JPH051970A - 面形状測定装置 - Google Patents

面形状測定装置

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JPH051970A
JPH051970A JP18171991A JP18171991A JPH051970A JP H051970 A JPH051970 A JP H051970A JP 18171991 A JP18171991 A JP 18171991A JP 18171991 A JP18171991 A JP 18171991A JP H051970 A JPH051970 A JP H051970A
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JP
Japan
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light
cgh
diffracted light
surface shape
spherical wave
Prior art date
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Pending
Application number
JP18171991A
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English (en)
Inventor
Tadashi Kaneko
正 金子
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication of JPH051970A publication Critical patent/JPH051970A/ja
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 計算機ホログラムを用いて非球面の多い非球
面形状を高精度に測定することができる面形状測定装置
を得ること。 【構成】 物体の面形状を計算機ホログラムを用いて干
渉計で測定する面形状測定装置において、該計算機ホロ
グラムは前記干渉計より球面波が斜めに入射するように
配置されるとともに、該計算機ホログラムから発生する
不要な回折光を除去するピンホールを干渉計内に配置す
ること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学系に用いられる非球
面光学素子等の面形状を測定する面形状測定装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光学系ではコンパクト化や応用分
野の広がりにより、従来の球面のみの光学系から非球面
を利用して性能を向上させることが盛んに行われる様に
なってきた。このような場合、問題となるのは作成した
非球面の検査である。特に非球面量が大きくなり、通常
のフィゾー型の干渉系では干渉縞が密になりすぎて、事
実上測定が不可能になってしまうという問題点がある。
【0003】このため、従来、大きい非球面量を測定に
は種々の方式が提案されてきている。例えば接触または
非接触型のプローブを被検面に対して走査し、結果を信
号処理する方法が一例である。この方法は汎用的なもの
であるが、走査に伴う機械的な誤差が測定値に直接影響
してしまうという欠点がある。このような中で有力な方
法として計算機ホログラム(以下「CGH」という。)
を用いる方法が知られている。
【0004】CGHはあらかじめ設計値として分かって
いる面形状より計算して作成されるもので、所定の入射
光が入射した時、所望の非球面量に相当する波面を参照
波面として回折する。回折された参照波が被検面からの
光と干渉し測定が行われるというものである。CGHは
計算により任意の波面を形成できるため汎用性に富んで
おり、また干渉縞の形で被検面全体を一度に測定できる
というメリットを持っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例のCGHによる測定では、干渉縞で被検面の測定観察
を行う際、光軸近くで不要な回折光が重なりあって、観
察を行うことのできない領域が存在するという問題点が
あった。光軸付近の形状は素子の形状を検査する場合特
に重要であるが、測定が困難なのは重大な問題である。
本発明は上記の点を考慮してなされたもので、光軸付近
での不要な回折光の重なりを除去し、所望の成分の光の
みを取り出すことによって被検面全体を高速に精度良く
測定することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記問
題点を解決するため、CGHをオフアクシスタイプの構
成とし、光学的なフィルタリング手法を駆使することに
よって不要な回折光を除去し、被検面全体の観察を可能
としたものである。このため、図2に示す様にCGHは
CGHに入射するまでの干渉計の主光学系の光軸に対し
斜めに配置され、被検物自体もその光軸が前記主光学系
やCGHの法線面と共通にならない様に配置される。C
GHには前記主光学系の中にある球面波を発生するレン
ズまたはミラー系により発生された球面波が入射する。
主光学系の中ではCGHによって発生する不要な回折光
を除去するため、前記球面波発生光学系のCGHと逆側
にある焦点位置にピンホールが配置されていることを特
徴としている。
【0007】
【実施例】図1は本発明の実施例1にもとずく非球面測
定装置の概略図である。図中1はレーザ光源、2及び3
はレンズで、レンズ2と3でレーザ光1を所定の径の平
行光束にコリメートする。レーザ光はビームスプリッタ
4を透過した後、球面波変換レンズ5に入射する。球面
波変換レンズ5の第1面6は参照平面となっており、入
射した光の一部は6で反射して参照波Rとして元の主光
学系に戻る。
【0008】球面波変換レンズ5を透過した光は収束球
面波としてCGH7に斜入射する。CGH7はこの斜入
射球面波と被検非球面の理想値に対して設計されてお
り、CGH7の1次回折光が被検面と等しい波面を発生
する様になっている。該1次回折光は被検面8上で設計
値である理想非球面形状に共役な波面を形成し、被検面
8で反射を受けて再びCGH7に戻る。CGH7を再び
透過した波面は相反則により今度はー1次の回折光が入
射した球面波に対応した発散球面波となって、球面波発
生レンズ5に至り、球面波発生レンズ5を透過して物体
波Iに変換される。この光は実際の被検面8からの反射
光なので、被検面8が設計値に対応して理想的にできて
いれば該透過光、即ち物体波Iは完全な平行光となる。
また理想値からずれた場合、その量に対応して平行光か
らずれるところは、通常のフィゾー型の干渉計と同様で
ある。
【0009】CGH7には実際には各種の次数の回折光
が存在している。測定に使用するのはそのうちのただ一
つであるため、CGHの設計に当たってはそれら余分な
回折光が測定光に混じり込まないような配慮が必要であ
