JPH02243910A - 干渉計を用いた球面用表面形状測定装置 - 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 この発明は、鋭い球面の表面形状を低倍率（１０Ｘ）で
非接触測定するための装置に関する。さらに詳しくは、
この発明は、鋭い球面の表面粗さ又は鋭い球面の球形か
らの逸脱の高精度測定に有用な光学装置に関する。

関連出願 この出願は、「インタフェロメトリック　サーフェス　
プロフィラー（ＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＳｕｒ
ｒａｃｅ　Ｐｒｏ［’１ｌｅｒ）Ｊという名称で１９８
８年３月２２日に発行された私の所有する米国特許第４
，７３２，４８３号、「コーティング　アンド　メソッ
ド　フォアテスティング　プラノ　アンド　スフエリカ
ルウニイブフロント　プロデューレンジ　オプテ、ｆカ
ル　ンステムズ　ハビング　ア　ブロード　レンジ　イ
ブ　レフレクティビティズ（Ｃｏａｔｉｎｇ　ａｎｄＭ
ｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｐｉａｎｏ　ａ
ｎｄ　５ｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ　Ｐｒ
ｏｄｕｃｉｎｇ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｈ
ａｖｉｎｇ　ａＢｒｏａｄ　Ｒａｎｇｅ　ｏｒ　Ｒｅｆ
ｌｅｃｔｉｖｉｔｉｅｓ）　Ｊという名称で１９８７年
１０月１６日に出願された出願番号１０９，７１５号の
私の共有する係属中の米国特許出願、「レーザ　イーコ
ール　パス　インクフェロメトリックサーフェス　プロ
フィラ（Ｌａｓｅｒ　Ｅｑｕａｌ　ＰａｔｈＩｎｔｅｒ
ｒｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　５ｕｒｆａｃｅ　Ｐｒｏｆｉｌ
ｅｒ）　Ｊという名称で１９８８年４月２２日に出願さ
れた出願番号０７／１８５０７５の私の共有する係属中
の米国特許出願に関連し、更にここに参照することによ
ってそれら全体に特に組み込まれている全ての内容に関
連すると共に、その改良である。

従来の技術 鋭い球面の表面を高精度で測定するために利用できる従
来技術は、機械的及び光学的プロフィラ（形状測定装置
）を備えている。表面形状を測定するために一般的に使
用される接触装置は、シラス（５ｌｙｌｕｓ）装置、例
えば、商業的に利用可能なタリサーフ（Ｔａｌｙｓｕｒ
ｆ）又はタリステップ（Ｔａｌｙｓｔｅｐ）である。し
かしながら、柔らかい表面やデリケートな表面の場合に
は、シラスがその表面にくい込むため、測定結果がその
表面を正確に表現しない。シラス技術における他の制限
は、雑音や振動に対しする高い感受性、シラス及びその
機構のデリケートな性質、及びそれを配置したり使用す
るために高度な熟練者を必要とすることである。

従来技術の光学的ブロフィラ（ｐｒｏｆｉｌｅｒ）は、
たとえば、ジエイ・エム・バネット（Ｊ、Ｍ、Ｂａｎｎ
ｅｔｔ）著、「メジャメント　イブ　ザ　アールエムニ
スラフネス、オート　コバリアンス　ファンクション　
アンド　アザ−スタティスティカル　プロパティズ　才
ブ　オプティカル　サーフェシズユージング　ア　エフ
イージーオー　スキャニング　インターフェロメータ（
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｒ　ｔｈｅＲＭＳ　Ｒｏｕ
ｇｈｎｅｓｓ、Ａｕｔｏｃｏｖａｒｉａｎｃｅ　Ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎ　ａｎｄＯｔｈｅｒ　５ｔａｔｉｓｔｉｃａ
ｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｒ　０ｐｔｉｃａｌＳｕ
ｒｆａｃｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ＦＥＣＯＳｃａｎｎｉ
ｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏ−ｍｅｎＬｅｒ）　Ｊ　（ア
プライド　オプティクス（Ａｐｐｌ　１ｅｄＯｐｔｉｃ
ｓ）、第１５巻、２７０５−２７２１頁（１９７６年）
）に見られる等彩度順縞走査（ＦＥＣＯ）干渉計、たと
えば、ジェイ、エム、イーストマン（Ｊ、Ｍ、Ｅａｓｔ
ｍａｎ）およびピー、ダブリエ、バウマイスタ（Ｐ、Ｗ
、Ｂａｕｉｅｉｓｔｅｒ）の共著、「メジアメント　イ
ブ　ザ　マイクロトポグラフィ　イブ　オプリイ力ル　
サーフェイシズユージング　ア　スキャニング　フィゾ
ー　インターフ、ロメータ（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　
ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｉｃｒ。

ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ　ｏｆ　０ｐｔｉｃａｌ　５ｕｒ
ｆａｃｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｆｉ
ｚｅａｕ　Ｉｎｔｅｒｒｅｒｏｍｅｎｔｅｒ）Ｊ　（ジ
エイ、オーピーティ、ニスオーシー、エイエム、　　（
Ｊ、ＯＰｔ、Ｓｏｃ。

Ａｍ、）、第６４巻、　１３６３（Ａ）頁（１９７４年
））に見られろ走査フィゾー干渉計、たとえば、ジー、
イー、サマグレン（Ｇ、Ｅ、Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）著
、「オプティカル　ヘテロダイン　プロフィロメトリイ
（Ｏｐｔｉｃａｌ　）ｆｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　Ｐｒｏｆ
ｉｌｏｍｅｔｒｙ）Ｊ（アプライド　イブティクス（Ａ
ｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）、第２０巻、６１０−６
１８頁（１９８１年））に見られる光学的ヘテロダイン
干渉計、たとえば、ビー、ブーシャン（Ｂ、Ｂｈｕｓｈ
ａｎ）　、　ジェイ、シーワイアント（Ｊ、Ｃ，胃ｙａ
ｎｋ）およびシー、エル、コリオボウリス（Ｃ，Ｌ、Ｋ
ｏｌｉｏｐｏｕｌｉｓ）の共著「メジャメント　才ブ　
サーフェイス　トポグラフィ　イブマグネチック　テー
プス　パイ　ミイラウ　インターフェロメータ（Ｍｅａ
ｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　５ｕｒｆａｃｅ　Ｔ。

ｐｏｇｒａｐｈｙ　ｏｒ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｔａｐｅ
ｓ　ｂｙ　Ｍｉｒａｕ　Ｉｎｔｅｒｒｅｒｏｍｅｔｒｙ
）Ｊ　（アプライド　オプティクス（ＡｐｐｌｉｅｄＯ
ｐｔ　１ｃｓ）　、第２４巻、　１４８９−１４９７頁
（１９８５年））と、ジェイ、シー、ワイアント（Ｊ、
Ｃ，Ｗｙａｎｔ）およびケーエヌ、プレティジョンズ（
Ｋ、Ｎ、Ｐｒｅｔｔｙｊｏｈｎｓ）の米国特許第４，６
３９．１：（９号（１９８７年１月２７日発行）に見ら
れるミラウ干渉計、たとえばニス、エヌ、ジャブ（Ｓ、
Ｎ、Ｊａｂｒ）著「サーフェイス−ラフネス　メジャメ
ント　パイ　デジタル　プロセシング　イブ　ツマスキ
ー　フェイズ　コントラスト　イメージズ（Ｓｕｒｒａ
ｃｅ−ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ　Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ　ｂ
ｙ　ｄｉｇｉＬａｌ　　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｒ　
Ｎｏｍａｒｓｋｉ　　ｐｈａｓｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　
　Ｉｎａｇｅｓ月（オプティクス　レターズ（Ｏｐｔｉ
ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第１Ｏ巻、５２Ｂ−５２８頁
（１９８５年））に見られるツマスキー装置、たとえば
、エム、ジェイ、ダウンズ（Ｍ、Ｊ、Ｄｏｗｎｓ）の米
国特許第４，５３４，６４９号（１９８５年８月１３日
発行）および、たとえば、エム、アダチ（Ｍ、Ａｄａｃ
ｈｉ）およびケイ、ヤサカ（Ｋ、Ｙａｓａｋａ）の共著
「ラフネス　メジャメント　コーリング　ア　ジャリン
グ　インタフェレンス　マイクロスコープ（Ｒ。

ｕｇｈｎｅｓｓ　ＩＩｌｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｕｓｉ
ｎｇ　ａ　ｓｈｅａｒｉｎｇ　１ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃ
ｅ　ｍ１ｃｒｏｓｃｏｐｅ）Ｊ　（アプライド　イブテ
イクス（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）、第２５巻、
　７８４−７６８頁（１９８６年））に見られる複屈折
干渉計に基づくものであった。

ＦＥＣＯ干渉計は、試験表面を参照表面にきわめて、つ
まり、典型的には約数マイクロメータ以内に、接近させ
ることを要求するので、試験表面がその上に残された塵
の粒によって損傷をうけることがよくみられる。その上
、ＦＥＣＯ干渉計は、それ自体、球面の測定に容易に適
用されるものではない。

光学的ヘテロゲイン干渉計は、両共通路であり、参照表
面を必要としないので、きわめて厳密で正確な測定を行
う。この技術は、最新式の光学的測定を提供するが、多
くの限定を受ける。特に、その装置は複雑で高価である
。さらに、その装置は、固定された半径の円内のみを走
査するので、ある面積の試験表面の形状を測定しない。

