JPS6225226A - 波面形状測定方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、波面形状測定方法、詳しくは、フーリエ変換
を利用しに波面形状測定方法に関する。

（従来技術） レンズを透過した光束や、物体表面で反射した光束の波
面形状を知ることにより、レンズの性能や、物体の表面
形状を知ることが行なわれて（・るつこのような波面形
状測定方式のひとつとして。

６ｉ１１定阪面を有する測定光を、進行光路が所定面内
で互いに微小角傾むいた２光束に分離し、これら２光束
を、上記所定面内で互いに微小距離横ずれした状態でエ
リアセンサーに入射せしめ、エリアセンサーにより測定
された干渉縞？フーリエ変換し、傾き成分を除去しｆこ
のち、逆フーリエ変換し、その１結果から知られる位相
差に対し、横ずれ方向の積分？含む所定の演算を捲して
、波面形状を知るというものが提案されている（特願昭
６０−５６２１５号）。

本発明は、かかる波面形状測定方式の改良に係るもので
あるので、以下にまず、上記波面形状測定方式のあらま
しを簡単に説明し、あわせて、本発明により解決しよう
とする問題点を説明する。

矛６図において、符号１０はビームスプリッタ〜、符号
１２．１４は平面鏡、符号１６はエリアセンサーを示し
ている。また、牙１図の図面内にＸ方向、Ｘ方向を図の
ように定める。平面鏡１２の鏡面はＸ方向に直交してい
るが、平面鏡１４の鏡面はＸ方向に対し、−〇たけ傾い
ている。

さて、測定波面Ｗを有する測定光が矛６図のごとく、ビ
ームスプリンター１０１Ｃｘ方向から入射すると、この
測定光は、ビームスグリツタ−１０により２元路に分解
される。これらの光路のうち、平面鏡１４に反射される
ｌｆ、路は、ビームスプリンター１０　　を透過したの
ち、平面鏡１２により反射される光路に対し、ｘｙ而面
内微小角θだけ傾くことになる。

換言すれば、ビームスプリッタ−１０，平面鏡１２．１
４　Ｖｃよる光学系は、測定光を、その進行光路が所定
のｘｙ而面内互（・に微小角θたけ傾むく２つり光束に
分割するっそして、これら２つの光束は、上記ｘｙ面内
で、微小距離Ｓたけ横ずれした状態でエリアセンサー１
６に入射する。平面鏡１４とエリアセンサー１６との間
の距離？図示のごとくＬとすると、ずれ晴Ｓは、 Ｓ　＝　Ｌ　ｔａｎθ　　　　　　　　（１）である。

平面鏡１２．１４で反射された光束の、エリアセンサー
１６上におげろ波面形状ｆ　Ｘｙ而面内Ｘの関数とし、
ＷＡ（ｘ）、ＷＢ（ｘ）とする。

３・４図は、これらＷＡ（ｘ）、ＷＢ（ｘ）を拡大して
示している。Ｗ　Ｂ　（ｘ　）は、ＷＡ（ｘ）Ｋ対し、
Ｘ軸正方回へＳだけ慣１゛れし、かつ微小角θだけ１頃
いている。角θが敵手であることを考えると、ＷＢ（ｘ
）は、ＷＡ（ｘ）を用（・て、ＷＢ（ｘ）　＝　ＷＡ（
ｘ＋Ｓ）　＋　２ｒｃｆｏｘ　　　　（２）と否くこと
ができる。たたし、ｆＯは、λを波長として、 ｆｏ　＝　−ｔａｎθ　　　　　　　　（３）λ である。

ここで、波面ＷＡ（ｘ）、ＷＢ（ｘ）による干渉縞を表
すために、ＷＡ（ｘ）、ＷＢ（ｘ）の複素振幅分布を、
それぞれ リアセンサー１６上における干渉縞の強度分布は、これ
をｇ（Ｘ）とすると１ 、！ｉ’（５：）＝　ａ（ｘ）＋　ｂ（ｘ）ｃｏｓ　［
ＷＢ（Ｘ）−ＷＡ（Ｘ）） となり、これは、 と書くことができる。ここに、ａ（Ｘ）　＝α（Ｘ）＋
β２（ｘ）　、　　Ｄ（Ｘ）　＝　２α（Ｘ）β（Ｘ）
　　であり、である。△Ｗｆｉ−（ｘ　）は、波面ＷＡ
（ｘ）％７．１％の正方向へＳだけ平行移動させた波面
と、波面ＷＡ（Ｘ）との位相差であり、このΔＷＡ（ｘ
）を、以下、位相差と称する。

