JPH085347A - システムエラー測定方法及びそれを用いた形状測定 装置 - Google Patents
システムエラー測定方法及びそれを用いた形状測定 装置Info
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- JPH085347A JPH085347A JP16328194A JP16328194A JPH085347A JP H085347 A JPH085347 A JP H085347A JP 16328194 A JP16328194 A JP 16328194A JP 16328194 A JP16328194 A JP 16328194A JP H085347 A JPH085347 A JP H085347A
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- measurement
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 トーリック面形状を干渉計のシステムエラー
を補正して高精度に測定することができるシステムエラ
ー測定方法及びそれを用いた形状測定装置を得ること。 【構成】 トーリック波面と被測定トーリック面が略一
致する状態で干渉縞を観測する第1の測定と、トーリッ
ク波面変換手段と被測定トーリック面との間に平面ミラ
ーを挿入して光波を略90°折り曲げて被測定トーリッ
ク面に入射させた状態で干渉縞を観測する第2の測定
と、トーリック波面の子線、母線、いずれか一方の焦線
位置にその位置でのもう一方の波面曲率に合致した球面
ミラーを配置した状態で光波を反射させ干渉縞を観測す
る第3の測定と、第1,第2,第3の測定結果に基づい
てシステムエラーを算出すること。
を補正して高精度に測定することができるシステムエラ
ー測定方法及びそれを用いた形状測定装置を得ること。 【構成】 トーリック波面と被測定トーリック面が略一
致する状態で干渉縞を観測する第1の測定と、トーリッ
ク波面変換手段と被測定トーリック面との間に平面ミラ
ーを挿入して光波を略90°折り曲げて被測定トーリッ
ク面に入射させた状態で干渉縞を観測する第2の測定
と、トーリック波面の子線、母線、いずれか一方の焦線
位置にその位置でのもう一方の波面曲率に合致した球面
ミラーを配置した状態で光波を反射させ干渉縞を観測す
る第3の測定と、第1,第2,第3の測定結果に基づい
てシステムエラーを算出すること。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシステムエラー測定方法
及びそれを用いた形状測定装置に関し、例えばレーザビ
ームプリンター等の走査系に用いられるトーリックレン
ズの表面状態(表面形状)を干渉を利用して測定する際
に、測定装置のシステム誤差(システムエラー)を除去
し、高精度な測定を可能にしたものである。
及びそれを用いた形状測定装置に関し、例えばレーザビ
ームプリンター等の走査系に用いられるトーリックレン
ズの表面状態(表面形状)を干渉を利用して測定する際
に、測定装置のシステム誤差(システムエラー)を除去
し、高精度な測定を可能にしたものである。
【0002】
【従来の技術】従来より干渉計を利用して光学部品の表
面形状を測定する干渉装置が種々と提案されている。こ
のうち干渉計に内在する固定誤差成分(システムエラ
ー)を除去する方法が、例えばTwyman-Green干渉計にお
いてはJ.H.BruningによってAPPLIED OPTICS Vol.13,No.
11(1974)2693、に開示されており、Fizeau干渉計におい
てはB.E.TruaxによってSPIE Vol.966(1988)130に開示さ
れている。
面形状を測定する干渉装置が種々と提案されている。こ
のうち干渉計に内在する固定誤差成分(システムエラ
ー)を除去する方法が、例えばTwyman-Green干渉計にお
いてはJ.H.BruningによってAPPLIED OPTICS Vol.13,No.
11(1974)2693、に開示されており、Fizeau干渉計におい
てはB.E.TruaxによってSPIE Vol.966(1988)130に開示さ
れている。
【0003】図3に典型的なTwyman-Green干渉計の概略
図を示す。
図を示す。
【0004】同図において、101は光源であるHe−
Neレーザー、102は入射ビームの口径を拡げるビー
ムエキスパンダ、103は干渉計を構成する偏光ビーム
スプリッタ、104a,104bは光が往復することに
より偏光角度が90度回転するようにした1/4波長
板、105は参照ミラー、110は参照球面波を発生さ
せる集光レンズ、106は被測定物、107は偏光板、
108は干渉縞を観察するCCDカメラ、109は干渉
縞画像を演算処理するコンピュータである。
Neレーザー、102は入射ビームの口径を拡げるビー
ムエキスパンダ、103は干渉計を構成する偏光ビーム
スプリッタ、104a,104bは光が往復することに
より偏光角度が90度回転するようにした1/4波長
板、105は参照ミラー、110は参照球面波を発生さ
せる集光レンズ、106は被測定物、107は偏光板、
108は干渉縞を観察するCCDカメラ、109は干渉
縞画像を演算処理するコンピュータである。
【0005】上記構成において、光源101より出射し
