JPH07229721A - 非球面波発生装置及びそれを用いた非球面形状測定方法 - Google Patents

非球面波発生装置及びそれを用いた非球面形状測定方法

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JPH07229721A
JPH07229721A JP4199794A JP4199794A JPH07229721A JP H07229721 A JPH07229721 A JP H07229721A JP 4199794 A JP4199794 A JP 4199794A JP 4199794 A JP4199794 A JP 4199794A JP H07229721 A JPH07229721 A JP H07229721A
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JP
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wave
aspherical
spherical
spherical wave
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JP4199794A
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Keisuke Araki
敬介 荒木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 計算機ホログラムを用いて非球面形状を高精
度に測定することが出来る非球面波発生装置及びそれを
用いた非球面形状測定方法を得ること。 【構成】 基板面に球面波を非球面波に変換させる非球
面波発生用の計算機ホログラムと、該基板の非球面波発
生用の計算機ホログラムを設けた面又はその反対側の面
に球面波を該球面波の曲率半径とは異なった曲率半径の
球面波に変換させる球面波発生用の計算機ホログラムを
設けたこと。

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、特に非球面形状の測定を行う場合
に好適な非球面波発生装置及びそれを用いた非球面形状
測定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。特にコンパクトビデオカメラ、走査光学系等、新し
く開発された光学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1つに、で
き上がった非球面形状の検査がある。非球面形状の検査
方法としては従来より、所謂ヌルテスト法が多く用いら
れている。
【0004】このヌルテスト法では予めヌルレンズと呼
ばれる基準マスターを製作し、この基準マスターが理想
となる非球面の形状に対して垂直入射する光線群、即ち
理想非球面形状をなぞるような波面を形成し、該波面と
被検非球面からの反射波面との差を干渉縞の形で測定し
て非球面形状を測定している。
【0005】このヌルレンズとして最近ではCGH(計
算機作成ホログラム)レンズが理想非球面波作成に多く
用いられている。
【0006】図5はヌルレンズとしてCGHレンズを用
いた非球面形状測定方法の要部概略図、図6は図5の球
面波−非球面波変換用のCGH2のCGH面3Aのパタ
ーンの説明図である。
【0007】図5において2はCGH用の基板であり、
一方の面に球面波から非球面波への変換用のCGH面3
Aが形成されている。
【0008】一般にCGH面3Aへの入射光1は0次反
射光のノイズを回避する為に球面波1を用いている。こ
の球面波1がCGH面3Aで非球面波4に変換され、被
検面6に垂直に入射して被検面6からの反射光が元の来
た光路を逆に戻る構成となっている。そして元の来た光
路とのずれ量を干渉を利用して求め、これより被検面6
の形状を測定している。
【0009】図5に示す測定方法ではCGH面3Aの光
軸方向のセッティング精度が重要となっている。従来は
この光軸方向のセッティング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して行っ
ていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】非球面形状測定のヌル
テスト法においては光学系のセッティングを入射波面に
対するCGH面の位置を光学部品を精度的に押えている
機械部品の位置等から間接的に行っている。この為波長
オーダーの高い精度(ホログラムは波面と波面の干渉縞
なので高い位置合わせ精度が必要)を出すのが大変難し
かった。
【0011】これに対して本出願人は特願平5−157
532号公報において、図7,図8に示すように球面波
1を非球面波4に変換するCGH3Aの他に入射光の位
相共役波発生用の反射型のCGH3CをCGH用の基板
2の同一面に設けて位相共役波を発生させて、該CGH
面3Aの位置を反射回折波として戻ってくる位相共役波
によって行う方法を提案している。
