JPS626137A - 波面形状測定方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、波面形状測定方法に関する。

（従来技術） 測定波面を有する測定光を、進行光路が所定面内で互い
に微小角傾いた２つの光束に分離し、これら２光束を、
上記所定面内で互いに微小距離横ずれした状態でエリア
センサーに入射せしめ、上記エリアセンサーにより測定
された干渉縞をフーリエ変換し、傾き成分を除去したの
ち逆フーリエ変換し、逆フーリエ変換の結果から知られ
る位相差に対し、横ずれ方向の積分を含む所定の演算を
施して、測定波面の波面形状を得る波面形状測定方式が
提案せられている（特願昭６０−５６２１５号）。

本発明は、かかる波面形状測定方式の改良に係るもので
あるので、以下にまず、上記波面形状測定方式のあらま
しを簡単に説明し、あわせて、本発明により解決しよう
とする問題点を説明する。

１゜、おいア、ゆ、１ｏ９より−ｂｘ７”９ｙｐ−１，
；符号１２．１４は平面鏡、符号工６はエリアセンサー
を示している。また、第２図の図面内にＸ方向、ｙ方向
を図のように定める。平面！！１２の鏡面はＸ方向に直
交しているが、平面鏡１４の鏡面はＸ方向に対し、−〇
だけ傾いている。

さて、測定波面Ｗを有する測定光が第２図のごとく、ビ
ームスプリッタ−１０にＸ方向から入射すると、この測
定光は、ビームスプリッタ−１０により２光路に分離さ
れる。これらの光路のうち、平面鏡１４に反射される光
路は、ビームスプリッタ−１Ｏを透過したのち、平面鏡
１２により反射される光路に対し、ｘｙ面内で微小角θ
だけ傾くことになる。

換言すれば、ビームスプリッタ−１０、平面鏡１２゜１
４による光学系は、測定光を、その進行光路が所定のｘ
ｙ面内で互いに微小角θだけ傾むく２つの光束に分割す
る。そして、これら２つの光束は、上記ｘｙ面内で、微
小距離Ｓだけ横ずれした状態でエリアセンサー１６に入
射する。平面鏡１４とエリアセンサー１６との間の距離
を図示のとと〈Ｌとすると、ずれ量Ｓは、 ５＝Ｌ−θ　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
である。

平面鏡１２．１４で反射された光束の、エリアセンサー
１６上における波面形状をｘｙ面内でＸの関数とし、Ｗ
Ａ（ｘ）、　ＷＢ（ｘ）とする。

第３図は、これらＷＡ（Ｘ）　、　ＷＢ（Ｘ）を拡大し
て示している。ｗＢ（ｘ）は、ＷＡ（ｘ　）に対し、Ｘ
軸圧方向へＳだけ横ずれし、かつ微小角θだけ傾いてい
る。

角０が微小であることを考えると、　ＷＢ（ｘ）は、　
ＷＡ（Ｘ）を用いて、 ＷＢ（ｘ）　＝　ＷＡ（ｘ　＋　Ｓ）　＋　２πｆｏ　
ｘ　　　　　Ｃ２）と書くことができる。ただし、ｆｏ
は、λを波長として、 である。

ここで、波面ＷＡ（ｘ）　、　Ｖ／Ｂ（Ｘ）　Ｋよる干
渉縞な表すために、ＷＡ（Ｘ）　、　ＷＢ（Ｘ）の複素
振幅分布を、それぞれ ｊＷＡ（ｘ）　　　　　ｊＷＢ（ｘ） α（ｘ）ｅ　　　　、β（ｘ）ｅ　　　　とすると、エ
リアセンサー１６上における干渉縞の強度分布は、これ
をｙ−＜ｘ＞とすると、 Ｐ（ｘ）　＝　ａ（ｘ）　＋　ｂ（ｘ）　８０３　（Ｗ
Ｂ（ｘ）　−ＷＡ（ｘ）　）となシ、 Ｊ２πｆｏｘ ψ（ｘ）　＝　ａ（ｘ）＋α（Ｘ）ｅ　　　　　＋Ｃ＊
（・）ｅ−ｊ２２″ｆｏＸ　　　　　　０）と書くこと
ができる。ここに、ａ（ｘ）＝α（Ｘ）＋β（ｘ）　、
　　ｂ（ｘ）　＝　２α（Ｘ）β（ｘ）であシーｊ　ｍ
　ＷＡ（・）、６エ（ｘ）　＝　ＷＡ（ｘや。）−頑幻
　、ある。△ＷＡ（ｘ）は、波面ＷＡ　（ｘ　）を、Ｘ
軸の正方向へＳだけ平行移動させた波面と、波面ＷＡ（
ｘ　）との位相差であり、このΔＷＡ（ｘ　）を、以下
、位相差と称する。

