JPS61271431A - 波面状態検出用の干渉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は参照光と被検光との位相差を一定範囲にわたり
迅速、高精度に検出することのできる波面状態検出用の
干渉装置に関し、特に参照光と被検光に所定の位相差を
与えた後に干渉させることにより光源からの出力が変動
して、も常に高精度に参照光と被検光との位相差を検出
することのできる波面状態検出用の干渉装置に関するも
のである。

（従来の技術） 従来より撮影レンズ等の光学器械の光学性能、％に波面
収差を測定するのにトワイマン型干渉計やマツハツエン
ダ−干渉計等の各稲の干渉装置が利用されている。この
うち被測定物に介した後の被検光と参照光との間の位相
差即ち干渉縞を時分割して検出し被測定物の光学性能を
求める方式の所謂位相変調干渉方式の測定装置が比較的
簡単な構成なうえ高精度の測定が５Ｊ能である為多用さ
れている。しかしながらこの方式の干渉装置では光源か
らの出力を常に一定に保つことが必要であった。従って
出力が変化する光源はこの方式の干渉装置には使用する
ことが馨しかった。

しかしながら被測定物の使用する特定の波長での光学性
能を求める場合にはその特定波長を発振する光源音用い
なければならない場合があり、この為には光源の出力が
多少変動しても使わざるを得なり場合があった。

例えば紫外領域の波長で被測定物の光学性能を知りたい
場合には光源として紫外領域で各種のスペクトルを放射
し、しかも高出力が比較的容易に得られるエキシマレー
ザーを使用スるのが効果的である。しかしながらこのエ
ヤシマレーザーの出力は不安定である為位相変調干渉方
式の測定装置に単にそのｆま用い九のでは測定精度が著
るしく低下してしまう欠点があった。

（発明が解決しよンとする問題点） 本発明は参照光と被検光との位相差を検出して被測定物
の光学性能を測定する場合、光源からの出力が変動して
も常に高精度の測定が可能な波面状態検出用の干渉装置
の提供を特徴とする特に紫外域での波長を用いて被測定
物の光学性能を測定する際紫外域で各種の波長をパルス
発振するエキシマレーザ−等のような強度及び光束の空
間強度分布がワンショット毎に変動する光源を用いても
常に参照光と被検光との位相差を高精度に検出すること
のできる波面状態検出用の干渉装置の提供を目的とする
。

（問題点を解決するための手段） 参照光と被検光から成る一対の光を各々複数の光路に分
岐し、前記分岐した一対の参照光と被検光との間に、分
岐した光路毎に各々異った値の位相差を付与した後、前
記一対の参照光と被検光とを干渉させ前記分岐された光
路上に各々配置し次一定の受光面積を有した受光手段に
導光し、前記各々の受光手段からの受光面上の光学的に
各々対応した位ｔＳから出力されてくる信号を利用して
前記位置Ｓにおける前記参照光と被検光との位相差を求
めると共に、同様な方法により前記参照元と被検光との
位相差を前記受光手段の所定面積中の複数の位置にわた
り求めたことである。

この他本発明の特徴は実施例にシいて記載されている。

（実施列） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図でるる。同
図において１はエキシマレーザ−等の光源、２は光源１
からの光束の偏光面を変化させる為の腫波長板若しくは
施光子等の光学部材、３は所定の振動方向の偏光成分の
みを透過させる為の偏光子、４は偏光子３を通過した偏
光光束を参照光と被検光の２つの直線偏光に分岐する偏
光光分割器、５は偏光光分割器４を通過した直線偏光を
円偏光にする為のに波長板、６は集光レンズ、７は被測
定物としての被検レンズ、８は凹面鏡、９は偏光光分割
器４で反射した直線偏光を円偏光にする為のＡ波長板、
１０は参照用の平面鏡、１）は無偏光光分割器である。