さらに、平面以外の測定能力は照明光の波長の１７４に
きびしく制限されているので、平面状か略平面状の表面
のみが測定できる。

従来の白色光又は口過された白色光によるミラウ（Ｍｉ
ｒａｕ）型２ビーム干渉計顕微鏡は種々のきびしい制限
をうける。参照表面を曇らせる従来のミラウは、参照表
面が球状又は平面状のいずれであってら、低屈折力の対
物レンズ倍率を伴う干渉計技術を妨害する。曇った参照
表面のために、光源のコヒーレンス長さに対して使用可
能な対物レンズの焦点深度をきびしく制限するインコヒ
ーレント光源を使用しなければならない（１９８７年３
月ｚ２日発行のジェイ、エフ、ヒーゲン（Ｊ、Ｆ、Ｂｉ
ｅｇｅｎ）の米国特許第４，７３２，４８３号参照）。

さらに、縞を得るために必要な垂直方向配列公差が数マ
イクロメークのオーダとなる。

マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）やリニツク（Ｌｉ
ｎｎｉｋ）のような池の２ビ一ム等光路干渉計顕微鏡は
、低倍率対物レンズ用の球状参照表面を使用する場合に
適用可能である。マイケルソンの欠点は、対物レンズの
前方にビームスプリッタの立方体を配置する必要性から
生ずる対物レンズの作動距離が著しく減少することであ
る。２つの対物レンズを用いるリニックの干渉計技術は
高価であり、配列が困難である。ミケルソンとリニツク
は、拡散されるインコヒーレント光源を使用する場合に
、ミラウ干渉顕微鏡と同様にきびしい垂直方向配列公差
をこうむる。

曳屈折顕微鏡技術は、両共通光路であり、参照表面を必
要としない。しかしながら、それはいくつかのきびしい
制限を有する。まず、それはｌラインしか走査しないの
で、試験表面のある面積の形状を測定しない。次に、試
験表面上の参照ビームに十分大きな直径を用いることが
、その能力において制限され、それによって、球状試験
表面のような低い空間的な変動の測定可能範囲が限定さ
れる。

この発明において、ミラウ（Ｍｉｒａｕ）型２ビーム顕
微鏡干渉計による低屈折力対物レンズ（ＩＯＸ）を用い
て、球状試験表面の高精度な形状測定を行うことができ
る。２ビーム顕微鏡干渉計は、各対物レンズ倍率の全焦
点深度以内に限定される大きな垂直方向配列公差を許容
する。従来技術に対して、平面から鋭い球状表面までの
試験表面の曲率の大きな範囲が測定可能である。このよ
うに、この発明の改良は、従来技術の欠点を克服し、球
状表面の微小粗さの形状や球形からの逸脱について高精
度で溝方向に十分な解像力のある測定を可能にする。

発明の要約 この発明の一実施態様により球状試験表面の形状を正確
に測定することが可能な干渉計を用いた形状測定装置が
提供されろ。この装置は、（１）空間的にコヒーレント
又はインコヒーレントのいずれかであり、時間的にコヒ
ーレント又はインコヒーレントである電磁放射を行うこ
とが可能な光源、すなわち、最ら好ましくは直線偏光さ
れたレザーと、（２）前記直線偏光された光源が衝突し
て最ら好ましくは空間的なコヒーレンスが大きく減ぜら
れ、かつ、高い時間的なコヒーデンスを維持する直線偏
光された第２光源を形成する手段、最ら好ましくは回転
散光板と、（３）前記の発散する第２光源からの光から
形成される第１直線偏光光ビームを、好ましくは大きな
光損失なしに、集光して導くための第ルンズおよびビー
ムスプリッタからなる光学系、最ら好ましくは偏光ビー
ムスプリッタと、（４）前記第１直線偏光光ビームを円
偏光光ビームに変換する第１の１７４波長位相遅延板と
、（５）前記円偏光光ビームを干渉計の球状試験表面お
よび球状参照表面の上に集光する第２レンズと、（６）
前記球状参照表面用として曇のない参照表面を形成する
ために前記球状参照表面上の最も好ましくは金属又は半
金属コーティングと、前記金属又は半金属コーティング
の上に形成された非反射コーティングである前記球状参
照表面上のコーティングと、（７）前記球状参照表面と
、前記円偏光光ビームを第２直線（２）先光ビームに変
換する第２の１７４波長位相遅延板とが配置された前記
干渉計の参照アームと、（８）前記球状試験表面と、前
記第２直線偏光光ビームを試験波面及び参照波面に分割
して試験波面及び参照波面を前記球状試験表面及び球状
参照表面に導くビームスプリッタ表面を載置した第３の
１７４波長位相遅延板とが配置された前記干渉計の試験
アームと、（９）前記球状試験表面及び球状参照表面間
の相対距離を変化させるための手段、最ら好ましくはピ
エゾ電気変換器と、（１０）前記球状試験表面及び球状
参照表面によって個々に相互作用を受けた試験波面及び
参照波面を再結合して干渉パターンを形成する手段、最
も好ましくは前記ビームスプリッタ表面と、（１１）前
記球状試験表面及び球状参照表面を画像装置の感光エレ
メント、最も好ましくは固体アレイカメラの上に映しだ
すための手段、すなわち、前記第２レンズと、（１２）
画像化された前記球状試験表面及び球状参照表面と前記
干渉パターンとを光学的に分離する手段、すなわち、前
記第１の１７４波長位相遅延板、前記第２の１／４波長
位相遅延板、前記第３の【／４波長位相遅延板及び前記
偏光ビームスプリッタと、（１３）前記試験波面及び参
照波面を前記第１直線偏光光ビームに対して９０°回転
した偏光ベクトルを有する第３直線偏光光ビームに変換
する手段、すなわち、前記第１の１７４波面位相遅延板
と、（１４）前記第３直線的偏光光ビームを、好ましく
は大きな光損失なしに、前記画像装置に導く手段、すな
わち、前記偏光ビームスプリッタと、（１５）前記干渉
パターンを感知するための手段、すなわち、前記画像装
置と、（１６）画像化された球状試験表面及び球状参照
表面と前記干渉パターンとを観察するための手段、最ら
好ましくはＣＣＴＶモニターと、（１７）ｉＲ記両画像
装置出力を処理して前記試験表面の形状を測定する手段
とを備える乙のである。

