JPH116784A - 非球面形状測定装置および測定方法 - Google Patents
非球面形状測定装置および測定方法Info
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- JPH116784A JPH116784A JP9175125A JP17512597A JPH116784A JP H116784 A JPH116784 A JP H116784A JP 9175125 A JP9175125 A JP 9175125A JP 17512597 A JP17512597 A JP 17512597A JP H116784 A JPH116784 A JP H116784A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非球面形状を高精度に測定することができる
非球面形状測定装置および測定方法を提供すること。 【解決手段】 光源１からの光を分割し、一方の光を参
照面５ａで反射させて参照光とし、他方の光を波面形成
手段６を介して被検非球面７で反射させて測定光とし、
該測定光を前記参照光と干渉させて干渉縞を形成し、該
干渉縞に基づいて前記被検面７の面形状を測定する。こ
こで、前記波面形成手段６は少なくとも回折光学素子６
ａを含み、前記回折光学素子の所定の次数の回折光は前
記被検面７の面形状に対応した非球面波であり、前記回
折光学素子の０次光は球面波である。
非球面形状測定装置および測定方法を提供すること。 【解決手段】 光源１からの光を分割し、一方の光を参
照面５ａで反射させて参照光とし、他方の光を波面形成
手段６を介して被検非球面７で反射させて測定光とし、
該測定光を前記参照光と干渉させて干渉縞を形成し、該
干渉縞に基づいて前記被検面７の面形状を測定する。こ
こで、前記波面形成手段６は少なくとも回折光学素子６
ａを含み、前記回折光学素子の所定の次数の回折光は前
記被検面７の面形状に対応した非球面波であり、前記回
折光学素子の０次光は球面波である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非球面により構成
されたレンズ、ミラーなどの光学素子等の表面形状を高
精度に測定するための非球面形状測定装置および測定方
法に関する。
されたレンズ、ミラーなどの光学素子等の表面形状を高
精度に測定するための非球面形状測定装置および測定方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光の干渉を利用した面形状測定で
は、フィゾー干渉計などを用いて、被検面の設計形状に
対応した波面を有する測定光を形成し、その測定光の被
検面からの反射光と参照光を干渉させることによって、
被検面と測定光の波面の差を計測している。特に、被検
面が非球面形状の場合には、容易に非球面波が得られる
ゾーンプレートなどの回折光学素子、あるいは回折光学
素子とレンズ作用を有する光学素子の組み合わせが波面
形成手段として用いられている。
は、フィゾー干渉計などを用いて、被検面の設計形状に
対応した波面を有する測定光を形成し、その測定光の被
検面からの反射光と参照光を干渉させることによって、
被検面と測定光の波面の差を計測している。特に、被検
面が非球面形状の場合には、容易に非球面波が得られる
ゾーンプレートなどの回折光学素子、あるいは回折光学
素子とレンズ作用を有する光学素子の組み合わせが波面
形成手段として用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、波面形成手段
の回折光学素子の基板やレンズ部材の曲率半径、面間隔
などの製作誤差および屈折率むらの影響で、波面形成手
段で発生した波面は誤差を含むため高精度な形状測定は
困難であり問題であった。
の回折光学素子の基板やレンズ部材の曲率半径、面間隔
などの製作誤差および屈折率むらの影響で、波面形成手
段で発生した波面は誤差を含むため高精度な形状測定は
困難であり問題であった。
【０００４】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
のであり、非球面形状を高精度に測定することができる
非球面形状測定装置および測定方法の提供を目的とす
る。
のであり、非球面形状を高精度に測定することができる
非球面形状測定装置および測定方法の提供を目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による非球面形状
測定装置は、光源からの光を分割し、一方の光を参照面
で反射させて参照光とし、他方の光を波面形成手段を介
して被検非球面で反射させて測定光とし、該測定光を前
記参照光と干渉させて干渉縞を形成し、該干渉縞に基づ
いて前記被検面の面形状を測定する非球面形状測定装置
において、前記波面形成手段は少なくとも回折光学素子
