JP2008089356A - 非球面測定用素子、該非球面測定用素子を用いた光波干渉測定装置と方法、非球面の形状補正方法、およびシステム誤差補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光路上の空気の揺らぎや不要光による悪影響を受け難く安定した測定結果を得ることができるとともに、アライメント調整等の作業性に優れ、かつ製造後における補正加工を行うことも可能な非球面測定用素子と、このような非球面測定用素子を用いた光波干渉測定装置と方法、非球面の補正加工方法、およびシステム誤差補正方法を得る。
【解決手段】単体のレンズ部材からなる非球面測定用素子６Ａを、測定光学系と被測定体７Ａの被測定非球面７１Ａとの間に配置する。その参照基準球面６１Ａは、該球面に対し略垂直に入射された測定光の一部を透過せしめるとともに、測定光のその余を反射せしめて参照光となすものであり、反対側の非球面６２Ａは、参照基準球面６１Ａから被測定非球面７１Ａに至る測定光の各光線が被測定非球面７１Ａに略垂直に入射し、かつ該各光線の光路長が互いに略一定となるように形状設定がなされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、非球面レンズや非球面レンズ成形用の金型等の非球面形状を測定するために用いられる非球面測定用素子、該非球面測定用素子を用いた光波干渉測定装置と方法、該非球面測定用素子を用いて得られた測定結果を利用した非球面の形状補正方法、および光波干渉測定装置のシステム誤差補正方法に関する。

従来、被測定非球面の設計形状と相似な形状に形成された参照非球面を有する非球面測定用素子を、該参照非球面と被測定非球面とが対向するように近接配置し、該非球面測定用素子を介して被測定非球面に照射された光束の反射光と、参照非球面からの反射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する方法が知られている（下記特許文献１参照）。

ここで用いられる非球面測定用素子はレンズ部材で構成されたものであるが、非球面測定用素子としてゾーンプレートを用いることも行われている。例えば、下記特許文献２には、被測定非球面の測定に対応する領域に同心状のリングパターンで構成された透過型の回折格子を有し、測定に対応しない領域にアライメント用の反射型の回折格子を有してなる非球面測定用素子を用いた測定方法が開示されている。この測定方法では、測定光学系から出力された球面波を、非球面測定用素子を介して被測定非球面に照射し、該被測定非球面からの反射光と、測定光学系に配された参照基準面からの参照光と光干渉させて得られる干渉縞に基づき、被測定非球面の形状を測定するようにしている。

特開平６−２４１７４３号公報 特開平８−２１７１２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された方法では、非球面測定用素子の参照非球面と被測定非球面とを極めて近接させて配置する必要があるので、アライメント時に非球面測定用素子と被測定非球面が接触することを避けるために細心の注意を払うことが強いられる。また、他の被測定非球面を測定する際には、被測定非球面と非球面測定用素子との間に所定のワークスペースを確保し、被測定非球面を配置してから再度アライメントしなければならないため作業性が悪いという問題もある。

一方、上記特許文献２に記載された方法では、非球面測定用素子と被測定非球面との間に必要なワークスペースを確保し易いが、被測定非球面と参照基準面との光学距離が長くなるので、光路上の空気の揺らぎにより測定誤差を生じる虞がある。また、この種のゾーンプレートで構成された非球面測定用素子は、不要な回折光が測定誤差の要因となる虞があり、測定精度の信頼性を確保することが難しい。さらに、製造された後に、実際に使用される測定システムに応じた補正加工を施すことが難しいという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、光路上の空気の揺らぎや不要光による悪影響を受け難く安定した測定結果を得ることができるとともに、アライメント調整等の作業性に優れ、かつ製造後における補正加工を行うことも可能な非球面測定用素子と、このような非球面測定用素子を用いた光波干渉測定装置と方法、非球面の補正加工方法、およびシステム誤差補正方法を提供することを目的とする。

本発明に係る非球面測定用素子は、球面波からなる測定光を出力する測定光学系と被測定非球面との間に配置されるものであって、以下の事項を特徴とするものである。

すなわち、単体のレンズ部材として構成されており、前記測定光学系と対向する側のレンズ面は、該レンズ面に対し略垂直に入射された前記測定光の一部を透過せしめるとともに、該測定光のその余を反射せしめて参照光となす参照基準球面（球面で形成された参照基準面）とされ、前記被測定非球面と対向する側のレンズ面は、前記参照基準球面から前記被測定非球面に至る前記測定光の各光線が該被測定非球面に略垂直に入射し、かつ該各光線の光路長が互いに略一定となるように形成された非球面形状とされている。

本発明に係る非球面測定用素子において、測定光学系に対する傾き姿勢調整用の平面反射部を備えるようにすることが好ましい。

また、本発明に係る光波干渉測定装置は、光源部と、該光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と、該測定光学系と被測定非球面との間に配置される、本発明に係る前記非球面測定用素子と、該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を撮像する撮像手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る光波干渉測定装置において、前記測定光学系は、前記非球面測定用素子と対向する位置に基準レンズ部を有しており、該基準レンズ部は、１つの光軸調整用球面と、該光軸調整用球面に対し前記光源部からの前記光束を略垂直に入射せしめるレンズ群とを有しているとすることができる。