本実施例では偏光光分割器４を通過した光束を被検レン
ズ７を含む被検用光路を往復させた後偏光光分割器４で
反射させ被検光を得ている。

又偏光光分割器４で反射した光束を平面鏡１０を含む参
照用光路を往復させた後偏光光分割器４を透過させ参照
元を得ている。これより偏光光分割器４から参照元と被
検光の一対の光を射出させている。

即ち光源１から放射された光束は方位角を調整した捧波
長板等の光学部材２と偏光子３を通過した後、方位角４
５度の直線偏光となる。この直線偏光のうちＳ成分の直
線偏光は偏光光分割器４で反射し参照光となり１Ａａ、
長板９を通過した後円偏光となり平面鏡１０で反射し再
び磁波長板９を通過し入射時とは直交する直線偏光にな
り偏光光分割器４を通過する。一方Ｐ成分の直線偏光は
偏光光分割器４を通過し被検光となシ狐波長板５を通過
した後日偏光となり、更に集光レンズ６によって集光レ
ンズ６の焦点に集光する。この焦点位置は被検レンズ７
の使用像面と一致していて、この被検レンズ７を通過し
た光は被検レンズ７の使用物体面に集光する。この使用
物体面は凹面鏡８０曲車中心に一致していて凹面鏡８で
反射した光はそのまま逆光して死波長板５を再度通過す
る。ここで被検光は入射時とは直交する振動方向の直線
偏光となり、偏光光分割器４で反射する。この結果偏光
光分割器４から無偏光光分割器１）方向に進む一対の参
照光と被検光との間の偏光状態は互いに直交する直線偏
光となっている。

１２は被検光と参照光との間に一定の位相差を付与する
為の位相子、１３　、１４は各々被検光と参照光から同
じ振動方向の偏光成分を抽出する為の偏光子、１５　、
１７は偏光子１３　、１４　ｔ−通過した参照光と被検
光を撮像素子やＣＯＤ等の受光手段１９２１に各々導光
させる結像レンズ、詔は各受光手段１９．２１からの出
力を記憶するフレームメモリ、Ｕは演算手段である。

本実施列では無偏光光分割器１）方向過した参照光と被
検光から同じ振動方向の偏光成分を偏光子１３により抽
出して双方の光束を干渉させている。そしてこの干渉し
た光束を結像レンズ１５くよって受光手段１９に導いて
いる。

又無偏光光分割器ｌ】で反射した参照光と被検光との間
には位相角αの位相子１２のファースト軸を参照元の偏
光面に合わせておくことにより、無偏光光分割器１）を
通過した光路とは異つた値の位相差αを与えるようにし
ている。即ち受光手段１９に導光される参照元と被検光
は各々位相角Ｏの位相変化を受けたことに相当する。そ
して偏光子１４に工ｐ同じ振動方向の偏光成分の光を抽
出し、双方の光束を干渉式せた後結像レンズ１７により
受光手段２１に導いている。

尚本実施列において受光手段１９の受を面と被検レンズ
７の入射瞳そして受光手段２１の受光面と被検レンズ７
の入射瞳とは各々共役関係となるよりに構成している。

今無偏光光分割器１３　ｔ−通過した光束の被検レンズ
７０入射臆面の点Ｐと光学的に対応する受光手段１９の
受光面上の一点での被検光と参照光との位相差がφ（ｒ
）　　であったとすれば、双方の光が干渉し几ときの光
強度工１９は ”１９−　Ａ　（１＋ｏｃｍφ（ｒ））　　　　　　−
（１）となる。但しＡは光源の光強度に依存した量、ｒ
は点Ｐの光軸を原点にとつ九ときの座標である。

同様に無偏光光分割器１）で反射し九番照光と被検光が
干渉したときの受光手段２１の受光面上の被検レンズ７
の入射瞳面上の点Ｐに対応する点での光強度Ｉ２□は位
相子１２の位相角がαであるので Ｉ２□−Ａ　ｌ　ｘ＋ｃｏｓ（φ（ｒ）　−ａ　）　）
　　　−・−＋２１となる。尚本実施列では位相角αの
値は任意に設定されるものである。

