JPH10260020A - 非球面形状測定装置及び方法 - Google Patents
非球面形状測定装置及び方法Info
- Publication number
- JPH10260020A JPH10260020A JP9084568A JP8456897A JPH10260020A JP H10260020 A JPH10260020 A JP H10260020A JP 9084568 A JP9084568 A JP 9084568A JP 8456897 A JP8456897 A JP 8456897A JP H10260020 A JPH10260020 A JP H10260020A
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- JP
- Japan
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- light
- aspherical
- shape
- measurement
- wavefront
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】球面干渉計で測定可能な非球面量の概ね２倍ま
での非球面量を有する被検面の形状を高精度に測定する
非球面形状測定装置及び方法を提供する。 【解決手段】光源１からの一部の光を、参照面で反射さ
せて参照光とし、他の一部の光を、波面形成手段を介し
て被検非球面Ｗ２で反射させて測定光とし、測定光を参
照光と干渉させ２次元画像検出器８に干渉縞を形成し、
干渉縞に基づいて被検面の面形状を測定する非球面形状
測定装置において、波面形成手段は、被検面及び被検面
の近似球面の双方について干渉測定可能な測定波を生成
することを特徴とする。
での非球面量を有する被検面の形状を高精度に測定する
非球面形状測定装置及び方法を提供する。 【解決手段】光源１からの一部の光を、参照面で反射さ
せて参照光とし、他の一部の光を、波面形成手段を介し
て被検非球面Ｗ２で反射させて測定光とし、測定光を参
照光と干渉させ２次元画像検出器８に干渉縞を形成し、
干渉縞に基づいて被検面の面形状を測定する非球面形状
測定装置において、波面形成手段は、被検面及び被検面
の近似球面の双方について干渉測定可能な測定波を生成
することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非球面により構成
されたレンズ、ミラーなどの光学素子等の表面形状を高
精度に測定するための非球面形状測定装置及び方法に関
する。
されたレンズ、ミラーなどの光学素子等の表面形状を高
精度に測定するための非球面形状測定装置及び方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、干渉を利用した面形状測定で
は、フィゾー干渉計などを用い、被検面の設計形状に対
応した波面を有する測定光を形成し、その測定光の被検
面からの反射光と参照光を干渉させることによって、被
検面と測定光の波面の差を測定している。被検面が非球
面である場合は、非球面である被検面の設計形状と、そ
の近似球面とのずれ量である非球面量が小さければ、測
定光波面として球面波を発生する球面干渉計での測定が
可能である。すなわち、干渉縞が画像検出器で測定可能
な範囲では、高精度に検定された球面原器との比較測定
により、高精度な非球面量の測定が可能である。球面干
渉計で測定できないような非球面量をもつ被検面を測定
する場合には、非球面波を生成するレンズ系や、容易に
非球面波が得られるゾーンプレートなどを波面形成手段
として備えた非球面干渉計が使用される。この干渉測定
によって被検面形状を高精度に知るには、測定光の波面
形状を高精度に測定しておくか、或いは、あらかじめ他
の測定手段によって高精度に形状測定された、設計形状
とほぼ一致した面を参照原器として、この参照原器と被
検面との比較測定を行う必要がある。
は、フィゾー干渉計などを用い、被検面の設計形状に対
応した波面を有する測定光を形成し、その測定光の被検
面からの反射光と参照光を干渉させることによって、被
検面と測定光の波面の差を測定している。被検面が非球
面である場合は、非球面である被検面の設計形状と、そ
の近似球面とのずれ量である非球面量が小さければ、測
定光波面として球面波を発生する球面干渉計での測定が
可能である。すなわち、干渉縞が画像検出器で測定可能
な範囲では、高精度に検定された球面原器との比較測定
により、高精度な非球面量の測定が可能である。球面干
渉計で測定できないような非球面量をもつ被検面を測定
する場合には、非球面波を生成するレンズ系や、容易に
非球面波が得られるゾーンプレートなどを波面形成手段
として備えた非球面干渉計が使用される。この干渉測定
によって被検面形状を高精度に知るには、測定光の波面
形状を高精度に測定しておくか、或いは、あらかじめ他
の測定手段によって高精度に形状測定された、設計形状
とほぼ一致した面を参照原器として、この参照原器と被
検面との比較測定を行う必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非球面