たコヒーレントな光はビームエキスパンダ102にて口
径を広げられた後、偏光ビームスプリッタ103に入射
し、参照ミラー105に進む光Laと、被測定物106
に向かう光Lbとに分割される。
たコヒーレントな光はビームエキスパンダ102にて口
径を広げられた後、偏光ビームスプリッタ103に入射
し、参照ミラー105に進む光Laと、被測定物106
に向かう光Lbとに分割される。
【0006】このうち参照ミラー105に進む光Laは
1/4波長板104aで円偏光となって参照ミラー10
5で反射されて戻り、再び1/4波長板104aを通っ
て行きとは90度偏光角が回転した直線偏光となって偏
光ビームスプリッタ103を通過してCCDカメラ10
8に向かう。
1/4波長板104aで円偏光となって参照ミラー10
5で反射されて戻り、再び1/4波長板104aを通っ
て行きとは90度偏光角が回転した直線偏光となって偏
光ビームスプリッタ103を通過してCCDカメラ10
8に向かう。
【0007】一方、被測定物106に向かう光Lbは、
1/4波長板104bで円偏光となったのち集光レンズ
110によって球面波に変換され、球面形状をした被測
定物106で反射され、再び集光レンズ110、1/4
波長板104bを通って行きとは90度偏光角が回転し
た直線偏光となって偏光ビームスプリッタ103で反射
してCCDカメラ108に向かう。この時、二つの光L
a,Lbは直交する直線偏光であるが、偏光板107の
作用で干渉し、CCDカメラ108上で干渉縞として観
察している。
1/4波長板104bで円偏光となったのち集光レンズ
110によって球面波に変換され、球面形状をした被測
定物106で反射され、再び集光レンズ110、1/4
波長板104bを通って行きとは90度偏光角が回転し
た直線偏光となって偏光ビームスプリッタ103で反射
してCCDカメラ108に向かう。この時、二つの光L
a,Lbは直交する直線偏光であるが、偏光板107の
作用で干渉し、CCDカメラ108上で干渉縞として観
察している。
【0008】ここで観察された干渉縞パターンは偏光ビ
ームスプリッタ103で分割された光波が参照ミラー1
05まで往復した後の波面形状と被測定物106まで往
復した時の波面形状の差を縞間隔が1/2波長の等高線
表示していると考えられる。
ームスプリッタ103で分割された光波が参照ミラー1
05まで往復した後の波面形状と被測定物106まで往
復した時の波面形状の差を縞間隔が1/2波長の等高線
表示していると考えられる。
【0009】したがって、もし参照ミラー105の形状
が理想平面であり、集光レンズ110が完全な無収差レ
ンズであればこの干渉縞パターンは、被測定物106の
球面誤差を表している。
が理想平面であり、集光レンズ110が完全な無収差レ
ンズであればこの干渉縞パターンは、被測定物106の
球面誤差を表している。
【0010】しかしながら現実には理想平面や無収差レ
ンズは製作不能であるため、観察される干渉縞パターン
には、参照ミラー105の平面誤差や、集光レンズ11
0の収差が含まれている。
ンズは製作不能であるため、観察される干渉縞パターン
には、参照ミラー105の平面誤差や、集光レンズ11
0の収差が含まれている。
【0011】そこで、この参照ミラー105の平面誤差
や、集光レンズ110の収差といった干渉計に固有の固
定誤差成分を除去する方法がBruningによって考案され
ている。
や、集光レンズ110の収差といった干渉計に固有の固
定誤差成分を除去する方法がBruningによって考案され
ている。
【0012】同方法では、図4(A),(B),(C)
に示すような測定系1,2,3で3回の測定を行ってい
る。
に示すような測定系1,2,3で3回の測定を行ってい
る。
【0013】それぞれの測定系1,2,3における測定
結果W1 (X,Y),W2 (X,Y),W3 (X,Y)は、測定、参照
光路における波面エラーの差と考えられるから、 W1 (X,Y)=WM (X,Y)−WR (X,Y) ‥‥‥(1) W2 (X,Y)=WM ′(X,Y)−WR (X,Y) ‥‥‥(2) W3 (X,Y)=WC (X,Y)−WR (X,Y) ‥‥‥(3) と表される。
結果W1 (X,Y),W2 (X,Y),W3 (X,Y)は、測定、参照
光路における波面エラーの差と考えられるから、 W1 (X,Y)=WM (X,Y)−WR (X,Y) ‥‥‥(1) W2 (X,Y)=WM ′(X,Y)−WR (X,Y) ‥‥‥(2) W3 (X,Y)=WC (X,Y)−WR (X,Y) ‥‥‥(3) と表される。
【0014】ここで、WR は参照光の波面、WM は図4
(A)において面測定位置で反射された測定光の波面、
WM ′は図4(B)に示すように被測定物106を光軸
廻りに180°回転して反射させた測定光の波面、WC
は図4(C)に示すように所謂cat's eye 反射された測
定光の波面を表し、波面収差が光波の進行に伴って変化
しないという仮定の下に、 WR (X,Y)=Wi (X,Y)+Wr (X,Y) ‥‥‥(4) WM (X,Y)=Wi (X,Y)+WL (X,Y)+WS (X,Y) ‥‥‥(5) WM ′(X,Y)=Wi (X,Y)+WL (X,Y)+WS (-X,-Y) ‥‥‥(6) WC (X,Y)=Wi (X,Y)+{WL (X,Y)+WL (-X,-Y)}/2 ‥‥(7) と表される。
