JP2010025689A - Curvature radius measuring method and apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve inspection efficiency and measurement accuracy in a curvature radius measuring method and apparatus. <P>SOLUTION: The curvature radius measuring apparatus 50 includes: a Fizeau surface 4a; a linear motion stage 16 which relatively moves a surface under measurement 5a in the optical axis C direction between two adjustment target positions, namely the confocal state and the cat's-eye state, and in the vicinity thereof; a piezoelectric element 9; a laser length measuring instrument 12 for measuring a relatively moved position; a wavefront measuring section which relatively moves the surface under measurement 5a to at least two positions in the optical axis C direction, measures a wavefront on the basis of the image information of interference fringes, and stores the wavefront together with information on each relatively moved position corresponding to the wavefront; a displacement evaluated value calculation section for calculating a displacement evaluated value by analyzing the wavefront; and an adjustment target position calculation section for calculating the estimated value of each adjustment target position on the basis of the relatively moved position and the displacement evaluated value. The curvature radius of the surface under measurement 5a is determined from a difference between these estimated values of the adjustment target positions. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、曲率半径測定方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for measuring a radius of curvature.

従来、曲面形状を有する被測定面、例えば、レンズ面やミラー面の曲率半径を測定するため、干渉計を用いた曲率半径測定方法および装置が知られている。
干渉計に配置された参照レンズから被測定面に向けて測定光を照射し、被測定面での反射光と参照レンズにより反射される参照光との干渉縞を観察する場合、被測定面からの反射光と参照光との干渉による干渉縞が明瞭に観察されるのは、測定光の集光位置が、被測定面の曲率中心位置に一致するコンフォーカル状態の位置の近傍と、被測定面の面頂と一致するキャッツアイ状態の位置の近傍にある場合である。コンフォーカル状態とキャッツアイ状態とでは、位置ずれによる干渉縞が発生しないため、干渉縞本数が最小となる。そこで、干渉縞を見ながら測定光の集光位置と被測定面とを相対移動させて、コンフォーカル状態とキャッツアイ状態との間の相対移動距離を測定して被測定面の曲率半径を求める曲率半径測定方法が知られている。
この測定方法では、曲率半径の測定精度は、検査者が干渉縞画像を見て行うコンフォーカル状態およびキャッツアイ状態への位置調整の精度に依存するため、調整に時間がかかり、また測定誤差も発生しやすくなっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a curvature radius measuring method and apparatus using an interferometer are known in order to measure the radius of curvature of a measurement target surface having a curved shape, for example, a lens surface or a mirror surface.
When irradiating measurement light from a reference lens placed on the interferometer toward the surface to be measured, and observing interference fringes between the reflected light on the surface to be measured and the reference light reflected by the reference lens, from the surface to be measured The interference fringes due to the interference between the reflected light and the reference light are clearly observed because the converging position of the measurement light is close to the position of the center of curvature of the measurement surface and the measurement target. This is a case in the vicinity of the position of the cat's eye state that coincides with the top of the surface. In the confocal state and the cat's eye state, no interference fringes are generated due to misalignment, so the number of interference fringes is minimized. Therefore, while measuring the interference fringe, move the measurement light condensing position relative to the surface to be measured, and measure the relative movement distance between the confocal state and the cat's eye state to obtain the radius of curvature of the surface to be measured. A method of measuring a radius of curvature is known.
In this measurement method, the measurement accuracy of the radius of curvature depends on the accuracy of the position adjustment to the confocal state and the cat's eye state performed by the inspector looking at the interference fringe image. It is likely to occur.

このため、コンフォーカル状態およびキャッツアイ状態からわずかにずれた位置で取得した干渉縞画像を用いて曲率半径を求める技術が提案されている。
例えば、特許文献1には、レンズ(参照レンズ)と被測定面との相対間隔を変化させる手段と相対間隔を検知する間隔検知手段、並びに干渉縞を画像として取り込むCCDカメラを設け、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測定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測定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、曲率半径を求める曲率半径測定方法及び装置が記載されている。
ここで「仮想的に生成した形状」は、被測定面における照射光の反射高さを、CCD上の画素位置、レンズの曲率半径の設計値およびFナンバーから求めた比例計数を用いて換算して求めている。そして、略コンフォーカル状態および略キャッツアイ状態の干渉縞画像を収差関数解析して、それぞれデフォーカス係数を求める。これらの値からレンズの焦点と被測定面の頂点との一致誤差と、レンズの焦点と被測定面の曲率中心との一致誤差とを求め、レンズと被測定面との間隔の変化量からこれらの一致誤差を差し引いて、レンズの焦点と被測定面の頂点、あるいは被測定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ている。
特開2002−228426号公報
For this reason, a technique for obtaining a radius of curvature using an interference fringe image acquired at a position slightly deviated from the confocal state and the cat's eye state has been proposed.
For example, Patent Document 1 is provided with a means for changing the relative distance between the lens (reference lens) and the surface to be measured, a distance detection means for detecting the relative distance, and a CCD camera that captures interference fringes as an image. This is due to the coincidence error between the shape virtually generated based on the output from the lens and the condensing point obtained from the interference fringes generated when the condensing point by the lens is substantially coincident with the vertex of the surface to be measured. Virtually generated due to the coincidence error between the condensing point and the center of curvature obtained from the interference fringes generated when the converging point generated by the lens substantially coincides with the center of curvature of the surface to be measured. A curvature radius measuring method and apparatus for obtaining a curvature radius based on the generated shape are described.
Here, the “virtually generated shape” is obtained by converting the reflection height of the irradiated light on the surface to be measured using a proportional position obtained from the pixel position on the CCD, the design value of the curvature radius of the lens, and the F number. Looking for. Then, an aberration function analysis is performed on the interference fringe images in a substantially confocal state and a substantially cat's eye state, and defocus coefficients are obtained respectively. From these values, the coincidence error between the focal point of the lens and the apex of the surface to be measured and the coincidence error between the focal point of the lens and the center of curvature of the surface to be measured are obtained, and these are obtained from the amount of change in the distance between the lens and the surface to be measured. The radius of curvature is obtained by subtracting the coincidence error of the lens and removing the influence of the coincidence error between the focal point of the lens and the vertex of the surface to be measured or the center of curvature of the surface to be measured.
JP 2002-228426 A

しかしながら、上記のような従来の曲率半径測定方法および装置には、以下のような問題があった。
特許文献1に記載の技術は、コンフォーカル状態あるいはキャッツアイ状態から光軸方向にずれたそれぞれの位置で観測される干渉縞画像の波面を解析することにより、コンフォーカル状態あるいはキャッツアイ状態からの位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量を用いて被測定面の曲率半径を求めている。
このため、被測定面の曲率半径、Fナンバーなどの設計値や、被測定面や干渉縞を取得する結像レンズの光学特性などから、計算に必要な諸係数を予め求めておく必要があった。これらの諸係数は、検査対象が変更されると変えなくてはならないため、検査効率を低下させる原因になるという問題がある。
また、撮像素子上の距離を光線高さに換算するために被測定面の設計値を仮定するため、被測定面の製造誤差が、測定誤差に反映されてしまうという問題がある。
However, the conventional curvature radius measuring method and apparatus as described above have the following problems.
The technique described in Patent Document 1 analyzes the wavefront of the interference fringe image observed at each position shifted in the optical axis direction from the confocal state or the cat's eye state, thereby removing the signal from the confocal state or the cat's eye state. A positional deviation amount is calculated, and the curvature radius of the surface to be measured is obtained using the positional deviation amount.
For this reason, it is necessary to obtain in advance various coefficients necessary for the calculation from the design values such as the radius of curvature and F number of the surface to be measured, and the optical characteristics of the imaging lens that acquires the surface to be measured and the interference fringes. It was. Since these various factors must be changed when the inspection object is changed, there is a problem that the inspection efficiency is lowered.
In addition, since the design value of the surface to be measured is assumed in order to convert the distance on the image sensor into the light beam height, there is a problem that the manufacturing error of the surface to be measured is reflected in the measurement error.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、検査効率および測定精度を向上することができる曲率半径測定方法および装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a curvature radius measuring method and apparatus capable of improving inspection efficiency and measurement accuracy.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、干渉計により、1つの光束を測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、この分割された測定光を、曲面からなる被測定面に向けて集光位置に収束させて照射し、前記被測定面を前記測定光の集光位置に対して相対移動させ、前記被測定面での反射光と前記参照光とで形成される干渉縞の画像情報と、前記被測定面の相対移動距離の情報とから前記被測定面の曲率半径を求める曲率半径測定方法であって、前記測定光の集光位置を基準とした前記被測定面の光軸方向の相対位置を前記被測定面の相対移動位置と称し、前記測定光の集光位置が前記被測定面の曲率中心位置に一致するコンフォーカル状態と、前記測定光の集光位置が前記被測定面の面頂と一致するキャッツアイ状態とにおける前記被測定面の相対移動位置をそれぞれ調整目標位置と称するとき、前記コンフォーカル状態および前記キャッツアイ状態の調整目標位置ごとに、前記光軸方向における前記調整目標位置近傍の少なくとも2位置で、前記干渉縞の画像情報に基づいて波面を測定するとともに、該波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報を取得する波面測定工程と、該波面測定工程で測定された前記波面を解析して、該波面に対応する被測定面の相対移動位置の、前記調整目標位置からのずれ量に対応する位置ずれ評価値を算出する位置ずれ評価値算出工程と、前記波面測定工程で取得された、前記波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報と、前記位置ずれ評価値算出工程で算出された前記位置ずれ評価値とにより、前記調整目標位置の推定値を算出する調整目標位置算出工程とを行い、前記調整目標位置算出工程でそれぞれ算出された、前記コンフォーカル状態の調整目標位置の推定値と、前記キャッツアイ状態の調整目標位置の推定値との差から前記曲率半径を求める方法とする。
この発明によれば、コンフォーカル状態およびキャッツアイ状態のうちの一方の調整目標位置の近傍の少なくとも2位置で、干渉縞の画像情報に基づいて波面を測定するとともに、測定された波面に対応する被測定面の相対移動位置の情報を取得する。
次に、位置ずれ評価値算出工程では、波面測定工程で測定された波面を解析して、この波面に対応する被測定面の相対移動位置の、調整目標位置からのずれ量に対応する位置ずれ評価値を算出する。
次に、調整位置目標算出工程では、波面測定工程で取得された、波面に対応する被測定面の相対移動位置の情報と、位置ずれ評価値算出工程で算出された位置ずれ評価値とにより、調整目標位置の推定値、すなわち、調整目標位置からのずれ量0に対応する位置ずれ評価値が得られる被測定面の相対移動位置を算出する。
そして、以上の各工程を、コンフォーカル状態およびキャッツアイ状態のうちの他方の調整目標位置に対して繰り返す。これにより、調整目標位置算出工程でそれぞれ算出された、コンフォーカル状態の調整目標位置の推定値と、キャッツアイ状態の調整目標位置の推定値との差から曲率半径を求めることができる。
このように、調整目標位置近傍の前記光軸方向の少なくとも2位置で、複数枚の干渉縞の画像に基づく波面を解析することで、少なくとも2位置の位置ずれ評価値を算出し、これら少なくとも2位置の位置ずれ評価値から調整目標位置の推定値をそれぞれ算出して曲率半径を求めるので、被測定面の相対移動位置を調整目標位置に移動調整することなく、また位置ずれ量そのものは求めることなく曲率半径を測定することができる。
In order to solve the above-described problem, in the invention described in claim 1, an interferometer divides one light beam into measurement light and reference light that interferes with the measurement light, and the divided measurement light is divided. Irradiating with a convergent position converged toward the measurement surface made of a curved surface, moving the measurement surface relative to the measurement light condensing position, and reflected light from the measurement surface and the reference A curvature radius measurement method for obtaining a curvature radius of the surface to be measured from image information of interference fringes formed by light and information on a relative movement distance of the surface to be measured, wherein a condensing position of the measurement light is determined The relative position in the optical axis direction of the surface to be measured as a reference is referred to as the relative movement position of the surface to be measured, and the confocal state in which the collection position of the measurement light coincides with the center of curvature of the surface to be measured; A cat-aper where the condensing position of the measurement light coincides with the top of the surface to be measured When the relative movement positions of the measured surface in the state are referred to as adjustment target positions, respectively, at least two positions in the vicinity of the adjustment target position in the optical axis direction for each adjustment target position in the confocal state and the cat's eye state Then, the wavefront is measured based on the image information of the interference fringes, and the wavefront measuring step for acquiring the information on the relative movement position of the measured surface corresponding to the wavefront, and the wavefront measured in the wavefront measuring step And calculating a displacement evaluation value corresponding to the amount of displacement of the relative movement position of the measured surface corresponding to the wavefront from the adjustment target position, and the wavefront measurement step. Based on the acquired information on the relative movement position of the surface to be measured corresponding to the wavefront and the positional deviation evaluation value calculated in the positional deviation evaluation value calculating step, An adjustment target position calculation step for calculating an estimated value of the adjustment target position, and an estimated value of the adjustment target position in the confocal state calculated in the adjustment target position calculation step, and an adjustment target in the cat's eye state The radius of curvature is obtained from the difference from the estimated position value.
According to the present invention, the wavefront is measured based on the image information of the interference fringes at at least two positions in the vicinity of one of the adjustment target positions in the confocal state and the cat's eye state, and corresponds to the measured wavefront. Information on the relative movement position of the surface to be measured is acquired.
Next, in the positional deviation evaluation value calculation step, the wavefront measured in the wavefront measurement step is analyzed, and the positional deviation corresponding to the deviation amount from the adjustment target position of the relative movement position of the measured surface corresponding to this wavefront. An evaluation value is calculated.
Next, in the adjustment position target calculation step, the information on the relative movement position of the measurement target surface corresponding to the wavefront acquired in the wavefront measurement step, and the positional deviation evaluation value calculated in the positional deviation evaluation value calculation step, An estimated value of the adjustment target position, that is, a relative movement position of the surface to be measured from which a positional deviation evaluation value corresponding to a deviation amount 0 from the adjustment target position is obtained is calculated.
Then, the above steps are repeated for the other adjustment target position in the confocal state and the cat's eye state. Accordingly, the radius of curvature can be obtained from the difference between the estimated value of the adjustment target position in the confocal state and the estimated value of the adjustment target position in the cat's eye state calculated in the adjustment target position calculation step.
In this way, by analyzing the wavefront based on the images of the plurality of interference fringes at at least two positions in the optical axis direction in the vicinity of the adjustment target position, at least two position displacement evaluation values are calculated. Since the estimated value of the adjustment target position is calculated from the position deviation evaluation value of the position and the curvature radius is obtained, the relative displacement position of the surface to be measured is not moved to the adjustment target position, and the displacement amount itself can be obtained. It is possible to measure the radius of curvature.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の曲率半径測定方法において、前記位置ずれ評価値算出工程では、前記波面を、次式で表される2次式で近似し、該2次式の2次項の近似係数を、前記位置ずれ評価値とする方法とする。
Z(X,Y)=C+C・X+C・Y+C・(X+Y) ・・・(1)
ここで、(X,Y,Z)は、光軸方向をZ軸方向とするXYZ直角座標系における波面の座標値であり、Cは定数項、C、Cは1次項、Cは2次項の近似係数である。
この発明によれば、光軸方向の測定基準位置からの位置ずれ量と式(1)の2次項の近似係数Cで表される波面のパワー成分との関係から位置ずれ量を評価することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the curvature radius measuring method according to the first aspect, in the positional deviation evaluation value calculating step, the wavefront is approximated by a quadratic expression represented by the following expression, The approximation coefficient of the quadratic term in the equation is used as the positional deviation evaluation value.
Z (X, Y) = C 0 + C 1 · X + C 2 · Y + C 3 · (X 2 + Y 2 ) (1)
Here, (X, Y, Z) is the coordinate value of the wavefront in the XYZ rectangular coordinate system in which the optical axis direction is the Z-axis direction, C 0 is a constant term, C 1 and C 2 are primary terms, and C 3 Is an approximation coefficient of a quadratic term.
According to the present invention, to evaluate the positional deviation amount from the relationship between the power components of the wavefront represented by the approximation coefficient C 3 of the second-order terms of the positional deviation amount and the formula (1) from the measurement reference position in the optical axis direction Can do.

