JPH08233513A

JPH08233513A - 干渉システム

Info

Publication number: JPH08233513A
Application number: JP7037340A
Authority: JP
Inventors: Hajime Ichikawa; 元市川; Shigeo Mizoroke; 茂男御菩薩池; Motoo Koyama; 元夫小山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】非球面創成工程中の、形状誤差の大きな粗面
の段階で、非球面のκ、Ｒ、及び、レンズとしての偏心
が測定可能な干渉システムの提供を目的とする。【構成】可視光、若しくは赤外光を光源とする干渉計
本体、及び集光レンズから構成される第一の干渉計測系
と、被検レンズを保持調整する保持調整機構と、該被検
レンズの裏面側からの第二の干渉計測系と、２個の干渉
計測系の測定データを演算処理する演算装置と、赤外リ
レー光学系とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、研削面、砂掛け面等の
粗面、及び、非球面量の大きな非球面の測定が可能な、
赤外干渉計を組み込んだ干渉システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学面として使用される非球面の製作工
程は、ＮＣ研削等の工程により、先ず非球面創成が行わ
れ、次に研磨工程にて、前工程で発生した加工変質層を
除去しながら、面形状を所望の設計形状に仕上げて行く
ことが通常行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、研削工
程においては、軸ブレ等の理由から所謂「アス面（直交
する断面のパワー成分が異なる面）」に仕上がることが
あり、さらに、非球面がレンズの一面として使用される
場合には、裏面に対する偏心が生じてしまうこともあっ
た。

【０００４】このＮＣ研削工程中の加工面は、硝種にも
よるが、表面粗さがｒｍｓ値で１μｍを越えることも稀
で無く、このような粗面は、可視光（例えば、λ＝６３
３nmのＨｅＮｅレーザ）を光源とする通常の可視干渉計
では測定不可能であった。また、この粗面に対して、大
面積の軟質性ポリシャにより、効率良く加工変質層を除
去するための、所謂「均等研磨」を行ってから、修正研
磨を加えることも一般的に行われている。この時、研削
装置の剛性や加工技術に依存して発生した面形状誤差
が、均等性の誤差によりさらに拡大され、最終的に数μ
ｍを越えてしまうことも多かった。このような形状誤差
の大きな面は、たとえ研磨により表面粗さを小さくして
も、測定球面波からの乖離（サグ量）が大きいため、表
れる干渉縞の本数も多くなり過ぎて、センサの横分解能
の制約から解析不能となり、やはり測定不可能であっ
た。

【０００５】従って、修正研磨工程に入るまでは、非球
面の測定は、２次元、または、３次元の形状測定器に頼
らざるを得なかった。しかるに、これらの形状測定器の
データから、アス等の全面情報を得て、その情報を基に
非球面係数κや中心曲率半径Ｒを算出し、さらには、レ
ンズとしての偏心を算出するのは、測定時間（２次元の
場合は断面数）と算出値の信頼性がトレードオフの関係
になってしまうため、精度的に不充分にならざるを得な
いと言う問題点があった。

【０００６】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、非球面創成工程中の、形状誤差の大きな粗面
の段階で、非球面のκ、Ｒ、及び、レンズとしての偏心
が測定可能な干渉システムの提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記問題点の解決のため
に、本発明者は『干渉計本体、及び該干渉計本体から射
出される平面波を球面波に変換するための集光レンズ』
とから構成される第一の干渉計測系と、被検レンズの第
一面の略球心を該集光レンズの結像点に合致させるよう
に該被検レンズを保持調整するための保持調整機構と、
該被検レンズの第二面側から干渉計測するための第二の
干渉計測系と、該第一の干渉計測系、及び該第二の干渉
計測系の測定データを演算処理するための演算装置とか
らなる干渉システムにおいて、該第一の干渉計測系、
若しくは該第二の干渉計測系を、可視光を光源とする可
視干渉計測系から赤外光を光源とする赤外干渉計測系
に、該可視干渉計測系の光束内に赤外リレー光学系を挿
脱させることにより切替え可能としたことを特徴とする
干渉システムにより、前記問題点を解決できることを見
出し、本発明をなすに到った。

【０００８】

【作用】赤外干渉計の用途としては、第１に赤外線透過
材料の内部均質性評価が、第２に表面粗さの大きな面
（粗面）の形状測定が、第３に非球面量の大きな非球面
の面形状測定が挙げられる。赤外光源の波長が長くなれ
ば、周囲の常温物体からの放射光が熱雑音となるため、
測定誤差を少なくするためには光源のパワーを上げる必
要がある反面、前記第２、第３の測定能力が増大する。

