JPH0989535A - 面形状計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計算機ホログラムを形成した平板を用いて面
形状を計測する際、該平板の表面で正反射してCCD へ向
かう光束を含めて該CCD の受光面上の最大光量をその飽
和光量以下とし、高精度で計測できる面形状計測方法を
得ること。 【解決手段】 干渉計からの球面波光束を計算機ホログ
ラムを有する平板に入射し、発生する所定の透過回折光
束を被検査面に入射させ、反射した光束が該ホログラム
を透過する際に発生する所定の回折光束より成る測定光
束と参照面によって形成される参照光束とを合成し、そ
の合成光の干渉縞をCCD で検出することにより該被検査
面の形状を計測する際、該平板を設ける位置は該平板の
表面で該球面波光束を反射して形成される正反射光束が
該CCD の受光面の位置において該受光面と同じ若しくは
該受光面より大きい直径を形成する位置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面形状計測方法に関
し、特に計算機ホログラムを設けた平板を用いて被検物
体の形状、特に非球面の形状測定を光学的に行う場合に
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、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形状検査がある。特に非球面量が大
きくなると、通常のフィゾー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】このため一般的に非球面の測定では、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。例えば接触プロー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（非球
面）に対する等価波面を発生させて計測する方法などが
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計測方法は
任意の波面を発生させることができ、又、干渉縞の形で
被測定面（被検査面）を計測できるため、高精度、高速
で被測定面全体を２次元測定できるということで注目さ
れている。

【０００６】この時、計測装置は被検査面への入射光、
被検査面による反射光の光路を考慮して構成される。

【０００７】又、測定を行う際には、フリンジスキャン
（位相シフト）を行い、この干渉縞の濃淡の変化により
各位相毎に形状を求め、位相をつなぎ合わせて全体の面
形状を得る。よって面形状を求めるためにはCCD 等の光
電変換手段により干渉縞の濃淡の変化を検出する必要が
ある。

【０００８】図５は従来の計算機ホログラムを用いた計
測装置の要部概略図である。図中１は被検査レンズ（被
検物）であり、１ａは被検物１の被検査面としての非球
面（被検査面）である。２は透明な平板、例えばガラス
基板である。３はガラス基板２上に描画している非球面
測定用の測定用計算機ホログラム（以後「測定用ホログ
ラム」と略称する）である。ガラス基板２及び測定用ホ
ログラム３は計算機ホログラムを設けた平板１０１の一
要素を構成している。５は集光レンズである。集光レン
ズ５の被検査面側の面５ａは参照面である。参照面５ａ
は入射光を数％反射して、参照光束を形成する。６はビ
ームスプリッタ、７は結像レンズ、８はCCD カメラ、９
はレーザー光源、１３は光量調整フィルター、１０はコ
リメーターレンズである。

【０００９】以上の各要素の内、レーザー光源９、光量
調整フィルター１３、コリメーターレンズ１０、ビーム
スプリッター６、集光レンズ５、結像レンズ７、CCD カ
メラ８等は干渉計１００の一要素を構成している。

【００１０】図５の従来の計測装置による非球面形状の
測定方法について説明する。

【００１１】まず計算機ホログラムを設けた平板２を測
定光学系（干渉計１００）に対して所定の位置に位置合
わせする。次いで被検物１の被検査面１ａを所定の位置
にセットする。

【００１２】以上の動作を行った後、干渉計１００を動
作させれば、レーザー光源９から射出した光はコリメー
ターレンズ１０を通って広がった平行光束となり、ビー
ムスプリッタ６をそのまま透過して集光レンズ５に入射
する。集光レンズ５では大部分の光が透過して収束球面
波光束となる。一方、集光レンズ５の中の参照面５ａで
反射した数％の光は集光レンズ５を出ると平行光束とな
りビームスプリッター６で反射して結像レンズ７を通り
CCD カメラ８に入射する。この光束は常に参照光束とな
る。

【００１３】集光レンズ５から射出した収束球面波光束
は測定用ホログラム３に入射して透過回折光を発生す
る。その内の特定の次数の回折光束は被検査面である非
球面の設計形状に対して等価な波面を形成し、もし被検
査面１ａに製作誤差が無ければ被検査面１ａに垂直に入
射する光束である。

【００１４】そしてこの光束は被検査面１ａに入射し、
反射された光束はそのまま測定用ホログラム３に再び戻
り、再び透過回折光を発生し、その内の特定の次数の回
折光束が集光レンズ５、ビームスプリッター６、結像レ
ンズ７を介してCCD カメラ８に達する。この光束は測定
光束である。

