JP2014130073A - Optical system and surface shape measurement device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an acquisition of an interference fringe image having an entire surface of a measured surface uniformly focused on, and shorten an entire length of a surface shape measurement device.SOLUTION: An optical system 3 is used in a surface shape measurement device 100 that measures a shape of a measured surface on the basis of an interference fringe to be formed by interfering measurement light reflected upon the measured surface with reference light reflected upon a reference surface, and the optical system 3 is an optical system that converts the measurement light into a wavefront having a predetermined shape and guides the converted measurement light to a measured surface 4. The optical system 3 is composed of, in order far from the measured surface 4, a first lens L1, a second lens L2 having a positive refractive power, and a third lens L3 having a positive refractive power, and the first lens L1 is a meniscus lens with a convex shape on an opposite side of the measured surface 4.

Description

本発明は、光学系、および面形状測定装置に関する。   The present invention relates to an optical system and a surface shape measuring apparatus.

非球面形状を高精度に測定する干渉計が知られている（特許文献１参照）。この干渉計では、入射光をヌルレンズによって所定の非球面波面に変換して被測定面に入射させ、被測定面からの反射光を得る。そして、この被測定面からの反射光と参照光とを干渉させて得られる干渉縞に基づいて被測定面の非球面形状を測定する。   An interferometer that measures an aspherical shape with high accuracy is known (see Patent Document 1). In this interferometer, incident light is converted into a predetermined aspheric wavefront by a null lens and is incident on a surface to be measured to obtain reflected light from the surface to be measured. Then, the aspheric shape of the surface to be measured is measured based on the interference fringes obtained by causing the reflected light from the surface to be measured and the reference light to interfere with each other.

特許第３４９５８６１号公報Japanese Patent No. 3495861

従来技術のような面形状測定装置において、被検面上においてヌルレンズによる像面湾曲が発生すると、被検面全面に一様にピントを合わせることが困難であった。さらに、面形状測定装置の全長を短くすることも望まれていた。   In the surface shape measuring apparatus as in the prior art, when the field curvature due to the null lens occurs on the test surface, it is difficult to focus on the entire test surface uniformly. It has also been desired to shorten the overall length of the surface shape measuring device.

（１）請求項１に記載の発明による光学系は、被検面で反射された測定光と参照面で反射された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検面の形状を測定する面形状測定装置に用いられ、測定光を、所定の形状を有する波面に変換して被検面へ導く光学系であって、被検面から遠い順に、第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、からなり、第１レンズは、被検面の反対側に凸形状のメニスカスレンズであることを特徴とする。
（２）請求項５に記載の発明による面形状測定装置は、被測定面で反射された測定光と参照面で反射された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であって、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学系を備えることを特徴とする。 (1) The optical system according to the first aspect of the present invention has a test surface based on interference fringes formed by interference between the measurement light reflected by the test surface and the reference light reflected by the reference surface. An optical system that converts the measurement light into a wavefront having a predetermined shape and guides the measurement light to the test surface, in order from the test surface to the first lens; It consists of a second lens having a positive refractive power and a third lens having a positive refractive power, and the first lens is a meniscus lens having a convex shape on the opposite side of the test surface.
(2) The surface shape measuring apparatus according to the invention described in claim 5 is based on the interference fringes formed by the interference between the measurement light reflected by the measurement surface and the reference light reflected by the reference surface. A surface shape measuring device for measuring the shape of a measurement surface, comprising the optical system according to claim 1.

本発明によれば、被検面全面に一様にピントの合った干渉縞の画像を得ることができ、且つ面形状測定装置の全長を短くすることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an image of interference fringes that are uniformly focused on the entire surface to be measured, and to shorten the overall length of the surface shape measuring apparatus.

第１実施例における面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 1st Example. 第１実施例におけるヌルレンズの非点収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism of the null lens in 1st Example. 第１比較例における面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in a 1st comparative example. 第１比較例におけるヌルレンズの非点収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism of the null lens in a 1st comparative example. 第２実施例における面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 2nd Example. 第２実施例におけるヌルレンズの非点収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism of the null lens in 2nd Example. 第２比較例における面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in a 2nd comparative example. 第２比較例におけるヌルレンズの非点収差を示す図である。It is a figure which shows the astigmatism of the null lens in a 2nd comparative example.