また、前記光源部は、射出する前記光束の可干渉距離が短い低可干渉光源部であり、前記測定光学系は、前記低可干渉光源部から射出された光束を２光束に分岐するとともに、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に該２光束を再合成し、分岐されてから再合成されるまでの該２光束の各光路長の差を調整する迂回路部を有してなるものとしてもよい。

また、前記迂回路部は、前記分岐されてから再合成されるまでの２光束の各光路長の差を、前記参照基準球面から前記被測定非球面までの往復光路長に略一致した状態と、前記参照球面から前記参照基準球面までの往復光路長に略一致した状態とに切替え可能に構成されていることが好ましい。

また、前記迂回路部において、前記２光束の各光路長の差を微小変化させることにより、フリンジスキャン測定を行うように構成することもできる。

または、前記光源部として、射出する前記光束の波長を走査可能な波長走査光源部を用い、該波長走査光源部からの光束の波長を走査することにより、フリンジスキャン測定を行うように構成するようにしてもよい。

また、前記参照基準球面には、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とが積層されてなる多層膜構造の光量比調整膜が着設されてなり、該光量比調整膜は、前記測定光学系側からの入射光に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を前記被測定非球面に向けて射出する機能を有するとともに、前記被測定非球面側から入射する前記戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を射出する機能を有する膜構成とされているとしてもよい。

本発明に係る光波干渉測定方法は、光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、本発明に係る非球面測定用素子を配置し、該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析することにより、前記被測定非球面の位相情報を求めることを特徴とする。

本発明に係る光波干渉測定方法において、前記干渉縞を解析する際に、ディストーションを補正する座標変換処理を行うことができる。

また、前記被測定非球面を複数の被測定領域に分割し、該分割された被測定領域毎に測定を行い、該被測定領域毎の測定結果を繋ぎ合わせるようにしてよい。

本発明に係る非球面の形状補正方法は、光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、本発明に係る非球面測定用素子を配置し、該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析し、該解析結果に基づき前記非球面測定用素子の非球面の形状を補正加工することを特徴とする。

本発明に係る他の非球面の形状補正方法は、光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、本発明に係る非球面測定用素子を配置し、該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析し、該解析結果に基づき前記被測定非球面の形状を補正加工することを特徴とする。

本発明に係るシステム誤差補正方法は、光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、本発明に係る非球面測定用素子を配置し、該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析し、該解析結果に基づき光波干渉測定装置のシステム誤差を補正することを特徴とする。

上記「単体のレンズ部材」とは、単体の部材として扱うことが可能な構成のレンズ部材を意味するものであり、複数のレンズを貼り合わせてなるいわゆる接合レンズや、屈折率分布が変化するＧＲＩＮレンズ等のレンズを含む概念である。

本発明に係る非球面測定用素子は、上記構成を備えたことにより以下のような効果を奏する。
すなわち、非球面測定用素子自体が、光波干渉測定における参照基準面（参照基準球面）を備えているので、参照基準面が素子とは別に離れた位置に設定されることを前提としたものに比べ、光路上の空気の揺らぎの影響を受け難く、測定結果に対する信頼性が高い。また、単体のレンズ部材として構成されているので、ゾーンプレートを用いた従来技術のもののように、不要な回折光が発生するという問題がなく、このような従来技術のものに比しても、安定した測定結果を得ることが可能となる。さらには、ゾーンプレートでは難しいとされる製造後の補正加工を行うことも可能である。

また、測定光学系と対向する側のレンズ面が、該レンズ面に対し略垂直に入射された測定光の一部を透過せしめるとともに、該測定光のその余を反射せしめて参照光となす参照基準球面とされているので、球面波を出力するように構成された干渉計装置（例えば、球面形状測定用の干渉計装置）に対して組み込むことが容易であり、また組み込むことによって、非球面の測定が可能となる。さらに、干渉計装置側の測定光学系に配される参照球面からの光束と、素子側の参照基準球面からの光束との光干渉により得られる干渉縞に基づき、測定光学系に対する素子のアライメント調整を容易に行うことも可能である。特に、測定光学系に対する傾き姿勢調整用の平面反射部を備えたものによれば、光軸の傾き調整を容易に行うことができるので、アライメント調整をより迅速に行うことが可能となる。

また、本発明の非球面測定用素子において、被測定非球面と対向する側のレンズ面の非球面形状は、参照基準球面から被測定非球面に至る測定光の各光線が該被測定非球面に略垂直に入射し、かつ該各光線の光路長が互いに略一定となるように形成されるものなので、被測定非球面との間に所定のワークスペースを設定し得るように非球面形状を決定することが可能であり、従来技術のように、被測定非球面と相似な形状を持つようにして、これを被測定非球面に近接配置するといった必要がない。したがって、このような従来技術のものに比べて、扱いが容易でありアライメント等の作業性が格段に向上する。