を含み、前記回折光学素子の所定の次数の回折光は前記
被検面の面形状に対応した非球面波であり、前記回折光
学素子の０次光は球面波であることを特徴としている。
測定装置は、光源からの光を分割し、一方の光を参照面
で反射させて参照光とし、他方の光を波面形成手段を介
して被検非球面で反射させて測定光とし、該測定光を前
記参照光と干渉させて干渉縞を形成し、該干渉縞に基づ
いて前記被検面の面形状を測定する非球面形状測定装置
において、前記波面形成手段は少なくとも回折光学素子
を含み、前記回折光学素子の所定の次数の回折光は前記
被検面の面形状に対応した非球面波であり、前記回折光
学素子の０次光は球面波であることを特徴としている。
【０００６】かかる構成により、回折光学素子の所定次
数の非球面波面を用いて、被検非球面を干渉測定、いわ
ゆるヌルテストを行うことが出来る。加えて、回折光学
素子の０次光である球面波を用いた基準球面に対するさ
らなる測定結果に基づいて前記ヌルテストの結果を校正
することで、回折光学素子等の製作誤差等を除去でき高
精度に被検非球面を測定することが出来る。
数の非球面波面を用いて、被検非球面を干渉測定、いわ
ゆるヌルテストを行うことが出来る。加えて、回折光学
素子の０次光である球面波を用いた基準球面に対するさ
らなる測定結果に基づいて前記ヌルテストの結果を校正
することで、回折光学素子等の製作誤差等を除去でき高
精度に被検非球面を測定することが出来る。
【０００７】また、本発明による非球面形状測定方法
は、光源からの光を分割し、一方の光を参照面で反射さ
せて参照光とし、他方の光を、所定の次数の回折光は被
検面の面形状に対応した非球面波であり、０次光は球面
波である回折光学素子を含む波面形成手段を介して被検
面で反射させて測定光とし、前記測定光と前記参照光を
干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞に基づいて前記
被検面の面形状と前記所定の次数の回折光である前記非
球面波の波面形状との差分を測定する工程と、前記被検
面を基準球面に置き換え、前記基準球面の面形状と前記
回折光学素子の０次光である前記球面波の波面形状との
差分を測定する工程と、前記基準球面の面形状と前記球
面波の波面形状との前記差分に基づいて、前記非球面波
の波面形状を校正することにより前記被検面の面形状を
算出する工程とからなることを特徴としている。
は、光源からの光を分割し、一方の光を参照面で反射さ
せて参照光とし、他方の光を、所定の次数の回折光は被
検面の面形状に対応した非球面波であり、０次光は球面
波である回折光学素子を含む波面形成手段を介して被検
面で反射させて測定光とし、前記測定光と前記参照光を
干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞に基づいて前記
被検面の面形状と前記所定の次数の回折光である前記非
球面波の波面形状との差分を測定する工程と、前記被検
面を基準球面に置き換え、前記基準球面の面形状と前記
回折光学素子の０次光である前記球面波の波面形状との
差分を測定する工程と、前記基準球面の面形状と前記球
面波の波面形状との前記差分に基づいて、前記非球面波
の波面形状を校正することにより前記被検面の面形状を
算出する工程とからなることを特徴としている。
【０００８】かかる行程により、回折光学素子の所定の
次数の非球面波を用いて被検非球面を干渉測定（ヌルテ
スト）する事が出来る。さらに、回折光学素子の０次光
である球面波を用いて基準球面を干渉測定した結果に基
づいて、前記被検非球面の干渉測定結果を校正すること
で、回折光学素子の製作誤差等による影響を除去できる
ので、高精度に非球面を測定することが出来る。
次数の非球面波を用いて被検非球面を干渉測定（ヌルテ
スト）する事が出来る。さらに、回折光学素子の０次光
である球面波を用いて基準球面を干渉測定した結果に基
づいて、前記被検非球面の干渉測定結果を校正すること
で、回折光学素子の製作誤差等による影響を除去できる
ので、高精度に非球面を測定することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下添付図面に基づいて本発明の
実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施例にかか
る非球面形状測定装置の構成を示す図であり、フィゾー
干渉計によって構成されている。光源ユニット１から射
出した直線偏光したビームＬは、コリメータレンズ２で
平行光に変換されて、偏光ビームスプリッター３に入射
する。この光ビームＬの偏光面は、偏光ビームスプリッ
ター３で反射されるように選択されている。
実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施例にかか
る非球面形状測定装置の構成を示す図であり、フィゾー