(A)において面測定位置で反射された測定光の波面、
WM ′は図4(B)に示すように被測定物106を光軸
廻りに180°回転して反射させた測定光の波面、WC
は図4(C)に示すように所謂cat's eye 反射された測
定光の波面を表し、波面収差が光波の進行に伴って変化
しないという仮定の下に、 WR (X,Y)=Wi (X,Y)+Wr (X,Y) ‥‥‥(4) WM (X,Y)=Wi (X,Y)+WL (X,Y)+WS (X,Y) ‥‥‥(5) WM ′(X,Y)=Wi (X,Y)+WL (X,Y)+WS (-X,-Y) ‥‥‥(6) WC (X,Y)=Wi (X,Y)+{WL (X,Y)+WL (-X,-Y)}/2 ‥‥(7) と表される。
【0015】但し、Wi (X,Y)は光源の波面エラー、Wr
(X,Y)は参照ミラー105の波面エラー(X2)、WL (X,
Y)は集光レンズ110の波面エラー(X2)、WS (X,Y)は
被測定物106の波面エラー(X2)である。
(X,Y)は参照ミラー105の波面エラー(X2)、WL (X,
Y)は集光レンズ110の波面エラー(X2)、WS (X,Y)は
被測定物106の波面エラー(X2)である。
【0016】(1)〜(7)式より、システムエラーを
表す式(8)が得られる。
表す式(8)が得られる。
【0017】 WL (X,Y)−Wr (X,Y) ={W1 (X,Y)−W2 (-X,-Y)+W3 (X,Y)+W3 (-X,-Y)}/2 ‥‥(8) ここで、W2 (-X,-Y)は2回目の測定データW2 (X,Y)を
光軸中心としてアドレスを180度入替える事を意味し
ている。
光軸中心としてアドレスを180度入替える事を意味し
ている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す干渉計にお
いてトーリック面形状を測定する場合、何らかの手段で
被測定トーリック形状に近いトーリック光波面を作らな
ければならない。図5はComputer Generated Hologram
(CGH)111を用いて、球面波51をトーリック波
面52に変換し被測定物としてのトーリック面53に入
射させて形状測定を行う方法の概略図である。図6は2
枚の円筒レンズ61,62を組合せて球面波51よりト
ーリック波面52を作成しトーリック面53を測定する
方法の概略図である。
いてトーリック面形状を測定する場合、何らかの手段で
被測定トーリック形状に近いトーリック光波面を作らな
ければならない。図5はComputer Generated Hologram
(CGH)111を用いて、球面波51をトーリック波
面52に変換し被測定物としてのトーリック面53に入
射させて形状測定を行う方法の概略図である。図6は2
枚の円筒レンズ61,62を組合せて球面波51よりト
ーリック波面52を作成しトーリック面53を測定する
方法の概略図である。
【0019】図5,図6に示すような構成においてはシ
ステムエラーの原因として先述の参照面の不正確さ以外
に、図5の方法においてはCGH111の製作誤差、配
置誤差などが加算される。又、図6においては円筒レン
ズ61,62の製作誤差skewrayによる収差などが加算
される。一般的に図4や図5の方法ではシステムエラー
は増大すると考えられ、深刻な問題となっている。
ステムエラーの原因として先述の参照面の不正確さ以外
に、図5の方法においてはCGH111の製作誤差、配
置誤差などが加算される。又、図6においては円筒レン
ズ61,62の製作誤差skewrayによる収差などが加算
される。一般的に図4や図5の方法ではシステムエラー
は増大すると考えられ、深刻な問題となっている。
【0020】しかしながら従来の方法でシステムエラー
を測定しようとしてもトーリック波面は焦点を結ばない
為、図4に示した3回測定のうちCat's eye 反射測定が
不能となりシステムエラーが測定できないという問題点
があった。
を測定しようとしてもトーリック波面は焦点を結ばない
為、図4に示した3回測定のうちCat's eye 反射測定が
不能となりシステムエラーが測定できないという問題点
があった。
【0021】本発明はトーリックレンズやトーリックミ
ラー等の被測定物の光学的形状を測定する際にシステム
エラーを測定する方法と、それを用いてシステムエラー
を補正し、被測定物の面形状を高精度に測定できるよう
にしたシステムエラー測定方法及びそれを用いた形状測
定装置の提供を目的とする。
ラー等の被測定物の光学的形状を測定する際にシステム
エラーを測定する方法と、それを用いてシステムエラー
を補正し、被測定物の面形状を高精度に測定できるよう
にしたシステムエラー測定方法及びそれを用いた形状測
定装置の提供を目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明のシステムエラー
測定方法は、トーリック光波を被測定トーリック面で反
射させて参照光波と干渉させる構成の干渉計を用いてト
ーリック面形状の測定を行う装置におけるシステムエラ
ー測定方法において、トーリック光波発生手段からのト
ーリック光波を該被測定トーリック面で反射させた状態
で該干渉計を用いて行う第1の測定と該トーリック光波
発生手段からのトーリック光波を平面ミラーを用いて反
射させて光路変えて、該被測定トーリック面に入射する
ようにした状態で該干渉計を用いて行う第2の測定と該
