JPH02228505A

JPH02228505A - 干渉計

Info

Publication number: JPH02228505A
Application number: JP1048465A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ichihara; 裕市原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1990-09-11
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2679221B2; US5076695A

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］本発明は球面の面精度を非常に高い絶対精度で測定する
ための干渉計に関する。

［従来の技術］従来この種の干渉計としては、トワイマングリーン型干
渉計、フィゾー型干渉計等が使われている。

例として第６図にトワイマングリーン干渉計を示す、レ
ーザ１から出た光はビームエクスパンダ−８で広げられ
、ビームスプリッタ９で２方向に分けられる。一方の光
束はレンズ１０で広げられて測定用光束として被測定面
（凹球面）４に照射され、ここでで反射されて同じ光路
を通り（レンズ１０で再び平行光線となる）ビームスプ
リッタへ９戻る。

ビームスプリッタ９で分けられた他方の光束は、参照用
反射面（基準となる理想的な面）１１で反射され、所定
の波面を有する参照用光束としてビームスプリッタ９へ
戻る。そして、ここで参照用光束と被測定球面４で反射
された測定用光束とが再び重ね合され、合成された光束
はレンズ６を通り、２次元のディテクター７へ到達し干
渉縞を生じる。この干渉縞の明暗の状態をディテクター
で読みとりコンピュータで処理することにより、被測定
面４の形状誤差が算出される。即ち、被測定面４に参照
用鏡面１１に対して歪んでいる部分があればそれに対応
してその部分の干渉縞の状態が乱れるので、これを解析
することによって被測定面４の参照用鏡面１１を基準と
した形状誤差を測定することができる。

また、測定精度を向上させるためには、参照用反射面１
１をピエゾ素子等を用いて光軸方向に振動させ、いわゆ
るＡＣ干渉計とし測定精度を上げている。更に、光路途
中の光学系の収差の影響を除くため、予め球面ゲージ（
面精度が既知である面）を被測定面４の代わりに設置し
て面精度を測定しておき、被測定面４の測定値を補正す
ることが行われている。

［発明が解決しようとする課題］上記のように、従来技術においては、測定精度を向上さ
せるためには球面ゲージを用いて光学系の収差の影響を
補正しており、この球面ゲージ自体の絶対精度はλ／４
０（λ・６３３ｎｍ）程度である。

しかし、近年、短波長光学素子、特に軟Ｘ線用光学素子
ではλ／１００〜λ八〇〇〇（数１０人）以下の面精度
が要求されており、従来の球面ゲージを用いる干渉計で
は求められる精度に対応することができないということ
が問題となってきた。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光
学系の収差に影響されずに、即ち球面ゲージによる補正
を必要としないで非常に高い絶対精度で球面精度を測定
することができる干渉計を提供することを目的とするも
のである。

［課題を解決するための手段］本発明においては、光源と被測定面との間に、所定の大
きさのピンホールを有する反射鏡が配置され、該反射鏡
のピンホールから回折した光の一部を測定用光束として
前記被測定面に照射するとともに、前記ピンホールから
回折した光の一部を参照用光束として、前記被測定面で
反射された測定用光束と互いに干渉させ、生じる干渉縞
の状態を検知することにより被測定面の球面精度を測定
する干渉計によって、上記の課題を達成している。

［作　用］本発明による干渉計においては、光源と被測定面の間に
ピンホールを設けた反射鏡が配置されているので、光源
から出射された光は、ピンホールから回折されて球面波
となる。そして、本発明ではこの球面波の一部を測定用
光束、一部を参照用光束としているので、測定用光束を
被測定面全体に照射するための光学系（第６図レンズ１
ｏ）及び参照用光束の波面を揃えるための鏡面（第６図
参照用反射面１１）が不要となる。つまり、測定用光束
の被測定面での反射光（球面波）と理想的な球面波であ
る参照用光束とを干渉させることにより、光学系の収差
の影響を受けずに被測定面の面精°度が測定される。

ここで、ピンホールの形状は円であることが望ましく、
具体的にはピーホールが形成された反射鏡が光軸に対し
て斜設される場合には、光軸方向から見たときに円形と
なるように楕円形の開口とすることが望ましい。

このピンホールの直径φは、使用波長λ、被測定面の曲
率半径をｒ、その口径をａとするとき、２　　　　　　
　　　　　　　　２ａの関係を満たすように構成することが好ましい。

（＋）式の下限を外れてピンホールが小さくなる場合に
は、球面波を生ずる光の光量が少なくなるため、被測定
面の面精度を十分に検出するに足るＳ／Ｎ比を得ること
が難しくなる。他方、上限を越えてピンホールが大きく
なる場合には、ピンホールで発生する球面波に歪が生ず
るため、精度の向上が困難になる。

次に、参照用光束と被測定面で反射された測定用光束と
を重ねあわせることにより生じる干渉縞について第４図
及び第５図を用いて模式的に説明する。なお、図におい
ては参照用光束の波面を実線で、測定用光束の波面を点
線で示す。

