(57)【要約】【課題】非球面光学素子の表面形状を簡易かつ低コストで短時間のうちに測定し得る光波干渉測定装置を提供する。【解決手段】透過/反射分離面１３ａにおいて二分された光原１１からの光束は、それぞれ対応する球面基準レンズ１５、２５によって、被検非球面レンズ１７と参照非球面レンズ２７の表面形状に応じた波面情報を担持した状態で再び合波され、参照非球面レンズ２７に対する被検非球面レンズ１７の波面誤差が干渉縞情報とされて干渉計ＣＣＤカメラ３１の撮像面上に形成される。球面基準レンズ１５、２５は、互いに同一曲率の基準球面１５ａ、２５ａを有し、各レンズ１７、２７からの反射光による波面情報は、各レンズ１７、２７の表面形状と基準球面１５ａ、２５ａの表面形状との差によるものであるから、非球面であっても、全有効領域についての干渉縞情報を同時に取得することができる。【選択図】図１
2009162539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を光束分離合成手段により二分して、一方を被検体方向に向かう第１光束とするとともに、他方を参照体方向に向かう第２光束とし、
前記光束分離合成手段によって、該第１光束の該被検体からの戻り光と該第２光束の該参照体からの戻り光とを合成して干渉光となし、所定位置に配された撮像体上に前記被検体の表面形状情報に基づく干渉縞像を形成する光波干渉測定装置において、
前記被検体が表面形状を測定すべき非球面光学素子であり、前記参照体が該被検体の基準とすべき形状をなす非球面光学素子であり、
前記光束分離合成手段と前記被検体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第１光束を前記被検体の表面に入射させるとともに、該被検体の表面から反射された該第１光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該被検体に対向する面を第１基準球面とされた第１球面基準レンズが配され、
前記光束分離合成手段と前記参照体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第２光束を前記参照体の表面に入射させるとともに、該参照体の表面から反射された該第２光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該参照体に対向する面を、前記第１基準球面と同一曲率の第２基準球面を有する第２球面基準レンズが配されてなることを特徴とする光波干渉測定装置。
【請求項２】
等光路長型のマイケルソンタイプとされたことを特徴とする請求項１記載の光波干渉測定装置。
【請求項３】
前記第１光束と前記第２光束を光反射と光透過により分離し、かつ合成する、前記光束分離合成手段の分離面が前記ビームスプリッタの一面に設けられ、
前記ビームスプリッタが断面楔形状をなす板状に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光波干渉測定装置。
【請求項４】
前記ビームスプリッタの前記一面側に射出される光束の光路中であって、この光路中に配された前記球面基準レンズと該ビームスプリッタとの間に、前記第１光束と前記第２光束の光路長の差を補償する補償板が配されていることを特徴とする請求項３記載の光波干渉測定装置。
【請求項５】
前記参照体の表面にデフォーマブルミラーが付設されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光波干渉測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、非球面レンズの非球面形状を測定するために用いられる光波干渉測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非球面光学素子の非球面表面形状を高精度に測定したいという要求が、特にレンズ設計、製造等の分野において強い。
【０００３】
非球面形状の高精度な測定手法に係る技術としては、フィゾー型タイプの干渉計において、被測定非球面の基準とされた参照非球面を有する参照用反射素子を、該被測定非球面と近接配置し、該参照用反射素子で反射して被測定非球面に戻る参照光と、該被測定非球面において反射される物体光との光干渉により得られる干渉縞に基づき、被測定非球面の形状を測定し、この測定時において干渉縞をスキャニングする、いわゆる干渉縞スキャン法が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、非球面形状の高精度な測定手法に係る技術としては、下記特許文献２、３等に開示されたようないわゆる点スキャン法や、下記特許文献４等に記載されたような開口合成法を利用する手法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２００４−５３２９９０号公報
【特許文献２】特開平８−１４６０１８号公報
【特許文献３】特開２００１−１３３２４４号公報
【特許文献４】ＵＳＰ６,９５６,６５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献、特に上記特許文献１等に記載された手法では、参照非球面（非球面基準面）と被測定非球面との各光軸のズレが測定に大きく影響すること等の理由から、非球面形状をなす被検面の全領域について同時に、良好な干渉縞を得ることができない。結局、被検面全体について干渉縞情報を得るためには、各領域について干渉縞情報が現れる毎に撮像を繰返し、これら撮像された多数の干渉縞情報を組み合わせる等の処理が必要であるから、干渉縞情報の取得操作が極めて繁雑となる。
【０００７】
したがって、上記各特許文献に記載された手法では、いずれも膨大な測定時間を要することになる。