【００１５】この測定光束の波面と集光レンズ５の参照
面５ａで反射した来た参照光束の波面とが合成されて干
渉し、CCD カメラ８上で干渉縞が観察される。またこの
時、CCD カメラ８が受ける測定光束及び参照光束の光量
が適当な強度になるように光量調整フィルター１３によ
って調整を行う。

【００１６】被検査面１ａに製作誤差がなければ、この
面から測定用ホログラム３に戻ってくる光束は被検査面
１ａの入射光束の位相共役波となっており、更に測定用
ホログラム３で再回折した所定の次数の回折光が先の収
束球面波光束の位相共役波となっており、この測定光束
と参照光束とが干渉してCCD カメラ８上ではヌルの干渉
縞が形成される。

【００１７】もし、被検査面１ａに製作誤差があればそ
れが測定光束の波面の乱れとなってCCD カメラ８上で干
渉縞として観察される。そしてこの干渉縞をフリンジス
キャンして被検査面１ａの誤差を計測する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
計測装置において”被検査面の面精度測定”のみに着目
して計測装置の構成を行うと、集光レンズ５から射出し
た収束球面波光束が計算機ホログラムを設けた平板１０
１の表面、裏面及び計算機ホログラムのパターン（これ
らをまとめて表面と呼ぶことにする）により正反射した
光（例えば図５の点線で示す光）がCCD カメラ８の受光
面上、もしくはその近傍で集光する可能性がある。その
場合、その集光した光がノイズとなる。しかも被検査面
１ａで反射して帰ってくる測定光束は測定用ホログラム
３で２回の回折を受けた光束を使用している為、観察さ
れる干渉縞の明部と暗部との光量差、即ちコントラスト
は非常に弱いものである。

【００１９】これに対して、このノイズ光は０次反射回
折光つまり正反射光であり、たとえガラス基板２の表面
に反射防止のコーティング等を施したり、ホログラムの
表面反射率を落としたとしても、ノイズ光がCCD カメラ
８の受光面付近で集光する場合はその単位面積当たりの
光量は無視できないレベルとなる。

【００２０】図６はその時CCD カメラ８上で得られる画
像であって、干渉縞パターンの中にスポット状のノイズ
光１２を観察できる。そして場合によっては図４に示す
ように干渉縞パターン上にノイズ部分が乗り、この部分
の光量（最大値）がCCD （光電変換素子）の飽和レベル
Ｉ_UPを越える場合が生じる。

【００２１】図４のように光量がCCD の飽和レベルＩ_UP
を越える場合には、被検査面１ａの形状を計測する為に
フリンジスキャンを行うと、画像の一部がCCD の飽和レ
ベルＩ_UPを越えている為、その部分では干渉縞の明部と
暗部の変動（位相の変動）を正確に認識出来ず、その部
分のみ画像の情報が欠落してしまう。

【００２２】以上の問題点は大きい面の面形状を分割計
測によって計測する際に特に障害となる。即ち、計測時
の面情報に欠落点があると、分割して測定した結果を繋
いで１つの面形状を得る際に、繋ぐことが出来ない、又
は繋ぐ精度が悪くなる、結果に大きい誤差が入る等の障
害が発生する。

【００２３】本発明は、計算機ホログラムを形成した平
板を用いて面形状を計測する際、該平板の表面で正反射
して光電変換手段へ向かう正反射光束を含めて該光電変
換手段の受光面上の最大光量をCCD の飽和する光量レベ
ル以下とし、フリンジスキャンを行った際に、欠落点の
無い画像情報を得て高精度で面形状を計測できる面形状
計測方法の提供を目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の面形状計測方法
は、 （１−１） 干渉計から射出する収束球面波光束を計算
機ホログラムを有する平板に入射し、該計算機ホログラ
ムで発生する所定の次数の透過回折光束を被検査面に入
射させ、該被検査面で反射した光束が該計算機ホログラ
ムを透過する際に発生する透過回折光束の内の所定次数
の回折光束より成る測定光束を該干渉計に入射させ、該
測定光束と該干渉計内の参照面によって形成される参照
光束とを合成し、該参照光束の位相を変化させて、その
合成光の干渉縞を光電変換手段で検出することにより該
被検査面の形状を計測する際、該平板を設ける位置は該
平板の表面で該収束球面波光束を反射して形成される正
反射光束が該光電変換手段の受光面の位置において該受
光面と同じ若しくは該受光面より大きい直径を形成する
位置であること等を特徴としている。