＜第１実施例＞
図面を参照して、本発明の第１実施例について説明する。図１は、第１実施例に係る面形状測定装置１００の構成を示す図である。面形状測定装置１００において、干渉計１は、不図示の光源からの光を平行光に変換して射出する。干渉計１の内部構成および作用は周知であり、その詳細な説明を省略する。干渉計１から射出された平行光は、参照面２ａを有する基準板２に入射する。基準板２に入射した光の一部は参照面２ａによって反射され、残りの光は参照面２ａを透過する。ここで、参照面２ａで反射された光を参照光と呼び、参照面２ａを透過した光を測定光と呼ぶ。 <First embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface shape measuring apparatus 100 according to the first embodiment. In the surface shape measuring apparatus 100, the interferometer 1 converts light from a light source (not shown) into parallel light and emits it. The internal configuration and operation of the interferometer 1 are well known and will not be described in detail. The parallel light emitted from the interferometer 1 enters the reference plate 2 having the reference surface 2a. Part of the light incident on the reference plate 2 is reflected by the reference surface 2a, and the remaining light passes through the reference surface 2a. Here, the light reflected by the reference surface 2a is referred to as reference light, and the light transmitted through the reference surface 2a is referred to as measurement light.

参照面２ａで反射された参照光は、干渉計１に戻る。また、参照面２ａを透過した測定光は、ヌルレンズ３によって所定の非球面形状の波面に変換され、非球面形状である被検面４に対して略垂直に入射する。被検面４で反射された測定光は、ヌルレンズ３、および基準板２を介して、干渉計１に戻る。なお、参照面２ａと被検面４とは、光学的に共役である。   The reference light reflected by the reference surface 2a returns to the interferometer 1. Further, the measurement light transmitted through the reference surface 2a is converted into a predetermined aspherical wavefront by the null lens 3, and is incident substantially perpendicularly on the test surface 4 having the aspherical shape. The measurement light reflected by the test surface 4 returns to the interferometer 1 via the null lens 3 and the reference plate 2. The reference surface 2a and the test surface 4 are optically conjugate.

干渉計１では、被検面４からの測定光と参照面２ａからの参照光とを干渉させ、この干渉により形成される干渉縞の画像を取得する。この干渉縞の画像を解析することにより、被検面４の面形状を測定する。   In the interferometer 1, the measurement light from the test surface 4 and the reference light from the reference surface 2a are caused to interfere with each other, and an image of interference fringes formed by this interference is acquired. By analyzing the interference fringe image, the surface shape of the test surface 4 is measured.

また、ヌルレンズ３は、全体として正の屈折力を有し、被検面４から遠い順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、から構成される。これら第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３には、反射防止膜を付けることが好ましい。   The null lens 3 has a positive refractive power as a whole, and in order of increasing distance from the test surface 4, the first lens L1 having a negative refractive power, the second lens L2 having a positive refractive power, and a positive And a third lens L3 having refractive power. It is preferable to attach an antireflection film to the first lens L1 to the third lens L3.

第１レンズＬ１は、干渉計１側に凸形状のメニスカスレンズである。したがって、第１レンズＬ１の干渉計１に近い方の面は、干渉計１側に凸形状であり正の屈折力を有しているため、干渉計１からの測定光はこの面で縮小される。これにより、ヌルレンズ３から被検面４までの距離を短くする効果がある。また、第１レンズＬ１の被検面４に近い方の面は、被検面４側に凹形状であり負の屈折力を有している。これにより、ヌルレンズ３の像面湾曲を補正する効果がある。   The first lens L1 is a meniscus lens having a convex shape on the interferometer 1 side. Accordingly, the surface of the first lens L1 closer to the interferometer 1 is convex on the side of the interferometer 1 and has a positive refractive power. Therefore, the measurement light from the interferometer 1 is reduced on this surface. The Thereby, there is an effect of shortening the distance from the null lens 3 to the test surface 4. Further, the surface of the first lens L1 closer to the test surface 4 is concave on the test surface 4 side and has negative refractive power. This has an effect of correcting the curvature of field of the null lens 3.

また、第３レンズＬ３は、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２を透過した測定光が集光する点（キャッツアイポイント）より被検面４側に配置されている。これにより、ヌルレンズ３から被検面４までの距離を短くすることができる。   The third lens L3 is disposed on the test surface 4 side from the point (cat's eye point) where the measurement light transmitted through the first lens L1 and the second lens L2 is collected. Thereby, the distance from the null lens 3 to the test surface 4 can be shortened.