【０００８】
さらに、上記特許文献１記載のものでは、装置の製造コストが高価になってしまい、また、上記特許文献４記載のものでは、装置構成が複雑になるという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、非球面光学素子の表面形状を簡易かつ低コストで短時間のうちに測定し得る光波干渉測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光波干渉測定装置は、
光源からの光束を光束分離合成手段により二分して、一方を被検体方向に向かう第１光束とするとともに、他方を参照体方向に向かう第２光束とし、
前記光束分離合成手段によって、該第１光束の該被検体からの戻り光と該第２光束の該参照体からの戻り光とを合成して干渉光となし、所定位置に配された撮像体上に前記被検体の表面形状情報に基づく干渉縞像を形成する光波干渉測定装置において、
前記被検体が表面形状を測定すべき非球面光学素子であり、前記参照体が該被検体の基準とすべき形状をなす非球面光学素子であり、
前記光束分離合成手段と前記被検体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第１光束を前記被検体の表面に入射させるとともに、該被検体の表面から反射された該第１光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該被検体に対向する面を第１基準球面とされた第１球面基準レンズが配され、
前記光束分離合成手段と前記参照体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第２光束を前記参照体の表面に入射させるとともに、該参照体の表面から反射された該第２光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該参照体に対向する面を、前記第１基準球面と同一曲率の第２基準球面を有する第２球面基準レンズが配されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合において、上記装置は、等光路長型のマイケルソンタイプとすることが好ましい。
【００１２】
また、この場合において、前記第１光束と前記第２光束を光反射と光透過により分離し、かつ合成する前記光束分離合成手段の分離面が、前記ビームスプリッタの一面に設けられ、
前記ビームスプリッタが断面楔形状をなす板状に構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、該ビームスプリッタの前記一面側に射出される光束の光路中であって、この光路中に配されたいずれかの前記球面基準レンズと該ビームスプリッタとの間に、前記第１光束と前記第２光束の光路長の差を補償する補償板が配されていることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記参照体の表面にデフォーマブルミラーを付設するように構成することが可能である。
【００１５】
なお、前記基準球面は、上記参照体表面形状を表す非球面のベースとなる球面とされている。すなわち、該非球面を周知の非球面式で表した場合における曲率Ｃ（または曲率半径Ｒ）の値を、その曲率（または曲率半径）とした球面とされる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光波干渉測定装置は、光源からの光束を光束分離合成手段により二分して、一方を被検体方向に向かう第１光束とするとともに、他方を参照体方向に向かう第２光束としており、また、被検体から反射された第１光束と参照体から反射された第２光束とを該光束分離合成手段により合成することにより、その被検体表面形状情報を干渉縞情報として得ることができるようにしている。
【００１７】
そして、光束分離合成手段により合成せしめられる干渉光は、被検体表面での第１光束の反射光と、この被検体表面形状の基準となる参照体表面での第２光束の反射光との差に応じたものであるが、上記第１光束の反射光は被検体表面と第１基準球面との形状差に基づく情報（以下、形状差情報と称する）を有しており、一方、上記第２光束の反射光は参照体表面と第２基準球面との形状差情報を有しているから、両反射光束の干渉により形成された干渉縞は、上記２つの形状差情報によるものとなり、縞感度が大幅に小さいものとされている。これにより、干渉縞を撮像体上に良好に形成することが可能となり、非球面に極めて近い被検体表面の全領域に係る干渉縞情報を同時に取得することが可能である。
【００１８】
したがって、本発明に係る光波干渉測定装置によれば、非球面光学素子の表面形状を簡易かつ低コストで短時間のうちに測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る光波干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。
【００２０】
図１に示すように、この装置１０は、光源１１と、光源１１からの光束を平行光束とするコリメートレンズ１２と、このコリメートレンズ１２からの平行光束を透過/反射分離面１３ａにより二分するビームスプリッタ１３と、この透過/反射分離面１３ａにより反射された第１の平行光束を、被検非球面レンズ１７上に照射するとともに、被検非球面レンズ１７からの反射光を透過/反射分離面１３ａに戻す高ＮＡ球面基準レンズ（第１球面基準レンズ）１５と、この透過/反射分離面１３ａを透過した第２の平行光束を、参照非球面レンズ２７上に照射するとともに、参照非球面レンズ２７からの反射光を透過/反射分離面１３ａに戻す高ＮＡ球面基準レンズ（第２球面基準レンズ）２５と、透過/反射分離面１３ａにおける被検非球面レンズ１７からの反射光と参照非球面レンズ２７からの反射光との干渉により生じる干渉縞を撮像する干渉計ＣＣＤカメラ３１と、合波された上記両反射光による干渉縞を干渉計ＣＣＤカメラ３１の撮像面上に結像させる結像レンズ２９を備えている。