参考の為に第５図に＋１）　、　（２１式で表わされる
干渉光強度Ｉ　　、Ｉ　　の様子を示す。

以上のように本実施列によればｆｉｌ　、　＋２１式を
用いれば光源の出力に関する係数Ａの値によらず、即ち
光源の出力の変動に左右さｊｔずに位相差φ（γ）を求
めることができる。そしてこの位相差φ（ｒ）　　を被
検レンズ７０入射瞳全面にわたって求めれば被検レンズ
７０元学性能、即ち波面収差を求めることができる。

本実施列では受光手段１９　、２１の所定位置からの出
力を一部フレームメモリ２３に記憶し、各々対応する位
置からの出力間を演算手段スにより演算している。

本発明の目的とすることは以上の構成に↓υ達成される
ものであるが更に好ましくは次の如く構成するのが高精
度化を図るうえに好ましい。

第１図に示し九干渉装置においては＋１）　、　（２１
式の係ｉＡが変化したときに位相差φ（γ）の測定が回
通となる場合がある。例えば第６図の実線で示す光強度
Ｉ　、工　が光源の出力が変動して点線の如く変化した
とする。このとき位相φ−ａと位相φ−すの位置では光
強度Ｉ工９．工２□の比Ｉ工、／Ｉ２□が同一値となり
両式は実質的に同一とな９区別出来なくなってしまう。

この為には予め係数Ａ１に測定しておくか光強度を表わ
す式を増加させれば前述のような不都合を避けることが
できる。

第２図、第３図は各々第１図に示した本発明の実施列の
構成の一部を改良し、更に高精度化を図った一実施例の
光学系の概略図である。

このうち第２図は第１図において偏光光分割器具と無偏
光光分割器１）との間に無偏光光分割器３０ｔ−配置す
ることにより無偏光光分割器３０で参照元と被検光の双
方を反射させた後結像レンズ３１により受光手段３２に
干渉しない状態で導光させて光強度を測定している。こ
れによシ光源からの出力に関する係数人を求めている。

又このような方法を採用することにより位相範囲一π≦
φ（ｒ）＜π　の範囲で係数Ａの値によらずに位相差φ
（ｒ）　　を求めることができる。

この他の構成上の内容は第１図の実施列と同様である。

又第３図は第１図の実施的において位相子１２の代わり
に’／ｉ波長板３３ヲ配置し偏光子１３　、１４の代わ
りに各々偏光子１３　、１４と同じ機能を有し、かつ光
束を分割する機能を有する偏光光分割器具、３５ｔ−配
置し、偏光光分割器具、３５に入射してきた参照光゛と
被検光から成る一対の光束ｔ−２つに分割しつつ同じ振
動方向の偏光成分を抽出している。このりち反射した一
対の光束を結像レンズＬ６と１８により各々受光手段加
、２２に導光してｒる。

尚本実施列において受光手段２０と被検レンズ７の入射
瞳そして受光手段２２と被検レンズ７の入射１は各々共
役の関係となるように構成されてｈる。

受光手段２０．２２からの出力を各々Ｉ　　、Ｉとする
と出カニ　と１　そして出力Ｉ２□と工２□は各々位相
が反転している為に前述のｆｉｌ　、　（２１式となる
。１７１波長板３３の位相角αはｔ／２でらるから、（
１）、＋２１　、　（３１式をまとめて表示するととな
る。（４）式において未知数はＡ、φ（ｒ）　　でらる
から、（４）式より位相差φ（ｒ）　　を求めることが
できる。又第２図に示した実施例と同様に−π≦φくπ
の範囲内で係数への値によらず　φ（ｒ）を一意的に求
めることができる。この他の各要素は第１図に示し７を
実施列と同様である。尚外波長板３３の代わりに任意の
位相角を有する彼長板を用いても良い。