請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の曲率半径測定方法において、前記波面測定工程では、前記被測定面の相対移動位置を前記光軸方向の一方向に移動させ、
この移動中に、一定の位相増分をΔφとして、位相差が±Δφ・Kを有すると見なすことができるn枚の干渉縞画像(ただし、Kは、Nを1以上の整数として、0≦K≦Nの整数、nは、n=2N+1)が少なくとも2組選択可能な複数枚の干渉縞画像を、時系列画像として取得するとともに、該時系列画像のそれぞれの取得時の前記被測定面の相対移動位置の情報を取得する工程を備え、該工程の終了後、前記時系列画像から前記少なくとも2組の前記n枚の干渉縞画像を選択し、選択された前記n枚の干渉縞画像の画像情報に基づいて、前記調整目標位置近傍の少なくとも2位置での波面を測定するようにした方法とする。
この発明によれば、被測定面の相対移動位置を前記光軸方向の一方向に移動させて、この移動中に、波面の測定を行うためのn枚の干渉縞画像を少なくとも2組み選択可能な複数枚の干渉縞画像を、時系列画像として取得するとともに、各時系列画像の被測定面の相対移動位置の情報とを取得することができる。このため、1回の相対移動によって、調整目標位置近傍の少なくとも2位置での波面の測定に必要なすべての干渉縞の画像情報と波面に対応する被測定面の相対移動位置とを同時に取得してから、位置ずれ評価値算出工程、調整目標位置算出工程を行うことができるので、機械的な動作が少なくてすみ、曲率半径の測定を迅速に行うことができる。
In the invention according to claim 3, in the curvature radius measuring method according to claim 1 or 2, in the wavefront measuring step, the relative movement position of the surface to be measured is moved in one direction in the optical axis direction,
During this movement, n interference fringe images that can be regarded as having a phase difference of ± Δφ · K, where Δφ is a constant phase increment (where K is 0 ≦ K, where N is an integer equal to or greater than 1) ≦ N integer, n is a plurality of interference fringe images from which at least two sets of n = 2N + 1) can be selected are acquired as time-series images, and the measured surface at the time of each acquisition of the time-series images A step of acquiring information on a relative movement position, and after the step, the at least two sets of the n interference fringe images are selected from the time-series images, and the selected n interference fringe images are selected. Based on the image information, the wavefront is measured at at least two positions near the adjustment target position.
According to the present invention, the relative movement position of the surface to be measured is moved in one direction in the optical axis direction, and during this movement, at least two sets of n interference fringe images for measuring the wavefront can be selected. A plurality of interference fringe images can be acquired as time-series images, and information on the relative movement position of the measurement target surface of each time-series image can be acquired. For this reason, image information of all interference fringes necessary for wavefront measurement at at least two positions in the vicinity of the adjustment target position and the relative movement position of the surface to be measured corresponding to the wavefront are simultaneously acquired by one relative movement. After that, since the positional deviation evaluation value calculation step and the adjustment target position calculation step can be performed, the mechanical operation can be reduced and the curvature radius can be measured quickly.

請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の曲率半径測定方法において、前記波面測定工程では、前記一定の位相増分Δφよりも小さい位相増分に対応する移動ピッチで前記被測定面の相対移動位置を移動させて、前記時系列画像を取得するようにした方法とする。
この発明によれば、一定の位相増分Δφよりも小さい位相増分に対応する移動ピッチで被測定面の相対移動位置を移動させるので、少なくとも2位置での波面を測定する位置を細かいピッチで測定することができるため、調整目標位置算出工程での調整目標位置の推定値の推定精度を向上することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of measuring a radius of curvature according to the third aspect, in the wavefront measuring step, the relative measurement of the surface to be measured is performed at a moving pitch corresponding to a phase increment smaller than the constant phase increment Δφ. It is assumed that the time-series image is acquired by moving the movement position.
According to the present invention, the relative movement position of the surface to be measured is moved with the movement pitch corresponding to the phase increment smaller than the constant phase increment Δφ, and therefore, the positions for measuring the wavefronts at at least two positions are measured with a fine pitch. Therefore, the estimation accuracy of the estimated value of the adjustment target position in the adjustment target position calculation step can be improved.

請求項5に記載の発明では、請求項1または2に記載の曲率半径測定方法において、前記波面測定工程では、前記被測定面の相対移動位置を前記光軸方向に移動させ、一定の位相増分をΔφとして、位相差が±Δφ・Kを有すると見なすことができるn枚の干渉縞画像(ただし、Kは、Nを1以上の整数として、0≦K≦Nの整数、nは、n=2N+1)を取得するとともに、少なくともK=0に対応する干渉縞画像が取得された際の前記被測定面の相対移動位置の情報を取得し、前記n枚の干渉縞画像の画像情報に基づいて、1つの波面を測定する工程を備え、該工程を、前記調整目標位置近傍の少なくとも2位置で繰り返すようにした方法とする。
この発明によれば、n枚の干渉縞画像の画像情報に基づいて、波面を精度よく測定することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the curvature radius measuring method according to the first or second aspect, in the wavefront measuring step, a relative movement position of the surface to be measured is moved in the optical axis direction, and a constant phase increment is performed. Is an interference fringe image that can be regarded as having a phase difference of ± Δφ · K (where K is an integer of 0 ≦ K ≦ N, where N is an integer of 1 or more, and n is n = 2N + 1), and information on the relative movement position of the measured surface when an interference fringe image corresponding to at least K = 0 is obtained, and based on image information of the n interference fringe images The method includes a step of measuring one wavefront, and the step is repeated at at least two positions near the adjustment target position.
According to the present invention, the wavefront can be accurately measured based on the image information of n interference fringe images.

請求項6に記載の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の曲率半径測定方法において、前記調整目標位置算出工程では、前記波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報と、前記位置ずれ評価値とを回帰分析することで、前記調整目標位置の推定値を算出する方法とする。
この発明によれば、位置ずれ評価値を回帰分析することで調整目標位置の推定値を算出するので、推定値を高精度に算出することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the curvature radius measuring method according to any one of the first to fourth aspects, in the adjustment target position calculating step, information on a relative movement position of the measured surface corresponding to the wavefront and Then, the estimated value of the adjustment target position is calculated by performing regression analysis on the positional deviation evaluation value.
According to the present invention, since the estimated value of the adjustment target position is calculated by performing regression analysis on the positional deviation evaluation value, the estimated value can be calculated with high accuracy.

請求項7に記載の発明では、請求項6に記載の曲率半径測定方法において、前記調整目標位置算出工程では、前記回帰分析により回帰式を求めた後、前記回帰分析に用いたデータの前記回帰式に対する乖離が大きいデータが発生した場合に、該乖離が大きいデータを除外して、再度、回帰分析を行う方法とする。
この発明によれば、何らかの原因で、回帰式に対する乖離が大きいデータが発生した場合に、このデータを除外して、再度、回帰分析を行うので、異常測定値による推定誤差の影響を低減することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of measuring a radius of curvature according to the sixth aspect, in the adjustment target position calculating step, after the regression equation is obtained by the regression analysis, the regression of the data used for the regression analysis is obtained. When data with a large divergence with respect to the equation is generated, the data with the large divergence is excluded and a regression analysis is performed again.
According to the present invention, when data having a large deviation from the regression equation is generated for some reason, this data is excluded and the regression analysis is performed again, so that the influence of the estimation error due to the abnormal measurement value is reduced. Can do.

請求項8に記載の発明では、干渉計により、1つの光束を測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、この分割された測定光を、曲面からなる被測定面に向けて集光位置に収束させて照射し、前記被測定面を前記測定光の集光位置に対して相対移動させ、前記被測定面での反射光と前記参照光とで形成される干渉縞の画像情報と、前記被測定面の相対移動距離の情報とから前記被測定面の曲率半径を求める曲率半径測定装置であって、前記測定光の集光位置を基準とした前記被測定面の光軸方向の相対位置を前記被測定面の相対移動位置と称し、前記測定光の集光位置が前記被測定面の曲率中心位置に一致するコンフォーカル状態と、前記測定光の集光位置が前記被測定面の面頂と一致するキャッツアイ状態とにおける前記被測定面の相対移動位置をそれぞれ調整目標位置と称するとき、前記コンフォーカル状態および前記キャッツアイ状態の前記調整目標位置の前記光軸方向におけるそれぞれの近傍の少なくとも2位置に前記被測定面の相対移動位置を相対移動させる相対移動機構と、前記被測定面の相対移動位置を測定する相対移動位置測定部と、前記相対移動機構によって前記被測定面の相対移動位置を前記調整目標位置の近傍の前記光軸方向の少なくとも2位置に相対移動させ、前記干渉縞の画像情報に基づいて波面を測定し、該波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報とともに記憶させる波面測定部と、該波面測定部で測定された前記波面を解析して、該波面に対応する被測定面の相対移動位置の、前記調整目標位置からのずれ量に対応する位置ずれ評価値を算出する位置ずれ評価値算出部と、前記波面測定部で取得された、前記波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報と、前記位置ずれ評価値算出部で算出された前記位置ずれ評価値とにより、前記調整目標位置の推定値を算出する調整目標位置算出部とを備え、該調整目標位置算出部で算出された前記コンフォーカル状態の調整目標位置の推定値と、前記キャッツアイ状態の調整目標位置の推定値との差から前記曲率半径を求める構成とする。
この発明によれば、請求項1に記載の曲率半径測定方法に用いることができる曲率半径測定装置になっているので、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を備える。
In the invention according to claim 8, one light beam is divided into measurement light and reference light that interferes with the measurement light by an interferometer, and the divided measurement light is directed to a measurement surface that is a curved surface. Then, the light is converged on the condensing position and irradiated, and the surface to be measured is moved relative to the light condensing position of the measurement light, and interference fringes formed by the reflected light and the reference light on the surface to be measured A curvature radius measuring device for obtaining a radius of curvature of the surface to be measured from image information and information on a relative movement distance of the surface to be measured, the light of the surface to be measured based on a condensing position of the measurement light The relative position in the axial direction is referred to as the relative movement position of the surface to be measured, the confocal state in which the light collection position of the measurement light coincides with the center of curvature of the surface to be measured, and the light collection position of the measurement light is the The measured surface in a cat's eye state that coincides with the top of the measured surface When each of the relative movement positions is referred to as an adjustment target position, the relative movement position of the surface to be measured is relative to at least two positions in the vicinity of the adjustment target position in the confocal state and the cat's eye state in the optical axis direction. A relative movement mechanism for moving; a relative movement position measuring unit for measuring a relative movement position of the surface to be measured; and a relative movement position of the surface to be measured by the relative movement mechanism in the optical axis direction in the vicinity of the adjustment target position. A wavefront measuring unit that relatively moves to at least two positions, measures a wavefront based on image information of the interference fringes, and stores the wavefront together with information on a relative moving position of the measured surface corresponding to the wavefront, and the wavefront measuring unit The positional deviation corresponding to the amount of deviation from the adjustment target position of the relative movement position of the measured surface corresponding to the wavefront The positional deviation evaluation value calculation unit for calculating the value, the information on the relative movement position of the measured surface corresponding to the wavefront acquired by the wavefront measurement unit, and the positional deviation evaluation value calculation unit An adjustment target position calculation unit that calculates an estimated value of the adjustment target position based on a positional deviation evaluation value, the estimated value of the adjustment target position in the confocal state calculated by the adjustment target position calculation unit, and The curvature radius is obtained from the difference from the estimated value of the adjustment target position in the cat's eye state.
According to this invention, since it is a curvature radius measuring apparatus which can be used for the curvature radius measuring method of Claim 1, it has the same effect as the invention of Claim 1.

本発明の曲率半径測定方法および装置によれば、検査面の相対移動位置を調整目標位置に移動調整することなく、また位置ずれ量そのものは求めることなく曲率半径を測定することができるので、検査効率および測定精度を向上することができるという効果を奏する。   According to the method and apparatus for measuring the radius of curvature of the present invention, the radius of curvature can be measured without moving and adjusting the relative movement position of the inspection surface to the adjustment target position, and without determining the displacement amount itself. There is an effect that efficiency and measurement accuracy can be improved.

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定装置の概略構成およびコンフォーカル状態の配置を示す模式構成図である。図2は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。図3は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定装置のキャッツアイ状態の配置を示す模式構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration and a confocal arrangement of a curvature radius measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a functional block diagram showing a functional configuration of the control means of the curvature radius measuring apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an arrangement in a cat's eye state of the curvature radius measuring device according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施形態に係る曲率半径測定装置について説明する。
本実施形態の曲率半径測定装置50の概略構成は、図1に示すように、レーザー光源1、コリメートレンズ2、ビームスプリッタ3、フィゾーレンズ4、直動ステージ16(相対移動機構)、孔あきステージ8、被測定物保持部11、ピエゾ素子9(相対移動機構)、ピエゾ素子コントローラ10、レーザー測長器12(相対移動位置測定部)、集光レンズ6、CCD7、測定制御部13からなる。測定制御部13には、形状測定に必要な操作入力や設定情報の入力を行うため、例えば、キーボード、マウス等からなる操作部15と、CCD7によって撮像された画像や形状測定結果などを表示するためモニタ等からなる表示部14とが電気的に接続されている。
ここで、レーザー光源1、コリメートレンズ2、ビームスプリッタ3、フィゾーレンズ4、および集光レンズ6は、フィゾー型の光学系を有する干渉計51を構成する。
被測定面5aとしては、凸球面でもよいが、以下では、一例として、平凹レンズからなる被測定物5の凹球面からなる場合の例を用いて説明する。被測定面5aが凸球面からなる場合の、干渉計の配置、構成は当業者には容易に理解される。
A curvature radius measuring device according to an embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the schematic configuration of the radius-of-curvature measuring apparatus 50 of this embodiment is as follows: a laser light source 1, a collimating lens 2, a beam splitter 3, a Fizeau lens 4, a linear motion stage 16 (relative movement mechanism), and a perforated stage. 8, a measurement object holding unit 11, a piezo element 9 (relative movement mechanism), a piezo element controller 10, a laser length measuring device 12 (relative movement position measurement unit), a condenser lens 6, a CCD 7, and a measurement control unit 13. The measurement control unit 13 displays, for example, an operation unit 15 including a keyboard and a mouse, an image captured by the CCD 7, a shape measurement result, and the like in order to perform operation input and setting information necessary for shape measurement. Therefore, the display unit 14 including a monitor or the like is electrically connected.
Here, the laser light source 1, the collimating lens 2, the beam splitter 3, the Fizeau lens 4, and the condenser lens 6 constitute an interferometer 51 having a Fizeau-type optical system.
The measured surface 5a may be a convex spherical surface, but in the following, an example in the case of a concave spherical surface of the measured object 5 made of a plano-concave lens will be described. A person skilled in the art can easily understand the arrangement and configuration of the interferometer when the surface to be measured 5a is a convex spherical surface.

レーザー光源1は、干渉縞を形成するためのコヒーレント光を発生する光源で、本実施形態では、一例として、波長λ=632.8(nm)のレーザー光を発散光として発生する光源を採用している。
レーザー光源1によって発生された発散光は、コリメートレンズ2によって平行光30aとされ、ビームスプリッタ3に入射される。
ビームスプリッタ3は、平行光30aを反射してフィゾーレンズ4の光軸C上に導くとともに、フィゾーレンズ4側から入射する後述の被測定面反射光30c、参照面反射光30dを透過する光分岐素子である。
The laser light source 1 is a light source that generates coherent light for forming interference fringes. In this embodiment, as an example, a light source that generates laser light having a wavelength λ = 632.8 (nm) as divergent light is employed. ing.
The divergent light generated by the laser light source 1 is converted into parallel light 30 a by the collimator lens 2 and is incident on the beam splitter 3.
The beam splitter 3 reflects and guides the parallel light 30a onto the optical axis C of the Fizeau lens 4, and also splits the light to be measured, which will be described later from the Fizeau lens 4 side, and the measured surface reflected light 30c and the reference surface reflected light 30d. It is an element.

