JP2003322587A - 面形状測定装置 - Google Patents
面形状測定装置Info
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- JP2003322587A JP2003322587A JP2002127774A JP2002127774A JP2003322587A JP 2003322587 A JP2003322587 A JP 2003322587A JP 2002127774 A JP2002127774 A JP 2002127774A JP 2002127774 A JP2002127774 A JP 2002127774A JP 2003322587 A JP2003322587 A JP 2003322587A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非球面加工において、加工中段、干渉計での
面形状測定が可能になる前の段階での面形状測定を高効
率で行う測定器を得ることを目的としている。 【解決手段】 シャックハルトマン方式の面形状測定に
おいて、マイクロレンズアレーに入射する光束を複数に
分割して、それら光束の夫々に、マイクロレンズアレー
とセンサー（ＣＣＤ）を配置する。そして、その内少な
くとも１つの光束を受光するマイクロレンズアレーとセ
ンサーの組が、測定光軸と垂直な面内の走査機構をも
つ。
面形状測定が可能になる前の段階での面形状測定を高効
率で行う測定器を得ることを目的としている。 【解決手段】 シャックハルトマン方式の面形状測定に
おいて、マイクロレンズアレーに入射する光束を複数に
分割して、それら光束の夫々に、マイクロレンズアレー
とセンサー（ＣＣＤ）を配置する。そして、その内少な
くとも１つの光束を受光するマイクロレンズアレーとセ
ンサーの組が、測定光軸と垂直な面内の走査機構をも
つ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シャックハルトマ
ン方式により、光学系の波面収差を測定する装置、さら
には面形状を測定する測定装置に関する。
ン方式により、光学系の波面収差を測定する装置、さら
には面形状を測定する測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学系の波面収差を計測する装置
として、シャックハルトマン方式波面収差測定法が知ら
れている。
として、シャックハルトマン方式波面収差測定法が知ら
れている。
【０００３】例えば、ＵＳＰ４１４１６５２，ＵＳＰ５
６２９７６５，ＵＳＰ４４９００３９，特許広報２５３
４１７０が上げられる。
６２９７６５，ＵＳＰ４４９００３９，特許広報２５３
４１７０が上げられる。
【０００４】これら波面収差測定法は、非球面あるいは
球面形状の測定に応用できる。その応用例での構成を図
４に示す。
球面形状の測定に応用できる。その応用例での構成を図
４に示す。
【０００５】図４において、１０１は被検面１０１ａを
有する反射鏡，１０２は被検面が非球面の時に配置され
るヌルレンズ、１０３はハーフミラープリズムで、光源
１０８，ピンホール１０９，レンズ１１０よりつくられ
る被検面の照明光を、被検面側に反射する。該照明光軸
１２２と測定系の光軸１２０の交点にピンホールの像が
結像するよう配置する。又、該交点は被検面の近軸曲率
中心とする。
有する反射鏡，１０２は被検面が非球面の時に配置され
るヌルレンズ、１０３はハーフミラープリズムで、光源
１０８，ピンホール１０９，レンズ１１０よりつくられ
る被検面の照明光を、被検面側に反射する。該照明光軸
１２２と測定系の光軸１２０の交点にピンホールの像が
結像するよう配置する。又、該交点は被検面の近軸曲率
中心とする。
【０００６】１０４はコリメータレンズで被検面からの
反射光束を略平面波にする。１０５はマイクロレンズア
レーで、コリメータ１０４からの光束をその各レンズ要
素ごとに分割して、センサー１０６（例えばＣＣＤ）面
上に結像させる。マイクロレンズアレーへの入射光束が
平面波であれば、結像点は、マイクロレンズアレーの光
軸１２１−ｉ（ｉはマイクロレンズの順次番号）上にな
る。
反射光束を略平面波にする。１０５はマイクロレンズア
レーで、コリメータ１０４からの光束をその各レンズ要
素ごとに分割して、センサー１０６（例えばＣＣＤ）面
上に結像させる。マイクロレンズアレーへの入射光束が
平面波であれば、結像点は、マイクロレンズアレーの光
軸１２１−ｉ（ｉはマイクロレンズの順次番号）上にな
る。
【０００７】被検面１０１ａとマイクロレンズアレーと
は共役とする。
は共役とする。
【０００８】被検面１０１ａとマイクロレンズアレーと
は共役であるので、マイクロレンズアレーの一つのレン
ズ要素は、被検面の一つの領域に対応し、被検面の一領
域にスロープエラーがあると、その一領域のスロープエ
ラーの平均値に依存して、その一領域に対応するレンズ
要素の結像点が基準結像点からずれる。
は共役であるので、マイクロレンズアレーの一つのレン
ズ要素は、被検面の一つの領域に対応し、被検面の一領
域にスロープエラーがあると、その一領域のスロープエ
ラーの平均値に依存して、その一領域に対応するレンズ
要素の結像点が基準結像点からずれる。
