JPH07306025A

JPH07306025A - 表面形状又は波面形状の測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JPH07306025A
Application number: JP9669994A
Authority: JP
Inventors: Akira Komatsu; 朗小松
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】非球面の曲面や波面の計測を高精度に行う干
渉計を得ること。【構成】入射光の偏光方向によって焦点距離の異なる
二重焦点レンズを用いて、ラディアルシェアを行うこと
により、測定できる非球面範囲を拡大する。また、偏光
の位相差量を変化させて縞走査するか、ヘテロダイン干
渉によって高精度計測を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズまたは鏡の表面
形状や、光学系を通過した波面を精密に測定する測定装
置に関するものであり、特に非球面の形状や変形の大き
い波面の測定に適した測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レンズの表面などの曲面の形状を
測定する装置としては、１三次元測定装置２光プローブを用いた装置３干渉計などがあった。

【０００３】１の三次元測定装置は、接触式のプローブ
を用いた測定装置であり、 1) 表面形状を１点ずつ測定する為、時間がかかる。 2) 測定の精度が、約１μ程度である。 3) 測定物の表面に傷がつく。などの欠点がある。

【０００４】２の非接触式の光プローブを用いた装置で
は、 1) 表面形状を１点ずつ測定する為、時間がかかる。 2) 測定の精度が、約１μ程度である。 3) 曲面の傾きや、反射率に制限がある。などの欠点がある。

【０００５】その点、３の干渉計は、 1) 曲面全体の情報を２次元的に捉える為、測定時間が
短い。 2) 光の波長を測定基準にする為、測定精度が高い。 3) 非接触である為、測定物に傷をつけない。などの利点がある。

【０００６】しかし、旧来の干渉計では、 1) 非球面量の多い曲面は、干渉縞が密になりすぎて、
測定ができない。 2) 測定精度が、λ/10 程度で、これ以上の高精度化が
難しい。 3) 計算機による、凹凸の判定を含めた自動処理が難し
い。などの欠点があった。

【０００７】そこで、上記の欠点を克服するべく、種々
の技術開発が行われた。測定精度を向上させ、自動処理
を行う為には、１波面に傾きを与えて干渉させ、空間的なキャリア周
波数を持たせて、これをフーリエ変換法や、空間位相法
などによって計算し、位相分布を求める。２参照波面を反射する鏡を圧電素子などで微少量移動
させ、縞走査法によって位相量を求める。３波面を光学結晶を用いて偏光方向によって分離し、
２つの波面の相対的な位相差量を電気光学素子などで制
御して、縞走査法によって位相量を求める。４僅かに波長の異なる２つの波面の干渉により生じる
ビートを、ヘテロダイン検波して位相量を求める。などの方法がある。

【０００８】しかし、１の空間キャリア法では、空間分
解能がキャリア波長程度に制限されてしまう為、細かい
構造が解らなくなる問題がある。例えば、特開昭61-246
601号公報で述べられている縞解析方法では、少なくと
も３つ以上素子の情報から位相量を算出する為、位相分
布の空間分解能が元々の画像の３分の１以下になってし
まう。

【０００９】また、２の機械的に波面の位相を変化させ
る縞走査法では、 1) 可動部の精度保持が難しい（機械部分の特性に経時
変化がある）。 2) 圧電素子の印加電圧と伸縮量の間に、ヒステリシス
特性があり、移動量を精密にコントロールする事が難し
い。 3) 鏡が移動中に傾いてしまい、参照波面に傾きを生
じ、精度の低下を招く。などの欠点がある。

【００１０】これに対し、３の偏光分割法と４のヘテロ
ダイン干渉法では、２の鏡を移動させる方法に比べ機械
的な位相量変更装置も不要であり、１の空間キャリア法
の様に分解能を低下させることもなく受光素子の空間分
解能をフルに利用する事が出来る。従って、高精度に干
渉計測を行う為には、偏光分割法かヘテロダイン干渉法
を用いる事が有利である。

【００１１】しかし、これらの方法を利用して高精度測
定を行う為には、測定中の安定性が非常に重要になって
くる。これらの方法では、時間を隔てて測定した画像や
ビート信号波形を元に位相量を計算するため、測定して
いる間に測定波面と参照波面の相対的な位置にズレが生
じると、そのまま誤差になってしまう。気流による擾乱
や振動による影響を避ける為には、参照波面と測定波面
が極力同じ光路を通る事が必要であるが、従来の２光束
干渉計では、この点の配慮が十分ではなく、測定精度の
低下を招いていた。

【００１２】次に、測定範囲を拡大して、非球面量の大
きい曲面を測定する為には、１計算機ホログラムなどで、基準になる非球面の波面
を発生させ、測定波面と干渉させる方法。２測定波面を横ずらし（シェア）させ、波面の差分を
計測する方法。などの手段が考案された。

【００１３】しかし、１の基準波面を作る方法では、 1) ホログラム原器の製作精度によって測定精度や非球
面の範囲が限定される。 2) ホログラム原器を製作するのに、多大な時間と費用
が必要になる。 3) 発生させる波面の形状ごとに異なるホログラム原器
を用意しなければならない。などの欠点がある。

【００１４】また、２の測定波面を横ずらしさせて計測
する方法では、一方にずらして計測した時、それと直交
する方向の情報は失われてしまう為、再度ずらす方向を
変えて測定しなければならない。この為に、装置内にず
らす方向を変える装置を設けたり、被測定物を測定機に
対して９０度回転させて再度測定しなければならない。

【００１５】つまり、測定波面をΨとした時、これを座
標値ｘ及びｙで展開すれば、 Ψ(ｘ,ｙ)＝ΣΣａ_nmｘⁿｙ^m であり、この波面をｘ方向にδだけずらした波面Ψ′
は、 Ψ′(ｘ,ｙ)＝ΣΣａ_nm（ｘ−δ）ⁿｙ^m である。故に、その差ΔΨは、

【００１６】

【数１】

【００１７】となり、ｎ＝０の項は相殺されて消えてし
まう。従って、観測波形からだけでは、ａ₀₁，ａ₀₂，・・
・というｙの係数を求めることは出来ない。この為、ｙ
方向にも横ずらしを行い、ｙの係数を求め、波面を再現
する必要がある。