この理由は以下の通りである。キャッツアイポイントと被検面４との間に第３レンズＬ３が存在しない場合には、キャッツアイポイントから被検面４までの距離は、被検面４の頂点曲率半径Ｒと同一となる。一方、キャッツアイポイントと被検面４との間に第３レンズＬ３が存在する場合には、被検面４側から見たキャッツアイポイントの像は、実際のキャッツアイポイントよりも干渉計１側に位置する。このキャッツアイポイントの像位置から被検面４までの距離が、被検面４の頂点曲率半径Ｒと同一となる。したがって、キャッツアイポイントと被検面４との間に第３レンズＬ３が存在する場合には、キャッツアイポイントの像位置が実際のキャッツアイポイントよりも干渉計１側に位置する分、ヌルレンズ３と被検面４との距離を短くすることができる。   The reason is as follows. When the third lens L3 does not exist between the cat's eye point and the test surface 4, the distance from the cat's eye point to the test surface 4 is the same as the vertex curvature radius R of the test surface 4. On the other hand, when the third lens L3 exists between the cat's eye point and the test surface 4, the image of the cat's eye point viewed from the test surface 4 side is more than the actual cat's eye point. Located on the side. The distance from the image position of the cat's eye point to the test surface 4 is the same as the vertex curvature radius R of the test surface 4. Therefore, when the third lens L3 exists between the cat's eye point and the test surface 4, the null lens 3 is equivalent to the image position of the cat's eye point being located closer to the interferometer 1 than the actual cat's eye point. And the test surface 4 can be shortened.

また、第１実施例の面形状測定装置１００における諸元の値は、以下の通りである。
（被検面４）
曲率半径Ｒ -1100mm
コーニック定数κ -2.0
外形 φ400mm
（この他の数値データ）
干渉計１から射出される光の波長λ 632.8nm
干渉計１から射出される光の光束径 φ100mm
参照面２ａから被検面４までの距離 1487.7mm
波面収差 0.0022λ RMS(往復) Moreover, the value of the item in the surface shape measuring apparatus 100 of 1st Example is as follows.
(Test surface 4)
Curvature radius R -1100mm
Conic constant κ -2.0
External diameter 400mm
(Other numerical data)
Wavelength of light emitted from the interferometer 1 λ 632.8nm
Beam diameter of light emitted from interferometer 1 φ100mm
Distance from reference surface 2a to test surface 4 1487.7mm
Wavefront aberration 0.0022λ RMS (round trip)

なお、被検面４の非球面の形状は、次式（１）によって表されるものとする。なお、式（１）において、ｙは光軸からの高さであり、Ｚ（ｙ）は高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から各非球面までの光軸に沿った距離（サグ量）である。

Figure 2014130073
Note that the aspherical shape of the test surface 4 is represented by the following equation (1). In equation (1), y is the height from the optical axis, and Z (y) is the distance (sag) along the optical axis from the tangential plane of each aspherical vertex to each aspherical surface at height y. Amount).
Figure 2014130073

また、第１実施例のヌルレンズ３におけるレンズデータを、表１に示す。表１において、面番号は、干渉計１側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面までの光軸上の距離を示す。このことは、後述する表２〜表４においても同様である。なお、ヌルレンズ３の第１レンズＬ１の焦点距離は、-2877.8ｍｍである。   Table 1 shows lens data of the null lens 3 of the first example. In Table 1, the surface number indicates the number of each optical surface from the interferometer 1 side, and the surface interval indicates the distance on the optical axis from the optical surface to the next optical surface. The same applies to Tables 2 to 4 described later. The focal length of the first lens L1 of the null lens 3 is −2877.8 mm.

Figure 2014130073
Figure 2014130073

さらに、図２に、第１実施例におけるヌルレンズ３の非点収差を示す。図２において、実線がサジタル面における非点収差曲線を示し、点線がメリジオナル面における非点収差曲線を示す。この点は、後述する他の非点収差図においても同様である。第１実施例では、非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が13.0ｍｍとなっている。   Further, FIG. 2 shows astigmatism of the null lens 3 in the first example. In FIG. 2, the solid line shows the astigmatism curve on the sagittal surface, and the dotted line shows the astigmatism curve on the meridional surface. This also applies to other astigmatism diagrams described later. In the first example, the maximum value of defocus of the astigmatism curve is 13.0 mm.

＜第１比較例＞
次に、上記第１実施例に対する第１比較例を説明する。図３は、第１比較例における面形状測定装置１５０の構成を示す。第１比較例では、第１実施例と同様の形状である被検面４を測定するものとする。 <First comparative example>
Next, a first comparative example for the first embodiment will be described. FIG. 3 shows a configuration of the surface shape measuring apparatus 150 in the first comparative example. In the first comparative example, the test surface 4 having the same shape as that of the first embodiment is measured.

