JPS63184029A - Method of measuring shape of wave front - Google Patents
Method of measuring shape of wave frontInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は波面形状測定方法に関し、特に被測定物に入射
させた入射波面の変化を測定することにより、被測定物
の面形状や媒質の均−性等を求める際に好適な波面形状
測定方法に関するものである。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for measuring the shape of a wavefront, and in particular, by measuring changes in the incident wavefront incident on the object to be measured, it is possible to measure the surface shape of the object to be measured and the medium. This invention relates to a wavefront shape measurement method suitable for determining uniformity and the like.
(従来の技術)
従来より被測定物の面形状や媒質の均−性等の光学特性
を測定する為の干渉計は種々のタイプのものが提案され
ている。このうち比較的高精度に光学特性を測定するこ
とができる干渉計としてシアリング干渉計がある。(Prior Art) Various types of interferometers have been proposed for measuring optical properties such as the surface shape of an object to be measured and the homogeneity of a medium. Among these, a shearing interferometer is an interferometer that can measure optical characteristics with relatively high accuracy.
シアリング干渉計は被測定物からの波面を2つに分け、
双方の波面を進行方向と直交する方向に互いに横ずらし
て干渉させることを基本原理としている。The shearing interferometer divides the wavefront from the object to be measured into two parts.
The basic principle is to cause both wavefronts to interfere with each other by laterally shifting them in a direction perpendicular to the direction of travel.
第2図は従来のシアリング干渉計の光学系の概略図であ
る。同図においてLは被測定物からの波面である。21
.24はハーフミラ−122゜23はミラーである。波
面しは先ずハーフミラ−21で2つに分けられ、次いで
ミラー22.23で反射し、ハーフミラ−24で合波さ
れる。ここでミラー22(23)とハーフミラ−24と
の間に配置した透明な平行平面板25(26)を波面り
の進行方向に対して角度θだけ傾けることにより波面を
平行平面板の厚さdに比例した量だけ波面の進行方向と
直交する方向に横ずらししている。そしてハーフミラ−
24において双方の波面を互いに重ね合わせることによ
り干渉縞を形成している。FIG. 2 is a schematic diagram of the optical system of a conventional shearing interferometer. In the figure, L is a wavefront from the object to be measured. 21
.. 24 is a half mirror 122. 23 is a mirror. The wave front is first divided into two by a half mirror 21, then reflected by mirrors 22 and 23, and combined by a half mirror 24. Here, by tilting the transparent plane-parallel plate 25 (26) placed between the mirror 22 (23) and the half mirror 24 by an angle θ with respect to the direction of propagation of the wave surface, the wave surface can be adjusted to a thickness d of the plane-parallel plate. The wavefront is shifted laterally in a direction perpendicular to the direction of travel by an amount proportional to . And half mirror
At 24, interference fringes are formed by superimposing both wavefronts on each other.
以下このときの被測定物からの波面の相対的な横ずらし
量をシア量という。シア量が光束の径に対し十分少ない
とき、横ずらしした2つの波面が互いに干渉して得られ
る干渉縞の位相は被測定物からの波面の微分波面の位相
と近似的に比例関係にある。Hereinafter, the amount of relative lateral shift of the wavefront from the object to be measured at this time will be referred to as the amount of shear. When the shear amount is sufficiently small relative to the diameter of the light beam, the phase of interference fringes obtained by mutual interference of two laterally shifted wavefronts is approximately proportional to the phase of the differential wavefront of the wavefront from the object to be measured.
簡単のために1次元的に考えるとシア量をS、被測定面
からの波面をW(x)、シアリング波面をT (x)と
すると
T(x) = W(x) −W(x −S)=
S(胃(x) −W(x −S)) / Sと
なる。即ちシアリング干渉計による干渉縞の位相は被測
定物からの波面のシア方向の微分にシア量Sをかけたも
のと近似できる。For simplicity, if we consider it one-dimensionally, let S be the shear amount, W(x) be the wavefront from the surface to be measured, and T(x) be the shearing wavefront, then T(x) = W(x) −W(x − S) =
S (stomach (x) - W (x - S)) / S. That is, the phase of interference fringes obtained by a shearing interferometer can be approximated by multiplying the shear amount S by the differential of the wavefront from the object to be measured in the shear direction.
このときの干渉縞の位相を高精度に読み取ることは被測
定物の光学特性例えば面形状を高精度に測定する為に必
要となってくる。It is necessary to read the phase of the interference fringes at this time with high precision in order to measure the optical properties of the object to be measured, such as the surface shape, with high precision.
従来より、このときの干渉縞を高精度に読み取る方法と
してフーリエ変換法がある。次にフーリエ変換法により
例えば被測定物の面形状を測定する場合について説明す
る。Conventionally, there is a Fourier transform method as a method for reading interference fringes at this time with high precision. Next, a case will be described in which, for example, the surface shape of the object to be measured is measured using the Fourier transform method.
フーリエ変換法とは、測定する干渉縞にキャリアとして
の所定の空間周波数の稿を発生させ、この稿の光強度分
布から得られる画像データをフーリエ変換し、空間周波
数座標軸上でDC成分や光量分布の不均一性にもとづく
ノイズ成分を除去した後、実座標軸上に戻して位相を求
めるものである。The Fourier transform method generates a signal with a predetermined spatial frequency as a carrier in the interference fringes to be measured, performs a Fourier transform on the image data obtained from the light intensity distribution of this signal, and calculates the DC component and light intensity distribution on the spatial frequency coordinate axis. After removing noise components based on non-uniformity of the coordinates, the phase is determined by returning the coordinates to the real coordinate axes.
箪3図(A)はシアリングによって生じた干渉縞に更に
ティルトを与えてキャリアーを発生させた干渉縞である
。この干渉縞の面を(x、y)座標系にあてはめると、
干渉縞の光強度分布g (x、 y)は
g(x、y)=a(x、y)◆ b(x、y)cos
[2πfox+Φ (x、y) ]−−−−−−(
])
で表わす事が出来る。ここで第3図(B)には干渉縞の
ある1ライン上の光強度分布、即ち、例えばg (x、
h)(hは定数)を示している。第(1)式で示す光強
度分布は空間周波数f。のキャリア信号である細かい稿
稿がΦ(x、y)によって空間的に位相変調された結果
を示しており、(1)式を変形すると
g(x、y)=a(x、y)+C(x、y)l X
p(2π1fox)+ C”(x、y)e X p(−
2π1fox) −−−−−−(2)となる。ここで
C(x、y)−1/2b(x、y)e x p [i
Φ(x、y) ] = (3)であり、C” (x
* y )は複素共役を示す。Figure 3 (A) shows interference fringes obtained by further tilting the interference fringes produced by shearing to generate carriers. Applying the plane of this interference fringe to the (x, y) coordinate system, we get
The light intensity distribution g (x, y) of the interference fringe is g (x, y) = a (x, y) ◆ b (x, y) cos
[2πfox+Φ (x, y) ]------(
]) It can be expressed as Here, FIG. 3(B) shows the light intensity distribution on one line with interference fringes, that is, for example, g (x,
h) (h is a constant). The light intensity distribution shown by equation (1) has a spatial frequency f. This figure shows the result of spatial phase modulation of a fine draft, which is a carrier signal of (x,y)l
p(2π1fox)+C”(x,y)e X p(-
2π1fox) --------(2). Here C(x,y)-1/2b(x,y)e x p[i
Φ(x, y) ] = (3), and C” (x
*y) indicates complex conjugation.