フィゾーレンズ4は、光軸C上に入射された平行光30aの一部をフィゾー面4aで反射して、参照面反射光30d(参照光)を形成し、光軸C上に入射された平行光30aの他の部分を透過光30bとして透過し、透過光30bを集光するレンズであり、平行光30a(1つの光束)を分割する機能を有する。
フィゾー面4aの形状は、精度よく仕上げられた球面である。このため、フィゾー面4aは、被測定面5aで反射された被測定面反射光30cの波面を変換して参照面反射光30dとの干渉縞を形成するための参照面を構成している。
フィゾーレンズ4の光軸Cは、干渉計51の光軸を構成している。
The Fizeau lens 4 reflects a part of the parallel light 30a incident on the optical axis C by the Fizeau surface 4a to form reference surface reflected light 30d (reference light), and the parallel light incident on the optical axis C. It is a lens that transmits the other part of the light 30a as the transmitted light 30b and collects the transmitted light 30b, and has a function of dividing the parallel light 30a (one light beam).
The shape of the Fizeau surface 4a is a spherical surface finished with high accuracy. Therefore, the Fizeau surface 4a constitutes a reference surface for converting the wavefront of the measurement surface reflected light 30c reflected by the measurement surface 5a to form an interference fringe with the reference surface reflected light 30d.
The optical axis C of the Fizeau lens 4 constitutes the optical axis of the interferometer 51.

直動ステージ16は、曲率半径測定装置50の装置本体に固定され、孔あきステージ8を光軸Cに沿う方向に、直動移動可能に保持する相対移動機構であり、例えば、光軸Cに沿う移動をガイドするリニアガイドと、ボールネジやリニアモータ等の駆動手段とからなる構成を採用することができる。
また、直動ステージ16は、測定制御部13に電気的に接続され、測定制御部13によって移動量が制御される。
直動ステージ16の移動可能範囲は、被測定面5aの曲率半径よりも大きな範囲に設定される。
The linear motion stage 16 is a relative movement mechanism that is fixed to the apparatus main body of the curvature radius measuring device 50 and holds the perforated stage 8 in a direction along the optical axis C so as to be linearly movable. A configuration including a linear guide that guides the movement along the axis and driving means such as a ball screw or a linear motor can be employed.
The linear motion stage 16 is electrically connected to the measurement control unit 13, and the movement amount is controlled by the measurement control unit 13.
The movable range of the linear motion stage 16 is set to a range larger than the radius of curvature of the surface to be measured 5a.

孔あきステージ8は、後述する測長用のレーザー光12aが透過可能の大きさの貫通孔8aを、中心部に備えた板状部材であり、直動ステージ16によって、光軸Cに沿う方向に移動可能に支持されている。
孔あきステージ8上に形成された光軸Cに直交する平面8b上には、被測定物保持部11が、ピエゾ素子9を介して取り付けられている。
The perforated stage 8 is a plate-like member having a through-hole 8a having a size capable of transmitting a laser beam 12a for length measurement, which will be described later, in the center, and a direction along the optical axis C by the linear motion stage 16. Is supported so as to be movable.
On the plane 8 b formed on the perforated stage 8 and orthogonal to the optical axis C, a device holding part 11 is attached via a piezo element 9.

被測定物保持部11は、被測定物5を被測定面5aの裏面側で保持するものである。
被測定物保持部11には、被測定物5を光軸Cに沿う方向および光軸Cに直交する方向に位置決めして保持するため、適宜の位置決め機構および位置調整機構(いずれも不図示)が設けられている。これにより、被測定面5aの光軸が、干渉計51の光軸Cに合わされた状態で保持できるようになっている。
また、被測定物保持部11の被測定物5の保持位置の裏面側には、貫通孔8aを通過して、光軸Cに平行に入射する光を反射する測長光反射部11aが設けられている。
The DUT holding unit 11 holds the DUT 5 on the back side of the measurement surface 5a.
The object-to-be-measured holding unit 11 positions and holds the object to be measured 5 in a direction along the optical axis C and in a direction perpendicular to the optical axis C. Is provided. As a result, the optical axis of the surface to be measured 5 a can be held in a state where it is aligned with the optical axis C of the interferometer 51.
Further, on the back side of the holding position of the DUT 5 of the DUT holding part 11, there is provided a length measuring light reflecting part 11a that reflects the light that passes through the through hole 8a and enters parallel to the optical axis C. It has been.

ピエゾ素子9は、孔あきステージ8の平面8bと被測定物保持部11との間で、光軸Cに沿う方向に伸縮可能に設けられ、孔あきステージ8に対して、被測定物保持部11を光軸Cに沿う方向に微小移動させる相対移動機構である。
これにより、被測定物保持部11上に保持される被測定面5aと、フィゾーレンズ4のフィゾー面4aとの間の距離を、λ/8に比べて十分小さな微小量ずつ変化させることができるようになっている。
ピエゾ素子9の移動量は、ピエゾ素子9に電気的に接続されたピエゾ素子コントローラ10によって印加電圧を変化させることで制御される。
The piezo element 9 is provided so as to be extendable in the direction along the optical axis C between the flat surface 8 b of the perforated stage 8 and the measured object holding part 11, and the measured object holding part with respect to the perforated stage 8. 11 is a relative movement mechanism that minutely moves 11 in the direction along the optical axis C.
Thereby, the distance between the measured surface 5a held on the measured object holding portion 11 and the Fizeau surface 4a of the Fizeau lens 4 can be changed by a minute amount sufficiently smaller than λ / 8. It is like that.
The amount of movement of the piezo element 9 is controlled by changing the applied voltage by the piezo element controller 10 electrically connected to the piezo element 9.

ピエゾ素子コントローラ10は、測定制御部13からの制御信号に基づいて、ピエゾ素子9に印加する電圧を制御し、ピエゾ素子9の伸縮量を制御し、これにより被測定面5aのフィゾー面4aに対する光軸Cに沿う方向の相対位置を制御するものである。
ピエゾ素子コントローラ10の概略構成は、図2に示すように、演算部35、タイマー36、D/A変換部37、およびアンプ部38からなる。
演算部35は、測定制御部13から送出される立ち上がり時間、指令電圧の制御信号に応じて、立ち上がり時間内に印加電圧を0Vから指令電圧まで直線的に増大する印加電圧データを生成し、測定制御部13からの移動開始信号によって、印加電圧データを順次D/A変換部37に供給するものである。
タイマー36は、演算部35から適宜周期で印加電圧データを送出するための基準クロックを供給するものである。
D/A変換部37は、演算部35によって供給される印加電圧データを電圧信号に変換するものである。この電圧信号は、アンプ部38により増幅されて、ピエゾ素子9を駆動する印加電圧としてピエゾ素子9に出力される。
このように、本実施形態のピエゾ素子コントローラ10によれば、測定制御部13からの移動開始信号に応じて、ピエゾ素子9を一定方向に連続的に駆動する印加電圧が供給することができるようになっている。
The piezo element controller 10 controls the voltage applied to the piezo element 9 based on a control signal from the measurement control unit 13 and controls the amount of expansion / contraction of the piezo element 9, whereby the surface to be measured 5 a with respect to the Fizeau surface 4 a is controlled. The relative position in the direction along the optical axis C is controlled.
As shown in FIG. 2, the schematic configuration of the piezo element controller 10 includes a calculation unit 35, a timer 36, a D / A conversion unit 37, and an amplifier unit 38.
The calculation unit 35 generates applied voltage data that linearly increases the applied voltage from 0 V to the command voltage within the rise time in accordance with the rise time and command voltage control signal sent from the measurement control unit 13, and performs measurement. The applied voltage data is sequentially supplied to the D / A conversion unit 37 in accordance with a movement start signal from the control unit 13.
The timer 36 supplies a reference clock for sending applied voltage data from the computing unit 35 at appropriate intervals.
The D / A converter 37 converts the applied voltage data supplied by the calculator 35 into a voltage signal. This voltage signal is amplified by the amplifier unit 38 and output to the piezo element 9 as an applied voltage for driving the piezo element 9.
Thus, according to the piezo element controller 10 of the present embodiment, an applied voltage that continuously drives the piezo element 9 in a certain direction can be supplied in accordance with the movement start signal from the measurement control unit 13. It has become.

直動ステージ16とピエゾ素子9とは、コンフォーカル状態およびキャッツアイ状態の調整目標位置のそれぞれの近傍に前記被測定面5aの相対移動位置を移動させるとともに、被測定面5aの相対移動位置を、コンフォーカル状態およびキャッツアイ状態、それぞれの調整目標位置の近傍で光軸方向に相対移動させる相対移動機構を構成している。   The linear movement stage 16 and the piezo element 9 move the relative movement position of the measured surface 5a to the vicinity of the adjustment target position in the confocal state and the cat's eye state, and the relative movement position of the measured surface 5a. The relative movement mechanism is configured to relatively move in the optical axis direction in the vicinity of the respective adjustment target positions in the confocal state and the cat's eye state.

レーザー測長器12は、被測定物保持部11の測長光反射部11aに対して、光軸Cに沿う方向に進むレーザー光12aを照射して、適宜の基準位置から測長光反射部11aの光軸C方向の距離を測長し、測長結果を座標zとして、測定制御部13に送出するものである。座標zは、被測定物保持部11に保持された被測定面5aと一定の位置関係にあるため、光軸Cに沿う方向における被測定面5aの相対移動位置を表している。
レーザー測長器12は、被測定面5aの相対移動位置を測定する相対移動位置測定部を構成する。
レーザー測長器12の装置構成としては、λ/8の数分の1以下の精度で、測長できるものであれば、適宜の構成を採用することができるが、例えば、レーザー光12aの干渉縞をカウントして測長する構成を好適に採用することができる。
The laser length measuring device 12 irradiates the length measuring light reflecting portion 11a of the measured object holding portion 11 with the laser light 12a traveling in the direction along the optical axis C, and the length measuring light reflecting portion from an appropriate reference position. The distance in the optical axis C direction of 11a is measured, and the length measurement result is sent to the measurement control unit 13 as a coordinate z. The coordinate z represents a relative movement position of the measurement surface 5a in the direction along the optical axis C because it has a fixed positional relationship with the measurement surface 5a held by the measurement object holding unit 11.
The laser length measuring device 12 constitutes a relative movement position measuring unit that measures the relative movement position of the surface to be measured 5a.
As the apparatus configuration of the laser length measuring device 12, an appropriate configuration can be adopted as long as the length can be measured with an accuracy of a fraction of λ / 8 or less, for example, interference of the laser beam 12a. A configuration that measures the length by counting the fringes can be suitably employed.

フィゾーレンズ4を透過した透過光30bは、集光位置Qに集光される。
集光位置Qは、本実施形態では、フィゾーレンズ4に入射する光が平行光30aであるため、フィゾーレンズ4の焦点位置に一致している。
以下では、フィゾー面4aと被測定面5aとの位置関係について、集光位置Qが被測定面5aの曲率中心Qに一致する状態(図1参照)をコンフォーカル状態と称し、集光位置Qが被測定面5aの面頂Qと一致する状態(図3参照)をキャッツアイ状態と称する。
また、コンフォーカル状態の被測定面5aの相対移動位置およびキャッツアイ状態の被測定面5aの相対移動位置を、それぞれコンフォーカル状態およびキャッツアイ状態の調整目標位置、あるいは単に調整目標位置と称する。
Transmitted light 30b transmitted through the Fizeau lens 4 is condensed to the condensing position Q R.
Condensing position Q R, in this embodiment, since the light incident on the Fizeau lens 4 is collimated light 30a, coincides with the focal position of the Fizeau lens 4.
In the following, the positional relationship between the Fizeau surface 4a and the measurement surface 5a, referred to state condensing position Q R coincides with the center of curvature Q L of the surface to be measured 5a (see FIG. 1) and confocal state, condenser position Q R is referred to as a cat's eye state a state that matches the surface apex Q P (see FIG. 3) of the measurement surface 5a.
In addition, the relative movement position of the measurement target surface 5a in the confocal state and the relative movement position of the measurement target surface 5a in the cat's eye state are referred to as the adjustment target position in the confocal state and the cat's eye state, or simply as the adjustment target position, respectively.

コンフォーカル状態の位置関係の場合、図1に示すように、集光位置Qから発散して、被測定面5aに入射された透過光30bは、被測定面反射光30cとして反射される。このとき、透過光30bの光線が被測定面5aの法線に沿って入射し、被測定面反射光30cは、透過光30bと同一の光路を逆進して、フィゾーレンズ4に再入射し、ビームスプリッタ3に向けて透過される。被測定面反射光30cと、フィゾー面4aによって反射された参照面反射光30dとは、平行光30aがフィゾー面4aによって分割された光束となっているため互いに干渉して干渉縞が形成される。
被測定面反射光30cは、被測定面5aで反射されることで被測定面5aの形状に応じた波面を有する測定光となっている。一方、参照面反射光30dは、フィゾー面4aで反射されることでフィゾー面4aの形状に対応した波面を有する参照光となっている。また、被測定面反射光30cは、被測定面5aで反射されて略同一光路を逆進することで、参照面反射光30dに対して、フィゾー面4aと被測定面5aとの間の光路長の2倍の光路差を有している。
フィゾー面4aは被測定面5aに比べて十分高精度に製作されているので、干渉縞画像は、被測定面5aの収差を表している。同様に、キャッツアイ状態では干渉計自体の有する内部収差を表す干渉縞画像が得られる。
For the positional relationship confocal state, as shown in FIG. 1, diverges from the condensing position Q R, transmitted light 30b incident on the measurement surface 5a is reflected as a measurement surface reflected light 30c. At this time, the light beam of the transmitted light 30b enters along the normal line of the measured surface 5a, and the measured surface reflected light 30c travels backward along the same optical path as the transmitted light 30b and reenters the Fizeau lens 4. And transmitted toward the beam splitter 3. The measurement surface reflected light 30c and the reference surface reflected light 30d reflected by the Fizeau surface 4a interfere with each other and form interference fringes because the parallel light 30a is a light beam divided by the Fizeau surface 4a. .
The measured surface reflected light 30c is reflected by the measured surface 5a, thereby being measured light having a wavefront corresponding to the shape of the measured surface 5a. On the other hand, the reference surface reflected light 30d is reflected by the Fizeau surface 4a, thereby becoming reference light having a wavefront corresponding to the shape of the Fizeau surface 4a. Further, the reflected light 30c to be measured is reflected by the measured surface 5a and travels backward in substantially the same optical path, so that the optical path between the Fizeau surface 4a and the measured surface 5a with respect to the reference surface reflected light 30d. The optical path difference is twice the length.
Since the Fizeau surface 4a is manufactured with sufficiently high accuracy compared to the measured surface 5a, the interference fringe image represents the aberration of the measured surface 5a. Similarly, in the cat's eye state, an interference fringe image representing the internal aberration of the interferometer itself is obtained.

集光レンズ6は、被測定面反射光30c、参照面反射光30dによる干渉縞を、CCD7の撮像面7a上に投影する光学素子である。
CCD7は、撮像面7a上に投影された干渉縞画像を所定のビデオレートで光電変換する撮像素子である。ビデオレートとしては、必要に応じて適宜の値を採用することができるが、例えば、30fpsのものを好適に採用することができる。
CCD7は、測定制御部13に電気的に接続されており、測定制御部13によって撮像動作を制御され、CCD7で撮像した画像信号は測定制御部13に送出される。
The condenser lens 6 is an optical element that projects interference fringes due to the measurement surface reflected light 30 c and the reference surface reflected light 30 d onto the imaging surface 7 a of the CCD 7.
The CCD 7 is an image sensor that photoelectrically converts an interference fringe image projected on the imaging surface 7a at a predetermined video rate. As the video rate, an appropriate value can be adopted as necessary. For example, a video rate of 30 fps can be preferably adopted.
The CCD 7 is electrically connected to the measurement control unit 13, the imaging operation is controlled by the measurement control unit 13, and the image signal captured by the CCD 7 is sent to the measurement control unit 13.

測定制御部13の機能ブロック構成は、図2に示すように、信号変換部20、波面測定部21、位置ずれ評価値算出部22、記憶部23、調整目標位置算出部24、曲率半径算出部25、および表示制御部27からなる。   As shown in FIG. 2, the functional block configuration of the measurement control unit 13 includes a signal conversion unit 20, a wavefront measurement unit 21, a positional deviation evaluation value calculation unit 22, a storage unit 23, an adjustment target position calculation unit 24, and a radius of curvature calculation unit. 25 and a display control unit 27.

