JPH05157532A - 測定用計算機ホログラム及びそれを用いた計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 計算機ホログラムを精度良く光学系に設定し
て、高精度な非球面の計測を行うこと。 【構成】 被検物体である非球面を計測する波面を所定
の入射光波面に対して発生させる透過型の計算機ホログ
ラムが形成されている基板上に、前記入射光波面の位相
共役波面を発生する反射型の計算機ホログラムを配置
し、該基板を先ず前記反射型計算機ホログラムを用いて
干渉計に位置合わせした後、該基板を所定量移動させて
前記透過型計算機ホログラムをセットし、被検物体であ
る非球面の測定を行うことを特徴とした非球面計測方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は計算機ホログラムを用い
て光学的に被検物体、特に非球面を測定を行う測定用計
算機ホログラム及びそれを用いた計測方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学系に新しい機能が求められる
のに伴い光学系への非球面の適用が盛んになってきてい
る。コンパクトビデオカメラ、走査光学系など新しく開
発された分野では非球面が積極的に活用されている。

【０００３】非球面を用いる場合の問題点の一つに、で
き上がった非球面の検査がある。特に非球面量が大きく
なると、通常のフィゾ−型の干渉計では発生する干渉縞
の数が多くなりすぎ、実質的に測定が困難になるという
問題がある。

【０００４】このため従来、非球面の測定では通常の干
渉計による球面測定とは異なる手法が用いられている。
接触プロ−ブを用いて機械的に非球面を測定する方法
や、計算機ホログラムを用いて被測定面に対する基準波
面を発生する方法などが一般的に知られている。

【０００５】特に計算機ホログラムを用いる方法は任意
の波面を発生させることができ、又、干渉縞の形で被測
定物を測定できるため、高精度、高速で被検面全体を２
次元測定できるということで注目されている。

【０００６】計算機ホログラムを用いる方法では、対象
となる被検非球面の形状を発生させる計算機ホログラム
を入射波に対して所定の関係に配置することが重要であ
る。従来、計算機ホログラムの配置は、光学系を構成す
る所定の部品位置から機械的に寸法測定をして位置決め
を行っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のよ
うな位置決め法は、計算機ホログラムの設定に要求され
る精度を十分に満足することができないという問題を持
っている。ホログラムは波面と波面の干渉状態を記録し
たものなので、設定精度には波長オ−ダ−の高い精度が
要求される。

【０００８】従来例の様に機械的に寸法測定で位置決め
を行う場合には、光学系を構成する他の光学部品の位置
が基準となる。この方法は計算機ホログラムに入射する
波面そのものをモニタするわけではなく、光学部品を押
さえている機械部品の位置など波面の位置を間接的に押
さえるものの位置しか分からないため、基準の位置自体
に精度上問題がある。

【０００９】このため計算機ホログラムを使って被検非
球面を測定する場合、光学系の調整誤差による余分な要
素が入ってしまうという欠点があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば従来の間
接的な計算機ホログラムの位置のモニタに代わって、計
算機ホログラムの設定を該ホログラムから発生する波面
自体を直接モニタすることによって行い、設定精度を飛
躍的に高めたものである。このため本発明では基板Ｃ上
に入射光波面を被検非球面形状波面に変換する機能を持
つ透過型計算機ホログラムＢに加えて、該計算機ホログ
ラムＢの設定精度確認用の計算機ホログラムＡを計算機
ホログラムＢと所定の関係で形成することを特徴として
いる。

【００１１】一例として計算機ホログラムＡに入射光の
位相共役波（入射光波と共役な光波）を発生する反射型
のものを採用した場合、基板Ｃをコモンパス干渉系内に
設置すれば、計算機ホログラムＡで基板Ｃの位置を入射
光に対し正確に設定することができる。

【００１２】然る後、基板Ｃを所定量だけ移動させれば
入射光に対して計算機ホログラムＢを正確に設定するこ
とが可能となり、所望の被検非球面検査用の波面を発生
させることができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例１を示すものである。
図中１は被検査非球面を持った被検査物（被検非球面）
である。この被検非球面１を検査するために用いられる
のが、計算機ホログラムの形成された基板２である。

