ファイバ型位相シフト点光源回折干渉計による非球面光学素子の絶対形状計測

使用光纤型相移点源衍射干涉仪进行非球面光学元件的绝对形状测量

基本信息

批准号：
09J00572
负责人：
松浦敏晋
金额：
$ 0.45万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

点光源回折干渉計(PDI : Point Diffraction Interferometer)はその原理から高精度な絶対形状計測が可能である。しかし、従来のPDIでは、干渉計測の参照面となる回折球面波を発生させる微小開口を1つしか用いないため、非球面ミラーを計測対象とした場合は干渉縞の縞密度が高くなり、計測することができない。そこで、非球面ミラーであっても干渉縞を取得するため、微小開口を2つ用い、一方を被検波面用、他方を参照波面用とする手法を提案した。さらに、微小開口にはシングルモード光ファイバのコアを用いた。2つの光ファイバを任意の位置に設置することにより、非球面ミラーであっても干渉縞を取得することが可能となった。干渉計測においては、計測面上で得られた被検波面の波面形状がそのまま計測対象の形状を示す。しかし、非球面ミラーで反射された被検波面はその形状により様々な方向へ反射し、波面は変化しながら伝播するため、ミラー形状を得るには波面の伝播解析が必要である。そこで、デジタルホログラフィによる波面伝播解析法を開発し、計測面上で得られた被検波面の位相および強度分布からミラー形状を得ることに成功した。開発したPDIの計測精度評価のために、直径200mm、曲率半径1500mmの球面形状の凹面ミラーの計測を行った。計測結果から、真球面からのずれ量はPV50nmであったが、ミラーを光軸回りに90度回転させた前後の計測結果はPV2.0nm、rms0.85nmで一致した。次に、直径110mm、曲率半径1000mmの非球面ミラーの計測を行った。計測結果から、非球面量は10□mであった。また、球面計測と同様にミラーを光軸回りに90度回転させた前後の計測結果は、PV5nm、rms1.2nmで一致した。10□mもの非球面量を持ったミラーはもちろん従来のPDIでは計測することはできず、三次元計測器を用いる必要があったが、市販されている三次元測定器では50nm程度の精度しかなく、今回開発した手法により、はるかに高精度な非球面計測が可能となった。

点衍射干涉仪（PDI）因其原理而能够进行高精度的绝对形状测量。然而，传统的PDI仅使用一个微观孔径来产生衍射球面波，作为干涉测量的参考面，因此在测量非球面镜时，干涉条纹的条纹密度变高而无法测量。因此，为了即使使用非球面镜也能获得干涉条纹，我们提出了一种使用两个微观孔径的方法，一个用于测试波前，另一个用于参考波前。此外，微孔径采用单模光纤芯。通过在任意位置安装两根光纤，即使使用非球面镜也可以获得干涉条纹。在干涉测量中，在测量表面上获得的待测波前的波前形状直接指示了测量目标的形状。然而，非球面镜反射的待测波前根据其形状而向各个方向反射，并且波前在传播的同时发生变化，因此需要进行波前传播分析才能获得镜面形状。因此，我们开发了一种使用数字全息术的波前传播分析方法，并成功地从测量表面上获得的被测波前的相位和强度分布获得了镜子形状。为了评估所开发的 PDI 的测量精度，我们测量了直径为 200 mm、曲率半径为 1500 mm 的球面凹面镜。从测量结果来看，与真实球面的偏差量为PV 50 nm，但将反射镜绕光轴旋转90度之前和之后的测量结果与PV 2.0 nm和rms 0.85 nm一致。接下来，我们测量了直径为110毫米、曲率半径为1000毫米的非球面镜。根据测量结果，非球面量为10μm。另外，与球面测量类似，将反射镜绕光轴旋转90度前后的测量结果一致，PV为5nm，rms为1.2nm。当然，使用传统的PDI无法测量非球面量为10μm的镜子，需要三维测量仪器，但市售的三维测量仪器的精度仅为50nm左右。这次开发的方法使得以更高的精度测量非球面成为可能。