波面を高精度に測定することや、高精度に測定された非
球面参照原器を得ることは困難であり、高精度な形状測
定は困難であった。そこで、本発明は、球面干渉計で測
定可能な非球面量の概ね２倍までの非球面量を有する被
検面の形状を、高精度に測定する非球面形状測定装置及
び方法を得ることを課題とする。
波面を高精度に測定することや、高精度に測定された非
球面参照原器を得ることは困難であり、高精度な形状測
定は困難であった。そこで、本発明は、球面干渉計で測
定可能な非球面量の概ね２倍までの非球面量を有する被
検面の形状を、高精度に測定する非球面形状測定装置及
び方法を得ることを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、光源からの一部の光
を、参照面で反射させて参照光とし、他の一部の光を、
波面形成手段を介して被検非球面で反射させて測定光と
し、測定光を参照光と干渉させて干渉縞を形成し、干渉
縞に基づいて被検面の面形状を測定する非球面形状測定
装置において、波面形成手段は、被検面及び被検面の近
似球面の双方について干渉測定可能な測定波を生成する
ことを特徴とする非球面形状測定装置である。
決するためになされたものであり、光源からの一部の光
を、参照面で反射させて参照光とし、他の一部の光を、
波面形成手段を介して被検非球面で反射させて測定光と
し、測定光を参照光と干渉させて干渉縞を形成し、干渉
縞に基づいて被検面の面形状を測定する非球面形状測定
装置において、波面形成手段は、被検面及び被検面の近
似球面の双方について干渉測定可能な測定波を生成する
ことを特徴とする非球面形状測定装置である。
【０００５】本発明は、また、被検非球面及び被検面の
近似球面の双方について干渉測定可能な測定波を生成す
る波面形成手段を用い、光源からの一部の光を、参照面
で反射させて参照光とし、他の一部の光を、波面形成手
段を介して被検面で反射させて測定光とし、測定光を参
照光と干渉させて干渉縞を形成し、干渉縞に基づいて被
検面の面形状と測定波の波面形状との差を測定する工程
と、被検面を近似球面に置き換えることにより、近似球
面の面形状と測定波の波面形状との差を測定する工程
と、近似球面の面形状と測定波の波面形状との差に基づ
いて、測定波の波面形状を較正することにより、被検面
の面形状を算出する工程と、からなる非球面形状測定方
法である。
近似球面の双方について干渉測定可能な測定波を生成す
る波面形成手段を用い、光源からの一部の光を、参照面
で反射させて参照光とし、他の一部の光を、波面形成手
段を介して被検面で反射させて測定光とし、測定光を参
照光と干渉させて干渉縞を形成し、干渉縞に基づいて被
検面の面形状と測定波の波面形状との差を測定する工程
と、被検面を近似球面に置き換えることにより、近似球
面の面形状と測定波の波面形状との差を測定する工程
と、近似球面の面形状と測定波の波面形状との差に基づ
いて、測定波の波面形状を較正することにより、被検面
の面形状を算出する工程と、からなる非球面形状測定方
法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例に係る非球面形
状測定装置の配置図を図１に示す。本実施例に係る非球
面形状測定装置は、フィゾー干渉計により構成されてい
る。光源ユニット１から出射した直線偏光した光ビーム
Ｌは、コリメータレンズ２で平行光に変換されて、偏光
ビームスプリッター３に入射する。この光ビームＬの偏
光面は、偏光ビームスプリッター３で反射されるように
選ばれている。偏光ビームスプリッター３で反射された
光ビームＬは、１／４波長板４を経て、フィゾー部材５
ヘ入射する。フィゾー部材５に入射した光ビームＬは、
フィゾー部材５の参照平面５ａを透過する測定光ＬＭ
と、反射される参照光ＬＲに分割される。
状測定装置の配置図を図１に示す。本実施例に係る非球
面形状測定装置は、フィゾー干渉計により構成されてい
る。光源ユニット１から出射した直線偏光した光ビーム
Ｌは、コリメータレンズ２で平行光に変換されて、偏光
ビームスプリッター３に入射する。この光ビームＬの偏
光面は、偏光ビームスプリッター３で反射されるように
選ばれている。偏光ビームスプリッター３で反射された
光ビームＬは、１／４波長板４を経て、フィゾー部材５
ヘ入射する。フィゾー部材５に入射した光ビームＬは、
フィゾー部材５の参照平面５ａを透過する測定光ＬＭ
と、反射される参照光ＬＲに分割される。
【０００７】測定光ＬＭは、レンズ、ゾーンプレート、
或いはその組合せ等で構成される非球面波形成手段６へ
入射し、非球面波に変換され、被検非球面Ｗ2に入射す
る。被検非球面Ｗ2で反射された測定光ＬＭは、非球面
波形成手段６、及び１／４波長板４を順次逆進し、偏光
ビームスプリッター３へ入射する。一方、参照平面５ａ
で反射された参照光ＬＲも、測定光ＬＭと同様に１／４
波長板４を逆進し、偏光ビームスプリッター３へ入射す
る。測定光ＬＭと参照光ＬＲは、１／４波長板を往復で
２度透過し、偏光面が９０度回転するため、偏光ビーム
スプリッター３を透過する。偏光ビームスプリッター３
を透過した測定光ＬＭと参照光ＬＲは、ビームエクスパ