干渉計によって構成されている。光源ユニット１から射
出した直線偏光したビームＬは、コリメータレンズ２で
平行光に変換されて、偏光ビームスプリッター３に入射
する。この光ビームＬの偏光面は、偏光ビームスプリッ
ター３で反射されるように選択されている。
【００１０】偏光ビームスプリッター３で反射された光
ビームＬは、１／４波長板４を経て、フイゾー部材５へ
入射する。フイゾー部材５に入射した光ビームＬは、フ
ィゾー部材５の参照平面（フィゾー面）５ａを透過する
測定光ＬＭと、参照平面５ａで反射される参照光ＬＲに
分割される。
ビームＬは、１／４波長板４を経て、フイゾー部材５へ
入射する。フイゾー部材５に入射した光ビームＬは、フ
ィゾー部材５の参照平面（フィゾー面）５ａを透過する
測定光ＬＭと、参照平面５ａで反射される参照光ＬＲに
分割される。
【００１１】測定光ＬＭは、レンズと回折光学素子の組
み合わせで構成される非球面波形成手段６へ入射し、非
球面波に変換され、被検非球面７に入射する。被検非球
面７で反射された測定光ＬＭは、非球面波形成手段６お
よび１／４波長板４を再度透過し、偏光ビームスプリッ
ター３へ入射する。
み合わせで構成される非球面波形成手段６へ入射し、非
球面波に変換され、被検非球面７に入射する。被検非球
面７で反射された測定光ＬＭは、非球面波形成手段６お
よび１／４波長板４を再度透過し、偏光ビームスプリッ
ター３へ入射する。
【００１２】一方、参照平面５ａで反射された参照光Ｌ
Ｒも、測定光ＬＭと同様に１／４波長板４を再度透過
し、偏光ビームスプリッター３へ入射する。
Ｒも、測定光ＬＭと同様に１／４波長板４を再度透過
し、偏光ビームスプリッター３へ入射する。
【００１３】測定光ＬＭと参照光ＬＲは、１／４波長板
を往復で２度透過するので、偏光面が９０度回転するた
め、偏光ビームスプリッター３を透過することとなる。
を往復で２度透過するので、偏光面が９０度回転するた
め、偏光ビームスプリッター３を透過することとなる。
【００１４】偏光ビームスプリッター３を透過した測定
光ＬＭと参照光ＬＲは、ビームエクスパンダー８でビー
ム径を変換され、２次元画像検出器９に入射し、干渉縞
が観察される。
光ＬＭと参照光ＬＲは、ビームエクスパンダー８でビー
ム径を変換され、２次元画像検出器９に入射し、干渉縞
が観察される。
【００１５】図２（ａ）、（ｂ）に、非球面波形成手段
６と形成される波面の状態を示す。図２（ａ）は、回折
光学素子６ｂにより回折された所定の次数の回折光の状
態を表し、図２（ｂ）は、回折光学素子６ｂの０次回折
光（直接透過光）の状態を表す図である。
６と形成される波面の状態を示す。図２（ａ）は、回折
光学素子６ｂにより回折された所定の次数の回折光の状
態を表し、図２（ｂ）は、回折光学素子６ｂの０次回折
光（直接透過光）の状態を表す図である。
【００１６】図２（ａ）に示すように、回折光学素子６
ｂの所定の次数の回折光である非球面波は、被検非球面
７に垂直に入射するように設計されている。
ｂの所定の次数の回折光である非球面波は、被検非球面
７に垂直に入射するように設計されている。
【００１７】一方、図２（ｂ）に示したように、回折光
学素子６ｂの０次光は、所定の焦点位置Ｆに集光するよ
うに設計されている。
学素子６ｂの０次光は、所定の焦点位置Ｆに集光するよ
うに設計されている。
【００１８】次に測定手順を説明する。まず、被検非球
面７を光路内に挿入する。回折光学素子６ｂでの所定の
次数の回折光は、被検非球面７の設計形状に対して垂直
に入射するように設計されているから、測定光は被検非
球面７で反射した後、往路の波面形状をほぼ維持して往
路を逆進する。従って、ほぼ平面波となって参照光ＬＲ
と干渉する。この干渉縞を解析することにより、被検非
球面７の位置での非球面波の波面形状ＷＡと、被検非球
面の面形状ＷＭとの差、 φＴＡ＝ＷＡ−ＷＭ を測定することができる。
面７を光路内に挿入する。回折光学素子６ｂでの所定の
次数の回折光は、被検非球面７の設計形状に対して垂直
に入射するように設計されているから、測定光は被検非
球面７で反射した後、往路の波面形状をほぼ維持して往
路を逆進する。従って、ほぼ平面波となって参照光ＬＲ
と干渉する。この干渉縞を解析することにより、被検非
球面７の位置での非球面波の波面形状ＷＡと、被検非球
面の面形状ＷＭとの差、 φＴＡ＝ＷＡ−ＷＭ を測定することができる。
【００１９】しかし、非球面波形成手段を構成するレン
ズや回折光学素子の基板の形状誤差や屈折率むら、さら
に組立誤差のために、非球面波に波面形状誤差が発生す
る。すなわち、被検非球面７の位置での非球面波の形状
ＷＡは、設計上の非球面波形状をＷ’Ａ、波面形状誤差
をＷＥ１とすると、次式、 ＷＡ＝Ｗ’Ａ＋ＷＥ１ （１） のように表すことができる。このため、非球面波形状Ｗ
Ａを校正する必要がある。
ズや回折光学素子の基板の形状誤差や屈折率むら、さら