【００１８】例えば、図１１は特開昭59ー90009 号公報
の図１で提示されている干渉計である。この例では、圧
電素子を用いた縞走査法と横ずらし干渉法を組み合わせ
る事により、高い精度で非球面を計測出来る干渉計とな
っている。この図中で、光源１１０１を出た光は、コリ
メータレンズ１１０２、１１０３を通って幅広い平行光
束となり、ハーフプリズム１１０４及び１１０５と照明
レンズ１１０６を通って、被測定物１１０７に至る。被
測定物１１０７で反射された光は、再び照明レンズ１１
０６を通り、ハーフプリズム１１０５に至る。ここで反
射光は、ハーフプリズム１１０５の作用により２分割さ
れる。一方の分割光は、ハーフプリズム１１０５を透過
し、ハーフプリズム１１０４，ハーフプリズム１１１
１，結像レンズ１１１２を通って画像検出装置１１１３
に入る。もう一方の分割光は、ハーフプリズム１１０５
によって反射され、光路長変化装置の振動ミラー１１０
８を経て、波面を横ずらしする平行平面板１１１０通っ
て、さらにハーフプリズム１１１１と結像レンズ１１１
２を通って画像検出装置１１１３に入る。振動ミラー１
１０８は参照波面の光路長を変化させる為に、圧電素子
１１０９によって微小量移動される。この装置により、
非球面量の多い曲面を高精度に測定することができる。
この場合、横ずらし量を変更する為には、平行平面板１
１１０の光軸に対する角度変えてやり、横ずらし方向の
変更する為には、平行平面板１１１０を光軸の回りに９
０゜回転させればよい。

【００１９】しかし、この装置の場合、干渉する２つの
波面が別々の光路を通る為、気流や振動の影響を個別に
受けることになり、測定精度を低下させている。また、
横ずらし方向を変えて２回測定しなければならず、時間
がかかっていた。

【００２０】そこで、ホログラム原器のような高価な部
品が不要で、横ずらし法の様なずらし方向の変更もいら
ない非球面測定方法として、ラディアルシェア干渉法
（本田捷夫・茹慶新：「ラディアルシェア干渉法によ
る非球面測定」，光技術コンタクト，Ｖol ２７，Ｎo
５，ｐ２７８〜ｐ２８４，（１９８９））が考案され
た。図１２はこの論文にある干渉計を多少アレンジした
ものである。光源１２０１を出た光は、コリメータレン
ズ１２０２，１２０３を通って幅広い平行光束となり、
ハーフプリズム１２０４及び１２０５と照明レンズ１２
０６を通って、被測定物１２０７に至る。被測定物１２
０７で反射された光は、再び照明レンズ１２０６を通
り、ハーフプリズム１２０５に至る。ここで反射光は、
ハーフプリズム１２０５の作用により２分割される。一
方の分割光は、ハーフプリズム１２０５を透過し、ハー
フプリズム１２０４，テレセントッリクレンズ１２１
０，ハーフプリズム１２１１，結像レンズ１２１２を通
って画像検出装置１２１３に入る。もう一方の分割光
は、ハーフプリズム１２０５によって反射され、テレ
セントッリクレンズ１２０８，ミラー１２０９，ハー
フプリズム１２１１，結像レンズ１２１２を通って画像
検出装置１２１３に入る。テレセントッリクレンズ１２
１０とテレセントッリクレンズ１２０８は同じ構成のレ
ンズ系で、逆向きに使うことにより、テレセントッリク
レンズ１２１０では波面を拡大し、テレセントッリクレ
ンズ１２０８では波面を縮小している。この方法によれ
ば、測定波面を半径方向にシェアする為、シェア方向を
変えて観測する必要がない。

【００２１】測定波面Ψを極座標θとｒを用いて表せ
ば、ａ_nをθの関数として、 Ψ(θ,ｒ)＝Σａ_n(θ)ｒⁿ であり、この波面を半径方向に１／α倍した波面Ψ′
は、 Ψ′(θ,ｒ)＝Σａ_n(θ)αⁿｒⁿ である。故に、その差ΔΨは、

【００２２】

【数２】

【００２３】となる。

【００２４】そこで、ΔΨを測定し、θごとに最小自乗
法などによって、ΔΨ(θ,ｒ)＝Σｂ_n(θ)ｒⁿ と表し
た時の係数ｂ_nを求めれば、ａ_n(θ)＝ｂ_n(θ)／(１−α
ⁿ) によって係数ａ_nを求め、元の波面Ψを再現するこ
とが出来る。

【００２５】この式から、シェア比αが１.０に近けれ
ば、ΔΨはΨに比べて小さくなり、Ψが測定できないほ
ど大きい場合でも、ΔΨを測定できる事が判る。例え
ば、ｎ＝４,α＝０.９９とすると、１−αⁿ＝０.０３９
４となり、測定すべき量は、元の波面の約４％の大きさ
となる。従って、測定波面の差分量として、１０λまで
測定出来るとすれば、元の波面の非球面量としては、約
２５４λという大きな非球面量まで測定できる。また
同様に、ｎ＝４，α＝０.７とすると、１−αⁿ＝０.
７６となり、元の波面を測定波面と同程度の精度で再現
することが出来る。この様に、αの値が変えられれば、
大きな非球面量の曲面も測定でき、測定精度を高くする
ことも出来る、非常に汎用性の高い測定装置が得られ
る。

【００２６】上述の論文では、ラディアルシェア干渉と
ＰＺＴを用いた縞走査法を組み合わせた装置が提示され
ているが、やはり干渉する２つの波面が別々の光路を通
る為、気流や振動の影響を別個に受けることになり、測
定精度を低下させている。また、シェア比αを変更する
ことが難しい為、使用範囲が限定されている。

【００２７】その他に、安定性の良い干渉計として、２
重焦点レンズを用いて共通光路型とした干渉計が提案さ
れている。（岩田耕一・菊田久雄：「複屈折性材料
を用いた二重焦点レンズと共通光路干渉計」，光学，Ｖ
ol ２１，Ｎo ５，ｐ２６２〜ｐ２６８，（１９９
２））図１３はこの干渉計の構成図である。この干渉計では、
二重焦点レンズの作用により、波面を偏光方向によって
２分割し、一方の光束を被測定物上に集光させ、この反
射光を参照波面として用いる。光源１３０１を出た光
は、コリメータレンズ１３０２，１３０３を通って幅広
い平行光となり、ハーフミラー１３０４によって反射さ
れ、ダイソン型２重焦点レンズ１３０５に入射する。ダ
イソン型２重焦点レンズ１３０５は方解石のレンズをガ
ラスレンズで挟んだ構成になっており、常光線に対して
はゼロパワー、異常光線に対しては焦点距離数ｃｍにな
るように設計されている。紙面に平行方向に偏光した光
線は、常光線としてダイソン型２重焦点レンズ１３０５
に入射する為、屈折されず、λ/４板１３０６を透過し
て円偏光に変換され、照明レンズ１３０７によって被測
定物１３０８の中央の点Ｏに収束する。点Ｏで反射され
た光は再び照明レンズ１３０７を通り、平行光束とな
り、λ/４板１３０６を透過して再び直線偏光に変換さ
れる。この時光線の偏光方向は入射光の偏光方向に対し
て９０゜回転している。この為、光線は異常光線とし
て、ダイソン型２重焦点レンズ１３０５に入射し、屈折
してＦ２を通りハーフミラー１３０４を透過して、検光
子１３０９に至る。検光子１３０９によって紙面に４５
゜傾いた直線偏光に変換され、結像レンズ１３１０によ
って、画像検出装置１３１１上に結像される。