上記(2)式をX方向のみ1次元フーリエ変換すると、
G(f、y)−八(f、y)+C(f−fo、y)+C
”(f+fo、y) −(4)となる。ここで、大
文字G、A、C,C”は空間周波数スペクトラムを表わ
す。通常、a (x。When the above equation (2) is subjected to one-dimensional Fourier transformation only in the X direction, G (f, y) - eight (f, y) + C (f - fo, y) + C
"(f+fo, y) - (4). Here, the capital letters G, A, C, C" represent the spatial frequency spectrum. Usually a (x.
y)、b (x、y)、Φ(x、y)の変化はキャリア
周波数f。より小さい為に、第3図(C)に示す様に高
速フーリエ変換により周波数軸f上でキャリア周波数f
。を中心として被検面の面形状に対応して周波数変調さ
れた成分C(f−fo、y)。y), b (x, y), and Φ(x, y) are carrier frequency f. Because it is smaller, the carrier frequency f on the frequency axis f is reduced by fast Fourier transform as shown in Fig.
. A frequency-modulated component C (f-fo, y) corresponding to the surface shape of the surface to be inspected is centered at .
C責f”fo、y)と(4)式でA (f、y)に対応
する低周波成分とに分離される。It is separated into a low frequency component corresponding to C (f, y) and A (f, y) in equation (4).
C(f−fo、y)、とC責f”fo、y)とは互いに
複素共役で、以下のフーリエ変換法による処理において
はその一方だけを用いればよい。そこで周波数スペクト
ル上からc(t−to、y)を抽出して、被検面の一断
面形状を求める手順を以下に記す。C(f-fo, y) and C-response f"fo, y) are complex conjugates of each other, and only one of them needs to be used in the processing using the Fourier transform method below. Therefore, from the frequency spectrum, c(t -to, y) and obtains the cross-sectional shape of the surface to be inspected.
第3図(D)では第3図(C)のスペクトルからC(f
−fo、y)だけをとり出してきて、これを更に周波数
軸上で、foだけ原点にシフトしたものである。これに
より被検面形状に対応してキャリアf、の変調された成
分C(f−fo、3/)からC(f 、y)が得られる
。C(f 、y)は被検面を反射して返フてくる波面の
微分情報のみを含み、キャリアを除いたものと考えるこ
とができ、これをフーリエ逆変換すると被検面からの波
面、すなわち(3)式で表わされる波面が求まる。(3
)式のΦ(x、y)は被検面からの波面が第2図に示す
ような光学系で横ずらしをうけて重なり合って得られる
。被検面からの波面の微分波面に対応する強度分布の位
相を示している。この位相Φを求めるためにフーリエ逆
変換で得られる(3)式に対応したデータの複素対数を
とると
log[C(x、y)] −1og[1/2b(x、
y) ] + i Φ (x、y)・・・・−
(5)
となりΦ(x、y)は虚数部に求まる。このとき虚数部
は計算機上、第3図(E)で示されるようにΦ(x、y
)は−π〜πの主領域で与えられるため不連続なデータ
として求まるが位相とびを補正して第3図(F)に示す
ようにΦ(x、y)が求まる。In Fig. 3(D), C(f
-fo, y) is extracted and further shifted by fo to the origin on the frequency axis. As a result, C(f,y) is obtained from the modulated component C(f-fo, 3/) of the carrier f in accordance with the shape of the surface to be inspected. C(f, y) can be thought of as containing only the differential information of the wavefront reflected from the test surface and excluding the carrier, and when it is inversely Fourier transformed, the wavefront from the test surface, That is, the wavefront expressed by equation (3) is found. (3
Φ(x, y) in the equation ) is obtained when the wavefronts from the surface to be inspected are laterally shifted and overlapped in an optical system as shown in FIG. It shows the phase of the intensity distribution corresponding to the differential wavefront of the wavefront from the test surface. To find this phase Φ, we take the complex logarithm of the data corresponding to equation (3) obtained by inverse Fourier transform.
y)] + i Φ (x, y)・・・・−
(5) Then, Φ(x, y) is found in the imaginary part. At this time, the imaginary part is calculated on the computer as Φ(x, y
) is given in the main region from -π to π, so it is found as discontinuous data, but by correcting the phase jump, Φ(x, y) is found as shown in FIG. 3(F).
次に被検面からの波面を求めるために(6)式に従って
Φ(x、y)を積分する
W(x、y)−1/S SΦ(x、y) dx
・・・・−(6)ここでSはシア量である。Next, in order to obtain the wavefront from the test surface, Φ(x, y) is integrated according to equation (6) W(x, y)-1/S SΦ(x, y) dx
...-(6) Here, S is the shear amount.
その結果、第3図(G)のような被検面からの波面の形
状を得る。これは理想的な参照球面からのずれ量を表わ
している。As a result, the shape of the wavefront from the test surface as shown in FIG. 3(G) is obtained. This represents the amount of deviation from the ideal reference sphere.
以上のようなフーリエ変換法によるデータ処理において
は次にような問題があった。Data processing using the Fourier transform method as described above has the following problems.
シアリング干渉計による干渉縞は空間周波数か一定のキ
ャリアに被測定物からの情報が乗って空間周波数或は位
相が変調されたものである。Interference fringes produced by a shearing interferometer are obtained by modulating the spatial frequency or phase by carrying information from the object to be measured on a carrier having a fixed spatial frequency.
ここでサンプリング領域中の位相を含めたキャリアの実
効的な本数が整数でない場合にはフーリエ変換すると第
3図(C)に示す周波数スペクトル上では干渉縞を整数
個(或は20個)のデータとして演算処理している為に
正しくキャリアの周波数を求めることができない。Here, if the effective number of carriers including the phase in the sampling region is not an integer, Fourier transform will result in an integer number (or 20) of interference fringes on the frequency spectrum shown in Figure 3 (C). Because the calculation is performed as follows, the carrier frequency cannot be determined correctly.
この為第3図(C)〜(D)に従ってキャリア周波数成
分を除くことが正確にできなくなり、若干のキャリア成
分を残した状態で同図(D)以降の処理を行なう結果、
第3図(F)の位相データでは測定誤差はX座標上1次
関数的に増大し、最終的に求める面形状では積分の原点
から周辺部に向かって測定誤差は2次関数的に増加して
くる。For this reason, it is no longer possible to accurately remove the carrier frequency component according to Fig. 3 (C) to (D), and as a result, the processing from Fig. 3 (D) onward is performed with some carrier components remaining.
In the phase data shown in Figure 3 (F), the measurement error increases linearly on the X coordinate, and in the final surface shape, the measurement error increases quadratically from the origin of integration toward the periphery. It's coming.
又従来のシアリング干渉計による面形状の測定では光学
系の固有収差による面形状の測定誤差の影響を取り除く
手段を有していなかった。In addition, the conventional surface shape measurement using a shearing interferometer does not have a means for removing the influence of surface shape measurement errors caused by inherent aberrations of the optical system.
又フーリエ変換法を用いた従来の面形状の測定において
は空間的に定在するノイズパターンに対しては干渉縞の
キャリア空間周波数とノイズパターンの空間周波数が大
きく異なれば、周波数スペクトラム上でノイズと干渉縞
の成分とを分離することが出来、ノイズによる測定誤差
の影響を抑えることができるがキャリア空間周波数とノ
イズパターンの空間周波数が接近しているときはノイズ
による測定誤差を抑えることが難しい等の問題があった
。In addition, in conventional surface shape measurement using the Fourier transform method, if the carrier spatial frequency of the interference fringes and the spatial frequency of the noise pattern are significantly different from each other for a spatially stationary noise pattern, it is difficult to detect noise on the frequency spectrum. It is possible to separate the components of interference fringes and suppress the influence of measurement errors caused by noise, but when the carrier spatial frequency and the spatial frequency of the noise pattern are close, it is difficult to suppress measurement errors caused by noise, etc. There was a problem.