一方、本発明に係る光波干渉測定装置および方法によれば、上述のような本発明の非球面測定用素子を用いているので、被検非球面設置時等のアライメント調整作業が容易であり、かつ被検非球面の測定を高精度に安定して行うことが可能となる。

また、本発明に係る非球面の形状補正方法によれば、本発明の非球面測定用素子を用いて得られる干渉縞情報に基づき補正加工を行うので、非球面測定用素子の非球面形状や被検非球面の形状を高精度に補正加工することが可能となる。

さらに、本発明に係るシステム誤差補正方法によれば、本発明の非球面測定用素子を用いて得られる干渉縞情報に基づきシステムの誤差補正を行うので、光波干渉測定装置のシステム誤差を高精度に補正することが可能となる。

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は本発明の一実施形態に係る非球面測定用素子の形状および作用を示す断面図であり、図２は本発明の一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。

図１に示す非球面測定用素子６Ａは、球面波からなる測定光を出力する測定光学系（図示略）と被測定体７Ａの被測定非球面７１Ａとの間に配置されるものであって、単体のレンズ部材として構成されている。測定光学系と対向する側のレンズ面（図中左側のレンズ面）は、該レンズ面に対し略垂直に入射された測定光の一部を透過せしめるとともに、該測定光のその余を反射せしめて参照光となす参照基準球面６１Ａとされており、被測定非球面７１Ａと対向する側のレンズ面（図中右側のレンズ面）は、上記参照基準球面６１Ａから被測定非球面７１Ａ（厳密には、設計通りに形成された理想的な面）に至る測定光の各光線（光線軌跡を図示）が該被測定非球面７１Ａに略垂直に入射し、かつ該各光線の光路長が互いに略一定となるように形状設定がなされた非球面６２Ａとされている。また、この非球面測定用素子６Ａは、測定光学系に対する傾き姿勢調整用の平面反射部６３Ａ（図中１点鎖線で示す光軸に対し垂直な面で、図中右方から見ると円環状をなしている）を備えている。なお、図中の点Ｐは、上記参照基準球面６１Ａの曲率中心である。

一方、図２に示す光波干渉測定装置は、被測定体７が有する被測定非球面７１の形状を、非球面測定用素子６を用いて測定するものであり、干渉計本体部１とポジショニング調整部３と画像解析処理部５とを備えてなる。なお、図２に示す非球面測定用素子６は、図１に示すものと形状が異なるものであるが、基本的な構成（参照基準面６１、非球面６２、平面反射部６３を備えている）および作用は図１に示す非球面測定用素子６Ａと同じである。また、図２に示す被測定体７は、図１に示す被測定体７Ａとは異なるものであり、被測定非球面７１の他に、測定光学系に対する傾き姿勢調整用の平面反射部７２を備えている。なお、この被測定体７は、非球面レンズ成形用の金型を想定したものであるが、被測定体としてはこれに限定されるものではなく、非球面レンズ自体を被測定体とすることも可能である。

上記干渉計本体部１には、発光ダイオード（ＬＥＤ）やスーパー・ルミネッセント・ダイオード（ＳＬＤ）、ハロゲンランプ等により構成された低可干渉光源部１１Ｌ（主に測定の際に用いられる）と、ヘリウム・ネオンレーザや半導体レーザ（ＬＤ）等により構成された高可干渉光源部１１Ｈ（主に光軸調整の際に用いられる）とが択一的に切替え可能に配されている。また、この干渉計本体部１は、上記低可干渉光源部１１Ｌから射出された後、低可干渉光束用のコリメータレンズ１２Ｌにより平行光とされた低可干渉光束を２光束に分岐するとともに、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に該２光束を再合成し、分岐されてから再合成されるまでの該２光束の各光路長の差を調整する迂回路部１０を有してなる。

本実施形態において上記迂回路部１０は、上記コリメータレンズ１２Ｌを介して上記低可干渉光源部１１Ｌから射出された光束を、図中左方に反射される第１の光束と図中上方に透過する第２の光束とに分岐するハーフミラー１３と、上記第１の光束を再帰反射する第１の反射ミラー１４と、上記第２の光束の光路上に配された光路長補償用の補償板１５と、該補償板１５を透過した上記第２の光束を再帰反射する第２の反射ミラー１６と、上記第１の反射ミラー１４を保持する位置調整手段２０とを備えてなる。上記位置調整手段２０は、パルスステージ等により構成されており、上記第１の反射ミラー１４から上記ハーフミラー１３までの距離を変更することにより、上記低可干渉光束を用いた光干渉測定や光軸調整の際に必要となる干渉縞情報が得られるように、ハーフミラー１３において分岐され、第１および第２の反射ミラー１４，１６によりそれぞれ反射されて再びハーフミラー１３において再合成されるまでの上記第１および第２の光束の各光路長の差を調整し得るように構成されている。また、上記位置調整手段２０は、フリンジスキャン測定を行う際に上記第１の反射ミラー１４を光軸方向に微動し得るように構成されている。