実施例 第１図は表面形状の無接触測定を提供するこの発明の一
実施格様を概略的に示す。この発明の装置は広範囲の空
間的に又時間的にコヒーレントな放射源に適用されるが
、光学測定システムに関する一例として次の説明を行う
。

この光学測定システムは、直線偏光レーザｌＯを備え、
そのレーザ１０は点によって示されろように第１図の平
面に直角方向に直線偏光されたほぼ平行な単周波数ビー
ム１２を照射する。レンズ１４はビーム１２を散光板１
８に衝突する球状分散波面Ｉ６に変換し、その散光板１
８から散乱する波面２２を形成する。散光板１８はモー
タ２゜によって駆動され、球状分散波面２２の空間的コ
ヒーレンスを大きく減じさ仕て球状分散波面２２を空間
的にインコヒーレントにする。回転散光板１８以外の手
段を空間的コヒーレンスを減するために使用することが
できる。また、それは動的分散型の液体又は固体の音グ
ー光学変換セルの静止液晶であってもよい。レンズ２６
は、球状分散波面２２を平行波面２８に変換し、平行波
面２８は偏光ビームスプリッタ３０の偏光ビームスプリ
ッタ対角表面３１によって全体的に反射されて平行波面
３２となる。平行波面３２は、まず、直線偏光光を円偏
光光に変換するｌ／４波長位相遅延板３８を通過し、そ
の後、対物レンズ３４へ導かれて収束波面３６となる。

収束波面３６は２重エレメント７３ａと７３ｂからなる
干渉計２重プレート７３に入射する。干渉計２重プレー
ト７３は屈折力のない２重レンズであり、２つの２重エ
レメント７３ａと７３ｂは、球状内部表面の半径が整合
すると共に屈折率が整合している。２重エレメント７３
ｂの球状内部表面、つまり、球状参照表面４５の曲率半
径は、干渉縞状態が存在しないかほとんど存在しないよ
うに、予期されろ球状試験表面４８に整合するよう設定
される。球状参照表面４５は、凸面あるいは凹面のいず
れの球状試験表面４８でも測定できるように、凸面ある
いは凹面のいずれにすることも可能である。収束波面３
６は、−統いて、参照表面コーティング４６と１７４波
長遅延板４７とを介して伝達される。参照表面コーティ
ング４６は、「コーティング　アンド　メソッド　フォ
ア　ティスティング　プラノ　アンド　スフエリカル　
ウニイブフロント　ブロデューレング　オプティカル　
サーフエイシス　アンド　システムズ　ハビング　ア　
ブロードレンジイブ　レフレクティビイティズ（Ｃｏａ
ｔｉｎｇ　ａｎｄＭｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔｉｎ
ｇ　Ｐｉａｎｏ　ａｎｄ　５ｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｗａｖ
ｅ４ｒｏｎｔ　Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ　０ｐｔｉｃａｌ　
５ｕｒｆａｃｅｓ　ａｎｄ　ＳｙｓｔｅｍｓＨａｖｉｎ
ｇ　ａ　Ｂｒｏａｄ　Ｒａｎｇｅ　ｏｒＲｅｆｌｅｃｔ
ｉｖｉｔｅｓ）　Ｊの名称の私の係属中の米国特許出願
（出願番号第１０９．７１５号、　１９８８年１月４日
出願）に記載されている。