ンダー７でビーム径を変換され、２次元画像検出器８に
入射する。２次元画像検出器８では、入射した測定光Ｌ
Ｍと参照光ＬＲの干渉縞が観察される。なお、図１では
フィゾー部材５の参照平面５ａを、非球面波形成手段６
側に設けているが、偏光ビームスプリッター３側に設け
てもよい。
或いはその組合せ等で構成される非球面波形成手段６へ
入射し、非球面波に変換され、被検非球面Ｗ2に入射す
る。被検非球面Ｗ2で反射された測定光ＬＭは、非球面
波形成手段６、及び１／４波長板４を順次逆進し、偏光
ビームスプリッター３へ入射する。一方、参照平面５ａ
で反射された参照光ＬＲも、測定光ＬＭと同様に１／４
波長板４を逆進し、偏光ビームスプリッター３へ入射す
る。測定光ＬＭと参照光ＬＲは、１／４波長板を往復で
２度透過し、偏光面が９０度回転するため、偏光ビーム
スプリッター３を透過する。偏光ビームスプリッター３
を透過した測定光ＬＭと参照光ＬＲは、ビームエクスパ
ンダー７でビーム径を変換され、２次元画像検出器８に
入射する。２次元画像検出器８では、入射した測定光Ｌ
Ｍと参照光ＬＲの干渉縞が観察される。なお、図１では
フィゾー部材５の参照平面５ａを、非球面波形成手段６
側に設けているが、偏光ビームスプリッター３側に設け
てもよい。
【０００８】本実施例に係る非球面形状測定装置を用い
て、被検非球面Ｗ2の面形状Φ2を、次のように測定す
る。まず被検非球面Ｗ2を光路内に挿入し、被検非球面
Ｗ2で反射された測定光ＬＭと参照光ＬＲとの干渉縞解
析から、被検非球面Ｗ2の面形状Φ2と、被検面測定位置
での非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量φ1を測定
する。ずれ量φ1は、次式のように表される。
て、被検非球面Ｗ2の面形状Φ2を、次のように測定す
る。まず被検非球面Ｗ2を光路内に挿入し、被検非球面
Ｗ2で反射された測定光ＬＭと参照光ＬＲとの干渉縞解
析から、被検非球面Ｗ2の面形状Φ2と、被検面測定位置
での非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量φ1を測定
する。ずれ量φ1は、次式のように表される。
【０００９】次に、被検面測定位置での非球面波面Ｗ1
の形状Φ1を較正するために、予め高精度に検定してお
いた、被検非球面Ｗ2に近似した球面Ｗ3を有する近似球
面原器を用意し、被検非球面Ｗ2を、この近似球面原器
に置き換える。近似球面原器の近似球面Ｗ3についての
同様な干渉縞解析から、近似球面Ｗ3の球面形状Φ3と、
非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量φ2を測定す
る。ずれ量φ2は、次式のように表される。 近似球面Ｗ3の球面形状Φ3は、高精度に検定されている
ため、被検面測定位置での非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1
を正確に知ることができ、この波面形状Φ1から、被検
非球面Ｗ2の面形状Φ2を高精度に測定することが可能と
なる。
の形状Φ1を較正するために、予め高精度に検定してお
いた、被検非球面Ｗ2に近似した球面Ｗ3を有する近似球
面原器を用意し、被検非球面Ｗ2を、この近似球面原器
に置き換える。近似球面原器の近似球面Ｗ3についての
同様な干渉縞解析から、近似球面Ｗ3の球面形状Φ3と、
非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量φ2を測定す
る。ずれ量φ2は、次式のように表される。 近似球面Ｗ3の球面形状Φ3は、高精度に検定されている
ため、被検面測定位置での非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1
を正確に知ることができ、この波面形状Φ1から、被検
非球面Ｗ2の面形状Φ2を高精度に測定することが可能と
なる。
【００１０】ここで、本発明による非球面波発生手段６
で発生する非球面波面Ｗ1、被検非球面Ｗ2、及び近似球
面原器の近似球面Ｗ3の断面図を図２に示す。非球面波
面発生手段６によって生成された非球面波は、被検面測
定位置での非球面波面Ｗ1が、被検非球面Ｗ2と、近似球
面原器の近似球面Ｗ3とで囲まれる領域内にあって、被
検非球面Ｗ2及び近似球面Ｗ3の双方について干渉測定可
能な位置に形成される。
で発生する非球面波面Ｗ1、被検非球面Ｗ2、及び近似球
面原器の近似球面Ｗ3の断面図を図２に示す。非球面波
面発生手段６によって生成された非球面波は、被検面測
定位置での非球面波面Ｗ1が、被検非球面Ｗ2と、近似球
面原器の近似球面Ｗ3とで囲まれる領域内にあって、被
検非球面Ｗ2及び近似球面Ｗ3の双方について干渉測定可
能な位置に形成される。
【００１１】被検非球面Ｗ2の面形状Φ2と、非球面波面
Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量φ1、及び近似球面Ｗ3の球
面形状Φ3と、非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量