信号変換部20は、CCD7から送出される画像信号を、波面測定部21から指示されたタイミングで画像フレームごとに取り込んで、輝度データに変換し、2次元の画像データとして波面測定部21、表示制御部27に送出するものである。   The signal conversion unit 20 captures the image signal sent from the CCD 7 for each image frame at the timing instructed by the wavefront measurement unit 21, converts it into luminance data, and displays the wavefront measurement unit 21 and display as two-dimensional image data. This is sent to the control unit 27.

波面測定部21は、直動ステージ16とピエゾ素子9とによって被測定面5aの相対移動位置を調整目標位置の近傍の前記光軸方向の少なくとも2位置に相対移動させ、干渉縞の画像情報に基づいて波面を測定し、この波面に対応する被測定面5aの相対移動位置の情報とともに記憶部23に記憶させるものである。
そのため、本実施形態の波面測定部21は、操作部15から測定開始の操作入力を受けると、予め設定された移動距離、移動速度などの測定条件に基づいて、直動ステージ16およびピエゾ素子コントローラ10に制御信号を送出して、被測定物保持部11の移動量を制御し、被測定物保持部11を測定開始位置zに位置づけ、直動ステージ16の位置を固定して、ピエゾ素子9の伸縮量を光軸Cに沿う方向に連続的に変化させる制御を行う。そして、各移動位置において、レーザー測長器12から座標zを取得できるようになっている。
ここで、測定開始位置zは、被測定面5aの曲率半径の設計値から決まる設計上のコンフォーカル状態、キャッツアイ状態に対応する被測定物保持部11のそれぞれの位置座標z0cf、z0ceの近傍であり、この近傍で予め被測定面5aを光軸Cに沿う方向に移動して、干渉縞画像を取得し、干渉縞画像の解析が可能となる程度にコントラストを有する移動範囲δの位置を予め調べておき、この移動範囲δの範囲内で、δの中心位置から離間した適宜位置を測定開始位置zとして採用することができる。
本実施形態では、一例として、δの範囲において、被測定面5aが最もフィゾー面4aから遠ざかる位置を測定開始位置zとし、図1において、被測定物保持部11を図示下側からδの範囲内で、被測定面5aをフィゾー面4a側に向かって近づけながら測定を行うものとして説明する。
The wavefront measuring unit 21 relatively moves the relative movement position of the surface to be measured 5a to at least two positions in the optical axis direction near the adjustment target position by the linear motion stage 16 and the piezo element 9 to obtain image information of interference fringes. The wavefront is measured based on this, and is stored in the storage unit 23 together with information on the relative movement position of the measured surface 5a corresponding to this wavefront.
Therefore, when the wavefront measuring unit 21 of the present embodiment receives an operation input for starting measurement from the operation unit 15, the linear motion stage 16 and the piezoelectric element controller are based on measurement conditions such as a preset moving distance and moving speed. 10, a control signal is sent to control the amount of movement of the measured object holding unit 11, the measured object holding unit 11 is positioned at the measurement start position z 1 , the position of the linear motion stage 16 is fixed, and the piezo element Control is performed to continuously change the amount of expansion and contraction 9 in the direction along the optical axis C. The coordinate z can be acquired from the laser length measuring device 12 at each moving position.
Here, the measurement start position z 1 is the position coordinates z 0cf , z of the measured object holding part 11 corresponding to the design confocal state and cat's eye state determined from the design value of the radius of curvature of the measured surface 5a. In this vicinity, the measurement surface 5a is moved in the direction along the optical axis C in advance to obtain an interference fringe image, and the moving range δ has a contrast that allows the interference fringe image to be analyzed. be prepared with the position previously, within this movement range [delta], may be employed spaced appropriately positioned from the center of the [delta] as a measurement start position z 1.
In the present embodiment, as an example, in the range of [delta], the position where the measurement surface 5a moves away from the most Fizeau surface 4a and the measurement start position z 1, 1, of [delta] from the illustrated lower side of the measurement object holder 11 It is assumed that the measurement is performed while the surface to be measured 5a is brought closer to the Fizeau surface 4a within the range.

このような測定開始位置zは、同様の曲率半径を有する被測定面5aであれば、被測定面5aを代えるたびに設定し直す必要はなく、一度設定した後は、同一の設定を採用することができる。 Such measurement start position z 1, if the measurement surface 5a having the same radius of curvature, it is not necessary to re-set each time to replace the measured surface 5a, after once set, employing the same configuration can do.

また、波面測定部21は、信号変換部20に干渉縞画像の取り込み開始信号を送出し、信号変換部20によって画像取り込みが開始されると、信号変換部20から送出される干渉縞画像の各画像データ(以下、時系列画像と称する)をそれらの取り込み順序の情報(以下、時系列上の位置情報と称する)に関連づけて記憶部23に記憶させる。
例えば、時系列上のi番目に信号変換部20から取得された時系列画像をF(ただし、i=1,…,m)、レーザー測長器12から取得された座標をzとしたとき、i、F、zが記憶部23に記憶される。
ここで、時系列画像Fは、波面を測定するための波面測定用画像Fの候補になっているとともに、波面測定用画像Fとして選択された干渉縞画像に対して、一定の位相増分をΔφとしたとき、位相差が±Δφ・Kを有すると見なすことができるn枚の干渉縞画像(ただし、Kは、Nを1以上の整数として、0≦K≦Nの整数、nは、n=2N+1)の候補となる候補画像を構成している。
波面測定部21がピエゾ素子コントローラ10に設定する移動動作の条件は、本実施形態では、一定の立ち上がり時間T内に、光軸Cに沿う方向にδだけ移動するように、ピエゾ素子9に対する指令電圧を一定速度で変化させる、といった条件を設定する。
波面測定部21は、この立ち上がり時間Tの間に、m枚(ただし、mは4以上の整数)の候補画像を取得するため、サンプリング周期ΔTは、ΔT=T/(m−1)となる。サンプリング周期ΔTの最小値は、CCD7のビデオレートの逆数になる。
The wavefront measuring unit 21 sends an interference fringe image capturing start signal to the signal converting unit 20, and when the image converting is started by the signal converting unit 20, each of the interference fringe images transmitted from the signal converting unit 20. Image data (hereinafter referred to as a time-series image) is stored in the storage unit 23 in association with information on the capturing order thereof (hereinafter referred to as time-series position information).
For example, the i-th time-series image acquired from the signal converter 20 on the time-series is F i (where i = 1,..., M), and the coordinates acquired from the laser length measuring device 12 are z i . At this time, i, F i , and z i are stored in the storage unit 23.
Here, the time-series image F i is a candidate for the wavefront measurement image F j for measuring the wavefront, and has a constant phase with respect to the interference fringe image selected as the wavefront measurement image F j. When the increment is Δφ, n interference fringe images that can be regarded as having a phase difference of ± Δφ · K (where K is an integer of 0 ≦ K ≦ N, where N is an integer of 1 or more, n Constitutes a candidate image as a candidate of n = 2N + 1).
In this embodiment, the condition of the movement operation set by the wavefront measuring unit 21 in the piezo element controller 10 is a command to the piezo element 9 to move by δ in the direction along the optical axis C within a certain rise time T. Set the condition that the voltage is changed at a constant speed.
Since the wavefront measuring unit 21 acquires m (where m is an integer of 4 or more) candidate images during the rise time T, the sampling period ΔT is ΔT = T / (m−1). . The minimum value of the sampling period ΔT is the reciprocal of the video rate of the CCD 7.

また、波面測定部21では、波面測定手法として、フリンジスキャン法、位相シフト法などとして知られる周知の測定手法に基づく波面測定が行えるようになっている。
すなわち、本実施形態では、波面測定部21は、取得された時系列画像Fのうちから波面を測定するための時系列画像Fを波面測定用画像として選択し、この波面測定用画像Fに対して、一定の位相増分をΔφとしたとき、位相差が±Δφ・Kを有すると見なすことができるn枚の干渉縞画像(ただし、Kは、Nを1以上の整数として、0≦K≦Nの整数、nは、n=2N+1)を用いて波面測定を行う。以下では、このn枚の干渉縞画像を波面測定用画像群Gと称する。
The wavefront measuring unit 21 can perform wavefront measurement based on a known measurement method known as a fringe scan method, a phase shift method, or the like as a wavefront measurement method.
That is, in this embodiment, the wavefront measuring unit 21, the time-series images F j for measuring a wavefront from among the series images F i when acquired selected as the wavefront measurement image, the image F for wavefront measurement When j is a constant phase increment with respect to j , n interference fringe images that can be regarded as having a phase difference of ± Δφ · K (where K is 0, where N is an integer equal to or greater than 1) ≦ K ≦ N, n is a wavefront measurement using n = 2N + 1). Hereinafter, referred to as the n pieces of the interference fringe image and the wavefront measurement image group G j.

本実施形態では、Δφ=π/2、n=5の例で説明する。このΔφ=π/2は、被測定面5aの相対移動距離としてはλ/8に対応する。また、時系列画像Fの枚数mは、光軸方向における少なくとも2位置で波面を測定できるように設定するとともに、波面測定用画像群G中のn枚の干渉縞画像間の位相増分のΔφに対する誤差が十分小さくなるように選定する。本実施形態では、一例としてm=40の場合で説明する。
波面測定の計算方法としては、一例として、P・ハリハラン(P.Hariharan)、B・F・オレブ(B.F.Oreb)、T・エイジュ(T.Eiju)、「アプライドオプティックス」("Applied Optics")、(米国)、1987年、26巻、pp.2504−2506、に開示されている、いわゆる5バケット法を採用している。
この5バケット法について簡単に説明する。例えば、波面測定用画像群Gが、G={Fj2−,Fj1−,F,Fj1+,Fj2+}であったとする。ここで、添字jk±(k=1,2)は、それぞれ、Fに対する位相差が±kΔφ(複合同順)となると見なすことができる時系列画像Fの添字を表す。
それぞれの干渉縞画像Fj2−、Fj1−、F、Fj1+、Fj2+の一定位置(画像上の座標(x,y)で表す)での輝度をそれぞれ位置強度データg(x,y)(ただし、k=−2,−1,0,1,2)と表すと、座標(x,y)における位相θ(x,y)は、次式から算出することができる。ただし、式(2)では、簡単のため、θ(x,y)、g(x,y)を、それぞれ、θ、gで表している。
In the present embodiment, an example in which Δφ = π / 2 and n = 5 will be described. This Δφ = π / 2 corresponds to λ / 8 as the relative movement distance of the measured surface 5a. Further, when the number m of series images F i is adapted to set so as to measure the wavefront at least two positions in the optical axis direction, a phase increment between n sheets of interference fringe image in the image group G j for wavefront measurement Select so that the error with respect to Δφ is sufficiently small. In the present embodiment, a case where m = 40 will be described as an example.
Examples of wavefront measurement calculation methods include P. Hariharan, BF Oreb, T. Eiju, "Applied Optics", (USA), 1987, 26, pp. 2504-2506, the so-called 5-bucket method is employed.
The 5-bucket method will be briefly described. For example, it is assumed that the wavefront measurement image group G j is G j = {F j2− , F j1− , F j , F j1 + , F j2 + }. Here, the subscript jk ± (k = 1, 2) represents a subscript of the time-series image F i that can be regarded as the phase difference with respect to F j being ± kΔφ (composite same order).
Each of the interference fringe images F j2-, F j1-, F j , F j1 +, F j2 + constant position each position intensity luminance in (image on the coordinates (x, y) represents) data g k (x, y) (where k = −2, −1, 0, 1, 2), the phase θ j (x, y) at the coordinates (x, y) can be calculated from the following equation. However, in formula (2), for simplicity, θ j (x, y) and g k (x, y) are represented by θ and g k , respectively.

Figure 2010025689
Figure 2010025689

このため、波面測定用画像群Gから算出される波面h(x,y)は、式(2)で表される位相θ(x,y)を用いて、次式で表すことができる。なお、以下では、誤解のおそれのない場合には、(x,y)を省略して、単に波面h、位相θと称する場合がある。 Therefore, the wavefront h j (x, y) calculated from the wavefront measurement image group G j can be expressed by the following equation using the phase θ j (x, y) expressed by the equation (2). it can. In the following, when there is no possibility of misunderstanding, (x, y) may be omitted and simply referred to as wavefront h j and phase θ j .

(x,y)=λ・θ(x,y)/4π ・・・(3) h j (x, y) = λ · θ j (x, y) / 4π (3)

記憶部23は、波面測定部21から送出された時系列上の位置情報i、時系列画像Fおよび座標zを記憶するものである。 The storage unit 23 stores time-series position information i, a time-series image F i, and coordinates z i sent from the wavefront measurement unit 21.

位置ずれ評価値算出部22は、波面測定部21で波面測定用画像群Gごとに測定された波面hを解析して、波面hjに対応する被測定面5aの相対移動位置の、調整目標位置からのずれ量に対応する位置ずれ評価値Pを算出するものである。
本実施形態の位置ずれ評価値Pは、式(3)から求められる波面hを下記式(1)で近似したときのパワー成分である近似係数Cを採用している。パワー成分は、コンフォーカル状態、キャッツアイ状態では0となる。
Position shift evaluation value calculation unit 22 analyzes the wavefront h j measured for each image group G j wavefront measured by the wavefront measurement section 21, the relative movement position of the measuring surface 5a that corresponds to the wavefront hj, adjusting and it calculates the positional deviation evaluation value P j corresponding to the amount of deviation from the target position.
The positional deviation evaluation value P j of this embodiment employs an approximation coefficient C 3 that is a power component when the wavefront h j obtained from the expression (3) is approximated by the following expression (1). The power component is 0 in the confocal state and the cat's eye state.

Z(X,Y)=C+C・X+C・Y+C・(X+Y) ・・・(1)
ここで、(X,Y,Z)は、光軸方向をZ軸方向とするXYZ直角座標系における波面の座標値であり、Cは定数項、C、Cは1次項、Cは2次項の近似係数である。
Z (X, Y) = C 0 + C 1 · X + C 2 · Y + C 3 · (X 2 + Y 2 ) (1)
Here, (X, Y, Z) is the coordinate value of the wavefront in the XYZ rectangular coordinate system in which the optical axis direction is the Z-axis direction, C 0 is a constant term, C 1 and C 2 are primary terms, and C 3 Is an approximation coefficient of a quadratic term.

位置ずれ評価値Pは、コンフォーカル状態、キャッツアイ状態からの位置ずれ量が0となるときの対応値が分かっていれば、他の評価値を用いてもよい。
また、式(1)は、2次式による曲面の近似式であり、被測定面5aの光学特性、例えば、曲率半径、Fナンバーなどを仮定していない。したがって、被測定面5aの形状が変わっても、全く同様にして位置ずれ評価値Pを算出することができる。その結果、被測定面5aの製作誤差によって、光学特性にバラツキがある場合にも、位置ずれ評価値には影響しない。
As the positional deviation evaluation value P j , other evaluation values may be used as long as the corresponding value when the positional deviation amount from the confocal state or the cat's eye state becomes 0 is known.
Expression (1) is an approximate expression of a curved surface by a quadratic expression, and does not assume the optical characteristics of the surface to be measured 5a, for example, the radius of curvature and the F number. Therefore, even if the shape of the measured surface 5a changes, the positional deviation evaluation value Pj can be calculated in exactly the same manner. As a result, even if there is a variation in the optical characteristics due to the manufacturing error of the measured surface 5a, the positional deviation evaluation value is not affected.

調整目標位置算出部24は、波面測定部21で取得された座標zと、位置ずれ評価値算出部22で算出された各取得時の位置ずれ評価値Pとにより、コンフォーカル状態およびキャッツアイ状態の調整目標位置の推定値をそれぞれzcf、zceとして算出するものである。
本実施形態では、調整目標位置の推定値zcf(zce)は、(P,z)のデータを回帰分析して、回帰式z=f(P)を算出し、zcf=f(0)(zce=f(0))を採用している。
The adjustment target position calculation unit 24 calculates the confocal state and the cats based on the coordinate z i acquired by the wavefront measurement unit 21 and the position shift evaluation value P j at the time of acquisition calculated by the position shift evaluation value calculation unit 22. The estimated values of the adjustment target positions in the eye state are calculated as z cf and z ce , respectively.
In this embodiment, the estimated value z cf (z ce ) of the adjustment target position is obtained by regression analysis of the data of (P j , z j ) to calculate a regression equation z = f (P), and z cf = f (0) (z ce = f (0)) is adopted.