また、第１比較例の面形状測定装置１５０では、上記第１実施例の面形状測定装置１００と異なるヌルレンズ１３を備えている。ヌルレンズ１３は、被検面４から遠い順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ１１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ１２と、から構成される。第２レンズＬ１２は、第１レンズＬ１１を透過した測定光が集光する点（キャッツアイポイント）より干渉計１側に配置されている。なお、第１比較例において、この他の構成については、上記第１実施例と同様であるため、説明を省略する。   Further, the surface shape measuring device 150 of the first comparative example includes a null lens 13 different from the surface shape measuring device 100 of the first embodiment. The null lens 13 is composed of a first lens L11 having a positive refractive power and a second lens L12 having a positive refractive power in order from the test surface 4. The second lens L12 is disposed closer to the interferometer 1 than the point (cat's eye point) where the measurement light transmitted through the first lens L11 is collected. In the first comparative example, since the other configuration is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

第１比較例の面形状測定装置１５０における諸元の値は、以下の通りである。
（被検面４）
曲率半径Ｒ -1100mm
コーニック定数κ -2.0
外形 φ400mm
（この他の数値データ）
干渉計１から射出される光の波長λ 632.8nm
干渉計１から射出される光の光束径 φ100mm
参照面２ａから被検面４までの距離 1754.8mm
波面収差 0.0052λ RMS(往復) The value of the specification in the surface shape measuring apparatus 150 of the first comparative example is as follows.
(Test surface 4)
Curvature radius R -1100mm
Conic constant κ -2.0
External diameter 400mm
(Other numerical data)
Wavelength of light emitted from the interferometer 1 λ 632.8nm
Beam diameter of light emitted from interferometer 1 φ100mm
Distance from reference surface 2a to test surface 4 1754.8mm
Wavefront aberration 0.0052λ RMS (round trip)

また、第１比較例のヌルレンズ１３におけるレンズデータを、表２に示す。

Figure 2014130073
Table 2 shows lens data of the null lens 13 of the first comparative example.
Figure 2014130073

さらに、図４に、第１比較例における被検面４上での非点収差を示す。第１比較例では、非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が64.1ｍｍとなっている。   FIG. 4 shows astigmatism on the test surface 4 in the first comparative example. In the first comparative example, the maximum defocus value of the astigmatism curve is 64.1 mm.

以上の第１実施例と第１比較例とを比較すると、第１実施例における参照面２ａから被検面４までの距離が1487.7ｍｍであるのに対して、第１比較例における参照面２ａから被検面４までの距離が1754.8ｍｍであり、第１実施例では第１比較例よりも１．５割近く短くなっている。第１実施例では、ヌルレンズ３において、干渉計１側の面が正の屈折力を有するメニスカスレンズを第１レンズＬ１として設け、且つ正の屈折力を有する第３レンズＬ３をキャッツアイポイントよりも被検面４側に配置したことにより、これらの構成を有しない第１比較例に対して、参照面２ａから被検面４までの距離を短くすることができている。したがって、第１実施例では、第１比較例と比べて、面形状測定装置１００の全長を短くすることができる。   Comparing the first example and the first comparative example, the distance from the reference surface 2a to the test surface 4 in the first example is 1487.7 mm, whereas the reference surface 2a in the first comparative example is The distance from the test surface 4 to the test surface 4 is 1754.8 mm. In the first example, the distance is 1.5% shorter than that of the first comparative example. In the first example, in the null lens 3, a meniscus lens having a positive refractive power on the surface on the interferometer 1 side is provided as the first lens L1, and the third lens L3 having a positive refractive power is provided more than the cat's eye point. By disposing on the test surface 4 side, the distance from the reference surface 2a to the test surface 4 can be shortened as compared with the first comparative example not having these configurations. Therefore, in the first embodiment, the overall length of the surface shape measuring apparatus 100 can be shortened as compared with the first comparative example.

また、第１実施例における非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が13.0ｍｍであるのに対して、第１比較例における非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が64.1ｍｍであり、第１実施例では第１比較例の略１／５程度になっている。このように第１実施例では、ヌルレンズ３が凹レンズを含む３枚構成であることにより、ヌルレンズ１３が凸レンズのみの構成である第１比較例よりも、被検面４上で発生するヌルレンズ３の非点収差を小さくすることができている。したがって、第１実施例では、第１比較例と比べて、被検面４上で発生するヌルレンズ３による像面湾曲を小さくできるので、被検面４全面に一様にピントが合った干渉縞の画像を得ることができる。   Further, the maximum defocus value of the astigmatism curve in the first example is 13.0 mm, whereas the maximum defocus value of the astigmatism curve in the first comparative example is 64.1 mm. In the example, it is about 1/5 of the first comparative example. As described above, in the first example, the null lens 3 has a three-lens configuration including a concave lens, so that the null lens 3 generated on the test surface 4 is more than the first comparative example in which the null lens 13 is configured only by a convex lens. Astigmatism can be reduced. Therefore, in the first embodiment, the field curvature due to the null lens 3 generated on the test surface 4 can be reduced as compared with the first comparative example, so that the interference fringes are uniformly focused on the entire test surface 4. Images can be obtained.