(発明が解決しようとする問題点)
本発明はフーリエ変換法により干渉縞の強度分布データ
を処理し被測定物の面形状等の光学特性の測定を行なう
際、キャリアの実効的な本数が整数でない場合であって
も高精度な測定が出来る波面形状測定方法の提供を目的
とする。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention uses a Fourier transform method to process intensity distribution data of interference fringes and measure optical properties such as the surface shape of a measured object, when the effective number of carriers is an integer. The purpose of the present invention is to provide a wavefront shape measuring method that can perform highly accurate measurements even when the wavefront shape is not the same.
本発明の更なる目的は光学系の固有収差による測定誤差
を取り除くことができ、又キャリアの空間周波数とノイ
ズの空間周波数が接近している場合でも、ノイズが空間
的に定在しているような場合にはノイズによる測定誤差
を暖和することができる高精度な波面形状測定方法の提
供にある。A further object of the present invention is to be able to eliminate measurement errors due to inherent aberrations of the optical system, and to ensure that the noise is spatially stationary even when the spatial frequency of the carrier and the spatial frequency of the noise are close to each other. An object of the present invention is to provide a highly accurate wavefront shape measurement method that can reduce measurement errors caused by noise in such cases.
(問題点を解決するための手段)
被測定物からの反射若しくは透過波面を予め所定のシア
量となるように設定したシアリング干渉計に入射させて
被検干渉縞データを得て°、そして該被検干渉縞データ
をフーリエ変換処理して被検データを得、次いで若しく
は先に参照用の平面波を前記シアリング干渉計に入射さ
せて参照干渉縞データを得て、そして該参照干渉縞デー
タをフーリエ変換処理して参照データを得、該被検デー
タから該参照データを減算して減算データを得、該減算
データを用いて前記被測定物の面形状等の光学特性を求
めたことである。(Means for solving the problem) Obtain test interference fringe data by making the reflected or transmitted wavefront from the object to be measured enter a shearing interferometer set in advance to have a predetermined amount of shear. The test interference fringe data is subjected to Fourier transformation processing to obtain test data, and then or first a plane wave for reference is made incident on the shearing interferometer to obtain reference interference fringe data, and the reference interference fringe data is subjected to Fourier transformation. Reference data is obtained through conversion processing, subtraction data is obtained by subtracting the reference data from the test data, and optical characteristics such as the surface shape of the object to be measured are determined using the subtraction data.
この他の本発明の特徴は実施例において記載されている
。Other features of the invention are described in the examples.
(実施例)
第1図は本発明を光学部品の面形状を測定する場合に適
用したときの一実施例の光学系の概略図である。(Example) FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system according to an example when the present invention is applied to measuring the surface shape of an optical component.
同図において1はレーザー等の可干渉性の光源、2はコ
リメーターレンズであり光源1からの光束を拡大し平行
光束としている。5はハーフミラ−でコリメーターレン
ズ2からの波面を2つに分割している。8は被検面、7
は透過波面収差が良好に補正されている所謂ヌルレンズ
(以下「TSSレンズ上いう。)であり被検面8への球
面波を形成している。4は平面ミラーでありハーフミラ
−5からの反射波面を元の光路に戻している。In the figure, 1 is a coherent light source such as a laser, and 2 is a collimator lens, which magnifies the light beam from the light source 1 and converts it into a parallel light beam. A half mirror 5 divides the wavefront from the collimator lens 2 into two. 8 is the test surface, 7
4 is a so-called null lens (hereinafter referred to as "TSS lens") whose transmitted wavefront aberration is well corrected, and forms a spherical wave to the test surface 8. 4 is a plane mirror, and the reflection from the half mirror 5 The wavefront is returned to its original optical path.
3.6は各々シャッターであり通過波面を制御している
。例えば被検面8からの波面を後述するシアリング干渉
計に入射させる際にはシャッター6を開き、シャッター
3を閉じている。3 and 6 are shutters that control the passing wavefront. For example, when the wavefront from the test surface 8 is made to enter a shearing interferometer, which will be described later, the shutter 6 is opened and the shutter 3 is closed.
9.12はハーフミラ−110,11は平面ミラーでこ
れらの各要素はシアリング干渉計の一部を構成している
。13は平行平面板でありハーフミラ−9で2つに分割
した波面の一方の光路中で、波面の進行方向に対して傾
けることにより該波面を横ずらしし、所謂シアさせてい
る。9.12 is a half mirror; 110 and 11 are plane mirrors; each of these elements constitutes a part of a shearing interferometer. Reference numeral 13 denotes a parallel plane plate which laterally shifts the wavefront by tilting it with respect to the traveling direction of the wavefront in one optical path of the wavefront divided into two by the half mirror 9, thereby causing so-called shearing.
そして横ずらした波面と他方の波面をハーフミラ−12
で重なり合わせて干渉縞を形成している。Then, the horizontally shifted wavefront and the other wavefront are combined into a half mirror 12.
They overlap to form interference fringes.
又本実施例ではミラー10.11若しくはハーフミラ−
9,12のいずれか1つを波面に対して所定の角度傾け
ることにより所定の空間周波数のキャリア干渉縞を形成
している。Also, in this embodiment, mirrors 10, 11 or half mirrors are used.
By tilting either one of 9 and 12 at a predetermined angle with respect to the wavefront, carrier interference fringes of a predetermined spatial frequency are formed.
15はTVカメラ等のエリアセンサ、14は結像レンズ
であり干渉縞をエリアセンサ15面上に結像させている
。16はフレームメモリでありエリアセンサ15からの
映像信号を取り込んでいる。17は演算手段でありフレ
ームメモリ16に取り込んだ映像信号を処理している。15 is an area sensor such as a TV camera, and 14 is an imaging lens that forms an image of interference fringes on the surface of the area sensor 15. Reference numeral 16 denotes a frame memory which takes in the video signal from the area sensor 15. 17 is a calculation means that processes the video signal taken into the frame memory 16.
第4図は第1図の実施例で得られるシアリング干渉縞の
説明図である。同図においては波面41と波面42とを
Sだけ横ずらしした後型なり合わせた結果生じる干渉縞
を示している。FIG. 4 is an explanatory diagram of shearing interference fringes obtained in the embodiment of FIG. 1. The figure shows interference fringes that result from aligning the wavefronts 41 and 42 after horizontally shifting them by S.
ここで元の波面をW (r )、(rは空間の任意の位
置゛)とし、干渉縞の位相をΔΦ、横ずらし量をSとす
ると
W(r) = l/SiΔΦdr
と表わすことが出来る。Here, if the original wavefront is W(r), (r is an arbitrary position in space), the phase of the interference fringe is ΔΦ, and the amount of lateral shift is S, it can be expressed as W(r) = l/SiΔΦdr. .
次に本実施例における被検面8の面形状測定の手順を説
明する。Next, a procedure for measuring the surface shape of the surface to be inspected 8 in this embodiment will be explained.
本実施例においては被検面8からの反射波面若しくは平
面ミラー4からの反射波面のうちどちらの反射波面を先
にハーフミラ−5を介してシアリング干渉計に入射させ
ても良いので、ここでは被検面8からの反射波面を先に
シアリング干渉計に入射させた場合について説明する。In this embodiment, either the reflected wavefront from the test surface 8 or the reflected wavefront from the plane mirror 4 may be first made incident on the shearing interferometer via the half mirror 5, so here A case will be described in which the reflected wavefront from the detection surface 8 is first made incident on the shearing interferometer.
