JP2002228426A

JP2002228426A - 曲率半径測定方法及び装置

Info

Publication number: JP2002228426A
Application number: JP2001021723A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Morita; 展弘森田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】干渉を用いた曲率半径測定方法における被検面
と対物レンズとの間隔の目視調整に伴う誤差を除去す
る。【解決手段】レンズ９と被検面１０ａとの相対間隔を変
化させる手段（不図示）と相対間隔を検知する間隔検知
手段（不図示）、並びに干渉縞を画像として取り込むＣ
ＣＤカメラ１３を設け、間隔検知手段からの出力をもと
に仮想的に生成した形状と、レンズによる集光点を被検
面の頂点と略一致させたときに生じる干渉縞から求めた
前記集光点との一致誤差に起因する仮想的に生成した形
状と、レンズによる集光点を被検面の曲率中心と略一致
させたときに生じる干渉縞から求めた前記集光点と曲率
中心との一致誤差に起因する仮想的に生成した形状とに
基づき、曲率半径を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、球面レンズ、球面レ
ンズアレイ、球面ミラー等の曲率半径測定方法及び装置
に関するものであり、球面レンズ、球面レンズアレイ、
球面ミラー等の加工精度評価、性能シミュレーションに
応用可能なものである。

【０００２】

【従来技術】曲率半径測定方法及び装置に関する従来技
術として特開平５−１１８２９公報、特開平１０−２５
３３３１号公報に記載されているものがある。図１に基
づいて従来技術を説明する。１は被検面を表わし、２は
干渉計の対物レンズ、３は参照平面である。測定手順と
しては、まず対物レンズ２の焦点を被検面の頂点と略一
致させる。このとき、頂点からの反射光の波面は参照平
面と干渉して、干渉縞が発生する。その干渉縞の本数が
できるだけ少なくなるように、被検面と対物レンズとの
間隔を調整して、そのときの被検物の位置を記憶してお
く。次に対物レンズ２の焦点を被検面の曲率中心と略一
致させると、被検面からの反射光の波面は参照平面と干
渉して干渉縞を発生するため、その場合も同様に干渉縞
の本数ができるだけ少なくなるように被検面と対物レン
ズとの間隔を調整して、そのときの被検物の位置を記憶
しておく。

【０００３】図１からもわかるように上述の２通りの設
定における被検物の位置変化量が被検面の曲率半径とな
る。しかしながら、上述の干渉縞の本数ができるだけ少
なくなるような間隔の調整は、干渉縞を目視で観察する
ことにより行うため、常に同じ状態を再現することは困
難であり、目視調整における視覚能力による誤差が含ま
れてくる。そのうえ、できるだけ目視調整の誤差を減ら
すため丁寧に調整を行おうとすると、測定時間が増大し
てしまう。また、球面アレイ測定等、多数の面の曲率半
径を測定しなければならない場合は、各面ごとに測定値
にばらつきが生じ、測定時間の問題も重要になる。

【０００４】特開平１０−２５３３３１号公報記載の従
来の装置は、曲率半径を測定するのに光学系を移動する
ことが必要であり、高精度測定を狙うためにはより高精
度に光学系を移動させる必要があるため、装置が大掛か
りになるうえ、高価になる。また移動誤差にともなう測
定誤差も生じ易い。さらに開口部材に被検物をセットす
るため、多数の被検面をもつ球面アレイの測定に適さな
い。

【０００５】

【解決しようとする課題】そこでこの発明は、従来技術
の測定方法における被検面と対物レンズとの間隔の目視
調整に伴う測定誤差を除去し、高精度な曲率半径を可能
にするとともに、間隔調整に時間をかけないようにし、
短時間での測定を可能とすることをその課題とする。

【０００６】

【課題を解決するために講じた手段】

【解決手段１】（請求項１に対応）上記課題を解決する
ために講じた手段は、被検面に収束、あるいは発散光を
照射する照射光学系と、被検面からの反射光を干渉させ
るための干渉光学系と、干渉縞を画像として結像させる
結像光学系と、前記照射光学系と被検面との相対間隔を
変化させるための手段と、前記照射光学系と被検面との
相対間隔を検知するための間隔検知手段と、干渉縞を画
像として取り込むための複数の画素にて構成された受光
手段と、間隔検知手段との出力をもとに被検面の曲率半
径を計算するための計算器とを用いた曲率半径測定方法
において、前記間隔検知手段からの出力をもとに仮想的
に生成した形状と、前記照射光学系による集光点を被検
面の頂点と略一致させたときに生じる干渉縞から求めた
前記集光点と頂点との一致誤差に起因する仮想的に生成
した形状と、前記照射光学系による集光点を被検面の曲
率中心と略一致させたときに生じる干渉縞から求めた前
記集光点と曲率中心との一致誤差に起因する仮想的に生
成した形状と、をもとに、前記集光点と頂点並びに集光
点と曲率中心との一致誤差の影響を除去する曲率半径を
得るようにしたことである。

