JPH10221030A - Aspherical shape measuring device - Google Patents
Aspherical shape measuring deviceInfo
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- JPH10221030A JPH10221030A JP9020307A JP2030797A JPH10221030A JP H10221030 A JPH10221030 A JP H10221030A JP 9020307 A JP9020307 A JP 9020307A JP 2030797 A JP2030797 A JP 2030797A JP H10221030 A JPH10221030 A JP H10221030A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ヌル素子により生
成されたヌル測定波面を用いて非球面レンズの非球面形
状を計測する非球面形状測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aspherical shape measuring apparatus for measuring an aspherical shape of an aspherical lens using a null measurement wavefront generated by a null element.
【0002】[0002]
【従来の技術】非球面で構成された非球面レンズの面形
状を高精度に干渉計測するための方法として、二波面M
ZP(マスターゾーンプレート)を用いる方法が、特開
平6−11323号公報に開示されている。2. Description of the Related Art As a method for measuring the surface shape of an aspherical lens having an aspherical surface with high accuracy, a two-wavefront M is used.
A method using a ZP (master zone plate) is disclosed in JP-A-6-11323.
【0003】この方法では、一枚のZP(ゾーンプレー
ト)素子に、レンズの形状を計測するための非球面波を
発生させる形状測定用パターン、被検面のアライメント
のための球面波を発生させるアライメント用パターンを
設け、面形状を測定するための予定測定位置での被検レ
ンズの頂点近傍に球面波を集光させることによって、被
検面の形状測定、および被検面の測定光軸方向の位置決
めが被検レンズを極力動かさずに行えるという特徴を有
する。In this method, a single ZP (zone plate) element generates a shape measurement pattern for generating an aspherical wave for measuring the shape of a lens and a spherical wave for alignment of a test surface. By providing an alignment pattern and converging a spherical wave near the vertex of the test lens at a predetermined measurement position for measuring the surface shape, the shape of the test surface is measured, and the measurement optical axis direction of the test surface is measured. Is characterized in that the positioning of the lens can be performed without moving the test lens as much as possible.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、形状測
定用パターンの有効領域内にアライメント用パターンが
存在する場合、形状測定時にアライメント用の波面がノ
イズとなるため、光路中に遮蔽物を挿入しなければなら
ず、測定不能領域が生ずる。また、それを避けるため
に、形状測定用パターンの有効領域外、すなわち、ZP
素子の外周部にアライメントパターンを設けた場合に
も、非球面の形状によっては、予定測定位置での被検レ
ンズの頂点近傍に球面波を集光させるためには、アライ
メント用パターンの線幅が非現実的な値となってしまう
という問題点があった。However, if an alignment pattern is present in the effective area of the shape measurement pattern, a wavefront for alignment becomes noise during shape measurement, so a shield must be inserted in the optical path. And an unmeasurable area occurs. Further, in order to avoid this, ZP outside the effective area of the shape measurement pattern, that is, ZP
Even when an alignment pattern is provided on the outer periphery of the element, depending on the shape of the aspherical surface, the line width of the alignment pattern is required to focus the spherical wave near the vertex of the test lens at the planned measurement position. There is a problem that the value becomes unrealistic.
【0005】本発明の目的は、広範囲の非球面形状に適
用可能な非球面形状測定装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide an aspherical shape measuring apparatus applicable to a wide range of aspherical shapes.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図1
〜図3に対応づけて説明すると、請求項1に記載の発明
は、被測定物13に形成された被測定面13aの非球面
形状を測定する非球面形状測定装置に適用される。そし
て、参照光および測定光の相互干渉に基づく干渉縞を形
成する干渉計本体102と、干渉計本体102から射出
される光の波面を被測定面13aと略等しい形状の非球
面波10に変換するためのヌル素子2と、干渉計本体1
02から射出される光の波面を焦点Oに向けて集光する
球面波11に変換する変換素子2と、ヌル素子2を経由
した被測定面13aと略等しい形状の非球面波10が被
測定面13aに照射される予定測定位置と、変換素子2
により形成された球面波11の焦点Oに被測定面13a
の頂点を一致させるアライメント位置との間で被測定物
13を移動可能に保持する保持手段3と、予定焦点位置
およびアライメント位置の間の位置変位量を検出する変
位量検出手段7と、保持手段3により予定測定位置に被
測定物13を設置したときに、参照光および被測定面1
3aでの反射により得た測定光の相互干渉による干渉縞
から得られる被測定面形状データと、変位量検出手段7
により検出された変位量とに基づいて被測定面13aの
形状を算出する演算手段200とを備えることにより上
述の目的が達成される。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
3, the invention according to claim 1 is applied to an aspherical shape measuring device that measures an aspherical shape of a surface 13a to be measured formed on the object 13 to be measured. Then, the interferometer main body 102 that forms interference fringes based on the mutual interference between the reference light and the measurement light, and the wavefront of the light emitted from the interferometer main body 102 is converted into the aspherical wave 10 having substantially the same shape as the surface 13a to be measured. Element 2 for performing the measurement and the interferometer body 1
The conversion element 2 for converting the wavefront of the light emitted from the element 02 into a spherical wave 11 converged toward the focal point O, and the aspherical wave 10 having a shape substantially equal to the surface 13a to be measured via the null element 2 are measured. The planned measurement position to be irradiated on the surface 13a and the conversion element 2
The measured surface 13a at the focal point O of the spherical wave 11 formed by
Holding means 3 for movably holding the DUT 13 with an alignment position at which the vertices of the object coincide with each other; displacement amount detecting means 7 for detecting a positional displacement amount between the planned focal position and the alignment position; 3, when the object 13 is set at the planned measurement position, the reference light and the surface
Surface shape data obtained from interference fringes due to mutual interference of measurement light obtained by reflection at 3a;
The above object is achieved by providing the calculating means 200 for calculating the shape of the surface 13a to be measured based on the displacement amount detected by the above.
