JPH0224504A - 計算機ホログラムを利用した非球面形状測定用干渉計 - 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、計算機ホログラムを利用した非球面形状測定
用干渉計に関するものである。

（従来の技術） 計算機ホログラムを使用して非球面形状の測定を行う場
合、被検非球面は入射球面波の波面が非球面の近似球面
と一致するような位置に配置されるのが普通であるが、
これはかかる配置を採用するとホログラムの空間周波数
が最低になるため、ホログラムの作製が容易になると共
にその設置位置も高精度が要求されずに済むことによる
。

上記配置を含めて一般に、被検非球面が決定されると、
それに伴って被検非球面に共役な位置も唯一つに定まる
。従って、非球面形状測定精度に大きな影響を及ぼす計
算機ホログラムの配置誤差を可能な限り小さくするため
、被検面の変わる毎にホログラムの設置位置もその都度
変化する共役位置に合わせて変更されねばならない。し
かし、これを実際に行うのは容易なことではない。それ
故、被検非球面の変わる毎にかかる被検面専用の干渉計
を組立て、ホログラムは設置したままで固定しておくと
いうのが従来の方法であった。

（発明が解決しようとする課題） 上に述べたように、従来は、被検非毬面毎に干渉計を組
立てることにしていたが、検査すべき非球面の種類が増
加するにつれて、この様な方法では効率が悪い。そこで
、−台の干渉計で複数種類の非球面を測定できれば好都
合である。その場合ホログラムの厳しい設置位置精度を
確保するため従来通り計算器ホログラムを原器として保
持するホログラムホルダーを固定しておくことにすると
、この配置では被検面とホログラムとの間の共役関係は
維持されなくなるが、そのために測定が不可能になると
いうことはない。

しかしながら、かかる配置を採用した場合には、次に列
挙するような問題が生じる。

すなわち、計算機ホログラムの作製は、第３図のフロー
チャートに示すように、物体波面の多項式による近似を
プロセスの１ステツプとして行う必要がある。しかるに
、被検非球面からの反射波面であるホログラム上での物
体波面は、この配置の場合共役位置にないことに基因し
て生じる波面歪をもつ。このため、計算機ホログラムを
作製するに必要な物体波面の関数近似精度が低下する。

これが原因となり、非球面形状測定精度も又低下する。

また、計算機ホログラムでは、非球面と理想球面の差に
相当する干渉縞からなるパターンが描かれるが、このパ
ターンは物体波面中に含まれている非球面成分の量を表
わしている。いま、「空間周波数」という語を物体光と
参照光が計算機ホログラムの中に形成する干渉縞の縞間
隔に対応するものと定義すれば、計算機ホログラムの空
間周波数にはその作製条件に応じて上限があり、そのた
め測定可能な非球面成分の量もその上限を有することに
なる。

計算器ホログラムが共役位置にないため生じる波面歪は
、ホログラム上では物体波面の有する真の非球面成分と
見做されるため、測定可能な非球面量は、ホログラムが
共役位置に配置されている時に比べれば波面歪に相当す
る分だけ減少することになる。この測定可能非球面量は
、計算機ホログラムが凸面の被検面に共役な位置に設置
されている場合と、凹面の被検面に共役な位置に設置さ
れている場合とでは相互に大きな相違がある。

従って、凹面に共役な位置にホログラムを設置して、凹
面の被検面を測定するのではなくて凸面の被検面を測定
する場合、凸面の測定可能な非球面量は大幅に制限され
ることになる。

さらに、計算機ホログラムと被検面が互に共役な位置に
設置されていない配置の場合、この配置から得られる干
渉縞パターンは歪を生じるため、縞パターン上の点と被
検面上の点との間の対応がつけ難くなる。

第４図は計算機ホログラムが、被検物の共役位置に固定
されている配置を採用した従来の干渉計を使用して得ら
れた被検物の干渉縞パターンを示す。図から明らかなよ
うに、被検物は長方形にカットされた非球面であるが、
被検物とホログラムを互に共役な位置に配置することの
できない此の配置に基因して得られた干渉縞パターンは
糸巻形に歪曲しているのが認められる。

さらにまた、被検物かまたはホログラム原器の配置誤差
があっても被検物の理想形状からの形状誤差を少ない計
算量で求めることのできるホログラフィック干渉計の干
渉縞解析方法及びそのための方法が、本出願人による特
開公昭６３−６１９２５号公報に記載されている。それ
によると、ホログラムと被検面が互に共役位置にある場
合には干渉縞解析のために７項の係数を求めれば済むの
に対し、共役位置に無い場合には１３項の係数を求める
必要があり、そのために要する計算時間は厖大なものと
なる。