【０００９】該基準結像点を得るための光学系は、光源
１１１，ピンホール１１２，レンズ１１３によって構成
され、光軸１２３を持つ。参照光はハーフミラープリズ
ム１０３によって、測定光路に導光される。
１１１，ピンホール１１２，レンズ１１３によって構成
され、光軸１２３を持つ。参照光はハーフミラープリズ
ム１０３によって、測定光路に導光される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、被検
面はマイクロレンズアレーの要素数で分割される。セン
サーの素子数には制限があるので、要素数を増やすと一
要素あたりのセンサー素子数が少なくなり、測定のダイ
ナミックレンジ（最大検出スロープエラーが最小検出ス
ロープエラーの何倍か）が著しく小さくなる。逆に、測
定のダイナミックレンジを大きくとるため、一要素あた
りのセンサー素子数を大きく取るとマイクロレンズアレ
ーの要素数が少なくなり，被検面の分解面積が大きくな
り、細かなスロープエラーの変化を捉えることができな
くなる。
面はマイクロレンズアレーの要素数で分割される。セン
サーの素子数には制限があるので、要素数を増やすと一
要素あたりのセンサー素子数が少なくなり、測定のダイ
ナミックレンジ（最大検出スロープエラーが最小検出ス
ロープエラーの何倍か）が著しく小さくなる。逆に、測
定のダイナミックレンジを大きくとるため、一要素あた
りのセンサー素子数を大きく取るとマイクロレンズアレ
ーの要素数が少なくなり，被検面の分解面積が大きくな
り、細かなスロープエラーの変化を捉えることができな
くなる。
【００１１】本発明は、上記問題点を解決し、被検面の
分解面積を小さくし、十分な測定ダイナミックレンジを
得るものである。
分解面積を小さくし、十分な測定ダイナミックレンジを
得るものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１に記載し
た測定手段を備える面形状測定装置は、被検面を照明す
る照明光学系と、被検面からの反射光を略平面波とする
コリメータレンズと、該コリメータレンズからの光路を
複数の光路に分割するビームスプリッタと、該ビームス
プリッタによって分割された複数の光路夫々に対応し
て、多数点結像させるマイクロレンズアレーと、マイク
ロレンズアレーの結像位置に置かれたセンサー（受光素
子アレー）と、該マイクロレンズアレーと該センサーを
保持する保持体と、該マイクロレンズアレーと該センサ
ーと該保持体の一組以上が光軸と垂直な面内に移動する
ための機構を有し、該コリメータの焦点に相当する位置
に参照ピンホール像を結像させ、測定光路中、センサー
側へ導光する参照光学系と、参照光学系からの光束によ
るマイクロレンズアレーの結像位置と被検面からの反射
光束によるマイクロレンズアレーの結像位置の差から被
検面のスロープエラーを算出する演算装置を有すること
を特徴とする。
た測定手段を備える面形状測定装置は、被検面を照明す
る照明光学系と、被検面からの反射光を略平面波とする
コリメータレンズと、該コリメータレンズからの光路を
複数の光路に分割するビームスプリッタと、該ビームス
プリッタによって分割された複数の光路夫々に対応し
て、多数点結像させるマイクロレンズアレーと、マイク
ロレンズアレーの結像位置に置かれたセンサー（受光素
子アレー）と、該マイクロレンズアレーと該センサーを
保持する保持体と、該マイクロレンズアレーと該センサ
ーと該保持体の一組以上が光軸と垂直な面内に移動する
ための機構を有し、該コリメータの焦点に相当する位置
に参照ピンホール像を結像させ、測定光路中、センサー
側へ導光する参照光学系と、参照光学系からの光束によ
るマイクロレンズアレーの結像位置と被検面からの反射
光束によるマイクロレンズアレーの結像位置の差から被
検面のスロープエラーを算出する演算装置を有すること
を特徴とする。
【００１３】さらに、本願の請求項２に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記照明光学系と前記参
照光学系が共通の光学部分を持つことを特徴とする。
段を備える面形状測定装置は、前記照明光学系と前記参
照光学系が共通の光学部分を持つことを特徴とする。
【００１４】さらに、本願の請求項３に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記被検面と前記参照光
学系の測定光路への導光点の間に測定系の収差補正のた
めのヌルレンズを有することを特徴とする。
段を備える面形状測定装置は、前記被検面と前記参照光
学系の測定光路への導光点の間に測定系の収差補正のた
めのヌルレンズを有することを特徴とする。
【００１５】さらに、本願の請求項４に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記マイクロレンズアレ
ーと前記センサーと前記保持体の組が夫々、分割された
前記コリメータ光軸に対してシフトして配置されたこと
を特徴とする。
段を備える面形状測定装置は、前記マイクロレンズアレ
ーと前記センサーと前記保持体の組が夫々、分割された
前記コリメータ光軸に対してシフトして配置されたこと
を特徴とする。
【００１６】さらに、本願の請求項５に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記マイクロレンズアレ
