[发明专利]非球面测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及非球面测量装置，用于向非球面测试表面发射测量光束，并基于由从非球面测试表面反射的测量光束和参考光束之间的干涉引起的干涉条纹测量非球面测试表面的形状。

背景技术

用于确定非球面测试表面的局部形状的常规方法是已知的。在这种方法中，球面波发射到非球面测试表面，随后基于由从非球面测试表面反射的光束和参考光束之间的干涉引起的干涉条纹确定非球面测试表面的形状。然而，难以采用该方法获得覆盖整个非球面测试表面的干涉条纹。

为了解决上述问题，确定整个非球面测试表面的形状的方法是已知的(参见日本专利特许公开No.62-126305)。在这种方法中，干涉仪或非球面测试表面沿测量光轴方向连续移动，以连续产生对应于沿径向方向将非球面测试表面分成的每个局部区域的干涉条纹。在每个局部区域的基础上分析干涉条纹，以获得非球面测试表面的每个局部区域的形状。局部区域的形状接合在一起，以确定整个非球面测试表面的形状。

另一方面，用于沿正交于测量光轴的平面连续地移动干涉仪或非球面测试表面的方法是已知的(参见美国专利No.6,956,657)。在这种方法中，对应于非球面测试表面的每个局部区域的干涉条纹被放大的足够大，以进行分析，并在每次干涉仪或非球面测试表面移动时成像。在每个局部区域的基础上分析成像的干涉条纹，以获得非球面测试表面的每个局部区域的形状。局部区域的形状接合在一起，以确定整个非球面测试表面的形状。

近年来，非球面透镜的形状变得越来越复杂。例如，具有围绕非球面测试表面的中心轴线的凸面(凸部)和凹面(凹部)非球面透镜开始被使用。采用光学干涉测量已经难以测量具有凸部和凹部的非球面测试表面的形状。作为代替，已经进行了采用光学触针的三维形状测量。

在普通光学干涉测量方法中，仅在非球面测试表面的区域能够反射发射到其上的测量光束时，即，仅在所述光束被从非球面测试表面的区域上反射回以沿着入射路径返回传播时，才获得合适的或正确的干涉条纹。采用日本专利特许公开No.62-126305和美国专利No.6,956,657的方法的问题是，发射到非球面测试表面的测量光束是在集中或分叉的同时沿着测量光轴传播的球面波。然而，在这种情况中，从非球面测试表面的凸部反射的光束的方向和从非球面测试表面的凹部反射的光束的方向彼此完全不同。结果，不能从凸部或凹部中的任一种获得合适的干涉条纹。

另一方面，采用作为测量光束的平面波的干涉仪是已知的。然而，在复杂的非球面测试表面，由于非球面测试表面的局部区域之间的大的倾斜差异，即使在改变发射到每个局部区域的测量光束的方向的同时在每个局部区域中进行测量，干涉条纹的条纹密度也变得极其高。结果，普通二维图像传感器的分辨率太低而不能以高精确度进行条纹分析。

考虑到前述问题，作为研究的结果，本发明的发明人发现，接下来的方法对测量上述例如具有凸部和凹部的非球面形状是有效的。在这种方法中，样品和干涉光学系统沿三维方向是能够相对移动的。在样品围绕其中心轴线旋转时进行光学干涉测量。而且，在样品的中心轴线和干涉光学系统的测量光轴之间的角度顺序改变且样品围绕其中心轴线旋转时重复光学干涉测量。分析获得的干涉条纹，以测量非球面测试表面的每个局部区域的形状。局部区域的形状接合在一起形成整个非球面测试表面的形状。然而，采用这种方法的问题是，难以在对测量条件没有限制的条件下在短时间内以高精确度进行光学干涉测量。

更具体地，当用于围绕非球面形状的中心轴线旋转样品的机构和用于改变样品的中心轴线和干涉光学系统的测量光轴之间的角度的机构结合成用于沿三维方向相对移动样品和干涉光学系统的机构时，由于惯性力随着移动部件的重量的增加而增加，变得难以确保微运动的精确度。结果，不能获得以高精确度进行形状测量所要求的运动精确度。此外，由于对测量条件的限制、测量时间长以及类似的问题，上述非球面测量是不方便的。

发明内容

本发明的目标是提供一种非球面测量装置，其能够以高精确度测量非球面测试表面的形状，并具有用于相对移动样品保持装置和干涉光学装置的机构。

为了实现上述和其它目标，以如下方式构造非球面测量装置。