トーリック光波発生手段からのトーリック光波の子線、
母線何れかの一方の焦線位置に他方の波面のその位置で
の曲率にあった球面ミラーを置いて反射させた状態で該
干渉計を用いて行う第3の測定と該第1,第2,第3の
測定による測定結果に基づいて該装置のシステムエラー
の算出を行うことを特徴としている。
測定方法は、トーリック光波を被測定トーリック面で反
射させて参照光波と干渉させる構成の干渉計を用いてト
ーリック面形状の測定を行う装置におけるシステムエラ
ー測定方法において、トーリック光波発生手段からのト
ーリック光波を該被測定トーリック面で反射させた状態
で該干渉計を用いて行う第1の測定と該トーリック光波
発生手段からのトーリック光波を平面ミラーを用いて反
射させて光路変えて、該被測定トーリック面に入射する
ようにした状態で該干渉計を用いて行う第2の測定と該
トーリック光波発生手段からのトーリック光波の子線、
母線何れかの一方の焦線位置に他方の波面のその位置で
の曲率にあった球面ミラーを置いて反射させた状態で該
干渉計を用いて行う第3の測定と該第1,第2,第3の
測定による測定結果に基づいて該装置のシステムエラー
の算出を行うことを特徴としている。
【0023】本発明の形状測定装置は、トーリック光波
発生手段からのトーリック光波を被測定トーリック面で
反射させた反射光波と参照面からの参照光波とを干渉計
により干渉させて干渉縞位相分布を検出して、これより
該被測定トーリック面の形状を検出する際、トーリック
光波を被測定トーリック面で反射させた状態で該干渉計
を用いて行う第1の測定と、トーリック光波を平面ミラ
ーを用いて反射させて該被測定トーリック面に入射させ
た状態で該干渉計を用いて行う第2の測定とトーリック
光波の子線、母線何れか一方の焦線位置に、他方の波面
のその位置での曲率にあった球面ミラーを置いて反射さ
せた状態で該干渉計を用いて行う第3の測定とを行い、
該第1,第2,第3の測定による測定結果を用いてシス
テムエラーを算出し、この結果を記憶手段に記憶し、演
算手段により以降の測定の際に測定値から該記憶手段に
記憶していたシステムエラー値を減算して補正するよう
にしたことを特徴としている。
発生手段からのトーリック光波を被測定トーリック面で
反射させた反射光波と参照面からの参照光波とを干渉計
により干渉させて干渉縞位相分布を検出して、これより
該被測定トーリック面の形状を検出する際、トーリック
光波を被測定トーリック面で反射させた状態で該干渉計
を用いて行う第1の測定と、トーリック光波を平面ミラ
ーを用いて反射させて該被測定トーリック面に入射させ
た状態で該干渉計を用いて行う第2の測定とトーリック
光波の子線、母線何れか一方の焦線位置に、他方の波面
のその位置での曲率にあった球面ミラーを置いて反射さ
せた状態で該干渉計を用いて行う第3の測定とを行い、
該第1,第2,第3の測定による測定結果を用いてシス
テムエラーを算出し、この結果を記憶手段に記憶し、演
算手段により以降の測定の際に測定値から該記憶手段に
記憶していたシステムエラー値を減算して補正するよう
にしたことを特徴としている。
【0024】特に以下の実施例では、被測定物への光の
入射方法を変えた3回の測定を行い、それぞれのデータ
をW1 (X,Y) ,W2 (X,Y) ,W3 (X,Y) とし、そのデー
タを WS (X,Y) ={W1 (X,Y) −W2 (X,-Y)+W3 (X,Y) +
W3 (X,-Y)}/2 と計算処理し、システムエラーを求めることを特徴とし
ている。
入射方法を変えた3回の測定を行い、それぞれのデータ
をW1 (X,Y) ,W2 (X,Y) ,W3 (X,Y) とし、そのデー
タを WS (X,Y) ={W1 (X,Y) −W2 (X,-Y)+W3 (X,Y) +
W3 (X,-Y)}/2 と計算処理し、システムエラーを求めることを特徴とし
ている。
【0025】
【実施例】図1は本発明の干渉測定装置をTwyman-Green
干渉計に適用したときの実施例1の要部概略図である。
干渉計に適用したときの実施例1の要部概略図である。
【0026】同図において、101は光源であるレーザ
ー、102は入射ビームの口径を拡げて射出させるビー
ムエキスパンダ、103は干渉計を構成する偏光ビーム
スプリッタ、104a,104bは各々光が往復するこ
とにより偏光角度が90度回転するようにした1/4波
長板、105は参照ミラー、110は入射光より球面波
を射出させる集光レンズ、111は計算機ホログラム
(CGH板)であり、集光レンズ110からの球面波を
トーリック光波に変換している。この時のトーリック光
波は、後述する被測定物206のトーリック面形状に近
い形状となるようにしている。206は被測定物で、例
えばトーリックレンズやトーリックミラーである。
ー、102は入射ビームの口径を拡げて射出させるビー
ムエキスパンダ、103は干渉計を構成する偏光ビーム
スプリッタ、104a,104bは各々光が往復するこ
とにより偏光角度が90度回転するようにした1/4波
長板、105は参照ミラー、110は入射光より球面波
を射出させる集光レンズ、111は計算機ホログラム
(CGH板)であり、集光レンズ110からの球面波を
トーリック光波に変換している。この時のトーリック光
波は、後述する被測定物206のトーリック面形状に近
い形状となるようにしている。206は被測定物で、例