（４）式の両辺をフーリエ変換し、その１．債果を、矢
のよ５に書く。

＊ Ｇ（、ｆ）　＝　Ａけ）　＋　Ｃ（、ｆ−ｆｏ）　＋　
ＣＣｆ＋ｆＯ）さて、波面形状を知るには、位相差△Ｗ
Ａ（ｘ）？知る必安かある。すると（５）式において、
ΔＷＡ（Ｘ）に関する情報を含んでいるの（工、ｃ（ｆ
−＊ ｆｏ　）と、Ｃ（ｆ　＋　ｆＯ）　　であり、このうち
の一方だけ２用いればよい。そこで、矛（５）式の矛１
項と３−６項をフィルターで除去すると、Ｃ（ｆ−ｆｏ
　）　　が得られる。ここで、ｆＯは、（３）式から明
らかなように、傾き角θに関連してし・る。そこで、Ｃ
（ｆ　−ｆＯ）　　を、振動数空間にお（・てｆ、　　
たけずらしてＣ（、ｔ）を得ると、ＣＣｆ）においては
、傾き成分が除去されている。

そこで、このｃ＜ｙ）を逆フーリエ変換すると、Ｃ（ｘ
）か得られるが、このＣ（ｘ）の位相部分は、位相差Δ
ＷＡ　（ｘ　）であり、 により、位相差へＷＡ（ｘ）ｌ知ることができる。

位相差△ＷＡ（ｘ）は、先にのべたように、ΔＷＡ（ｘ
）　＝ＷＡ　（Ｘ　＋　Ｓ　）　−ＷＡ（ｘ）であるか
ら、 Ｓ　　　　　　　Ｅｉｘ である。従って、求めろ波面形状ＷＡ（ｘ）は、位相）
契△ＷＡ（ｘ）に対して なる演算を捲すことによってうろことができる。

すなわち、位相差ΔＷＡ（Ｘ）＆、横すれ方向へ積分し
、これを、横ずれ量Ｓで割ればよい。次に、測定系全体
を、測定光の入射元軸のまわりに９０度向回転せ、上記
のプロセスにより１ライ／分の波面形状を得、この形状
のうえに、先に得られている谷ラインの波面形状を上の
せすることによっτ、波面の２次元的形状を知ることが
できる。

矛５図に、上記測定方式により実測された波面形状の１
例を示す。

さて、本発明により解決しようとする問題点とは、以下
の如きものである。

すなわち、オ６図に示す測定光学系では、測定光を、進
行光路が所定面内で互いに微小角部−・た２つの光束に
分離するのに、ビームスプリンターと２枚の平面鏡とを
用いている。このため、ビームスプリッタ−により分離
された２光束が、再びビームスプリッタ−にもどるまで
の光路が別光路となり、外乱による影響を受けやすい。

すなわち、ビームスプリッタ−および２枚の平面鏡の三
者の相ｔｌ的な位置関係が、温度変化や撮動等の外乱に
より変化しやすく、横ずれ量ｓやティルト蛋θに誤差を
生じやすい。

（目　的） 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは、外乱の影響を受けにくい、
波面形状測定方法の提供にある。

（構　　成〕 以下、本発明を説明する。

本発明の！涛漱とするところは、以下にのべるところに
ある。

すなわち、ｕノ定光を、進行光路が所定面内で互いに微
小角部むいた２つの光束に分離するのに、複屈折性偏光
子を用い、この複屈折性偏光子により分離された２″ｌ
ｔ、束を、検光子により、互いに可干渉にするのである
。

このようにすると、複屈折性偏光子により分離された２
光束の光路が所謂コモンパスとなる。

以下、具体的な夷宛例に即して説明する。

本発明の１実癩夕すを示す牙１図において、符号１０口
は、複屈折性偏光子としてのロンヨンプリズムを、符号
２００は検光子を、それぞれ示す。まＬ二符号３００は
、エリアセンサーの受光面を示す。

