JPH06508218A - 広い測定範囲を有する偏向型光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 広い測定範囲を有する偏向型光学装置 技術分野 この発明は、広い測定範囲を備えた、特に位相検出用の偏向型の光学装置に関す るものである。

背景技術 最近、多くの光学及び機械装置に用いられる高度の技術には、サブミクロン精度 での表面処理が必要とされることが多い。それには、機械加工処理の技術修得に 加えて、得られる部品の品質管理の問題がある。

フランス特許第２，６４７，９１３号は、光学系の表面の、位相検出による制御 に用いられる、光路に沿って光源となる発光手段、試験用反射表面、光源と試験 用表面との間に配置されて、試験用表面によって反射された光ビームを偏向させ る半反射表面を備えているセパレータキューブ、前記反射光ビームの収束点付近 に配置されたロンチ（Ｒｏｎｃｈｉ１回折格子のような回折格子、電荷結合素子 （ＣＣＤ）を備えたカメラの分析平面、すなわちＣＣＤ検出器の平面上に視認さ れる像を形成する対物レンズ、及びその像を位相検出によって利用するための、 データ処理手段に結合されたカメラを主要素として有している光学装置を開示し ている。

位相検出を行う偏向型のこの光学装置は、どのような表面でも接触することなく 、様々な光学表面及び非球面を、特殊な工具を必要としないで正確で迅速に測定 できる。しかし、特にその取得装置の入射ひとみのため、それは原理的に測定可 能範囲の直径が制限されている。

発明の開示 この発明の目的は、測定可能視野を拡大させるために、結像装置、特に偏向装置 の入射瞳を拡大させることである。

この発明の別の目的は、偏向装置によって与えられる像を観察するためにズーム を用いることである。

この発明は目的として、光源と、試験用表面と、光源と試験用表面との間に配置 されて、試験用表面によって反射された光ビームを偏向させる半反射表面と、前 記反射光ビームの収束点付近に配置された回折格子と、データ処理手段に結合さ れたＣＣＤカメラとを有している、特に位相検出用の偏向型の光学装置であって 、回折格子とＣＣＤカメラとの間において、中間像を形成する大きい入射瞳の主 対物レンズと、前記中間像を受けるすりガラスと、すりガラス上の中間像を通過 させて最終像をＣＣＤカメラの検出器上に形成する補助光学系とを有しているこ とを特徴とする光学装置を備えている。

この発明の別の特徴によれば、補助光学系はズームである。

他の特徴は、添付の図面を参照した以下の説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は、光学表面を位相検出によって検査するための、回折格子及びセパレー タ素子を備えた公知の形式の光学装置の概略図である。

第２図は、光源から放射されて非球面の光学表面によって反射された光線の概略 図である。

第３図は、第２図の概略図に関する焦点不整合（デフォーカライゼイション）を 説明する概略図である。

第４図は、第１図の光学装置の原理についての概略図である。

第５図は、本発明による光学装置の原理についての概略図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図には、光源１と、半反射表面（半透鏡）２と、試験用光学表面３と、ロン チ回折格子４と、対物レンズ５と、ＣＣＤカメラ（図示せず）の検出器６と、デ ータ処理手段７とが示されている。

光学表面３は非球面であり、光源１からのビーム８が表面３の点９に到達し、反 射される。ビーム１０は半反射表面２によって１１で偏向されてから、半反射表 面２に対して、光源１と対称的である点１３から距離ｄだけ離れた点１２で、回 折格子４に到達する。

点１２及び１３間の距離ｄは、光源１からの光ビームが試験用表面３からの反射 後に受ける偏向である。表面３上の各点９について、偏向ｄ及び光源１から点９ を望む角度がわかっていれば、この点の勾配を決定して、積分法によって表面３ を再構成することができる。

また、理論的表面を計算によって実際表面から減じ、それによって表面３の欠陥 についての地図を作製することができる。

光学系の位相検出による検査を行うための、回折格子及びセパレータ素子を備え た光学装置についての詳細な説明は、上記フランス特許第２，６４７，９１３号 に記載されており、これは参考にされ、本説明の一部を構成しているそのような 装置（第１図）では、対物レンズ５はＣＣＤカメラの検出器６上に観察表面の像 を形成する機能を備えており、その上に分析すべき縞模様が重ねられる。

表面上の点の照度が、その点における表面の勾配の指標である。

さらに、表面３のいずれの点９から反射して偏向する光源１からのビームが、対 物レンズ５の１４で表された入射ひとみの内部へ戻るように、観察される表面３ が対物レンズに対して配置されなければならない。

そうでない場合、問題の点は、カメラに向けて光を送らないため、測定できない 。従って、「位相検出を行う偏向計」の形式の装置の測定可能な視野の主な制限 は、光源１からのすべてのビームが、表面３からの反射後に取得カメラの検出器 ６に到達しなければならない、すなわち像を形成する装置（対物レンズとカメラ ）の入射瞳１４に入らなければならないことである。