また、上記干渉計本体部１は、上記迂回路部１０の光路上に挿脱可能に配された第３の反射ミラー１８および遮光板１９を備えている。この第３の反射ミラー１８および遮光板１９は、上記低可干渉光源部１１Ｌが使用される際には光路外に配置され、上記高可干渉光源部１１Ｈが使用される際に光路上に配置されるようになっている。上記第３の反射ミラー１８は、上記高可干渉光源部１１Ｈから高可干渉光束用のコリメータレンズ１２Ｈおよび戻り光防止用のアイソレータ１７を介して図中左方に出力された高可干渉光束を図中上方に反射して、上記低可干渉光束と同じ光路上に導くものであり、上記遮光板１９は、上記ハーフミラー１３および上記補償板１５を透過した高可干渉光束が上記第２の反射ミラー１６に入射することを阻止するものである。

さらに、上記干渉計本体部１には、ビーム径拡大用レンズ２１、ビームスプリッタ２２、コリメータレンズ２３、基準板２４、結像レンズ２５、および光検出面を有する撮像手段２６が配されている。上記基準板２４は、高精度に平滑化されてなる基準平面２４ａと、該基準平面２４ａと平行に配された裏面２４ｂとを備えた平行平板であり、該裏面２４ｂには反射防止膜が着設されている。また、この基準板２４は、図示せぬ２軸傾き調整手段に保持されており、後述のアライメント調整段階において、上記コリメータレンズ２３の光軸に対する傾き調整が行われるように構成されている。さらに、この基準板２４は、後述のアライメント調整段階において、光路外に退出可能に構成されている。

一方、上記ポジショニング調整部３は、上記干渉計本体部１から図中上方に出力された平行光束を球面波に変換する基準レンズ部３０と、該基準レンズ部３０から出射された球面波の光路を開閉可能に構成されたシャッター３４と、上記非球面測定用素子６が載置保持される第１の載置台３５と、上記被測定体７が載置保持される第２の載置台３６とを備えてなる。

上記基準レンズ部３０は、上記干渉計本体部１に配された各光学部材と共に測定光学系を構成するものであり、上記非球面測定用素子６と対向する側に光軸調整用球面３２ａを有する対物レンズ３２と、該光軸調整用球面３２ａに対し上記干渉計本体部１からの平行光束を略垂直に入射せしめるレンズ群３１（図では１つのレンズとして示されている）とが鏡筒３３内に配されてなり、上記干渉計本体部１と上記非球面測定用素子６との間の光路上に挿脱されるように構成されている。また、この基準レンズ部３０は、２軸傾き調整手段および３軸位置調整手段（いずれも図示略）を介して保持されており、後述のアライメント調整段階において、上記干渉計本体部１に対する光軸の傾き調整、および上記非球面測定用素子６に対する位置調整が行われるようになっている。

上記第１の載置台３５は、例えば、図３（第１の載置台３５の平面図）に示すように構成される。この第１の載置台３５は、図２に示すように上記非球面測定用素子６の参照基準球面６１が上記基準レンズ部３０の光軸調整用球面３２ａと対向するように該非球面測定用素子６を保持するものであり、上記非球面測定用素子６の平面反射部６３を３点支持する支持部３５ａと、該非球面測定用素子６を保持した状態において上記参照基準球面６１を臨めるように開設された中央窓部３５ｂと、同じく保持状態において上記平面反射部６３が臨めるように開設された３つの周辺窓部３５ｃとを備えてなる（図３参照）。また、この第１の載置台３５は、図示せぬ２軸傾き調整手段に保持されており、後述のアライメント調整段階において、保持した上記非球面測定用素子６の傾き姿勢の調整を行えるように構成されている。

上記第２の載置台３６は、図２に示すように上記被測定体７の上記被測定非球面７１が上記非球面測定用素子６の非球面６２と対向するように該被測定体７を保持するものであり、該被測定体７を保持した状態において該被測定体７の上記被測定非球面７１および上記平面反射部７２を図中下方よりそれぞれ臨めるように構成されている。また、この第２の載置台３６は、図示せぬ３軸位置調整手段を介して保持されており、後述のアライメント調整段階において、保持した上記被測定非球面７１の位置調整を行えるように構成されている。

なお、上記第１および第２の載置台３５，３６については、非球面測定用素子６および被測定体７をそれぞれ吸引保持するような構成のものとすることも可能である。

また、上記画像解析処理部５は、上記撮像手段２６により撮像された画像についての画像処理、各種演算処理および各種調整手段の駆動制御を行なうコンピュータ５１と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置５２と、コンピュータ２７に対する各種入力を行うための入力装置５３とを備えている。

