(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。また、ビームスプリッタ１３と高ＮＡ球面基準レンズ２５との間に、入射した第２の平行光束の波面形状を補正（参照非球面レンズ２７の波面情報を補正）するデフォーマブルミラー４２を備えており、この補正値は制御演算部５１によって制御される。【選択図】図１
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【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、
前記光束分離合成手段と前記第１球面基準レンズとの間の前記第１光束の光路上、および前記光束分離合成手段と前記第２球面基準レンズとの間の前記第２光束の光路上の少なくとも一方に、入射した該第１光束または該第２光束の波面形状を補正して出射せしめるデフォーマブルミラーを配設してなることを特徴とする光波干渉測定装置。
【請求項２】
前記撮像体により得られた、前記被検体の表面形状情報に基づく干渉縞像の縞密度が低くなるように、前記入射した第１光束または第２光束の波面形状を補正するよう、前記デフォーマブルミラーの表面形状を変形駆動するコントローラを備えてなる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】
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または２記載の光波干渉測定装置。
【請求項４】
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１〜３のうちいずれか１項記載の光波干渉測定装置。
【請求項５】
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４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、
前記光束分離合成手段と前記第１球面基準レンズとの間の前記第１光束の光路上、および前記光束分離合成手段と前記第２球面基準レンズとの間の前記第２光束の光路上の少なくとも一方に、入射した該第１光束または該第２光束の波面形状を補正して出射せしめるデフォーマブルミラーを配設し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、前記撮像体により得られた、前記被検体の表面形状情報に基づく干渉縞像の縞密度が低くなるように、前記入射した第１光束または第２光束の波面形状を補正するよう、前記デフォーマブルミラーの表面形状を変形駆動するコントローラを備えてなることが好ましい。
【００１２】
また、上記光波干渉測定装置は、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【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基づくものであるが、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、基本的には上記２つの形状差情報に基づくものとなる。
【００１８】
通常の非球面形状であれば、上記構成によっても縞密度を十分に小さいものとすることが可能であり、良好な光波干渉測定を行うことが可能である。このような構成は、既に本願発明者によって発明され、特願2007-340136号（平成19年12月28日出願）において、既に特許庁に開示されている。
【００１９】
しかしながら、被検体の非球面形状によっては、局部的に球面形状との差が大きくなる場合があり、このような場合には、その問題となる部分の縞密度が大きくなってしまうことがある。
【００２０】
そこで、本発明に係る光波干渉測定装置においては、前記光束分離合成手段と前記第１球面基準レンズとの間の前記第１光束の光路上、および前記光束分離合成手段と前記第２球面基準レンズとの間の前記第２光束の光路上の少なくとも一方に、入射した該第１光束または該第２光束の波面形状を補正して出射せしめるデフォーマブルミラーを配設している。一般に、デフォーマブルミラーは可動範囲が小さいので、それのみによって、被検面の非球面形状からの光束波面に対応する程度まで、参照光の光束波面を変形させることは難しい。しかし、本発明のものでは、上述したように、２つの基準球面によって、第１段階の調整はなされているので、第１段階の調整によっても、なお局部的に縞密度が大きくなる部分について、デフォーマブルミラーで光束波面を補正すればよいので、いわば微調整とすることができ、これにより、局部的に球面形状との差が大きくなる非球面形状に対しても縞密度を十分に小さいものとすることが可能であり、種々のタイプの非球面形状の被検体に対して汎用的に適用することで良好な光波干渉測定を行うことが可能である。
【００２１】
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】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、この装置１０は、入射した第２の平行光束（ビームスプリッタ１３方向から入射した第２の平行光束および高ＮＡ球面基準レンズ２５方向から入射した第２の平行光束）の波面形状を補正して反射するデフォーマブルミラー４２を、ビームスプリッタ１３と高ＮＡ球面基準レンズ２５との間に備えている。
【００２５】
また、このデフォーマブルミラー４２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】