また、第１実施例における波面収差が0.0022λであるのに対して、第１比較例における波面収差が0.0052λであり、第１実施例では第１比較例よりも波面収差が小さくなっている。   The wavefront aberration in the first example is 0.0022λ, whereas the wavefront aberration in the first comparative example is 0.0052λ, and the wavefront aberration is smaller in the first example than in the first comparative example. .

＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。図５は、第２実施例における面形状測定装置２００の構成を示す図である。図５において、第２実施例において、第１実施例と同様の構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。第２実施例の面形状測定装置２００は、第１実施例とは異なる非球面形状の被検面２４を測定する。 <Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the surface shape measuring apparatus 200 in the second embodiment. In FIG. 5, in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The surface shape measuring apparatus 200 of the second embodiment measures an aspherical surface to be measured 24 different from that of the first embodiment.

第２実施例におけるヌルレンズ２３は、第１実施例と同様に、全体として正の屈折力を有し、被検面２４から遠い順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ２１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ２３と、から構成される。これら第１レンズＬ２１〜第３レンズＬ２３には、反射防止膜を付けることが好ましい。   The null lens 23 in the second example has positive refracting power as a whole as in the first example, and the first lens L21 having negative refracting power in order of increasing distance from the test surface 24, and positive refracting power. The second lens L22 having power and the third lens L23 having positive refractive power are configured. It is preferable to attach an antireflection film to the first lens L21 to the third lens L23.

また、第２実施例における第１レンズＬ２１は、第１実施例と同様にメニスカスレンズであり、第１レンズＬ２１の干渉計１側の面は干渉計１側に凸形状であり、第１レンズＬ２１の被検面２４側の面は、干渉計１側に凸形状である。また、第１実施例と同様に、第３レンズＬ２３は、第１レンズＬ２１および第２レンズＬ２２を透過した測定光が集光する点（キャッツアイポイント）より被検面２４側に配置されている。   The first lens L21 in the second example is a meniscus lens as in the first example. The surface of the first lens L21 on the interferometer 1 side has a convex shape on the interferometer 1 side. The surface on the test surface 24 side of L21 has a convex shape on the interferometer 1 side. Similarly to the first example, the third lens L23 is arranged on the test surface 24 side from the point (cat's eye point) where the measurement light transmitted through the first lens L21 and the second lens L22 is collected. Yes.

第２実施例の面形状測定装置２００における諸元の値は、以下の通りである。なお、被検面２４の非球面の形状は、上述した式（１）によって表されるものとする。
（被検面２４）
曲率半径Ｒ -1400mm
コーニック定数κ -0.99
外形 φ500 mm
（この他の数値データ）
干渉計１から射出される光の波長λ 632.8nm
干渉計１から射出される光の光束径 φ100mm
参照面２ａから被検面４までの距離 1763.5mm
波面収差 0.0035λ RMS(往復) The value of the specification in the surface shape measuring apparatus 200 of 2nd Example is as follows. It is assumed that the aspherical shape of the test surface 24 is represented by the above-described formula (1).
(Test surface 24)
Curvature radius R -1400mm
Conic constant κ -0.99
External diameter φ500 mm
(Other numerical data)
Wavelength of light emitted from the interferometer 1 λ 632.8nm
Beam diameter of light emitted from interferometer 1 φ100mm
Distance from reference surface 2a to test surface 4 1763.5mm
Wavefront aberration 0.0035λ RMS (round trip)

また、第２実施例のヌルレンズ２３におけるレンズデータを、表３に示す。なお、ヌルレンズ２３の第１レンズＬ２１の焦点距離は、-2189.5ｍｍである。

Figure 2014130073
Table 3 shows lens data of the null lens 23 of the second example. The focal length of the first lens L21 of the null lens 23 is -2189.5 mm.
Figure 2014130073

さらに、図６に、第２実施例における被検面２４上での非点収差を示す。第２実施例では、非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が14.2ｍｍとなっている。   FIG. 6 shows astigmatism on the test surface 24 in the second embodiment. In the second embodiment, the maximum value of defocus of the astigmatism curve is 14.2 mm.

＜第２比較例＞
次に、上記第２実施例に対する第２比較例を説明する。図７は、第２比較例における面形状測定装置２５０の構成を示す。第２比較例では、第１実施例と同様の形状である被検面２４を測定するものとする。 <Second Comparative Example>
Next, a second comparative example for the second embodiment will be described. FIG. 7 shows a configuration of the surface shape measuring apparatus 250 in the second comparative example. In the second comparative example, the test surface 24 having the same shape as that of the first embodiment is measured.