０）式の両辺をフーリエ変換し、その結果を、＊ ＧＣｆ）＝　Ａ（ｆ）　＋　ＣＣｆ−ｆｏ）　＋　ＣＣ
ｆ　　ｆｏ＞　　（５）と書く。

さて、波面形状を知るには１位相差ΔＷＡ（ｘ　）を知
る必要がある。すると（５）式において、△ＷＡ（ｘ　
）に関する情報を含んでいるのは、ＣＣｆ−ｆｏ）と、
Ｃ＊（ｆ＋ｆｏ）であり、このうちの一方だけを用いれ
ばよい。そこで、第（５）式の第１項と第３項をフィル
ターで除去すると、Ｃ（ｆ−ｆＯ）が得られる。ここで
、ｆｏは、（３）式から明らかなように、傾き角θに関
連している。そこで、ＣＣｆ−ｆｏ）を、振動数空間に
おいてｆＯだけずらしてＣ（ｆ）を得ると、Ｃ（１）に
おいては、傾き成分が除去されている。

そこで、このＣＣｆ）を逆フーリエ変換すると、ｃ（ｘ
）が得られるが、この（Ｃ（ｘ）の位相部分は、位相差
ΔＷＡ　（ｘ　）であり、 により、位相差ΔＷＡ　（ｘ　）を知ることができる。

位相差△ＷＡ　（ｘ　）は、先にのべたように、ΔＷＡ
（ｘ）　＝　ＷＡ（ｘ　＋Ｓ）　−ＷＡ（ｘ）であるか
ら、 である。従って、求める波面形状ＷＡ（ｘ　）は、位相
差ΔＷＡ（Ｘ）に対して なる演算を施すことによって５ることができる。

すなわち、位相差△ＷＡ（Ｘ）を、横ずれ方向へ積分し
、これを、横ずれ量Ｓで割ればよい。次に、平面鏡１４
をＸ方向に直交させ、平面鏡１２の方をｙ方向に一部゛
だけ傾けて、１ライン分の形状を↓記と同様のプロセス
で行ない、Ｘ方向におけるライン形状を、これに上のせ
することによって、２次元形状を知ることができる。

上記測定方式の具体例を、シミーレージせンにより、第
５図に示す。

第５図（Ｉ）は、半径１ｍの球面波の、さしわたし４　
ｓｉｔの表面部分が、エリアセンサーの幅８．８ａｍの
受光域に入射した状態を示す。第２図における傾き角θ
を１５．７６分とし、距離りを６０鴎、Ｓを２７５ｆｉ
ｍとしたときの△ＷＡ（ｘ　）を第５図（ＩＩ）に示す
。第５図（ＩＩ）は、ｆｏ　＝　７，２４６１　ｐ／　
ａｎのキャリアを△ＷＡ（Ｘ）　（第５図（■））で位
相変調した？（Ｘ）（干渉縞の強度）を示しているＧこ
のｙ−（ｘ）をフーリエ変換した結果を第５図（■）に
示す。横軸は周波数ｆ（ｌｐ／ｍｉ）を示す。符号５−
１は、第（５）式右辺の第１項、符号５−２゜５−３は
、同じく第２項、第３項をそれぞれ示している。

そこで、上記第１項、第３項をフィルターで除去し、第
２項をｆｏだけ原点側へ平行移動させると、第５図（Ｖ
）の、５−４の如きものとなる。これはＣ（ｆ）である
。この段階で、傾き成分が除去された訳である。この第
５図（Ｖ）を逆フーリエ変換すると、第５図（Ｖｌ）の
如ぐＫなる。直、１１５−５はＩＣＩをあられし、直線
５−６は、Ｃの位相部分すなわちΔＷＡ（ｘ　）を示す
（第（７）式）。

この△ＷＡ　（Ｘ）を用い、第（９）弐に従ってＷＡ（
Ｘ）を演算算出した結果を第５図（■）Ｋ示す。

第５図（■）は、第５図（１）に示すＷＡ（Ｘ）　Ｉと
、第５図（■）に示す、算出されたＷＡ（ｘ）■との差 ＷＡ（Ｘ）■−ＷＡ（Ｘ）　■ を示している。すなわち、この図は測定誤差を示すもの
であるが、図から明らかなように、測定誤差は極めて小
さい。同様の測定なＸ方向と直交する方向についても１
ライン分行うことで波面形状を２次元的に特定できる。