先ずシャッター3を閉じ、シャッター6を開いておく。First, shutter 3 is closed and shutter 6 is left open.
光源1からの光束はコリメータレンズ2で拡大されて平
行光束となりハーフミラ−5で反射され、ミラー4で全
反射し再びハーフミラ−5を通ってシアリング干渉計に
入る。ここで平行光束はハーフミラ−9で2光束に分割
され一方の平行光束はミラー10で反射されてハーフミ
ラ−12に達し、他方の平行光束は平行平面板13で横
ずらしを受はミラー11で反射されてハーフミラ−12
に達する。The light beam from the light source 1 is expanded by the collimator lens 2, becomes a parallel light beam, is reflected by the half mirror 5, is totally reflected by the mirror 4, passes through the half mirror 5 again, and enters the shearing interferometer. Here, the parallel light beam is split into two light beams by the half mirror 9, one parallel light beam is reflected by the mirror 10 and reaches the half mirror 12, and the other parallel light beam is laterally shifted by the parallel plane plate 13, and then reflected by the mirror 11. Half mirror 12
reach.
平行平面板13は設定したシア量(有限量であっても概
略Oであっても良い。)になるように予め、光束に対す
る傾き角φを定めておく。以後この傾き角φすなわちシ
ア量は固定にする。またミラー10またはミラー11、
或はハーフミラ−9またはハーフミラ−12のいずれか
1つを所定の角度だけ傾ける。例えばミラー10を角度
θ0だけ傾ける。またθ=0°、φ=0°の場合シアリ
ング干渉計を通る2光束はハーフミラ−12で同じ方向
に進む波面として完全に重なり合うように予め、シアリ
ング干渉計を調整して右く。The parallel plane plate 13 has an inclination angle φ with respect to the luminous flux determined in advance so as to have a set shear amount (which may be a finite amount or approximately O). Thereafter, this inclination angle φ, that is, the shear amount is fixed. Also, the mirror 10 or the mirror 11,
Alternatively, either the half mirror 9 or the half mirror 12 is tilted by a predetermined angle. For example, the mirror 10 is tilted by an angle θ0. When θ=0° and φ=0°, the shearing interferometer is adjusted in advance so that the two beams passing through the shearing interferometer completely overlap as wavefronts traveling in the same direction at the half mirror 12.
ミラー10を角度θ傾けることによってハーフミラ−1
2で重なり合う2光束から角度θに対応する一定の空間
周波数をもった干渉縞が生じる。By tilting the mirror 10 at an angle θ, the half mirror 1
Interference fringes with a constant spatial frequency corresponding to the angle θ are generated from the two overlapping beams at the angle θ.
第5図に平行光束による平面波のシアリング干渉縞を示
す(θ=θ°で所定のシア量だけ互いに横ずらしにされ
た平行光束は、ハーフミラ−12で重なり合っても一様
な強度分布が得られるだけである。)被検面8からの波
面、特に被検面が非球面の場合シアリング干渉計でキャ
リアの空間周波数が変調されたシアリング干渉縞が得ら
れる。本実施例においては上記平面波によるシアリング
干渉縞をいったんTVカメラのエリアセンサ15で画像
としてフレームメモリ16に取り込み、所定のシア量の
干渉縞データとして第3図に示す処理手順に従ってフー
リエ変換処理を行なう。フーリエ変換処理は高速フーリ
エ変換(FFT)を用いるが、その結果得られる周波数
スペクトラムはN個の異なる周波数のデータである。Figure 5 shows shearing interference fringes of plane waves caused by parallel light beams (parallel light beams that are laterally shifted from each other by a predetermined shear amount at θ=θ° can obtain a uniform intensity distribution even if they overlap at the half mirror 12. ) The wavefront from the surface to be measured 8, especially when the surface to be measured is aspherical, shearing interference fringes in which the spatial frequency of the carrier is modulated can be obtained using a shearing interferometer. In this embodiment, the shearing interference fringes caused by the plane waves are once taken into the frame memory 16 as an image by the area sensor 15 of the TV camera, and Fourier transform processing is performed as interference fringe data of a predetermined shear amount according to the processing procedure shown in FIG. 3. . The Fourier transform process uses fast Fourier transform (FFT), and the resulting frequency spectrum is data of N different frequencies.
ここで干渉縞のサンプリング点数は2Nである。従って
キャリアの空間周波数が実効的にN個に仕切られた周波
数のいずれにも等しくない場合、例えばキャリア干渉縞
が実効的にX本(非整数)の場合が存在する。Here, the number of sampling points of the interference fringe is 2N. Therefore, there exists a case where the spatial frequency of the carrier is not effectively equal to any of the N divided frequencies, for example, a case where there are effectively X (non-integer) carrier interference fringes.
この場合でもサンプリング点数を増せばキャリア周波数
の測定誤差は減少することがわかる第6図(A)にキャ
リア干渉縞の実効的な本数が整数になる場合と第6図(
B)に整数にならない場合を示す。Even in this case, it can be seen that the carrier frequency measurement error can be reduced by increasing the number of sampling points. Figure 6 (A) shows a case where the effective number of carrier interference fringes is an integer and a case where the effective number of carrier interference fringes is an integer.
B) shows the case where it is not an integer.
第6図(B)に示す場合には、角度θを調整することに
よって第6図(A)に示す状態に直すことは可能ではあ
るが調整の度合いが微妙であり困難である。このような
場合、平面波をシアリング干渉計に入力して第3図に示
す処理を行なっても求めるべき平面形状は得られず、シ
アリング波面の位相で一次積分して式(8)に従って求
めた波面で二次の測定誤差を伴なう。In the case shown in FIG. 6(B), it is possible to restore the state shown in FIG. 6(A) by adjusting the angle θ, but the degree of adjustment is delicate and difficult. In such a case, even if the plane wave is input to the shearing interferometer and the processing shown in Figure 3 is performed, the desired plane shape cannot be obtained, and the wavefront obtained by linear integration using the phase of the shearing wavefront according to equation (8) with a second-order measurement error.
本実施例においては平面波を入力して得られる不正確な
位相データ或は面形状データを被検面からの波面を入力
して得られるシアリング干渉縞のフーリエ変換処理にお
いて参照データを補正データとして第3図(F)または
G(H)の段階で被検面のデータから減算することを測
定アルゴリズムの基本原理とする。以下実際に行なった
キャリア干渉縞データ取り込みから被検面の面形状が求
まるまでの順序を第7図のフローチャートで示す。In this example, inaccurate phase data or surface shape data obtained by inputting a plane wave are used as reference data as correction data in the Fourier transform processing of shearing interference fringes obtained by inputting the wavefront from the test surface. The basic principle of the measurement algorithm is to subtract from the data of the test surface at the stage of Figure 3 (F) or G (H). The flowchart in FIG. 7 shows the sequence from the acquisition of carrier interference fringe data to the determination of the surface shape of the surface to be inspected.
第7図において、キャリア発生用のミラー12の傾き角
θは1.OX 10−’ラジアン、シア量は48μmの
条件で、最大非球面量42μm、口径20Φ参照半径5
0+mの非球面レンズの面形状を測定した。In FIG. 7, the inclination angle θ of the mirror 12 for carrier generation is 1. OX 10-' radian, shear amount is 48 μm, maximum aspheric amount is 42 μm, diameter is 20Φ reference radius 5
The surface shape of a 0+m aspherical lens was measured.