ーと前記センサーと前記保持体の一組以上が分割された
前記コリメータ光軸と垂直な面内に移動するための機構
を有することを特徴とする。
段を備える面形状測定装置は、前記マイクロレンズアレ
ーと前記センサーと前記保持体の一組以上が分割された
前記コリメータ光軸と垂直な面内に移動するための機構
を有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明に従う面形状測定装
置の光学系の構成図であり、同図において、１は被検面
１ａを有する反射鏡，２は被検面が非球面の時に配置さ
れるヌルレンズで被検面が球面の場合は必要ない。３は
ハーフミラープリズムで、光源１６，ピンホール１７，
レンズ１８よりつくられる被検面の照明光を、被検面側
に反射する機能と、やはり、光源１６，ピンホール１
７，レンズ１８でつくられ、後述するマイクロレンズア
レーによって基準結像点を生み出す参照光を、後述する
センサー側に反射する機能とが切り替える機構を有す
る。
置の光学系の構成図であり、同図において、１は被検面
１ａを有する反射鏡，２は被検面が非球面の時に配置さ
れるヌルレンズで被検面が球面の場合は必要ない。３は
ハーフミラープリズムで、光源１６，ピンホール１７，
レンズ１８よりつくられる被検面の照明光を、被検面側
に反射する機能と、やはり、光源１６，ピンホール１
７，レンズ１８でつくられ、後述するマイクロレンズア
レーによって基準結像点を生み出す参照光を、後述する
センサー側に反射する機能とが切り替える機構を有す
る。
【００１８】該照明兼参照光学系はその光軸２７と測定
系の光軸２０の交点にピンホールの像が結像するよう配
置する。又、該交点は被検面の近軸曲率中心とする。
系の光軸２０の交点にピンホールの像が結像するよう配
置する。又、該交点は被検面の近軸曲率中心とする。
【００１９】４はコリメータレンズで被検面からの反射
光束を略平面波にする。５はビームスプリッタで該コリ
メータの光軸を複数の光軸２１及び２２に分割する。６
は分割された第一の光軸２１の光路に置かれた第一のマ
イクロレンズアレー、７は第一のセンサーで、８は該光
路に置かれた第二のマイクロレンズアレー、９は第二の
センサーである。１０はマイクロレンズアレー６及び
８、センサー７及び９を保持する保持体である。
光束を略平面波にする。５はビームスプリッタで該コリ
メータの光軸を複数の光軸２１及び２２に分割する。６
は分割された第一の光軸２１の光路に置かれた第一のマ
イクロレンズアレー、７は第一のセンサーで、８は該光
路に置かれた第二のマイクロレンズアレー、９は第二の
センサーである。１０はマイクロレンズアレー６及び
８、センサー７及び９を保持する保持体である。
【００２０】１１は分割された第二の光軸２２の光路に
置かれた第三のマイクロレンズアレー、１２は第三のセ
ンサーで、１３は該光軸に置かれた第四のマイクロレン
ズアレー、１４は第四のセンサーである。１５はマイク
ロレンズアレー１１及び１３、センサー１２及び１４を
保持する保持体である。
置かれた第三のマイクロレンズアレー、１２は第三のセ
ンサーで、１３は該光軸に置かれた第四のマイクロレン
ズアレー、１４は第四のセンサーである。１５はマイク
ロレンズアレー１１及び１３、センサー１２及び１４を
保持する保持体である。
【００２１】マイクロレンズアレーへの入射光束が平面
波であれば、結像点は、マイクロレンズアレー夫々の光
軸２３−ｉ（ｉはマイクロレンズの順次番号），光軸２
４−ｉ，光軸２５−ｉ，光軸２６−ｉ，上になる。
波であれば、結像点は、マイクロレンズアレー夫々の光
軸２３−ｉ（ｉはマイクロレンズの順次番号），光軸２
４−ｉ，光軸２５−ｉ，光軸２６−ｉ，上になる。
【００２２】被検面１ａとマイクロレンズアレーとは共
役である。
役である。
【００２３】被検面１ａとマイクロレンズアレーとは共
役であるので、マイクロレンズアレーの一つのレンズ要
素は、被検面の一つの領域に対応し、被検面の一領域に
スロープエラーがあるとその一領域のスロープエラーの
平均値に依存して、その一領域に対応するレンズ要素の
結像点が基準結像点からずれる。
役であるので、マイクロレンズアレーの一つのレンズ要
素は、被検面の一つの領域に対応し、被検面の一領域に
スロープエラーがあるとその一領域のスロープエラーの
平均値に依存して、その一領域に対応するレンズ要素の
結像点が基準結像点からずれる。
【００２４】センサー７，９，１２，１４からの出力信
号は、演算装置１９に与えられ、参照系による基準結像
点と被検面での反射光による結像点とが比較され、その
ずれから、所定のアルゴリズムをもって被検面のスロー
プエラーが演算される。
号は、演算装置１９に与えられ、参照系による基準結像
点と被検面での反射光による結像点とが比較され、その
ずれから、所定のアルゴリズムをもって被検面のスロー
プエラーが演算される。
【００２５】図１において、ｒ：被検面の近軸曲率半
径，ｄ：被検面の直径，ｆｃ：コリメータレンズの焦点
距離，ｅ：コリメータレンズとマイクロレンズアレーの
距離，ｆｍ：マイクロレンズアレーのレンズ要素の焦点
距離 Ｓ：コリメータから射出される測定光束の直径，Ｓ０：
一つのマイクロレンズアレー（一つのセンサーの大きさ