従って、本発明の目的は被検非球面の種類の増大に対処
し、被検面毎に干渉計の配置を変えることなく１台の干
渉計で複数種類の被検非球面の測定が可能となるように
構成した、計算機ホログラムを利用する非球面形状測定
用干渉計を提供することにある。

本発明の他の重要な目的は、ホログラム原器が被検非球
面の共役的に配置されていないことに基因する、従来配
置の内蔵する上記諸問題より生じる不利益を受けること
のない、計算機ホログラムを利用する非球面形状測定用
干渉計を提供することにある。

また、本発明のさらに他の目的は、複数の測定対象非球
面に対する各共役位置間距離を狭くすることによって計
算機ホログラムを利用する非球面形状測定用干渉計の小
形化を図ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の非球面形状測定用干
渉計にあっては、計算機ホログラムを利用して非球面形
状を測定するための干渉計において、複数種類の被検非
球面に対し、夫々の共役位置にホログラムを配置し、凸
面非球面に対する共役位置と凹面非球面に対する共役位
置との間にフィールドレンズを配置するように構成した
。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１図にお
いて、光源であるレーザー１０１からの光は、ミラー１
０２により光路を変換された後、コンデンサーレンズ１
０３により集光される。この集光点の近傍にはピンホー
ル１０４ａを有するピンホール板１０４が配置されてい
る。このピンホール１０４ａの通過した発散光はピンホ
ール１０４ａを二次光源とするように作用する。

コリメータレンズ１０６が、その焦点がピンホール１０
４ａに位置するように配置されている。

ピンホール１０４ａを二次光源としてピンホール１０４
ａから射出された光束は、コリメータレンズ１０６に平
行光束とされる。

被検物Ｔが例えば非球面凹面鏡のような凹面物体である
場合、参照レンズ１０９が装置鏡筒１０８に取付けられ
て配置される。コリメータレンズ１０６からの平行光束
は参照レンズ１０９により集束光となり、点Ｐで一旦集
束した後、再び発散光となって被検物例えば非球面凹面
鏡Ｔに入射する。

被検物Ｔから反射された物体光と、参照レンズ１０９の
最終面１０９ａから反射された参照光とは、ピンホール
レチクル板１０４とコリメータレンズ１０６との間にお
いて光軸０＋　　に対しそのハーフミラ−面１１０ａを
斜設したビームスプリッタ−１１０に入射する。

レーザー１０１、ミラー１０２、コンデンサーレンズ１
０３、ピンホールレチクル１０４、ビームスプリッタ−
１１０、コリメータレンズ１０６、参照レンズ１０９及
び被検物Ｔは共通ベース１００上に設置される。

ビームスプリッタ−１１０に入射した物体光と参照先は
ともにハーフミラ−面１１０ａで反射され、ホログラム
原器ホルダー２００に支持されたホログラム原器３００
に入射する。なお、ホログラム原器ホルダー２００は被
検物Ｔが非球面凹面鏡である場合に、該非球面凹面鏡に
対する共役位置にホログラム原器３００が位置するよう
に配置されている。

ホログラム原器３００を通過した。光束は点Ｑにおいて
集束し、上記物体及び参照光の合成像を結像する。この
結像点Ｑに、フィールドレンズ１１１が配置されている
。フィールドレンズ１１１を透過した光は結像レンズ１
１２を介して空間フィルター１１３に結像される。この
空間フィルター１１３は、参照光と物体光の内、ホログ
ラム原器３００で回折された一方の光と、ホログラム原
器３００で回折されなかった他方の光のみを選択的に取
り出すためのものである。

より具体的に述べるならば、この空間フィルター１１３
は、例えば参照レンズ１０９の最終面１０９ａからの参
照光でホログラム原器３００により回折されなかった０
次参照光と、被検物Ｔからの物体光がホログラム原器３
００で回折された一次物体光のみを選択的に取り出し、
参照先の回折光や物体光の０次及び２次以上の高次回折
光を遮断するように作用する。

なお、被検物Ｔが例えば非球面凸面鏡のような凸面物体
である場合には該凸面鏡の凸面の曲率中心が参照レンズ
１０９の焦点に一致するように凸面鏡を光軸○、上に配
置する。この場合は、該非球面凸面鏡に対する共役位置
に第２ホログラム原器５００が位置するように、第２ホ
ログラム原器ホルダー４００を配置する。第２ホログラ
ム原器ホルダー４００及び第２ホログラム原器５００は
、フィールドレンズ１１１と結像レンズ１１２０間に介
在し、夫々点線で描かれた長方形区域及び該区域内の小
長方形であって点線で描かれた区域によって図示されて
いる。