【０００９】例えば、第２の用途に関しては、「表面粗
さ（σ）÷赤外光の波長（λ）」と干渉縞のコントラス
トの劣化度（Ｃ）との間に、数１の関係があることが知
られている。［数１］Ｃ＝ｅｘｐ（−８・π²・σ²／λ²）この式から分かるように、λが大きくなるほどＣが小さ
くなるため、赤外光源として、波長が３μｍ帯の赤外光
よりも、１０．６μｍのＣＯ₂レーザ光を使用した方
が、測定のダイナミックレンジが増大し、有利である。

【００１０】また、第３の用途に関しても、干渉縞の本
数は縞１本の間隔がλ／２の光路差（ＯＰＤ）に相当す
るから、第２の用途と同様、波長が長い方が測定のダイ
ナミックレンジが増大する。この第２、及び、第３の用
途は、非球面の創成工程中の面計測に非常に有用であ
り、例えば前述のような、少なくとも一面が「粗面、ま
たは、可視干渉計では面精度測定が不可能なほど非球面
量が大きな非球面」であっても、測定可能となる。

【００１１】例えば、図１のような、一面が非球面１ａ
（研磨面状態、粗面状態を問わない）、一面が研磨面状
態の球面１ｂで構成された非球面レンズである被検レン
ズ１に対して、この赤外干渉計測系を可視干渉計測系と
共軸（光軸が一致した状態）にし、その状態で、非球面
１ａ（粗面であっても良い）側を赤外干渉計測系によ
り、球面１ｂ側を可視干渉計測系により、それぞれ測定
すれば、非球面１ａと球面１ｂの関係が確定する。ま
た、「特願平７−３２５７９で開示された演算法によ
り、非球面形状から定義できる非球面軸」に対する、裏
面の偏心が測定可能となる。

【００１２】この共軸の位置出しは、以下の手順で行え
ば良い。即ち、先ず、高精度な平行平面板に対して両方
の干渉計本体２、５を、各々の射出平面波が所謂「縞一
色」状態に干渉するようにアライメントする。次に、各
々の干渉計測系の集光レンズ３、６を各干渉計本体の内
部に設けられた基準参照面に対してアライメントし装着
する。最後に、各集光レンズ３、６の焦点位置を合致さ
せ、光軸に垂直方向のシフトずれをゼロにすれば良い。
この操作は、集光レンズがフィゾーレンズの場合、他方
の干渉光学系をこのフィゾー面に対して「縞一色」に合
わせればよいため、非常にアライメントが容易になる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例であり、可視
干渉計測系と赤外干渉計測系により、非球面レンズ１の
偏心測定を可能としたものである。赤外干渉計本体２と
しては、図３のような、トワイマングリーン型の干渉計
が一般に知られている。

【００１４】先ず、可干渉光源２０１からの測定光はコ
リメータレンズ２０２により平面波に整形された後、ビ
ームスプリッタ２０３に入射しそこで２分割される。そ
の内の一方の光束は、入射光束に対して垂直に偏向され
るものであり、偏向された光束は、基準参照面２０４に
垂直に入射した後、反射光束が今度はビームスプリッタ
２０３を透過直進し、結像レンズ２０５に入射する。他
方の光束は、ビームスプリッタ２０３をそのまま透過直
進し、干渉計本体２の射出口２０６から射出され、射出
口２０６に取り付けられた集光レンズ３ｂにより一旦結
像された光束は広がって、被検レンズ１の被検面１ａに
垂直に入射した後、略同じ光路を辿って、今度はビーム
スプリッタ２０３で入射光束に対して垂直に偏向され
て、同様に結像レンズ２０５に入射する。このようにし
て、結像レンズ２０５に入射した２個の光束は、ＣＣＤ
２０７上に干渉縞を形成する。

【００１５】可視干渉計本体５はフィゾー型の干渉計を
使用しており、光軸の共軸化は、赤外干渉計本体２の光
軸を基準として行っている。即ち、前述の平行平面板を
用いて両干渉計本体２、５からの平面波を平行にしてお
き、赤外干渉計本体２に取付けられた集光レンズ３ｂか
らの球面波を、可視光用フィゾーレンズ（レンズ最終面
であるフィゾー面の曲率中心がレンズの結像点と一致し
ている）６のフィゾー面６ａと「縞一色」の干渉状態と
なるように、フィゾーレンズ６の位置を保持調整機構７
により微調整すれば良い。図では、被検レンズ１の保持
調整機構のみを図示しているが、各集光レンズも同様の
機構で保持調整されている。