次に、図２に示す光波干渉測定装置において、測定に先立って行われるアライメント調整について説明する。図４はアライメント調整の手順を（ａ）〜（ｆ）の順に段階的に示す図である。なお、以下のアライメント調整においては、上記高可干渉光源部１１Ｈから射出された高可干渉光束が用いられる（図２において、反射ミラー１８および遮光板１９が迂回路部１０の光路上に配置される）。

（１）まず、図４（ａ）に示すように、コーナーキューブ８１を用いて上記コリメータレンズ２３と上記基準板２４との光軸調整を行う。この光軸調整は、基準板２４を保持する２軸傾き調整手段（図示略）を用いて、コリメータレンズ２３に対する基準板２４の傾きを変化させることにより行われる。

（２）次に、図４（ｂ）に示すように、上記第２の載置台３６にマスター用の被測定体７（被測定非球面７１が高精度に形成されており形状測定の際の基準となるもの）を載置し、該被測定体７の被測定非球面７１と干渉計本体部１との光軸調整を行う。この光軸調整は、基準板２４の基準平面２４ａから反射された戻り光と、基準板２４を透過した後に被測定体７の平面反射部７２から反射された戻り光との光干渉により得られる干渉縞がヌル縞状態となるように、干渉計本体部１に設置された２軸傾き調整手段８２を用いて、被測定体７に対する干渉計本体部１の傾きを変化させることにより行われる。

（３）次いで、図４（ｃ）に示すように、上記第１の載置台３５に非球面測定用素子６を載置し、該非球面測定用素子６と干渉計本体部１との光軸調整を行う。この光軸調整は、基準板２４の基準平面２４ａから反射された戻り光と、基準板２４を透過した後に非球面測定用素子６の平面反射部６３から反射された戻り光との光干渉により得られる干渉縞がヌル縞状態となるように、第１の載置台３５を保持する２軸傾き調整手段（図示略）を用いて、干渉計本体部１に対する非球面測定用素子６の傾きを変化させることにより行われる。

（４）次に、図４（ｄ）に示すように、第１の載置台３５と干渉計本体部１との間の光路上に基準レンズ部３０を配置し、該基準レンズ部３０と干渉計本体部１との光軸調整を行う。この光軸調整は、シャッター３４により基準レンズ部３０と非球面測定用素子６との間の光路を閉鎖した状態において、基準板２４の基準平面２４ａから反射された戻り光と、基準板２４を透過して基準レンズ部３０に入射され、さらに基準レンズ部３０の光軸調整用球面３２ａから反射された戻り光との光干渉により得られる干渉縞がヌル縞状態となるように、基準レンズ部３０を保持する２軸傾き調整手段（図示略）を用いて、干渉計本体部１に対する基準レンズ部３０の傾きを変化させることにより行われる。

（５）次いで、図４（ｅ）に示すように、基準レンズ部３０と非球面測定用素子６との光軸調整を行う。この光軸調整は、図４（ｄ）に示すシャッター３４が開放された状態（図４（ｅ），（ｆ）では図示略）、かつ基準板２４が光路外に退出された状態（図４（ｅ），（ｆ）ではこの状態を２点鎖線で示す）において、基準レンズ部３０に入射され、該基準レンズ部３０の光軸調整用球面３２ａから反射された戻り光と、基準レンズ部３０を透過して非球面測定用素子６の参照基準球面６１から反射された戻り光との光干渉により得られる干渉縞がヌル縞状態となるように、基準レンズ部３０を保持する３軸位置調整手段（図示略）を用いて、非球面測定用素子６に対する基準レンズ部３０の位置を変化させることにより行われる。この光軸調整により、基準レンズ部３０を透過した球面波の各光線が非球面測定用素子６の参照基準球面６１に対し略垂直に入射するようになる。

（６）次に、図４（ｆ）に示すように、非球面測定用素子６と被測定体７の被測定非球面７１との光軸調整を行う。この光軸調整は、図４（ｄ）に示すシャッター３４が開放された状態、かつ基準板２４が光路外に退出された状態において、基準レンズ部３０を介して非球面測定用素子６に入射され、さらに非球面測定用素子６の参照基準球面６１から反射された参照光と、基準レンズ部３０および非球面測定用素子６を介して被測定体７の被測定非球面７１に入射され、該被測定非球面７１から反射された戻り光との光干渉により得られる干渉縞がヌル縞状態となるように、第２の載置台３６を保持する３軸位置調整手段（図示略）を用いて、基準レンズ部３０に対する被測定非球面７１の位置を変化させることにより行われる。この光軸調整により、非球面測定用素子６を透過した非球面波の各光線が被測定非球面７１に対し略垂直に入射するようになる。

なお、上記手順では、被測定体７をマスター用のものとしているが、測定対象となるサンプルの被測定体７を用いてアライメント調整を行うことも可能である。また、アライメント調整はマスター用のものを用いて行い、マスター用のものとサンプルとを置き換えて測定を行うことも可能である。

上記（１）〜（６）の手順によりアライメント調整が終了し、本実施形態の光波干渉測定装置による測定の準備が整うこととなる。以下、本実施形態の光波干渉測定装置を用いた光波干渉測定方法、非球面の形状補正方法およびシステム誤差補正方法について説明する。