φ2は、共に干渉縞測定が可能な場合に、非球面形状測
定が可能となる。本発明では、非球面波面Ｗ1を被検非
球面Ｗ2と近似球面Ｗ3とのほぼ中央に形成させることに
よって、非球面波面Ｗ1を中心とした前後の領域を、干
渉測定可能領域として使用することができる。このた
め、球面干渉計で測定可能な非球面量の概ね２倍までの
非球面量を有する被検非球面の形状を、高精度に測定す
ることが可能となる。
Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量φ1、及び近似球面Ｗ3の球
面形状Φ3と、非球面波面Ｗ1の波面形状Φ1とのずれ量
φ2は、共に干渉縞測定が可能な場合に、非球面形状測
定が可能となる。本発明では、非球面波面Ｗ1を被検非
球面Ｗ2と近似球面Ｗ3とのほぼ中央に形成させることに
よって、非球面波面Ｗ1を中心とした前後の領域を、干
渉測定可能領域として使用することができる。このた
め、球面干渉計で測定可能な非球面量の概ね２倍までの
非球面量を有する被検非球面の形状を、高精度に測定す
ることが可能となる。
【００１２】なお、本実施例では、非球面波で被検非球
面Ｗ2を干渉測定し、その後被検面位置での非球面波面
Ｗ1を較正したが、あらかじめ近似球面Ｗ3を干渉測定す
ることにより、被検面位置での非球面波面Ｗ1を較正し
ておき、その後の被検非球面Ｗ2の測定の際に、その分
を計算で補正するようにしてもよい。また、本実施例で
は、（２）式を用いて波面形状Φ1を求めて、そのΦ1と
（１）式を用いて被検面形状Φ2を求めたが、まず、２
つの測定結果φ1とφ2の差を算出して、被検面形状と近
似球面形状の差Φ2−Φ3を求め、既知である近似球面形
状Φ3を用いて被検面形状Φ2を求めるようにしてもよ
い。
面Ｗ2を干渉測定し、その後被検面位置での非球面波面
Ｗ1を較正したが、あらかじめ近似球面Ｗ3を干渉測定す
ることにより、被検面位置での非球面波面Ｗ1を較正し
ておき、その後の被検非球面Ｗ2の測定の際に、その分
を計算で補正するようにしてもよい。また、本実施例で
は、（２）式を用いて波面形状Φ1を求めて、そのΦ1と
（１）式を用いて被検面形状Φ2を求めたが、まず、２
つの測定結果φ1とφ2の差を算出して、被検面形状と近
似球面形状の差Φ2−Φ3を求め、既知である近似球面形
状Φ3を用いて被検面形状Φ2を求めるようにしてもよ
い。
【００１３】さらに、本実施例では、図１のように参照
平面５ａと非球面波形成手段６を用いたが、図３に示す
ように、球面波形成手段９と球面波形成手段で形成され
る球面波と同心の参照球面１０を設け、球面波を被検非
球面に対応した非球面波面に変換する非球面波形成手段
１１を備えた構成としてもよい。また、本実施例に係る
非球面形状測定装置及び方法では、フィゾー干渉計を利
用したが、トワイマン−グリーン干渉計を用いることも
可能である。
平面５ａと非球面波形成手段６を用いたが、図３に示す
ように、球面波形成手段９と球面波形成手段で形成され
る球面波と同心の参照球面１０を設け、球面波を被検非
球面に対応した非球面波面に変換する非球面波形成手段
１１を備えた構成としてもよい。また、本実施例に係る
非球面形状測定装置及び方法では、フィゾー干渉計を利
用したが、トワイマン−グリーン干渉計を用いることも
可能である。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高精度に
検定された近似球面に対して被検非球面を比較測定でき
るので、高精度な非球面形状測定が可能になり、しかも
通常の球面干渉計で測定可能な非球面量の概ね２倍まで
の非球面量を有する被検非球面の形状を、高精度に測定
することが可能となった。
検定された近似球面に対して被検非球面を比較測定でき
るので、高精度な非球面形状測定が可能になり、しかも
通常の球面干渉計で測定可能な非球面量の概ね２倍まで
の非球面量を有する被検非球面の形状を、高精度に測定
することが可能となった。
【図１】本発明の一実施例に係る非球面形状測定装置の
配置図
配置図
【図２】本発明による非球面波発生手段で発生する非球
面波面、被検非球面及び被検非球面の近似球面の断面図
面波面、被検非球面及び被検非球面の近似球面の断面図
【図３】非球面波形成手段を模式的に示した図
１…光源ユニット ２…コリメ
ータレンズ ３…偏光ビームスプリッター ４…１／４
波長板 ５…フィゾー部材 ５ａ…参照
平面 ６、１１…非球面波形成手段 ７…ビーム
エクスパンダー ８…２次元画像検出器 ９…球面波
形成手段 １０…参照球面 Ｗ1…非球
面波面 Ｗ2…被検非球面 Ｗ3…近似
球面
ータレンズ ３…偏光ビームスプリッター ４…１／４
波長板 ５…フィゾー部材 ５ａ…参照
平面 ６、１１…非球面波形成手段 ７…ビーム
エクスパンダー ８…２次元画像検出器 ９…球面波
形成手段 １０…参照球面 Ｗ1…非球
面波面 Ｗ2…被検非球面 Ｗ3…近似
球面
Claims (2)
- 【請求項１】光源からの一部の光を、参照面で反射させ
て参照光とし、他の一部の光を、波面形成手段を介して
被検非球面で反射させて測定光とし、該測定光を前記参
照光と干渉させて干渉縞を形成し、該干渉縞に基づいて
前記被検面の面形状を測定する非球面形状測定装置にお