【０００７】

【作用】間隔検知手段からの出力から生成した一連の仮
想的形状をもとに曲率半径を得るようにしたので、従来
技術の測定方法における被検面と対物レンズとの間隔の
目視調整に伴う測定誤差を除去でき、高精度な曲率半径
測定が可能となる。また、間隔調整に時間を要さないた
め、少ない時間での高精度測定が可能となる。

【０００８】

【課題解決手段２】上記課題を解決するために講じた別
の解決手段は、被検面に収束、あるいは発散光を照射す
る照射光学系と、被検面からの反射光を干渉させるため
の干渉光学系と、干渉縞を画像として結像させる結像光
学系と、前記照射光学系と被検面との相対間隔を変化さ
せるための手段と、前記照射光学系と被検面との相対間
隔を検知するための間隔検知手段と、干渉縞を画像とし
て取り込むための複数の画素にて構成された受光手段
と、間隔検知手段との出力をもとに被検面の曲率半径を
計算するための計算器と、前記間隔検知手段からの出力
をもとに形状を仮想的に生成し、前記照射光学系による
集光点を被検面の頂点と略一致させたときに生じる干渉
縞をもとに前記集光点と頂点との一致誤差に起因する形
状を仮想的に生成し、また前記照射光学系による集光点
を被検面の曲率中心と略一致させたときに生じる干渉縞
をもとに前記集光点と曲率中心との一致誤差に起因する
形状を仮想的に生成し、それらをもとに、前記集光点と
頂点並びに集光点と曲率中心との一致誤差の影響を除去
した曲率半径を演算する手段と、を備えたことである。

【０００９】

【作用】間隔検知手段からの出力から生成した一連の仮
想的形状をもとに曲率半径を得るようにしたので、従来
技術の測定装置における被検面と対物レンズとの間隔の
目視調整に伴う測定誤差を除去でき、高精度な曲率半径
測定が可能な、また少ない時間での高精度測定が可能な
測定装置を提供できる。

【００１０】

【実施態様１】（請求項３に対応）実施態様１は、解決
手段１の仮想的に生成する形状を一次元化することであ
る。

【００１１】

【実施態様２】（請求項４に対応）実施態様２は、解決
手段１の仮想的に形状を生成するときに必要な、被検面
における光の反射高さに関し、被検面の反射像を形成す
る前記受光手段の画素数と前記受光手段の１画素あたり
に相当する長さ（画素係数）をもとに被検面における光
の反射高さを求めるようにしたことである。なお、上記
の「反射高さ」は、被検球面に照射した光が被検球面上
で反射される位置について、被検球面からの半径方向へ
の距離を意味する。

【００１２】

【実施態様３】（請求項５に対応）実施態様３は、実施
態様２の方法において、あらかじめ求めておいた結像光
学系の倍率と前記画素係数との関係をもとに、結像光学
系倍率の変更に連動させて、前記画素係数を設定するこ
とである。

【００１３】

【実施態様４】（請求項６に対応）実施態様４は、実施
態様３の方法において、曲率半径が既知の球面における
光の反射高さをもとに前記画素係数を求めることであ
る。

【００１４】

【実施態様５】（請求項７に対応）実施態様５は、解決
手段２記載の装置において、可動ステージにより被検面
を移動させ照射光学系と被検面との相対間隔を変化させ
るようにしたことである。

【００１５】

【実施態様６】（請求項８に対応）実施態様６は、解決
手段２記載の装置において、曲率半径が既知の球面と、
被検物を切り替えるための手段とを構成に付加したこと
である。

【００１６】

【実施態様７】（請求項９に対応）実施態様７は、実施
態様６の装置において、曲率半径が既知の球面に、任意
の形状で所定サイズのマークを施したことである。

【００１７】

【実施態様８】（請求項１０に対応）実施態様８は、実
施態様７の装置において、マークを円環としたことであ
る。

【００１８】

【実施態様９】（請求項１１に対応）実施態様９は、実
施態様７の装置において、マークを並列線としたことで
ある。

【００１９】

【実施態様１０】（請求項１２に対応）実施態様１０
は、実施態様７の装置において、切り替え手段をミラー
としたことである。

【００２０】

【実施態様１１】（請求項１３に対応）実施態様１１
は、解決手段１の一連の形状生成の手順をふむかわり
に、縞解析におけるデフォーカス係数と前記集光点の頂
点及び集光点と曲率中心間の一致誤差との間の比例係数
を用いて、前記集光点の頂点及び集光点と曲率中心間の
一致誤差の影響を除去した曲率半径を得ることである。