これらの方法は、得られた干渉縞情報をどのように利用するのかという点で互いに異なるものであり、干渉縞情報を得るまでの手順は共通しているので、以下では、光波干渉測定方法について手順を説明し、非球面の形状補正方法およびシステム誤差補正方法については、補足的に説明する。

（Ａ）まず、図２において、反射ミラー１８および遮光板１９を迂回路部１０の光路上から退出させるとともに、使用する光源部を高可干渉光源部１１Ｈから低可干渉光源部１１Ｌに切替える。

（Ｂ）次に、迂回路部１０において光路長差の調整を行う。この調整は、低可干渉光源部１１Ｌから射出された後、ハーフミラー１３で分岐され、さらに第１の反射ミラー１４から再帰反射されてハーフミラー１３に戻る第１の光束と、ハーフミラー１３で分岐された後、第２の反射ミラー１６から再帰反射されてハーフミラー１３に戻る第２の光束との各光路長の差を、非球面測定用素子６の参照基準球面６１から被測定体７の被測定非球面７１までの往復光路長に略一致した状態となるように、位置調整手段２０を用いて第１の反射ミラー１４の位置を変更することにより行われる。

この光路長差の調整により、迂回路部１０から出力され、ビーム径拡大用レンズ２１、ビームスプリッタ２２、コリメータレンズ２３、および基準レンズ部３０を介して非球面測定用素子６に入射した低可干渉光束のうち、参照基準球面６１から反射される光束の一部と、非球面測定用素子６を透過して、被測定体７の被測定非球面７１から反射される光束の一部との光路長が互いに略一致することとなり（例えば、第１の光束の光路長が第２の光束の光路長よりも長い場合には、非球面測定用素子６に至る第１の光束のうちで参照基準球面６１から反射される光束と、非球面測定用素子６に至る第２の光束のうちで非球面測定用素子６を透過して被測定体７の被測定非球面７１から反射される光束とが互いに干渉する）、これらの光束間で生じる光干渉による干渉縞情報を担持した波面が形成される。

（Ｃ）次いで、干渉縞情報を担持した波面を撮像手段２６により取り込み、干渉縞画像を撮像する。なお、干渉縞画像の撮像に際しては、位置調整手段２０を用いて第１の反射ミラー１４の位置を所定距離ずつ微動させ、複数枚の干渉縞画像を得るフリンジスキャン測定の手法を用いることが好ましい。

（Ｄ）次に、撮像手段２６により撮像された干渉縞画像をコンピュータ５１において解析し、被測定非球面７１の形状情報を得るとともに、この数値データや画像データ等をモニタ装置５２に表示する。なお、解析に際しては、被測定非球面７１上の座標系と撮像手段２６の光検出面（撮像素子）上の座標系との間の対応関係の歪み（ディストーション）を補正する座標変換処理を行う。

なお、干渉縞画像の解析結果に基づき、被測定非球面７１の設計値からの形状誤差情報を求め、この形状誤差情報に基づき、被測定非球面７１の形状を補正加工することが可能である（本発明に係る非球面の形状補正方法の一実施形態）。

また、マスター用の被測定体７を用いて上記と同様の測定解析を行い、その解析結果に基づき、非球面測定用素子６の非球面６２の形状誤差情報を求め、この形状誤差情報に基づき、非球面測定用素子６の非球面６２の形状を補正加工することも可能である（本発明に係る非球面の形状補正方法の他の実施形態）。

さらに、マスター用の被測定体７を用いて上記と同様の測定解析を行い、その解析結果に基づき、光干渉測定装置のシステム誤差情報を求め、このシステム誤差情報に基づき、光干渉測定装置のシステム誤差を補正することも可能である（本発明に係るシステム誤差補正方法の一実施形態）。例えば、システム誤差情報を記憶しておき、サンプルの測定結果をシステム誤差情報に基づき補正することが可能である。

なお、これまでの説明では、１つの非球面測定用素子を用いて被測定非球面の全域を１度に測定し得ることを前提としているが、被測定非球面の形状によっては、被測定非球面から非球面測定用素子に戻る光線が交わってしまうため、このような測定ができない場合も想定される。

以下では、このような場合を想定した際の測定方法について説明する。図５は２つの非球面測定用素子を用い、測定を２回に分けて行う態様を示している。
図５に示す態様は、被測定体７Ｂの被測定非球面７１Ｂ（凹面と凸面とが組み合わせてなる）を、図５（ａ）において実線で示す領域（周辺部領域）と、図５（ｂ）において実線で示す領域（中央部領域）とに分けるとともに、各領域の測定を２つの非球面測定用素子６Ｂ，６Ｃを用いて別個に行うものである。