えばトーリックレンズやトーリックミラーである。
【0027】200は光路中より着脱可能な平面ミラ
ー、201は光路中より着脱可能な球面ミラー、207
a,207bは各々被測定物206のホルダーである。
ー、201は光路中より着脱可能な球面ミラー、207
a,207bは各々被測定物206のホルダーである。
【0028】107は偏光板、211はレンズ、108
は検出手段としての干渉縞を観察するCCDカメラ、1
09は干渉縞画像を演算処理するコンピュータである。
は検出手段としての干渉縞を観察するCCDカメラ、1
09は干渉縞画像を演算処理するコンピュータである。
【0029】本実施例において、まず、平面ミラー20
0と球面ミラー201を光路外に位置させ、被測定物2
06をホルダー207aに装着する。この状態で光源1
01より出射したコヒーレント光はビームエキスパンダ
102にて口径を広げられた後、偏光ビームスプリッタ
103に入射し、参照ミラー105に進む光Laと、被
測定物206に向かう光Lbとに分割される。
0と球面ミラー201を光路外に位置させ、被測定物2
06をホルダー207aに装着する。この状態で光源1
01より出射したコヒーレント光はビームエキスパンダ
102にて口径を広げられた後、偏光ビームスプリッタ
103に入射し、参照ミラー105に進む光Laと、被
測定物206に向かう光Lbとに分割される。
【0030】このうち参照ミラー105に進む光Laは
1/4波長板104aで円偏光となって参照ミラー10
5で反射されて戻り、再び1/4波長板104aを通っ
て往きとは90度偏光角が回転した直線偏光となって偏
光ビームスプリッタ103を通過して参照光波としてC
CDカメラ108方向に向かう。
1/4波長板104aで円偏光となって参照ミラー10
5で反射されて戻り、再び1/4波長板104aを通っ
て往きとは90度偏光角が回転した直線偏光となって偏
光ビームスプリッタ103を通過して参照光波としてC
CDカメラ108方向に向かう。
【0031】一方、被測定物206に向かう光Lbは、
1/4波長板104bで円偏光となったのち集光レンズ
110によって球面波に変換され、更にCGH111に
よってトーリック光波に変換し、トーリック形状をした
被測定物206で反射され、再びCGH111と集光レ
ンズ110、1/4波長板104bを通って往きとは9
0度偏光角が回転した直線偏光となって偏光ビームスプ
リッタ103で反射してCCDカメラ108方向に向か
う。
1/4波長板104bで円偏光となったのち集光レンズ
110によって球面波に変換され、更にCGH111に
よってトーリック光波に変換し、トーリック形状をした
被測定物206で反射され、再びCGH111と集光レ
ンズ110、1/4波長板104bを通って往きとは9
0度偏光角が回転した直線偏光となって偏光ビームスプ
リッタ103で反射してCCDカメラ108方向に向か
う。
【0032】この時、二つの光La,Lbは互いに直交
する直線偏光であるが、偏光板107の作用で偏光方向
をそろえて互いに干渉するようにしてレンズ211を介
してCCDカメラ108上で干渉縞を形成するようにし
ている。
する直線偏光であるが、偏光板107の作用で偏光方向
をそろえて互いに干渉するようにしてレンズ211を介
してCCDカメラ108上で干渉縞を形成するようにし
ている。
【0033】CCDカメラ108に形成した干渉縞は演
算手段としてのコンピュータ109で演算処理によりC
CDピクセル単位で位相差を補間計算している。
算手段としてのコンピュータ109で演算処理によりC
CDピクセル単位で位相差を補間計算している。
【0034】本実施例ではこのような装置により後述す
る方法により被測定物206の面形状を測定している。
る方法により被測定物206の面形状を測定している。
【0035】ここでCCDカメラ108で観察された干
渉縞パターンは偏光ビームスプリッタ103で分割され
た光波が参照ミラー105まで往復した後の波面形状と
被測定物206まで往復した時の波面形状の差を縞間隔
が1/2波長の等高線表示をしていると考えられる。
渉縞パターンは偏光ビームスプリッタ103で分割され
た光波が参照ミラー105まで往復した後の波面形状と
被測定物206まで往復した時の波面形状の差を縞間隔
が1/2波長の等高線表示をしていると考えられる。
【0036】従って、もし参照ミラー105の形状が理
想平面であり、集光レンズ110が完全な無収差レンズ
であり、CGH111の製作誤差、設置誤差がなければ
この干渉縞パターンは被測定物206のトーリック形状
誤差を表わしたものとなる。
想平面であり、集光レンズ110が完全な無収差レンズ
であり、CGH111の製作誤差、設置誤差がなければ
この干渉縞パターンは被測定物206のトーリック形状
誤差を表わしたものとなる。
【0037】しかしながら現実には、理想平面、無収差
レンズ、理想なCGH等の製作は不可能である為、観察
される干渉縞パターンにはこれらの誤差が含まれている
ものとなる。そこで本実施例では次のような方法でこれ
らの誤差を分離して被測定物206の形状を測定してい
る。
レンズ、理想なCGH等の製作は不可能である為、観察
される干渉縞パターンにはこれらの誤差が含まれている
ものとなる。そこで本実施例では次のような方法でこれ
らの誤差を分離して被測定物206の形状を測定してい
る。
【0038】図2(A),(B),(C)は本実施例に