【００２１】

【解決手段３】（請求項１４に対応）上記課題を解決す
るために講じたさらに別の手段は、被検面に収束、ある
いは発散光を照射する照射光学系と、被検面からの反射
光を干渉させるための干渉光学系と、干渉縞を画像とし
て結像させる結像光学系と、干渉縞画像を取り込む手段
と、前記照射光学系と被検面との相対間隔を変化させる
ための手段と、前記照射光学系と被検面との相対間隔を
検知するための間隔検知手段と、干渉縞を画像として取
り込むための複数の画素にて構成された受光手段と間隔
検知手段との出力をもとに被検面の曲率半径を計算する
ための計算器と、前記間隔検知手段からの出力をもとに
形状を仮想的に生成し、前記照射光学系による集光点を
被検面の頂点と略一致させたときに生じる干渉縞をもと
に前記集光点と頂点との一致誤差に起因する形状を仮想
的に生成し、また前記照射光学系による集光点を被検面
の曲率中心と略一致させたときに生じる干渉縞をもとに
前記集光点と曲率中心との一致誤差に起因する形状を仮
想的に生成し、それらをもとに、前記集光点と頂点並び
に集光点と曲率中心との一致誤差の影響を除去した曲率
半径を演算する手段と、からなる曲率半径測定装置にお
いて、被検面を光学系光軸と略垂直方向に移動させる手
段を付加したことである。

【００２２】

【実施例】図２に基づいて本発明の一実施例を説明す
る。ＨｅＮｅレーザー光源４から出た光は顕微鏡対物レ
ンズと同様に作用するレンズ５にて拡げられ、ビームス
プリッター６を透過して、レンズ７にてコリメートされ
る。その後参照板８を透過し、レンズ９にて収束光に変
換されて被検面１０ａを有する被検物１０に照射され
る。被検物１０はほぼ光学系光軸方向に可動なステージ
１１に搭載されており、ステージ１１を駆動することに
より被検物１０の光学系光軸方向における位置を変化さ
せる。ステージ１１による被検物１０の移動量は、ステ
ージ１１に取り付けられた図示しないレーザースケール
にて検出される。アッベ誤差を考慮してレーザースケー
ルの代わりにレーザー測長器を用いてもよい。被検面１
０ａで反射された光は、レンズ９、参照板８、レンズ７
を透過してビームスプリッター６にて折り曲げられ、レ
ンズ１２を介してＣＣＤカメラ１３の撮像面上で結像す
る。被検面とＣＣＤカメラの撮像面とはほぼ共役関係に
ある。被検面に照射される光は、レンズ９の焦点に向か
って集光されるため、レンズ９の焦点と被検面の曲率中
心をほぼ一致させれば、往ききた光路を逆行し、レンズ
９にてほぼコリメートされる。参照板８は一部の光を透
過し、また一部の光を反射するため、レンズ９にてほぼ
コリメートされた被検面からの反射光と参照板８で反射
された光は干渉をおこし、干渉縞が発生する。ＣＣＤカ
メラ１３にて干渉縞が画像として観察される。またレン
ズ９の焦点と被検面１０ａの頂点とを一致させた場合で
も、被検面の反射光は光路（往ききた光路）を逆行し、
レンズ９にてコリメートされて、参照板８での反射光と
干渉して干渉縞を発生する。ＣＣＤカメラ１３にて撮像
された画像は、画像入力器１４を介してコンピュータ１
５に取り込まれる。レンズ９の焦点と、被検面の曲率中
心及び被検面の頂点との位置関係は図１のようになり、
被検面１０ａとレンズ９との間隔の変化量（被検物の位
置変化量）ｄが曲率半径測定値となる。レンズ９の焦点
と、被検面１０ａの頂点、あるいは被検面１０ａの曲率
中心との一致の判定は、干渉縞の状態にて行うが、従来
はそれを目視し、干渉縞の本数ができるだけ少なくなる
ように被検面とレンズ９との間隔の調整を行ったが、目
視判定であるため、検出した間隔変化量ｄには誤差が含
まれた。ここでは、発生した干渉縞を画像として取り込
み、縞解析することによって、前記間隔の厳密な調整の
必要をなくする。すなわち厳密に調整しないことに起因
する曲率半径の測定誤差を除去する。コンピュータ１５
は前記間隔変化量ｄと取り込んだ干渉縞とから曲率半径
を計算するために使用される。