に等しいとして）の大きさ、ヌルレンズのパワーを０と
し、Ｓ／Ｓ０＝β、センサー間の非受光部の大きさ＝０
として、測定光学系の構成に必要な諸値を計算すると、 ｆｃ＝（β×Ｓ０×ｒ）／ｄ ｅ＝（−１／（ｒ＋ｆｃ）＋１／ｆｃ）−１ ここで、ｋ：センサー１ピッチを単位とした検出可能な
結像ずれの最小値，ｐ：センサーピッチ（センサー１素
子の大きさ），ε：最小検出スロープエラーとすると、 ｆｍ＝（ｋ×ｐ×ｆｃ）／（２×ε×ｒ） マイクロレンズアレーの数：Ｎとすると、最大検スロー
プエラーεｍａｘは、 εｍａｘ＝（ｆｃ×Ｓ０）／（４×ｆｍ×ｒ×Ｎ） となる。
径，ｄ：被検面の直径，ｆｃ：コリメータレンズの焦点
距離，ｅ：コリメータレンズとマイクロレンズアレーの
距離，ｆｍ：マイクロレンズアレーのレンズ要素の焦点
距離 Ｓ：コリメータから射出される測定光束の直径，Ｓ０：
一つのマイクロレンズアレー（一つのセンサーの大きさ
に等しいとして）の大きさ、ヌルレンズのパワーを０と
し、Ｓ／Ｓ０＝β、センサー間の非受光部の大きさ＝０
として、測定光学系の構成に必要な諸値を計算すると、 ｆｃ＝（β×Ｓ０×ｒ）／ｄ ｅ＝（−１／（ｒ＋ｆｃ）＋１／ｆｃ）−１ ここで、ｋ：センサー１ピッチを単位とした検出可能な
結像ずれの最小値，ｐ：センサーピッチ（センサー１素
子の大きさ），ε：最小検出スロープエラーとすると、 ｆｍ＝（ｋ×ｐ×ｆｃ）／（２×ε×ｒ） マイクロレンズアレーの数：Ｎとすると、最大検スロー
プエラーεｍａｘは、 εｍａｘ＝（ｆｃ×Ｓ０）／（４×ｆｍ×ｒ×Ｎ） となる。
【００２６】さらに、マイクロレンズアレーのレンズ要
素の像側開口角をα’として、マイクロレンズアレーの
レンズ要素の結像の広がりδをエアリーディスクの直径
として、 δ＝１．２２×λ／ｓｉｎα’ となる。
素の像側開口角をα’として、マイクロレンズアレーの
レンズ要素の結像の広がりδをエアリーディスクの直径
として、 δ＝１．２２×λ／ｓｉｎα’ となる。
【００２７】図２はビームスプリッタで分割された一つ
の光軸２１の光路に３行３列のマイクロレンズアレーと
センサーの組を配列した場合の受光面を示している。２
０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０
７，２０８，２０９は各々一つのセンサー（例えば１枚
のＣＣＤ）の受光面を表し、総体ｘ０，ｙ０の受光領域
を持つ。２１０はセンサーのパッケージ等のために各セ
ンサー間に存在することになる非受光部で幅ｘｂ，ｙｂ
としてハッチングで示している。
の光軸２１の光路に３行３列のマイクロレンズアレーと
センサーの組を配列した場合の受光面を示している。２
０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０
７，２０８，２０９は各々一つのセンサー（例えば１枚
のＣＣＤ）の受光面を表し、総体ｘ０，ｙ０の受光領域
を持つ。２１０はセンサーのパッケージ等のために各セ
ンサー間に存在することになる非受光部で幅ｘｂ，ｙｂ
としてハッチングで示している。
【００２８】該非受光部に相当する被検面は測定されな
い。
い。
【００２９】図３はビームスプリッタで分割された一つ
の光軸２１の光路に３行３列のマイクロレンズアレーと
センサーの組を配列し、別の光軸２２の光路に３行３列
のマイクロレンズアレーとセンサーの組を、上記非受光
部２１０の幅ｘｂ，ｙｂだけシフトして配置した場合の
受光面を示している。２０１，２０２，２０３，２０
４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９は光軸２
１の光路に、２１１，２１２，２１３，２１４，２１
５，２１６，２１７，２１８，２１９は光軸２２の光路
に配置した各々一つのセンサーの受光面である。２２０
はｘ０，ｙ０の受光領域内における非受光部で、ｘｂ×
ｙｂが１２箇所存在する。
の光軸２１の光路に３行３列のマイクロレンズアレーと
センサーの組を配列し、別の光軸２２の光路に３行３列
のマイクロレンズアレーとセンサーの組を、上記非受光
部２１０の幅ｘｂ，ｙｂだけシフトして配置した場合の
受光面を示している。２０１，２０２，２０３，２０
４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９は光軸２
１の光路に、２１１，２１２，２１３，２１４，２１
５，２１６，２１７，２１８，２１９は光軸２２の光路
に配置した各々一つのセンサーの受光面である。２２０
はｘ０，ｙ０の受光領域内における非受光部で、ｘｂ×
ｙｂが１２箇所存在する。
【００３０】ここで、光軸２２の光路に配列されている
マイクロレンズアレーとセンサーの保持体に光軸２２に
垂直な面内に移動可能な機構をもたせ、光軸２１の光路
に配列したマイクロレンズアレーとセンサーの組に対し
て、４回のシフト、即ち（０，０），（ｘｂ，０），
（０，ｙｂ），（ｘｂ，ｙｂ）の測定を行えば、非受光
部は無くなる。
マイクロレンズアレーとセンサーの保持体に光軸２２に
垂直な面内に移動可能な機構をもたせ、光軸２１の光路
に配列したマイクロレンズアレーとセンサーの組に対し
て、４回のシフト、即ち（０，０），（ｘｂ，０），
（０，ｙｂ），（ｘｂ，ｙｂ）の測定を行えば、非受光
部は無くなる。
【００３１】（実施例）本発明に従う面形状測定装置の