【００２５】更に、本発明の面形状計測方法は、 （１−２） 光源より射出する光束をコリメータレンズ
を介して平行光束として集光レンズに入射させ、該集光
レンズより射出する収束球面波光束を面形状測定用の計
算機ホログラムを有する平板に入射し、該計算機ホログ
ラムで発生する所定の次数の透過回折光束を被検査面に
入射させ、該被検査面で反射した光束が該計算機ホログ
ラムを透過する際に発生する透過回折光束の内の所定次
数の回折光束より成る測定光束を該集光レンズに入射さ
せ、該集光レンズ内の参照面によって形成される参照光
束と合成して結像レンズを介して光電変換手段の受光面
上に干渉縞を形成し、該参照光束の位相を変化させて該
干渉縞を該光電変換手段で検出することにより該被検査
面の形状を計測する際、 ｄ≦Ｄ ただし、ｄは光電変換手段の受光面の最大径であり、Ｄ
は該平板の表面又は裏面で正反射して形成される正反射
光束が受光面位置において示す最大直径であり、 ｈ_CGH ： 計算機ホログラムを有する平板の表面もしく
は裏面における測定光束端の高さ ａ_TS： 正反射した光線が集光レンズに向かう際の物点
と集光レンズの距離 ｂ_TS： 正反射した光線が集光レンズを屈折した後の像
点距離 ｆ_TS： 集光レンズの焦点距離 ｈ_TS： 正反射光束の最も周辺の光線が集光レンズに入
射する入射高 ｕ_TS： 正反射光束の最も周辺の光線が集光レンズに入
射する入射角度の正切 ａ_C ： 正反射光線が結像レンズに入射する際の物点距
離 ｂ_C ： 正反射光線が結像レンズを屈折した際の像点距
離 ｆ_C ： 結像レンズの焦点距離 ｈ_C ： 正反射光束の最も周辺の光線が結像レンズに入
射する入射高 ｕ_C ： 正反射光束の最も周辺の光線が結像レンズに入
射する入射角度の正切 ｅ_CCD ： 結像レンズと受光面との間隔 ｅ_CGH ： 計算機ホログラムを有する平板と集光レンズ
との間隔 ｅ ： 集光レンズと結像レンズとの光学的間隔 として、以下の関係式より得られる値：

【００２６】

【数２】 を満足する位置に該平板を設けること等を特徴としてい
る。

【００２７】特に、 （１−２−１） 前記平板は前記面形状測定用の計算機
ホログラムと同一面上に位置出し用の計算機ホログラム
を有し、所定の収束球面波光束を該位置出し用の計算機
ホログラムに入射させたとき、所定次数の反射回折光束
は該収束球面波に対する位相共役波面を発生する。 （１−２−２） 前記位置出し用の計算機ホログラムに
より前記平板の位置を決定した後に、該平板を計算機ホ
ログラムを形成している平面に平行に所定量移動させて
前記被検査面の形状の計測を行う。こと等を特徴として
いる。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。又、図２は実施形態１の説明図である。
図１中、１は被検レンズ（被検物）であり、１ａは被検
物１の被検査面としての非球面である。２は透明な平
板、例えばガラス基板である。３はガラス基板２上に描
画している被検査面測定用の計算機ホログラム（以後
「測定用ホログラム」と略称する）である。３₀ はその
中心である。４はガラス基板２上に描画しているガラス
基板の位置出し用の計算機ホログラム（以後位置出しホ
ログラムと略称する）であり、所定の入射光が入射した
とき、特定の次数の反射回折光は入射光と全く同じ経路
をたどって逆行する光束（位相共役波面）となる。４₀
はその中心である。ガラス基板２、測定用ホログラム３
及び位置出しホログラム４は計算機ホログラムを有する
平板（以後ホログラム平板と略称する）１０１の一要素
を構成している。

【００２９】５は集光レンズである。集光レンズ５の被
検物側の面５ａは参照面である。参照面５ａは入射光を
数％反射して、参照光束を形成する。

【００３０】２０はレンズ駆動手段であり、集光レンズ
５を光軸に沿って前後に微小量移動させて測定の際のフ
リンジスキャン（位相シフト）を行う。６はビームスプ
リッタ、７は結像レンズ、８はCCD （光電変換手段）を
備えたCCD カメラ、９はレーザー光源、１０はコリメー
ター、１３は光量調整フィルターである。