【００２８】一方、紙面に垂直方向に偏光した光線は、
異常光線としてダイソン型２重焦点レンズ１３０５に入
射する為屈折され、λ/４板１３０６を透過して円偏光
に変換され、照明レンズ１３０７によってＦ１に収束さ
れる。Ｆ１を通過して被測定物１３０８上の点Ｐで反射
された光は、再び照明レンズ１３０７に入射し、λ/４
板１３０６を透過して再び直線偏光に変換される。この
時光線の偏光方向は入射光の偏光方向に対して９０゜回
転している。この為、光線は常光線として、ダイソン型
２重焦点レンズ１３０５に入射し、屈折されずそのまま
透過してＦ２を通り、ハーフミラー１３０４を透過し
て、検光子１３０９に至る。やはり検光子１３０９によ
って紙面に４５゜傾いた直線偏光に変換され、先の光線
と干渉し、結像レンズ７によって、画像検出装置１３１
１上に干渉像をつくる。

【００２９】こうして共通光路型干渉計とすることによ
り、振動や気流に強くなっており、また、電気光学素子
などを用いて分割した偏光の位相差量を制御して、縞走
査法を行う事により測定精度を上げている。しかし、こ
の様な構成の干渉計では、平面の参照波面と測定波面の
差を計測することになり、非球面量の多い曲面は測定で
きない。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】従来の測定装置の欠点
を考えたとき、干渉計には、 1) 測定環境に影響されずに安定して測定できる。（除
震装置や、気流の安定化装置が不要。） 2) 測定の時間が短い。（横ずらし干渉計のような複数
の計測が不要。） 3) 測定範囲が広い。（非球面量が数百λ程度） 4) 空間分解能が高い。（測定領域の１／５００程度）などの特性が求められているが、これらを全て満たす測
定装置は、存在しなかった。本発明の第１の目的は、上
記の特性を全て満たす測定装置を得ることである。

【００３１】さらに、本発明の第２の目的は、数nm 程
度の高い測定精度を得られ、なおかつ、1) 測定に影響
を与える可動部が無く、保守・管理が楽。 2) ＰＺＴ駆動電源の様な高電圧の電源が不要。などの特徴を持つ測定装置を得る事である。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明の表面形状又は波
面形状の測定装置は、可干渉性の光を放射する光源装置
と、入射光の直線偏光の振動方向によって焦点距離が異
なる２重焦点レンズと、光束を重ね合わせたとき干渉縞
を生じさせる検光子とから成る干渉装置と、前記干渉装
置により作られた干渉縞を観測する観測装置と、前記観
測装置により観測された干渉縞の形状から物体表面又は
波面の形状を計算する解析装置とから構成されることを
特徴とする。

【００３３】本発明は、２重焦点レンズの作用により、
測定波面を２つに分離し、大きさを変えて結像し、再度
重ね合わせ干渉させることにより、生じる干渉縞を観測
して、波面の形状を求めることを特徴とする表面形状又
は波面形状の測定方法を用いる。

【００３４】さらに、２重焦点レンズが１軸性光学結晶
材料を含み、前記結晶の光学軸の方向が、レンズの光軸
に対して直交していることを特徴とする。

【００３５】さらに、２重焦点レンズの入射常光線に対
する焦点距離をｆ_o(mm)、異常光線に対する焦点距離を
ｆ_e(mm)としたとき、 |ｆ_o−ｆ_e|≦１００.０(mm) 又は |１/ｆ_o−１/ｆ_e|
≦１.０×１０^-1(1/mm) を満たすことを特徴とする。

【００３６】さらに、２重焦点レンズを少なくとも２個
有し、それぞれのレンズの結晶の光学軸が互いに直交す
る方向に配置されていることを特徴とする。

【００３７】さらに、２重焦点レンズを少なくとも２個
有し、それぞれのレンズの結晶の光学軸が互いに平行に
配置されていることを特徴とする。

【００３８】さらに、光源装置と被測定物の間に、２重
焦点レンズとλ/4波長板を有することを特徴とする。

【００３９】さらに、２重焦点レンズとλ/4波長板と基
準反射鏡を順次配置したことを特徴とする。

【００４０】さらに、光源光を偏光方向が直交する２つ
の直線偏光に分け、相互の位相差を連続的に変え得る位
相差量変更装置を含むことを特徴とする。

【００４１】さらに、前記の位相差量変更素子として、
液晶素子または電気光学素子または磁気光学素子を用い
ることを特徴とする。

【００４２】さらに、位相差量変更装置によって光源光
を偏光方向が直交する２つの直線偏光に分け、相互の位
相差を変えて複数の画像を観測し、縞走査法によって波
面の形状を求めることを特徴とする表面形状又は波面形
状の測定方法を用いる。

【００４３】さらに、光源装置として２波長レーザーを
使用することを特徴とする。

【００４４】さらに、光源装置として２波長レーザーを
使用し、干渉装置を用いて干渉縞を作り、ビート波の位
相をヘテロダイン検波して求め、位相分布から物体表面
又は波面の形状を算出することを特徴とする。

【００４５】さらに、光源装置として、半値幅が０.１n
m以上１０.０nm以下の装置を用いることを特徴とする。

【００４６】

【作用】求められている様な測定装置を得る為に、本願
発明者は、下記の方法を考案した。

【００４７】先ず、測定範囲を拡大し、非球面量の多い
曲面も測定出来る様にする方法である。そのためには、
複屈折性を有する材料を用いて作った２重焦点レンズに
よって、測定波面を２つに分けて、各々を異なる大きさ
に結像する事によって、半径方向にシェアリング（ラデ
ィアルシェア）させ、これを干渉させる。こうすると、
測定波面自身を基準とするため、基準となる波面を別に
作る必要は無く、横ずらし干渉の様に、ｘｙ両方にずら
して測定する必要も無い。そして、シェア比αを１近く
にすれば、測定すべき非球面量は小さくなる為、大きな
非球面量を持つ曲面も測定できる。