第２図において、光源１は、その軸線が光源１及び点１５を通っていて、非球面 の表面３を照射する。この軸線に直交して光源１を含む平面上では、表面３で反 射された光ビームの直径がゼロではない。この直径は矢印１６及び１７で表され ている。さらに、この直径を変化させ、また、光源１を表面３に対して変位させ る（図３）ことによって、それをできるだけ小さくすることができる。

現在、ひとみ像形成に用いられているこの操作は、焦点不整合と呼ばれている。

それによって、いずれの非球面の表面でも、光源の平面上での戻りビームの直径 が最小になるように、光源に対して位置決めすることができる。これは、光源の 平面上での「最小拡散臼（ＣＬＤ）」と言われる。

表面３は、（必要に応じてアダプタ光学系を通過した後）そのＣＬＤが取得装置 の入射瞳よりも小さい寸法である場合、測定可能である。

非球面を補償するための特殊な装置を用いないで表面を測定したい場合、ユーザ の関心は可能な限り、最大の入射瞳が得られる装置を備えることである。

この瞳の大きさを増大させるため、 一対物レンズの相対開口（Ｆ／Ｄ）を増加させると、大きい開口を有する収差を 補正した対物レンズの設計及び製造は、困難であると共に非常にコストがかかる 。

−その焦点距離を増加させると、それに比例して像の寸法も増大する。

実際にこれは、入射瞳の大きさが、形成される像の大きさに正比例することを意 味している。

最も一般的なＣＣＤカメラは、像高さが６．６ｍｍ以下である検出器と共に作動 する。この像寸法では、特に光学系に用いられる非常に広い範囲の非球面の表面 を測定できる。反対に、ＣＬＤがこの制限よりも太き（なるような歪みのある表 面では、測定可能な直径を制限しなければならない。

そして、（前記瞳の要件に加えて）瞳の寸法の概念が、その時点までズームの使 用を妨げてきた（設計及び製造が困難であること）。

第４図には、入射瞳１４及び最小拡散臼１８が示されている。像の大きさを定め る検出器６は小さい。入射ひとみ１４は最大寸法であり、開口は像側か大きい。

既存の装置の制約を避けるため、本発明による光学装置が第５図に示されている 。第５図において、光源１はビームを非球形の試験用表面３に向けて送る。焦点 不整合後に表面３で偏向されたビームは最小拡散臼（ＣＬＤ）１８を有している 。主対物レンズ１９に大きい入射瞳１４が設けられているが、その開口は製造可 能性及び製造コストによって比較的制限される。その結果、それは大きい像とな る。この像が主対物レンズ１９の像面で、例えば薄いすりガラス２０上に焦点合 わせされる。

この像が補助結像用の光学系２１を通過し、これがそれからＣＣＤカメラの検出 器６上に像を形成する。

主対物レンズ１９と補助光学系２１との間にすりガラス２０を用いることによっ て、主対物レンズ１９の像開口角度αよりも小さい開口角度βで、補助光学系２ １が補助像を形成することができる。補助対物レンズは、従来の偏向計に存在し ている、入射瞳の大きさとＣＣＤカメラの検出器上の像の大きさとの間の、比例 関係に従うためのものではない。このため、中間像の大きさを非常に大きくする ことができ、実際のところ、この光を取り入れる装置の入射瞳である主対物レン ズ１９の入射瞳を、非常に大きくすることができる。

その結果、本発明による光学装置の勾配及び非球面についての測定可能範囲が、 従来の偏向計に較べて広（なる。

本発明による光学装置では、開口が主対物レンズの開口から独立しているため、 補助光学系２１をズームにすることができる。

本発明による光学装置は、偏向計によって表面を測定する装置に適用することが できる。それは本質的に、例えばすりガラスの平面で焦点合わせされる中間像を 形成する大きい入射瞳を備えた主対物レンズと、中間像を通遇させる補助光学系 とを有して、最終像の大きさがいずれのＣＣＤカメラの検出器にも適合できるよ うにしている。

すりガラスはいずれの形式の拡散器にも、すなわち光線を照射された時に、光を 一定の開口（散乱標識、散乱の位相関数）の円錐形に光を再放出する光学部材に 置き換えることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．光源と、試験用表面と、光源と試験用表面との間に配置されて、試験用表面 によって反射された光ビームを偏向させる半反射表面と、前記反射光ビームの焦 点付近に配置された回折格子と、データ処理手段に結合されたＣＣＤカメラとを 有している、特に位相検出を行う偏向計型の光学装置であって、回折格子とＣＣ Ｄカメラとの間において、中間像を形成する大きい入射瞳の主対物レンズ（１９ ）と、前記中間像を受け取るすりガラス（２０）と、すりガラス上に形成された 中間像を通過させて最終像をＣＣＤカメラの検出器（６）上に形成する補助光学 系（２０）とを有していることを特徴とする光学装置。
2. ２．補助光学系はズームであることを特徴ヒする請求項１の光学装置。