JP2011127980A - 面形状測定装置、面形状測定方法および光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光源からの光を測定光と参照光とに分割し、被測定面で反射した測定光と参照光とが干渉することで形成される干渉縞に基づいて、被測定面の形状を測定する面形状測定装置は、干渉縞を撮像する第1の撮像素子と、測定光および参照光を第1の撮像素子に導く光学系と、光学系を経由していない光源からの光の光量分布を測定する第2の撮像素子と、第1の撮像素子で撮像した干渉縞に基づいて被測定面の形状を算出する算出手段とを備える。まず、光学系を経由した光源からの光の光量分布を、第1の撮像素子で測定する。そして、第1の撮像素子で測定した光量分布と第2の撮像素子で測定した光量分布とに基づいて、算出手段で算出される被測定面の形状を補正する。
【選択図】 図1
Description
図1(a)は本発明の第1実施形態の面形状測定装置1の図である。本実施形態の面形状測定装置1は、フィゾー干渉計であり、被測定物106の被測定面106aの面形状を測定する。面形状測定装置1は、光源101、ファイバ102、ビームエクスパンダ103、ビームスプリッタ104、フィゾーレンズ105、アフォーカルレンズ107、第1の撮像素子108、第2の撮像素子110及びコンピュータ(算出手段)109を備える。
P(L1)=P(L11)+P(L12)=P(L1)・rr+P(L1)・rt・・・(1)
つまり、P(L1)とP(L2)は、ビームスプリッタ104での反射率rrおよび透過率rtの比に応じて分割される。この反射率rrおよび透過率rtは、ビームスプリッタに別途光束を入射させて測定を行うことで、予め求めることができる。P(L1)とP(L2)の光量分布の形状は相似である。
P(ref.)=P(L11)・r1−P(Ef)−P(Eh)・・・(2)
P(Ef)は、フィゾーレンズ105及びアフォーカルレンズ107を構成するレンズの形状(例えば、レンズの厚みの分布、レンズ間の空気分布)によって光量分布を減衰する量である。P(Eh)は、フィゾーレンズ105及びアフォーカルレンズ107を構成するレンズの硝材の均質性(ホモジニティ)によって光量分布を減衰する量である。式(2)において、それぞれの減衰量を、入射光束の光量に応じて変化する関数としてもよい。r1は、P(L11)のフィゾー面105aでの反射率である。フィゾーレンズ105の硝材が一般的な光学ガラスであれば、反射率は1〜10%である。式(2)において、r1を、フィゾー面105a上で分布を持つように、位置に応じて変化する関数としてもよい。
P(ref.)=P(L11)・r1−P(Ef)−P(Eh)+P(D)・・・(3)
つまり、光束L1の光量分布P(L1)は、光学系の形状および材質により減衰するだけでなく、さらに残渣成分であるP(D)によっても変化する。P(D)が、ディストーションによって発生することを、図2を用いて説明する。図2は、ディストーションによって光量分布が変化することを説明するための模式図である。
つぎに、図6に基づいて本発明の第2実施形態の面形状測定装置2について説明する。図6は、第2実施形態の面形状測定装置2の構成図である。本実施形態の面形状測定装置2では、フィゾーレンズ105と対向する位置に、第3の撮像素子211を被測定物106と交換可能に配置している。撮像素子211は、フィゾーレンズ105を透過した光束の光量分布を測定する。このように構成することにより、本実施形態の面形状測定装置2は、フィゾーレンズ105の持つディストーションを測定し、補正することができる。
Er=2・l・tanα・・・(4)
ここで、αは、フィゾー面の法線に対する光線LEの傾きであり、lは、フィゾー面105aと被測定面106aの間隔である。式(4)より、リトレースエラーErは間隔lが大きいほど大きくなる。撮像素子上に換算した場合にリトレースエラーErが一画素の半分以下であれば許容できる。リトレースエラーErが許容値を超えてしまうと、撮像素子108で撮像される干渉縞および光量分布(測定光及び参照光の干渉していない場合の光量分布または参照光のみの光量分布)が歪んでしまう。
つぎに、図9に基づいて本発明の第3実施形態の面形状測定装置3について説明する。図9は本発明の第3実施形態の面形状測定装置3の構成図である。本実施形態の面形状測定装置3は、トワイマングリーン干渉計である。
上述の面形状測定装置を用いた光学素子の製造方法について説明する。図11は、光学素子の製造方法のフローチャートである。まず、所定の形状になるように光学素子の表面を加工する(S301)。次に、上述の面形状測定装置を用いて、その加工された光学素子の表面の形状を測定する(S302)。その測定結果に基づいて、その加工された光学素子の表面形状が要求される規格を満足しているか否かを判定する(S303)。規格を満足していなかった場合には再度、光学素子の表面を加工するとともに、加工後の表面の形状を測定する。規格を満たすまで、その加工の工程とその測定の工程とを繰り返す。本実施形態の光学素子の製造方法によれば、測定座標と加工座標とのズレを低減することができるため、従来よりも歩留まり良く、効率的に光学素子を製造することができる。
104 ビームスプリッタ
105 フィゾーレンズ(光学系)
105a 参照面(フィゾー面)
106 被測定物
106a 被測定面
107 アフォーカルレンズ(光学系)
108 撮像素子(第1の撮像素子)
109 コンピュータ(算出手段)