【００４８】以下、図面を用いて本発明による２重焦点
レンズを用いたラディアルシェア干渉法の原理を説明す
る。原理的には、用いられる２重焦点レンズの個数は何
個でも良いのだが、ここでは説明の為に、先ず２重焦点
レンズを２個用いる場合について述べる。図１は、ラデ
ィアルシェア干渉計の主要部分を示したものである。光
源装置を発した光束が、観測物体を透過又は反射するこ
とによって変形された波面が、図１の左側からレンズに
入射する。１０１は１軸性光学結晶から作られたレンズ
と通常の等方性光学材料から作られたレンズから成る２
重焦点レンズであり、常光線に対してはマイナスの焦点
距離を有し、異常光線に対してはプラスの焦点距離を有
している。観測しようとしている波面を有する光束がこ
の２重焦点レンズに入射すると、その直線偏光の振動方
向によって２つに分かれ、常光線は発散され、異常光線
は収束される。２重焦点レンズ１０２は２重焦点レンズ
１０１とほぼ同じ設計によるレンズで、結晶の光学軸の
方向が２重焦点レンズ１０１と直交する様に配置されて
いる。この為、２重焦点レンズ１０１を射出した常光線
は２重焦点レンズ１０２に対しては異常光線として入射
し、２重焦点レンズ１０１によって発散された光束は２
重焦点レンズ１０２で収束作用を受けほぼ平行光束とな
る。同様に、２重焦点レンズ１０１を射出した異常光線
は２重焦点レンズ１０２に対しては常光線として入射
し、２重焦点レンズ１０１によって収束された光束は２
重焦点レンズ１０２で発散作用を受けほぼ平行光束とな
る。この時２つの光束は異なる太さになってレンズ系を
透過する。その後射出された２つの光束を検光子に通し
て直線偏光の振動方向を揃えてやれば、光束は可干渉と
なり、波面の差に応じて干渉縞を形成する。図１の構成
の場合、結晶の光学軸方向が互いに直交する２個の二重
焦点レンズと検光子で干渉装置を構成している。この干
渉装置によって生じた干渉縞の形状を、ＣＣＤや撮像管
等の画像検出装置と結像レンズから成る観測装置によっ
て観測し、検出された画像をコンピューター等の解析装
置によって解析すれば、求めたい波面の形状が判る。図
１では、ほぼ同じ設計の２重焦点レンズを結晶の光学軸
方向が互いに直交するように配置してあるが、レンズの
形状を変えて常光線にはプラス、異常光線にはマイナス
の焦点距離を持つように設計すれば、光学軸方向が平行
になるように配置することも出来る。光学軸方向が直交
する様に設計した場合は、同じ設計の２重焦点レンズを
用いることが出来るので、設計が簡略化でき、レンズの
製造も簡単になる。一方、光学軸方向が平行になる様に
設計した場合は、２重焦点レンズの接合面が同じ方向に
向くので、接合面による屈折で生じた波面の歪みが補正
され、測定精度が向上する。

【００４９】図２はラディアルシェア干渉計で観測され
る波面形状を示す図である。Ψは測定すべき波面を表し
ており、Ψ′は、元の波面Ψを半径方向に１／α倍した
波面である。そして、実際に観測される波面は、Ψと
Ψ′の差分である、ΔΨである。元の波面Ψに比べて差
分波面ΔΨは小さくなっている事が判る。この図で
は、 α＝０.９の場合を表しているが、αをもっと１.
０近くに設定すれば、ΔΨをより小さくすることがで
き、Ψが観測出来ない程大きい場合でも、ΔΨを観測す
ることによってΨを求めることが出来る。

【００５０】また、ミラーとλ/４波長板を用いれば、
２重焦点レンズを１個しか使わなくても干渉装置を構成
することが出来る。こうして、加工が難しく、価格が高
くなりがちな２重焦点レンズの個数を１個に削減するこ
とにより、装置の構成が簡単になり、コスト上も有利に
なる。この場合、ミラーを被測定物体と考えればミラー
の形状を測定できるし、ミラーとして形状の判っている
基準反射鏡を用いれば、波面形状などを測定出来る。図
３はこの様な干渉計の主要部分の説明図である。この図
の中で、３０１は１軸性光学結晶から作られたレンズと
通常の等方性光学材料から作られたレンズから成る２重
焦点レンズであり、常光線に対してはマイナスの焦点距
離を有し、異常光線に対してはプラスの焦点距離を有し
ている。観測しようとしている波面を有する光束がこの
２重焦点レンズに入射すると、その直線偏光の振動方向
によって２つに分かれ、常光線は発散され、異常光線は
収束される。λ/４波長板３０２はその主軸を紙面に対
して４５゜方向に向けており、入射した直線偏光を円偏
光に変換する。それぞれ円偏光に変換された光束は平面
鏡３０３で反射され、再びλ/４波長板３０２に入射す
る。λ/４波長板３０２を通過して光束は直線偏光に変
換されるが、この時最初の振動方向と９０゜異なる直線
偏光になっている。従って、２重焦点レンズ３０１を常
光線として射出した光束は、異常光線として入射し、異
常光線として射出した光束は、常光線として入射する。
常光線は発散され、異常光線は収束されるので、結局両
方の光束はほぼ平行光束となる。この様にして２重焦点
レンズの作用により、２つの光束は異なる太さにされ、
これを検光子に通して直線偏光の振動方向を揃えてやれ
ば、光束は可干渉となり、波面の差に応じて干渉縞を形
成する。

【００５１】以上述べてきたように、本発明による２重
焦点レンズを用いたラディアルシェア干渉法では、２重
焦点レンズの作用により波面を分割し、僅かに大きさの
異なる２つの波面として、これを干渉させる。この時、
干渉する２つの波面の大きさがほぼ同じであることが重
要であり、その為には、２重焦点レンズの偏光による焦
点距離の差があまり大きくないほうが良い。具体的に
は、２重焦点レンズの入射常光線に対する焦点距離をｆ
_o(mm)、異常光線に対する焦点距離をｆ_e(mm)としたと
き、 |ｆ_o−ｆ_e|≦１００.０(mm) 又は |１/ｆ_o−１/ｆ_e|
≦１.０×１０^-1(1/mm)を満たすことが望ましい。

【００５２】また、図１・図３を見れば、本発明による
干渉計では、干渉する光束が殆ど同じ光路を通る事が判
る。２焦点レンズを通過した後に僅かに光路が異なる
が、そのずれ量は小さい為、非常に安定した測定を行う
事ができる。図１１で示した旧知の干渉計では、測定機
と被測定物の間の振動による波面の揺れがキャンセルさ
れ、安定するとゆうものの、大きなミラー等を測定する
場合、参照光束はミラーの中心で反射され、測定光束は
ミラーの周辺部で反射される為、異なる光路を通ること
になる。この為、気流等の影響を免れ得ない。しかし、
本発明による干渉計では、どんなに大きなミラーを測定
する場合でも干渉する光束がほぼ同じ光路を通る為、気
流による影響も、振動による影響もキャンセルされ、安
定して測定を行う事ができる。

【００５３】以上説明した２重焦点レンズを用いたラデ
ィアルシェア干渉法により、「測定環境に影響されずに
安定して測定できる。」「測定の時間が短い。」「測定
範囲が広い。」「空間分解能が高い。」など、本発明の
第１の目的を全て満たす測定装置を得ることが出来る。

【００５４】さらに、本発明の第２の目的である、「数
nm 程度の高い測定精度を得られる。」「測定に影響を
与える可動部が無く、保守・管理が楽である。」「ＰＺ
Ｔ駆動電源の様な高電圧の電源が不要である。」などの
特徴を持つ測定装置を得る為の第１の方法として本発明
では、光源光を偏光方向が直交する２つの直線偏光に分
け、相互の位相差を連続的に変え得る位相差量変更装置
を利用して、縞走査の手法を用いて位相差量を解析す
る。第２の方法としては、偏光の方向によって僅かに波
長の異なる２波長レーザーを光源装置として用いて、干
渉時のビートをヘテロダイン検波して位相差量を求め、
これから波面形状を求めるヘテロダイン干渉法を用い
る。