【００２３】図３（ａ）に測定操作の手順、図３（ｂ）
に解析処理の手順を示す。図３（ａ）においては、上述
したようにレンズ９の焦点と、被検面の頂点及び被検面
の曲率中心とをほぼ一致させる作業を行い、各々の状態
で観測される干渉縞を用いて位相シフト法等の原理で干
渉測定を行って、面内形状データを収録する。またその
場合の被検物の位置変化量ｄをレーザースケール出力か
ら求めて記憶しておく。したがって収録されるデータ
は、被検面の頂点とレンズ６の焦点とをほぼ一致させた
ときの干渉縞から求められる面内形状データΦｃ（ｘ，
ｙ）、被検面の曲率中心とレンズの焦点とをほぼ一致さ
せたときの干渉縞から得られる面内形状データΦｓ
（ｘ，ｙ）、被検面の位置変化量ｄとなる。

【００２４】図３（ｂ）の解析処理手順について説明す
る。まず位置変化量ｄをもとに、次の（１）式にて定義
される形状ｆ（ｘ，ｙ）を仮想的に生成する。（１）式において、ｘ，ｙは被検面における照射光の反
射高さであり、ｘは水平方向、ｙは垂直方向を表す。最
大値ｈ_ｍａｘを次式から計算し、測定した領域における
中心からの最大距離がｈ_ｍａｘに一致するように、画像
における座標（Ｘ，Ｙ）を反射高さ（被検球面に照射し
た光が被検球面上で反射される位置について、被検球面
からの半径方向への距離）ｘ、ｙに変換する。すなわち
（３）式、（４）式のような変換を行う。（２）式のＲ
は被検面の曲率半径設計値で、＜ＦＮｏ．＞はレンズ９
のＦナンバーである。Ｘｃ，Ｙｃは被検面からの反射像
の画像中心の座標である（なお、上記の「反射高さ」の
意味については実施態様２の説明を参照）。

【００２５】つぎに面内形状データΦｃ（ｘ、ｙ）、Φ
ｓ（ｘ、ｙ）を収差関数解析し、デフォーカス成分の係
数ｋｃ，ｋｓをそれぞれ求める。デフォーカス成分と
は、レンズ９の焦点と被検面の頂点、あるいは被検面の
曲率中心との一致誤差に起因して、得られる面内形状デ
ータに含まれてくる形状誤差を表す。また収差関数解析
は、得られた面内形状データのなかに含まれる各収差関
数（表１参照）の大きさを、各項に係る係数として求め
る処理である。Ｚｅｒｎｉｋｅ解析を行ってもほぼ同様
の係数が得られる。デフォーカス成分の係数ｋｃ、ｋｓ
が求められたら、それらの係数を用いて次の（５）式、
（６）式により、形状誤差ｆｃ（ｘ，ｙ）、ｆｓ（ｘ，
ｙ）を求める。レンズ９の焦点と被検面の頂点とをほぼ
一致させたときの反射高さは、レンズ９の焦点と被検面
の曲率中心とをほぼ一致させたときの反射高さとは実際
は異なるが、一致するものとみなし、上記（３）式、
（４）式にて反射高さｘ，ｙを求めて、形状誤差ｆｃ
（ｘ，ｙ）を求める。以上により求められたｆ（ｘ，ｙ）、ｆｃ（ｘ，ｙ）、
ｆｓ（ｘ，ｙ）を用いて、（７）式にて、レンズ９の焦
点と被検面の頂点、あるいは被検面の曲率中心との一致
誤差の影響をうけない形状ｆ（ｘ，ｙ）を求める。そして形状ｆ（ｘ，ｙ）を球面近似すること、すなわち
（８）式におけるΔが最小になるようにＲを選ぶことに
より、レンズ９の焦点と被検面の頂点、あるいは被検面
の曲率中心との一致誤差の影響をうけない曲率半径測定
値Ｒを得ることができる。

【００２６】前記実施例では反射高さをｘ、ｙの二次元
空間で想定したが、一次元空間で処理するようにしても
よい。すなわち（１）〜（８）式における形状に関する
引き数ｘ，あるいはｙのどちらかを０にして処理する。
仮想形状を想定しているため、ほぼ同様の結果が得ら
れ、前記方法に比べ、処理時間の短縮が図れる。