おいて被測定物206の面形状を測定する際の被測定物
206と集光レンズ110,CGH111との関係を示
す測定系1,2,3の説明図である。
おいて被測定物206の面形状を測定する際の被測定物
206と集光レンズ110,CGH111との関係を示
す測定系1,2,3の説明図である。
【0039】図中、200は移動可能または着脱可能な
平面ミラー、201は移動可能または着脱可能な球面ミ
ラーであり、被測定物206とCGH111との間にあ
って光線を略90°折り曲げるように配置されている。
平面ミラー、201は移動可能または着脱可能な球面ミ
ラーであり、被測定物206とCGH111との間にあ
って光線を略90°折り曲げるように配置されている。
【0040】本実施例では、図2(A),(B),
(C)に示す測定系1,2,3で各々測定を行い、この
3回の測定結果よりシステムエラーを算出し、該システ
ムエラーを測定系1の測定結果から減算することで被測
定物206の面形状誤差を補正している。
(C)に示す測定系1,2,3で各々測定を行い、この
3回の測定結果よりシステムエラーを算出し、該システ
ムエラーを測定系1の測定結果から減算することで被測
定物206の面形状誤差を補正している。
【0041】図2(A)の測定系1は集光レンズ110
により球面波に変換された光波を更にCGH111によ
りトーリック光波面に変換し、そのまま被測定物206
に入射させている。この時CCDカメラ108で得られ
る測定データをW1 (X,Y) としている。現実には波面の
位相分布W1 (X,Y) を測定する為には、参照面105を
光軸方向にスキャンするピエゾ素子(不図示)等による
フリンジスキャンを行い演算処理する必要があるが、本
発明の内容に関係しないため一切省略している。
により球面波に変換された光波を更にCGH111によ
りトーリック光波面に変換し、そのまま被測定物206
に入射させている。この時CCDカメラ108で得られ
る測定データをW1 (X,Y) としている。現実には波面の
位相分布W1 (X,Y) を測定する為には、参照面105を
光軸方向にスキャンするピエゾ素子(不図示)等による
フリンジスキャンを行い演算処理する必要があるが、本
発明の内容に関係しないため一切省略している。
【0042】図2(B)の測定系2は集光レンズ110
により球面波に変換された光波を更にCGH111によ
りトーリック光波面に変換し、これを平面ミラー200
によって光路を略90°折り曲げ、測定系1と同じ被測
定物206の測定系1と同じ場所に入射させている。こ
の時CCDカメラ108で得られる測定データをW2(X,
Y) とする。尚、被測定物206につけた三角印は被測
定物206の方向を示している。
により球面波に変換された光波を更にCGH111によ
りトーリック光波面に変換し、これを平面ミラー200
によって光路を略90°折り曲げ、測定系1と同じ被測
定物206の測定系1と同じ場所に入射させている。こ
の時CCDカメラ108で得られる測定データをW2(X,
Y) とする。尚、被測定物206につけた三角印は被測
定物206の方向を示している。
【0043】図2(C)の測定系3は集光レンズ110
により球面波に変換された光波を、更にCGH111に
よりトーリック光波面に変換し、その子線方向の焦線位
置に、その位置での母線方向の波面曲率に一致した球面
ミラー201を置き、これに光を入射させている。この
時CCDカメラ108で得られた測定データをW3 (X,
Y) とする。
により球面波に変換された光波を、更にCGH111に
よりトーリック光波面に変換し、その子線方向の焦線位
置に、その位置での母線方向の波面曲率に一致した球面
ミラー201を置き、これに光を入射させている。この
時CCDカメラ108で得られた測定データをW3 (X,
Y) とする。
【0044】本実施例において測定系1,2,3で得ら
れるそれぞれの測定結果は、測定、参照光路における波
面エラーの差と考えられるから、 W1 (X,Y) =WM (X,Y) −WR (X,Y) ・・・・・・(9) W2 (X,Y) =WM ′(X,Y) −WR (X,Y) ・・・・・・(10) W3 (X,Y) =WC (X,Y) −WR (X,Y) ・・・・・・(11) と表わされる。
れるそれぞれの測定結果は、測定、参照光路における波
面エラーの差と考えられるから、 W1 (X,Y) =WM (X,Y) −WR (X,Y) ・・・・・・(9) W2 (X,Y) =WM ′(X,Y) −WR (X,Y) ・・・・・・(10) W3 (X,Y) =WC (X,Y) −WR (X,Y) ・・・・・・(11) と表わされる。
【0045】ここでWR は参照光の波面、WM は測定系
1における測定光の波面、WM ′は測定系2における測
定光の波面、WC は測定系3における測定光の波面を表
わしている。
1における測定光の波面、WM ′は測定系2における測
定光の波面、WC は測定系3における測定光の波面を表
わしている。
【0046】それぞれの波面の内容は、 WR (X,Y) =Wi (X,Y) +Wr (X,Y) ・・・・・・(12) WM (X,Y) =Wi (X,Y) +WL (X,Y) +WH (X,Y) +WS (X,Y) ・・・・・・(13) WM ′(X,Y) =Wi (X,Y) +WL (X,Y) +WH (X,Y) +Wb (X,Y) +WS (X,-Y) ・・・・・・(14) WC (X,Y) =Wi (X,-Y)+{WL (X,Y) +WL (X,-Y)+WH (X,Y) +WM (X,-Y)+Wp (X,Y) }/2 ・・・・・・(15) と表わされる。