【００５５】縞走査法やヘテロダイン法では、時間を置
いて測定したデーターを用いるので、測定中の安定度が
問題であり、これが最終的な精度を決定する。しかし、
本発明の場合、２焦点レンズを通過した後に僅かに光路
が異なるが、そのずれ量は小さい為、非常に安定した測
定を行う事ができる。図１１で示した旧知の干渉計で
は、測定機と被測定物の間の振動による波面の揺れがキ
ャンセルされ、安定するとゆうものの、大きなミラー等
を測定する場合、参照光束はミラーの中心で反射され、
測定光束はミラーの周辺部で反射される為、異なる光路
を通ることになる。この為、気流等の影響を免れ得な
い。しかし、本発明による干渉計では、どんなに大きな
ミラーを測定する場合でも干渉する光束がほぼ同じ光路
を通る為、気流による影響も、振動による影響もキャン
セルされ、安定して測定を行う事ができる。

【００５６】第１の方法である縞走査干渉法によって波
面形状を算出する場合、位相差量変調素子としては、Ｅ
ＢＣ（電界制御複屈折）モードで配向された液晶素子
や、ＡＤＰやＫＤＰなどの電気光学素子や、磁気光学素
子などが利用できる。特に液晶素子を用いた時は、他の
素子を用いた場合と比べて高電圧電源が不要で簡便な装
置となる。この様な方法によって、機械的な可動部分が
無くても位相変調を行い、波面の位相差量を高精度に測
定する事ができる。この様な簡単な装置で高精度の測定
が出来るのは、２焦点レンズを用いて、偏光方向によっ
て波面を分離したからである。

【００５７】縞走査干渉法によって位相差量ΔΨ(θ,
ｒ)を求めるには、以下の如くする。波面Ψ(θ,ｒ)の観
測光Ａ(θ,ｒ)は、ａを振幅、ｉを虚数単位、波数ｋ＝
２π／λ（λは波長）、ｆを周波数とすれば、Ａ(θ,ｒ)＝ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆｔ＋ｋ・Ψ(θ,ｒ)）｝で与えられ、波面Ψ′(θ,ｒ)の観測光Ｂ(θ,ｒ)は、常
光線と異常光線の位相差をωとすると、Ｂ(θ,ｒ)＝ｂ・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆｔ＋ｋ・（Ψ′(θ,ｒ)＋ω））｝で与えられる。

【００５８】これから、画像検出装置８の上で観測され
る干渉縞の強度分布Ｉ(θ,ｒ)は、

【００５９】

【数３】

【００６０】となる。上式にＬ＝ａ²＋ｂ²，γ＝２ａｂ
と置けば、

【００６１】

【数４】

【００６２】である。

【００６３】いま、位相差ωを０からλまで等間隔にＮ
段階に変化させたとき、観測される干渉縞強度Ｉ_n(θ,
ｒ)は、 ω_n＝ｎλ／Ｎ（ｎ＝０,１,・・・,Ｎ−１）と置いて、

【００６４】

【数５】

【００６５】となる。

【００６６】Ｉ_n(θ,ｒ)にｃｏｓ（２πｎ／Ｎ）を掛け
合わせてｎ＝０からＮ−１まで和をとったものをＦとす
ると、

【００６７】

【数６】

【００６８】であり、Ｉ_n(θ,ｒ)にｓｉｎ（２πｎ／
Ｎ）を掛け合わせてｎ＝０からＮ−１まで和をとったも
のをＧとすると、

【００６９】

【数７】

【００７０】である。故に、位相分布ΔΨ(θ,ｒ)は、 ΔΨ(θ,ｒ)＝（λ／２π）ｔａｎ^-1（Ｇ(θ,ｒ)／Ｆ(θ,ｒ)）で与えられる。特に、Ｎ＝４の場合は、 ΔΨ(θ,ｒ)＝（λ／２π）ｔａｎ^-1（（Ｉ₁−Ｉ₃）／（Ｉ₀−Ｉ₂））と簡単になる。

【００７１】こうして求めたΔΨ(θ,ｒ)の値は、±λ
／２の範囲に限定される為、それ以上の範囲を計測する
為には、波面の連続性を考慮して、計算されたΔΨ(θ,
ｒ)の値に適当にλを加減すれば良い。この様に縞走査
を行うことにより、λの数百分の１の精度で位相分布を
求めることが出来る。

【００７２】また、その他に第２の目的を達成するため
の第２の高精度測定方法として、ヘテロダイン干渉法が
ある。これは、偏光の方向によって僅かに波長の異なる
光源を用いて計測を行うもので、光源としては、ゼーマ
ン効果を利用した２波長レーザーや、音響光学素子を利
用したレーザー光源が用いられる。紙面に対して水平方
向に偏光した光束の周波数をｆ₁、垂直方向に偏光した
光束の周波数をｆ₂とすると、波面Ψ(θ,ｒ)の観測光Ａ
(θ,ｒ)は、ｔを時間とすれば、Ａ(θ,ｒ)＝ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ₁ｔ＋ｋ・Ψ(θ,ｒ)）｝で与えられ、波面Ψ′(θ,ｒ)の観測光Ｂ(θ,ｒ)は、Ｂ(θ,ｒ)＝ｂ・ｅｘｐ｛ｉ（２πｆ₂ｔ＋ｋ・Ψ′(θ,ｒ)）｝で与えられる。

【００７３】従って、干渉縞の強度分布Ｉ(θ,ｒ)は、
Δｆ＝ｆ₁−ｆ₂として、

【００７４】

【数８】

【００７５】となり、ｋΔΨだけ位相のずれた周期Δｆ
の信号が観測される。原点に於いては、ΔΨ＝０なの
で、この信号を基準信号として、任意の位置に於ける光
強度の信号をヘテロダイン検波してやれば、位相量ｋΔ
Ψ(θ,ｒ)を１゜程度の誤差で求めることができ、受光
素子を移動させて干渉像内を走査してやれば、λの数百
分の１の精度で位相分布を求めることが出来る。

【００７６】さらに、本発明の場合、紙面に垂直方向の
偏光と水平方向の偏光で光路差が完全に補償されている
ので、精密な機械調整をしなくても、可干渉距離が短く
半値幅が０.１nm 以上あるレーザーダイオードなどを光
源として用いることが出来る。可干渉距離が長いレーザ
ーなどの光源を使用した場合、干渉計の内部の光学部品
の端面反射によって不要な干渉縞ノイズが生じることが
あるが、可干渉距離の短いレーザーダイオードなどを用
いることによって、これを除くことが出来、ノイズの少
ない高精度測定を行うことが出来る。また、光源の半値
幅が１０.０nm以上あると可干渉距離が短くなり過ぎ、
非球面量の多い波面を計測する場合干渉縞のコントラス
トが悪化する。従って、本発明の場合、半値幅が０.１n
m 以上１０.０nm 以下である光源を用いると良い。

【００７７】

【実施例】

（実施例１）図４は本発明の実施例１の構成図であ
り、被測定レンズ４０３の透過波面を計測する為の干渉
計である。本実施例は２重焦点レンズを２個用い、それ
ぞれのレンズの結晶材料の光学軸の向きが、互いに直交
するように配置してある。