曲率半径算出部25は、調整目標位置算出部24で算出された調整目標位置の推定値zcf、zceから、曲率半径Rを次式から算出し、算出結果を表示制御部27に送出するものである。 The curvature radius calculation unit 25 calculates the curvature radius R from the following expression from the adjustment target position estimated values z cf and z ce calculated by the adjustment target position calculation unit 24, and sends the calculation result to the display control unit 27. Is.

R=|zcf−zce| ・・・(4) R = | z cf −z ce | (4)

表示制御部27は、信号変換部20から送出される画像データを、例えば、NTSC信号などに変換し表示部14に送出して、表示部14に干渉縞画像を表示したり、調整目標位置算出部24によって算出される近似曲線のグラフや、曲率半径算出部25から算出される曲率半径の値などの測定結果の画像情報および文字情報を表示部14に表示させたりするものである。   The display control unit 27 converts the image data sent from the signal conversion unit 20 into, for example, an NTSC signal and sends it to the display unit 14 to display an interference fringe image on the display unit 14 or to calculate an adjustment target position. Image information and character information of measurement results such as a graph of an approximate curve calculated by the unit 24 and a value of the curvature radius calculated from the curvature radius calculation unit 25 are displayed on the display unit 14.

測定制御部13の装置構成は、上記各機能を専用のハードウェアを用いて実現してもよいが、本実施形態では、CPU、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータで構成され、このコンピュータにより適宜の制御プログラムを実行することでこれらの機能を実現している。   The apparatus configuration of the measurement control unit 13 may be realized by using the dedicated hardware for each function described above, but in the present embodiment, the apparatus is configured by a computer including a CPU, a memory, an input / output interface, an external storage device, and the like. These functions are realized by executing appropriate control programs by this computer.

次に、曲率半径測定装置50の動作について、本実施形態の曲率半径測定方法を中心として説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の測定フローを示すフローチャートである。図5は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の波面測定工程の動作について説明するフローチャートである。図6は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の波面測定工程で取得された時系列画像の模式図である。図7(a)、(b)は、それぞれ本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の位置ずれ算出工程で選出される波面測定用画像群の一例および他例の選出方法について説明するための模式的なグラフである。横軸は時系列上の位置情報i、縦軸は位相変化量を示す。図8は、本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の位置ずれ算出工程における回帰分析結果を示すグラフである。横軸は位置ずれ評価値P、縦軸は被測定面の相対移動位置を表す座標zを示す。
Next, the operation of the curvature radius measuring device 50 will be described focusing on the curvature radius measuring method of the present embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a measurement flow of the curvature radius measurement method according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the wavefront measuring step of the curvature radius measuring method according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram of a time-series image acquired in the wavefront measurement step of the curvature radius measurement method according to the embodiment of the present invention. FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining an example of the wavefront measurement image group selected in the positional deviation calculation step of the curvature radius measurement method according to the embodiment of the present invention and a selection method of another example, respectively. It is a typical graph. The horizontal axis indicates time-series position information i, and the vertical axis indicates the amount of phase change. FIG. 8 is a graph showing a regression analysis result in the positional deviation calculation step of the curvature radius measurement method according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the positional deviation evaluation value P, and the vertical axis represents the coordinate z representing the relative movement position of the surface to be measured.

曲率半径測定装置50に用いるフィゾー型の光学系では、図1に示すコンフォーカル状態では、レーザー光源1を発振させると波長λの発散光が発生し、コリメートレンズ2によって平行光30aが形成され、ビームスプリッタ3で反射されてフィゾーレンズ4の光軸上に入射する。
平行光30aは、フィゾー面4aによって分割され、一部はフィゾー面4aによってビームスプリッタ3の側に反射されて参照面反射光30dとして進む。その他の光は、透過光30bとして透過し、フィゾーレンズ4のレンズ作用により集光され、集光位置Qに集光されてから、被測定面5aに導かれ、被測定面5aの法線方向に入射することにより、被測定面反射光30cとして反射される。そして、被測定面反射光30cは、透過光30bと同一光路を逆進し、フィゾーレンズ4を透過して、ビームスプリッタ3側に出射される。その際、フィゾー面4a上には、被測定面反射光30cと参照面反射光30dとの光路差に応じた干渉縞画像が形成される。
この干渉縞画像は、集光レンズ6によりCCD7の撮像面7a上に投影される。そして、この干渉縞画像は、CCD7で光電変換されて画像信号として測定制御部13に送出され、表示制御部27を介して表示部14に表示される。
In the Fizeau type optical system used for the curvature radius measuring apparatus 50, in the confocal state shown in FIG. 1, when the laser light source 1 is oscillated, divergent light of wavelength λ is generated, and collimated lens 2 forms parallel light 30a. Reflected by the beam splitter 3 and incident on the optical axis of the Fizeau lens 4.
The parallel light 30a is divided by the Fizeau surface 4a, and a part thereof is reflected by the Fizeau surface 4a toward the beam splitter 3 and proceeds as reference surface reflected light 30d. Other light is transmitted through the transmission light 30b, is focused by the lens action of the Fizeau lens 4 from being condensed on the condensing position Q R, it is guided to the measuring surface 5a, a normal of the measurement surface 5a By being incident in the direction, it is reflected as the measured surface reflected light 30c. The measured surface reflected light 30c travels backward along the same optical path as the transmitted light 30b, passes through the Fizeau lens 4, and is emitted to the beam splitter 3 side. At that time, an interference fringe image corresponding to the optical path difference between the measured surface reflected light 30c and the reference surface reflected light 30d is formed on the Fizeau surface 4a.
This interference fringe image is projected onto the imaging surface 7 a of the CCD 7 by the condenser lens 6. Then, the interference fringe image is photoelectrically converted by the CCD 7, sent as an image signal to the measurement control unit 13, and displayed on the display unit 14 via the display control unit 27.

また、図3に示すキャッツアイ状態では、同様にしてフィゾーレンズ4に入射する透過光30bは、フィゾーレンズ4のレンズ作用により集光され、被測定面5aの面頂Qに集光される。そして、被測定面5aによって反射された被測定面反射光30cは、フィゾーレンズ4を透過して、平行光としてビームスプリッタ3側に出射される。その際、フィゾー面4a上には、被測定面反射光30cと参照面反射光30dとの光路差に応じた干渉縞画像が形成される。
この干渉縞画像は、コンフォーカル状態の場合と同様にして、表示部14に表示される。
被測定面5aの相対移動位置が、コンフォーカル状態、キャッツアイ状態から光軸C方向にずれている場合、位置ずれ量、光線高さに応じて異なる光路差が発生し、コンフォーカル状態、キャッツアイ状態に比べて干渉縞本数が増大した干渉縞画像が形成される。
Also, the cat's eye state shown in FIG. 3, the transmitted light 30b incident on the Fizeau lens 4 in the same manner is focused by the lens action of the Fizeau lens 4, it is focused on the surface apex Q P of the measuring surface 5a . Then, the measured surface reflected light 30c reflected by the measured surface 5a passes through the Fizeau lens 4 and is emitted as parallel light to the beam splitter 3 side. At that time, an interference fringe image corresponding to the optical path difference between the measured surface reflected light 30c and the reference surface reflected light 30d is formed on the Fizeau surface 4a.
This interference fringe image is displayed on the display unit 14 in the same manner as in the confocal state.
When the relative movement position of the surface to be measured 5a is deviated in the optical axis C direction from the confocal state or the cat's eye state, a different optical path difference is generated depending on the position deviation amount or the light beam height. An interference fringe image having an increased number of interference fringes compared to the eye state is formed.

本実施形態の曲率半径測定方法は、被測定面5aをコンフォーカル状態およびキャッツアイ状態のそれぞれの調整目標位置の近傍に相対移動し、波面測定工程、位置ずれ評価値算出工程、および調整目標位置算出工程を順次行い、各調整目標位置算出工程で算出された調整目標位置の推定値zcfとzceとの差から被測定面5aの曲率半径Rを求める方法である。以下、図4に示すフローチャートを参照して説明する。 In the radius of curvature measurement method of this embodiment, the surface to be measured 5a is relatively moved to the vicinity of the respective adjustment target positions in the confocal state and the cat's eye state, and the wavefront measurement step, the positional deviation evaluation value calculation step, and the adjustment target position This is a method of calculating the curvature radius R of the surface 5a to be measured from the difference between the estimated values z cf and z ce of the adjustment target position calculated in each adjustment target position calculation step in order. Hereinafter, description will be given with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、ステップS1では、被測定面5aの相対移動位置zがコンフォーカル状態の調整目標位置の近傍位置となるように被測定面5aを相対移動させる。
すなわち、測定者は、操作部15を通してピエゾ素子9の長さを最短の初期値に設定し、かつ直動ステージ16の移動量を調整して、被測定物保持部11を測定開始位置zに移動させる。
これにより、被測定面5aの曲率中心Qは集光位置Qの近傍に配置される。
First, in step S1, the surface to be measured 5a is relatively moved so that the relative movement position z of the surface to be measured 5a is close to the adjustment target position in the confocal state.
In other words, the measurer sets the length of the piezo element 9 to the shortest initial value through the operation unit 15 and adjusts the amount of movement of the linear motion stage 16 to bring the measured object holding unit 11 into the measurement start position z 1. Move to.
Accordingly, the center of curvature Q L of the measuring surface 5a is arranged near the condensing position Q R.

なお、測定開始位置zが予め知られていない場合には、本ステップの最初に、測定者は、表示部14に示される干渉縞画像を見ながら直動ステージ16を駆動して、δの範囲を実測して測定開始位置zを求める動作を行う。 In the case where the measurement starting position z 1 is not known in advance, the first in this step, measuring person, it drives the linear movement stage 16 while watching the interference fringe image shown in the display unit 14, the δ actually measuring the extent performs an operation for obtaining the measurement start position z 1 and.

ステップS2〜S4では、コンフォーカル状態の調整目標位置における波面測定工程を行う。本工程は、光軸方向における調整目標位置近傍の少なくとも2位置で、干渉縞の画像情報に基づいて波面hを測定し、この波面hに対応する被測定面5aの相対移動位置の情報である座標zを取得する工程である。
ステップS2では、立ち上がり時間Tの間に、ピエゾ素子9を用いて被測定物保持部11を測定開始位置zから距離δだけ集光位置Q側に向かって連続的に移動させ、サンプリング周期ΔTごとに、m枚の干渉縞画像を順次取得し、記憶部23に、それらの取得順序を表す時系列上の位置情報iとともに、時系列画像F、F、…、F(図6参照)として記憶する。
In steps S2 to S4, a wavefront measurement process at the adjustment target position in the confocal state is performed. This step, at least two positions near adjusting a target position in the optical axis direction, to measure the wavefront h j based on the image information of the interference fringe, the information of the relative movement position of the measuring surface 5a that corresponds to the wavefront h j a step of acquiring the coordinate z j is.
In step S2, during the rise time T, it is moved continuously toward the only condensing position Q R side measurement object holder 11 from the measurement starting position z 1 distance δ by using a piezoelectric element 9, the sampling period For each ΔT, m interference fringe images are sequentially acquired, and time-series images F 1 , F 2 ,..., F m are stored in the storage unit 23 together with time-series position information i representing the acquisition order. 6).

本ステップの動作について、図5を参照して説明する。本実施形態では、一例として、δ=1.3λ/2、T=1.3(s)の場合で説明する。
サンプリング周期ΔTは、本実施形態のCCD7のビデオレート30fpsに合わせて、ΔT=1/30(s)としている。すなわち、時間Tの間の各フレーム画像を取り込んで、m=40の時系列画像を取得する場合の例になっている。
The operation of this step will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a case where δ = 1.3λ / 2 and T = 1.3 (s) will be described as an example.
The sampling period ΔT is set to ΔT = 1/30 (s) in accordance with the video rate 30 fps of the CCD 7 of the present embodiment. That is, in this example, each frame image during the time T is captured and a time-series image with m = 40 is acquired.

まず、図5に示すように、ステップS20では、移動制御部22からピエゾ素子コントローラ10の演算部35に対して、立ち上がり時間Tでピエゾ素子9をδだけ伸長させる指令電圧を送出してから、移動開始信号100を送出する。そして、測定制御部13側では、ステップS21に移行する。
ピエゾ素子コントローラ10側では、移動制御部22から立ち上がり時間T、指令電圧の情報を受け取ると、ステップS23を実行する。
ステップS23では、演算部35によって、立ち上がり時間T内に、0Vから指令電圧まで時間に比例する印加電圧データを出力する設定を行う。そして、移動開始信号を受信すると、タイマー36を初期化し、ステップS24を実行する。
ステップS24では、タイマー36の値に応じて、印加電圧データをD/A変換部37により電圧信号に変換し、アンプ部38で適宜増幅して、ピエゾ素子9に印加する。
ステップS25では、タイマー36の値が、立ち上がり時間Tを超えたかどうか判定し、立ち上がり時間Tを超えていない場合は、ステップS24に移行する。
立ち上がり時間Tを超えた場合は、移動制御部22に、移動終了信号101を送出して移動終了を通知し、電圧出力を停止して、ピエゾ素子9の位置を初期状態に復帰させる。
First, as shown in FIG. 5, in step S20, a command voltage for extending the piezo element 9 by δ at the rising time T is sent from the movement control unit 22 to the calculation unit 35 of the piezo element controller 10. A movement start signal 100 is sent out. Then, on the measurement control unit 13 side, the process proceeds to step S21.
On the piezo element controller 10 side, when information on the rise time T and the command voltage is received from the movement control unit 22, step S23 is executed.
In step S23, the calculation unit 35 performs setting so that applied voltage data proportional to time is output from 0 V to the command voltage within the rising time T. When the movement start signal is received, the timer 36 is initialized, and step S24 is executed.
In step S <b> 24, the applied voltage data is converted into a voltage signal by the D / A converter 37 according to the value of the timer 36, amplified appropriately by the amplifier 38, and applied to the piezo element 9.
In step S25, it is determined whether or not the value of the timer 36 has exceeded the rise time T. If the value has not exceeded the rise time T, the process proceeds to step S24.
When the rise time T is exceeded, the movement control unit 22 is notified of the movement end by sending the movement end signal 101, the voltage output is stopped, and the position of the piezo element 9 is returned to the initial state.

ステップS21では、波面測定部21は、サンプリング周期ΔTに同期して、CCD7から干渉縞画像を取得するとともに、レーザー測長器12から座標zを取得し、画像取得順序を表すカウンタiの値とともに、記憶部23に記憶する。
ステップS22では、ピエゾ素子コントローラ10からの移動終了信号101の有無を判定し、移動終了信号101が受信されていない場合は、ステップS21に戻る。
移動終了信号101が受信されている場合は、図4のステップS2の動作を終了し、ステップS3に移行する。
このようにして、ステップS21を繰り返すことにより、被測定物保持部11がピエゾ素子9によって移動され、被測定面5aがフィゾー面4aに対して相対移動している間に、時系列上の位置情報であるカウンタi、座標zの値とともに、時系列画像Fがm枚、記憶部23に順次記憶されていく。
In step S21, the wavefront measuring unit 21 acquires the interference fringe image from the CCD 7 in synchronization with the sampling period ΔT, acquires the coordinates z i from the laser length measuring device 12, and the value of the counter i representing the image acquisition order. At the same time, it is stored in the storage unit 23.
In step S22, the presence / absence of the movement end signal 101 from the piezo element controller 10 is determined. If the movement end signal 101 is not received, the process returns to step S21.
If the movement end signal 101 has been received, the operation in step S2 in FIG. 4 is terminated, and the process proceeds to step S3.
In this way, by repeating step S21, the measured object holding unit 11 is moved by the piezo element 9 and the measured surface 5a is moved relative to the Fizeau surface 4a. Along with the information of the counter i and the coordinates z i , m time-series images F i are sequentially stored in the storage unit 23.