【0007】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。In the section of the means for solving the above-mentioned problems, which explains the configuration of the present invention, the drawings of the embodiments of the present invention are used to make the present invention easy to understand. However, the present invention is not limited to this.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】図1により、本発明による非球面
形状測定装置の原理を説明する。まず、ヌル素子2から
発せられた測定光の測定ヌル波面10に対して、被検レ
ンズ13の被検面13aを縞一色となるようにアライメ
ントする。被検面13aの非球面形状をW1、その非球
面形状に従ってユニークに決定される測定ヌル波面形状
をN1とおくと、得られた測定データΔW1は、「ΔW
1≡W1−N1」で表される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of an aspherical shape measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the test surface 13a of the test lens 13 is aligned with the measurement null wavefront 10 of the measurement light emitted from the null element 2 so as to be a single stripe. Assuming that the aspherical shape of the test surface 13a is W1 and the measured null wavefront shape uniquely determined according to the aspherical shape is N1, the obtained measurement data ΔW1 is “ΔW
1≡W1-N1 ”.
【0009】一方、設計ヌル波面形状をN0とおくと、
N0に対するN1の偏差形状ΔN1は、「ΔN1≡N1
−N0」で表される。したがって、N0に対するW1の
偏差形状ΔW0は、「ΔW0≡W1−N0=ΔW1+Δ
N1」で表される。On the other hand, if the design null wavefront shape is N0,
The deviation shape ΔN1 of N1 with respect to N0 is “ΔN1≡N1
−N0 ”. Therefore, the deviation shape ΔW0 of W1 with respect to N0 is represented by “ΔW0≡W1-N0 = ΔW1 + Δ
N1 ".
【0010】次に、ヌル素子2から発せられた球面形状
の参照波面11に対して、被検面13aが頂点反射を形
成するように、被検レンズ13を配置する。Next, the test lens 13 is arranged so that the test surface 13a forms a vertex reflection with respect to the spherical reference wavefront 11 emitted from the null element 2.
【0011】以上得られた2個の測定状態間の光軸方向
の距離L1を計測する。一方、測定ヌル波面10と参照
波面11との空間的な相対位置関係を設計値基準で考え
れば、設計値で表される測定ヌル波面10を与える距離
L0が計算から求まる。この両者の減算距離L1−L0
は、前述のΔN1の偏差形状を与えるから、その関数を
f(ΔL)で表したとき、「ΔN1=f(L1−L
0)」と表される。The distance L1 in the optical axis direction between the two measurement states obtained above is measured. On the other hand, if the spatial relative positional relationship between the measured null wavefront 10 and the reference wavefront 11 is considered on the basis of the design value, the distance L0 that gives the measured null wavefront 10 represented by the design value can be obtained from the calculation. The subtraction distance L1-L0 between the two is obtained.
Gives the above-mentioned deviation shape of ΔN1, and when its function is represented by f (ΔL), “ΔN1 = f (L1−L
0) ".
【0012】以上の関係から、被検面13aの設計ヌル
波面に対する偏差形状ΔW0は、From the above relationship, the deviation shape ΔW0 of the test surface 13a with respect to the designed null wavefront is
【数1】 ΔW0=ΔW1+f(L1−L0) ・・・式(1) と求まる。ΔW0 = ΔW1 + f (L1−L0) Equation (1) is obtained.