【００７８】光源４０１を発した光は、コリメートレン
ズ４０２によって収束され、点像を作った後、被測定レ
ンズ４０３に入射する。被測定レンズ４０３によってほ
ぼ平面波になった光束は、２重焦点レンズ４０４に入射
する。２重焦点レンズ４０４は、１軸性結晶とガラスを
張り合わせて出来ており、常光線に対してはマイナスレ
ンズ、異常光線に対してはプラスレンズとして働く。紙
面の水平方向に振動する直線偏光成分は、常光線として
２重焦点レンズ４０４で発散される。２重焦点レンズ４
０５は２重焦点レンズ４０４と同じ構成のレンズを光学
軸が直交する様に配置してあり、２重焦点レンズ４０４
を透過した光束は、異常光線として２重焦点レンズ４０
５に入射する。２重焦点レンズ４０５によって光束は、
収束され、ほぼ平面波に変換される。一方、紙面の垂直
方向に振動する直線偏光成分は、異常光線として２重焦
点レンズ４０４で収束され、常光線として２重焦点レン
ズ４０５に入射する。２重焦点レンズ４０５によって光
束は発散され、ほぼ平面波に変換される。こうして大き
さの異なる２つの平面波になった光束は、検光子４０６
によって偏光方向を紙面に対して４５゜方向に揃えられ
可干渉となり、結像レンズ４０７によって、画像検出装
置４０８上に干渉像をつくる。画像検出装置４０８で得
られた画像情報は、画像解析装置４０９に送られ、演算
処理により元の波面形状が復元される。

【００７９】なお、図示してはいないが、光源４０１が
ランダム偏光光源の場合は、コリメートレンズ４０２と
光源４０１の間に検光子を置き、紙面に対して４５゜方
向に向いた直線偏光に変換すれば良い。また、光源１が
円偏光の場合は、コリメートレンズ４０２と光源４０１
の間に、λ/４波長板を置き、円偏光を直線偏光に変換
してやれば良い。

【００８０】（実施例２）図５は本発明の実施例２の
構成図であり、被測定平面ミラー５０５の形状を計測す
る為の干渉計である。本実施例は２重焦点レンズを２個
用い、それぞれのレンズの結晶材料の光学軸の向きが、
互いに直交するように配置してある。

【００８１】光源５０１を発した光は、コリメートレン
ズ５０２，５０３によって光束の幅を広げられ、ハーフ
プリズム５０４に入射する。ハーフプリズム５０４を透
過した光束は、被測定平面ミラー５０５で反射され、さ
らにハーフプリズム５０４で反射されて２焦点レンズ５
０６に入射する。２重焦点レンズ５０６は、１軸性結晶
とガラスを張り合わせて出来ており、常光線に対しては
マイナスレンズ、異常光線に対してはプラスレンズとし
て働く。紙面の水平方向に振動する直線偏光成分は、常
光線として２重焦点レンズ５０６で発散される。２重焦
点レンズ５０７は２重焦点レンズ５０６と同じ構成のレ
ンズを光学軸が直交する様に配置してあり、２重焦点レ
ンズ５０６を透過した光束は、異常光線として２重焦点
レンズ５０７に入射する。２重焦点レンズ５０７によっ
て光束は、収束され、ほぼ平面波に変換される。一方、
紙面の垂直方向に振動する直線偏光成分は、異常光線と
して２重焦点レンズ５０６で収束され、常光線として２
重焦点レンズ５０７に入射する。２重焦点レンズ５０７
によって光束は発散され、ほぼ平面波に変換される。こ
うして大きさの異なる２つの平面波になった光束は、検
光子６０８によって偏光方向を紙面に対して４５゜方向
に揃えられ可干渉となり、結像レンズ５０９によって、
画像検出装置５１０上に干渉像をつくる。画像検出装置
５１０で得られた画像情報は、画像解析装置５１１に送
られ、演算処理により元の波面形状が復元される。

【００８２】例えば、２重焦点レンズの常光線に対する
焦点距離をマイナス１ｍ、異常光線に対する焦点距離を
プラス１ｍとすると、２重焦点レンズ５０６と２重焦点
レンズ５０７の主点間の距離が１０mmの時、シェア比α
は約０.９８になる。また、主点間距離を１００mmにす
れば、シェア比αは約０.８２になる。この様に、２重
焦点レンズ５０６，５０７の間隔を変えればαの値を変
える事が出来る。αの値を変えることにより、大きな非
球面量の曲面も測定出来るし、測定精度を高くすること
も出来るので、非常に汎用性の高い測定装置となる。

【００８３】本実施例の場合、２重焦点レンズ５０６と
２重焦点レンズ５０７は同じ構成のレンズを用い、光学
軸が直交する様に配置してあるが、これを別構成とし、
２重焦点レンズ５０７が常光線に対してはプラス、異常
光線に対してはマイナスの焦点距離を持つ様に設計すれ
ば、光学軸を平行に配置することも出来る。これは請求
項５に対応する内容である。

【００８４】また、本実施例では、２重焦点レンズ５０
７と結像レンズ５０８を別々のレンズで構成している
が、両者を合わせて１組のレンズにすることも出来る。

【００８５】なお、図５の被測定平面ミラー５０５の代
わりに、図６に示す様に、照明レンズ６０１を置けば、
被測定凹面ミラー６０２の形状計測を行うことが出来
る。また、図７に示すように、集光レンズ７０１，７０
２を付加する事によって、被測定凸面ミラー７０３の形
状を測定することもできるし、図８に示すように、基準
平面ミラー８０３を用いることによって、被測定レンズ
８０２の透過波面も測定できる。

【００８６】さらに、この干渉計を用いて高精度の測定
を行う場合は、光源５０１とハーフプリズム５０４の間
に、常光線と異常光線との位相差を制御する位相変調素
子を配置し、位相差量をコントロールしながら複数の画
像を観測し、縞走査干渉法によって波面形状を算出して
やれば良い。位相差量変調素子としては、液晶素子・電
気光学素子・磁気光学素子などが利用できる。

【００８７】また、ヘテロダイン干渉法によって高精度
測定を行うことも出来る。これは、偏光の方向によって
僅かに波長の異なる光源を用いて計測を行うもので、光
源としては、ゼーマン効果を利用した２波長レーザー
や、音響光学素子を利用したレーザー光源が用いられ
る。

【００８８】（実施例３）図９は本発明の実施例３の
構成図であり、被測定レンズ９０３の透過波面を計測す
る為の干渉計である。本実施例では、λ/４板９０６を
用いることにより、２重焦点レンズを１個ですませてい
る。

