に対する２つの頂部距離がスケール４１とし
て簡単に示されている長さ測定装置を用いて種々の距離
に対して求められる。このようにしてここでも被検体の
非球面度の領域毎の検査が可能である。この場合更に、
コリメーター３８に入射する光波とコリメーター３８か
ら出る光波との間のビーム横断面が変化するとき、干渉
計に入射する平面波の平面度誤差が結果に影響を与える
ことがあることを注意すべきである。

２つの光路を再び結合するビームスピリツタ２３ｂの後
にある干渉計の出力側から、２つのレンズ５０およｑ５
２から成るアフォーカル光学系が配設され百おり、この
系は被検体４２を後設のＣＣＤカメラ２５にシャープに
結像しかつ干渉計から出るビーム横断面をＣＣＤカメラ
の平面に整合させる。このアフォーカル系５０．５２の
中間焦麻に絞り５１が設けられている。この絞り５目ヰ
、検査波の波面が被検体４２の非球面度に整合されてい
る、被検体の補償された領域からのビームのみを通過さ
せる。これにより、補償された領域の外にあるビームが
ＣＣＤカメラ２５の感光面に障害となる干渉を発生する
ことが妨げられる。この光学系５０．５２は第１図ない
し第４図の実施例においてそこでは５で示されているＣ
ＣＤカメラの前に設置することもできる。

第５図の実施例においても、コリメーター２８および３
８によって生じる波面誤差を取り除くために、ここでも
較正測定を行うことができる。このために被検体４２が
ビーム路から取外されかつ２つのコリメーター２８およ
び３８が、両方の焦点ＱｌおよびＱ２が合致するところ
まで相互に移動される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、非球面の凹面鏡の検査のための干渉計の光学
的な構成の原理を示す略図であり、第２図は、第１図と
比べて干渉計の検査光路が多少変形されてい偽実施例の
構成の原理を示す略図であり、第３ｑは、透明な光学素
子の連続検査に適するように変形された、第１図の干渉
計の検査光路を示す略図であり、第４図は、較正測定期
間の第３図の実施例を被検体を取外した状態にて示した
略図であり、第５図は、透明な光学素子の連続検査に対
するマツハ−ツエンダー干渉計に基づいた別の実施例の
構成の原理を示す略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検査波を発生する、干渉計のコリメーターを被検体
   に対して相対的に移動しかつ検査波の部分領域が被検体
   に整合されている、コリメーターの種々の位置における
   インターフェログラムを検出する、非球面の波面を発生
   する光学素子を干渉計を用いて検査する方法において、 前記種々の位置におけるコリメーター（８ ；１８；２８；３８）と被検体（１２；２２；３２；４
   ２）との間の相対位置を高精度で測定し、 インターフェログラムを画像センサ（カメ ラ５；２５）を用いて電子的に記録しかつそれぞれのイ
   ンターフェログラムの個々の画素に対する干渉計の検査
   ビームと参照ビームとの光路差（ｌ＿ｉ＿ｓ＿ｔ（ｈ）
   ）として記憶し、干渉法で測定された光路差（ｌ＿ｉ＿
   ｓ＿ｔ（ｈ））を、コリメーター（８；１８；２８；３
   ８）の種々の位置に対して計算されたかないし較正によ
   って求められた目標光路差（ｌ＿ｓ＿ｏ＿ｌ＿ｌ（ｈ）
   ）と比較し、その際個々の画素に対する位相誤差（Δψ
   （ｈ））を形成し、かつ そこから被検体（１２；２２；３２；４２ ）の波面の非球面の形の誤差を全体的に計算する ことを特徴とする光学素子の検査方法。 ２、波面の形の計算は、その都度隣接する画素（ｘｉ、
   ｙｉ）および（ｘｉ＋ｄｘ、ｙｉ）並びに（ｘｉ、ｙｉ
   ＋ｄｙ）の位相誤差の差（Δψ（ｈ））が形成され、前
   記差が平均化されかつ引き続いて被検体の全部の波面誤
   差に積分されることを特徴とする請求項１記載の光学素
   子の検査方法。 ３、コリメーター（８；１８；２８：３８）から出る波
   面の正確な形をコリメーターのレンズデータから予め計
   算しかつ目標光路差（ｌ＿ｓ＿ｏ＿ｌ＿ｌ（ｈ））を求
   める際に考慮することを特徴とする請求項１記載の光学
   素子の検査方法。 ４、コリメーター（８；１８；２８；３８）から出る波
   面の正確な形を、既知の形の平面に対する干渉法の比較
   測定によって予め決定しかつ目標光路差（ｌ＿ｓ＿ｏ＿
   ｌ＿ｌ（ｈ））を求める際に考慮することを特徴とする
   請求項１記載の光学素子の検査方法。 ５、コリメーターを検査の都度両方向（＋ｚ、−ｚ）に
   移動しかつ両方の移動過程における同じ位置において得
   られた測定値を平均化することを特徴とする請求項１記
   載の光学素子の検査方法。 ６、干渉計（３、４；２３、２４）と、被検体（１２；
   ２２；３２；４２）に対して相対的に移動可能である、
   検査波を発生するコリメーターと、インターフェログラ
   ムを検出ないし表示するための装置（５−７；２５）と
   から成る、非球面の波面を発生する光学素子の検査装置
   において、 被検体とコリメーターとの間の相対位置を 正確に測定するための長さ測定装置（１０、１１；４１
   ）が設けられており、 干渉計は別個の参照光路を有しており、 インターフェログラムを検出するための装 置が計算機（６）を含んでおり、該計算機はインターフ
   ェログラムから決定される光路差（ｌ＿ｉ＿ｓ＿ｔ（ｈ
   ））と検査波の形および被検体の目標形から計算される
   、それぞれの画素およびコリメーター対物レンズのそれ
   ぞれの位置（ｓ（ｈ））における光路差（ｌ＿ｓ＿ｏ＿
   ｌ＿ｌ（ｈ））とを形成する ことを特徴とする光学素子の検査装置。 ７、コリメーター（８）は単レンズであることを特徴と
   する請求項６記載の光学素子の検査装置。 ８、被検体はレンズないしレンズ系（３２）でありかつ
   被検体の後に鏡（３３；３４）が配設されていることを
   特徴とする光学素子の検査装置。 ９、干渉計（３、４）とコリメーター（８）との間に光
   学的な２重通過装置（１３−１５）が配設されているこ
   とを特徴とする請求項６記載の光学素子の検査装置。 １０、被検体（４２）はマツハ−ツエンダー干渉計の測
   定光路において２つのコリメーター間に配設されている
   ことを特徴とする請求項６記載の光学素子の検査装置。