光学系の配置に関する実施例を表１、表２、にあげる。
光学系の配置に関する実施例を表１、表２、にあげる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】但し、一次元方向について計算している
が、二次元への拡張は同一値で可能である。
が、二次元への拡張は同一値で可能である。
【００３５】又、センサーの配列において、非受光部の
大きさは、受光部の大きさに対して十分小さいとする。
大きさは、受光部の大きさに対して十分小さいとする。
【００３６】（表１に示す実施例）被検面の近軸曲率半
径＝２０００ｍｍ，被検面の有効口径＝８００ｍｍ センサーの１ピッチの大きさ０．０１３５ｍｍ，センサ
ーの一次元方向の素子数＝２０４８ 演算装置が検出できる結像点の移動の最小値をセンサー
１ピッチを単位として１ピッチ としたとき、最小検出スロープエラー＝２ｓｅｃ，４ｓ
ｅｃについて，コリメータ射出光束／マイクロレンズア
レーの大きさβ＝１，２，３についてマイクロレンズの
要素数＝２０，３０について、測定系の構成に必要な諸
値を表している。
径＝２０００ｍｍ，被検面の有効口径＝８００ｍｍ センサーの１ピッチの大きさ０．０１３５ｍｍ，センサ
ーの一次元方向の素子数＝２０４８ 演算装置が検出できる結像点の移動の最小値をセンサー
１ピッチを単位として１ピッチ としたとき、最小検出スロープエラー＝２ｓｅｃ，４ｓ
ｅｃについて，コリメータ射出光束／マイクロレンズア
レーの大きさβ＝１，２，３についてマイクロレンズの
要素数＝２０，３０について、測定系の構成に必要な諸
値を表している。
【００３７】該表において、最小検出スロープエラー２
ｓｅｃ，マイクロレンズの要素数２０において、β＝１
では、被検面の分解長さは４０ｍｍであるが、β＝３即
ち１次元方向３個のセンサ―を配置した場合は、１３．
３３ｍｍと大きく改善され、最大検出スロープエラーは
同一である。またマイクロレンズ結像の広がりは、直径
で０．０２７ｍｍから０．０８１ｍｍと広がるが、セン
サー６ピッチ分であり、演算装置によって結像点の１ピ
ッチの移動は検出可能である。
ｓｅｃ，マイクロレンズの要素数２０において、β＝１
では、被検面の分解長さは４０ｍｍであるが、β＝３即
ち１次元方向３個のセンサ―を配置した場合は、１３．
３３ｍｍと大きく改善され、最大検出スロープエラーは
同一である。またマイクロレンズ結像の広がりは、直径
で０．０２７ｍｍから０．０８１ｍｍと広がるが、セン
サー６ピッチ分であり、演算装置によって結像点の１ピ
ッチの移動は検出可能である。
【００３８】（表２に示す実施例）被検面の近軸曲率半
径＝９０００ｍｍ，被検面の有効口径＝３５００ｍｍ センサーの１ピッチの大きさ０．０１３５ｍｍ，センサ
ーの一次元方向の素子数＝２０４８ 演算装置が検出できる結像点の移動の最小値をセンサー
１ピッチを単位として１ピッチ としたとき、最小検出スロープエラー＝２ｓｅｃ，４ｓ
ｅｃについて，コリメータ射出光束／マイクロレンズア
レーの大きさβ＝１，２，３について、マイクロレンズ
の要素数＝２０，３０について、測定系の構成に必要な
諸値を表している。
径＝９０００ｍｍ，被検面の有効口径＝３５００ｍｍ センサーの１ピッチの大きさ０．０１３５ｍｍ，センサ
ーの一次元方向の素子数＝２０４８ 演算装置が検出できる結像点の移動の最小値をセンサー
１ピッチを単位として１ピッチ としたとき、最小検出スロープエラー＝２ｓｅｃ，４ｓ
ｅｃについて，コリメータ射出光束／マイクロレンズア
レーの大きさβ＝１，２，３について、マイクロレンズ
の要素数＝２０，３０について、測定系の構成に必要な
諸値を表している。
【００３９】該表において、最小検出スロープエラー２
ｓｅｃ，マイクロレンズの要素数２０において、β＝１
では、被検面の分解長さは１７５ｍｍであるが、β＝３
とした場合即ち１次元方向３個のセンサ―を配置した場
合は、５８．３３ｍｍと大きく改善され、最大検出スロ
ープエラーは同一である。またマイクロレンズ結像の広
がりは、直径で０．００６ｍｍから０．０１８ｍｍと広
がるが、センサー１．３３ピッチ分であり、演算装置に
よって結像点の１ピッチの移動は十分検出可能である。
ｓｅｃ，マイクロレンズの要素数２０において、β＝１
では、被検面の分解長さは１７５ｍｍであるが、β＝３
とした場合即ち１次元方向３個のセンサ―を配置した場
合は、５８．３３ｍｍと大きく改善され、最大検出スロ
ープエラーは同一である。またマイクロレンズ結像の広
がりは、直径で０．００６ｍｍから０．０１８ｍｍと広
がるが、センサー１．３３ピッチ分であり、演算装置に
よって結像点の１ピッチの移動は十分検出可能である。
【００４０】
【発明の効果】本願の請求項１に記載した発明によれ
ば、被検面の分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数
を大きくし、かつ検出できる最大スロープエラーを確保
した面形状測定装置を得ることが出来る。
ば、被検面の分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数
を大きくし、かつ検出できる最大スロープエラーを確保
した面形状測定装置を得ることが出来る。
【００４１】本願の請求項２に記載した発明によれば、