【００２７】また前述の実施例記載の方法では、（２）
式、（３）式、（４）式により反射高さを求めたが、ｈ
_ｍａｘの計算が理想状態を想定するため、実際には誤差
が含まれることになる。本発明では、ＣＣＤカメラの１
画素あたりに相当する長さ（画素係数）βをあらかじめ
求めておき、次の（９）式、（１０）式を用いて反射高
さｘ，ｙを求め、前記実施例と同様の方法で曲率半径を
求める。下式におけるＸｃ，Ｙｃは、被検面からの反射
像における画像中心のｘ座標、ｙ座標を表す。

【００２８】画素係数は、測定における結像光学系の結
像倍率が変わると変化する。そのため結像光学系にズー
ム機能をつけたような場合においては、ズームをかける
たびに画素係数を求めなおす必要が生じ、手間がかか
る。そこで、ズーム倍率と画素係数との関係をあらかじ
め求めておいてコンピューターに記憶させ、ズームの変
更に連動させて画素係数を変化させるようにすると、測
定の操作性が向上する。

【００２９】また画素係数の求め方に関し、曲率半径の
わかった基準球面を用いるようにしてもよい。図２の装
置において、被検面の位置に基準球面がくるように配置
し、基準球面の曲率中心とレンズ９の焦点とがほぼ一致
するように設定する。ＣＣＤカメラ１３では干渉縞を伴
う円形の反射像が観測されるため、その直径Ｅを画素数
にて求める。直径Ｅと基準球の曲率半径Ｒｏを用いて次
の（１１）式にて画素係数βを求めるようにする。

【００３０】図４に画素係数を求めるための構成例を示
す。図４における部品では図１におけるものと共通の場
合は同じ番号を付してある。１６はレンズ９と被検物１
０との間の光路に設置されたミラーで、ステージ１７に
より、測定光学系の光軸以外の方向に進退して、レンズ
９と被検物１０との間の光路から抜き差し可能となって
いる。１８は曲率半径がわかっている基準球面である。
ミラー１６により被検物への照射光を折り曲げて基準球
面に照射可能である。画素係数を求めるときは、ステー
ジ１７を駆動し、ミラー１６をレンズ９と被検物１０と
の間の光路に挿入し、基準球に光を照射する。そして
（１１）式を用いて画素係数を求める。曲率半径測定の
ときは、ミラー１６をレンズ９と被検物１０との間の光
路から外して、被検物に光が照射されるようにする。

【００３１】また、基準球面における光の反射高さを利
用して画素係数を求めるかわりに基準球面に印した所定
サイズのマークを利用して画素係数を求めるようにして
もよい。これを図５で説明する。図５において１９は基
準球で、円環状の溝であるマーク２０が印されている。
マーク２０の直径は指定の長さＬになっており、基準球
からの反射像に円が観察されることになる。図２におけ
るレンズ９の焦点と基準球の曲率中心とをほぼ一致させ
た状態で干渉測定を行うと、円環の部分には干渉縞が発
生しないため円状の無効領域となって出力される。その
円の直径Ｇを画素数にて求め、ＬをＧで除すことにより
画素数βを求める。

【００３２】図６のように基準球２１に、直線状の溝で
あるマーク２２ａ、２２ｂを印してもよい。２２ａと２
２ｂの間隔は所定量Ｍとなっており、基準球からの反射
像では並列線として観察される。図２におけるレンズ９
の焦点と基準球の曲率中心とをほぼ一致させた状態で干
渉測定を行うと、溝の部分には干渉縞が発生しないため
並列線の無効領域となって出力される。その線の間隔Ｈ
を画素数にて求め、ＭをＨで除すことにより画素数βを
求める。

【００３３】仮想的形状を用いない他の実施例について
説明する。図２の装置において、任意の球面を被検物と
してセットし、レンズ９の焦点と球面の曲率中心とをほ
ぼ一致させる。その状態でスケールの出力をリセットす
る。そして被検物を光学系の光軸方向に微小に移動さ
せ、その状態で観測される干渉縞を収差関数解析してデ
フォーカス係数ｋｓ１を求める。そのときのスケールの
出力をｚ１として記憶しておく。次に被検物を光学系の
光軸方向に微小に移動させ、同様に観測される干渉縞を
収差関数解析してデフォーカス係数ｋｓ２を求め、その
ときのスケールの出力をｚ２として記憶する。それを数
回繰り返す。得られるスケールの出力とデフォーカス係
数の値とは比例関係にあるため、その比例係数を求め記
憶する。比例係数は、セットする球面の曲率半径によら
ずほぼ一定の値が得られ、またレンズ９の焦点と球面の
頂点とをほぼ一致させたときの測定であっても、ほぼ同
じ値となる。