【0013】−第1の実施の形態− 以下、図1〜図3を用いて本発明による非球面形状測定
装置の第1の実施の形態について説明する。First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of an aspherical shape measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【0014】図2に示すように、本実施の形態の非球面
形状測定装置は干渉計100と、演算装置200と、ア
ライメント用のモニタ300とを備える。干渉計100
は光学系装置101と、干渉計本体102と、干渉計本
体102内に形成される干渉縞を撮像するための干渉縞
撮像装置(CCDカメラ)103とを備え、干渉縞撮像
装置103には演算装置200およびモニタ300がそ
れぞれ接続されている。As shown in FIG. 2, the aspherical shape measuring apparatus according to the present embodiment includes an interferometer 100, an arithmetic unit 200, and a monitor 300 for alignment. Interferometer 100
Comprises an optical system device 101, an interferometer main body 102, and an interference fringe imaging device (CCD camera) 103 for imaging an interference fringe formed in the interferometer main body 102. The device 200 and the monitor 300 are connected respectively.
【0015】図3に示すように、光学系装置101は干
渉計本体102から射出された平面波が入射されるフィ
ゾーフラット1と、フィゾーフラット1を透過した光束
をヌル波面および球面波に変換するZP(ゾーンプレー
ト)素子2と、被検レンズ13を保持しつつ干渉計10
0の測定光軸方向に移動させる保持機構3とを備える。As shown in FIG. 3, an optical system apparatus 101 includes a Fizeau flat 1 on which a plane wave emitted from an interferometer body 102 is incident, and a ZP for converting a light beam transmitted through the Fizeau flat 1 into a null wavefront and a spherical wave. (Zone plate) The interferometer 10 while holding the element 2 and the lens 13 to be inspected
And a holding mechanism 3 for moving in the direction of the zero measurement optical axis.
【0016】図3において、2aはZP(ゾーンプレー
ト)素子2の上面に形成された同心円状のヌル波面用回
折格子パターンであり、2bはヌル波面回折格子パター
ン2aを取り囲んでZP(ゾーンプレート)素子2の上
面外周部に形成された同じく同心円状のアライメント用
回折格子パターンである。図1および図3に示すよう
に、ヌル波面用回折格子パターン2aによって、所定の
位置で被検面13aの設計形状と略等価な非球面形状と
なる干渉計測のための測定ヌル波面10が形成される。
またアライメント用回折格子パターン2bによって、被
検レンズ13の位置決めのための球面波11が形成され
る。In FIG. 3, reference numeral 2a denotes a concentric diffraction grating pattern for a null wavefront formed on the upper surface of the ZP (zone plate) element 2, and 2b denotes a ZP (zone plate) surrounding the null wavefront diffraction grating pattern 2a. 7 shows a similarly concentric alignment diffraction grating pattern formed on the outer peripheral portion of the upper surface of the element 2. As shown in FIGS. 1 and 3, a measurement null wavefront 10 for interference measurement is formed by a null wavefront diffraction grating pattern 2 a at a predetermined position to have an aspherical shape substantially equivalent to the design shape of the test surface 13 a. Is done.
The alignment diffraction grating pattern 2b forms a spherical wave 11 for positioning the lens 13 to be measured.
【0017】保持機構3は、被検レンズ13を保持する
保持部3aと、保持部3aに当接して保持部3aを支持
する摺動部3bと、摺動部3bを干渉計100の測定光
軸Xに沿って摺動可能に支持するレール部3cとからな
る。摺動部3bをレール部3cに沿って摺動させること
により、保持部3aに保持された被検レンズ13を干渉
計100の測定光軸方向に平行移動させることができ
る。The holding mechanism 3 includes a holding portion 3a for holding the lens 13 to be measured, a sliding portion 3b which abuts on the holding portion 3a to support the holding portion 3a, and a measuring light of the interferometer 100 for the sliding portion 3b. And a rail portion 3c slidably supported along the axis X. By sliding the sliding portion 3b along the rail portion 3c, the test lens 13 held by the holding portion 3a can be translated in the measurement optical axis direction of the interferometer 100.
【0018】図3において、7は保持部3aの測定光軸
方向への変位を検出するための検出装置である。図3で
は、高精度測定のために通常良く用いられるレーザ測長
器が検出装置7として例示されている。検出装置(レー
ザ測長器)7は、測長用の周波数安定化レーザ光を発生
させるとともにビームスプリッタにより光束を参照光と
測定光とに分配し、2光束の干渉計信号を検出するため
の本体7aと、保持部3aに取り付けられ測定光を反射
させるためのミラー7bとを備える。In FIG. 3, reference numeral 7 denotes a detecting device for detecting the displacement of the holder 3a in the direction of the measuring optical axis. In FIG. 3, a laser length measuring device that is usually used for high-accuracy measurement is exemplified as the detecting device 7. The detection device (laser length measuring device) 7 generates a frequency-stabilized laser beam for length measurement, distributes the light beam to a reference beam and a measurement beam by a beam splitter, and detects an interferometer signal of two beams. It has a main body 7a and a mirror 7b attached to the holding section 3a for reflecting the measurement light.