【００１４】計算機ホログラムの基板２に参照光を与え
る光学系がレ−ザ９以下の光学系である。レ−ザ９から
出た光はコリメ−タレンズ１０で広げられ、ビ−ムスプ
リッタ６に到達する。ビ−ムスプリッタ６を通過した光
はレンズ５によって発散球面波に変換され、計算機ホロ
グラムに入射する参照波を形成する。従来例で問題なの
は、この入射参照波と計算機ホログラムとの位置合わせ
精度であった。

【００１５】一方、ビ−ムスプリッタ６で反射した光は
参照平面１１で反射し、再びビ−ムスプリッタ６へ戻っ
て今度は６を透過し、計算機ホログラムから戻ってくる
光に対しての基準波面となる。

【００１６】本発明では計算機ホログラム基板２上に被
検非球面検査用の計算機ホログラム３のほかに、位置合
わせ用の計算機ホログラム４を別途設けたことが特徴で
ある。計算機ホログラム４は反射型のもので、計算機ホ
ログラム基板２に入射する前述の発散球面波、すなわち
参照波の位相共役波を発生させるように設計がなされて
いる。

【００１７】最初に計算機ホログラム基板２をセットす
る際にはまず、計算機ホログラム４と参照波の位置合わ
せが行われる。計算機ホログラム４からの反射回折光
は、入射してきた発散球面波の位相共役波に変換される
ため収束球面波となり、もと来た光路を逆進する。逆進
した光はレンズ５を再び通って、ビ−ムスプリッタ６で
反射し、参照平面１１から反射して来た波面と合成され
る。合成された２つの光はレンズ７を通過して、カメラ
８に至り干渉縞を形成する。

【００１８】計算機ホログラム４からの反射回折光が入
射する発散参照光の正確な位相共役波となるためには、
基板２の位置及び傾きを調節し、参照光の曲率半径等を
あらかじめ設計された条件に合致させる必要がある。基
板２がこの特定の位置にセットされたとき、反射回折光
は入射光に位相共役な収束光となり、レンズ５を再び通
過した後、平面波となる。

【００１９】この結果、計算機ホログラム４からの反射
回折光のビデオカメラ８上での波面と、参照平面１１で
反射した基準光のビデオカメラ８上での波面は同一の形
状となり、いわゆるヌルの干渉縞を作る。即ちビデオカ
メラ８上で、ヌルの干渉縞が形成されるように基板２の
位置出しを行えば、検査光学系内で計算機ホログラム４
は参照光の波面を直接基準としてセットされたことにな
る。干渉縞を参照して行われる位置合わせのため、基板
２の設定精度は極めて高い。

【００２０】基板２上の計算機ホログラム４を参照波に
対して正確に位置合わせした後、今度は同じ基板２上に
形成された被検非球面１の波面を発生させる計算機ホロ
グラム３と参照波の位置合わせが行われる。計算機ホロ
グラム３と４は同一基板２上にあらかじめ所定の関係で
配置されている。このため前述の参照波と計算機ホログ
ラム４の位置合わせが行われている状態から、基板２を
基板２の傾きと法線方向の位置を保ったまま、法線方向
と垂直に所定量移動させることによって計算機ホログラ
ム３と参照波の位置合わせを行うことができる。

【００２１】図１に示した光学系１２はレ−ザ測長機
で、基板２を移動させる際、基板が法線方向に成分を持
った移動を行わないことを確認する役目をしている。計
算機ホログラム４と参照波の設定精度があらかじめ干渉
縞によって確認されていることから、計算機ホログラム
３の設定も同様の精度が達成される。この結果、計算機
ホログラム４から被検非球面１の正確な等価波面が回折
される。