る。ここまでの光に経路に当たってCGHの設計で考慮
しなければならないのは次の4つの成分である。
【0010】第1に考慮しなければならないのは主光学
系の球面波変換レンズ5からCGH7に入射した球面波
の7による各回折次数の反射光、第2に考慮しなければ
ならないのは各回折次数の透過光である。また第3に考
慮しなければならないのは今度は逆に被検面8からの反
射してCGH7に入射した球面波のCGH7による各回
折次数の反射光、そして第4に考慮しなければならない
のはCGH7による各回折次数の透過光である。
【0011】本発明では光学系の配置とCGH7によ
り、これら4つの余分な成分の回折光について検出を行
う光との空間周波数分布が重なることがないようにする
ことが特徴である。例えば本発明の光学系ではオフアク
シスの配置を取っている。このためCGH7に入射した
光の0次の反射光は球面波変換レンズ5に戻らないよう
な配置となっている。従来のオンアクシス型のCGH検
査の手法ではこのような回折光の分離が困難であった
が、本発明のような手法を取れば分離を容易に行うこと
ができる。このように不要回折光の分離は光学系自体の
配置とCGHの設計により可能となる。
【0012】不要回折光の除去にはこの他に光学的なフ
ィルタリング手法を共用する。CGH7の不要回折光と
しては先に説明した収束球面波の反射、あるいは透過回
折光群や、被検面8より入射した透過回折光群等が挙げ
られるが、ここで不要回折光波面群が球面波変換レンズ
5を透過した後につくる波面をGとする。
【0013】球面波変換レンズ5から戻ってくる光はこ
の様に参照波R、物体波I、及び不要回折光Gの混合状
態となっている。これら3種の波R、I、Gは球面波変
換レンズ5に続いてビームスプリッタ4で今度は反射し
た後、レンズ9を透過し、ピンホール10に到達する。
ピンホール10は球面波変換レンズ5とレンズ9の合成
焦点面上に配置され、光学的なフィルタリングを行う役
目をする。
【0014】光学的なフィルタリングの作用を明確にす
るため、ピンホール10の位置での光の状態について説
明を加える。球面波変換レンズ5から戻ってくる波面を
考えると、参照波Rは主光学系の光軸方向に伝播する平
面波である。又、物体波Iも往きにCGHの+1次、帰
りにー1次を用いたことで、相反則より被検面8の情報
を含んだ形で主光学系の光軸方向に伝播する平面波とな
っている。IとRは従って同一方向に進行する平面波と
して重畳された状態にあり、両者の干渉が被検面の形状
を示すことになる。これに対し波面Gは光学系の配置と
CGHの設計によりその伝播方向を波面I、Rと共通部
分を持たない様にすることができる。ピンホール10の
ところには波面I、R、Gの伝播する方向、即ち空間周
波数に応じた光の広がりが表れるが、本発明の様にすれ
ばI、RとGとが実質的に重なりを持たない様にするこ
とができる。従ってピンホール10の径を適当に定めれ
ば波面I、Rのみを干渉縞観察面11に導くことが可能
である。
【0015】不要回折光Gのフィルタリングによる除去
は、図2に示した様に基本的には主光学系の光軸に対し
CGH7を斜めに配置すること、及びCGH7からの回
折光を入射球面波に対して更に斜めに導くという本発明
の構成によって実現される。CGH7の斜め配置はCG
H7からの反射回折光を主光学系に戻さない役割を果し
ている。一方、CGH7からの斜め回折光の配置はCG
H7に入射する球面波の0次光が被検面に到達しないこ
とを意味しており、不要回折光の除去に効果が大きい。
CGH7の斜め回折角はCGH7のキヤリア周波数によ
って決められるもので、この角度を設計的に定めること
によって不要回折光を効率よく除去することができる。
【0016】実際には本発明の構成でも一つだけ除けな
い不要回折光が存在する。それは被検面8から反射した
光がCGH7によって反射された時の−1次(又は+1
次)光であるが、これは反射によって発散球面波となり
ピンホール10の位置では大きく広がった光となるの
で、ピンホールの径を適切に選ぶことにより、実際の測
定に与える影響は殆ど無視できる。
【0017】以上の様に本発明の構成を用いれば不要回
折光が実質的に全く無視できる影響しか与えないため、
従来型で問題となっていた被検面の測定できない領域の
問題が解決され、S/N比の良い測定を容易に行うこと
ができる。
【0018】図3は本発明の実施例2の概略図である。
図中実施例1と同一の部材については同じ番号がつけら
れている。本実施例が実施例1と異なるのは、参照波の
形成のさせ方である。本実施例ではビームスプリッタ4
で反射された光を参照平面6に向けて反射させ、再び元
のビームスプリッタ4に戻す構成にしている。その他の
作用、例えば不要回折光の除去の仕方などは実施例1と
同じである。干渉縞観察面11で観察されるのは参照面
6と被検面からの反射光の干渉となるが、参照面を被検
面と全く独立させたことにより、観察の際の干渉縞のピ
ッチに微調などを参照面を傾けることによって、被検面
と別個に行うことができるという利点を持っている。
【0019】図4は本発明の実施例3の概略図である。
この場合にも実施例2と同じく参照波を形成させるやり
方が実施例1と異なっている。レーザ1から出た光はレ
ンズ2により発散光となってハーフミラー12に入射す
る。ハーフミラー12を透過した光が球面波変換レンズ
5に至ってからは実施例1と同様であるが、本実施例で
は、参照波はハーフミラー12からの反射光に対し、今
度は参照球面13によって設定される。ピンホール10
の位置はレンズ系5と9を考慮して決定され、効率よく
被検面からの光と参照球面からの光が干渉し、その他の
不要回折光がフィルタリングにより除去できる様になっ
ている。
【0020】
【発明の効果】以上説明した様に本発明のオフアクシス
構成のCGHによる非球面測定法は、従来問題となって
いたCGHによる不要回折光を効率的に除去できるた
め、S/N比良く被検面の測定を行うことが可能となっ
た。またこの結果、従来問題となっていた光軸上付近で
の計測も可能となった。
【0021】CGHによる測定法は種々の非球面形状に
対して広範に応用することが可能であり、特に従来のフ
ィゾー型の干渉系で大きな非球面量を計測できないとい
う限界を取り除けることで大きな効果が見込まれる。本
発明の実施例では簡単な構成で従来の問題点を克服でき
るだけではなく、装置としての調整の容易さが達成され
るとともに、また時間的にも全面を一挙に測定できて効
率的など、実用上効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の非球面測定系を示す図
【図2】 本発明の主要部を示す図
【図3】 本発明の実施例2の非球面測定系を示す図
【図4】 本発明の実施例3の非球面測定系を示す図
【符号の説明】 1 レーザ 2 レンズ 3 レンズ 4 ビームスプリッタ 5 球面波発生レンズ 6 参照平面 7 CGH 8 被検面 9 レンズ 10 ピンホール 11 干渉縞観察面 12 ハーフミラー 13 参照球面