【0019】アッベ誤差を緩和させるために、検出装置
7の測長光束の光軸は干渉計100の測定光軸Xと一致
されている。また、偏心を測定するために、被検レンズ
13の裏面(図3において上面)からの干渉測定光を使
用する場合には、干渉計100の測定光軸Xを対称軸と
して振り分けた2箇所について測長を行うようにしても
よい。In order to reduce Abbe error, the optical axis of the measuring beam of the detector 7 coincides with the measuring optical axis X of the interferometer 100. When measuring the eccentricity by using the interference measurement light from the back surface (the upper surface in FIG. 3) of the test lens 13, the measurement light axis X of the interferometer 100 is used as the symmetry axis for the two positions. The measurement may be performed.
【0020】図3および図1に示すように、干渉計本体
102から射出される平面波は、フィゾーフラット1に
形成された高精度参照面1aに垂直に入射され、干渉縞
を形成させるための一方の測定波面(反射光)を発生さ
せる。高精度参照面1aを透過した測定光束は、ZP
(ゾーンプレート)素子2に入射され、所定の位置で設
計形状と略等価な非球面形状となる測定ヌル波面10、
および図1の焦点Oに集光する球面波11を発生させ
る。なお、ZP素子2に高精度参照面を設けることによ
り、フィゾーフラット1を省略してもよい。As shown in FIG. 3 and FIG. 1, a plane wave emitted from the interferometer main body 102 is vertically incident on a high-precision reference surface 1a formed on the Fizeau flat 1, and forms one side for forming interference fringes. A measurement wavefront (reflected light) is generated. The measurement light flux transmitted through the high-precision reference surface 1a is ZP
(Zone plate) A measurement null wavefront 10, which is incident on the element 2 and has an aspherical shape substantially equivalent to the design shape at a predetermined position.
Further, a spherical wave 11 condensed at the focal point O in FIG. 1 is generated. The Fizeau flat 1 may be omitted by providing the ZP element 2 with a high-precision reference surface.
【0021】保持機構3によって、干渉計測のための所
定位置(予定測定位置)にセットされた被検レンズ13
からの反射光は、他方の測定波面となり、フィゾーフラ
ット1の高精度参照面1aにおいて反射された一方の測
定波面とともに干渉計本体102に戻る。両者の測定波
面は干渉計本体102内で干渉し合い、形成された干渉
縞は干渉縞撮像装置103により撮像され、その撮像信
号は演算装置200およびモニタ300に出力される。The test lens 13 set at a predetermined position (scheduled measurement position) for interference measurement by the holding mechanism 3
The reflected light from the light source becomes the other measurement wavefront, and returns to the interferometer main body 102 together with the one measurement wavefront reflected on the high-precision reference surface 1a of the Fizeau flat 1. The two measurement wavefronts interfere with each other in the interferometer main body 102, and the formed interference fringes are imaged by the interference fringe imaging device 103, and the imaging signals are output to the arithmetic device 200 and the monitor 300.
【0022】演算装置200は、干渉縞撮像装置103
からの信号を受けて、形状測定のための演算を行う。演
算装置200は、干渉計本体102内の干渉縞撮像装置
103からの画像情報を光路差データに変換し、被検面
13aの形状誤差を算出する。The arithmetic unit 200 includes an interference fringe imaging device 103
, And performs calculations for shape measurement. The arithmetic device 200 converts image information from the interference fringe imaging device 103 in the interferometer main body 102 into optical path difference data, and calculates a shape error of the surface 13a to be inspected.
【0023】モニタ300は干渉縞自体の映像を表示
し、モニタ300の画像は被検レンズ13の位置を調整
する際に用いられる。すなわち、被検レンズ13の位置
調整により極力縞一色状態とする際に、モニタ300の
画像を見ながら保持機構3を操作する。The monitor 300 displays an image of the interference fringe itself, and the image on the monitor 300 is used when adjusting the position of the lens 13 to be inspected. That is, when the position of the test lens 13 is adjusted to make the fringe one-color state as much as possible, the holding mechanism 3 is operated while viewing the image on the monitor 300.
【0024】以上のように構成された第1の実施の形態
の非球面形状測定装置を用いて、被検レンズ13の被検
面13aの形状を測定する場合の手順の一例について、
次に説明する。An example of a procedure for measuring the shape of the surface 13a of the lens 13 to be measured using the aspherical shape measuring apparatus of the first embodiment configured as described above will be described.
Next, a description will be given.