また、第２比較例の面形状測定装置２５０では、上記第２実施例の面形状測定装置２００と異なるヌルレンズ３３を備えている。ヌルレンズ３３は、被検面２４から遠い順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ３１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ３２と、から構成される。第２レンズＬ３２は、第１レンズＬ３１を透過した測定光が集光する点（キャッツアイポイント）より干渉計１側に配置されている。なお、第２比較例において、この他の構成については、上記第２実施例と同様であるため、説明を省略する。   Further, the surface shape measuring apparatus 250 of the second comparative example includes a null lens 33 different from the surface shape measuring apparatus 200 of the second embodiment. The null lens 33 is composed of a first lens L31 having a positive refractive power and a second lens L32 having a positive refractive power in order from the test surface 24. The second lens L32 is disposed closer to the interferometer 1 than the point (cat's eye point) where the measurement light transmitted through the first lens L31 is collected. In the second comparative example, the other configuration is the same as that of the second embodiment, and a description thereof will be omitted.

第２比較例の面形状測定装置２５０における諸元の値は、以下の通りである。
＜被検面２４＞
曲率半径Ｒ -1400mm
コーニック定数κ -0.99
外形 φ500 mm
＜この他の数値データ＞
干渉計１から射出される光の波長λ 632.8nm
干渉計１から射出される光の光束径 φ100mm
参照面２ａから被検面４までの距離 2079.9mm
波面収差 0.0055λ RMS(往復) The values of the specifications in the surface shape measuring apparatus 250 of the second comparative example are as follows.
<Test surface 24>
Curvature radius R -1400mm
Conic constant κ -0.99
External diameter φ500 mm
<Other numerical data>
Wavelength of light emitted from the interferometer 1 λ 632.8nm
Beam diameter of light emitted from interferometer 1 φ100mm
Distance from reference surface 2a to test surface 4 2079.9mm
Wavefront aberration 0.0055λ RMS (round trip)

また、第２比較例のヌルレンズ３３におけるレンズデータを、表４に示す。

Figure 2014130073
Table 4 shows lens data of the null lens 33 of the second comparative example.
Figure 2014130073

さらに、図８に、第２比較例における被検面２４上での非点収差を示す。第２比較例では、非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が136.2ｍｍとなっている。   Further, FIG. 8 shows astigmatism on the test surface 24 in the second comparative example. In the second comparative example, the maximum defocus value of the astigmatism curve is 136.2 mm.

以上の第２実施例と第２比較例とを比較すると、第２実施例における参照面２ａから被検面２４までの距離が1763.5ｍｍであるのに対して、第２比較例における参照面２ａから被検面４までの距離が2079.9ｍｍであり、第１実施例では第２比較例よりも１．５割近く短くなっている。第２実施例では、ヌルレンズ２３において、干渉計１側の面が正の屈折力を有するメニスカスレンズを第１レンズＬ２１として設け、且つ正の屈折力を有する第３レンズＬ２３をキャッツアイポイントよりも被検面２４側に配置したことにより、これらの構成を有しない第２比較例に対して、参照面２ａから被検面２４までの距離を短くすることができている。したがって、第２実施例では、第２比較例と比べて、面形状測定装置２００の全長を短くすることができる。   Comparing the second example and the second comparative example, the distance from the reference surface 2a to the test surface 24 in the second example is 1763.5 mm, whereas the reference surface 2a in the second comparative example is The distance from the test surface 4 to 2079.9 mm is approximately 1.5% shorter in the first embodiment than in the second comparative example. In the second embodiment, in the null lens 23, a meniscus lens having a positive refractive power on the surface on the interferometer 1 side is provided as the first lens L21, and the third lens L23 having a positive refractive power is provided more than the cat's eye point. By disposing on the test surface 24 side, the distance from the reference surface 2a to the test surface 24 can be shortened as compared with the second comparative example not having these configurations. Therefore, in 2nd Example, the full length of the surface shape measuring apparatus 200 can be shortened compared with the 2nd comparative example.

また、第２実施例における非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が14.2ｍｍであるのに対して、第２比較例における非点収差曲線のフォーカスずれの最大値が136.2ｍｍであり、第２実施例では第２比較例の１／１０近くになっている。このように第２実施例では、ヌルレンズ２３が凹レンズを含む構成であることにより、ヌルレンズ３３が凸レンズのみの構成である第２比較例よりも、被検面２４上で発生するヌルレンズ２３の非点収差を小さくすることができている。したがって、第２実施例では、第２比較例と比べて、被検面２４上で発生するヌルレンズ２３による像面湾曲を小さくできるので、被検面２４全面に一様にピントが合った干渉縞の画像を得ることができる。   In addition, the maximum defocus value of the astigmatism curve in the second example is 14.2 mm, whereas the maximum defocus value of the astigmatism curve in the second comparative example is 136.2 mm. In the example, it is close to 1/10 of the second comparative example. As described above, in the second example, since the null lens 23 includes a concave lens, the astigmatism of the null lens 23 generated on the test surface 24 is higher than that of the second comparative example in which the null lens 33 includes only a convex lens. Aberration can be reduced. Therefore, in the second embodiment, since the field curvature due to the null lens 23 generated on the test surface 24 can be reduced as compared with the second comparative example, the interference fringes that are uniformly focused on the entire test surface 24. Images can be obtained.