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の照明系と基準結像点を得るた
めの参照系とを一つに簡素化出来る。
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の照明系と基準結像点を得るた
めの参照系とを一つに簡素化出来る。
【００４２】本願の請求項３に記載した発明によれば、
被検面が放物面、双曲面のような非球面であっても、分
解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、か
つ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測定
装置を得ることが出来る。
被検面が放物面、双曲面のような非球面であっても、分
解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、か
つ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測定
装置を得ることが出来る。
【００４３】本願の請求項４に記載した発明によれば、
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の非測定部分を小さくした面形
状測定装置を得ることができる。
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の非測定部分を小さくした面形
状測定装置を得ることができる。
【００４４】本願の請求項４に記載した発明によれば、
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の非測定部分を無くした面形状
測定装置を得ることができる。
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の非測定部分を無くした面形状
測定装置を得ることができる。
【図１】 本発明に従う面形状測定装置の構成を表した
図
図
【図２】 本発明に従う面形状測定装置の一つのセンサ
ー配列の受光面を表した図
ー配列の受光面を表した図
【図３】 本発明に従う面形状測定装置の二つのセンサ
ー配列の受光面を重ねて表した図
ー配列の受光面を重ねて表した図
【図４】 従来例に従う面形状測定装置の構成を表す図
１ 反射鏡
１ａ 被検面
２ ヌルレンズ
３ ハーフミラープリズム
４ コリメータレンズ
５ ビームスプリッタ
６ マイクロレンズアレー
７ センサー（例えばＣＣＤ）
８ マイクロレンズアレー
９ センサー（例えばＣＣＤ）
１０ マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保持
体 １１ マイクロレンズアレー １２ センサー（例えばＣＣＤ） １３ マイクロレンズアレー １４ センサー（例えばＣＣＤ） １５ マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保持
体 １６ 光源 １７ ピンホール １８ レンズ １９ 演算装置 ２０ 測定系の光軸 ２１，２２ ビームスプリッタで分割されたコリメータ
４の光軸 ２３−ｉ，２４−ｉ，２５−ｉ，２５−ｉ，２６−ｉ
（ｉはマイクロレンズの順次番号）はマイクロレンズア
レー６，８，１１，１３の光軸 ２７ 照明兼参照系 ｒ 被検面の近軸曲率半径 ｄ 被検面の直径 ｆｃ コリメータレンズの焦点距離 ｅ コリメータレンズとマイクロレンズアレーの距離 ｆｍ マイクロレンズアレーのレンズ要素の焦点距離 Ｓ コリメータから射出される測定光束の直径 Ｓ０ 一つのマイクロレンズアレー（センサーの大きさ
に等しいとして）の大きさ ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２
０７，２０８，２０９各々一つのセンサー（例えば１枚
のＣＣＤ）の受光面 ２１０ センサーのパッケージ等のために各センサー間
に存在することになる非受光部 ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２
０７，２０８，２０９図１の光軸２１ ２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２
１７，２１８，２１９図１の光軸２２に配置した各々一
つのセンサーの受光面 ２２０ 受光領域内における非受光部 １０１ 反射鏡 １０１ａ 被検面 １０２ ヌルレンズ １０３ ハーフミラープリズム １０４ コリメータレンズ １０５ マイクロレンズアレー １０６ センサー（例えばＣＣＤ） １０７ マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保
持体 １０８ 光源 １０９ ピンホール １１０ レンズ １１１ レンズ １１２ ピンホール １１３ レンズ １２０ 測定系の光軸 １２１−ｉ マイクロレンズアレーの光軸 １２２ 照明系の光軸 １２３ 参照系の光軸
体 １１ マイクロレンズアレー １２ センサー（例えばＣＣＤ） １３ マイクロレンズアレー １４ センサー（例えばＣＣＤ） １５ マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保持