参照表面コーティング４６は、収束波面３６が、反射波
面７７によって示されるように、参照表面コーティング
４６と球状参照表面４５との界面から最ら少なく反射さ
れるように、球状参照表面４５の全口径にわたって張り
わたされている。参照表面コーティング４６は収束波面
３６に対して中央部の曇りを全く与えることがないので
、低屈折力対物レンズ３４の倍率（ＩＱＸ）が、球状参
照表面を備えたミラウ（ＭＩＲＡＵ）タイプの干渉計の
構成において利用することができる。これは、曇りのな
い平面状参照表面を備えたミラウ型干渉計の構成を説明
する「レーザ　イーコール　パス　インターフェロメト
リック　サーフェイス　プロフィラ（Ｌａｓｅｒ　Ｅｑ
ｕａｌ　Ｐａｔｈ　Ｉｎｔｅｒｆ’ｅｒｏｍｅＬｒｉｃ
　Ｓｕ＋４ａｃｅＰｒｏｆｉｌｅｒ）　Ｊという名称の
私の係属中の米国特許出願（出願番号第０７／１８５，
０７５号、１．９８８年４月２２日出願）に見られる。

ビームスプリッタ表面４２は収束波面３６の入射ビーム
強度の半分を上方に反射して収束試験波面３７とし、そ
の収束試験波面３７は、まず、ｌ／４波長位相遅延板４
７を通り、球状参照表面４５に集まる。４％と１００％
の両極端の試験表面反射率において縞のコントラストを
最大にするために、参照表面コーティングは、収束試験
波面３７のビーム強度の約２０％が球状参照表面４５と
参照表面コーティング４６から反射されて分散参照波面
３９となるように設定される。収束試験波面３７のビー
ム強度の残りは一部が吸収され、一部が分散波面７９と
して示されるように参照表面コーティング４６を介して
放出される。１７４波長位相彼４７は１７４波長位相遅
延板３８に対して適当に配列される時、分散波面７９に
対して１波長の位相遅れを生じさけるので、平行波面３
２に関して正味の偏光回転は結果的に存在しないことに
なる。これによって、分散波面７９は、偏光ビームスプ
リッタ対角表面３１から反射されて光源１０の方に戻る
ので、画像装置５６の感光エレメント５８や画素におけ
る縞のコントラストを失わせることがない。収束波面３
６の入射ビーム強度の一部は、ビームスプリッタ表面４
２によって反射されずに干渉計ビームスプリッタ基板７
５および１７４波長位用遅延板を通過して収束試験波面
４４となり、球状試験表面４８の上に焦点を結ぶ。収束
試験波面４４は球状試験表面４８で反射され、分散試験
波面５０となって再び干渉計ビームスプリッタ基板７５
を通り、球状参照表面４６で反射された分散波面３９と
ビームスプリッタ表面４２で再結合して干渉し、分散試
験および参照波面５１Ｒ，５１Ｔとなる。分散試験及び
参照波面５１Ｒ，５１Ｔは対物レンズ３４によって集光
され、再び平行な試験及び参照波面５２Ｒ１５２Ｔにな
り、１，７４波長位相遅延板３８を通って試験及び参照
波面５３Ｒ，５３Ｔになる。１波長半の合３を位相遅延
が試験及び参照波面５３Ｒ，５３Ｔによって経験される
ので、試験及び参照波面５３Ｒ，５３Ｔの偏光は平行波
面３２に対して９０度回転し、それによって、偏光ビー
ムスプリッタ３０を完全に通過することができる。試験
及び参照波面５３Ｒ，５３Ｔは結像レンズ６５によって
収束する試験及び参照波面５４Ｒ，５４Ｔに変換され、
画像装置５６の感光エレメント５８又は画素の上に焦点
を結ぶ。収束する試験および参照波面５４．Ｒ，’５４
Ｔは、球状試験表面４８と球状参照表面４５の間の相対
的光路差を表わす干渉パターンと共に球状試験表面４８
および球状参照表面４５の画像を覆う焦点の形に導かれ
る。

回転散光板１８に衝突する分散波面１６は、高度の時間
的コヒーレンスを保持し、分散する空間的にインコヒー
レントな照明源を作り出す。高度の時間的コヒーレンス
は、対物レンズ３４の倍率による全焦点深度によって限
定される干渉縞を得るための垂直方向配列公差を従来技
術の照明手段よりも緩くさせる。低倍率対物レンズにお
いて焦点深度は１／１ｏ−１＋ｕのオーダである。縞の
限定深さが３〜５ミクロンのオーダの狭い幅で許される
濾過された白熱光源を備えた従来技術の照明手段を使用
することは、縞を得ることを冗長な時間を消費する工程
にする。