空間フィルター１１３で選択された物体光と参照先は、
図示してない撮影レンズを介してテレビカメう１１４の
映像面（図示せず）上に参照光と物体光の干渉パターン
を形成する。テレビカメラ１１４の撮影像はモニターテ
レビ（図示せず）とコンビニーりで構成される干渉縞解
析装置（図示せず）へ送られる。

第１ホログラム原器ホルダー２００、フィールドレンズ
１１１、第２ホログラム原器ホルダー４００、結像レン
ズ１１２、空間フィルター１１３小テレビカメラ１１４
は干渉縞を観察するための観察光学、系１２０を形成す
る。

ホログラム原器ホルダー２００．４００は、アライメン
ト光学系１２０の光軸０２に垂直な状態を維持したまま
光軸０２　に沿って移動する。即ち、被検物Ｔが非球面
凹面鏡のような凹面物体である場合は、該凹面鏡の凹面
の曲率中心と参照レンズ１０９の焦点とを一致させよう
として行われる調整動作に連動して第１ホログラム原器
ホルダー２００が光軸０２に沿って移動し、上記非球面
凹面鏡の凹面に対する共役位置に第１ホログラム原器３
００が配置するようにする。また、被検物Ｔが非球面凸
面鏡のような凸面物体である場合は、該凸面鏡の凸面の
曲率中心と参照レンズ１０９の焦点とを一致させようと
して行われる調整動作に連動して第２ホログラム原器ホ
ルダー４００が光軸０２に沿って移動し、上記非球面凸
面鏡の凸面に対する共役位置に第２ホログラム原器５０
０が配置されるようにする。

上記第１ホログラム原器ホルダー２００と第２ホログラ
ム原器ホルダー４００はホログラム原器移動機構Ｈ３の
一部を構成し、該ホログラム原器移動機構Ｈ３は上記共
通ベース１００上に載設されている。この共通ベース１
００には又干渉縞を高精度に解析するためのフリンジ走
査機構ＦＳが設けられている。上記ホログラム原器、移
動機構Ｈ３は被検非球面の凸凹に応じて第１ホログラム
原器ホルダー２００又は第２ホログラム原器ホルダー４
００を選択的に移動させる。

何れの場合においても被検非球面の共役位置に選択され
たホログラム原器ホルダー中に支持されているホログラ
ム原器が位置するようにする。また、ホログラムの光軸
方向の位置は、あらかじめ定めた位置にホルダーを移動
することにより行われる。光軸に垂直な面内でのホログ
ラムの位置は、専用アライメント装置を用いて行われる
。被検物は、逆に上記方法により設置されたモニターテ
レビを観察しながらホログラムを基準としてその共役位
置に配置される。調整のために必要な情報は上記干渉縞
解析装置（図示せず）によって提供される。

なお、第３図に示す配置においては、ビームスプリッタ
−１００と結像レンズ１１２の間にフィールドレンズ１
１１を介在させ、フィールドレンズ１１１とビームスプ
リッタ−１１０との間、の空間には第１ホログラム原器
３００を、又フィールドレンズ１１１と結像レンズ１１
２との間の空間には第２ホログラム原器４００を配置し
、被検非球面の凸凹に応じて第１ホログラム原器３００
、又は第２ホログラム原器５００が選択的に夫々の上記
空間内で移動可能に構成した。従って２つのホログラム
原器を移動可能とするために必要とする長い移動範囲を
縮少することが可能になり、そのため装置の小形化を実
現することができる。

第２図は被検非球面の中心曲率半径（単位ｆｆ１ｍ）を
縦軸に、中心曲率半径に対し測定可能な非球面量（単位
測定光の波長λ）を横軸にして描いたグラフである。上
方の図（ａ）は被検非球面が凹面の場合、下方の図（ｂ
）は凸面の場合を示す。図（ａ）、（ｂ）において、実
線カーブは本発明を実施した装置ＨＩ−２型による計算
値を示し、破線は従来装置Ｈ１−１型による計算値を示
す。

これらのグラフは、非球面の球面からのズレが中心曲率
半径の４乗に比例すると仮定して計算したものである。

従って、実際の非球面とは若干異なる。被検面としてＣ
Ｄ用対物レンズの凹面非球面金型と凸面非球面レンズと
を選び、参照レンズとしてはＦＯ０８レンズを使用して
ＨＩ−２型干渉計で測定する場合の非球面量は（ａ）及
び（５）にふいて夫々１点ずつ小さな黒丸で表示しであ
る。