体 １６ 光源 １７ ピンホール １８ レンズ １９ 演算装置 ２０ 測定系の光軸 ２１，２２ ビームスプリッタで分割されたコリメータ
４の光軸 ２３−ｉ，２４−ｉ，２５−ｉ，２５−ｉ，２６−ｉ
（ｉはマイクロレンズの順次番号）はマイクロレンズア
レー６，８，１１，１３の光軸 ２７ 照明兼参照系 ｒ 被検面の近軸曲率半径 ｄ 被検面の直径 ｆｃ コリメータレンズの焦点距離 ｅ コリメータレンズとマイクロレンズアレーの距離 ｆｍ マイクロレンズアレーのレンズ要素の焦点距離 Ｓ コリメータから射出される測定光束の直径 Ｓ０ 一つのマイクロレンズアレー（センサーの大きさ
に等しいとして）の大きさ ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２
０７，２０８，２０９各々一つのセンサー（例えば１枚
のＣＣＤ）の受光面 ２１０ センサーのパッケージ等のために各センサー間
に存在することになる非受光部 ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２
０７，２０８，２０９図１の光軸２１ ２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２
１７，２１８，２１９図１の光軸２２に配置した各々一
つのセンサーの受光面 ２２０ 受光領域内における非受光部 １０１ 反射鏡 １０１ａ 被検面 １０２ ヌルレンズ １０３ ハーフミラープリズム １０４ コリメータレンズ １０５ マイクロレンズアレー １０６ センサー（例えばＣＣＤ） １０７ マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保
持体 １０８ 光源 １０９ ピンホール １１０ レンズ １１１ レンズ １１２ ピンホール １１３ レンズ １２０ 測定系の光軸 １２１−ｉ マイクロレンズアレーの光軸 １２２ 照明系の光軸 １２３ 参照系の光軸
─────────────────────────────────────────────────────
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(72)発明者 鈴木 正治
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ
ノン株式会社内
(72)発明者 谷口 誠
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ
ノン株式会社内
(72)発明者 松田 融
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ
ノン株式会社内
Ｆターム(参考） 2F065 AA46 AA53 CC21 FF10 HH13
JJ03 JJ05 JJ09 JJ26 LL00
LL04 LL10 LL30 LL46
2G086 GG04
Claims (5)
- 【請求項１】被検面を照明する照明光学系と、 被検面からの反射光を略平面波とするコリメータレンズ
と、 該コリメータレンズからの光路を複数の光路に分割する
ビームスプリッタと、 該ビームスプリッタによって分割された複数の光路夫々
に対応して、多数点結像させるマイクロレンズアレー
と、マイクロレンズアレーの結像位置に置かれたセンサ
ー（受光素子アレー）と、 該マイクロレンズアレーと該センサーを保持する保持体
と、 該コリメータの焦点に相当する位置に参照ピンホール像
を結像させ、測定光路中、センサー側へ導光する参照光
学系と、参照光学系からの光束によるマイクロレンズア
レーの結像位置と被検面からの反射光束によるマイクロ
レンズアレーの結像位置の差から被検面のスロープエラ
ーを算出する演算装置を有することを特徴とする面形状
測定装置。 - 【請求項２】前記照明光学系と前記参照光学系が共通の
光学部分を持つことを特徴とする請求項１に記載の面形
状測定装置。 - 【請求項３】前記被検面と前記参照光学系の測定光路へ
の導光点の間に測定系の収差補正のためのヌルレンズを
有することを特徴とする請求項１に記載の面形状測定装
置。 - 【請求項４】前記マイクロレンズアレーと前記センサー
と前記保持体の組が夫々、分割されたコリメータの光軸
に対してシフトして配置されたことを特徴とする請求項
１に記載の面形状測定装置。 - 【請求項５】前記マイクロレンズアレーと前記センサー
と前記保持体の一組以上が分割されたコリメータの光軸
と垂直な面内に移動するための機構を有することを特徴