また、第２実施例における波面収差が0.0035λであるのに対して、第２比較例における波面収差が0.0055λであり、第２実施例では第２比較例よりも波面収差が小さくなっている。   The wavefront aberration in the second example is 0.0035λ, whereas the wavefront aberration in the second comparative example is 0.0055λ, and the wavefront aberration is smaller in the second example than in the second comparative example. .

以上説明した実施例によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ヌルレンズ３、２３は、被検面４、２４から遠い順に、第１レンズＬ１、Ｌ２１と、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、Ｌ２２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、Ｌ２３と、からなり、第１レンズＬ１、Ｌ２１は、被検面４、２４の反対側（干渉計１側）に凸形状のメニスカスレンズである。すなわち、第１レンズＬ１、Ｌ２１の被検面４、２４から遠い方の面は正の屈折力を有し、第１レンズＬ１、Ｌ２１の被検面４、２４に近い方の面は負の屈折力を有する。これにより、第１レンズＬ１、Ｌ２１の被検面４、２４に近い方の面における負の屈折力によって、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、Ｌ２２および第３レンズＬ３、Ｌ２３で発生する像面湾曲を補正することができる。また、第１レンズＬ１、Ｌ２１の被検面４、２４から遠い方の面における正の屈折力によって、測定光を縮小することができ、被検面４、２４までの距離を短くすることができる。この結果、被検面４、２４全面に一様にピントの合った干渉縞の画像を得ることができ、且つ面形状測定装置１００、２００の全長を短くすることができる。 According to the embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The null lenses 3 and 23 are, in order of increasing distance from the test surfaces 4 and 24, the first lenses L1 and L21, the second lenses L2 and L22 having positive refractive power, and the third lens having positive refractive power. The first lenses L1 and L21 are meniscus lenses having a convex shape on the opposite side (interferometer 1 side) to the test surfaces 4 and 24. That is, the surface farther from the test surfaces 4 and 24 of the first lenses L1 and L21 has a positive refractive power, and the surface closer to the test surfaces 4 and 24 of the first lenses L1 and L21 is negative. Has refractive power. As a result, the second lens L2, L22 and the third lens L3, L23 having positive refractive power are generated by the negative refractive power on the surface closer to the test surfaces 4, 24 of the first lenses L1, L21. The curvature of field can be corrected. Further, the measurement light can be reduced by the positive refractive power on the surface far from the test surfaces 4 and 24 of the first lenses L1 and L21, and the distance to the test surfaces 4 and 24 can be shortened. it can. As a result, it is possible to obtain an image of interference fringes that are uniformly focused on the entire test surfaces 4 and 24, and to shorten the overall length of the surface shape measuring devices 100 and 200.

（２）上記（１）のヌルレンズ３、２３において、第１レンズＬ１、Ｌ２１は、負の屈折力を有する。これにより、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、Ｌ２２および第３レンズＬ３、Ｌ２３で発生する収差を補正することができる。 (2) In the null lenses 3 and 23 of the above (1), the first lenses L1 and L21 have negative refractive power. Thereby, the aberration which generate | occur | produces in the 2nd lenses L2 and L22 and the 3rd lenses L3 and L23 which have positive refractive power can be correct | amended.

（３）上記（１）または（２）のヌルレンズ３、２３において、第３レンズＬ３、Ｌ２３は、第１レンズＬ１、Ｌ２１および第２レンズＬ２、Ｌ２２を透過した測定光が集光する点（キャッツアイポイント）より被検面４、２４側に配置されている。これにより、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、Ｌ２３によって、被検面４、２４までの距離を短くすることができるので、面形状測定装置１００、２００の全長をさらに短くすることができる。 (3) In the null lenses 3 and 23 of the above (1) or (2), the third lenses L3 and L23 collect measurement light transmitted through the first lenses L1 and L21 and the second lenses L2 and L22 ( It is arranged on the test surface 4, 24 side from the cat's eye point). Thereby, since the distance to the test surfaces 4 and 24 can be shortened by the third lenses L3 and L23 having positive refractive power, the total length of the surface shape measuring devices 100 and 200 can be further shortened. .

