JPH0663867B2 - 波面状態検出用の干渉装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は参照光と被検光との位相差を一定範囲にわたり
迅速、高精度に検出することのできる波面状態検出用の
干渉装置に関し、後に参照光と被検光に所定の位相差を
与えた後に干渉させることにより光源からの出力が変動
しても常に高精度に参照光と被検光との位相差を検出す
ることのできる波面状態検出用の干渉装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来より撮影レンズ等の光学器械の光学性能、特に波面
収差を測定するのにトワイマン型干渉計やマツハツエン
ダー干渉計等の各種の干渉装置が利用されている。この
うち被測定物を介した後の被検光と参照光との間の位相
差即ち干渉縞を時分割して検出し被測定物の光学性能を
求める方式の所謂位相変調干渉方式の測定装置が比較的
簡単な構成なうえ高精度の測定が可能である為多用され
ている。しかしながらこの方式の干渉装置では光源から
の出力を常に一定に保つことが必要であつた。従つて出
力が変化する光源はこの方式の干渉装置には使用するこ
とが難しかつた。

しかしながら被測定物の使用する特定の波長での光学性
能を求める場合にはその特定波長を発振する光源を用い
なければならない場合があり、この為には光源の出力が
多少変動しても使わざるを得ない場合があつた。

例えば紫外領域の波長で被測定物の光学性能を知りたい
場合には光源として紫外領域で各種のスペクトルを放射
し、しかも高出力が比較的容易に得られるエキシマレー
ザーを使用するのが効果的である。しかしながらこのエ
キシマレーザーの出力は不安定である為位相変調干渉方
式の測定装置に単にそのまま用いたのでは測定精度が著
るしく低下してしまう欠点があつた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は参照光と被検光との位相差を検出して被測定物
の光学性能を測定する場合、光源からの出力が変動して
も常に高精度の測定が可能な波面状態検出用の干渉装置
の提供を目的とする。特に紫外域での波長を用いて被測
定物の光学性能を測定する際紫外域で各種の波長をパル
ス発振するエキシマレーザー等のような強度及び光束の
空間強度分布がワンシヨツト毎に変動する光源を用いて
も常に参照光と被検光との位相差を高精度に検出するこ
とのできる波面状態検出用の干渉装置の提供を目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 参照光と被検光から成る一対の光を各々複数の光路に分
岐し、前記分岐した一対の参照光と被検光との間に、分
岐した光路毎に各々異つた値の位相差を付与した後、前
記一対の参照光と被検光とを干渉させ前記分岐された光
路上に各々配置した一定の受光面積を有した受光手段に
導光し、前記各々の受光手段からの受光面上の光学的に
各々対応した位置Ｓから出力されてくる信号を利用して
前記位置Ｓにおける前記参照光と被検光との位相差を求
めると共に、同様な方法により前記参照光と被検光との
位相差を前記受光手段の所定面積中の複数の位置にわた
り求めたことである。

この他本発明の特徴は実施例において記載されている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図である。同
図において１はエキシマレーザー等の光源、２は光源１
からの光束の偏光面を変化させる為の1/2波長板若しく
は施光子等の光学部材、３は所定の振動方向の偏光成分
のみを透過させる為の偏光子、４は偏光子３を通過した
偏光光束を参照光と被検光の２つの直線偏光に分岐する
偏光光分割器、５は偏光光分割器４を通過した直線偏光
を円偏光にする為の1/4波長板、６は集光レンズ、７は
被測定物としての被検レンズ、８は凹面鏡、９は偏光光
分割器４で反射した直線偏光を円偏光にする為の1/4波
長板、10は参照用の平面境、11は無偏光光分割器であ
る。

本実施例では偏光光分割器４を通過した光束を被検レン
ズ７を含む被検用光路を往復させた後偏光光分割器４で
反射させ被検光を得ている。又偏光光分割器４で反射し
た光束を平面境10を含む参照用光路を往復させた後偏光
光分割器４を透過させ参照光を得ている。これより偏光
光分割器４から参照光と被検光の一対の光を射出させて
いる。

即ち光源１から放射された光束は方位角を調整した1/2
波長板等の光学部材２と偏光子３を通過した後、方位角
45度の直線偏光となる。この直線偏光のうちＳ成分の直
線偏光は偏光光分割器４で反射し参照光となり1/4波長
板９を通過した後円偏光となり平面境10で反射し再び1/
4波長板９を通過し入射時とは直交する直線偏光になり
偏光光分割器４を通過する。一方Ｐ成分の直線偏光は偏
光光分割器４を通過し被検光となり1/4波長板５を通過
した後円偏光となり、更に集光レンズ６によつて集光レ
ンズ６の焦点に集光する。この焦点位置は被検レンズ７
の使用像面と一致していて、この被検レンズ７を通過し
た光は被検レンズ７の使用物体面に集光する。この使用
物体面は凹面鏡８の曲率中心に一致していて凹面鏡８で
反射した光はそのまま逆行して1/4波長板５を再度通過
する。ここで被検光は入射時とは直交する振動方向の直
線偏光となり、偏光光分割器４で反射する。この結果偏
光光分割器４から無偏光光分割器11方向に進む一対の参
照光と被検光との間の偏光状態は互いに直交する直線偏
光となつている。

