大口径光学素子の絶対形状計測を目的としたファイバ型PS/PDIの開発－干渉結果の撮影におけるCCD撮像素子の保護ガラスの影響

摘要

光の干渉を応用した表面形状計測装置は大面積の高精度計測を目的として研究が進められており、その一つに点光源回折干渉計(Point Diffraction Interferometer: PDI)が挙げられる。PDIは、微小開口からの回折波面が条件を満たせば非常に真球面に近くなることを利用し、この球面波を計測基準面に用いる干渉計であり、その波面の真球面度の高さから、実体計測基準を用いる光干渉計に比べてより高精度な計測が期待できる。さらに、位相シフト法(Phase-Shifting Method)を併用することで、各計測点の位相差を高精度に求めることができ、これらを組み合わせた位相シフト型点光源回折干渉計(PS/PDI)は、縦方向にサブナノメートルオーダーの計測分解能を有する絶対形状計測装置として期待されている。我々はシングルモード光ファイバのコアを微小開口として用いたファイバ型PS/PDIの開発を行ってきた[1]。光ファイバコアからの回折球面波の真球度は数値シミュレーションにより10~(-5)λ以下と見積もられており、計測波面、参照波面の光源として2つの光ファイバコアを用いることで、計測対象の形状情報のみを持った干渉縞を得ることができる。その干渉縞はCCDカメラにより強度パターンとして取得され、位相シフト法による解析によって計測波面と参照波面の投影面上での位相差分布を算出することができる。さらに、計測対象ミラーで反射された計測波面はその形状を変えながら伝播することを考慮し、得られた位相差分布と強度分布を元にしてHelmholtz-Kirchhoff積分を用いたデジタルホログラフィ解析法[2]により解析を行うことで、計測対象ミラーの絶対形状を得ることができる。