【００３４】曲率半径測定においては、レンズ９の焦点
と被検面の頂点とをほぼ一致させたときの干渉縞を解析
して、デフォーカス係数を求め、その値からレンズ９の
焦点と被検面の頂点との一致誤差Δｃを求める。次にレ
ンズ９の焦点と被検面の曲率中心とをほぼ一致させたと
きの干渉縞を解析して、デフォーカス係数を求め、その
値からレンズ９の焦点と被検面の曲率中心との一致誤差
Δｓを求める。そしてレンズ９と被検面との間隔の変化
量からΔｃ、Δｓを差し引いて、レンズ９の焦点と被検
面の頂点、あるいは被検面の曲率中心との一致誤差の影
響を除去した曲率半径を求める。

【００３５】図７に他の実施例を示す。図２の部品と共
通のものは、図２と同じ番号を使用している。図７にお
いて２３は被検物としての球面アレイで、レンズが直線
状に連なった構成となっている。２４は被検レンズアレ
イを測定光学系の光軸とほぼ垂直な方向に移動させるた
めのステージ、２５は被検レンズアレイを載せるベース
である。曲率半径測定では、被検レンズアレイのうち測
定したい面の頂点及び曲率中心が測定光学系の光軸付近
にくるようにステージ２４を駆動して被検レンズアレイ
を光学系光軸とほぼ垂直な方向に移動させる。その状態
で前述の方法にて測定を行う。いくつかの面を連続して
測定したいとき、被検レンズアレイを測定光学系の光軸
とほぼ垂直な方向に移動させるだけでは、測定光学系の
光軸とステージ２４の移動軸との直交誤差、測定光学系
の光軸と被検レンズアレイのアレイ軸（レンズアレイの
曲率中心が並ぶ軸）との直交誤差、等の影響で、被検レ
ンズアレイを送るにつれて、レンズ９の焦点と被検面の
頂点、あるいは被検面の曲率中心との一致誤差が増減す
る。本発明によると、その一致誤差の影響をうけない高
精度なレンズアレイの各レンズ面の曲率半径測定が可能
となる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の構成によれば、従来技術の測
定方法における被検面と対物レンズとの間隔の目視調整
に伴う測定誤差を除去し、高精度な曲率半径測定を可能
にするとともに、前述の間隔調整に時間を要さないた
め、少ない時間で測定が可能となる。

【００３７】請求項２の構成によれば、請求項１の曲率
半径測定方法を実現する装置が提供できる。

【００３８】請求項３記載の構成によれば、解析処理を
効率化し、解析時間が短縮できる。

【００３９】請求項１の曲率半径測定方法において、仮
想形状を生成する場合、被検面における反射高さの値を
使用する。反射高さは対物レンズ（照射光学系）のＦＮ
ｏ．、被検面の曲率半径の設計値等をもとにした計算で
求めてもよいが、いずれも理想状態を想定しているた
め、レンズの収差、面の形状誤差等に伴い、実際の反射
高さと計算した反射高さに誤差が生じ、それが曲率半径
の測定誤差につながる。また被検面の有効領域を規定す
る目的で被検面にアパーチャ等の遮光材をとりつけるよ
うな場合、そのとりつけ誤差によっても、実際の反射高
さが変わってくるため、反射高さの計算値との差が生じ
る。請求項４の構成によれば、そのような問題に鑑み
て、被検面からの反射像を画像として取り込んだとき、
反射像を形成している受光手段の画素数とその画素係数
（１画素あたりに相当する長さ）をもとに、被検面にお
ける反射高さを求めるようにしたので、それにより実際
にそくした被検面における反射高さを求めることができ
るため、より精度の高い曲率半径測定が可能になる。

【００４０】請求項４において被検面での反射高さを求
めるための受光手段１画素当たりに相当する長さは、照
射光学系、結像光学系にて構成される測定光学系の拡大
倍率により値が変わる。ズームレンズを用いたときのよ
うに測定光学系の倍率が可変となっているような場合、
その都度受光手段１画素当たり相当する長さを求める必
要があって測定のたびに手間がかかる。請求項５の発明
によれば予め測定光学系の倍率と受光手段の１画素当た
りに相当する長さとの関係のテーブルをつくっておき、
倍率変更に連動させて受光手段１画素あたりに相当する
長さを変化させることができ、測定時間の短縮、操作性
の向上が図られる。