次に、ステップS3では、ステップS2で取得されたm枚の時系列画像F、F、…、Fから、まず波面測定用画像Fを選択し、さらにこの波面測定用画像Fに対して位相差が−π、−π/2、+π/2、+πだけ位相がずれたと見なすことができる干渉縞画像を選択し、波面測定用画像群G={Fj2−,Fj1−,F,Fj1+,Fj2+}を選出する。
ここで、添字jk±(ただし、k=1,2)は、座標zにおけるλ/8の変化がπ/2の位相変化になる関係を用いて取得する。例えば、z(j,k)=z±k・(λ/8)を計算し、z(j,k)と記憶部23に記憶された各座標zとを比較し、|z−z(j,k)|が、許容値以下の最小となるiの値をjk±に設定する。
|z−z(j,k)|が許容値以下となるiの値が見つからない場合には、そのjに対して、波面測定用画像群Gは選出できないと判定する。
例えば、時系列上の位置情報iと位相変化量との関係を表す位相変化曲線が、図7(a)、(b)に示す位相変化曲線41で表される場合、波面測定用画像をF16とすると、座標z16と、各座標zとを比較し、j2−=1、j1−=10、j1+=21、j2+=26が求められ(図7(a)参照)、G16={F,F10,F16,F21,F26}である。
また、波面測定用画像をF29とすると、座標z29と、各zとを比較し、j2−=20、j1−=25、j1+=34、j2+=38が求められ(図7(b)参照)、G29={F20,F25,F29,F34,F38}である。
また、図7(a)、(b)から分かるように、本実施形態では、波面測定用画像群Gは、G16〜G29までの14組を選出することができる。
Next, in step S3, first, a wavefront measurement image Fj is selected from the m time-series images F 1 , F 2 ,..., Fm acquired in step S2, and this wavefront measurement image F j is further selected. Interference fringe images that can be regarded as having a phase difference of −π, −π / 2, + π / 2, + π with respect to the phase difference are selected, and a wavefront measurement image group G j = {F j2 − , F j1. -, F j, F j1 + , selects the F j2 +}.
Here, the subscript jk ± (where k = 1, 2) is acquired using the relationship that a change in λ / 8 at the coordinate z becomes a phase change of π / 2. For example, z (j, k) = z j ± k · (λ / 8) is calculated, z (j, k) is compared with each coordinate z i stored in the storage unit 23, and | z i − z (j, k) | is set to jk ± as a minimum value of i that is equal to or smaller than an allowable value.
If a value of i for which | z i −z (j, k) | is less than or equal to an allowable value is not found, it is determined that the wavefront measurement image group G j cannot be selected for that j.
For example, when the phase change curve representing the relationship between the position information i on the time series and the phase change amount is represented by the phase change curve 41 shown in FIGS. 7A and 7B, the wavefront measurement image is expressed as F. 16 , the coordinate z 16 is compared with each coordinate z i to obtain j 2 = 1, j 1 = 10, j 1 + = 21, j 2 + = 26 (see FIG. 7A), and G 16 = {F 1 , F 10 , F 16 , F 21 , F 26 }.
Further, when the wavefront measurement image is F 29 , the coordinates z 29 are compared with each z i to obtain j 2 = 20, j 1 = 25, j 1 + = 34, j 2 + = 38 (FIG. 7 (b )), G 29 = {F 20 , F 25 , F 29 , F 34 , F 38 }.
As can be seen from FIG. 7 (a), (b) , in the present embodiment, the image group G j for wavefront measurement can elect 14 sets up G 16 ~G 29.

なお、上記の波面測定用画像群Gの選出方法は、一例であって、例えば、添字j2−を1からmまで変えたときに、zj2−と、略π/2、π、3π/2、2πだけの位相差を有すると見なすことができるzから、添字j1−、j、j1+、j2+を求めることによってそれぞれに対応するFj1−、F、Fj1+、Fj2+を選出するといった方法でもよい。 The selection method of the wavefront measurement image group G j described above is an example. For example, when the subscript j2- is changed from 1 to m, z j2- and approximately π / 2, π, 3π / F j1- , F j , F j1 + , F j2 + corresponding to the subscripts j1-, j, j1 +, j2 + are selected from z i that can be regarded as having a phase difference of 2, . A method such as

本実施形態の例では、π/2、すなわちλ/8の移動距離が9〜4分割されているため、個々の時系列画像Fの測定位置精度は、λ/8の1/18〜1/8、すなわち、4.4nm〜9.9nm程度になっているが、これは一例であって、ビデオレートがより高いCCDを用いるか、ピエゾ素子9の駆動の立ち上がり時間Tを増加させるかして、サンプリング周期ΔTを小さくすれば、波面測定用画像群Gにおける位相増分のバラツキをより低減することができる。 In the example of this embodiment, [pi / 2, that is, the moving distance of lambda / 8 are divided 9-4, the measurement position accuracy of the individual time-series images F i is, lambda / 8 1 / 18-1 / 8, that is, about 4.4 nm to 9.9 nm, but this is only an example, and it may be possible to use a CCD with a higher video rate or increase the rise time T of driving the piezo element 9. Te, by reducing the sampling period [Delta] T, it is possible to further reduce the variation of the phase increment in the image group G j for wavefront measurement.

次に、ステップS4では、ステップS3で選出した各波面測定用画像群Gから測定される波面hを求める。
波面測定部21では、G={Fj2−,Fj1−,F,Fj1+,Fj2+}を用い、5バケット法によって波面hを算出する。すなわち、位置(x,y)ごとに、上記式(2)、(3)を用いて、波面hを算出し、波面hと、波面hに対応する座標zをそれぞれ対応づけて記憶部23に記憶する。
以上で、波面測定工程が終了する。
Next, in step S4, obtaining the wavefront h j measured from the wavefront measurement image group G j that is selected in step S3.
The wavefront measurement portion 21, G j = {F j2- , F j1-, F j, F j1 +, F j2 +} using to calculate the wavefront h j by 5 bucket method. That is, for each position (x, y), the formula (2), (3) was used to calculate the wavefront h j, and the wavefront h j, in association with each coordinate z j corresponding to the wavefront h j Store in the storage unit 23.
This is the end of the wavefront measurement process.

次のステップS5、S6では、コンフォーカル状態の調整目標位置における位置ずれ評価値算出工程を行う。本工程は、波面測定工程で測定された波面hを解析して、波面hに対応する被測定面5aの相対移動位置の、調整目標位置からのずれ量に対応する位置ずれ評価値Pを算出する工程である。
まず、ステップS5では、各波面hを上記式(1)に当てはめて近似し、jに対応する近似係数C0j、C1j、C2j、C3jを求める。
次に、ステップS6では、ステップS5で求められた近似係数から位置ずれ評価値Pを算出し、波面hおよび座標zに対応づけて記憶部23に記憶する。本実施形態では、次式(5)のように、2次項の各近似係数C3jを位置ずれ評価値Pとする。
In the next steps S5 and S6, a positional deviation evaluation value calculation step at the adjustment target position in the confocal state is performed. This step analyzes the wavefront h j measured by the wavefront measuring step, the wavefront h j of the relative movement position of the measuring surface 5a corresponding to the position deviation corresponding to a deviation amount from the adjustment target location estimate P This is a step of calculating j .
First, in step S5, the wavefronts h j approximated by applying the above equation (1), approximation coefficients C 0j corresponding to j, C 1j, C 2j, seek C 3j.
Next, in step S6, the calculated position shift evaluation value P j from approximation coefficients calculated in step S5, the storage unit 23 in association with the wavefront h j and coordinates z j. In the present embodiment, each approximate coefficient C 3j of the quadratic term is set as the positional deviation evaluation value P j as in the following equation (5).

=C3j ・・・(5)
近似係数C3jは、上記式(1)の2次項の係数であり、波面測定用画像群Gから算出される波面のパワー成分になっている。
以上で、位置ずれ評価値算出工程が終了する。
P j = C 3j (5)
Approximation coefficients C 3j is a coefficient of the second order term of the above formula (1), which is the power component of the wavefront is calculated from the wavefront measurement image group G j.
This completes the positional deviation evaluation value calculation step.

次に、ステップS7、S8では、調整目標位置算出工程を行う。本工程は、波面hに対応する被測定面5aの相対移動位置の情報である座標zと、位置ずれ評価値算出工程で算出された波面hに対応する位置ずれ評価値Pとにより、調整目標位置の推定値を算出する工程である。
まず、ステップS7では、調整目標位置算出部24によって、記憶部23に記憶された座標zと位置ずれ評価値Pとからなる、データ群(P,z)を回帰分析して回帰式を求める。
本実施形態では、データ群(P,z)は回帰直線によって良好に近似される。そこで、回帰係数をα、βとして、次式(6)のような回帰式を求める。
z=f(P)=β・P+α ・・・(6)
Next, in steps S7 and S8, an adjustment target position calculation step is performed. This step includes a coordinate z j which is information of a relative movement position of the measuring surface 5a that corresponds to the wavefront h j, the positional shift evaluation value P j corresponding to the wavefront h j calculated by the positional shift evaluation value calculation step Thus, an estimated value of the adjustment target position is calculated.
First, in step S7, the adjustment target position calculation unit 24 performs regression analysis on the data group (P j , z j ) composed of the coordinates z j and the positional deviation evaluation value P j stored in the storage unit 23 and performs regression. Find the formula.
In the present embodiment, the data group (P j , z j ) is well approximated by a regression line. Therefore, a regression equation such as the following equation (6) is obtained with the regression coefficients α and β.
z = f (P) = β · P + α (6)

調整目標位置算出部24は、図8に一例を示すように、得られた回帰直線と、データ群(P,z)とをグラフ上にプロットした画像を表示制御部27に送出し、表示部14に表示させる。回帰直線は、例えば直線42として表示される。なお、図8は、図示を簡単にするため、(P、z)の添字jは、上記の説明例とは異なり、改めてj=1,…,Mに振り直して表示している。
これにより、測定者は、直線40が、データ群(P,z)を良好に近似する回帰直線となっているかどうか判断することができる。
例えば、図8に示す例では、点(P10、z10)が、他の測定値の分布から著しく乖離していることが分かる。この結果、直線42は大部分のデータに対して良好な近似直線になっていない。
本実施形態では、このような場合、測定者は、操作部15を通して、点(P10、z10)のような異常値をデータ群から除外して、再度、回帰分析を行うための、操作入力が行えるようになっている。図8に示す直線43は、点(P10、z10)を除外して得られた回帰直線を示す。
The adjustment target position calculation unit 24 sends an image obtained by plotting the obtained regression line and the data group (P j , z j ) on a graph to the display control unit 27, as shown in FIG. It is displayed on the display unit 14. The regression line is displayed as a straight line 42, for example. In FIG. 8, for the sake of simplicity, the subscript j of (P j , z j ) is changed to j = 1,...
Thus, the measurer can determine whether the straight line 40 is a regression line that approximates the data group (P j , z j ) well.
For example, in the example shown in FIG. 8, it can be seen that the point (P 10 , z 10 ) is significantly deviated from the distribution of other measured values. As a result, the straight line 42 is not a good approximate straight line for most data.
In this embodiment, in such a case, the measurer removes an abnormal value such as a point (P 10 , z 10 ) from the data group through the operation unit 15 and performs an operation for regression analysis again. You can input. A straight line 43 shown in FIG. 8 shows a regression line obtained by excluding the point (P 10 , z 10 ).

次に、ステップS8では、必要に応じて回帰分析をやり直した最終的な回帰分析結果に基づく上記式(6)において、P=0として、コンフォーカル状態の調整目標位置の推定値zcfを算出し、zcf=f(0)を曲率半径算出部25に送出する。
以上で、調整目標位置算出工程が終了する。
Then, calculated in step S8, in the above formula based on the final regression analysis results again regression analysis as necessary (6), as P = 0, the estimated value z cf the adjustment target position of the confocal condition Then, z cf = f (0) is sent to the curvature radius calculation unit 25.
Thus, the adjustment target position calculation process is completed.

次にステップS9〜S16は、上記ステップS1〜S8においてコンフォーカル状態の調整目標位置の推定値zcfを求めるために行った各工程を、キャッツアイ状態の調整目標位置の推定値zceを求めるために行うものである。そこで、上記ステップS1〜S8と異なる点を中心に説明する。 Next, in steps S9 to S16, the estimated value z ce of the adjustment target position in the cat's eye state is obtained by performing the steps performed to obtain the estimated value z cf of the adjustment target position in the confocal state in steps S1 to S8. Is what we do. Therefore, the points different from the steps S1 to S8 will be mainly described.

ステップS9は、被測定面5aの相対移動位置zがキャッツアイ状態の調整目標位置の近傍位置となるように被測定面5aを相対移動させる工程であり、測定開始位置zが異なるのみで、上記ステップS1と同様である。この測定開始位置zは、ステップS1と同様に干渉縞の十分なコントラストが得られる範囲を実測して決めてもよいが、本実施形態では、ステップS1における測定開始位置zに被測定面5aの設計上の曲率半径を加えた値を用いている。また、δはステップS1と同様の値を採用することができる。
これにより、被測定面5aの面頂Qは集光位置Qの近傍に配置される。
Step S9 is a step for relatively moving the measurement surface 5a such that the relative movement position z of the measuring surface 5a is near the position of the adjustment target position of the cat's eye state, the measurement start position z 1 is only different, The same as step S1 above. The measurement start position z 1 may be determined by actually measuring a range in which sufficient contrast of the interference fringes can be obtained in the same manner as in step S 1. In the present embodiment, the measurement start position z 1 is set at the measurement start position z 1 in step S 1. A value obtained by adding the design radius of curvature of 5a is used. Also, δ can adopt the same value as in step S1.
Thus, a surface apex Q R of the measuring surface 5a is arranged near the condensing position Q R.

次にステップS10〜S12は、波面測定工程であり、上記ステップS2〜S4と同様の工程である。
次に行うステップS13、S14は、位置ずれ評価値算出工程であり、上記ステップS5、S6と同様の工程である。
ただし、ステップS10、S12、S14で取得された、時系列画像F、波面hと、波面hに対応する座標z、位置ずれ評価値Pなどの各データは、ステップS2、S4、S6で取得された各データと区別して、記憶部23に記憶される。
Next, steps S10 to S12 are wavefront measurement steps, which are the same steps as steps S2 to S4.
The next steps S13 and S14 are a positional deviation evaluation value calculation process, which is the same process as steps S5 and S6.
However, acquired in step S10, S12, S14, time-series images F i, and the wavefront h j, coordinate z j corresponding to the wavefront h j, the data such as position shift evaluation value P j, the steps S2, S4 , Stored in the storage unit 23 separately from each data acquired in S6.

次に行うステップS15、S16は、調整目標位置算出工程であり、上記ステップS7、S8と同様の工程である。
これにより、ステップS10、S14で取得された波面hに対応する座標z、位置ずれ評価値Pを用いて、上記式(6)の回帰式を求め、この回帰式から、キャッツアイ状態の調整目標位置の推定値zceを、zce=f(0)として算出し、曲率半径算出部25に送出する。
Next steps S15 and S16 are adjustment target position calculation steps, which are the same steps as steps S7 and S8.
Thereby, the regression equation of the above equation (6) is obtained using the coordinates z j and the positional deviation evaluation value P j corresponding to the wavefront h j acquired in steps S10 and S14, and the cat's eye state is obtained from this regression equation. of the estimated value z ce of the adjustment target position is calculated as z ce = f (0), and sends to the radius of curvature calculating section 25.

次に、ステップS17では、曲率半径算出部25において、ステップS8、S16で算出された推定値zcf、zceを用いて、上記式(4)から被測定面5aの曲率半径Rを算出する。そして、算出された曲率半径Rの情報を表示制御部27に送出し、表示部14に表示させる。
以上で、本実施形態の曲率半径測定装置50を用いた曲率半径測定方法が終了する。
Next, in step S17, the curvature radius calculation unit 25 calculates the curvature radius R of the measured surface 5a from the above equation (4) using the estimated values z cf and z ce calculated in steps S8 and S16. . Then, information on the calculated curvature radius R is sent to the display control unit 27 and displayed on the display unit 14.
Thus, the curvature radius measurement method using the curvature radius measurement device 50 of the present embodiment is completed.