第４図は、具体的な測定例を示す。第４図（Ｉ）は、第
５図（ＩＩＩ）に対応する図、すなわち、干渉　　　；
縞の強度分布であり、第４図（Ｉｆ）が測定された　　
□波面形状である。

ところで、上に説明した、波面形状測定方式には、以下
の如き問題点があった。

すなわち、測定すべき波面の大きさをコントロールでき
ず、常に、一定の大きさの波面しか、測定できないこと
である。このため、測定すべき波面が大きいと、測定は
、波面の一部に対してしか実施できず、波面が小さいと
きには、これを小さいままで測定せざるを得ないから、
高精度の測定が困難であった。

（目　　的） 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは、上述の波面形状測定方式を
改良し、測定波面の大きさをコントロールして、測定を
行ないうる、新規な波面形状測定方法の提供にある。

（構　成） 以下、本発明を説明する。

本発明の波面形状測定方法の特徴とするところは、測定
光を、ズームレンズ光学系を通したのち、進行光路が所
定面内で互いに微小角傾いた２つの光束に分離する点に
ある。光束分離後の測定プロセスは、すでに説明した、
従来の波面形状測定方式のそれと同じである。

第１図は、本発明の１実施例を示している。繁雑を避け
るために、混同の虞れがないと思われるものについては
、第２図におけると同一の符号を用いた。第１図におい
て、符号１６Ａは、エリアセンサーと演算手段とを一体
化したものを示している。具体例としては、例えばＣＣ
Ｄカメラをあげることができる。以下、これを、仮に、
波面カメラと呼ぶことにする。波面カメラ１６Ａは、そ
のエリアセンサーで読取ったデータにもとづき、干渉縞
のフーリエ変換、傾き成分の除去、逆フーリエ変換、横
ずれ方向の積分等、上に説明した、波面形状測定方式の
実施に必要な演算を行なう。

符号２０はハウジングを示す。このノ・ウジングは、ビ
ームスプリッタ−１０，平面鏡１２　、１４　、波面カ
メラ１６Ａを、一体的に保持している。

符号１８は、ズームレンズ光学系としてのコンノ（−タ
ーレンズを示している。このコンバーターレンズ１８は
、ハウジング２０にとりつけられている。

かくして、第１図に示す全体は、波面形状測定装置のセ
ンサ一部として一体化されていることになる。

測定すべき波面Ｗを有する測定光は、コンバーターレン
ズ１８を介してビームスプリッタ−１０に入射し、２光
束に分離され、平面Ｉ！！１２．１４に反射され、互い
を微小角傾いた２光束として、波面カメラ１６Ａのエリ
アセンサーの受光面に到達する。

コンバーターレンズ１８におけるズーム比の調整により
、上記受光面上における測定波面の大きさは、受光面の
大きさに適合した大きさに変換される。

まず、第１図の状態で測定を行ない、つづいて、センサ
一部全体を、入射光軸（コンバーターレンズ１８の光軸
）のまわシに９０度回転した状態で測定を行なう。測測
定の結果にもとづき、測定波面Ｗの３次元的な形状が特
定される。

（効　　果） 以上、本発明によれば、新規な波面形状測定方法を提供
できる。この測定方法では、測定波面は。

ズームレンズ光学系により、エリアセンサー受光面の大
きさに適合する大きさに変換されるので、大きい波面も
、その全体を測定できる。また小さい波面は、上記受光
面の大きさまで拡大して測定できるので、精度の良い測
定が可能となる。なお、この波面形状測定方法は、物体
表面形状の測定や、レンズ等の性態検査により利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を説明するだめの図、第２
図ないし第５図は、従来技術とその問題点を説明するた
めの図である。 １０・・・ビームスプリッタ−，１２，１４・・・平面
鏡、１６Ａ・・・波面カメラ、１８・・・コンバーター
レンズ（ズームレンズ光学系） ’Ｆ）４　　目 最σ囚 ／７Ｉ５Ｚ図 キ ーｔｏ’ニ ーｔ、ｔｒ； σｚ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定波面を有する測定光を、進行光路が所定面内で互い
   に微小角傾いた２つの光束に分離し、これら２光束を、
   上記所定面内で互いに微小距離横ずれした状態でエリア
   センサーに入射せしめ、上記エリアセンサーにより測定
   された干渉縞をフーリエ変換し、傾き成分を除去したの
   ち逆フーリエ変換し、 逆フーリエ変換の結果から知られる位相差に対し、横ず
   れ方向の積分を含む所定の演算を施して、測定波面の波
   面形状を得る波面形状測定方式において、 測定光を、ズームレンズ光学系を通したのち、進行光路
   が所定面内で互いに微小角傾いた２つの光束に分離する
   ことを特徴とする、波面形状測定方法。