第7図(A)は前述した手順に従って得られ、フレーム
メモリに取り込まれたキャリア干渉縞の一次元強度分布
を示す。第7図(B)は第7図(A)で得られた強度分
布に窓関数をかけて得られる強度分布を示す。ここでは
パニング窓を使っているが、このほかにパニング窓、赤
池窓、バートレット窓、カイザー窓などが知られている
。窓関数を使う目的は第7図(A)に示すキャリア干渉
縞データを有限の幅のデータとして打ち切ったためのフ
ーリエ変換による周波数スペクトルの誤差を抑えること
にある。第7図(C)は同図(B)の強度分布を高速フ
ーリエ変換して得られる周波数スペクトルを示す。高速
フーリエ変換はサンプリング点数512点で商品名VA
X−780(DEC社製)上で行なった結果処理時間は
420m5ecであった。更に処理時間を速くする為に
は、アレープロセッサ商品名FPS−164/MAX
(FPS社製)等を用いるとよい。この場合処理時間は
2.9m5ec程度である。FIG. 7(A) shows the one-dimensional intensity distribution of carrier interference fringes obtained according to the procedure described above and captured in the frame memory. FIG. 7(B) shows the intensity distribution obtained by applying a window function to the intensity distribution obtained in FIG. 7(A). A panning window is used here, but other known windows include the panning window, Akaike window, Bartlett window, and Kaiser window. The purpose of using the window function is to suppress errors in the frequency spectrum due to Fourier transformation, which is caused by truncating the carrier interference fringe data shown in FIG. 7(A) as data having a finite width. FIG. 7(C) shows a frequency spectrum obtained by performing fast Fourier transform on the intensity distribution in FIG. 7(B). The fast Fourier transform has a sampling point of 512 points and the product name is VA.
As a result, the processing time was 420 m5ec on X-780 (manufactured by DEC Corporation). To further speed up the processing time, use the array processor product name FPS-164/MAX.
(manufactured by FPS) etc. may be used. In this case, the processing time is about 2.9 m5ec.
第7図(Cンで求まった周波数スペクトルからキャリア
の空間周波数fcを求める。ここで第6図(B)に示す
干渉縞強度分布の場合、キャリアの空間周波数fcは正
しく求まらないか後に被検面からの波面のシアリング干
渉縞データを処理する際に用いる第7図(C)に引き続
いて第7図(D)では第7図(C)のキャリア周波数に
対応するスペクトルを所定の幅Δfだけピックアップし
fcだけ周波数軸上を原点に向けてシフトした結果を示
す。以下このような処理をキャリアリダクションと呼ぶ
。キャリアリダクションされる周波数軸上のある幅をも
ったスペクトルデータは求めるべき面形状の微分位相情
報を内蔵しており、キャリアリダクションしたスペクト
ルを更に逆フーリエ変換すると第7図(E)に示すシア
リング波面の位相が求まる。The spatial frequency fc of the carrier is determined from the frequency spectrum determined in Figure 7 (C).In the case of the interference fringe intensity distribution shown in Figure 6(B), the spatial frequency fc of the carrier may not be determined correctly or later. Continuing from FIG. 7(C) used when processing the shearing interference fringe data of the wavefront from the test surface, FIG. 7(D) shows the spectrum corresponding to the carrier frequency of FIG. 7(C) with a predetermined width. This shows the result of picking up only Δf and shifting it by fc on the frequency axis toward the origin.Hereinafter, this kind of processing is called carrier reduction.The spectral data with a certain width on the frequency axis that is subjected to carrier reduction is the surface to be obtained. It contains differential phase information of the shape, and when the carrier-reduced spectrum is further subjected to inverse Fourier transform, the phase of the shearing wavefront shown in FIG. 7(E) can be found.
通常周波数スペクトルが正しく求まり、かつキャリア空
間周波数が正しく求まればキャリア干渉縞データを前述
した手順で処理して得られるシアリング波面の位相デー
タは、完全に至る所位相ゼロのデータとして求まるはず
である。しかしながらこれは掻く特別な場合で、通常は
波面収差ゼロの平面波をシアリング干渉計に人力してフ
ーリエ変換処理して得られる平面波のシアリング位相は
ゼロではない有限の誤差をもったデータとして求まる。Normally, if the frequency spectrum is found correctly and the carrier spatial frequency is found correctly, the phase data of the shearing wavefront obtained by processing the carrier interference fringe data using the procedure described above should be found as data with completely zero phase everywhere. . However, this is a special case, and the shearing phase of a plane wave obtained by manually applying a plane wave with zero wavefront aberration to a shearing interferometer and Fourier transform processing is obtained as data with a finite error that is not zero.
このようにして求まった誤差を含むデータを後に被検面
からの波面のシアリング干渉縞データをフーリエ変換処
理する際の補正データとしてメモリに貯えておく。ここ
で、キャリアのシアリング位相データの原点位置は第8
図に示すように、互いに横ずらしにされた波面81.8
2のそれぞれの光軸間を結ぶ線分の2等分′点であり、
キャリアリダクション後逆フーリエ変換して求まるシア
リング位相データの原点が上記2等分点になるように、
位相データのゼロ点位置を補正する必要がある。そこで
シアリング位相データの原点において位相を0にセット
し、(8)式に従って積分した値をシア量Sで割ると求
めるべき波面、即ち平行光束の波面の位相が求まる。後
に被検面からの波面のシアリング干渉縞を処理する際の
補正データとしては、このように(8)式に従って求ま
る平行光束の波面の位相でもよい。ここでシアリング干
渉計人力波面は被検面またはミラー面からの反射によっ
て得られるから、面形状は(8)式によって求まる位相
W (r )を2πラジアンで除算し光源の波長λ(μ
m)の2分の1を乗じることによって求めることができ
る。The data containing errors thus determined is stored in a memory as correction data for later Fourier transform processing of shearing interference fringe data of the wavefront from the test surface. Here, the origin position of the carrier shearing phase data is the 8th
Wavefronts 81.8 laterally shifted relative to each other as shown in the figure
2 is the point that bisects the line segment connecting each of the optical axes of 2,
So that the origin of the shearing phase data obtained by inverse Fourier transformation after carrier reduction is the above bisecting point,
It is necessary to correct the zero point position of the phase data. Therefore, the phase is set to 0 at the origin of the shearing phase data, and the value integrated according to equation (8) is divided by the shear amount S to find the wavefront to be found, that is, the phase of the wavefront of the parallel light beam. The phase of the wavefront of the parallel light beam determined according to equation (8) as described above may be used as correction data when the shearing interference fringes of the wavefront from the test surface are processed later. Here, since the shearing interferometer manual wavefront is obtained by reflection from the test surface or mirror surface, the surface shape can be determined by dividing the phase W (r ) found by equation (8) by 2π radians, and dividing the light source wavelength λ (μ
It can be determined by multiplying by 1/2 of m).
次に第1図に示す光学系において、シャッター3を閉じ
、被検面側のシャッター6を開く。ここでTSレンズ7
と被検面8との間隔は予め、TSレンズ7を通過した波
面が被検面8に達したところで、丁度被検面の参照球面
となるような球面波を生成するように調整しておくもの
とする。被検面からの反射波面は再びTSレンズを通過
して、ハーフミラ−5に達する。被検面が球面であれば
、TSレンズ7を再び通過した波面は平面波である。Next, in the optical system shown in FIG. 1, the shutter 3 is closed and the shutter 6 on the side to be inspected is opened. Here TS lens 7
The distance between the TS lens 7 and the test surface 8 is adjusted in advance so that when the wavefront passing through the TS lens 7 reaches the test surface 8, a spherical wave is generated that becomes the reference spherical surface of the test surface. shall be taken as a thing. The reflected wavefront from the test surface passes through the TS lens again and reaches the half mirror 5. If the surface to be inspected is a spherical surface, the wavefront that has passed through the TS lens 7 again is a plane wave.