【００１６】例えば、高次成分も含んだ非球面を２次非
球面と見なすことにより、その最適近似２次非球面に対
して、球面波による赤外干渉計測を行えば、本願と同時
出願の『干渉装置』で開示した演算法により、２次非球
面成分の特定が可能となると同時に、非球面軸も測定光
軸に対して定まる。このアライメント状態のままで、裏
面の球面を可視干渉計測して得られる干渉縞を解析すれ
ば、裏面の球心の、非球面軸に対するずれ（偏心）が測
定可能となる。

【００１７】なお、赤外干渉計測系のデータは、可視干
渉計測系の演算装置に転送され、演算装置内の共通の解
析ソフトにより、面精度データの解析を行っている。各
々の干渉計本体の座標の整合性（例えば、横座標のサン
プリング間隔のアスペクト比や座標の歪み等）はソフト
で補正している。演算装置は、被検面の情報が予め入力
され、演算に必要な係数を測定に先立って演算し記憶し
ておく機能と、可視干渉計本体内の干渉縞撮像手段（Ｃ
ＣＤカメラ）からの画像情報を光路差データに変換する
機能と、前記係数を基に光路差データを解析処理し、被
検面の形状誤差を算出する機能と、赤外干渉計本体の測
定データを取り込む機能と、測定結果を表示する機能と
を有す。

【００１８】図２は、本発明の第１の実施例の第１の変
形例であり、可視干渉計測系と赤外干渉計測系を共軸化
すると共に、測定光を赤外光と可視光の二者択一とする
ことにより、一面が２次非球面１ａ、一面が球面１ｂで
構成された非球面レンズ１の測定を可能とした干渉シス
テムである。干渉計本体２、５は、各々一台ずつとし、
５個の偏向ミラー９により、干渉計本体２、５からの測
定光を非球面レンズ１の両側から回せるようにしてい
る。光路の切替えは、可視干渉計測系の場合には、第一
の偏向ミラー９ａの挿脱により行い、赤外干渉計測系の
場合には、第三の偏向ミラー９ｃの反転（図の点線の位
置）により行っている。

【００１９】また、赤外干渉計測系の第三の偏向ミラー
９ｃ、及び、リレー光学系１０の片方１０ａ（絞り使用
時には、絞り１１も含め）を、可視干渉計測系の光束内
に図のように挿脱させると同時に、集光レンズ３ａ（可
視光用集光レンズ）を集光レンズ３ｂ（赤外光用集光レ
ンズ）に置き換えることにより、赤外干渉計測系と可視
干渉計測系の切替えを可能としている。このリレー光学
系１０は、２次非球面１ａを赤外干渉計本体２の瞳に共
役化するためのものであり、等倍のリレー系を採用して
いる。また、絞り１１はピンホール状であり、リレーレ
ンズ１０ｂの表面から反射される不必要な光（迷光）を
カットするためにリレー光学系１０の結像点位置に挿入
されるのものである。この絞り１１は、赤外干渉計本体
２の内部にある、リレー光学系１０の結像点と共役な位
置に設ければ、リレーレンズ１０ａからの迷光もカット
できると同時に、挿脱の操作も不要となる。なお、第一
の偏向ミラー９ａを反転（図の点線の位置）させること
により、球面１ｂ側からの赤外干渉計測も可能としてい
る。ただしこの場合にも、図示しない同様のリレー光学
系を挿脱させつつ、フィゾーレンズ６を赤外光用の集光
レンズに交換する必要がある。

【００２０】偏向ミラー９の反射率は、赤外光と可視光
の両方の波長で充分反射率を有するコートを施してい
る。ミラーの面精度は、赤外干渉計本体２がトワイマン
グリーン干渉計であるため、透過波面精度を損なわない
ように精度面に仕上げておく必要がある。本装置の配置
では、４個の保持調整機構７（被検面と干渉計の参照波
面とのアライメント用）も、赤外干渉計測と可視干渉計
測で共用できる利点を有する。

【００２１】移動機構は、４個のスライダ８、及び図示
しない移動軸とからなり、上から第一、第二と順番に呼
称するものとする。この時、第一スライダ８ａには、上
からの測定光を集光するための集光レンズ３ａ（可視光
用）、または集光レンズ３ｂ（赤外光用）を、測定光の
種類に合わせて二者択一で設置する。図では、干渉計本
体から射出される平面波の有効が異なるように示してい
るため、集光レンズの大きさも異なっている（３ａの方
が３ｂよりも大きい）。第三スライダ８ｃには、その集
光レンズ３ａ、３ｂにより一旦結像して発散する球面波
を入射させる対象となる非球面レンズ１を設置する。第
二スライダ８ｂには、２次非球面１ａにより平面波、若
しくは球面波に変換された測定光をさらに反射させるた
めの折返しミラー４を設置する。第四スライダ８ｄに
は、裏面１ｂの球面測定を行うための可視干渉計測系用
の集光レンズ６を設置する。