に組立誤差のために、非球面波に波面形状誤差が発生す
る。すなわち、被検非球面７の位置での非球面波の形状
ＷＡは、設計上の非球面波形状をＷ’Ａ、波面形状誤差
をＷＥ１とすると、次式、 ＷＡ＝Ｗ’Ａ＋ＷＥ１ （１） のように表すことができる。このため、非球面波形状Ｗ
Ａを校正する必要がある。
【００２０】そこで、非球面波形状ＷＡを校正するた
め、被検非球面７を基準球面としての参照原器１０に置
き換えて測定を行う。参照原器１０は、回折光学素子６
ｂの０次回折光の集光位置Ｆと回折光学素子６ｂの距離
をｄ、参照原器１０の曲率半径をｒとして、回折光学素
子６ｂから距離ｄ−ｒの位置に、参照球面１０ａと０次
回折光が一致するように設置する。
め、被検非球面７を基準球面としての参照原器１０に置
き換えて測定を行う。参照原器１０は、回折光学素子６
ｂの０次回折光の集光位置Ｆと回折光学素子６ｂの距離
をｄ、参照原器１０の曲率半径をｒとして、回折光学素
子６ｂから距離ｄ−ｒの位置に、参照球面１０ａと０次
回折光が一致するように設置する。
【００２１】回折光学素子６ｂの０次光は球面波を形成
し、参照球面１０ａに対して垂直に入射するように設計
されているので、０次回折光は参照球面１０ａで反射し
た後、往路の波面形状をほぼ維持して往路を逆進し、ほ
ぼ平面波となって参照光ＬＲと干渉する。
し、参照球面１０ａに対して垂直に入射するように設計
されているので、０次回折光は参照球面１０ａで反射し
た後、往路の波面形状をほぼ維持して往路を逆進し、ほ
ぼ平面波となって参照光ＬＲと干渉する。
【００２２】この干渉縞を解析することにより、参照球
面１０ａの位置での球面波の波面形状ＷＢと、参照原器
１０の参照球面形状ＷＳとの差、 φＴＢ＝ＷＢ−ＷＳ を測定することができる。参照球面波形状ＷＳは高精度
に測定されているため、波面形成手段で発生する球面波
の波面形状ＷＢを高精度で知ることができる。参照球面
１０ａの位置における球面波形状をＷＢ、設計上の球面
波形状をＷ’Ｂとすると、次式（２）、 ＷＥ２＝ＷＢ−Ｗ’Ｂ （２） により、球面波の波面形状誤差ＷＥ２を知ることができ
る。非球面波に含まれる波面形状誤差ＷＥ１と、球面波
に含まれる波面形状誤差ＷＥ２は等しいため、式
（１）、（２）より非球面波形状ＷＡを校正できる。従
って、非球面波形状ＷＡと被検面形状ＷＭとの差の測定
値φＴＡにより、被検面７の面形状を高精度で測定する
ことができる。
面１０ａの位置での球面波の波面形状ＷＢと、参照原器
１０の参照球面形状ＷＳとの差、 φＴＢ＝ＷＢ−ＷＳ を測定することができる。参照球面波形状ＷＳは高精度
に測定されているため、波面形成手段で発生する球面波
の波面形状ＷＢを高精度で知ることができる。参照球面
１０ａの位置における球面波形状をＷＢ、設計上の球面
波形状をＷ’Ｂとすると、次式（２）、 ＷＥ２＝ＷＢ−Ｗ’Ｂ （２） により、球面波の波面形状誤差ＷＥ２を知ることができ
る。非球面波に含まれる波面形状誤差ＷＥ１と、球面波
に含まれる波面形状誤差ＷＥ２は等しいため、式
（１）、（２）より非球面波形状ＷＡを校正できる。従
って、非球面波形状ＷＡと被検面形状ＷＭとの差の測定
値φＴＡにより、被検面７の面形状を高精度で測定する
ことができる。
【００２３】なお、設計上の非球面波形状ＷＡ’および
球面波形状ＷＢ’は、それぞれ被検非球面の設計形状と
参照球面形状に等しいことが望ましい。
球面波形状ＷＢ’は、それぞれ被検非球面の設計形状と
参照球面形状に等しいことが望ましい。
【００２４】また、本実施例に係る非球面形状測定装置
および測定方法では、フィゾー干渉計を利用したが、ト
ワイマンーグリーン干渉計を用いることも可能である。
および測定方法では、フィゾー干渉計を利用したが、ト
ワイマンーグリーン干渉計を用いることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、回折光学
素子の０次光である球面波を高精度に測定し、非球面測
定結果を校正することによって、回折光学素子等の製作
誤差を除去し高精度に非球面形状を測定することができ
る。
素子の０次光である球面波を高精度に測定し、非球面測
定結果を校正することによって、回折光学素子等の製作
誤差を除去し高精度に非球面形状を測定することができ
る。
【図１】本発明の一実施例である非球面形状測定装置の
光学的配置を示す図である。
光学的配置を示す図である。
【図２】（ａ）は回折素子６ｂの所定の次数の回折光の
状態を、（ｂ）は０次光の状態をそれぞれ表す図であ
る。
状態を、（ｂ）は０次光の状態をそれぞれ表す図であ
る。
１ 光源ユニット ２ コリメータレンズ ３ 偏光ビームスプリッター ４ １／４波長板 ５ フィゾー部材 ５ａ 参照平面 ６ 非球面波形成手段 ６ａ レンズ部 ６ｂ 回折光学素子部 ７ 被検面 ８ ビームエクスパンダー ９ ２次元画倹検出器 １０ 球面参照原器 １０ａ 参照球面
Claims (2)