また被検面が非球面であれば非球面量に対応した波面収
差をもつ。第7図(F)は、このように一般に被検面の
非球面量に対応する波面収差を持った波面がシアリング
干渉計に人力されて得られるキャリア干渉縞が変調した
シアリング干渉縞の一段面の強度分布を示す。第7図(
B)と同様に同図(F)に窓関数をかけて、第7図(G
)を得る。更に同図(G)の分布を高速フーリエ変換し
て、第7図(H)に示す。被検面からの波面のシアリン
グ干渉縞の周波数スペクトルを得る。先に求めたキャリ
ア周波数fCでキャリアリダクションを行なった結果を
第7図(I)に示す。ここではキャリアは32木の稿で
あり、被検面からの波面のシアリング干渉縞は概略34
本の縞として現われている。キャリア周波数fcを中心
としたスペクトルのピックアップ幅はシア量に応じて適
切に設定する必要がある。サンプリング点数は512個
ゆえ、周波数スペクトルは256個の連敗データとして
得られるが、キャリア周波数を32とおくと、スペクト
ルピックアップ幅Δfは、実際には下限周波数4、上限
周波数60に設定した。Furthermore, if the surface to be tested is aspherical, it has wavefront aberration corresponding to the amount of aspherical surface. Figure 7 (F) shows one step of the shearing interference pattern obtained by manually inputting a wavefront with a wavefront aberration corresponding to the amount of asphericity of the surface under test into a shearing interferometer and modulating the carrier interference pattern. shows the intensity distribution of Figure 7 (
In the same way as B), apply a window function to Fig. 7 (F) to obtain Fig. 7 (G
). Furthermore, the distribution in FIG. 7(G) is subjected to fast Fourier transform and is shown in FIG. 7(H). Obtain the frequency spectrum of shearing interference fringes of the wavefront from the test surface. FIG. 7(I) shows the result of carrier reduction performed using the previously determined carrier frequency fC. Here, the carrier is a 32-tree frame, and the shearing interference pattern of the wavefront from the test surface is approximately 34
It appears as stripes on the book. The pick-up width of the spectrum centered around the carrier frequency fc needs to be appropriately set according to the amount of shear. Since the number of sampling points is 512, the frequency spectrum is obtained as 256 consecutive losing data, but when the carrier frequency is set to 32, the spectrum pickup width Δf is actually set to a lower limit frequency of 4 and an upper limit frequency of 60.
キャリアリダクション後、逆フーリエ変換して被検面か
らの波面のシアリング波面(微分波面)の位相が第7図
(T)のように求まる。After carrier reduction, inverse Fourier transform is performed to determine the phase of the shearing wavefront (differential wavefront) of the wavefront from the test surface as shown in FIG. 7(T).
ここでキャリアリダクションは前述の如く一般に誤差を
含むから第7図(J)で得られた位相データはキャリア
リダクションによる誤差を持っている。そこで、先に求
めておいた平面波人力によるキャリア干渉縞のフーリエ
変換処理から得られるシアリング波面の位相データを第
7図(J)で求めた被検面からの波面のシアリング波面
の位相データから引き算することによって、シアリング
波面の位相計測誤差を補正する。但し補正されるのは主
に、キャリアリダクションに伴う誤差であり、これはサ
ンプリング点数の制限によるFFT処理の誤差だが面形
状測定誤差の要因とじては、ほかにシア量測定誤差、シ
ア量原点検出誤差、空間的に定在するキャリア周波数に
ノイズ、量子化誤差、(8)式に従う数値積分に伴う誤
差、特にシアリング波面を微分波面として扱うことによ
る(8)武士の誤差などが挙げられる。第7図(K)は
補正処理して得られるシアリング波面の位相から(8)
式に従って求めた被検面の球面からのdeviatio
n 、すなわち非球面量の測定結果(−断面)である。Here, since carrier reduction generally includes errors as described above, the phase data obtained in FIG. 7(J) has errors due to carrier reduction. Therefore, the phase data of the shearing wavefront obtained from the Fourier transform processing of the carrier interference fringes obtained previously using the plane wave manually is subtracted from the phase data of the shearing wavefront of the wavefront from the test surface obtained in Fig. 7 (J). By doing so, the phase measurement error of the shearing wavefront is corrected. However, what is mainly corrected is the error associated with carrier reduction, which is an error in FFT processing due to the limitation of the number of sampling points, but other causes of surface shape measurement error include shear amount measurement error, shear amount origin detection Examples include errors, noise in spatially stationary carrier frequencies, quantization errors, errors associated with numerical integration according to equation (8), and in particular, samurai error (8) due to treating the shearing wavefront as a differential wavefront. Figure 7 (K) is based on the phase of the shearing wavefront obtained by correction processing (8)
The deviatio from the spherical surface of the test surface obtained according to the formula
n, that is, the measurement result of the aspherical amount (-cross section).
第7図(L)は既知の被検面の面形状から求めた同図(
に)の測定結果の誤差を示す。このように0.1μm以
下の精度で面が測定できることがわかる。以上第1図示
す光学系に基き第7図(A)〜(L)を参照しながら実
施例を示した。Figure 7 (L) is the same figure (L) obtained from the known surface shape of the surface to be tested.
) shows the error in the measurement results. It can be seen that the surface can be measured with an accuracy of 0.1 μm or less in this way. Examples have been described above based on the optical system shown in FIG. 1 with reference to FIGS. 7(A) to 7(L).
尚第1図に示す実施例において平行平面板13を用いな
いで、単にミラー11若しくはミラー10を例えばピエ
ゾ素子等により平行移動させて2つの波面を互いに横ず
らしても良い。In the embodiment shown in FIG. 1, the parallel plane plate 13 may not be used, and the two wavefronts may be shifted laterally relative to each other by simply moving the mirror 11 or 10 in parallel using, for example, a piezo element.
本実施例において被検面の3次元面形状を得るには、シ
アの方向は第1図の紙面の面内方向、例えばY軸方向の
シアだけではなく、x−7面に垂直なZ軸方向のシアに
よって得られるシアリング干渉縞のフーリエ変換処理も
必要である。第1図では、平行平板13によりX−Y面
内の波面の横ずらしを行なってシア方向の面形状(非球
面形状)を求めた後、傾き角φをゼロにしてX−Y面内
の横ずらしをゼロに戻し、今度はZ軸方向の横ずらしを
得るようY軸を回転軸として平行平板を傾ける。更にミ
ラー10の傾き角θを0に戻し、同様にX軸に大略平行
なキャリア干渉縞を発生させる。その結果Z軸方向のシ
アによるシアリング干渉縞を生成する。この干渉縞を第
9図に示す。In this example, in order to obtain the three-dimensional surface shape of the surface to be tested, the shear direction must be determined not only in the in-plane direction of the paper of FIG. 1, for example, in the Y-axis direction, but also in the Z-axis perpendicular to Fourier transform processing of the shearing interference fringes obtained by directional shearing is also required. In Fig. 1, the wavefront in the X-Y plane is laterally shifted by the parallel plate 13 to obtain the surface shape in the shear direction (aspherical shape), and then the inclination angle φ is set to zero and the wavefront in the X-Y plane is shifted laterally. Return the lateral shift to zero, and then tilt the parallel plate with the Y axis as the rotation axis to obtain the lateral shift in the Z-axis direction. Further, the tilt angle θ of the mirror 10 is returned to 0, and carrier interference fringes approximately parallel to the X axis are similarly generated. As a result, shearing interference fringes due to shearing in the Z-axis direction are generated. This interference pattern is shown in FIG.