【００３１】以上の各要素の内、レーザー光源９、光量
調整フィルター１３、コリメーターレンズ１０、ビーム
スプリッター６、集光レンズ５、結像レンズ７、CCD カ
メラ８等は干渉計１００の一要素を構成している。

【００３２】本実施形態による非球面形状の測定方法に
ついて説明する。

【００３３】まずホログラム平板１０１上の位置出しホ
ログラム４を干渉計１００に対して所定の位置になるよ
うに大体の位置合わせを行う。位置出しホログラム４は
所定の入射光に対してのみ、入射光と全く同じ経路を辿
って逆行する特定次数の反射回折光束を発生するため、
基板２の位置が正しくないとそのずれがCCD カメラ８に
よって観察される。よって観察される干渉縞がヌルの状
態になるように基板２の位置を移動すれば、基板２の位
置出しが完了する。

【００３４】次に基板２をホログラム面に平行に測定用
ホログラム３と位置出しホログラム４の中心間距離だけ
移動させ、干渉計１００に対して測定用ホログラム３を
正しい位置に位置決めする。これはホログラム平板１０
１上で各中心の位置が判っているので容易に位置決めで
きる。

【００３５】次に被検査面１ａを正しい位置にセットす
る。

【００３６】以上の動作を行った後、干渉計１００を動
作させれば、レーザー光源９から射出した光は光量調整
フィルター１３を透過し、コリメーターレンズ１０を通
って広がった平行光束となり、ビームスプリッタ６を透
過して集光レンズ５に入射する。集光レンズ５では大部
分の光が透過して収束球面波光束となる。一方、集光レ
ンズ５の中の参照面５ａで反射した数％の光は集光レン
ズ５を出ると平行光束となりビームスプリッター６で反
射して結像レンズ７を通りCCD カメラ８に入射する。こ
の光束は常に参照光束となる。

【００３７】集光レンズ５から射出した収束球面波光束
は測定用ホログラム３に入射して透過回折光を発生す
る。その内の特定の次数の回折光束は被検査面である非
球面の設計値に対して等価の波面を形成し、もし被検査
面１ａに製作誤差が無ければ被検査面１ａに垂直に入射
する。

【００３８】被検査面１ａに入射した光束は、該面で反
射されてそのまま測定用ホログラム３に再び戻り、再び
透過回折光を発生し、その内の特定の次数の回折光束が
集光レンズ５、ビームスプリッター６、結像レンズ７を
介してCCD カメラ８に達する。この光束は測定光束であ
る。

【００３９】この測定光束の波面と集光レンズ５の参照
面５ａで反射した来た参照光束の波面とが合成されて干
渉し、CCD カメラ８上で干渉縞が観察される。

【００４０】被検査面１ａに製作誤差がなければ、この
面から測定用ホログラム３に戻ってくる光束は被検査面
１ａの入射光束の位相共役波となっており、更に測定用
ホログラム３で再回折した所定次数の回折光が先の収束
球面波光束の位相共役波となっており、この測定光束と
参照光束とが干渉してCCD カメラ８上ではヌルの干渉縞
が形成される。

【００４１】もし、被検査面１ａに製作誤差があればそ
れが測定光束の波面の乱れとなってCCD カメラ８上で干
渉縞として観察される。そしてこの干渉縞をフリンジス
キャンして被検査面１ａの誤差を計測する。これが本実
施形態の基本的な機能である。本実施形態では従来の装
置において課題となっているホログラム平板１０１の表
面、裏面もしくはホログラムパターン面（これらをまと
めて表面と呼ぶこととする）で正反射した光束によるノ
イズ光が観察される干渉縞にのり、部分的にCCD の飽和
レベルを越えたりすることが無いようにする特別の計測
方法を行っている。

【００４２】図２は実施形態１におけるホログラム平板
１０１による正反射光線の光路図である。図中、８’は
CCD （光電変換手段）の受光面である。なお、集光レン
ズ５及び結像レンズ７は夫々薄肉レンズとして表してい
る。