【0025】まず、被検レンズ13を保持機構3に取付
け、保持機構3を調整することにより被検レンズ13を
予定測定位置に設置する。具体的には、測定ヌル波面1
0が被検面13aに対して極力垂直に入射する(縞一色
となる)ように、モニター300を見ながら保持機構3
を操作し、被検レンズ13の光軸X方向の位置調整を行
う。First, the test lens 13 is attached to the holding mechanism 3, and the test lens 13 is set at a predetermined measurement position by adjusting the holding mechanism 3. Specifically, the measurement null wavefront 1
While holding the monitor 300, the holding mechanism 3 is set so that 0 is incident on the surface 13a perpendicularly as much as possible (one color of the stripe).
Is operated to adjust the position of the test lens 13 in the optical axis X direction.
【0026】ヌル波面用回折格子パターン2aを経由し
て得られたヌル波面10は、位置調整を終了した被検レ
ンズ13の被検面13aで反射され、この反射光束が干
渉縞を形成するための測定波面となる。干渉計本体10
2内に形成された干渉縞は、演算装置200における処
理によって測定データΔW1に変換され、演算装置20
0内に記憶される。また、被検レンズ13の光軸X方向
の位置が検出装置7により計測され、同様に記憶され
る。The null wavefront 10 obtained via the null wavefront diffraction grating pattern 2a is reflected by the test surface 13a of the test lens 13 whose position has been adjusted, and this reflected light beam forms interference fringes. Is the measured wavefront. Interferometer body 10
2 is converted into measurement data ΔW1 by processing in the arithmetic device 200,
Stored in 0. Further, the position of the test lens 13 in the direction of the optical axis X is measured by the detection device 7 and stored similarly.
【0027】次に、上述の干渉計測における被検レンズ
13の位置を特定するための操作を行う。上述のよう
に、ZP(ゾーンプレート)素子2の上面外周部に設け
られたアライメント用パターン2bは、回折により収束
型の球面波を発生させる。この集光位置(焦点Oの位
置)はZP(ゾーンプレート)素子2の製作の容易さ
と、保持機構3のストローク等のトレードオフから決ま
る。つまり、焦点OをZP(ゾーンプレート)素子2に
近づけるほど、微細な回折パターンが必要となり、焦点
OをZP(ゾーンプレート)素子2から離すほど、保持
機構3に要求されるストロークが大きくなる。この集光
位置に被検面13aの頂点を合致させるように保持機構
3を調整し、被検レンズ13の位置調整を行う。また、
干渉計測時と同様、被検レンズ13の光軸X方向の位置
は検出装置7により計測され、演算装置200に記憶さ
れる。Next, an operation for specifying the position of the test lens 13 in the above-described interference measurement is performed. As described above, the alignment pattern 2b provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the ZP (zone plate) element 2 generates a convergent spherical wave by diffraction. The light condensing position (the position of the focal point O) is determined by the ease of manufacturing the ZP (zone plate) element 2 and the trade-off of the stroke of the holding mechanism 3 and the like. That is, the closer the focal point O is to the ZP (zone plate) element 2, the finer the diffraction pattern is required. The farther the focal point O is from the ZP (zone plate) element 2, the greater the stroke required for the holding mechanism 3. The holding mechanism 3 is adjusted so that the vertex of the test surface 13a coincides with the light condensing position, and the position of the test lens 13 is adjusted. Also,
As in the case of the interference measurement, the position of the test lens 13 in the optical axis X direction is measured by the detection device 7 and stored in the arithmetic device 200.
【0028】次に、演算装置200に記憶された検出装
置7により得た計測値に基づいて、干渉計測時および頂
点反射時における被検レンズ13の光軸X方向の変位量
L1を演算する。続いて、演算装置200においてf
(L1−L0)および測定されたΔW1を式(1)に代
入する演算を行い、これによりΔW0が算出される。な
お、式(1)の演算に必要なL0および関数fは予め演
算装置200に記憶しておく。Next, based on the measurement values obtained by the detection device 7 stored in the calculation device 200, the displacement amount L1 of the test lens 13 in the optical axis X direction at the time of interference measurement and at the time of vertex reflection is calculated. Subsequently, f
An operation of substituting (L1−L0) and the measured ΔW1 into Expression (1) is performed, and thereby ΔW0 is calculated. Note that L0 and the function f required for the calculation of the equation (1) are stored in the calculation device 200 in advance.
【0029】上述の説明では、被検面13aの干渉計測
を頂点反射を用いたアライメント操作の前に行っている
が、アライメント操作を干渉計測の前に行うようにして
もよい。In the above description, the interference measurement of the test surface 13a is performed before the alignment operation using the vertex reflection. However, the alignment operation may be performed before the interference measurement.