第４図は第３図に示した実施的を拡張し更により高精度
化を図ったときの実施的の光学系の概略図である。即ち
本実施列においては偏光光分割器４より射出し無偏光光
分割器３０　ｉｃ入射する被検光と参照光とから成る一
対の光を２ｎ個の光路に分岐させ、各々の光路毎に各々
異った値の位相差を参照元と被検光との間に付与した後
、両党全干渉させている。いま位相差を付与する為の位
相子ｔ−４０ｉ（ｉ−１）２，３１・・・ｎ−１）とし
位相子４０ｉの位相角を　π／ｎ　とおくと各受光手段
１９ｉ　（ｉ　＝　１　、２　、３　、　＝　　２ｎ　
）上の前述の受光面上の点Ｐに対応する受光手段の位置
からの出力Ｉｉ　は次のようになる。

ＩニーＡ（ｘ＋（ト）φ（γ）） Ｉ２−Ａ（１−瀉φ（γ）） １３−Ａ（１＋帽（φ（ｒ）−χ）） Ｉ４−Ａ（１−蕉（φ（ｒ）　−’／、　）　）（ｎ−
１＞ Ｉ２ｎ−Ａ　（１−ｃａｓ（φ（ｒ）−１ｔ　）　’？
これ以降の光強度の式は第１図の実施列と同じである。

このように本実施列においては複数の光強度の式を用い
ることにより、係数Ａに相当する光源からの出力が変動
しても検出数を増加させることにより位相差φ（γ）全
平均化して常に高精度な検出を可能としている。

尚第１図から第３図に示した実施的において、偏光光分
割器４と無偏光光分割器との間に外波長板又は旋光子を
入れて入射光束の偏光面を適当に回転させれば偏光光分
割器以後の部品と参照用平面鏡ｌＯ１凹面鏡８とを同じ
面内に配置することができ設計上及び調整が容易となる
。

（発明の効果） 本発明によれば参照元と被検光とから成る光を複数の光
路に分岐し、各光路毎に異った値の位相差を参照元と被
検光に付与した後に干渉させ、このときの状態を測定す
ることにより光源からの出力が変動しても参照光と被検
光との位相差を高精度に検出することができ又これによ
り例えば被検レンズの光学性能を高精度に求めることが
できる。

又光源として向えばパルス発振するＶ−ザーからの光束
でワンショットで被検レンズの光学性能を周囲の振動や
、外気温の変動により、向えば参照光の位相がパルス毎
に変化しても常に高精度な測定が可能な波面状態検出用
の干渉装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第２、第
３、第４図は各々第１図の一部分を改良し友−実施列の
光学系の概略図、第５図、第６図は各々本発明に係る参
照光と被検光との干渉による光強度の説明図でらる。 図中１は光源、２はμ波長板、３は偏光子、４．３４．
３５は偏光光分割器、５，９．３３はＡ波長板、６は集
光レンズ、７は被検レンズ、８＃ｉ凹面鏡、１０は平面
鏡、１）は無偏光光分割器、１２は位相子、１３　、１
４は偏光子、１５　、１６　、１７　、１８　。 ３１は結像レンズ、１９　、２０　、２１　、２２　、
３２は受光手段、易はフレームメモリ、２４は演算手段
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）参照光と被検光から成る一対の光を各々複数の光
   路に分岐し、前記分岐した一対の参照光と被検光との間
   に、分岐した光路毎に各々異つた値の位相差を付与した
   後、前記一対の参照光と被検光とを干渉させ前記分岐さ
   れた光路上に各々配置した一定の受光面積を有した受光
   手段に導光し、前記各々の受光手段からの受光面上の光
   学的に各々対応した位置Ｓから出力されてくる信号を利
   用して前記位置Ｓにおける前記参照光と被検光との位相
   差を求めると共に、同様な方法により前記参照光と被検
   光との位相差を前記受光手段の所定面積中の複数の位置
   にわたり求めたことを特徴とする波面状態検出用の干渉
   装置。