【００８９】この図の中で、可干渉光を放射する光源９
０１を発した光は、コリメートレンズ９０２によって収
束され、点像を作った後、被測定レンズ９０３に入射す
る。被測定レンズ９０３によってほぼ平面波になった光
束はハーフプリズム９０４を透過し、２重焦点レンズ９
０５に入射する。２重焦点レンズ９０５は、１軸性結晶
とガラスを張り合わせて出来ており、常光線に対しては
マイナスレンズ、異常光線に対してはプラスレンズとし
て働く。紙面の水平方向に振動する直線偏光成分は、常
光線として２重焦点レンズ９０５で発散され、λ/４板
９０６を透過して円偏光に変換され、基準ミラー９０７
によって反射され、再びλ/４板９０６を透過して直線
偏光に変換される。この時光線の偏光方向は入射光の偏
光方向に対して９０゜回転している。この為、光線は異
常光線として、２重焦点レンズ９０５に入射し屈折さ
れ、ほぼ平面波に変換される。一方、紙面の垂直方向に
振動する直線偏光成分は、異常光線として２重焦点レン
ズ９０５で収束され、λ/４板９０６を透過して円偏光
に変換され、基準ミラー９０７によって反射され、再び
λ/４板９０６を透過して直線偏光に変換される。この
時光線の偏光方向は入射光の偏光方向に対して９０゜回
転している。この為、光線は常光線として、２焦点レン
ズ９０５に入射し発散され、ほぼ平面波に変換される。
こうして大きさの異なる２つの平面波になった光束は、
ハーフプリズム９０４で反射される。検光子９０８によ
って偏光方向を紙面に対して４５゜方向に揃えられ可干
渉となった光束は、結像レンズ９０９によって、画像検
出装置９１０上に干渉像をつくる。画像検出装置９０９
で得られた画像情報は、画像解析装置９１１に送られ、
演算処理により元の波面形状が復元される。

【００９０】なお、この干渉計と同様の構成で、被測定
レンズ９０３の代わりに基準レンズを用い、基準平面ミ
ラー９０７の代わりに被測定平面ミラーを用いれば、平
面形状の計測を行うことが出来る。

【００９１】（実施例４）図１０は実施例４の構成図
であり、本実施例では、λ/４板１００６を用いること
により、２重焦点レンズを１個ですませている。

【００９２】図１０の中で、１００１は可干渉光を放射
する光源であり、紙面に対して水平方向と垂直方向の直
線偏光成分を等量含んでいる事が望ましい。光源１００
１を発した光は、コリメートレンズ１００２，１００３
によって光束の幅を広げられ、ハーフプリズム１００４
に入射する。ハーフプリズム１００４を透過した光は２
重焦点レンズ１００５に入射する。２重焦点レンズ１０
０５は、１軸性結晶とガラスを張り合わせて出来てお
り、常光線に対してはマイナスレンズ、異常光線に対し
てはプラスレンズとして働く。紙面の水平方向に振動す
る直線偏光成分は、常光線として２重焦点レンズ１００
５で発散され、λ/４板１００６を透過して円偏光に変
換され、照明レンズ１００７によってＰ２に収束され
る。Ｐ２を通過して被測定物１００８上の点Ｐで反射さ
れた光は、Ｐ１を通り、再び照明レンズ１００７に入射
し、λ/４板１００６を透過して再び直線偏光に変換さ
れる。この時光線の偏光方向は入射光の偏光方向に対し
て９０゜回転している。この為、光線は異常光線とし
て、２重焦点レンズ１００５に入射し屈折され、ほぼ平
面波に変換される。一方、紙面の垂直方向に振動する直
線偏光成分は、異常光線として２重焦点レンズ１００５
で収束され、λ/４板１００６を透過して円偏光に変換
され、照明レンズ１００７によってＰ１に収束される。
Ｐ１を通過して被測定物１００８上の点Ｐで反射された
光は、Ｐ２を通り、再び照明レンズ１００７に入射し、
λ/４板１００６を透過して再び直線偏光に変換され
る。この時光線の偏光方向は入射光の偏光方向に対して
９０゜回転している。この為、光線は常光線として、２
重焦点レンズ１００５に入射し発散され、ほぼ平面波に
変換される。こうして大きさの異なる２つの平面波にな
った光束は、ハーフプリズム１００４で反射され、検光
子１００９によって偏光方向を紙面に対して４５゜方向
に揃えられる。こうして可干渉となった光束は、結像レ
ンズ１０１０によって、画像検出装置１０１１上に干渉
像をつくる。この時、画像検出装置１０１１上に作られ
る干渉図形は、半径方向にシェアされた波面の差分の等
高線を表している。画像検出装置１０１１で得られた画
像情報は、画像解析装置１０１２に送られ、演算処理に
より元の波面形状が復元される。

【００９３】なお、装置の機能を考えれば、ハーフプリ
ズム１００４はハーフミラーを用いても良いし、２重焦
点レンズ１００５の光学軸方向は、紙面に垂直方向でも
良い。さらに、図１０では、２重焦点レンズ１００５と
照明レンズ１００７を分けて描いてあるが、同じ機能を
１つのレンズで行う様に設計することも出来る。

【００９４】Ｐ１とＰ２の距離は、２重焦点レンズ１０
０５の常光線と異常光線に対する焦点距離の差と、照明
レンズ１０の焦点距離によって決まる。この距離を５mm
とし、照明レンズ１００７の焦点距離を７０mm、被測定
物１００８の曲率半径を３００mmとすると、シェア比α
は約０.９になる。この様に、２重焦点レンズ１００５
の常光線と異常光線に対する焦点距離の差は小さくて良
い。この為、２重焦点レンズ１００５の張り合わせ面の
曲率半径は図１３のダイソン型２重焦点レンズ１３０５
に比べて大きくすることが出来る。また、複屈折性材料
を用いた２重焦点レンズでは、近軸領域でも収差を有す
ることが知られているが、この収差は、レンズの入射面
を平面にすることによって解消することができる。（菊
田久雄・下村広・岩田耕一：「複屈折二重焦点レ
ンズの光線追跡」，光学，Ｖol２１，Ｎo ４，ｐ２３０
〜ｐ２３６，（１９９２））ダイソン型２重焦点レン
ズ１３０５では、常光線と異常光線の焦点距離の差が大
きい為、複屈折レンズの両面を曲面にしなければならな
いが、本発明の２重焦点レンズ１００５では、入射面を
平面にして、収差を小さくすることが出来る。

【００９５】

【発明の効果】請求項１又は１２の発明によれば、 1) 測定環境に影響されずに安定して測定できる。（除
震装置や、気流の安定化装置が不要。） 2) 測定の時間が短い。（横ずらし干渉計のような複数
の計測が不要。） 3) 測定範囲が広い。（非球面量が数百λ程度） 4) 空間分解能が高い。（測定領域の１／５００程度）などの特徴を有する表面形状又は波面形状の測定装置を
提供することができる。

【００９６】さらに、請求項１０又は１３の発明によれ
ば、 1) 測定に影響を与える可動部が無く、保守・管理が
楽。 2) ＰＺＴ駆動電源の様な高電圧の電源が不要。などの特徴を有する表面形状又は波面形状測定装置を提
供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２重焦点レンズを２個用いたラディアルシェア
干渉計の主要部構成図。