さらに、この装置１０は、コンピュータなどからなる制御演算部５１を備えている。この制御演算部５１は、撮像された干渉縞情報が入力され、その干渉縞情報に基づき、被検非球面レンズ１７の非球面表面形状を演算、解析するものであるが、その一方、その干渉縞情報に基づき、縞密度が高い部分に対して、その縞密度を低下させるように第２の平行光束の波面形状を補正すべく、デフォーマブルミラー４２の表面形状を変形させる駆動信号を出力するものである。
【００２７】
なお、デフォーマブルミラー４２とは、反射型の光変調装置であって、上記駆動信号に応じて空間的な光の位相分布を変更させるように構成されたものである。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４２に対して、上記駆動信号を入力させることにより、入射した第２の平行光束の波面形状を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、局部的に球面形状との差が大きくなる非球面形状に対しても縞密度を十分に小さいものとすることが可能である。また、参照非球面レンズ２７を極めて高精度に加工せずとも、参照非球面レンズ２７からの波面を理想的な形状に補正することができる。
【００２８】
なお、図１中には、デフォーマブルミラー４２により補正された波面が模式的に描かれている。
【００２９】
また、装置１０において、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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（第２球面基準レンズ）２５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。
【００３２】
以下、本発明の実施形態装置の作用について説明する。
一般に、被検非球面レンズ１７は、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、参照非球面レンズ２７の表面形状に基づき、定量的に測定するものである。
【００３３】
すなわち、上記透過/反射分離面１３ａにおいて二分された光原１１からの光束のうち、被検非球面レンズ１７に向かった第１の光束は、被検非球面レンズ１７と高ＮＡ球面基準レンズ１５の第１基準球面１５ａとの表面形状差に応じた波面情報を担持した状態で透過/反射分離面１３ａに戻る。これに対して、上記透過/反射分離面１３ａにおいて二分された光束のうち、参照非球面レンズ２７に向かった第２の光束は、参照非球面レンズ２７と高ＮＡ球面基準レンズ２５の第２基準球面２５ａとの表面形状差に応じた波面情報をデフォーマブルミラー４２により補正したものを担持した状態で透過/反射分離面１３ａに戻る。透過/反射分離面１３ａに戻った２つの光束は、この透過/反射分離面１３ａにおいて合波され、参照非球面レンズ２７に対する被検非球面レンズ１７の相対形状誤差情報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。
【００３４】
ただし、上述したように、参照非球面レンズ２７で反射された第２の光束は、参照非球面レンズ２７と第２基準球面２５ａとの表面形状差に基づく波面情報とデフォーマブルミラー４２により付与された波面情報とを加算したものを担持しているから、上述した干渉縞情報を演算する際には、実際に得られた干渉縞情報からデフォーマブルミラー４２により付与された波面情報を差し引いた上で、被検体の形状情報を解析することが肝要である。
これにより、縞密度が高い部分についても大幅に低下させることができることから、種々のタイプの非球面形状に対し、全有効領域の形状を同時に、かつ良好に取得することが可能となる。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば、上記実施形態のものでは、ビームスプリッタ１３と高ＮＡ球面基準レンズ２５との間に、デフォーマブルミラー４２を設けているが、これに替え、またはこれに加えて、ビームスプリッタ１３と高ＮＡ球面基準レンズ１５との間に、同様のデフォーマブルミラーを設けるようにしても、上記実施形態のものと同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、被検体が、局部的に球面形状との差が大きくなる非球面形状を有しており、その部分に対して縞密度を小さくするために被検体からの波面を補正する際にデフォーマブルミラーを用いる場合について記載しているが、本発明装置におけるデフォーマブルミラーによる波面の補正はこれに限られるものではない。例えば、参照非球面レンズ２７が高精度に加工されていない場合等において、参照非球面レンズ２７からの波面を、デフォーマブルミラーによって理想的な形状に補正するようにしてもよく、この場合には、参照非球面レンズの製造コストを安価にすることができる。
【００４１】
また、上記実施形態のものは、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。
【００４２】
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】
【００４３】
【図１】本発明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】
【００４４】
１０    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
２９    結像レンズ
３１    干渉計ＣＣＤカメラ
４１    ピエゾ素子
４２    デフォーマブルミラー
５１    制御演算部
【図１】
2009244227.tif 000003
【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