【0030】−第2の実施の形態− 以下、図4を用いて、本発明による非球面形状測定装置
の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形
態の装置は、測定ヌル波面、およびアライメント用の球
面波の発生機構として、ZP(ゾーンプレート)素子単
体の代りに、いわゆるヌルレンズとZP(ゾーンプレー
ト)素子との併用を試みたものである。Second Embodiment A second embodiment of the aspherical shape measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIG. The apparatus according to the second embodiment attempts to use a so-called null lens and a ZP (zone plate) element in place of a ZP (zone plate) element alone as a mechanism for generating a measurement null wavefront and a spherical wave for alignment. It is a thing.
【0031】図4(a)に示すように、第2の実施の形
態では、フィゾーフラット101に高精度参照面101
aを形成するとともに、高精度参照面101aの周囲に
アライメント用の同心円状の回折格子パターン101b
を形成している。また、測定ヌル波面を得るためにヌル
レンズ102を使用している。As shown in FIG. 4A, in the second embodiment, a high-precision reference surface 101 is provided on a Fizeau flat 101.
a, and a concentric diffraction grating pattern 101b for alignment around the high-precision reference surface 101a.
Is formed. Further, a null lens 102 is used to obtain a measurement null wavefront.
【0032】図4(a)に示すように、干渉計本体(不
図示)から射出される平面波をフィゾーフラット101
の高精度参照面101aに垂直に入射させ、干渉縞を形
成させるための一方の測定波面(反射光)を発生させ
る。高精度参照面101a透過した測定光束はヌルレン
ズ102に入射され、所定の位置で設計形状と略等価な
非球面形状となる測定ヌル波面110を発生させる。As shown in FIG. 4A, a plane wave emitted from an interferometer main body (not shown) is applied to a Fizeau flat 101.
Is incident perpendicularly on the high-precision reference surface 101a, thereby generating one measurement wavefront (reflected light) for forming interference fringes. The measurement light beam transmitted through the high-precision reference surface 101a is incident on the null lens 102, and generates a measurement null wavefront 110 having an aspherical shape substantially equivalent to the designed shape at a predetermined position.
【0033】一方、フィゾーフラット101の測定有効
外に設けられた同心円状の回折格子パターン101bに
より回折されて発生した球面波は、ヌルレンズ102と
干渉しないように焦点Oに向けて集光される。この場
合、回折パターン101bを射出する光の光軸Xに対す
る角度が小さく設定できるので、回折格子パターン10
1bの作製が容易となる。On the other hand, the spherical wave generated by being diffracted by the concentric diffraction grating pattern 101b provided outside the effective area of the Fizeau flat 101 is converged toward the focal point O so as not to interfere with the null lens 102. In this case, since the angle of the light exiting the diffraction pattern 101b with respect to the optical axis X can be set small, the diffraction grating pattern 10b
1b is easy to manufacture.
【0034】なお、検出装置により被検レンズ13の変
位量を計測する点は第1の実施の形態と同様であり、第
1の実施の形態と同様の手順で被検面13aの形状測定
をすることができる。Note that the point at which the displacement of the lens 13 to be measured is measured by the detection device is the same as in the first embodiment, and the shape of the surface 13a to be measured is measured in the same procedure as in the first embodiment. can do.
【0035】第2の実施の形態ではフィゾーフラット1
01に回折格子パターン101bを形成しているが、図
4(b)に示すように、フィゾーフラット101Aとは
別に回折格子パターン14aを形成したZP(ゾーンプ
レート)素子14を用い、フィゾーフラット101Aか
らの光束をZP(ゾーンプレート)素子14により球面
波に変換するようにしてもよい。この場合には、回折格
子パターンをZP(ゾーンプレート)素子とは別に作成
することができるので、その作製が容易になるととも
に、光学的な配置の自由度が増大するという利点があ
る。In the second embodiment, the Fizeau flat 1
Although the diffraction grating pattern 101b is formed in FIG. 01, as shown in FIG. 4B, a ZP (zone plate) element 14 in which a diffraction grating pattern 14a is formed separately from the Fizeau flat 101A is used. May be converted into a spherical wave by a ZP (zone plate) element 14. In this case, since the diffraction grating pattern can be created separately from the ZP (zone plate) element, there is an advantage that the fabrication is easy and the degree of freedom of the optical arrangement is increased.
【0036】−第3の実施の形態− 以下、図5を用いて本発明による非球面測定装置の第3
の実施の形態について説明する。第3の実施の形態は、
参照波面(球面波)の発生機構として、放物面鏡を用い
たものである。Third Embodiment Hereinafter, a third embodiment of an aspherical surface measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
An embodiment will be described. In the third embodiment,
A parabolic mirror is used as a generation mechanism of a reference wavefront (spherical wave).