【００４３】又、図中の他の記号は夫々以下のものを表
している。

【００４４】ｈ_CGH ： 計算機ホログラム基板の表面も
しくは裏面における測定光束端の高さ ａ_TS： 正反射光線が集光レンズ５に向かう際の物点と
集光レンズ５の距離（集光レンズ５に対する物点距離） ｂ_TS： 正反射光線が集光レンズ５を屈折した後の像点
距離 ｆ_TS： 集光レンズ５の焦点距離 ｈ_TS： 正反射光束の最も周辺の光線が集光レンズ５に
入射する入射高 ｕ_TS： 正反射光束の最も周辺の光線が集光レンズ５に
入射する入射角度 ａ_C ： 正反射光線が結像レンズ７に入射する際の物点
距離 ｂ_C ： 正反射光線が結像レンズ７を屈折した後の像点
距離 ｆ_C ： 結像レンズ７の焦点距離 ｈ_C ： 正反射光束の最も周辺の光線が結像レンズ７に
入射する入射高 ｕ_C ： 正反射光束の最も周辺の光線が結像レンズ７に
入射する入射角度 ｄ ： 受光面８’の最大径 Ｄ ： 正反射光束の最も周辺の光線が受光面８’の位
置において示す最大直径 ｅ_CCD ： 受光面８’と結像レンズ７との間隔 ｅ_CGH ： ホログラム平板１０１の表面もしくは裏面と
集光レンズ５との間隔 ｅ ： 集光レンズ５と結像レンズ７との光学的間隔
（集光レンズ５と結像レンズ７との間の主点間隔） 図２の配置においてｄ≦Ｄを実現し得る配置を考える。
この時、

【００４５】

【数３】 ここで集光レンズ５及び結像レンズ７は既知のものを使
用するのでｆ_TS，ｆ_Cは既知であり、固定される。又、
これらのレンズ間の間隔ｅ及び結像レンズ７と受光面
８’との間隔ｅ_CCD も他の要素により決まるものなので
既知として固定する。

【００４６】従って前記のｄ≦Ｄの条件を実現するため
に本実施形態では集光レンズ５とホログラム平板１０１
との間隔（ホログラム平板１０１の位置は表面もしくは
裏面とする、この平板の厚さは全体の寸法に比べて非常
に小さいのでどちらを選んでも略同じ結論に達する）ｅ
_CGH を調整することにより条件ｄ≦Ｄを実現させる。

【００４７】上記の関係により決定された位置に基づい
て、ガラス基板２上に位置決めホログラム４及び測定用
ホログラム３のホログラムパターンを形成する。

【００４８】実施形態１の具体的な配置としては例え
ば、 ｆ_TS＝３３０ｍｍ，ｆ_C ＝１００ｍｍ，ｄ＝５ｍｍ，ｅ
_CCD ＝１２０ｍｍ ｅ＝２００ｍｍ，ｅ_CGH ＝５０ｍｍ，ｈ_CGH ＝４２．４
２ｍｍの場合は、以下の値が導かれる： ａ_TS＝−２３０ｍｍ，ｂ_TS＝１３５．５４ｍｍ，ａ_C ＝
６４．４６ｍｍ，ｂ_C ＝−１８１．４１ｍｍ，ｈ_TS＝−
３４．８５ｍｍ，ｕ_C ＝−０．２５７１ ，ｈ_C ＝１
６．５７ｍｍ。ここで結像レンズ７の有効径は４０ｍｍ
であるため、この光線はけられない。よってＤ／２＝２
７．５４ｍｍ，Ｄ＝５５．０８ｍｍとなり、ｄ≦Ｄは満
たされる。

【００４９】本実施形態では以上の構成によって測定用
ホログラム３を使用して非球面の面精度を計測する際、
ホログラム平板１０１の表面、裏面及びホログラムパタ
ーン面による正反射光のノイズ光があっても常にCCD の
画素の飽和レベル以下の画像を得て画像情報の欠落を防
ぎ、面形状の計測の精度を上げている。