すなわち、１回目の測定では、図５（ａ）に示す非球面測定用素子６Ｂ（参照基準球面６１Ｂ、非球面６２Ｂおよび平面反射部６３Ｂを有する）を用いて被測定非球面７１Ｂの周辺部領域の測定を行う。この非球面測定用素子６Ｂは、参照基準球面６１Ｂおよび非球面６２Ｂにおいて、図中実線で示す領域のみを使用するものであり、図中点線で示す領域の形状は問わない。なお、この１回目の測定では、非球面測定用素子６Ｂを介して被測定非球面７１Ｂの中央部領域に測定光が入射し、この反射光が迷光となることを防止するために、非球面測定用素子６Ｂの図中左側または非球面測定用素子６Ｂと被測定体７Ｂとの間の所定位置にマスクが設定される。

次に、図５（ｂ）に示す非球面測定用素子６Ｃ（参照基準球面６１Ｃ、非球面６２Ｃおよび平面反射部６３Ｃを有する）を用いて、被測定非球面７１Ｂの中央部領域に係る２回目の測定を行う。この２回目の測定に際しては、非球面測定用素子６Ｃのアライメント調整が行われる。また、非球面測定用素子６Ｃを介して被測定非球面７１Ｂの周辺部領域に測定光が入射し、この反射光が迷光となることを防止するために、非球面測定用素子６Ｃの図中左側または非球面測定用素子６Ｃと被測定体７Ｂとの間の所定位置にマスクが設定される。
次いで、１回目の測定と２回目の測定により得られたデータを繋ぎ合わせることにより、被測定非球面７１の全域の形状情報を求める。

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。

例えば、上記態様では、高可干渉光束を用いてアライメント調整を行うようにしているが、アライメント調整の一部を、低可干渉光束を用いて行うようにしてもよい。例えば、上記アライメント調整手順（５）に記載の基準レンズ部３０と非球面測定用素子６との光軸調整を、低可干渉光束を用いて行うことができる。ただし、この場合には、迂回路部１０における光路長差の調整が必要となる。すなわち、迂回路部１０における上記第１および第２の光束の各光路長の差を、基準レンズ部３０の光軸調整用球面３２ａから非球面測定用素子６の参照基準球面６１までの往復光路長に略一致した状態に予め設定しておく必要がある。一方、高可干渉光束を用いる場合に必要となる基準板２４の光路外への移動は不要となる。

また、上記態様では、迂回路部１０において分岐された第１および第２の光束の各光路長の差を微小変化させることにより、フリンジスキャン測定を行うように構成されているが、射出する光束の波長を走査可能な波長走査光源部を用いて、該波長走査光源部からの光束の波長を走査することにより、フリンジスキャン測定を行うように構成することも可能である。このような波長走査光源部を用いる技術としては、例えば、特表２００５−５１２０７５号公報に記載がある。

また、被測定非球面７１が高反射面であり、被測定非球面７１からの戻り光と参照基準球面６１からの参照光との光干渉により得られる干渉縞のコントラストが低下するような場合には、参照基準球面６１に光量比調整膜を着設することによりコントラストの向上を図ることが好ましい。この光量比調整膜は、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とが積層されてなる多層膜構造の膜であって、基準レンズ部３０側からの入射光に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を被測定非球面７１に向けて射出する機能を有するとともに、被測定非球面７１側から入射する戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を射出する機能を有するものである。このような光量比調整膜を用いる技術としては、例えば、特開２００６−９０８２９号公報に記載がある。

また、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、光源部が１つで済み、また迂回路部が不要となるので、装置構成の簡易化および低コスト化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る非球面測定用素子の形状および作用を示す断面図 本発明の一実施形態に係る光波干渉測定装置を示す概略構成図 図２に示す第１の載置台の平面図 アライメント調整の手順を（ａ）〜（ｆ）の順に段階的に示す図 ２つの非球面測定用素子を用い、測定を２回に分けて行う態様を示す図

符号の説明

１ 干渉計本体部
３ ポジショニング調整部
５ 画像解析処理部
６，６Ａ〜６Ｃ 非球面測定用素子
７，７Ａ，７Ｂ 被測定体
１０ 迂回路部
１１Ｌ 低可干渉光源部
１１Ｈ 高可干渉光源部
１２Ｌ，１２Ｈ，２３ コリメータレンズ
１３ ハーフミラー
１４ 第１の反射ミラー
１５ 補償板
１６ 第２の反射ミラー
１７ アイソレータ
１８ 第３の反射ミラー
１９ 遮光板
２０ 位置調整手段
２１ ビーム径拡大用レンズ
２２ ビームスプリッタ
２５ 結像レンズ
２４ 基準板
２４ａ 基準平面
２４ｂ 裏面
２５ 結像レンズ
２６ 撮像手段
３０ 被検体ポジショニング部
３１ レンズ群
３２ 対物レンズ
３２ａ 光軸調整用球面
３３ 鏡筒
３４ シャッター
３５ 第１の載置台
３５ａ 支持部
３５ｂ 中央窓部
３５ｃ 周辺窓部
３６ 第２の載置台
５１ コンピュータ
５２ モニタ装置
５３ 入力装置
６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ 参照基準球面
６２，６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ 非球面
６３，６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ 平面反射部
７１，７１Ａ，７１Ｂ 被測定非球面
７２ 平面反射部
８１ コーナーキューブ
８２ ２軸傾き調整手段
Ｐ （参照基準球面の）曲率中心