12は被検光と参照光との間に一定の位相差を付与する為
の位相子、13,14は各々被検光と参照光から同じ振動方
向の偏光成分を抽出する為の偏光子、15,17は偏光子13,
14を通過した参照光と被検光を撮像素子やCCD等の受光
手段19,21に各々導光させる結像レンズ、23は各受光手
段19,21からの出力を記憶するフレームメモリ、24は演
算手段である。

本実施例では無偏光光分割器11を通過した参照光と被検
光から同じ振動方向の偏光成分を偏光子13により抽出し
て双方の光束を干渉させている。そしてこの干渉した光
束を結像レンズ15によつて受光手段19に導いている。

又無偏光光分割器11で反射した参照光と被検光との間に
は位相角αの位相子12のフアースト軸を参照光の偏光面
に合わせておくことにより、無偏光光分割器11を通過し
た光路とは異つた値の位相差αを与えるようにしてい
る。そして偏光子14により同じ振動方向の偏光成分の光
を抽出し、双方の光束を干渉させた後結像レンズ17によ
り受光手段21に導いている。

尚本実施例において受光手段19の受光面と被検レンズ７
の入射瞳そして受光手段21の受光面と被検レンズ７の入
射瞳とは各々共役関係となるように構成している。

今無偏光光分割器11を通過した光束の被検レンズ７の入
射瞳面の点Ｐと光学的に対応する受光手段19の受光面上
の一点での被検光と参照光との位相差がφ（γ）であつ
たとすれば、双方の光が干渉したときの光強度Ｉ₁₉は Ｉ₁₉＝Ａ｛１＋cosφ（γ）｝ ……(1) となる。但しＡは光源の光強度に依存した量、γは点Ｐ
の光軸を原点にとつたときの座標である。

同様に無偏光光分割器11で反射した参照光と被検光が干
渉したときの受光手段21の受光面上の被検レンズ７の入
射瞳面上の点Ｐに対応する点での光強度Ｉ₂₁は位相子12
の位相角がαであるので Ｉ₂₁＝Ａ｛１＋cos（φ（γ）−α）｝ ……(2) となる。尚本実施例では位相角αの値は任意に設定され
るものである。

参考の為に第４図に(1)，(2)式で表わされる干渉光強度
Ｉ₁₉,I₂₁の様子を示す。

以上のように本実施例によれば(1)，(2)式を用いれば計
算の過程で光源の出力に関する係数Ａが相殺されること
になるので、即ち光源の出力の変動に左右されずに位相
差φ（γ）を求めることができる。そしてこの位相差φ
（γ）を被検レンズ７の入射瞳全面にわたつて求めれば
被検レンズ７の光学性能、即ち波面収差を求めることが
できる。

本実施例では受光手段19,21の所定位置からの出力を一
旦フレームメモリ23に記憶し、各々対応する位置からの
出力間を演算手段24により演算している。

本発明の目的とすることは以上の構成により達成される
ものであるが、更に好ましくは次の如く構成するのが高
性能化を図る上に望ましい。

第１図に示した干渉装置においては（１），（２）式だ
けでは位相差φ（ｒ）が一意的に決まらない場合があ
る。例えば第５図に示す如く強度Ｉ₁₉,I₂₁が変化したと
する。このとき位相φ＝ａと位相φ＝ｂの位置では光強
度Ｉ₁₉,I₂₁の比Ｉ₁₉／Ｉ₂₁が同一値となり位相ａと位相
ｂの区別ができなくなってしまう。この為には予め係数
Ａを測定しておくか光強度を表わす式を増加させれば前
述のような不都合を避けることができる。

第２図、第３図は各々第１図に示した本発明の実施例の
構成の一部を改良し、更に高性能化を図つた一実施例の
光学系の概略図である。

このうち第２図は第１図において偏光光分割器４と無偏
光光分割器11との間に無偏光光分割器30を配置すること
により無偏光光分割器30で参照光と被検光の双方を反射
させた後結像レンズ31により受光手段32に干渉しない状
態で導光させて光強度を測定している。これにより光源
からの出力に関する係数Ａを求めている。又このような
方法を採用することにより位相範囲−π≦φ（γ）＜π
の範囲で一意的に位相差φ（γ）を求めることができ
る。