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 物体の面形状を計算機ホログラムを用い
    て干渉計で測定する面形状測定装置において、該計算機
    ホログラムは前記干渉計より球面波が斜めに入射するよ
    うに配置されるとともに、該計算機ホログラムから発生
    する不要な回折光を除去するピンホールを干渉計内に配
    置することを特徴とする面形状測定装置。
JP18171991A 1991-06-26 1991-06-26 面形状測定装置 Pending JPH051970A (ja)

Priority Applications (1)

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JP18171991A JPH051970A (ja) 1991-06-26 1991-06-26 面形状測定装置

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JP18171991A JPH051970A (ja) 1991-06-26 1991-06-26 面形状測定装置

Publications (1)

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JPH051970A true JPH051970A (ja) 1993-01-08

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ID=16105677

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10258248A1 (de) * 2002-12-13 2004-07-15 Carl Zeiss Smt Ag System zur interferometrischen Passeprüfung
US7061626B1 (en) 2004-05-14 2006-06-13 Carl Zeiss Smt Ag Method of manufacturing an optical element using a hologram
US7106455B2 (en) 2001-03-06 2006-09-12 Canon Kabushiki Kaisha Interferometer and interferance measurement method
JP2007537426A (ja) * 2004-05-14 2007-12-20 カール・ツァイス・エスエムティー・アーゲー 光学素子の製造方法
JP2020535440A (ja) * 2017-09-29 2020-12-03 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー 干渉計測システムの補償光学系

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