いて、 前記波面形成手段は、前記被検面及び該被検面の近似球
面の双方について干渉測定可能な測定波を生成すること
を特徴とする非球面形状測定装置。 - 【請求項２】被検非球面及び該被検面の近似球面の双方
について干渉測定可能な測定波を生成する波面形成手段
を用い、 光源からの一部の光を、参照面で反射させて参照光と
し、他の一部の光を、前記波面形成手段を介して前記被
検面で反射させて測定光とし、該測定光を前記参照光と
干渉させて干渉縞を形成し、該干渉縞に基づいて前記被
検面の面形状と前記測定波の波面形状との差を測定する
工程と、 前記被検面を前記近似球面に置き換えることにより、前
記近似球面の面形状と前記測定波の波面形状との差を測
定する工程と、 近似球面の面形状と測定波の波面形状との前記差に基づ
いて、前記測定波の波面形状を較正することにより、前
記被検面の面形状を算出する工程と、からなる非球面形
状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9084568A JPH10260020A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 非球面形状測定装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9084568A JPH10260020A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 非球面形状測定装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260020A true JPH10260020A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13834278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9084568A Pending JPH10260020A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 非球面形状測定装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10260020A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10223581A1 (de) * | 2002-05-28 | 2003-12-18 | Dioptic Gmbh | System zur interferometrischen Prüfung gekrümmter Oberflächen |
| US6788389B2 (en) | 2001-07-10 | 2004-09-07 | Nikon Corporation | Production method of projection optical system |
| CN110440710A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-11-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高反射率凹轴锥镜的面形检测系统及检测方法 |
-
1997
- 1997-03-17 JP JP9084568A patent/JPH10260020A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6788389B2 (en) | 2001-07-10 | 2004-09-07 | Nikon Corporation | Production method of projection optical system |
| DE10223581A1 (de) * | 2002-05-28 | 2003-12-18 | Dioptic Gmbh | System zur interferometrischen Prüfung gekrümmter Oberflächen |
| DE10223581B4 (de) * | 2002-05-28 | 2004-06-03 | Dioptic Gmbh | System zur interferometrischen Prüfung gekrümmter Oberflächen |
| CN110440710A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-11-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高反射率凹轴锥镜的面形检测系统及检测方法 |
| CN110440710B (zh) * | 2019-07-15 | 2021-03-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高反射率凹轴锥镜的面形检测系统及检测方法 |
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