【００２１】
また、上記ビームスプリッタ１３は、透過/反射分離面１３ａとは反対側の面からの反射光によりノイズ干渉縞が発生するのを防止するため、対向する両面が互いに非平行となるように楔形状に構成されている。
【００２２】
また、光束がビームスプリッタ１３中を通過する回数が、第１の平行光束によるものでは１回であるのに対し、第２の平行光束によるものでは３回となっており、互いの光路長を一致させるために補償板１４が設けられ、かつビームスプリッタ１３と同一の楔方向となるように配された略同一の楔形状体にて構成されている。
【００２３】
また、高ＮＡ球面基準レンズ（第１球面基準レンズ）１５と、高ＮＡ球面基準レンズ２５（第２球面基準レンズ）は主要部のみを模式的に描いたものであって、各凹面は基準球面１５ａ、２５ａとされ、互いに同一曲率に形成されている。
【００２４】
すなわち、この基準球面１５ａ、２５ａは、入射された平行光束をこの基準球面１５ａ、２５ａから垂直に射出させるもので、被検非球面レンズ１７と参照非球面レンズ２７のベースとなる仮想球面に対して垂直に入射するように構成されている。ただし、被検非球面レンズ１７および参照非球面レンズ２７は、その表面形状がいずれも非球面であるから、これらレンズ１７、２７に対する光束の入射角は０度ではなく、若干の角度をもったものとなっている。
【００２５】
また、高ＮＡ球面基準レンズ２５にはピエゾ素子４１が付設されており、周知の位相シフト法を採用することが可能となっている。
【００２６】
なお、被検非球面レンズ１７は、一般に、形状の基準となる参照非球面レンズ２７に対して、若干の形状誤差を有しているものであり、この光波干渉測定装置１０は、このような被検非球面レンズ１７の形状誤差を定量的に測定するものである。
【００２７】
すなわち、透過/反射分離面１３ａにおいて二分された光原１１からの光束は、それぞれ対応する高ＮＡ球面基準レンズ１５、２５によって、被検非球面レンズ１７と参照非球面レンズ２７の表面形状の差に応じた波面情報を担持した状態で再び合波され、参照非球面レンズ２７に対する被検非球面レンズ１７の波面の相対誤差分が干渉縞情報とされて干渉計ＣＣＤカメラ３１の撮像面上に形成される。この際に、これら２つのレンズ１７、２７からの両反射光を互いに合波せしめて、参照非球面レンズ２７の形状に対する被検非球面レンズ１７の形状を干渉縞情報として求めるようにしている。
【００２８】
また、被検非球面レンズ１７からの反射光は被検非球面レンズ１７の表面と第１基準球面１５ａとの形状差に基づく形状差情報を担持しており、一方、参照非球面レンズ２７からの反射光は参照非球面レンズ２７の表面と第２基準球面２５ａとの形状差に基づく形状差情報を担持しているから、両反射光束の干渉により形成された干渉縞は、これら２つの形状差情報同士の差情報に基づくものとなる。これにより、縞感度を大幅に小さいものとすることができることから、全有効領域の形状を同時に取得することが可能となる。
【００２９】
したがって、被検体の各領域の干渉縞情報を部分的に求めた後、互いに組み合わせる必要があった、従来の非球面光学素子の干渉縞形状測定に比べて、測定解析時間を大幅に軽減することが可能である。また、解析ソフトも簡易なものとすることができ、測定に要するコストを低減することができる。
【００３０】
また、本実施形態装置は、等光路長型を構築し得る、マイケルソンタイプに構成されており、また、補償板１４を用いビームスプリッタ１３中の光束通過に応じて生じた光路長の差を補償しているので、光源１１からの出力光を低可干渉光とすることができる。これによって光路中の他の光学面からの反射光に基づくノイズ干渉縞の発生を回避することができる。
【００３１】
なお、補償板１４はビームスプリッタ１３と同様の硝材によって形成されており、屈折率および分散値は同一とされている。また、形状も同様に形成されている。ただし、補償板１４の屈折率、分散値および形状は、必ずしもビームスプリッタ１３のものと一致していなくともよく、要は、光路中にビームスプリッタ１３を挿入したことにより生じた上記両光路の光路長の差を補償しうるものであればよい。
【００３２】
図２は本発明の第２の実施形態に係る光波干渉測定装置の構成を概略的に示す図である。
【００３３】
この図２に示す装置１０ａは、図１に示す装置１０と基本的構成が略同様であるので、図１に示す装置１０と同一の機能を示す部材については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
この図２に示す装置１０ａは、図１に示す装置１０と比べて、参照非球面レンズ２７の表面にデフォーマブルミラー２７ａが付設（例えば貼着）されている。
【００３５】
デフォーマブルミラー２７ａは、反射型の光変調装置であって、電気信号により空間的な光の位相分布が変更可能とされている。すなわち、多数のミラーデバイスの位置や傾きが印加電圧によって各々変動可能に構成されており、多数のミラーデバイスによって形成される曲面も変形可能とされている。このようなデフォーマブルミラー２７ａに対して、時間的に変動する電気信号を入力することにより、参照非球面レンズ２７の表面形状が理想的な基準形状となるように微小量だけ変形させることができる。このようにすることにより、参照非球面レンズ２７を極めて高精度に加工せずとも、理想的な基準形状の参照非球面レンズ２７を形成することができる。
【００３６】