まず、測定用光束と参照用光束がともに理想的な球面波
である場合（即ち、被測定面に歪がない場合）は、測定
用光束と参照用光束の位相が例えば１／２λ異なるとき
（第４図Ａ）、２光束は互いに弱め合って全体が均一に
暗くなり、測定用光束と参照用光束の位相が一致してい
るとき（第４図Ｂ）には、２光束が互いに強め合って全
体が均一に明るくなる。

これに対し、被測定面に歪がある場合、被測定面で反射
された測定用光束は、第５図Ａに示されるように波面が
歪み、参照用光束との位相差が場所によって異なってく
る。簡単のため、測定用光束と参照用光束の波面の様子
をａ　’ｗ　ｅの領域に分けて考察すると、測定用光束
と参照用光束の位相のずれは第５図Ｂのようになる。つ
まり、参照用光束の位相ｒに対して領域ａ、ｅの測定用
光束の位相は約１７２λずれており、この領域では２光
束が打ち消しあって暗くなり、領域Ｃでは位相が一致す
るため２光束が強めあって明るくなる。また、領域す、
ｄでは位相が約１７４λずれており領域ａ、ｅとＣの間
の明るさとなる。その結果、照射面（紙面に対して垂直
な面）の明暗の状態は第５図Ｃに示されたようになる。

このように、被測定面の歪があるとそれに対応した部分
の干渉縞の明暗状態に乱れが生じるので、これを検出し
て解析することにより被測定面の球面精度を測定するこ
とができる。

［実施例］第１図は本発明の第１の実施例を示す光路図である。

本実施例の干渉計においては、レーザ光源１と被測定面
４の間に、ピンホールを形成した反射鏡（以下ピンホー
ルミラーと称す）３が光軸に対して約４５°の角度をな
し、かつピンホールが光軸上に位置するように配置され
ている。

本実施例におけるピンホールミラー３は第３図に示され
るように、ガラス板３ｂの表面に例えばクロム等の薄膜
３ａ（例えば厚さ１０００〜２０００Ａ程度）が蒸着さ
れており、薄膜３ａの略中央部にピンホール３Ｃがエツ
チング等によって設けられている。このピンホール３Ｃ
の開口は、長径が光軸と４５°の角度をなす楕円となっ
ており、光軸方向から見たときに前記（１）式を満足す
る大きさの円（例えば直径約１μ−程度）となるように
形成されている。

また、本実施例の干渉計では、光源１から被測定面４に
至る光軸とピンホール３Ｃの形成部分でほぼ直交する光
軸上に、球面反射鏡５と二次元ＣＣＤ　（電荷結合素子
）７がピンホールミラー３を介して対向するように配置
されている。

以上のような構成の干渉計において、レーザ光源１から
でた光は、レンズ２で集光されピンホールミラー３に当
り、光の一部はピンホール３Ｃを通過し、回折により理
想的球面波として広がり、測定用光束として被測定面４
を照射する。

被測定面４で反射された測定用光束は、元来た光路を通
ってピンホールミラー３に集光される。

この際、ピンホール３ａの径は被測定面４での反射光の
集光点の大きさえｒ／ａより十分率さいので大部分の光
はピンホールミラー３で反射されて（９０°折り曲げら
れて）、レンズ６を通って１００×１００のエレメント
を持つ２次元ＣＣＤ７の受光面に到達する。

他方、レンズ２で集光されピンホールミラー３で反射さ
れた光は、球面反射鏡５に当り、ここで反射されて再び
ピンホールミラー３に集光される。集光された光の一部
は、ピンホール３Ｃを透過し、回折されて理想的球面波
として広がり、レンズ６で平行光束とされて参照用光束
としてＣＣＤ７受光面に到達する。なお、本実施例にお
ける球面反射鏡５は、ピンホールに向けて光束を反射集
光できれば良く、従来例を示した第６図の参照用鏡面１
１とは異なり、参照用光束の波面を揃えるための基準面
ではないので、格別に高精度に形成されている必要はな
い。

ＣＣＤ７の受光面では参照用光束と被測定面からの反射
光（測定用光束）との干渉によって干渉縞が生じる。Ｃ
ＣＤ７からの出力は不図示のコンピュータに取り込まれ
て解析され、干渉縞の状態から被測定面の球面精度が算
出される。

また、本実施例の干渉計では、さらに測定精度を向上さ
せるために、被測定面４又は球面反射鏡５のホルダに、
ピエゾ素子１２が具備されており、いずれかの面を光軸
方向に微小に振動させて、周知のＡＣ干渉計の手法によ
り高精度灯被測定面の面精度を読みとることができるよ
うになっている。つまり、被測定面４又は球面反射鏡５
を微小に振動させることにより、光路差が微小に変りそ
れに伴って干渉縞の状態が変化するので、この変化を被
照射面の各領域で検出することにより被測定面の歪みが
測定される。