【００４１】請求項４において被検面での反射高さを求
めるための受光手段１画素あたりに相当する長さの求め
方については、対物レンズ（照射光学系）のＦＮｏ．、
被検面の曲率半径の設計値、受光手段１画素のサイズ、
結像光学系倍率をもとに計算で求めることができる。し
かしながら、いずれも理想状態を想定しているため、被
検面の形状誤差に伴い、実際の受光手段１画素あたりに
相当する長さと計算結果とのあいだに誤差が生じてく
る。請求項６記載の構成によれば、曲率半径が既知の基
準球を用い、その反射像を使用して受光手段１画素あた
りに相当する長さを計算するので、より正確に受光手段
１画素あたりに相当する長さを求め、高精度な曲率半径
測定が可能となる。

【００４２】請求項７の構成によれば、光学系を移動さ
せないため、装置が簡便になるとともに移動誤差にとも
なう測定誤差も最小限に抑えることができる。

【００４３】請求項８の構成によれば、基準球と被検物
との切り替えが可能なため、被検物の曲率半径の測定が
行えるとともに、曲率半径が既知である基準球の反射像
を用いて、受光手段１画素あたりに相当する長さが計算
できる装置が提供できる。

【００４４】請求項９乃至１１の構成によれば、基準球
面に所定サイズの印をつけ、その画像を観測すること
で、より高い精度で受光手段１画素あたりに相当する長
さが求められ、より高精度な曲率半径の測定が可能とな
る。

【００４５】請求項１２の構成によれば、基準球と被検
物との切り替えが簡便に行える。

【００４６】請求項１３の構成によれば、従来技術の測
定方法における被検面と対物レンズとの間隔の目視調整
に伴う測定誤差を除去し、高精度な曲率半径測定を可能
にするとともに、前述の間隔調整に時間を要さないた
め、少ない時間での測定が可能となる。

【００４７】請求項１４の構成によれば、請求項１記載
の方法を球面アレイの被検物に適用可能な装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は従来の曲率半径測定装置の概念的な構成図で
ある。

【図２】はこの発明の曲率半径測定装置の実施例の概念
的な全体構成図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は上記実施例による曲率半径測定
の測定手順のフローである。