図を見れば明らかなように、従来装置ＨＩ−１型は被検
凹面に共役な位置にホログラムホルダーが固定されてい
る構造のため、この位置に固定されているホログラムホ
ルダーによって支持されているホログラムを用いて被・
横面として凸面を測定した場合、測定可能な非球面量は
少なくなる。

これは又、図示の２つの黒丸を見れば分かるように、Ｃ
Ｄ用対物レンズは従来装置ＨＩ−１型では測定不可能で
あったが、本発明を実施した装置Ｈ１−２型では測定可
能になった。

以上、本発明を詳細に、実施態様について説明してきた
が、本発明の技術的範囲から逸れることなく種々の変更
を上記実施態様に対して行うことが可能であって、例え
ば、ホログラム原器の位置は固定し、被検面がホログラ
ム原器と共役な位置を占めるように測定レンズ系を移動
させること、即ち参照レンズ１０９とコリメータレンズ
１０６の間隔を変更できるように構成することも可能で
ある。

（発明の効果） 本発明そは、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。

第１に、ホログラム製作精度、すなわち物体波面近似精
度が向上する。１例を挙げれば、被検面としてＣＤ用対
物レンズを選び、関数近似としては胃級数を採用し、そ
の次数を１８次まで取った時共役でない場合の近似精度
が０．０５３λ（λは測定光の波長）であるのに対して
、共役な場合の近似精度は０．０００１５λである。

第２に、測定可能な非球面量が増大する。

第３に、本発明の構成によれば、被検非球面とホログラ
ムを相互に共役な位置に配置することが可能なた。め、
歪曲のない干渉縞パターンが得られ、パターン上の点と
被検面上の点との間に線形関係が成立し、相互の対応が
容易にとれるようになる。

第４に、本発明の構成要件の１つである、被検非球面と
ホログラムを相互に共役な位置に配置するという条件は
、本出願人による特開公昭６３−６１９２５号公報に記
載されている「ホログラム原器の配置誤差があっても被
検物の理想形状からの形状誤差を少ない計算量で求める
ことのできるホログラフィック干渉計の干渉縞解析方法
及びそのための方法」に使用される条件と一致している
ので、ホログラムと被検面が互に共役な位置に無い場合
には干渉縞解析のために１３項の係数を求める必要があ
り、そのため計算時間も厖大なものであった。本発明の
場合のようにホログラムと被検面が互に共役な位置にあ
るときは７項の係数を求めれば済むので、干渉縞解析の
ための時間が大幅に短縮される。

第５に、凸面非球面に対する共役位置と凹面非球面に対
する共役位置との間のフィールドレンズを配置すること
により、凸面非球面に対する共役位置の範囲を狭くする
ことができる。１例を挙げれば、参照レンズとしてはＦ
Ｏ０８レンズを使用し、測定対象非球面の中心曲率を１
．３印乃至４．１　ｍｍにしたとき、共役位置は フィールドレンズのない場合Ｘｚ＝１５０〜８００ｍｍ
フィールドレンズのある場合Ｘ２＝１４０〜５００ｍｍ
フィールドレンズ１１１を挿入することにより、共役位
置即ちホログラム原器ホルダーの移動範囲は２９０　ｍ
ｍ狭くなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の計算器ホログラムを利用した非球面形
状測定用干渉計の光学配置を示す光路図、第２図は被検
非球面の中心曲率半径に対する測定可能非球面量を表す
カーブを示すグラフ図、第３図は計算機ホログラム作製
のための各ステップを示すフローチャート図、第４図は
計算機ホログラム原器が被検物の共役位置に固定されて
いる配置を採用した従来の干渉計を使用して得られた被
検物の干渉縞パターンを示す図である。 １１１・・・フィールドレンズ ２００・・・凹面非球面に対する共役位置３００・・・
ホログラム ４００・・・凸面非球面に対する共役°位置５００・　
・ホログラム Ｔ・・・被検非球面 帖１図 手 続 補 正 書 １、事件の表示 ２、発明の名称 ３、補正をする者 昭和６３年特許願第１７３９９８号 計算機ホログラムを利用した非球面 形状測定用干渉計 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 計算機ホログラムを利用して非球面形状を測定するため
   の干渉計において、 複数種類の被検非球面に対し夫々の共役位置にホログラ
   ムを配置し、 凸面非球面に対する共役位置と凹面非球面に対する共役
   位置との間にフィールドレンズを配置したことを特徴と
   する非球面形状測定用干渉計。