【００５０】なお、実施形態１の干渉計を使用してCCD
面（受光面）上にスポット状の有害ノイズが形成される
場合の例を示す。実施形態１の干渉計は、 ｆ_TS＝３３０ｍｍ，ｆ_C ＝１００ｍｍ，ｄ＝５ｍｍ，ｅ
_CCD ＝１２０ｍｍ ｅ＝２００ｍｍ であった。この干渉計の集光レンズ５の後，ｅ_CGH ＝２
５５ｍｍのところにホログラム平板１０１を設けること
とする。この時ｈ_CGH ＝１１．３６ｍｍとして以下の値
が導かれる： ａ_TS＝１８０ｍｍ，ｂ_TS＝−３９６．００ｍｍ，ａ_C ＝
５９６．００ｍｍ，ｂ_C ＝１２０．１６ｍｍ， ｈ_TS＝
２７．２７ｍｍ，ｕ_C ＝−０．０６８９，ｈ_C ＝４１．
０５ｍｍ。ここで結像レンズ７の有効径は４０ｍｍであ
るため、ｈ_C ＞２０の光線はけられ、有効径一杯で光束
は透過する。従って透過する光線のみについて考えれば
ｈ_C ＝２０ｍｍとなる。これよりＤ／２＝０．０２７ｍ
ｍ，Ｄ＝０．０５４ｍｍとなり、ｄ≦Ｄは満たされず、
正反射光束は受光面内にスポット状に集光し、計測精度
を損なう。

【００５１】以下は実施形態２の配置データである。

【００５２】ｆ_TS＝３３０ｍｍ，ｆ_C ＝１００ｍｍ，ｄ
＝５ｍｍ，ｅ_CCD ＝１２０ｍｍ ｅ＝２００ｍｍ，ｅ_CGH ＝２１０ｍｍ，ｈ_CGH ＝１８．
１８ｍｍ。

【００５３】この時、以下の値が導かれる： ａ_TS＝９０ｍｍ，ｂ_TS＝−１２３．７５ｍｍ，ａ_C ＝３
２３．７５ｍｍ，ｂ_C ＝１４４．６９ｍｍ，ｈ_TS＝１
３．６４ｍｍ，ｕ_C ＝−０．１１０２，ｈ_C ＝３５．６
７ｍｍ。

【００５４】ここで実施形態１と同様に結像レンズ７の
有効径は４０ｍｍであるため、ｈ_C＞２０となり、光線
は一部けられ、有効径一杯で光束は透過する。従って透
過する光線のみについて考えればｈ_C ＝２０ｍｍとな
る。これよりＤ／２＝３．４１ｍｍ，Ｄ＝６．８３ｍｍ
となり、ｄ≦Ｄは満たされる。

【００５５】本実施形態では、結像レンズ７の有効径が
小さいためにノイズ成分の光がけられてしまう場合でも
実施形態１と同様な効果を上げている。

【００５６】図３は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。本実施形態が実施形態１と異なる点は集光レンズ
５が異なるのみである。即ち、本実施形態の干渉計１０
０においては集光レンズ５が着脱可能であり、いろいろ
な焦点距離ｆ_TSの集光レンズを選択できる。又、当然の
ことながら、実施形態１と同様にガラス基盤２の位置も
自由に設定できる。つまりｅ_CGH を自由に設定できる。
この実施形態でもガラス基板２の適切な配置位置を決定
した後に測定用ホログラム３のパターンを決定する。

【００５７】本実施形態の具体的な配置データは以下の
通りである。

【００５８】ｆ_TS＝１１００ｍｍ，ｆ_C ＝１００ｍｍ，
ｄ＝５ｍｍ，ｅ_CCD ＝１２０ｍｍ ｅ＝２００ｍｍ，ｅ_CGH ＝５００ｍｍ，ｈ_CGH ＝２７．
２７ｍｍ。

【００５９】この時、以下の値が導かれる： ａ_TS＝−１００ｍｍ，ｂ_TS＝９１．６７ｍｍ，ａ_C ＝１
０８．３３ｍｍ，ｂ_C ＝１３００ｍｍ，ｈ_TS＝−４．５
５ｍｍ，ｕ_C ＝−０．０４９６、ｈ_C ＝５．３７ｍｍ。

【００６０】ここで実施形態１、２と同様に結像レンズ
７の有効径は４０ｍｍであるため、この光線はけられず
に透過する。従ってＤ／２＝４．８８ｍｍ，Ｄ＝９．７
５ｍｍとなり、ｄ≦Ｄは満たされる。