球状ミラウ干渉計４１は、球状ミラウ干渉計４１の動作
によって電気信号７８の制御に基づいてＺ方向に球状参
照表面４５と球状試験表面４８との間の空間を変化させ
るピエゾ電気変換器８０に取り付けられる。出カフ１は
、画像装置５６を制御する電子プロセッサ７６へ画像装
置５６の画素列からの光信号を必要に応じて供給する。

電子プロセッサ７６からの電子出カフ８はピエゾ電気変
換器８０に供給され、感光装置５８の上に結像された干
渉パターンを変調する。電子プロセッサ７６からの電気
出カフ８は試験表面４８の形状を観察あるいは記録する
ために出力装置゛８２、例えば、ＣＲＴ、プリンタある
いはブロックに供給される。

第２図は第１図に使用される電子プロセッサ７６の回路
構成要素の概略ブロック図を示す。波面５５Ｒと５５Ｔ
の干渉は画像装置５６の感光エレメント５８の上に干渉
パターンを形成する。画像装置５６の出カフ１は好まし
くはアナログ／デジタル変換器９０に供給され、デジタ
ル信号９２に変換され、デジタル９２はメモリ９４に格
納され、デジタル信号９６として受は取られ、測定制御
ユニット１０２による信号１００を授受し、例えばプリ
ンタ、ＣＲＴ又はプロッタである出力装置８２に出力信
号８１４−供給する。測定制御ユニット１０２は、ピエ
ゾ電気変換器８０に電子出力信号７８を、画像装置５６
にクロック信号７３を、アナログ／デジタル変換器９０
に同期信号１０４を、供給する。

波形の位相地図は従来エム、シャーハム（Ｍ、Ｓｃｈａ
ｈａｍ　）によってプロシーディングズ（Ｐｒｏｃｅｅ
ｄｉｎｇｓ）ＳＰＩＥの第３０６巻、１８３−１９１頁
（１９８１年）に述べられた方法によって一般的に作る
ことができる。しかしながら、この発明はこの方法に限
定されるものではなく、各種の位相地図方法（例えばギ
ヤラファ（Ｇａ　ｌ　ｌａｇｈｅｒ　）外による米国特
許第３．６９４．０８８号。

（１９７２年９月２６日発行）参照）に使用することが
できる。

この発明は一実施態様を参照して説明されたが、当業者
であればこの発明の説明された実施態様に対してその真
実の精神及び展望から離れる事なくさまざまな変形を作
ることができるであろう。例えば、非偏光ビームスプリ
ッタと固体アレイとの間に位置する直線偏光子を付加す
ることによって非偏光ビームスプリッタを偏光ビームス
プリッタの代わりに使用することができる。他のタイプ
の固体アレイによって同じ機能が得られることも重要な
ことである。試験及び参照表面間の相対距離を変化さ仕
るピエゾ電気変換器を使用すること以外の池の技術が、
試験波面と参照波面との間の位相ずれを変化させる一定
時間を生み出すために使用することかでき・る。例えば
、音響−光学ブラッグシェルは試験波面及び参照波面の
内一方又は両方にドプラーシフトを与えるために利用す
ることができろ。あるいはさまざまな回転偏光板が試験
波面及び参照波面の内の一方又は両方の位相をシフトす
るために利用することができる。ジーマン（Ｚｅｅｍａ
ｎ　）スプリットや他の２周波敗レーザは、干渉計の試
験アームにおける一方の周波数と、干渉計の参照アーム
における異なる周波数（および位相）を提供するために
利用することができる。

いくつかの例において、ビジコンカメラを固体アレイの
代わりに使用することができる。−船釣に位相シフトミ
ラー又は他の位相シフト手段か、干渉計の一方のアーム
又は両方のアームに使用することができる。目のレンズ
は定性的な観察のために画像装置の代わりに使用するこ
とができる。照明は、コーラ−（Ｋｏｈｌｅｒ）や臨界
的なものまたはその変形であることができる。

この発明のいくつかの利点は次の通りである。

この発明はミラウ型干渉計の中央部の曇りを除去し、低
音率（すなわちｌ０Ｘ）の対物レンズが球状参照表面を
利用して、試験表面の曲率のより広い曲率範囲すなわち
球状試験表面の許される最大の傾きか対物レンズの開口
数（ＭＡ）によってのみ限定されるようにする。また、
さらに時間的にコヒーレントな光源を使用した時に、対
物レンズの倍率の焦点深度による干渉の限定が除去され
、従来技術よりも実質的に容易に縞を得ることができる
。