110 撮像素子(第2の撮像素子)
Claims (12)
- 光源からの光を測定光と参照光とに分割し、被測定面で反射した前記測定光と前記参照光とが干渉することで形成される干渉縞に基づいて、前記被測定面の形状を測定する面形状測定装置において、
前記干渉縞を撮像する第1の撮像素子と、
前記測定光および前記参照光を前記第1の撮像素子に導く光学系と、
前記光学系を経由していない前記光源からの光の光量分布を測定する第2の撮像素子と、
前記第1の撮像素子で撮像した前記干渉縞に基づいて、前記被測定面の形状を算出する算出手段と、を備え、
前記光学系を経由した前記光源からの光の光量分布を前記第1の撮像素子で測定し、
前記第1の撮像素子で測定した光量分布と、前記第2の撮像素子で測定した光量分布とに基づいて、前記算出手段で算出される前記被測定面の形状を補正する
ことを特徴とする面形状測定装置。 - 前記光源からの光を2つの光束に分割するビームスプリッタと、
前記2つの光束のうち一方の光束を前記測定光と前記参照光とに分割するフィゾー面を持つフィゾーレンズと、を備え、
前記第1の撮像素子は、前記フィゾー面で反射して前記光学系を経由した前記参照光の光量分布を測定し、
前記第2の撮像素子は、前記2つの光束のうち他方の光束の光量分布を測定し、
前記第1の撮像素子で測定した前記参照光の光量分布と、前記第2の撮像素子で測定した前記他方の光束の光量分布とに基づいて、前記算出手段で算出される前記被測定面の形状を補正する
ことを特徴とする請求項1記載の面形状測定装置。 - 前記フィゾー面を透過した前記測定光の光量を測定する第3の撮像素子を備え、
前記第3の撮像素子で測定した前記測定光の光量分布と、前記第2の撮像素子で測定した前記他方の光束の光量分布とに基づいて、前記算出手段で算出される前記被測定面の形状を補正する
ことを特徴とする請求項2記載の面形状測定装置。 - 前記光源からの光を前記測定光と前記参照光とに分割する第1のビームスプリッタと、
前記第1のビームスプリッタからの前記参照光を反射する参照ミラーと、
前記第1のビームスプリッタと前記参照ミラーとの間の光路中に配置され、前記参照光を2つの光束に分割する第2のビームスプリッタと、を備え、
前記第1の撮像素子は、前記被測定面で反射して前記光学系を経由した前記測定光の光量分布を測定し、
前記第2の撮像素子は、前記2つの光束のうち一方の光束の光量分布を測定し、
前記第1の撮像素子で測定した前記測定光の光量分布と、前記第2の撮像素子で測定した前記一方の光束の光量分布とに基づいて、前記算出手段で算出される前記被測定面の形状を補正する
ことを特徴とする請求項1記載の面形状測定装置。 - 前記第1のビームスプリッタからの前記測定光の波面を変換し、その測定光を前記被測定面へ導く波面変換素子と、
前記波面変換素子を経由した前記測定光の光量を測定する第3の撮像素子と、を備え、
前記第3の撮像素子で測定した前記測定光の光量分布と、前記第2の撮像素子で測定した前記一方の光束の光量分布とに基づいて、前記算出手段で算出される前記被測定面の形状を補正する
ことを特徴とする請求項4記載の面形状測定装置。 - 前記光学系の光学素子の形状またはホモジニティに基づいて、前記第1の撮像素子で測定した光量分布を補正する
ことを特徴とする請求項1、2および4のいずれか1項に記載の面形状測定装置。 - 前記フィゾーレンズの形状またはホモジニティに基づいて、前記第1または第3の撮像素子で測定した光量分布を補正する
ことを特徴とする請求項2、3および6のいずれか1項に記載の面形状測定装置。 - 前記波面変換素子の形状またはホモジニティに基づいて、前記第1または第3の撮像素子で測定した光量分布を補正する
ことを特徴とする請求項5または6に記載の面形状測定装置。 - 前記第1、第2または第3の撮像素子を駆動する駆動部を有し、
前記駆動部は、前記第1、第2または第3の撮像素子を回転駆動または並進駆動する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の面形状測定装置。 - 光源からの光を測定光と参照光とに分割し、被測定面で反射した前記測定光と前記参照光とが干渉することで形成される干渉縞に基づいて、前記被測定面の形状を測定する面形状測定方法において、
前記干渉縞を第1の撮像素子で撮像するステップと、
前記測定光および前記参照光を光学系で前記第1の撮像素子に導くステップと、
前記光学系を経由していない前記光源からの光の光量分布を第2の撮像素子で測定するステップと、
前記第1の撮像素子で撮像した前記干渉縞に基づいて、前記被測定面の形状を算出手段で算出するステップと、
前記光学系を経由した前記光源からの光の光量分布を前記第1の撮像素子で測定するステップと、
前記第1の撮像素子で測定した光量分布と、前記第2の撮像素子で測定した光量分布とに基づいて、前記算出手段で算出される前記被測定面の形状を補正するステップと、を有する
ことを特徴とする面形状測定方法。 - 前記第1の撮像素子と前記第2の撮像素子とを交換するステップを有する
ことを特徴とする請求項9記載の面形状測定方法。 - 請求項10記載の面形状測定方法を用いて光学素子の表面の形状を測定し、
その測定の結果に基づいて前記光学素子の表面を加工する
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
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