【0037】図5に示すように、干渉計本体(不図示)
から射出される平面波をフィゾーフラット201の高精
度参照面201aに垂直に入射させ、干渉縞を形成させ
るための一方の測定波面(反射光)を発生させる。高精
度参照面201aを透過した測定光束は、ヌルレンズ1
02に入射され、所定の位置で設計形状と略等価な非球
面形状となる測定ヌル波面210を発生させる。As shown in FIG. 5, the main body of the interferometer (not shown)
Is incident perpendicularly on the high-precision reference surface 201a of the Fizeau flat 201 to generate one measurement wavefront (reflected light) for forming interference fringes. The measurement light beam transmitted through the high-precision reference surface 201a is
02, and generates a measurement null wavefront 210 having an aspherical shape substantially equivalent to the designed shape at a predetermined position.
【0038】一方、フィゾーフラット201の測定有効
外の光束は、ヌルレンズの外側に配置された放物面鏡1
5に入射し、放物面の焦点Oに集光する球面波に変換さ
れる。図5では、ヌル測定の所定の位置(干渉縞が略縞
一色となる予定測定位置)における被検レンズ13の頂
点に、放物面鏡15の焦点Oを合致させる配置を採る場
合を示しているが、放物面鏡15を測定光軸X方向に移
動させる移動機構16を設けることにより、ヌル測定波
面210と放物面鏡15の相対位置関係がドリフト等の
影響を受ける場合にも補正が可能となる。図5に示すよ
うに、移動機構16は、例えば放物面鏡16を保持する
保持部16aと、保持部16aに当接する摺動部16b
と、摺動部16bを測定光軸X方向に摺動可能に支持す
るレール部16cとから構成される。On the other hand, the luminous flux outside the effective measurement area of the Fizeau flat 201 is reflected on the parabolic mirror 1 disposed outside the null lens.
5, and is converted into a spherical wave which is focused on the focal point O of the paraboloid. FIG. 5 shows a case where an arrangement is adopted in which the focal point O of the parabolic mirror 15 coincides with the vertex of the test lens 13 at a predetermined position of the null measurement (a measurement position at which the interference fringes are substantially one color). However, by providing the moving mechanism 16 for moving the parabolic mirror 15 in the measurement optical axis X direction, correction is made even when the relative positional relationship between the null measurement wavefront 210 and the parabolic mirror 15 is affected by drift or the like. Becomes possible. As shown in FIG. 5, the moving mechanism 16 includes, for example, a holding part 16a for holding the parabolic mirror 16, and a sliding part 16b that comes into contact with the holding part 16a.
And a rail portion 16c that supports the sliding portion 16b so as to be slidable in the measurement optical axis X direction.
【0039】第1の実施の形態と同様に、被検レンズ1
3の測定光軸X方向の位置は検出装置により計測され
る。また、第1の実施の形態と同様の手順により、被検
面13aの形状測定をすることができる。但し、第3の
実施の形態では、放物面鏡15を用いているため放物面
鏡15と焦点Oとの位置関係の制約が少ない。すなわ
ち、光軸Xに対して大きな照射角をもった球面波を発生
させることができる。また、放物面鏡15を移動させる
ことにより、焦点Oを任意の位置に設定することができ
る。このため、図1に示すL1の値が「0」の場合、す
なわち被検レンズ13を移動させない場合にも適用可能
である。As in the first embodiment, the test lens 1
The position in the measurement optical axis X direction of No. 3 is measured by the detection device. Further, the shape of the test surface 13a can be measured by the same procedure as in the first embodiment. However, in the third embodiment, since the parabolic mirror 15 is used, there is little restriction on the positional relationship between the parabolic mirror 15 and the focal point O. That is, it is possible to generate a spherical wave having a large irradiation angle with respect to the optical axis X. By moving the parabolic mirror 15, the focal point O can be set at an arbitrary position. Therefore, the present invention can be applied to the case where the value of L1 shown in FIG. 1 is “0”, that is, the case where the test lens 13 is not moved.
【0040】第3の実施の形態では、測定ヌル波面21
0を発生させるためのヌル素子としてヌルレンズ102
を用いているが、ヌルレンズ102に代えてゾーンプレ
ートを使用してもよい。In the third embodiment, the measurement null wavefront 21
Null lens 102 as a null element for generating 0
However, a zone plate may be used instead of the null lens 102.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
予定測定位置に被測定物を設置したときの干渉縞から得
られる被測定面形状データと、変位量検出手段により検
出された予定測定位置およびアライメント位置の間の位
置変位量とに基づいて被測定面の形状を算出するので、
広範囲の非球面形状の形状測定に適用できる。As described above, according to the present invention,
Measurement is performed based on the measured surface shape data obtained from the interference fringe when the measured object is set at the planned measurement position and the positional displacement between the planned measurement position and the alignment position detected by the displacement detecting means. Since the shape of the surface is calculated,
It can be applied to shape measurement of a wide range of aspherical shapes.