【００６１】本実施形態の如く、実施形態１よりもさら
に自由度の高い状態（実施形態１とは集光レンズ５を変
えている場合）でも同様の効果が得られる。

【００６２】なお、実施形態３の干渉計を使用してCCD
面（受光面）上にスポット状の有害ノイズが形成される
場合の例を示す。実施形態３の干渉計は、 ｆ_TS＝１１００ｍｍ，ｆ_C ＝１００ｍｍ，ｄ＝５ｍｍ，
ｅ_CCD ＝１２０ｍｍ ｅ＝２００ｍｍ であった。この干渉計の集光レンズ５の後，ｅ_CGH ＝７
００ｍｍのところにホログラム平板１０１を設けること
とする。この時ｈ_CGH ＝１８．１８ｍｍとして以下の値
が導かれる： ａ_TS＝３００ｍｍ，ｂ_TS＝−４１２．５ｍｍ，ａ_C ＝６
１２．５ｍｍ，ｂ_C ＝１１９．５１ｍｍ，ｈ_TS＝１３．
６４ｍｍ，ｕ_C ＝−０．０３３１， ｈ_C ＝２０．２５
ｍｍ。

【００６３】ここで結像レンズ７の有効径は４０ｍｍで
あるため、ｈ_C ＞２０の光線はけられ、有効径一杯で光
束は透過する。従って透過する光線のみについて考えれ
ばｈ_C ＝２０ｍｍとなる。これよりＤ／２＝０．０８２
ｍｍ，Ｄ＝０．１６３ｍｍとなり、ｄ≦Ｄは満たされ
ず、正反射光束は受光面内にスポット状に集光し、計測
精度を損なう。

【００６４】以下は実施形態４の配置データである。

【００６５】ｆ_TS＝１１００ｍｍ，ｆ_C ＝１００ｍｍ，
ｄ＝５ｍｍ，ｅ_CCD ＝１２０ｍｍ ｅ＝２００ｍｍ，ｅ_CGH ＝９００ｍｍ，ｈ_CGH ＝９．０
９ｍｍ。

【００６６】この時、以下の値が導かれる： ａ_TS＝７００ｍｍ，ｂ_TS＝−１９２５．００ｍｍ，ａ_C
＝２１２１．０ｍｍ，ｂ_C ＝１０４．９４ｍｍ，ｈ_TS＝
３１．８２ｍｍ，ｕ_C ＝−０．０１６５、ｈ_C ＝３５．
１２ｍｍ。

【００６７】ここで実施形態１、２、３と同様に結像レ
ンズ７の有効径は４０ｍｍであるためｈ_C ＞２０の光線
はけられ、有効径一杯で光束は透過する。従って透過す
る光線のみについて考えればｈ_C ＝２０ｍｍとなる。こ
れよりＤ／２＝２．８７ｍｍ，Ｄ＝５．７４ｍｍとな
り、ｄ≦Ｄは満たされる。

【００６８】本実施形態では、結像レンズ７の有効径が
小さいためにノイズ成分の光がけられてしまう場合でも
実施形態３と同様な効果を上げている。

【００６９】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、計算機ホロ
グラムを形成した平板を用いて面形状を計測する際、該
平板の表面で正反射して光電変換手段へ向かう正反射光
束を含めて該光電変換手段の受光面上の最大光量をCCD
の飽和する光量レベル以下とし、フリンジスキャンを行
った際に、欠落点の無い画像情報を得て高精度で面形状
を計測できる面形状計測方法を達成する。

【００７０】その他、 （２−１） 測定点に欠落点があると大きな面を分割し
て測定し、後に繋ぎ合わせて１つの面の精度を構成する
際に大きな支障が生じ、１つの面に繋ぐことができな
い、又は繋ぎ方が悪くなる、又は繋いだ後の面の精度が
悪くなるが、本発明によれば欠落点が生じないので分割
測定の際にも高精度で面形状を計測できる。 （２−２） 位置出しホログラムを利用すればホログラ
ム平板の位置設定を高精度に行え、測定誤差を除去でき
る。 （２−３） 位置出しホログラムを利用してホログラム
平板の位置出しを行い、次いで該平板を所定距離移動し
て測定用ホログラムを設定して被検査面を計測できるの
で面形状の計測が極めて容易に行える。等の少なくとも
１つの効果を有する面形状計測方法を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】 本発明の実施形態１の説明図