測定光が、ロ／ヨ／ズリズム１００に左方から入射する
と、Ｏジョンプリズム１００の複屈折により、常光ＬＮ
　は、これを直進的に透過し、異常″／ｌ、ＬＡは、常
光ＬＮ　　に対し、θ。たけ傾いた方向へ透過射出する
。従って、測定光は、所定面内（図面’ｉｒあられれ℃
いろ而）におい℃、所定の微小角θ。

だけ互（・に１頃き、エリアセンサーの受光面５ＵＯ上
では、Ｓｏ　　すなわちり。ｔａｎＯｏだけ横ずれする
。Ｌ。

は、屑光Ｌ　と異常元巳　との分岐点と受５を而６００
との間の距離である。ただし、常光と異常光とは、その
ままでは干渉しないので、検光子２００の結晶方向が常
光と異常光の偏光方向に対し４５゜をなすように検光子
２００を配置し、それぞれの偏元方向をそろえて、これ
ら２光束を干渉可能とする。

本発明の別実確例を示すオ・２図において、符号１１０
は、複屈折性偏光子としてのウォラストンプリズムを示
し、符号２００と３０ｑとは、矛１図におけると同じく
、検光子およびエリアセンサー受光面を示す。

測定光は、ウォラストンプリズム１１０により。

互いに微小角θ１　だけ傾いて分離し、検光子２００で
互いに可干渉とされ、受光面６００上で干渉する。

このとき、波面ＷＡ１．（ｘ）　、　ＷＢＩ（ｘ）の横
ずれ量Ｓ１　　は、常光・異常光の分岐点と受光面３０
ｔＪとの間の距離なＬｌ　　として。

θ１ Ｓ４　＝　２　ｊａｎ−であたえられる。なお、波面Ｗ
Ａ１（Ｘ）は、本来の測定すべき波面ＷＡ（ｘ）（矛１
図）が、元軸に対し、−θ１　だけ傾いたものであるが
、この傾きは、償稟過程で容易に補正でき、結局。

所望の波面形状ＷＡ（ｘ）Ｙ得ることができろ。

また、波面ＷＡ　の、５次元的な形状を測定するには、
〕・１図、矛２図において、横すれ？、図面に直交する
方向にお（・ても生じさせねばならないが、この目的α
つため（では、複屈折性偏光子たる口７ヨンプリズム１
００または、ウォラストンプリズム１１０のみを、光軸
のまわりに９０度回転させるのみでたりる。もちろん、
光学系全体を回転させてもよ（・。なお、分離角０゜（
矛１図）、θ１（ｊ・２図）は、プリズム角φ。（第１
図）、φ１　（第２図）θ）調整により、坊望の角に設
定できる。

さらに、常光と異常光の光凌を等しくするには、複屈折
性偏光子（τ入射する測定光ケ円・廂元とするか、ある
（・は、素子のプリズムの結晶方向と４５０の傾きをも
った直線偏光にすれば良い。

（効　果） 以上１本発明によれば、新税な波面形状測定方法を提供
できる。この方法では、迎［足元ケ分離して侍られる２
光束がコモンパスとなるので、外乱の影響？極めて受げ
にくい。また、測定光学系のコンパクト化が可能である
。

【図面の簡単な説明】

３・１図は、本発明の１実捲例を説明するための図、矛
２図は、本発明の別実捲例を説明するための図、１・６
図ないし矛５図は従来技術を説明するための図である。 １００・・・口／ヨンプリズム、１１０・・・ウォラス
トンプリズム、２００・・・検光子、６００山エリアセ
ンサーの受光面、ＷＡ（ｘ）・・・波面 篤４　因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定波面を有する測定光を、進行光路が所定面内で互い
   に微小角傾いた２つの光束に分離し、これら２光束を、
   上記所定面内で互いに微小距離横ずれした状態でエリア
   センサーに入射せしめ、上記エリアセンサーにより測定
   された干渉縞をフーリエ変換し、傾き成分を除去したの
   ち逆フーリエ変換し、逆フーリエ変換の結果から知られ
   る位相差に対し、横ずれ方向の積分を含む所定の演算を
   施して、測定波面の波面形状を得る波面形状測定方式に
   おいて、 複屈折性偏光子を用いて、測定光を、進行光路が所定面
   内で互いに微小角傾いた２つの光束に分離し、 このように分離した２光束を検光子によって互いに可干
   渉とすることを特徴とする、波面形状測定方法。