この他の構成上の内容は第１図の実施例と同様である。

又第３図は第１図の実施例において位相子12として1/4
波長板33を配置し偏光子13,14の代わりに各々偏光子13,
14と同じ機能を有し、かつ光束を分割する機能を有する
偏光光分割器34,35を配置し、偏光光分割器34,35に入射
してきた参照光と被検光から成る一対の光束を２つに分
割しつつ同じ振動方向の偏光成分を抽出している。この
うち反射した一対の光束を結像レンズ16と18により各々
受光手段20,22に導光している。

尚本実施例において受光手段20と被検レンズ７の入射瞳
そして受光手段22と被検レンズ７の入射瞳は各々共役の
関係となるように構成されている。

受光手段20,22からの出力を各々Ｉ₂₀ZI₂₂とすると出力
Ｉ₁₉とＩ₂₀そして出力Ｉ₂₁とＩ₂₂は各々位相が反転して
いる為に前述の(1)，(2)式より となる。1/4波長板33の位相角αはπ／２であるから、
(1)，(2)，(3)式をまとめて表示すると となる。(4)式において未知数はA,φ（γ）であるか
ら、(4)式より位相差φ（γ）を求めることができる。
又第２図に示した実施例と同様に−π≦φ＜πの範囲内
で係数φ（γ）を一意的に求めることができる。この他
の各要素は第１図に示した実施例と同様である。尚1/4
波長板33の代わりに任意の位相角を有する波長板を用い
ても良い。

これ以降の光強度の式は第１図の実施例と同じである。

このように本実施例においては複数の光強度の式を用い
ることにより、係数Ａに相当する光源からの出力が変動
しても検出数を増加させることにより位相差φ（γ）を
平均化して常に高精度な検出を可能としている。

尚第１図から第３図に示した実施例において、偏光光分
割器４と無偏光光分割器との間に1/2波長板又は旋光子
を入れて入射光束の偏光面を適当に回転させれば偏光光
分割器以後の部品と参照用平面鏡10、凹面鏡８とを同じ
面内に配置することができ設計上及び調整が容易とな
る。

（発明の効果） 本発明によれば参照光と被検光とから成る光を複数の光
路に分岐し、各光路毎に異つた値の位相差を参照光と被
検光に付与した後に干渉させ、このときの状態を測定す
ることにより光源からの出力が変動しても参照光と被検
光との位相差を高精度に検出することができ又これによ
り例えば被検レンズの光学性能を高精度に求めることが
できる。

又光源として例えばパルス発振するレーザーからの光束
でワンシヨツトで被検レンズの光学性能を周囲の振動
や、外気温の変動により、例えば参照光の位相がパルス
毎に変化しても常に高精度な測定が可能な波面状態検出
用の干渉装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第２、第
３図は各々第１図の一部分を改良した一実施例の光学系
の概略図、第４図、第５図は各々本発明に係る参照光と
被検光との干渉による光強度の説明図である。 図中１は光源、２は1/2波長板、３は偏光子、4,34,35は
偏光光分割器、5,9,33は1/4波長板、６は集光レンズ、
７は被検レンズ、８は凹面鏡、10は平面鏡、11は無偏光
光分割器、12は位相子、13,14は偏光子、15,16,17,18,3
1は結像レンズ、19,20,21,22,32は受光手段、23はフレ
ームメモリ、24は演算手段である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の受光面積を有した複数の受光手段
   と、同一光源からの光により参照光と被検光を形成する
   干渉光学系と、該干渉光学系により形成された参照光と
   被検光からなる一対の光を複数の光路に分岐する光路分
   岐手段と、前記光路分岐手段により分岐した各一対の参
   照光と被検光との間に、分岐した光路毎に各々異なった
   値の位相差を付与させるための位相差付与手段と、前記
   位相差付与手段によって異なった値の位相差を付与され
   た各一対の参照光と被検光とを干渉させた状態で前記受
   光手段の各々にそれぞれ受光させる光学系と、前記各々
   の受光手段からの受光面上の光学的に各々対応した位置
   Ｓから出力されてくる信号を利用して前記位置Ｓにおけ
   る前記参照光と被検光との位相差を求めることにより前
   記参照光と被検光との位相差を前記受光手段の所定面積
   中の複数の位置にわたり求める演算手段とを有すること
   を特徴とする波面状態検出用の干渉装置。
2. 【請求項２】前記位相差付与手段が付与する位相差がπ
   ／２であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の波面状態検出用の干渉装置。