【0012】この方法では位相共役波発生用の反射型の
CGHは波面変換量が大きくなり、計算機作成ホログラ
ムのパターンの本数が多くなり、又パターンの間隔も細
くなり、精度あわせに必要な高NAの計算機作成ホログ
ラムの作成には計算量・描画量が多くなり困難性も増加
してくる傾向があった。
【0013】本発明は本出願人が先に提案した非球面波
発生装置を改良し、非球面波発生用のCGH面の光軸方
向の位置合わせを波面変換量の多い位相共役反射波を用
いることなく高精度かつ容易に行うことができ、非球面
形状を高精度に測定することのできる非球面波発生装置
及びそれを用いた非球面形状測定方法の提供を目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の非球面波発生装
置は、基板面に球面波を非球面波に変換させる非球面波
発生用の計算機ホログラムと、該基板の非球面波発生用
の計算機ホログラムを設けた面又はその反対側の面に球
面波を該球面波の曲率半径とは異なった曲率半径の球面
波に変換させる球面波発生用の計算機ホログラムとを設
けたことを特徴としている。
【0015】本発明の非球面形状測定装置は、基板面に
球面波を非球面波に変換させる非球面波発生用の計算機
ホログラムと、該基板の非球面波発生用の計算機ホログ
ラムを設けた面又はその反対側の面に球面波を該球面波
の曲率半径とは異なった曲率半径の球面波に変換させる
球面波発生用の計算機ホログラムとを設けた非球面波発
生装置の該球面波発生用の計算機ホログラムを用いて、
該非球面波発生装置と被測定面との位置関係を設定した
後に該非球面波発生装置に球面波を入射させ、該非球面
波発生装置から射出する非球面波を該被測定面に垂直入
射させ、該被測定面からの反射光を該非球面波発生用の
計算機ホログラムを介して球面波に逆変換し、次いで参
照球面波と干渉させ、該干渉波面を利用して該被測定面
の面形状を測定していることを特徴としている。
【0016】
【実施例】図1は本発明の非球面波発生装置の実施例1
の要部概略図、図2は図1の非球面波発生装置の説明図
である。
【0017】図中2は計算機作成ホログラム(CGH)
用の基板である。基板2の一方の面2bには球面波−非
球面波変換用のCGH3Aが形成され、同じ面2bには
球面波−球面波変換用のCGH3Bが形成されている。
【0018】尚、本実施例では同一面にCGH3AとC
GH3Bを形成した例を示しているが、CGH3Bは面
2bと反対側の面2aであっても良い。
【0019】本実施例においてこれらの各要素2,3
A,3Bは非球面波発生装置の一要素を構成している。
6は被検面としての非球面である。1は入射する球面波
である。この球面波を基板2上に描かれた非球面波発生
用のCGH3Aによって非球面波4に変換している。こ
のときの非球面波の被検面6への入射精度は球面波1と
非球面波発生用のCGH3Aの位置合わせ精度で決まっ
てくる。
【0020】そこで本実施例では基板2上にCGH3A
の他に球面波の曲率半径だけを変える球面波−球面波変
換用のCGH3Bを基板2の厚みの影響から生じる収差
を補正しつつ設けている。そして該CGH3Bにより入
射球面波1を被検非球面6の頂点に集光する球面波5に
変換した後、被検非球面6の頂点で反射させ、再び同じ
光路を戻した後、CGH3Bで入射球面波と同じ曲率半
径の球面波となるように、即ち入射球面波との干渉縞が
ワンカラーになるように基板2と被検非球面6との光軸
方向の位置合わせを行っている。
【0021】これにより基板2の光軸方向の位置合わせ
を被検非球面6の頂点の位置合わせと同時に行い、次い
で基板2を光軸と垂直方向に平行シフトさせ、CGH3
Aの光軸が先刻合わせた光軸に一致するようにしてい
る。そして球面波1が非球面波発生用のCGH3Aで精
度良く非球面波4に変換されるようにしている。
【0022】今、被検非球面6に面作成誤差がなければ
変換した非球面波4は被検非球面6に垂直に入射する。
従ってその反射波は元の来た経路を戻る。そしてCGH
3Aで再び入射球面波と同じ曲率半径の球面波となるの
で入射球面波との干渉縞はワンカラーとなる。
【0023】一方、被検非球面6が理想形状からずれて
いる場合には、そのずれ量に応じた干渉縞が入射球面波
とCGH3Aで再び略球面波に戻された波面との間に生
じる。そこでこの干渉縞を検出することにより被検非球
面6の非球面形状を検出している。
【0024】図3は図1に示した本発明の非球面波発生
装置を用いた非球面形状測定方法の概略図である。図3
において図1で示した要素と同一要素には同符番を付し
ている。
【0025】本実施例においては干渉縞の検出系をフィ
ゾー型干渉計より構成している。
【0026】同図においてレーザ光源7からのレーザ光
はコリメーターレンズ8により平行光とし、ビームスプ
リッター9に入射している。ビームスプリッター9を通
過した光束はTSレンズ10で入射用の球面波1とし
て、即ち図1で示したのと同様の球面波として基板2の
CGH3B、又はCGH3Aに入射させている。このと
き基板2と被検面6との位置合わせを図1で説明したの