そして、拡散する空間的にインコヒーレントな光源を使
用することによって、溝方向解像力の減退、システム構
造に対する感受性、および所望の位相地図をゆがめる異
質の波面の干渉というようなコヒーレント光源の欠点を
除去することができる。

この発明の改良は、このように、従来技術の欠点を克服
し、高精度で球状表面の微小粗さの形状の測定や球状か
らの逸脱を十分な横方向解像力で測定することを可能に
する。この発明の好ましい実施態様が開示されたが、特
許請求の範囲に定義される発明の範囲から離れることな
く変形しうる

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施態様を概略的に示す構成説明
図、第２図は第１図に示すこの発明の電子プロセッサの
構成要部の概略ブロック図である。 ＩＯ・・・・・・直線偏光レーザ、 １４・・・・・・レンズ、１８・・・・・・散光板、２
０・・・・・モータ、２６・・・・・レンズ、３０・・
・・・・偏光ビームスプリッタ、３８・・・・・・１ノ
４波長位相遅延板、３４・・・・・・対物レンズ、４ト
・・・・・干渉計、５６・・・・・・画像装置、５８・
・・・・・感光エレメント、７６・・・・・・電子プロ
セッサ、８０・・・・・・ピエソ電気変換器、８２・・
・・・・出力装置。 ことは明白である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、球状試験表面の形状を正確に測定しうる干渉計を用
   いた球面用表面形状測定装置であって、直線偏光電磁放
   射を行う光源と、前記光源に対して光学的に配列され前
   記直線偏光光源からの光を衝突させて直線偏光されて拡
   散する第２光源を形成するように配置された手段と、前
   記拡散された第２光源からの光から生ずる第１直線偏光
   光ビームを集光して放射するように設けられた第１レン
   ズおよびビームスプリッタからなる光学系と、前記第１
   直線偏光光ビームの光路中に設けられ前記第１直線偏光
   光ビームを円偏光光ビームに変換するための第１の１／
   ４波長位相遅延板と、前記円偏光光ビームの光路中に設
   けられ干渉計の球状試験表面および球状参照表面の上に
   前記円偏光光ビームを集光するための第２レンズとを備
   え、前記球状参照表面は、前記球状参照表面用の曇りの
   ない参照表面を形成するコーティングを有し、前記干渉
   計は、前記球状参照表面と前記円偏光光ビームを第２の
   直線偏光光ビームに変換するための第２の１／４波長位
   相遅延板とを配置した参照アームと、前記球状試験表面
   と前記第２の直線変換光ビームを試験波面および参照波
   面に分割しその試験波面および参照波面を前記球状試験
   表面および球状参照表面に導くためのビームスプリッタ
   表面を備えた第３の１／４波長位相遅延板とを配置した
   試験アームとからなり、さらに、前記球状試験表面およ
   び球状参照表面間の相対距離を変化させる手段と、前記
   球状試験表面及び球状参照表面によって個々に相互作用
   を受けた前記試験波面及び参照波面を再結合させて干渉
   パターンを形成するための手段と、前記球状試験表面及
   び球状参照表面を画像装置の感光エレメント上に映しだ
   すための手段と、前記の画像化された球状試験表面及び
   球状参照表面と前記干渉パターンとを光学的に分離する
   ための手段と、前記試験波面及び参照波面を前記第１直
   線偏光光ビームに関して回転した偏光ベクトルを有する
   第３直線偏光光ビームに変換するための手段と、前記第
   ３直線偏光光ビームの光路中に設けられ前記第３直線偏
   光光ビームを前記画像装置に導くための手段と、前記干
   渉パターンを感知するための手段と、前記画像装置に結
   合され前記の画像化された球状試験表面及び球状参照表
   面と前記干渉パターンを観察するための手段と、前記画
   像装置に作用的に接続され前記画像装置の出力を処理し
   て前記試験表面の形状を測定するための手段とを備えた
   、干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ２、前記光源が直線偏光レーザからなる請求項１の干渉
   計を用いた球面用表面形状測定装置。 ３、前記光源が空間的にコヒーレントである請求項１の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ４、前記光源が空間的にインコヒーレントである請求項
   １の干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ５、前記光源が時間的にコヒーレントである請求項１の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ６、前記光源が時間的にコヒーレントである請求項３の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ７、前記光源が時間的にインコヒーレントである請求項
   １の干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ８、前記第２直線偏光光源が回転散光板からなる請求項
   １の干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ９、前記光源が直線偏光レーザからなる請求項８の干渉
   計を用いた球面用表面形状測定装置。 １０、前記光源が空間的にコヒーレントである請求項８