【0047】但し、Wi (X,Y) は光源101の波面エラ
ー、Wr (X,Y) は参照ミラー105の波面エラー、WL
(X,Y) は集光レンズ110の波面エラー(X2)、WH (X,
Y) はCGH111の波面エラー(X2)、WS (X,Y) は被
測定物206の波面エラー(X2)、Wb (X,Y) は測定系2
における平面ミラー200の波面エラー(X2)、Wp (X,
Y) は測定系3における球面ミラー201の波面エラー
である。
ー、Wr (X,Y) は参照ミラー105の波面エラー、WL
(X,Y) は集光レンズ110の波面エラー(X2)、WH (X,
Y) はCGH111の波面エラー(X2)、WS (X,Y) は被
測定物206の波面エラー(X2)、Wb (X,Y) は測定系2
における平面ミラー200の波面エラー(X2)、Wp (X,
Y) は測定系3における球面ミラー201の波面エラー
である。
【0048】(9)式〜(15)式より、 {W1 (X,Y) −W2 (X,-Y)+W3 (X,Y) +W3 (X,-Y)}/2 =WL (X,Y) +WH (X,Y) −Wr (X,Y) −Wb (X,-Y)/2 +{Wp (X,Y) +Wp (X,-Y)}/4 ・・・・・・(16) となる。
【0049】ここで平面ミラー200の収差Wb 及び球
面ミラー201の収差Wp は、高精度に保証したものを
用いるか、又は別の測定器により高精度に測定されたデ
ータがあるとすれば、(16)式中のWb ,Wp の項が
削除または減算可能であるから、結局(16)式は、W
L +WH −Wr の項が残る。これは、この干渉計システ
ムにおけるシステムエラーを表現していることになる。
面ミラー201の収差Wp は、高精度に保証したものを
用いるか、又は別の測定器により高精度に測定されたデ
ータがあるとすれば、(16)式中のWb ,Wp の項が
削除または減算可能であるから、結局(16)式は、W
L +WH −Wr の項が残る。これは、この干渉計システ
ムにおけるシステムエラーを表現していることになる。
【0050】本実施例では、この時の式(16)で示す
システムエラーを算出し、記憶手段または記憶手段を兼
ねる演算手段としてのコンピュータ109に記憶してい
る。そして種々な被測定物を測定する際には、演算手段
109は該記憶手段に記憶したシステムエラーを測定値
より減じて、測定誤差を補正するようにしている。これ
により被測定物の面形状を高精度に測定している。
システムエラーを算出し、記憶手段または記憶手段を兼
ねる演算手段としてのコンピュータ109に記憶してい
る。そして種々な被測定物を測定する際には、演算手段
109は該記憶手段に記憶したシステムエラーを測定値
より減じて、測定誤差を補正するようにしている。これ
により被測定物の面形状を高精度に測定している。
【0051】尚、本発明はフィゾー型をはじめいかなる
干渉計のタイプにも適用可能であり、縞位相検出手段に
ついてもフリンジスキャン法、ヘテロダイン法、空間位
相同期検波法などいかなるものであっても構わない。
干渉計のタイプにも適用可能であり、縞位相検出手段に
ついてもフリンジスキャン法、ヘテロダイン法、空間位
相同期検波法などいかなるものであっても構わない。
【0052】
【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、トーリックレンズやトーリックミラ
ー等の被測定物の光学的形状を高精度に測定することの
できるシステムエラー測定方法及びそれを用いた形状測
定装置を達成することができる。
定することにより、トーリックレンズやトーリックミラ
ー等の被測定物の光学的形状を高精度に測定することの
できるシステムエラー測定方法及びそれを用いた形状測
定装置を達成することができる。
【0053】特に、図2に示すような3回の異なる配置
による測定を行ない、(16)式に示した演算を行なう
ことにより、従来困難であったトーリック形状の絶対精
度保証が可能となり、高精度なトーリック形状測定が可
能としている。
による測定を行ない、(16)式に示した演算を行なう
ことにより、従来困難であったトーリック形状の絶対精
度保証が可能となり、高精度なトーリック形状測定が可
能としている。
【0054】またトーリック波面を発生させるCGHや
直交円筒レンズに絶対精度を依存しなくなる為、これら
の部品を高精度に製作する必要がなくなり、低コストな
トーリック形状測定が可能としている。
直交円筒レンズに絶対精度を依存しなくなる為、これら
の部品を高精度に製作する必要がなくなり、低コストな
トーリック形状測定が可能としている。
【図1】 本発明の実施例1の要部概略図
【図2】 図1の一部分の説明図
【図3】 従来の干渉測定装置の要部概略図
【図4】 図3の一部分の説明図
【図5】 従来のトーリック光波発生方法の概略図
【図6】 従来のトーリック光波発生方法の概略図
101 光源 102 ビームエキスパンダ 103 偏光ビームスプリッタ 104a,104b 1/4波長板 105 参照ミラー 106,206 被測定物 107 偏光板 108 CCDカメラ 109 コンピュータ 111 CGH 200 平面ミラー 110 集光レンズ 201 球面ミラー