【図３】 本発明の実施形態３の要部概略図

【図４】 ノイズ光の影響の説明図

【図５】 従来の計算機ホログラムを用いた計測装置の
要部概略図

【図６】 従来例により得られる計測画像例

【符号の説明】

１ 被検レンズ（被検物） １ａ 被検査面（被検査非球面） ２ ガラス基板 ３ 測定用の計算機ホログラム（測定用ホログラム） ３₀ 測定用の計算機ホログラムの中心 ４ 位置出し用の計算機ホログラム（位置出しホログラ
ム） ４₀ 位置出し用の計算機ホログラムの中心 ５ 集光レンズ ５ａ 参照面 ６ ビームスプリッタ ７ 結像レンズ ８ CCD カメラ ８’受光面 ９ レーザ光源 １０ コリメータレンズ １２ 計測画像のノイズ １３ 光量調整フィルタ １００ 干渉計 １０１ 計算機ホログラムを有する平板（ホログラム平
板）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 干渉計から射出する収束球面波光束を計
   算機ホログラムを有する平板に入射し、該計算機ホログ
   ラムで発生する所定の次数の透過回折光束を被検査面に
   入射させ、該被検査面で反射した光束が該計算機ホログ
   ラムを透過する際に発生する透過回折光束の内の所定次
   数の回折光束より成る測定光束を該干渉計に入射させ、
   該測定光束と該干渉計内の参照面によって形成される参
   照光束とを合成し、該参照光束の位相を変化させて、そ
   の合成光の干渉縞を光電変換手段で検出することにより
   該被検査面の形状を計測する際、 該平板を設ける位置は該平板の表面で該収束球面波光束
   を反射して形成される正反射光束が該光電変換手段の受
   光面の位置において該受光面と同じ若しくは該受光面よ
   り大きい直径を形成する位置であることを特徴とする面
   形状計測方法。
2. 【請求項２】 光源より射出する光束をコリメータレン
   ズを介して平行光束として集光レンズに入射させ、該集
   光レンズより射出する収束球面波光束を面形状測定用の
   計算機ホログラムを有する平板に入射し、該計算機ホロ
   グラムで発生する所定の次数の透過回折光束を被検査面
   に入射させ、該被検査面で反射した光束が該計算機ホロ
   グラムを透過する際に発生する透過回折光束の内の所定
   次数の回折光束より成る測定光束を該集光レンズに入射
   させ、該集光レンズ内の参照面によって形成される参照
   光束と合成して結像レンズを介して光電変換手段の受光
   面上に干渉縞を形成し、該参照光束の位相を変化させて
   該干渉縞を該光電変換手段で検出することにより該被検
   査面の形状を計測する際、 ｄ≦Ｄ ただし、ｄは光電変換手段の受光面の最大径であり、Ｄ
   は該平板の表面又は裏面で正反射して形成される正反射
   光束が受光面位置において示す最大直径であり、 ｈ_CGH ： 計算機ホログラムを有する平板の表面もしく
   は裏面における測定光束端の高さ ａ_TS： 正反射した光線が集光レンズに向かう際の物点
   と集光レンズの距離 ｂ_TS： 正反射した光線が集光レンズを屈折した後の像
   点距離 ｆ_TS： 集光レンズの焦点距離 ｈ_TS： 正反射光束の最も周辺の光線が集光レンズに入
   射する入射高 ｕ_TS： 正反射光束の最も周辺の光線が集光レンズに入
   射する入射角度の正切 ａ_C ： 正反射光線が結像レンズに入射する際の物点距
   離 ｂ_C ： 正反射光線が結像レンズを屈折した際の像点距
   離 ｆ_C ： 結像レンズの焦点距離 ｈ_C ： 正反射光束の最も周辺の光線が結像レンズに入
   射する入射高 ｕ_C ： 正反射光束の最も周辺の光線が結像レンズに入
   射する入射角度の正切 ｅ_CCD ： 結像レンズと受光面との間隔 ｅ_CGH ： 計算機ホログラムを有する平板と集光レンズ
   との間隔 ｅ ： 集光レンズと結像レンズとの光学的間隔 として、以下の関係式より得られる値： 【数１】 を満足する位置に該平板を設けることを特徴とする面形
   状測定方法。
3. 【請求項３】 前記平板は前記面形状測定用の計算機ホ
   ログラムと同一面上，．に位置出し用の計算機ホログラ
   ムを有し、所定の収束球面波光束を該位置出し用の計算
   機ホログラムに入射させたとき、所定次数の反射回折光
   束は該収束球面波に対する位相共役波面を発生すること
   を特徴とする請求項２の面形状計測方法。
4. 【請求項４】 前記位置出し用の計算機ホログラムによ
   り前記平板の位置を決定した後に、該平板を計算機ホロ
   グラムを形成している平面に平行に所定量移動させて前
   記被検査面の形状の計測を行うことを特徴とする請求項
   ３の面形状計測方法。