とする請求項１に記載の面形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002127774A JP2003322587A (ja) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | 面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002127774A JP2003322587A (ja) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | 面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003322587A true JP2003322587A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29541730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002127774A Pending JP2003322587A (ja) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | 面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003322587A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007522468A (ja) * | 2004-02-11 | 2007-08-09 | キネテイツク・リミテツド | 表面形状測定装置および方法 |
| CN102937421A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-02-20 | 南通大学 | 旋转轴对称光学非球面的实时检测方法 |
| EP2645053A1 (en) | 2012-03-26 | 2013-10-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component |
| CN104070418A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 轴对称光学非球面面形在线测量方法 |
| CN110686618A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-01-14 | 北京理工大学 | 结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法及*** |
| CN110702380A (zh) * | 2019-09-19 | 2020-01-17 | 北京控制工程研究所 | 一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法 |
-
2002
- 2002-04-30 JP JP2002127774A patent/JP2003322587A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007522468A (ja) * | 2004-02-11 | 2007-08-09 | キネテイツク・リミテツド | 表面形状測定装置および方法 |
| US7907262B2 (en) | 2004-02-11 | 2011-03-15 | Qinetiq Limited | Surface shape measurement apparatus and method |
| EP2645053A1 (en) | 2012-03-26 | 2013-10-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component |
| US9091534B2 (en) | 2012-03-26 | 2015-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component |
| CN102937421A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-02-20 | 南通大学 | 旋转轴对称光学非球面的实时检测方法 |
| CN103471521A (zh) * | 2012-10-29 | 2013-12-25 | 南通大学 | 快速、准确的光学非球面的实时检测方法 |
| CN102937421B (zh) * | 2012-10-29 | 2013-12-25 | 南通大学 | 旋转轴对称光学非球面的实时检测方法 |
| CN103471521B (zh) * | 2012-10-29 | 2015-10-21 | 南通大学 | 快速、准确的光学非球面的实时检测方法 |
| CN104070418A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 轴对称光学非球面面形在线测量方法 |
| CN110702380A (zh) * | 2019-09-19 | 2020-01-17 | 北京控制工程研究所 | 一种Wolter-I型X射线光学反射镜片性能评价方法 |
| CN110686618A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-01-14 | 北京理工大学 | 结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法及*** |
| CN110686618B (zh) * | 2019-11-22 | 2020-09-15 | 北京理工大学 | 结合全反射角定位的非球面参数误差干涉测量方法及*** |
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