【００２２】なお、図２の被検レンズ１の下面側が、球
面からの非球面量が大きな非球面の場合には、本装置に
おいて、赤外光を被検物の下面側からも回せる、前述の
測定モードを採用することにより、両面共非球面で構成
された被検レンズの測定が可能となる。また、図２の被
検レンズ１の下面側が、２次非球面、または、高次非球
面で、球面からの非球面量がさらに大きな非球面の場合
には、図示しない第五スライダを追加して、下面側から
も折返し測定が可能なようにすれば、同様に、両面非球
面レンズの測定が可能となる。

【００２３】また、本発明の第１の実施例の第２の変形
例として、赤外干渉計を、本願と同時出願の『偏心測定
装置』で開示された装置に適用すれば、ＮＣ研削工程等
における２次非球面レンズの、２次非球面に対する裏面
の球心の偏心が測定可能となる。なお、この場合には、
本発明の構成要件の代替手段として、被検レンズの回転
機構の使用が可能となる。

【００２４】また、本発明の第２の実施例として、赤外
干渉計を、本願と同時出願の『干渉計測装置』で開示さ
れた装置に適用すれば、ＮＣ研削工程等における２次非
球面のκ、Ｒが測定可能となる。なお、この場合には、
本発明の構成要件に加え、移動機構の移動量検出手段
（レーザ測長器）等が必要となる。また、本発明の第３
の実施例として、赤外干渉計を、本願と同時出願の『干
渉計測システム』で開示された装置に適用すれば、ＮＣ
研削工程等における２次非球面レンズの全面の面精度測
定が可能となる。

【００２５】また、本発明の第４の実施例として、赤外
干渉計を、本願と同時出願の『中心厚測定装置』で開示
された装置に適用すれば、ＮＣ研削工程等における非球
面レンズの中心厚が測定可能となる。なお、この場合に
は本発明の構成要件に加え、移動機構の移動量検出手段
（レーザ測長器）等が必要となる。また、本発明の第５
の実施例として、赤外干渉計を、特願平７−３２５７
８、若しくは、本願と同時出願の『折り返し干渉装置』
で開示された装置に適用すれば、ＮＣ研削工程等におけ
る非球面（非常に大きな高次非球面成分を有する）の面
精度測定が可能となる。

【００２６】また、本発明の第６の実施例として、赤外
干渉計を、本願と同時出願の『焦点距離計測装置』で開
示された装置に適用すれば、ＮＣ研削工程等における非
球面の２次非球面成分（κ、Ｒ）が測定可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る干渉システ
ムを採用すれば、非球面創成工程中の、形状誤差の大き
な粗面の段階で、非球面のκ、Ｒ、及び、レンズとして
の偏心が測定可能となる。また、球面、非球面を問わ
ず、微小うねりの発生により可視干渉計ではデータの欠
けが生じるような被検面（球面、非球面を問わない）に
対しても、赤外干渉計を使用すれば、測定可能となるメ
リットを有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明に係る第１の実施例の原理図を示
す。

【図２】は、本発明に係る第１の実施例の第１の変形例
を示す。

【図３】は、本発明に係るトワイマングリーン干渉計を
示す。

【符号の説明】

１・・・・被検レンズ１ａ・・・・被検面（高次非球面）２・・・・第一の干渉計本体（赤外干渉計）３ａ・・・・集光レンズ（可視干渉計用）３ｂ・・・・集光レンズ（赤外干渉計用）４・・・・折返しミラー５・・・・第二の干渉計本体６・・・・集光レンズ（可視干渉計用）６ａ・・・・フィゾー面７・・・・保持調整機構８・・・・スライダ（移動機構）９・・・・偏向ミラー１０・・・・リレー光学系以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】「干渉計本体、及び該干渉計本体から射
出される平面波を球面波に変換するための集光レンズ」
とから構成される第一の干渉計測系と、被検レンズの第
一面の略球心を該集光レンズの結像点に合致させるよう
に該被検レンズを保持調整するための保持調整機構と、
該被検レンズの第二面側から干渉計測するための第二の
干渉計測系と、該第一の干渉計測系、及び該第二の干渉
計測系の測定データを演算処理するための演算装置とか
らなる干渉システムにおいて、該第一の干渉計測系、若しくは該第二の干渉計測系を、
可視光を光源とする可視干渉計測系から赤外光を光源と
する赤外干渉計測系に、該可視干渉計測系の光束内に赤
外リレー光学系を挿脱させることにより切替え可能とし
たことを特徴とする干渉システム。