このように、本実施形態の曲率半径測定装置50によれば、被測定面5aの相対移動位置をコンフォーカル状態およびキャッツアイ状態の調整目標位置の近傍に相対移動して、被測定面5aを光軸Cに沿う方向にδ移動させる間に、m枚の時系列画像Fを取得し、これらの取得時の座標zを取得し、これら複数のデータから、調整目標位置の推定値zcf、zceを算出し、上記式(4)から曲率半径Rを算出することができる。
推定値zcf、zceは、複数のデータ群(P,z)から、回帰分析によって誤差を最小化する値として推定されるため、曲率半径の測定精度を向上することができる。
また、干渉縞画像を見ながら、調整目標位置に向けて被測定面5aの相対移動位置を相対移動させる場合のような厳密な位置調整を行う必要がないため、測定開始位置を決める程度の簡単な位置調整で済み、位置調整の手間が格段に低減される。そのため、検査効率を向上させることができる。
また、調整目標位置からずれた位置の干渉縞画像からデフォーカス係数などを算出して位置ずれ量の絶対値を求める場合のように、被測定面5aの光学特性の情報を用いたり、干渉縞画像上の距離を実距離に換算したりすることは、本実施形態では必要ないため、例えば製作誤差などによって被測定面5aの光学特性値が設計値と異なる場合や、干渉縞画像上の距離の換算値に含まれる誤差の影響を排除することができ、高精度な測定を行うことができる。また同様の理由で、異なる形状の被測定面5aの測定に切り替える場合でも、移動工程における測定開始位置zを変更するのみで、演算処理の条件は変更する必要がないので、段取り替えする手間がかからず、検査効率を向上することができる。
Thus, according to the curvature radius measuring apparatus 50 of the present embodiment, the relative movement position of the surface to be measured 5a is relatively moved to the vicinity of the adjustment target position in the confocal state and the cat's eye state, and the surface to be measured 5a is moved. While moving δ in the direction along the optical axis C, m time-series images F i are acquired, coordinates z i at the time of acquisition are acquired, and the estimated value z of the adjustment target position is obtained from the plurality of data. cf and z ce are calculated, and the radius of curvature R can be calculated from the above equation (4).
Since the estimated values z cf and z ce are estimated as values that minimize the error by regression analysis from a plurality of data groups (P j , z j ), it is possible to improve the measurement accuracy of the radius of curvature.
In addition, it is not necessary to perform precise position adjustment as in the case of relative movement of the relative movement position of the measurement target surface 5a toward the adjustment target position while viewing the interference fringe image. As a result, the position adjustment can be greatly reduced. Therefore, inspection efficiency can be improved.
Further, as in the case of obtaining a defocus coefficient or the like from the interference fringe image at a position shifted from the adjustment target position to obtain the absolute value of the positional deviation amount, information on the optical characteristics of the measurement target surface 5a is used, or interference fringes are used. Since it is not necessary in the present embodiment to convert the distance on the image into an actual distance, for example, when the optical characteristic value of the measured surface 5a is different from the design value due to a manufacturing error or the like, or the distance on the interference fringe image The influence of the error included in the converted value of can be eliminated, and highly accurate measurement can be performed. For the same reason, even when switching to the measurement of the measuring surface 5a of different shapes, only by changing the measurement start position z 1 in the mobile process, since the conditions of processing do not need to be changed, labor for changing setup Inspection efficiency can be improved.

次に本実施形態の第1変形例に係る曲率半径測定装置について説明する。
図9は、本発明の実施形態の第1変形例に係る曲率半径測定装置の概略構成を示す模式構成図である。図10は、本発明の第1変形例に係る曲率半径測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。
Next, a curvature radius measuring device according to a first modification of the present embodiment will be described.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a curvature radius measuring apparatus according to a first modification of the embodiment of the present invention. FIG. 10 is a functional block diagram showing the functional configuration of the control means of the curvature radius measuring apparatus according to the first modification of the present invention.

本変形例の曲率半径測定装置50Aは、図9、10に示すように、上記実施形態の曲率半径測定装置50のピエゾ素子9、ピエゾ素子コントローラ10、測定制御部13に代えて、ピエゾ素子9A(相対移動機構)、ピエゾ素子コントローラ10A、測定制御部13Aを備え、孔あきステージ8を削除し、歪みゲージ9a(相対移動位置測定部)、支持板17を追加したものである。
測定制御部13Aは、上記実施形態の測定制御部13の波面測定部21を波面測定部21Aに代えたものである。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the curvature radius measuring device 50 </ b> A of this modification example is replaced with the piezoelectric element 9 </ b> A, the piezoelectric element controller 10, and the measurement control unit 13 of the curvature radius measuring device 50 of the above embodiment. (Relative movement mechanism), a piezo element controller 10A, and a measurement control unit 13A, the perforated stage 8 is deleted, and a strain gauge 9a (relative movement position measurement unit) and a support plate 17 are added.
The measurement control unit 13A is obtained by replacing the wavefront measurement unit 21 of the measurement control unit 13 of the above embodiment with a wavefront measurement unit 21A.
Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the above embodiment.

支持板17は、被測定物5とフィゾーレンズ4との間において不図示の曲率半径測定装置50の装置本体に固定され、フィゾーレンズ4側に光軸Cに直交する平面状の支持面17bに形成されるとともに、光軸Cを中心として透過光30b、被測定面反射光30cを透過させる大きさの貫通孔17aが設けられた環状の平板部材である。
ピエゾ素子9Aは、貫通孔17aを取り囲むリング状とされ一端が支持板17の支持面17b上に固定され、光軸Cに沿う方向に伸縮可能とされたものである。ピエゾ素子9Aの他端には、フィゾーレンズ4を保持する保持部が設けられ、フィゾーレンズ4を光軸Cに沿う方向の移動できるようになっている。
ピエゾ素子9Aの材質や構成は、上記実施形態のピエゾ素子9と同様の材質や構成を採用することができる。これによりフィゾーレンズ4は、光軸Cに沿う方向に、λ/8に比べて十分小さな微小移動が可能となっている。
ピエゾ素子9Aには、光軸Cに沿う方向の歪みを測定するための歪みゲージ9aが設けられている。
ピエゾ素子9Aは、図10に示すように、ピエゾ素子コントローラ10Aのアンプ部38に電気的に接続され、歪みゲージ9aは、ピエゾ素子コントローラ10Aの移動量測定部39に電気的に接続されている。
The support plate 17 is fixed to the apparatus main body of the curvature radius measuring device 50 (not shown) between the DUT 5 and the Fizeau lens 4, and is formed on a flat support surface 17 b orthogonal to the optical axis C on the Fizeau lens 4 side. The annular flat plate member is formed and provided with a through-hole 17a having a size that allows the transmitted light 30b and the measured surface reflected light 30c to pass through the optical axis C.
The piezo element 9A has a ring shape surrounding the through-hole 17a, one end is fixed on the support surface 17b of the support plate 17, and can be expanded and contracted in the direction along the optical axis C. At the other end of the piezo element 9A, a holding portion for holding the Fizeau lens 4 is provided so that the Fizeau lens 4 can be moved along the optical axis C.
The material and configuration of the piezo element 9A can be the same material and configuration as the piezo element 9 of the above embodiment. As a result, the Fizeau lens 4 can be moved in a direction along the optical axis C with a minute movement sufficiently smaller than λ / 8.
The piezoelectric element 9A is provided with a strain gauge 9a for measuring strain in the direction along the optical axis C.
As shown in FIG. 10, the piezo element 9A is electrically connected to the amplifier section 38 of the piezo element controller 10A, and the strain gauge 9a is electrically connected to the movement amount measuring section 39 of the piezo element controller 10A. .

ピエゾ素子コントローラ10Aは、上記実施形態のピエゾ素子コントローラ10の演算部35に代えて、演算部35Aを備え、移動量測定部39を追加したものである。
移動量測定部39は、歪みゲージ9aの抵抗変化を検出して、歪み変化を算出し、ピエゾ素子9の伸縮量を算出し、演算部35Aに送出するものである。
演算部35Aは、波面測定部21Aおよび移動量測定部39に電気的に接続され、上記実施形態の演算部35と同様な機能に加えて、移動量測定部39によって測定されたピエゾ素子9の伸縮量の情報を、例えば、予め歪みと移動量との関係を示す校正曲線を求めておくなどして、フィゾー面4aの光軸Cに沿う方向の移動位置の座標zに換算し、測定された座標zを波面測定部21に送出できるようになっている。
The piezo element controller 10A includes a calculation unit 35A instead of the calculation unit 35 of the piezo element controller 10 of the above-described embodiment, and includes a movement amount measurement unit 39.
The movement amount measuring unit 39 detects the resistance change of the strain gauge 9a, calculates the strain change, calculates the expansion / contraction amount of the piezo element 9, and sends it to the calculation unit 35A.
The calculation unit 35A is electrically connected to the wavefront measurement unit 21A and the movement amount measurement unit 39. In addition to the same function as the calculation unit 35 of the above embodiment, the calculation unit 35A includes the piezoelectric element 9 measured by the movement amount measurement unit 39. information deformation amount, for example, pre-distortion and in such previously obtained calibration curve showing the relationship between the moving amount, in terms of coordinates z R of the movement position in the direction along the optical axis C of the Fizeau surface 4a, measured has coordinates z R that is to be sent to the wavefront measurement portion 21.

このように本変形例ではフィゾーレンズ4が微小移動可能に設けられているため、図9に示すように、被測定物保持部11は、直動ステージ16のみによって移動可能に保持されている。このため、レーザー測長器12によって測定される測長光反射部11aの座標zは、被測定物5の移動位置のみを示しており、上記実施形態における被測定面5aの相対移動位置を表すものではない。そこで、以下では、レーザー測長器12による座標zを改めて、座標zと称する。 As described above, in the present modification, the Fizeau lens 4 is provided so as to be movable minutely, and therefore, the measured object holding portion 11 is held movably only by the linear motion stage 16 as shown in FIG. For this reason, the coordinate z of the length measuring light reflecting portion 11a measured by the laser length measuring device 12 shows only the moving position of the object 5 to be measured, and represents the relative moving position of the surface to be measured 5a in the above embodiment. It is not a thing. Therefore, hereinafter, the coordinate z by the laser length measuring device 12 will be referred to as coordinate z L again.

波面測定部21Aは、上記実施形態の波面測定部21と、被測定面5aの相対移動位置の算出方法のみが異なっている。
波面測定部21Aでは、レーザー測長器12から取得される座標zと、ピエゾ素子コントローラ10Aから取得される座標zを用いて、被測定面5aの相対移動位置を表す座標zを次式のように算出する。
z=z−z ・・・(10)
ここで、座標z、zの正方向は一致させておくものとする。
The wavefront measuring unit 21A is different from the wavefront measuring unit 21 of the above-described embodiment only in the calculation method of the relative movement position of the measured surface 5a.
The wavefront measuring unit 21A, the following equation and coordinates z L obtained from the laser length measuring machine 12, using the coordinate z R obtained from the piezoelectric element controller 10A, a coordinate z that represents the relative movement position of the measuring surface 5a Calculate as follows.
z = z L −z R (10)
Here, the positive directions of the coordinates z L and z R are assumed to be matched.

このような構成の曲率半径測定装置50Aの動作は、上記実施形態の座標zを、波面測定部21Aによって上記式(10)から算出する点のみが異なるのみで、上記実施形態と同様にして、被測定面5aの曲率半径を測定することができる。
すなわち、曲率半径測定装置50Aは、直動ステージ16、ピエゾ素子9Aによって、それぞれ被測定面5a、フィゾー面4aを別個に光軸Cに沿う方向に移動させて、それぞれの間の距離を変更し、互いに相対移動させる場合の例になっている。
The operation of the radius-of-curvature measuring apparatus 50A having the above-described configuration is the same as that of the above-described embodiment except that the coordinate z of the above-described embodiment is different from the above equation (10) only by the wavefront measuring unit 21A. The radius of curvature of the surface to be measured 5a can be measured.
That is, the radius-of-curvature measuring apparatus 50A moves the measured surface 5a and the Fizeau surface 4a separately in the direction along the optical axis C by the linear motion stage 16 and the piezo element 9A, and changes the distance between them. This is an example of relative movement.

次に、本実施形態の第2変形例について説明する。
上記実施形態の説明では、位置ずれ評価値Pとして、上記式(5)のように、波面を式(1)を用いて近似したときのパワー成分である近似係数C3jを用いたが、位置ずれ量の評価はこれには限定されない。
例えば、特許第2951366号公報に開示された技術(同文献の式(1)、(2)参照)を用いて、波面を下記式(11)で近似し、これら近似係数のうち、下記式(12)のように、デフォーカス量を表す近似係数である(2C−6C)を位置ずれ評価値Pとして採用してもよい。
Next, a second modification of the present embodiment will be described.
In the description of the above embodiment, the approximation coefficient C3j , which is a power component when the wavefront is approximated using the equation (1), is used as the positional deviation evaluation value Pj as in the above equation (5). The evaluation of the positional deviation amount is not limited to this.
For example, using the technique disclosed in Japanese Patent No. 2951366 (see the equations (1) and (2) of the same document), the wavefront is approximated by the following equation (11). As in 12), (2C 3 -6C 8 ) that is an approximation coefficient representing the defocus amount may be adopted as the positional deviation evaluation value P j .

Figure 2010025689
Figure 2010025689

ただし、(ρ,θ)は、X=ρcosθ、Y=ρsinθと表した場合の極座標である。
また、式(12)の添字jは、上記式(5)と同様の意味である。
However, (ρ, θ) is polar coordinates when X = ρ cos θ and Y = ρ sin θ.
Further, the subscript j in the expression (12) has the same meaning as in the above expression (5).

次に、波面測定工程の変形例である本実施形態の第3変形例について説明する。
上記実施形態の説明では、光軸方向の調整目標位置の近傍で、時系列画像F、座標zを一方向への1回の相対移動によって取得し、取得した時系列画像Fから2位置以上のM位置の波面hと、それに対応するz座標zを測定した。
本変形例は、光軸方向の調整目標位置の近傍の2位置以上のM位置それぞれで、例えば、特開2000−275007号公報等に開示されているように、位相増分Δφに対応してステップ状に相対移動位置を変えることで、位相シフトされたn枚の干渉縞画像を取得して波面hを測定するとともに、波面hに対応するz座標zを測定することで、2位置以上のM位置の波面hとそれに対応するz座標zを測定するようにしたものである。
z座標zは、波面hと対応する位置のz座標を実測して取得する(例えば5バケット法であれば、3枚目の画像取得時の瞬間のz座標を実測する)ことが望ましいが、装置構成的に難しい場合は位相シフト開始時や終了時のz座標を実測し、それらのz座標を波面hに対する位相差に相当する距離によって換算して、z座標zを取得してもよい。
Next, a third modification of the present embodiment, which is a modification of the wavefront measurement process, will be described.
In the description of the above embodiment, the time series image F i and the coordinate z i are acquired by one relative movement in one direction in the vicinity of the adjustment target position in the optical axis direction, and 2 from the acquired time series image F i. The wavefront h j at the M position above the position and the corresponding z coordinate z j were measured.
In this modified example, a step corresponding to the phase increment Δφ is disclosed in each of two or more M positions in the vicinity of the adjustment target position in the optical axis direction, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-275007. Jo to by changing the relative movement position, the measured wavefront h j acquires the n pieces of interference fringe images whose phase is shifted, by measuring the z-coordinate z j corresponding to the wavefront h j, 2 position The wavefront h j at the M position and the corresponding z coordinate z j are measured.
The z coordinate z j is preferably obtained by actually measuring the z coordinate of the position corresponding to the wavefront h j (for example, if the 5-bucket method is used, the instantaneous z coordinate at the time of acquiring the third image is actually measured). but if the apparatus constitutively difficult to actually measure the z-coordinate at the time or closing from the phase shift, those z-coordinate in terms by a distance corresponding to a phase difference with respect to the wavefront h j, acquires the z-coordinate z j May be.