上記のような干渉計における最大の誤差要因は、ピンホ
ールミラー３の精度であるが、面精度については反射に
用いられる領域が非常に僅かであるので、実質上問題に
ならない。また、ピンホール３Ｃが存在しているためそ
の部分だけ光が反射されないが、前記（１）式を満足す
るようにピンホール径を十分小さくすれば測定精度に対
する影響は非常に小さいものとなり、λ／１００〜λ／
１０００という非常に高い絶対精度での測定が可能とな
る。

また、ピンホール３Ｃによる不要な回折（例えば、被測
定面４からの反射光がピンホール３ｃで回折されて球面
反射鏡５に入射し、さらにここで反射されてピンホール
３ｃを透過してＣＣＤ７に到達する場合）が生じること
も考えられるが、いずれにしてもこれらの光はＣＣＤ７
に到達する前にピンホール３ｃを通ってここで理想的な
球面波となるので測定精度には影響がない。

第２図は本発明の第２の実施例を示す光路図である。こ
の実施例では、レーザ光源１と被照射面４の間に第１の
実施例と同様なピンホールミラー３が光軸に対して所定
の角度（４５°より大）をなすように配置されている。

本実施例においては第１の実施例の球面反射鏡５が配置
されておらず、光源１から被測定面４に至る光軸と所定
の角度（９０°より小）をなす光軸上にＣＣＤ７が配置
されている。

かかる干渉計において、レーザ光源１からでた光はレン
ズ２で集光され、ピンホールミラー３に当り、光の一部
はピンホール３ｃを通過し回折により理想的球面波とし
て広がって行く。

この球面波の一部が測定用光束として被測定面４に照射
され、被測定面４で反射されてピンホールミラー３に集
光される。測定用光束はさらにピンホールミラー３で反
射され、レンズ６で平行光束とされてＣＣＤ７の受光面
に到達する。

又、ピンホールを通過して回折により広がった理想的球
面波の他の一部は、参照用光束としてレンズ６で平行光
束とされてＣＣＤ７に到達する。

この際、ピンホールから回折される球面波は光源１から
被照射面４に至る光軸から離れる程波面に歪みを生じや
すく、光量も低下するので、レンズ６及びＣＣＤ７はこ
れらを考慮して配置することが望ましい。

次に、ＣＣＤ７の受光面では、参照用光束と被測定面４
で反射された測定用光束とが互いに干渉して干渉縞を生
じる。本実施例のにおいても第１の実施例と同様に被測
定面４のホルダにピエゾ素子が備えられており、被測定
面４を微小に振動させて干渉縞の変化をＣＣＤ７で検出
して、これを解析することにより球面精度が算出される
。

なお、この実施例では、光源から射出されてピンホール
から回折された光をそのまま参照用光束としているので
、ＣＣＤ７に到達する測定用光束と参照用光束の光路差
が第１の実施例の場合より大となるが、光源ｌとして単
一波長レーザ等の干渉性の高い光源を使用すればこの程
度の光路長の差は特に問題とならない。

また、上記の第１及び第２の実施例では干渉縞の状態を
検知するのに二次元ＣＯＤを用いているが、これに限ら
ず、その他の光電素子を用いて干渉縞を検出しても良い
ことはいうまでもない。

［発明の効果］以上の様に本発明においては、ピンホールから回折した
球面波を測定用光束および参照用光束としているので、
測定用光束を広げるためのレンズや参照用光束の波面を
揃えるための鏡面が不要であり、光学系の収差に影響さ
れずに（即ち、球面ゲージによる補正を必要としないで
）、被測定面の球面精度を測定することができる。

かかる干渉計を用いれば、ピンホールの大きさを適切に
選択することにより、例えばλ／１００〜λ／１０００
という非常に高い絶対精度での測定が可能であり、波長
の短い軟Ｘ線用の光学素子の球面精度を測定する場合等
に極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光路図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す光路図、第３図はピンホー
ルミラーの部分拡大断面図、第４図及び第５図は参照用
光束と測定用光束の干渉を説明するための概念図、第６
図は従来のトワイマングリーン型干渉計を示す光路図で
ある。［主要部分の符号の説明］１・・・レーザ光源３・・・ピンホールミラー３ｃ・・・ピンホール４・・・被測定面５・・・球面反射鏡７・・・２次元ＣＣＤ２・・・ピエゾ素子

Claims

【特許請求の範囲】光源から出射された光束の一部を測定用光束として被測
定面である凹面に照射するとともに、該被測定面で反射
された前記測定用光束と、前記光源から出射された光束
の一部であって所定の波面を有する参照用光束とを互い
に干渉させ、該干渉により生じる干渉縞の状態を検知す
ることにより、前記被測定面の球面精度を測定する干渉
計において、前記光源と前記被測定面との間に、所定の大きさのピン
ホールを有する反射鏡が配置され、該反射鏡のピンホー
ルから回折した光の一部を前記測定用光束として前記被
測定面に照射するとともに、前記ピンホールから回折し
た光の一部を前記参照用光束として前記被測定面で反射
された測定用光束と互いに干渉させることを特徴とした
干渉計。