【図４】はこの発明の曲率半径測定装置の別の実施例の
概念的な全体構成図である。

【図５】は基準球面の例の模式図である。

【図６】は基準球面の別の例の模式図である。

【図７】はこの発明の球面アレイの曲面測定装置の概念
的な全体構成図である。図１〜図７における符号の説明１・・・・・・・・・被検面２・・・・・・・・・干渉計の対物レンズ２ａ・・・・・・・・対物レンズの焦点３・・・・・・・・・参照平面４・・・・・・・・・ＨｅＮｅレーザー光源５・・・・・・・・・レンズ６・・・・・・・・・ビームスプリッター７・・・・・・・・・レンズ８・・・・・・・・・参照板９・・・・・・・・・レンズ１０・・・・・・・・被検物１０ａ・・・・・・・被検面１１・・・・・・・・可動ステージ１２・・・・・・・・レンズ１３・・・・・・・・ＣＣＤカメラ１４・・・・・・・・画像入力器１５・・・・・・・・コンピュータ１６・・・・・・・・ミラー１７・・・・・・・・ステージ１８・・・・・・・・基準球面１９・・・・・・・・基準球２０・・・・・・・・円環状溝マーク２１・・・・・・・・基準球２２ａ，２２ｂ・・・直線状溝マーク２３・・・・・・・・被検物としての球面アレイ２４・・・・・・・・ステージ２５・・・・・・・・ベース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検面に収束、あるいは発散光を照射する
照射光学系と、被検面からの反射光を干渉させるための
干渉光学系と、干渉縞を画像として結像させる結像光学
系と、前記照射光学系と被検面との相対間隔を変化させ
るための手段と、前記照射光学系と被検面との相対間隔
を検知するための間隔検知手段と、干渉縞を画像として
取り込むための複数の画素にて構成された受光手段と、
間隔検知手段との出力をもとに被検面の曲率半径を計算
するための計算器とを用いた曲率半径測定方法におい
て、前記間隔検知手段からの出力をもとに仮想的に生成した
形状と、前記照射光学系による集光点を被検面の頂点と
略一致させたときに生じる干渉縞から求めた前記集光点
と頂点との一致誤差に起因する仮想的に生成した形状
と、前記照射光学系による集光点を被検面の曲率中心と
略一致させたときに生じる干渉縞から求めた前記集光点
と曲率中心との一致誤差に起因する仮想的に生成した形
状と、をもとに、前記集光点と頂点並びに集光点と曲率
中心との一致誤差の影響を除去する曲率半径を得る曲率
半径測定方法。
【請求項２】被検面に収束、あるいは発散光を照射する
照射光学系と、被検面からの反射光を干渉させるための
干渉光学系と、干渉縞を画像として結像させる結像光学
系と、前記照射光学系と被検面との相対間隔を変化させ
るための手段と、前記照射光学系と被検面との相対間隔
を検知するための間隔検知手段と、干渉縞を画像として
取り込むための複数の画素にて構成された受光手段と、
間隔検知手段との出力をもとに被検面の曲率半径を計算
するための計算器と、前記間隔検知手段からの出力をも
とに形状を仮想的に生成し、前記照射光学系による集光
点を被検面の頂点と略一致させたときに生じる干渉縞を
もとに前記集光点と頂点との一致誤差に起因する形状を
仮想的に生成し、また前記照射光学系による集光点を被
検面の曲率中心と略一致させたときに生じる干渉縞をも
とに前記集光点と曲率中心との一致誤差に起因する形状
を仮想的に生成し、それらをもとに前記集光点と頂点並
びに集光点と曲率中心との一致誤差の影響を除去した曲
率半径を演算する手段と、からなる曲率半径測定装置。
【請求項３】請求項１の曲率半径測定方法において、仮
想的に生成する形状を一次元化することを特徴とする曲
率半径測定方法。
【請求項４】請求項１の曲率半径測定方法において、仮
想的に形状を生成するときに必要な、被検面における光
の反射高さに関し、被検面の反射像を形成する前記受光
手段の画素数と前記受光手段の１画素あたりに相当する
長さ（画素係数）をもとに被検面における光の反射高さ
を求める曲率半径測定方法。
【請求項５】請求項４の曲率半径測定方法において、予
め求めた結像光学系の倍率と前記画素係数との関係をも
とに、結像光学系倍率の変更に連動させて、前記画素係
数を設定する曲率半径測定方法。
【請求項６】請求項５の曲率半径測定方法において、曲
率半径が既知である球面における光の反射高さをもとに
前記画素係数を求める曲率半径測定方法。
【請求項７】請求項２の曲率半径測定装置において、可
動ステージにより被検面を移動させ、照射光学系と被検
面との相対間隔を変化させるようにした曲率半径測定装
置。
【請求項８】請求項２の曲率半径測定装置において、曲
率半径が既知である球面と、被検物を切り替えるための
手段とを付加した曲率半径測定装置。
【請求項９】請求項８の曲率半径測定装置において、曲
率半径が既知である球面に、任意の形状で所定サイズの
マークを施した曲率半径測定装置。
【請求項１０】請求項９の曲率半径測定装置において、
前記マークが円環である曲率半径測定装置。
【請求項１１】請求項９の曲率半径測定装置において、
前記マークが並列線である曲率半径測定装置。
【請求項１２】請求項９の曲率半径測定装置において、
前記切り替え手段がミラーである曲率半径測定装置。
【請求項１３】請求項１の曲率半径測定方法において、
一連の形状生成の手順をふむかわりに、縞解析における
デフォーカス係数と前記集光点の頂点及び集光点と曲率
中心間の一致誤差との間の比例係数を用いて、前記集光
点の頂点及び集光点と曲率中心間の一致誤差の影響を除
去した曲率半径を得る曲率半径測定方法。
【請求項１４】被検面に収束、あるいは発散光を照射す
る照射光学系と、被検面からの反射光を干渉させるため
の干渉光学系と、干渉縞を画像として結像させる結像光
学系と、干渉縞画像を取り込む手段と、前記照射光学系
と被検面との相対間隔を変化させるための手段と、前記
照射光学系と被検面との相対間隔を検知するための間隔
検知手段と、干渉縞を画像として取り込むための複数の
画素にて構成された受光手段と間隔検知手段との出力を
もとに被検面の曲率半径を計算するための計算器と、前
記間隔検知手段からの出力をもとに形状を仮想的に生成
し、前記照射光学系による集光点を被検面の頂点と略一
致させたときに生じる干渉縞をもとに前記集光点と頂点
との一致誤差に起因する形状を仮想的に生成し、また前
記照射光学系による集光点を被検面の曲率中心と略一致
させたときに生じる干渉縞をもとに前記集光点と曲率中
心との一致誤差に起因する形状を仮想的に生成し、それ
らをもとに、前記集光点と頂点並びに集光点と曲率中心
との一致誤差の影響を除去した曲率半径を演算する手段
と、からなる曲率半径測定装置において、被検面を光学
系光軸と略垂直方向に移動させる手段を付加した面アレ
イの曲率半径測定装置。