Claims (2)
- 【請求項1】 トーリック光波を被測定トーリック面で
反射させて参照光波と干渉させる構成の干渉計を用いて
トーリック面形状の測定を行う装置におけるシステムエ
ラー測定方法において、トーリック光波発生手段からの
トーリック光波を該被測定トーリック面で反射させた状
態で該干渉計を用いて行う第1の測定と該トーリック光
波発生手段からのトーリック光波を平面ミラーを用いて
反射させて光路変えて、該被測定トーリック面に入射す
るようにした状態で該干渉計を用いて行う第2の測定と
該トーリック光波発生手段からのトーリック光波の子
線、母線何れかの一方の焦線位置に他方の波面のその位
置での曲率にあった球面ミラーを置いて反射させた状態
で該干渉計を用いて行う第3の測定と該第1,第2,第
3の測定による測定結果に基づいて該装置のシステムエ
ラーの算出を行うことを特徴とするシステムエラー測定
方法。 - 【請求項2】 トーリック光波発生手段からのトーリッ
ク光波を被測定トーリック面で反射させた反射光波と参
照面からの参照光波とを干渉計により干渉させて干渉縞
位相分布を検出して、これより該被測定トーリック面の
形状を検出する際、トーリック光波を被測定トーリック
面で反射させた状態で該干渉計を用いて行う第1の測定
と、トーリック光波を平面ミラーを用いて反射させて該
被測定トーリック面に入射させた状態で該干渉計を用い
て行う第2の測定とトーリック光波の子線、母線何れか
一方の焦線位置に、他方の波面のその位置での曲率にあ
った球面ミラーを置いて反射させた状態で該干渉計を用
いて行う第3の測定とを行い、該第1,第2,第3の測
定による測定結果を用いてシステムエラーを算出し、こ
の結果を記憶手段に記憶し、演算手段により以降の測定
の際に測定値から該記憶手段に記憶していたシステムエ
ラー値を減算して補正するようにしたことを特徴とする
形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16328194A JPH085347A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | システムエラー測定方法及びそれを用いた形状測定 装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16328194A JPH085347A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | システムエラー測定方法及びそれを用いた形状測定 装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH085347A true JPH085347A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15770841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16328194A Pending JPH085347A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | システムエラー測定方法及びそれを用いた形状測定 装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH085347A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101858736A (zh) * | 2010-05-10 | 2010-10-13 | 北京理工大学 | 多焦全息差动共焦超大曲率半径测量方法与装置 |
CN104697465A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-06-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 椭球面的无像差绝对检验方法 |
KR20200016794A (ko) * | 2018-08-07 | 2020-02-17 | 킴벌 일렉트로닉스 인디애나, 인크. | 간섭측정식 파상 검출 시스템 |
-
1994
- 1994-06-22 JP JP16328194A patent/JPH085347A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101858736A (zh) * | 2010-05-10 | 2010-10-13 | 北京理工大学 | 多焦全息差动共焦超大曲率半径测量方法与装置 |
CN104697465A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-06-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 椭球面的无像差绝对检验方法 |
KR20200016794A (ko) * | 2018-08-07 | 2020-02-17 | 킴벌 일렉트로닉스 인디애나, 인크. | 간섭측정식 파상 검출 시스템 |
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