【図２】ラディアルシェア干渉法の波面形状を示す図。

【図３】２重焦点レンズを１個用いたラディアルシェア
干渉計の主要部構成図。

【図４】実施例１の干渉計の構成図。

【図５】実施例２の干渉計の構成図。

【図６】凹面を測定する場合の干渉計の構成図。

【図７】凸面を測定する場合の干渉計の構成図。

【図８】レンズの透過波面を測定する場合の干渉計の構
成図。

【図９】実施例３の干渉計の構成図。

【図１０】実施例４の干渉計の構成図。

【図１１】従来の横ずらし干渉計の構成図。

【図１２】従来のラディアルシェア干渉計の構成図。

【図１３】従来の二重焦点レンズを用いた干渉計の構成
図。

【符号の説明】

１０１・・・２重焦点レンズ１０２・・・第２の２重焦点レンズ３０１・・・２重焦点レンズ３０２・・・ λ/４波長板３０３・・・基準平面ミラー４０１・・・光源４０２・・・コリメーターレンズ４０３・・・被測定レンズ４０４・・・２重焦点レンズ４０５・・・第２の２重焦点レンズ４０６・・・検光子４０７・・・結像レンズ４０８・・・画像検出装置４０９・・・画像解析装置５０１・・・光源５０２，５０３・・・コリメーターレンズ５０４・・・ハーフプリズム５０５・・・基準平面ミラー５０６・・・２重焦点レンズ５０７・・・第２の２重焦点レンズ５０８・・・検光子５０９・・・結像レンズ５１０・・・画像検出装置５１１・・・画像解析装置６０１・・・照明レンズ６０２・・・被測定凹面ミラー７０１，７０２・・・照明レンズ７０３・・・被測定凸面ミラー８０１・・・照明レンズ８０２・・・被測定レンズ８０３・・・基準平面ミラー９０１・・・光源９０２・・・コリメーターレンズ９０３・・・被測定レンズ９０４・・・ハーフプリズム９０５・・・２重焦点レンズ９０６・・・ λ/４波長板９０７・・・基準平面ミラー９０８・・・検光子９０９・・・結像レンズ９１０・・・画像検出装置９１１・・・画像解析装置１００１・・・光源１００２，１００３・・・コリメーターレンズ１００４・・・ハーフプリズム１００５・・・２重焦点レンズ１００６・・・ λ/４波長板１００７・・・照明レンズ１００８・・・被測定凹面ミラー１００９・・・検光子１０１０・・・結像レンズ１０１１・・・画像検出装置１０１２・・・画像解析装置１１０１・・・光源１１０２，１１０３・・・コリメーターレンズ１１０４，１１０５・・・ハーフプリズム１１０６・・・照明レンズ１１０７・・・被測定凹面ミラー１１０８・・・振動ミラー１１０９・・・圧電素子１１１０・・・平行平面板１１１１・・・ハーフプリズム１１１２・・・結像レンズ１１１３・・・画像検出装置１２０１・・・光源１２０２，１２０３・・・コリメーターレンズ１２０４，１２０５・・・ハーフプリズム１２０６・・・照明レンズ１２０７・・・被測定凹面ミラー１２０８・・・テレセントッリクレンズ１２０９・・・ミラー１２１０・・・テレセントッリクレンズ１２１１・・・ハーフプリズム１２１２・・・結像レンズ１２１３・・・画像検出装置１３０１・・・光源１３０２，１３０３・・・コリメーターレンズ１３０４・・・ハーフミラー１３０５・・・ダイソン型二重焦点レンズ１３０６・・・ λ/４波長板１３０７・・・照明レンズ１３０８・・・被測定凹面ミラー１３０９・・・検光子１３１０・・・結像レンズ１３１１・・・画像検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面形状又は波面形状を測定する装置に
おいて、可干渉性の光を放射する光源装置と、入射光の直線偏光の振動方向によって焦点距離が異なる
２重焦点レンズと、光束を重ね合わせたとき干渉縞を生
じさせる検光子とから成る干渉装置と、前記干渉装置により作られた干渉縞を観測する観測装置
と、前記観測装置により観測された干渉縞の形状から物体表
面又は波面の形状を計算する解析装置とから構成される
ことを特徴とする表面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項２】２重焦点レンズが１軸性光学結晶材料を
含み、前記結晶の光学軸の方向が、レンズの光軸に対し
て直交していることを特徴とする請求項１に記載の表面
形状又は波面形状の測定装置。
【請求項３】２重焦点レンズの入射常光線に対する焦
点距離をｆ_o(mm)、異常光線に対する焦点距離をｆ_e(mm)
としたとき、 |ｆ_o−ｆ_e|≦１００.０(mm) 又は |１/ｆ_o−１/ｆ_e|
≦１.０×１０^-1(1/mm) を満たすことを特徴とする請
求項２に記載の表面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項４】２重焦点レンズを少なくとも２個有し、
それぞれのレンズの結晶の光学軸が互いに直交する方向
に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載の表面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項５】２重焦点レンズを少なくとも２個有し、
それぞれのレンズの結晶の光学軸が互いに平行に配置さ
れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
に記載の表面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項６】光源装置と被測定物の間に、２重焦点レ
ンズとλ/4波長板を有する請求項１〜５のいずれか１項
に記載の表面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項７】２重焦点レンズとλ/4波長板と基準反射
鏡を順次配置したことを特徴とする請求項６に記載の表
面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項８】光源装置として、半値幅が０.１nm以上
１０.０nm以下の装置を用いることを特徴とする請求項
１に記載の表面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項９】光源装置として２波長レーザーを使用す
ることを特徴とする請求項１に記載の表面形状又は波面
形状の測定装置。
【請求項１０】光源光を偏光方向が直交する２つの直
線偏光に分け、相互の位相差を連続的に変え得る位相差
量変更装置を含むことを特徴とする請求項１〜９のいず
れか１項に記載の表面形状又は波面形状の測定装置。
【請求項１１】前記の位相差量変更装置として、液晶
素子または電気光学素子または磁気光学素子を用いるこ
とを特徴とする請求項１０に記載の表面形状又は波面形
状の測定装置。
【請求項１２】２重焦点レンズの作用により、測定波
面を２つに分離し、大きさを変えて結像し、再度重ね合
わせ干渉させることにより生じる干渉縞を観測して、波
面の形状を求めることを特徴とする表面形状又は波面形
状の測定方法。
【請求項１３】請求項１０又は１１に記載の位相差量
変更装置によって光源光を偏光方向が直交する２つの直
線偏光に分け、相互の位相差を変えて複数の画像を観測
し、縞走査法によって波面の形状を求めることを特徴と
する表面形状又は波面形状の測定方法。
【請求項１４】光源装置として２波長レーザーを使用
し、干渉装置を用いて干渉縞を作り、ビート波の位相を
ヘテロダイン検波して求め、位相分布から物体表面又は
波面の形状を算出することを特徴とする請求項１３に記
載の表面形状又は波面形状の測定方法。