−変形例−
以上の説明はあくまで一例であり、上記の構成に何ら限定されるものではなく、種々の態様を変更してもよい。たとえば、上述した実施例では、ヌルレンズ３、２３を構成するレンズの硝材として、ＳｉＯ２、ＢＫ７を用いる例について説明したが、この他の硝材を用いるようにしてもよい。また、ヌルレンズ３、２３を構成する各レンズの曲率半径、面間隔、硝材等を適宜変更してもよい。 -Modification-
The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above configuration, and various aspects may be changed. For example, in the above-described embodiment, the example in which SiO 2 and BK 7 are used as the glass material of the lenses constituting the null lenses 3 and 23 has been described, but other glass materials may be used. Further, the radius of curvature, the surface interval, the glass material, and the like of each lens constituting the null lenses 3 and 23 may be appropriately changed.

上述した実施例では、上記式（１）で表される非球面形状の被検面４、２４を測定する例について説明した。しかしながら、次式（２）のように高次の係数を含む式で表される非球面形状の被検面を測定する面形状測定装置においても、本発明を適用してもよい。

Figure 2014130073
In the above-described embodiment, the example in which the aspherical test surfaces 4 and 24 represented by the above formula (1) are measured has been described. However, the present invention may also be applied to a surface shape measuring device that measures an aspherical test surface represented by an equation including a higher-order coefficient as in the following equation (2).
Figure 2014130073

上述した実施例では、ヌルレンズ３、２３において最も干渉計１側の第１レンズＬ１、Ｌ２１を凹メニスカスレンズとする例について説明した。しかしながら、上述した実施例に示すように、第１レンズＬ１、Ｌ２１は弱いパワーのレンズ（焦点距離-2877.8ｍｍ、-2189.5ｍｍ）であり、必ずしも凹メニスカスレンズでなくてもよく、凸メニスカスレンズであってもよい。   In the embodiment described above, an example in which the first lenses L1 and L21 closest to the interferometer 1 in the null lenses 3 and 23 are concave meniscus lenses has been described. However, as shown in the above-described embodiments, the first lenses L1 and L21 are weak power lenses (focal lengths -2877.8 mm and -2189.5 mm), and need not necessarily be concave meniscus lenses, but may be convex meniscus lenses. There may be.

１…干渉計、２ａ…参照面、３、１３、２３、３３…ヌルレンズ、４、２４…被検面、１００、１５０、２００、２５０…面形状測定装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Interferometer, 2a ... Reference surface, 3, 13, 23, 33 ... Null lens, 4, 24 ... Test surface, 100, 150, 200, 250 ... Surface shape measuring apparatus

Claims (5)

被検面で反射された測定光と参照面で反射された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検面の形状を測定する面形状測定装置に用いられ、測定光を、所定の形状を有する波面に変換して前記被検面へ導く光学系であって、
前記被検面から遠い順に、第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、からなり、
前記第１レンズは、前記被検面の反対側に凸形状のメニスカスレンズであることを特徴とする光学系。 Used in a surface shape measuring apparatus that measures the shape of the test surface based on interference fringes formed by interference between the measurement light reflected by the test surface and the reference light reflected by the reference surface. An optical system that converts light into a wavefront having a predetermined shape and guides it to the test surface,
The first lens, a second lens having a positive refractive power, and a third lens having a positive refractive power in order from the test surface.
The optical system according to claim 1, wherein the first lens is a meniscus lens having a convex shape on the opposite side of the test surface. 請求項１に記載の光学系において、
前記第１レンズの前記被検面から遠い方の面は正の屈折力を有し、前記第１レンズの前記被検面に近い方の面は負の屈折力を有することを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1.
A surface of the first lens far from the test surface has a positive refractive power, and a surface of the first lens closer to the test surface has a negative refractive power. system. 請求項１または２に記載の光学系において、
前記第１レンズは、負の屈折力を有することを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1 or 2,
The optical system, wherein the first lens has negative refractive power. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系において、
前記第３レンズは、前記第１レンズおよび前記第２レンズを透過した測定光が集光する点より前記被検面側に配置されていることを特徴とする光学系。 In the optical system according to any one of claims 1 to 3,
The optical system, wherein the third lens is arranged on the test surface side from the point where the measurement light transmitted through the first lens and the second lens is collected. 被測定面で反射された測定光と参照面で反射された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であって、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学系を備えることを特徴とする面形状測定装置。 A surface shape measuring device that measures the shape of the surface to be measured based on interference fringes formed by interference between the measurement light reflected by the surface to be measured and the reference light reflected by the reference surface,
A surface shape measuring apparatus comprising the optical system according to claim 1.
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