【図1】本発明による非球面形状測定装置の原理を示す
図。FIG. 1 is a diagram showing the principle of an aspherical shape measuring device according to the present invention.
【図2】第1の実施の形態の非球面形状測定装置を示す
ブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing an aspherical surface shape measuring device according to the first embodiment.
【図3】第1の実施の形態の非球面形状測定装置の光学
系装置を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an optical system device of the aspherical shape measuring device according to the first embodiment.
【図4】第2の実施の形態および変形例の非球面形状測
定装置を示す図であり、(a)は第2の実施の形態の装
置を示す図、(b)は変形例の装置を示す図。FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating an aspherical shape measuring apparatus according to a second embodiment and a modified example, in which FIG. 4A illustrates the apparatus according to the second embodiment, and FIG. FIG.
【図5】第3の実施の形態の非球面形状測定装置を示す
図。FIG. 5 is a diagram illustrating an aspherical surface shape measuring apparatus according to a third embodiment.
2 ZP(ゾーンプレート)素子 3 保持機構 7 検出装置 10 測定ヌル波面 11 球面波 13 被検レンズ 13a 被検面 102 干渉計本体 200 演算装置 O 焦点 Reference Signs List 2 ZP (zone plate) element 3 Holding mechanism 7 Detector 10 Measurement null wavefront 11 Spherical wave 13 Test lens 13a Test surface 102 Interferometer main body 200 Computing device O Focus
Claims (1)
形状を測定する非球面形状測定装置において、 参照光および測定光の相互干渉に基づく干渉縞を形成す
る干渉計本体と、 前記干渉計本体から射出される光の波面を前記被測定面
と略等しい形状の非球面波に変換するためのヌル素子
と、 前記干渉計本体から射出される光の波面を焦点に向けて
集光する球面波に変換する変換素子と、 前記ヌル素子を経由した前記被測定面と略等しい形状の
前記非球面波が前記被測定面に照射される予定測定位置
と、前記変換素子により形成された前記球面波の前記焦
点に前記被測定面の頂点を一致させるアライメント位置
との間で前記被測定物を移動可能に保持する保持手段
と、 前記予定焦点位置および前記アライメント位置の間の位
置変位量を検出する変位量検出手段と、 前記保持手段により前記予定測定位置に前記被測定物を
設置したときに、前記参照光および前記被測定面での反
射により得た測定光の相互干渉による干渉縞から得られ
る被測定面形状データと、前記変位量検出手段により検
出された前記変位量とに基づいて前記被測定面の形状を
算出する演算手段とを備えることを特徴とする非球面形
状測定装置。1. An aspherical shape measuring device for measuring an aspherical shape of a surface to be measured formed on an object to be measured, comprising: an interferometer main body for forming an interference fringe based on mutual interference between a reference light and a measuring light; A null element for converting a wavefront of light emitted from the interferometer main body into an aspherical wave having substantially the same shape as the surface to be measured; and focusing the wavefront of light emitted from the interferometer main body toward a focal point. A conversion element for converting the surface to be measured into a spherical wave to be formed; a measurement position to be irradiated with the aspherical wave having a shape substantially equal to the surface to be measured via the null element on the surface to be measured; and a conversion element formed by the conversion element. Holding means for movably holding the object to be measured between the focal point of the spherical wave and an alignment position at which the vertex of the surface to be measured coincides with the focal point; and a positional displacement amount between the planned focal position and the alignment position. Detect When the object to be measured is set at the predetermined measurement position by the displacement amount detecting means and the holding means, the object is obtained from interference fringes due to mutual interference between the reference light and the measuring light obtained by reflection on the surface to be measured. An aspherical shape measuring apparatus, comprising: calculating means for calculating a shape of the measured surface based on measured surface shape data and the displacement detected by the displacement detecting means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9020307A JPH10221030A (en) | 1997-02-03 | 1997-02-03 | Aspherical shape measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9020307A JPH10221030A (en) | 1997-02-03 | 1997-02-03 | Aspherical shape measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10221030A true JPH10221030A (en) | 1998-08-21 |
Family
ID=12023498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9020307A Pending JPH10221030A (en) | 1997-02-03 | 1997-02-03 | Aspherical shape measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10221030A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002257525A (en) * | 2001-04-27 | 2002-09-11 | Nikon Corp | Wave front conversion optical system, surface shape measuring device, and surface shape measuring method |
-
1997
- 1997-02-03 JP JP9020307A patent/JPH10221030A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002257525A (en) * | 2001-04-27 | 2002-09-11 | Nikon Corp | Wave front conversion optical system, surface shape measuring device, and surface shape measuring method |
JP4635371B2 (en) * | 2001-04-27 | 2011-02-23 | 株式会社ニコン | Wavefront conversion optical system, surface shape measuring apparatus, and surface shape measuring method |
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