なお、図２中には、参照非球面レンズ２７の表面と第２基準球面２５ａとの形状差に基づく形状差情報を担持した波面が模式的に描かれている。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限られるものではなく、種々に態様を変更することができる。
【００３８】
例えば、上記態様のものは、低可干渉光束を用いて測定を行うようにしており、これにより高精度な測定結果を得ることが可能となるものであるが、高可干渉光束を用いて測定を行うようにしてもよい。この場合には、光学系の２つの光路の光路長を互いに高精度に一致させる必要がなくなり、光学系調整の簡易化を図ることが可能となる。
【００３９】
また、被検体としては、上記非球面レンズに限られるものではなく、球面レンズの測定に用いることができることは勿論であり、例えば反射ミラー等のレンズ以外の光学素子の表面形状（球面、非球面、自由曲面等）についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光波干渉測定装置の構成を示す概略図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光波干渉測定装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００４１】
１０、１０ａ      光波干渉測定装置
１１    光源
１２    コリメータレンズ
１３    ビームスプリッタ
１３ａ    透過/反射分離面
１４    補償板
１５    高ＮＡ球面基準レンズ（第１球面基準レンズ）
１５ａ、２５ａ    基準球面
１７    被検非球面レンズ
２５    高ＮＡ球面基準レンズ（第２球面基準レンズ）
２７    参照非球面レンズ
２７ａ    デフォーマブルミラー
２９    結像レンズ
３１    干渉計ＣＣＤカメラ
４１    ピエゾ素子
【図１】
2009162539.tif 000003
【図２】
2009162539.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月16日(2008.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特表２００４−５３２９９０号公報
【特許文献２】特開平８−１４６０１８号公報
【特許文献３】特開２００１−１３３２４４号公報
【特許文献４】ＵＳＰ６,９５６,６５７
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月13日(2008.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
光源からの光束を光束分離合成手段により二分して、一方を被検体方向に向かう第１光束とするとともに、他方を参照体方向に向かう第２光束とし、
前記光束分離合成手段によって、該第１光束の該被検体からの戻り光と該第２光束の該参照体からの戻り光とを合成して干渉光となし、所定位置に配された撮像体上に前記被検体の表面形状情報に基づく干渉縞像を形成する光波干渉測定装置において、
前記被検体が表面形状を測定すべき非球面光学素子であり、前記参照体が該被検体の基準とすべき形状をなす非球面光学素子であり、
前記光束分離合成手段と前記被検体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第１光束を前記被検体の表面に入射させるとともに、該被検体の表面から反射された該第１光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該被検体に対向する面を第１基準球面とされた第１球面基準レンズが配され、
前記光束分離合成手段と前記参照体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第２光束を前記参照体の表面に入射させるとともに、該参照体の表面から反射された該第２光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該参照体に対向する面を、前記第１基準球面と同一曲率の第２基準球面とされた第２球面基準レンズが配されてなることを特徴とする光波干渉測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る光波干渉測定装置は、
光源からの光束を光束分離合成手段により二分して、一方を被検体方向に向かう第１光束とするとともに、他方を参照体方向に向かう第２光束とし、
前記光束分離合成手段によって、該第１光束の該被検体からの戻り光と該第２光束の該参照体からの戻り光とを合成して干渉光となし、所定位置に配された撮像体上に前記被検体の表面形状情報に基づく干渉縞像を形成する光波干渉測定装置において、
前記被検体が表面形状を測定すべき非球面光学素子であり、前記参照体が該被検体の基準とすべき形状をなす非球面光学素子であり、
前記光束分離合成手段と前記被検体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第１光束を前記被検体の表面に入射させるとともに、該被検体の表面から反射された該第１光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該被検体に対向する面を第１基準球面とされた第１球面基準レンズが配され、
前記光束分離合成手段と前記参照体との間には、前記光束分離合成手段からの前記第２光束を前記参照体の表面に入射させるとともに、該参照体の表面から反射された該第２光束を前記光束分離合成手段に戻すように構成され、該参照体に対向する面を、前記第１基準球面と同一曲率の第２基準球面とされた第２球面基準レンズが配されてなることを特徴とするものである。