- 【請求項１】 光源からの光を分割し、一方の光を参照
面で反射させて参照光とし、他方の光を波面形成手段を
介して被検非球面で反射させて測定光とし、該測定光を
前記参照光と干渉させて干渉縞を形成し、該干渉縞に基
づいて前記被検面の面形状を測定する非球面形状測定装
置において、 前記波面形成手段は少なくとも回折光学素子を含み、前
記回折光学素子の所定の次数の回折光は前記被検面の面
形状に対応した非球面波であり、前記回折光学素子の０
次光は球面波であることを特徴とする非球面形状測定装
置。 - 【請求項２】 光源からの光を分割し、一方の光を参照
面で反射させて参照光とし、他方の光を、所定の次数の
回折光は被検面の面形状に対応した非球面波であり、０
次光は球面波である回折光学素子を含む波面形成手段を
介して被検面で反射させて測定光とし、前記測定光と前
記参照光を干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞に基
づいて前記被検面の面形状と前記所定の次数の回折光で
ある前記非球面波の波面形状との差分を測定する工程
と、 前記被検面を基準球面に置き換え、前記基準球面の面形
状と前記回折光学素子の０次光である前記球面波の波面
形状との差分を測定する工程と、 前記基準球面の面形状と前記球面波の波面形状との前記
差分に基づいて、前記非球面波の波面形状を校正するこ
とにより前記被検面の面形状を算出する工程とからなる
ことを特徴とする非球面形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9175125A JPH116784A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 非球面形状測定装置および測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9175125A JPH116784A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 非球面形状測定装置および測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH116784A true JPH116784A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15990731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9175125A Withdrawn JPH116784A (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 非球面形状測定装置および測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH116784A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002257525A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-09-11 | Nikon Corp | 波面変換光学系、面形状測定装置、及び面形状測定方法 |
| US6788389B2 (en) | 2001-07-10 | 2004-09-07 | Nikon Corporation | Production method of projection optical system |
| 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 |
| JP2009544953A (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | カール・ツァイス・エスエムティー・アーゲー | 光学表面の実際形状の所望形状からの偏差を測定する方法および装置 |
| JP2011058872A (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Konica Minolta Opto Inc | オートコリメータを用いた光学素子の偏心調整方法及び偏心測定方法、並びにレンズ加工方法 |
-
1997
- 1997-06-17 JP JP9175125A patent/JPH116784A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002257525A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-09-11 | Nikon Corp | 波面変換光学系、面形状測定装置、及び面形状測定方法 |
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