Claims (16)

1. 球面波からなる測定光を出力する測定光学系と被測定非球面との間に配置される非球面測定用素子であって、
   単体のレンズ部材として構成されており、
   前記測定光学系と対向する側のレンズ面は、該レンズ面に対し略垂直に入射された前記測定光の一部を透過せしめるとともに、該測定光のその余を反射せしめて参照光となす参照基準球面とされ、
   前記被測定非球面と対向する側のレンズ面は、前記参照基準球面から前記被測定非球面に至る前記測定光の各光線が該被測定非球面に略垂直に入射し、かつ該各光線の光路長が互いに略一定となるように形成された非球面形状とされていることを特徴とする非球面測定用素子。
2. 前記測定光学系に対する傾き姿勢調整用の平面反射部を備えていることを特徴とする請求項１記載の非球面測定用素子。
3. 光源部と、
   該光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と、
   該測定光学系と被測定非球面との間に配置される請求項１または２記載の非球面測定用素子と、
   該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を撮像する撮像手段と、を備えていることを特徴とする光波干渉測定装置。
4. 前記測定光学系は、前記非球面測定用素子と対向する位置に基準レンズ部を有しており、
   該基準レンズ部は、１つの光軸調整用球面と、該光軸調整用球面に対し前記光源部からの前記光束を略垂直に入射せしめるレンズ群とを有し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。
5. 前記光源部は、射出する前記光束の可干渉距離が短い低可干渉光源部であり、
   前記測定光学系は、前記低可干渉光源部から射出された光束を２光束に分岐するとともに、一方の光束を他方の光束に対して迂回させた後に該２光束を再合成し、分岐されてから再合成されるまでの該２光束の各光路長の差を調整する迂回路部を有してなることを特徴とする請求項３または４記載の光波干渉測定装置。
6. 射出する光束の可干渉距離が長い高可干渉光源部を備え、
   前記低可干渉光源部から射出された低可干渉光束と、前記高可干渉光源部から射出された高可干渉光束とを、択一的に同じ光路上に出力可能に構成されていることを特徴とする請求項５記載の光波干渉測定装置。
7. 前記迂回路部は、前記分岐されてから再合成されるまでの２光束の各光路長の差を、前記参照基準球面から前記被測定非球面までの往復光路長に略一致した状態と、前記光軸調整用球面から前記参照基準球面までの往復光路長に略一致した状態との間で切替え可能に構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の光波干渉測定装置。
8. 前記迂回路部において、前記２光束の各光路長の差を微小変化させることにより、フリンジスキャン測定を行うように構成されていることを特徴とする請求項５〜７までのうちいずれか１項記載の光波干渉測定装置。
9. 前記光源部は、射出する前記光束の波長を走査可能な波長走査光源部であり、
   該波長走査光源部からの光束の波長を走査することにより、フリンジスキャン測定を行うように構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の光波干渉測定装置。
10. 前記参照基準球面には、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とが積層されてなる多層膜構造の光量比調整膜が着設されてなり、
    該光量比調整膜は、前記測定光学系側からの入射光に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を前記被測定非球面に向けて射出する機能を有するとともに、前記被測定非球面側から入射する前記戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を射出する機能を有する膜構成とされているものであることを特徴とする請求項３〜９までのうちいずれか１項記載の光波干渉測定装置。
11. 光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、請求項１または２記載の非球面測定用素子を配置し、
    該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析することにより、前記被測定非球面の位相情報を求めることを特徴とする光波干渉測定方法。
12. 前記干渉縞を解析する際に、ディストーションを補正する座標変換処理を行うことを特徴とする請求項１１記載の光波干渉測定方法。
13. 前記被測定非球面を複数の被測定領域に分割し、該分割された被測定領域毎に測定を行い、該被測定領域毎の測定結果を繋ぎ合わせることを特徴とする請求項１１または１２記載の光波干渉測定方法。
14. 光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、請求項１または２記載の非球面測定用素子を配置し、
    該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析し、該解析結果に基づき前記非球面測定用素子の非球面の形状を補正加工することを特徴とする非球面の形状補正方法。
15. 光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、請求項１または２記載の非球面測定用素子を配置し、
    該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析し、該解析結果に基づき前記被測定非球面の形状を補正加工することを特徴とする非球面の形状補正方法。
16. 光源部から射出された光束を球面波に変換して出力する測定光学系と被測定非球面との間に、請求項１または２記載の非球面測定用素子を配置し、
    該非球面測定用素子の前記参照基準球面からの参照光と前記被測定非球面からの戻り光との光干渉により得られる干渉縞を解析し、該解析結果に基づき光波干渉測定装置のシステム誤差を補正することを特徴とするシステム誤差補正方法。
    

Images