第1図に示す光学系ではシア方向はX−Y面内でしか得
られないので、Z軸方向のシアを得るためには、第10
図に示すようにハーフミラ−19で光路を分割して分割
された一方の光束が通るZ軸方向シア用のシアリング干
渉計100を設ける。In the optical system shown in Fig. 1, the shear direction can only be obtained within the X-Y plane, so in order to obtain the shear in the Z-axis direction, the 10th
As shown in the figure, a shearing interferometer 100 for shearing in the Z-axis direction is provided, in which the optical path is divided by a half mirror 19 and one of the divided beams passes through.
また他方の光束が通るX−Y面内のシアな得るためのシ
アリング干渉計を101で記した。それぞれのシアリン
グ干渉計には結像レンズ+4−A、■−B、T■カメラ
またはエリアセンサ15−A、15−8か第10図に示
すようにセットされている。以上のように第10図に示
す光学系では被検面の三次元面形状に関する情報を2つ
のシアリング干渉計100,101で同時に別々のフレ
ームメモリに取り込み、フーリエ変換処理して面形状を
測定することが可能である。Further, a shearing interferometer for obtaining shear in the X-Y plane through which the other light beam passes is indicated by 101. In each shearing interferometer, an imaging lens +4-A, -B, T-camera or area sensor 15-A, 15-8 is set as shown in FIG. As described above, in the optical system shown in FIG. 10, information regarding the three-dimensional surface shape of the test surface is simultaneously captured into separate frame memories by two shearing interferometers 100 and 101, and the surface shape is measured by Fourier transformation processing. Is possible.
尚本発明においてシアリング干渉方式を適用する干渉計
としてはマツハツエンダ−型以外にもトワイマン・グリ
ーンの干渉計やフィゾーの干渉計等、各種の干渉計を利
用することが可能である。In addition to the Matsuhatsu-Zender type interferometer to which the shearing interference method is applied in the present invention, various other interferometers such as the Twyman-Green interferometer and the Fizeau interferometer can be used.
本実施例においては被検面8からの反射波面を先にシア
リング干渉計に入射させて被検データを得、次いで平面
ミラー4からの反射波面をシアリング干渉計に入射させ
て参照データを得てから被検データから参照データを減
算した場合を示したが、先に参照データを得ておいて次
いで被検データを得るように順番を逆にしても同様に本
発明の目的を達成することができる。In this embodiment, the reflected wavefront from the test surface 8 is first made incident on the shearing interferometer to obtain test data, and then the reflected wavefront from the plane mirror 4 is made incident on the shearing interferometer to obtain reference data. Although the case where the reference data is subtracted from the test data is shown, the purpose of the present invention can also be achieved in the same way even if the order is reversed so that the reference data is obtained first and then the test data is obtained. can.
(発明の効果)
本発明によればフーリエ変換処理方式を利用して、被測
定物の面形状等を測定する場合サンプリング点数が有限
である(通常はTVカメラ或はエリアセンサの画素数の
制限から512ないし1024程度)ことによるシアリ
ング干渉縞の周波数スペクトルの測定誤差、特に第6図
(B)に示すような干渉縞を有限の幅のデータとして取
り込んだ時のスペクトル測定誤差に帰因するキャリア周
波数誤差を補正することができ高精度の測定が可能とな
る。例えば非球面量40μm程度、口径20φのレンズ
の面形状が0.1μm以下の精度で測定することができ
る。(Effects of the Invention) According to the present invention, the number of sampling points is limited when measuring the surface shape of an object using the Fourier transform processing method (usually due to the limited number of pixels of a TV camera or area sensor). carriers caused by measurement errors in the frequency spectrum of shearing interference fringes (approximately 512 to 1024), especially spectrum measurement errors when interference fringes as shown in Figure 6 (B) are taken in as data with a finite width. Frequency errors can be corrected, making highly accurate measurements possible. For example, the surface shape of a lens with an aspherical amount of about 40 μm and an aperture of 20φ can be measured with an accuracy of 0.1 μm or less.
更に非球面量200μm程度Fナンバー1.4以上のレ
ンズの面形状も0,2μm程度の精度で測定可能となる
。Furthermore, the surface shape of a lens with an aspherical amount of about 200 μm and an F number of 1.4 or more can be measured with an accuracy of about 0.2 μm.
又本発明によれば測定光学系で発生するごみ、きす等に
より空間的に定在するノイズパターンによる位相計測誤
差を減少させることができることである。即ち平面波を
シアリング干渉計に人力して得られるシアリング干渉縞
に乗っているノイズパターン込みのデータを補正データ
として用いることにより、空間的に定在する比較的周波
数の低いノイズによる形状測定誤差を補正することがで
きる。これはシアリング干渉計に平面波の入力時と、被
検面からの波面の人力時とでシャッター3.6のオン、
オフ以外に光学系のセツティングを調整しないことが前
提であり、実際本発明による光学系においては、そのよ
うな測定を行なっている。Further, according to the present invention, it is possible to reduce phase measurement errors caused by spatially standing noise patterns caused by dust, scratches, etc. generated in the measurement optical system. In other words, by using data including noise patterns on the shearing interference fringes obtained by manually applying a plane wave to a shearing interferometer as correction data, shape measurement errors caused by relatively low frequency noise that is spatially stationary can be corrected. can do. This means that shutter 3.6 is turned on when a plane wave is input to the shearing interferometer, and when the wave surface is manually applied from the surface to be measured.
It is a prerequisite that the setting of the optical system is not adjusted other than to turn it off, and such measurements are actually performed in the optical system according to the present invention.
更に本発明に右いては平面波人力による補正データによ
り、光学系固有の収差による測定誤差を減少させること
ができる。特にTVカメラ或は、エリアセンサに前置さ
れる結像レンズのdistortion (歪曲収差)
による干渉縞の位相計測誤差を良好に補正することがで
きる。Furthermore, according to the present invention, measurement errors due to aberrations inherent in the optical system can be reduced by using correction data manually generated by plane waves. Especially the distortion of the imaging lens installed in front of the TV camera or area sensor.
It is possible to satisfactorily correct phase measurement errors of interference fringes caused by
この他干渉計を構成するミラー面の面鯖度の測定精度に
与える影響も取り除くことができる。In addition, it is also possible to eliminate the influence on the measurement accuracy of the surface roughness of the mirror surface constituting the interferometer.
又本発明においてはシア量の原点位置を高精度に検出し
なくても、シア量のゼロ点付近からのシア量を高精度に
読み取ることにより、高精度な測定が可能となる。即ち
シアリング干渉計による面形状測定において従来必要と
したシア量原点位置の高精度検出とシア量の高精度測定
のうち、シア量の原点位置を高精度に検出するのを不要
とし、シア量の高精度測定だけで面形状を高精度に測定
することを可能としている。Further, in the present invention, even if the origin position of the shear amount is not detected with high precision, by reading the shear amount from near the zero point of the shear amount with high precision, highly accurate measurement is possible. In other words, of the conventionally required high-precision detection of the shear origin position and high-precision measurement of the shear amount in surface shape measurement using a shearing interferometer, highly accurate detection of the shear origin position is no longer required, and the shear amount can be measured with high precision. It is possible to measure surface shapes with high precision using only high-precision measurements.