【００２２】等価波面は被検非球面１に到達して反射
し、再びもと来た光路を戻って計算機ホログラム３に入
射して再回折される。再回折された光はレンズ５、ビ−
ムスプリッタ６を介して参照平面１１から帰って来た光
と合成され、レンズ７によりビデオカメラ８上で干渉縞
が観察される。被検非球面１が完全であれば、計算機ホ
ログラム３に戻ってくる光は最初に回折された光の位相
共役波となっており、再回折した光が参照光の位相共役
波となってヌルの干渉縞が形成される。

【００２３】これに対し被検非球面に誤差があれば、誤
差が波面の乱れとなって干渉縞の形でビデオカメラ８上
で観察される。これは通常のヌルテストのやり方と同じ
である。本発明ではあらかじめ計算機ホログラム４によ
り干渉縞レベルで基板２の設定精度が確認されているた
め、発生される被検非球面の波面に誤差が入らず、従来
に比べてより正確な測定を行うことが可能である。

【００２４】図２は本発明の実施例２で、一つの計算機
ホログラムで２種類の非球面を測定する場合の計算機ホ
ログラムの構成例を示している。基板２上には反射光が
参照光の位相共役波となる計算機ホログラム３と、検査
対象の非球面に対応し、それぞれの非球面の形状等価波
面を発生させる計算機ホログラム４ａと４ｂが形成され
ている。

【００２５】検査対象となる非球面の個数が増えれば、
等価波面を発生させる計算機ホログラムの数が基板２上
で増加することになる。

【００２６】図３は本発明の実施例３の説明図である。
基板２上にはこれまでの実施例と同じく入射する参照光
の位相共役波を発生させる計算機ホログラム３が基準と
して形成されている。

【００２７】本実施例では計算機ホログラム３のほかに
計算機ホログラム４ａ〜４ｈまで多数形成されている。
これは被検非球面の形状が複雑で、被検非球面の被測定
領域を分割したときに用いられるもので、４ａ〜４ｈは
各領域の形状に等価な波面を発生させる透過型の計算機
ホログラムである。測定を行う場合には被検領域に対応
した計算機ホログラムが用いられる。

【００２８】各領域のホログラムが一つの基板上に形成
されているため、各領域相互の位置合わせ精度を高くす
ることができ、大型の非球面や、複雑な形状の非球面に
応用すると効果が大きい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では被検非球
面の等価波面を発生させる計算機ホログラムに加えて、
同一の基板上に新たに参照光との位置合わせモニタ用の
独立した計算機ホログラムを設けることにより、前記等
価波面を発生させる計算機ホログラムを高精度に位置設
定することを可能とした。

【００３０】この結果、非球面の正確なヌルテストを行
うことが可能となり、更に基板上に複数個の計算機ホロ
グラムを形成することにより、複数個の非球面を効率よ
く検査したり、複雑な非球面を検査する際、従来では得
られない高精度を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１を示す非球面検査光学系

【図２】 本発明の実施例２の計算機ホログラムを示
す図

【図３】 本発明の実施例３の計算機ホログラムを示
す図

【符号の説明】

１ 被検非球面 ２ 計算機ホログラム基板 ３，４ 計算機ホログラム ５，７ レンズ ６ ビ−ムスプリッタ ８ ビデオカメラ ９ レ−ザ １０ コリメ−タ １１ 参照平面 １２ レ−ザ測長機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物体を計測するための波面を所定の
   入射光波面に対して発生させる透過型の計算機ホログラ
   ムが形成されている基板上に、前記入射光波面の位相共
   役波面を発生する反射型の計算機ホログラムを配置した
   ことを特徴とする測定用計算機ホログラム。
2. 【請求項２】 請求項１の計算機ホログラム基板を干渉
   計内にセットする際、前記反射型の計算機ホログラムを
   用いて前記基板を前記干渉計に位置合わせした後、前記
   基板を所定量移動させて前記透過型の計算機ホログラム
   を位置合わせし、前記被検物体の測定を行うことを特徴
   とした計測方法。
3. 【請求項３】 被検物体を計測するための波面を所定の
   入射光波面に対して発生させる透過型の計算機ホログラ
   ムが形成されている基板上に、基板の設定精度確認用の
   反射型の計算機ホログラムを配置したことを特徴とする
   測定用計算機ホログラム。