と同様に行った後にCGH3Aで変換された非球面波4
を被検面6に入射させている。
【0027】一方、TSレンズ10の最終レンズ面で垂
直に反射して戻って来た光を参照光としている。位置合
わせ時又は非球面測定時に被検面6の頂点からの反射又
は被検面6に略垂直に入射して反射して来た光束はCG
H3B又はCGH3Aで再び逆向きの球面波に変換した
後、TSレンズ10で再び略平面波としてハーフミラー
9で反射している。
【0028】一方、TSレンズ10の最終レンズ面で反
射させた参照光もハーフミラーで反射させ、これにより
先の該平面波と重ね合わせている。このときの合成波面
より生じる干渉縞をレンズ11により所定面上に結像さ
せ、高次回折光をカットする為のフィルター12を通し
た後、カメラ13で該干渉縞を観測している。
【0029】そして、該カメラ13で観察される干渉縞
の状態より被検面6の非球面形状を検出している。
【0030】図4は本発明の非球面波発生装置の実施例
2の要部概略図である。
【0031】本実施例は図1の実施例1に比べて基板2
面上の球面波−非球面波変換用のCGH3Aの周囲に球
面波−球面波変換用のCGH3B1〜CGH3B4の4
つのCGHを配列している点が異なっており、その他の
構成は同じである。
【0032】本実施例ではCGH3A(基板2)と被検
面6との光軸方向の位置合わせを4つのCGH3B1〜
3B4のうちの1つを用いて行うと共に、他の3つのC
GHを用いて位置合わせの確認を行っている。これによ
りCGH3Aの上下方向と左右方向の傾きについても確
認することが出来、より高精度な位置合わせを可能とし
ている。
【0033】尚、以上の各実施例1,2において球面波
を非球面波に変換するCGH3Aは簡単の為に回転対称
の非球面波用の同心円の場合を示したが、回転非対称な
パターンであっても良い。例えば、球面波をトーリック
波等のアナモルフィックな非球面波に変換するものであ
っても良い。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、非球面波発生用のCGH面の光軸方
向の位置合わせを波面変換量の多い位相共役反射波を用
いることがなくても高精度かつ容易に行うことができ、
非球面形状を高精度に測定することのできる非球面波発
生装置及びそれを用いた非球面形状測定方法を達成する
ことができる。
【0035】特に、基板上に非球面波用のCGHの他
に、基板の厚みによる収差補正も含めて球面波を別の曲
率半径の球面波に変換する別のCGHを設けることによ
り、入射波面に対する非球面波変換CGHの位置設定の
精度を、より向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の非球面波発生装置の実施例1の要部
概略図
【図2】 図1の非球面波発生装置の説明図
【図3】 本発明の非球面波発生装置を用いた非球面形
状測定方法の要部概略図
【図4】 本発明の非球面波発生装置の実施例2の要部
説明図
【図5】 従来のCGHを用いたヌルテスト法の説明図
【図6】 図5のCGHのパターンの説明図
【図7】 従来の位相共役発生反射型のCGHを用いた
測定方法の説明図
【図8】 図7のCGHパターンの説明図
【符号の説明】
1 入射球面波 2 CGH用基板 3A 球面波−非球面波変換用のCGH 3B 球面波−球面波変換用のCGH 4 非球面波 5 球面波 6 被検面 7 レーザ光源 8 コリメーターレンズ 9 ビームスプリッター 10 TSレンズ 11 レンズ 12 高次回折光カットフィルター 13 カメラ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板面に球面波を非球面波に変換させる
    非球面波発生用の計算機ホログラムと、該基板の非球面
    波発生用の計算機ホログラムを設けた面又はその反対側
    の面に球面波を該球面波の曲率半径とは異なった曲率半
    径の球面波に変換させる球面波発生用の計算機ホログラ
    ムとを設けたことを特徴とする非球面波発生装置。
  2. 【請求項2】 基板面に球面波を非球面波に変換させる
    非球面波発生用の計算機ホログラムと、該基板の非球面
    波発生用の計算機ホログラムを設けた面又はその反対側
    の面に球面波を該球面波の曲率半径とは異なった曲率半
    径の球面波に変換させる球面波発生用の計算機ホログラ
    ムとを設けた非球面波発生装置の該球面波発生用の計算
    機ホログラムを用いて、該非球面波発生装置と被測定面
    との位置関係を設定した後に該非球面波発生装置に球面
    波を入射させ、該非球面波発生装置から射出する非球面
    波を該被測定面に垂直入射させ、該被測定面からの反射
    光を該非球面波発生用の計算機ホログラムを介して球面
    波に逆変換し、次いで参照球面波と干渉させ、該干渉波
    面を利用して該被測定面の面形状を測定していることを
    特徴とする非球面形状測定方法。
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