第1図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第2図は
従来のマツハツエンダ−干渉計の光学系の説明図、第3
図(A)〜 (G)は従来のシアリング干渉縞から面形
状を得るまでのプロセスの説明図、第4図、・第5図は
2つの波面をシアさせ干渉縞を形成したときの説明図、
第6図(A) 、 (B)はエリアセンサで撮像した干
渉縞の一断面の強度分布の説明図、第7図(A)〜(L
)は本発明による面形状を求めるまでのプロセスの説明
図、第8図は2つの波面をシアさせたときら位相原点を
示す説明図、第9図はZ軸方向にシアさせたときに得ら
れるシアリング干渉縞の説明図、第10図は本発明の他
の一実施例の光学系の概略図である。
図中1は光源、2はコリメーターレンズ、5,9゜12
.19はハーフミラ−14,10,11はミラー、3.
6はシャッター、8は被検面、13は平行平面板、7は
TSレンズ、14は結像レンズ、15はエリアセンサ、
16はフレームメモリ、17は演算手段である。
特許出願人 キャノン株式会社
第 1 口
→J4
患 3 図
(B)
小
男 3 田
^
晃 4 回
晃 6 聞
(A’)
(B)
児 7 口(A’)
夷 7 [W(B)
も 7 口 (C)
死 7 口(F)
夷 7 回(G)
一1リ bo’)Iす
も 7 回 (H)
見 7 口 (1)
一雪u−5uフIU
夷 7 図(J)
も 7 回(K)
第 7 図(lj
夷 10 回
手続補正書(酸)
昭和62年 7月 9日
昭和62年特許願第 16485号
2、発明の名称
波面形状測定方法
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住所 東京都大田区下丸子3−30−2名称 (100
) キャノン株式会社代表者 賀 来 龍 三
部
4、代理人
居所 〒158東京都世田谷区奥沢2−17−3(1)
明細書の発明の詳細な説明の欄
5、補正の内容
(1)明細書第13頁第14行目の「閉じ」を「開き」
と「開い」を「閉じ」と補正する。FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical system of a conventional Matsuhatsu Ender interferometer, and FIG.
Figures (A) to (G) are explanatory diagrams of the process of obtaining a surface shape from conventional shearing interference fringes, and Figures 4 and 5 are explanatory diagrams of forming interference fringes by shearing two wavefronts. ,
Figures 6 (A) and (B) are explanatory diagrams of the intensity distribution of one cross section of interference fringes imaged by the area sensor, and Figures 7 (A) to (L
) is an explanatory diagram of the process to obtain the surface shape according to the present invention, Fig. 8 is an explanatory diagram showing the phase origin when two wavefronts are sheared, and Fig. 9 is an explanatory diagram showing the phase origin obtained when shearing two wavefronts in the Z-axis direction. FIG. 10 is a schematic diagram of an optical system according to another embodiment of the present invention. In the figure, 1 is the light source, 2 is the collimator lens, 5.9°12
.. 19 is a half mirror - 14, 10, 11 are mirrors, 3.
6 is a shutter, 8 is a test surface, 13 is a parallel plane plate, 7 is a TS lens, 14 is an imaging lens, 15 is an area sensor,
16 is a frame memory, and 17 is a calculation means. Patent Applicant: Canon Co., Ltd. No. 1 → J4 Patient 3 Diagram (B) Little man 3 Ta^ Akira 4 Kaiaki 6 Kun (A') (B) Child 7 Kuchi (A') Yi 7 [W (B) also 7 Mouth (C) Death 7 Mouth (F) Yi 7 times (G) 11ri bo') I sumo 7 times (H) See 7 mouth (1) Kazuki u-5ufu IU Yi 7 Figure (J) Mo 7th (K) Figure 7 (lj Ii 10th procedural amendment (acid) July 9, 1988 Patent Application No. 16485 2, title of invention Wavefront shape measurement method 3, person making amendment case Relationship with Patent applicant address 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Name (100
) Canon Co., Ltd. Representative Ryuzo Kaku
Part 4, Agent's residence: 2-17-3 (1) Okusawa, Setagaya-ku, Tokyo 158
Column 5 of detailed explanation of the invention in the specification, contents of amendment (1) Change “close” to “open” in page 13, line 14 of the specification
and correct "open" to "closed".
Claims (1)
量となるように設定したシアリング干渉計に入射させて
被検干渉縞データを得て、そして該被検干渉縞データを
フーリエ変換処理して被検データを得、次いで若しくは
先に参照用の平面波を前記シアリング干渉計に入射させ
て参照干渉縞データを得て、そして該参照干渉縞データ
をフーリエ変換処理して参照データを得、該被検データ
から該参照データを減算して減算データを得、該減算デ
ータを用いて前記被測定物の面形状等の光学特性を求め
たことを特徴とする波面形状測定方法。The reflected or transmitted wavefront from the object to be measured is made incident on a shearing interferometer set in advance to have a predetermined shear amount to obtain test interference fringe data, and the test interference fringe data is subjected to Fourier transform processing. Obtain test data, then or first make a plane wave for reference enter the shearing interferometer to obtain reference interference fringe data, perform Fourier transform processing on the reference interference fringe data to obtain reference data, and A method for measuring a wavefront shape, characterized in that the reference data is subtracted from the test data to obtain subtraction data, and the subtraction data is used to determine optical characteristics such as the surface shape of the object to be measured.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1648587A JPS63184029A (en) | 1987-01-26 | 1987-01-26 | Method of measuring shape of wave front |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1648587A JPS63184029A (en) | 1987-01-26 | 1987-01-26 | Method of measuring shape of wave front |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63184029A true JPS63184029A (en) | 1988-07-29 |
Family
ID=11917583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1648587A Pending JPS63184029A (en) | 1987-01-26 | 1987-01-26 | Method of measuring shape of wave front |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63184029A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05306916A (en) * | 1991-03-27 | 1993-11-19 | Rikagaku Kenkyusho | Method and device for analyzing distribution of fringe phase |
JP2003530564A (en) * | 2000-04-12 | 2003-10-14 | ナノ−オア テクノロジーズ インコーポレイテッド | Spatial and spectral wavefront analysis measurement method and apparatus |
JP2017122716A (en) * | 2015-12-07 | 2017-07-13 | ウルトラテック インク | Systems and methods of characterizing process-induced wafer shape for process control using cgs interferometry |
JP2022523764A (en) * | 2019-02-14 | 2022-04-26 | ホーホシューレ トリアー | Optical measuring device and multi-mirror |
-
1987
- 1987-01-26 JP JP1648587A patent/JPS63184029A/en active Pending
Cited By (6)
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JP2013064741A (en) * | 2000-04-12 | 2013-04-11 | Icos Vision Systems Nv | Method and apparatus for spatial and spectral wavefront analysis and measurement |
JP2017122716A (en) * | 2015-12-07 | 2017-07-13 | ウルトラテック インク | Systems and methods of characterizing process-induced wafer shape for process control using cgs interferometry |
US9935022B2 (en) | 2015-12-07 | 2018-04-03 | Ultratech, Inc. | Systems and methods of characterizing process-induced wafer shape for process control using CGS interferometry |
JP2022523764A (en) * | 2019-02-14 | 2022-04-26 | ホーホシューレ トリアー | Optical measuring device and multi-mirror |
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