   の干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 １１、前記光源が時間的にコヒーレントである請求項１
   ０の干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 １２、前記第２の直線偏光光源が高い時間的コヒーレン
   スを維持し、かつ、大きく減じられた空間的コヒーレン
   スを有する請求項６の干渉計を用いた球面用表面形状測
   定装置。 １３、前記第２の直線偏光光源を形成するための手段が
   、回転散光板からなる請求項１２の干渉計を用いた球面
   用表面形状測定装置。 １４、前記光源が直線偏光レーザからなる請求項１３の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 １５、前記光学系が前記第２の拡散する光源からの光か
   ら大きな光損失なしに生じる前記第１直線偏光光ビーム
   を集めて導くための手段を備えてなる請求項１の干渉計
   を用いた球面用表面形状測定装置。 １６、前記光源が直線偏光レーザからなる請求項１５の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 １７、前記球状参照表面コーティングが、前記状球参照
   表面上の金属コーティングと、前記金属コーティング上
   の非反射コーティングとを備えてなる請求項１の干渉計
   を用いた球面用表面形状測定装置。 １８、前記球状参照表面コーティングが、前記球状参照
   表面上の半金属コーティングと、前記半金属コーティン
   グ上の非反射コーティングとを備えてなる請求項１の干
   渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 １９、前記光源が直線偏光レーザからなる干渉計を用い
   た球面用表面形状測定装置。 ２０、前記光源が直線偏光レーザからなる請求項１８の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ２１、前記光源が直線偏光レーザからなる請求項１７の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ２２、前記光学系が前記第２の拡散する光源からの光か
   ら大きな光損失なしに生じる前記第１直線偏光ビームを
   集めて導くための手段を備えてなる請求項１８の干渉計
   を用いた球面用表面形状測定装置。 ２３、前記球状試験表面および球状参照表面間の相対距
   離を変化させるための前記手段がピエゾ電気変換器を備
   えてなる請求項１の干渉計を用いた球面用表面形状測定
   装置。 ２４、前記光源が直線偏光レーザからなる請求項２３の
   干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ２５、前記球状試験表面及び球状参照表面によって個々
   に相互作用を受けた前記試験波面および参照波面を再結
   合して干渉パターンを形成する前記手段がビームスプリ
   ッタ表面を備えてなる干渉計を用いた請求項１の球面用
   表面形状測定装置。 ２６、前記球状試験表面及び球状参照表面を映しだすた
   めの前記手段が前記第２レンズからなる請求項１の干渉
   計を用いた球面用表面形状測定装置。 ２７、前記光学系のビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタを備えてなる請求項１の干渉計を用いた球面用表
   面形状測定装置。 ２８、前記画像化された球状試験表面及び球状参照表面
   と、前記干渉パターンとを光学的に分離するための前記
   手段が、前記第１の１／４波長位相遅延板と、前記第２
   の１／４波長位相遅延板と、前記第３の１／４波長位相
   遅延板と、前記偏光ビームスプリッタとを備えてなる干
   渉計を用いた請求項２７の球面洋用表面形状測定装置。 ２９、前記試験波面及び参照波面を第３直線偏光光ビー
   ムに変換するための前記手段が前記第１直線偏光光ビー
   ムに関して９０°回転した偏光ベクトルを有する前記第
   ３直線偏光光ビームを供給するための手段を備えてなる
   請求項１の干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。 ３０、前記試験波面及び参照波面を前記第３直線偏光光
   ビームに変換するための前記手段が、前記第１の１／４
   波長位相遅延板を備えてなる干渉計を用いた請求項２８
   の球面用表面形状測定装置。 ３１、前記試験波面及び参照波面を前記第３直線的偏光
   光ビームに変換するための前記手段が、前記第１の１／
   ４波長位相遅延板を備えてなる請求項１の干渉計を用い
   た球面用表面形状測定装置。 ３２、前記第３直線偏光光ビームを前記画像装置に導く
   ための前記手段が、前記偏光ビームスプリッタを備えて
   なる請求項２７の干渉計を用いた球面用表面形状測定装
   置。 ３３、前記偏光ビームスプリッタが、前記第３直線偏光
   光ビームを大きな光損失なしに前記画像装置に導くため
   の手段を備えてなる請求項３２の干渉計を用いた球面用
   表面形状測定装置。 ３４、前記干渉パターンを感知するための前記手段が、
   前記画像装置を備えてなる請求項１の干渉計を用いた球
   面用表面形状測定装置。 ３５、前記画像化された球状試験表面及び球状参照表面
   と干渉パターンとを観察するための前記手段が、モニタ
   ーを備えてなる請求項１の干渉計を用いた球面用表面形
   状測定装置。 ３６、前記モニターがＣＣＴＶモニターからなる請求項
   ３５の干渉計を用いた球面用表面形状測定装置。