次に、波面測定工程の変形例である本実施形態の第4変形例について説明する。
本変形例は、波面測定に、フリンジスキャン法ではなく、空間的位相シフト法に分類されるキャリアメソッド(空間キャリア法)を採用したものである。このキャリアメソッドは、参照レンズであるフィゾーレンズ4を図示しないチルトステージにより、干渉縞が例えば20本〜30本の所定本数出るように光軸に対して傾けた状態で調整し、干渉縞画像を取得し、これをフーリエ変換して1枚の干渉縞画像から波面を測定する手法である。キャリアメソッドは、例えば、特開2007−86057号公報等に開示されている。
本変形例によれば、2位置以上のM位置の波面を測定する場合でも、M枚の干渉縞画像を取得するだけよいので、波面を迅速に測定することができる。
Next, a fourth modification of the present embodiment, which is a modification of the wavefront measurement process, will be described.
In this modification, a carrier method (spatial carrier method) classified into a spatial phase shift method is used for wavefront measurement, not the fringe scan method. In this carrier method, a reference lens Fizeau lens 4 is adjusted by a tilt stage (not shown) so that interference fringes are tilted with respect to the optical axis so that, for example, a predetermined number of 20 to 30 interference fringes appear. This is a technique for acquiring the wavefront and measuring the wavefront from one interference fringe image by performing Fourier transform. The carrier method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-86057.
According to this modification, even when measuring wavefronts at two or more M positions, it is only necessary to acquire M interference fringe images, so that the wavefront can be measured quickly.

なお、上記の説明では、干渉計として、フィゾー型干渉計を用いた例で説明したが、位相シフトされた干渉縞画像が取得できれば、干渉計の種類は、これらの干渉計には限定されない。例えば、トワイマングリーン型干渉計、マッハツェンダー型干渉計などを好適に採用することができる。   In the above description, an example in which a Fizeau interferometer is used as an interferometer has been described. However, as long as a phase-shifted interference fringe image can be acquired, the type of interferometer is not limited to these interferometers. For example, a Twiman Green interferometer, a Mach-Zehnder interferometer, or the like can be preferably used.

また、上記の説明では、波面を算出する際、n=5のいわゆる5バケット法を用いて算出する場合の例で説明したが、n=7,9,13とした7バケット法、9バケット法、13バケット法を採用してもよい。また、nが3以上であれば、フリンジスキャン法、位相シフト法で用いられる周知の算出方法はすべて同様に採用することができる。   In the above description, the wavefront is calculated using the so-called 5-bucket method in which n = 5. However, the 7-bucket method and the 9-bucket method in which n = 7, 9, and 13 are used. The 13 bucket method may be adopted. If n is 3 or more, all known calculation methods used in the fringe scan method and the phase shift method can be similarly employed.

また、上記の説明では、回帰分析の回帰式として回帰直線を採用しているが、位置ずれ評価値の特性によっては、特性に合わせた適宜の回帰式を採用することができる。例えば、2次式、3次式などの高次多項式や、多項式以外の関数を用いてもよい。すなわち、位置ずれ評価値は、位置ずれ量と線形の関係になくてもよい。   In the above description, a regression line is used as a regression equation for regression analysis. However, depending on the characteristic of the misalignment evaluation value, an appropriate regression equation that matches the characteristic can be used. For example, a high-order polynomial such as a quadratic expression or a cubic expression, or a function other than a polynomial may be used. That is, the positional deviation evaluation value may not be linearly related to the positional deviation amount.

また、上記の説明では、位置調整目標位置の近傍で、14組の波面測定用画像群Gから、14個の波面hを求め、これらに対応する14組のデータ群(P,z)を回帰分析して、位置調整目標位置を推定したが、これは一例であり、波面hや、座標zの測定精度等に応じて、個数はより多くても少なくてもよい。
また、位置調整目標位置の推定値は、必ずしも、回帰分析を行うことなく推定してもよい。例えば、光軸方向における位置調整目標位置の近傍の2位置での波面hを求めれば、2組の(P,z)から直線が決まるため、この直線とz=0との交点として、位置調整目標位置の推定値が得られる。したがって、波面の測定は、光軸方向における位置調整目標位置の近傍の少なくとも2位置で行えばよい。
In the above description, in the vicinity of the position adjustment target position, 14 wavefronts hj are obtained from 14 sets of wavefront measurement image groups Gj , and 14 sets of data groups ( Pj , z) corresponding thereto are obtained. the j) by regression analysis, to estimate the position adjustment target position, this is an example, and the wavefront h j, according to the measurement accuracy of the coordinate z j, the number may be fewer or more.
In addition, the estimated value of the position adjustment target position may be estimated without necessarily performing regression analysis. For example, if the wavefront h j at two positions in the vicinity of the position adjustment target position in the optical axis direction is obtained, a straight line is determined from two sets of (P j , z j ). Therefore, as an intersection of this straight line and z = 0 Then, an estimated value of the position adjustment target position is obtained. Therefore, the wavefront may be measured at at least two positions in the vicinity of the position adjustment target position in the optical axis direction.

また、上記の説明では、時系列画像Fを互いの位相差が、Δφよりも小さいm枚の画像として取得する場合の例で説明したが、時系列画像Fは、少なくとも2位置の波面測定用画像に対して、位相差が±Δφ・Kを有すると見なすことができるn枚の干渉縞画像を取得することができればよく、例えば、位相増分Δφに対応するサンプリング周期でサンプリングされた(n+1)枚以上の干渉縞画像であってもよい。 In the above description, the time series image F j is described as an example in which the phase difference between each other is acquired as m images whose phase difference is smaller than Δφ. However, the time series image F j has at least two wavefronts. It is only necessary to obtain n interference fringe images that can be regarded as having a phase difference of ± Δφ · K with respect to the measurement image. For example, the image is sampled at a sampling period corresponding to the phase increment Δφ ( It may be n + 1) or more interference fringe images.

また、上記の説明では、波面測定を効率的に行うため、波面測定工程での被測定面の相対移動を、一方向に連続的に行う場合の例で説明したが、高精度に移動させることが送ることができれば、適宜の移動ピッチで間欠的に相対移動を行ってもよい。   In the above description, in order to efficiently perform wavefront measurement, the relative movement of the surface to be measured in the wavefront measurement process has been described as an example in which the relative movement is continuously performed in one direction. Can be moved intermittently at an appropriate movement pitch.

また、上記の第1変形例の説明では、フィゾー面4aの相対移動位置を測定するための相対移動位置測定部として、歪みゲージ9aを用いた場合の例で説明したが、被測定面の光軸方向移動量を検出できれば、これに限定されない。例えば、静電容量センサ、ガラススケール、レーザー測長器などを採用してもよい。   In the description of the first modification, the example in which the strain gauge 9a is used as the relative movement position measurement unit for measuring the relative movement position of the Fizeau surface 4a has been described. The present invention is not limited to this as long as the axial movement amount can be detected. For example, a capacitance sensor, a glass scale, a laser length measuring device, or the like may be employed.

また、上記の説明では、微小移動を行う相対移動機構として、圧電素子であるピエゾ素子9、9Aを用いた場合の例で説明したが、圧電素子のみで構成された機構には限定されず、一部に圧電素子を用いた機構でもよいし、圧電素子以外の微小駆動機構を採用してもよい。   In the above description, the piezoelectric element 9, 9A, which is a piezoelectric element, is described as an example of a relative movement mechanism that performs minute movement. However, the mechanism is not limited to a mechanism that includes only a piezoelectric element. A mechanism using a piezoelectric element in part may be used, or a minute driving mechanism other than the piezoelectric element may be adopted.

また、上記の実施形態および第3変形例の説明では、被測定面5aの相対移動位置を移動して位相差を有する干渉縞画像を取得する場合の例で説明したが、n個のCCD7を光学的に位相がπ/2ずつずれた位置に配置して、n枚の干渉縞画像を同時に取得して、nバケット法により波面を測定するようにしてもよい。   In the above description of the embodiment and the third modification, an example in which an interference fringe image having a phase difference is acquired by moving the relative movement position of the measurement target surface 5a has been described. The wavefront may be measured by the n-bucket method by optically shifting the phase by π / 2 and acquiring n interference fringe images at the same time.

本発明の実施形態に係る曲率半径測定装置の概略構成およびコンフォーカル状態の配置を示す模式構成図である。It is a schematic block diagram which shows schematic structure of the curvature-radius measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention, and arrangement | positioning of a confocal state. 本発明の実施形態に係る曲率半径測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function structure of the control means of the curvature radius measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る曲率半径測定装置のキャッツアイ状態の配置を示す模式構成図である。It is a schematic block diagram which shows arrangement | positioning of the cat's eye state of the curvature-radius measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の測定フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement flow of the curvature radius measuring method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の波面測定工程の動作について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the wave front measurement process of the curvature-radius measuring method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の波面測定工程で取得された時系列画像の模式図である。It is a schematic diagram of the time series image acquired at the wavefront measurement process of the curvature radius measuring method according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の位置ずれ算出工程で選出される波面測定用画像群の一例および他例の選出方法について説明するための模式的なグラフである。It is a typical graph for demonstrating the selection method of an example of the image group for wavefront measurement selected at the position shift calculation process of the curvature-radius measuring method concerning the embodiment of the present invention, and other examples. 本発明の実施形態に係る曲率半径測定方法の位置ずれ算出工程における回帰分析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the regression analysis result in the position shift calculation process of the curvature radius measuring method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第1変形例に係る曲率半径測定装置の概略構成を示す模式構成図である。It is a schematic block diagram which shows schematic structure of the curvature-radius measuring apparatus which concerns on the 1st modification of embodiment of this invention. 本発明の第1変形例に係る曲率半径測定装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function structure of the control means of the curvature-radius measuring apparatus which concerns on the 1st modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザー光源
2 コリメートレンズ
3 ビームスプリッタ
4 フィゾーレンズ
4a フィゾー面
5a 被測定面
6 集光レンズ
7 CCD
7a 撮像面
9、9A ピエゾ素子(相対移動機構)
9a 歪みゲージ(相対移動位置測定部)
10、10A ピエゾ素子コントローラ
11 被測定物保持部
12 レーザー測長器(相対移動位置測定部)
13、13A 測定制御部
16 直動ステージ(相対移動機構)
21、21A 波面測定部
22 位置ずれ評価値算出部
23 記憶部
24 調整目標位置算出部
25 曲率半径算出部
30a 平行光
30b 透過光
30c 被測定面反射光(測定光)
30d 参照面反射光(参照光)
50、50A 曲率半径測定装置
51 干渉計
、F 時系列画像
波面測定用画像群
位置ずれ評価値
曲率中心
面頂
集光位置
z、z 座標(被測定面の相対移動位置)
測定開始位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Collimate lens 3 Beam splitter 4 Fizeau lens 4a Fizeau surface 5a Surface to be measured 6 Condensing lens 7 CCD
7a Imaging surface 9, 9A Piezo element (relative movement mechanism)
9a Strain gauge (relative movement position measurement unit)
10, 10A Piezo element controller 11 DUT holding unit 12 Laser length measuring device (relative movement position measuring unit)
13, 13A Measurement control unit 16 Linear motion stage (relative movement mechanism)
21, 21A Wavefront measurement unit 22 Position deviation evaluation value calculation unit 23 Storage unit 24 Adjustment target position calculation unit 25 Radius of curvature calculation unit 30a Parallel light 30b Transmitted light 30c Surface to be measured reflected light (measurement light)
30d Reference surface reflected light (reference light)
50, 50A Curvature radius measuring device 51 Interferometer F i , F j Time series image G j Wavefront measurement image group P j Position shift evaluation value Q L Center of curvature Q P plane top Q R Condensing position z, z i coordinates ( Relative movement position of measured surface)
z 1 Measurement start position

Claims (8)

干渉計により、1つの光束を測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、この分割された測定光を、曲面からなる被測定面に向けて集光位置に収束させて照射し、前記被測定面を前記測定光の集光位置に対して相対移動させ、前記被測定面での反射光と前記参照光とで形成される干渉縞の画像情報と、前記被測定面の相対移動距離の情報とから前記被測定面の曲率半径を求める曲率半径測定方法であって、
前記測定光の集光位置を基準とした前記被測定面の光軸方向の相対位置を前記被測定面の相対移動位置と称し、前記測定光の集光位置が前記被測定面の曲率中心位置に一致するコンフォーカル状態と、前記測定光の集光位置が前記被測定面の面頂と一致するキャッツアイ状態とにおける前記被測定面の相対移動位置をそれぞれ調整目標位置と称するとき、
前記コンフォーカル状態および前記キャッツアイ状態の調整目標位置ごとに、
前記光軸方向における前記調整目標位置近傍の少なくとも2位置で、前記干渉縞の画像情報に基づいて波面を測定するとともに、該波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報を取得する波面測定工程と、
該波面測定工程で測定された前記波面を解析して、該波面に対応する被測定面の相対移動位置の、前記調整目標位置からのずれ量に対応する位置ずれ評価値を算出する位置ずれ評価値算出工程と、
前記波面測定工程で取得された、前記波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報と、前記位置ずれ評価値算出工程で算出された前記位置ずれ評価値とにより、前記調整目標位置の推定値を算出する調整目標位置算出工程とを行い、
前記調整目標位置算出工程でそれぞれ算出された、前記コンフォーカル状態の調整目標位置の推定値と、前記キャッツアイ状態の調整目標位置の推定値との差から前記曲率半径を求めることを特徴とする曲率半径測定方法。
An interferometer divides one light beam into measurement light and reference light that interferes with the measurement light, and irradiates the divided measurement light toward a measurement surface that is a curved surface by converging at a condensing position. And moving the surface to be measured relative to the focusing position of the measurement light, image information of interference fringes formed by the reflected light on the surface to be measured and the reference light, and the surface of the surface to be measured A curvature radius measurement method for obtaining a curvature radius of the surface to be measured from information on a relative movement distance,
The relative position in the optical axis direction of the measurement surface relative to the measurement light condensing position is referred to as the relative movement position of the measurement surface, and the condensing position of the measurement light is the center position of curvature of the measurement surface. And the relative movement position of the surface to be measured in the cat's eye state in which the focusing position of the measurement light coincides with the top of the surface to be measured is referred to as an adjustment target position, respectively.
For each adjustment target position of the confocal state and the cat's eye state,
A wavefront for measuring a wavefront based on image information of the interference fringes at at least two positions in the vicinity of the adjustment target position in the optical axis direction, and acquiring information on a relative movement position of the measured surface corresponding to the wavefront Measuring process;
A positional deviation evaluation that analyzes the wavefront measured in the wavefront measuring step and calculates a positional deviation evaluation value corresponding to a deviation amount from the adjustment target position of the relative movement position of the measured surface corresponding to the wavefront. A value calculation process;
Based on the information on the relative movement position of the surface to be measured corresponding to the wavefront acquired in the wavefront measurement step and the positional deviation evaluation value calculated in the positional deviation evaluation value calculation step, the adjustment target position An adjustment target position calculation step for calculating an estimated value,
The curvature radius is obtained from the difference between the estimated value of the adjustment target position in the confocal state and the estimated value of the adjustment target position in the cat's eye state calculated in the adjustment target position calculation step, respectively. Curvature radius measurement method.
前記位置ずれ評価値算出工程では、
前記波面を、次式で表される2次式で近似し、該2次式の2次項の近似係数を、前記位置ずれ評価値とすることを特徴とする請求項1に記載の曲率半径測定方法。
Z(X,Y)=C+C・X+C・Y+C・(X+Y) ・・・(1)
ここで、(X,Y,Z)は、光軸方向をZ軸方向とするXYZ直角座標系における波面の座標値であり、Cは定数項、C、Cは1次項、Cは2次項の近似係数である。
In the positional deviation evaluation value calculation step,
The curvature radius measurement according to claim 1, wherein the wavefront is approximated by a quadratic expression expressed by the following equation, and an approximation coefficient of a quadratic term of the quadratic equation is used as the displacement evaluation value. Method.
Z (X, Y) = C 0 + C 1 · X + C 2 · Y + C 3 · (X 2 + Y 2 ) (1)
Here, (X, Y, Z) is the coordinate value of the wavefront in the XYZ rectangular coordinate system in which the optical axis direction is the Z-axis direction, C 0 is a constant term, C 1 and C 2 are primary terms, and C 3 Is an approximation coefficient of a quadratic term.
前記波面測定工程では、
前記被測定面の相対移動位置を前記光軸方向の一方向に移動させ、
この移動中に、一定の位相増分をΔφとして、位相差が±Δφ・Kを有すると見なすことができるn枚の干渉縞画像(ただし、Kは、Nを1以上の整数として、0≦K≦Nの整数、nは、n=2N+1)が少なくとも2組選択可能な複数枚の干渉縞画像を、時系列画像として取得するとともに、該時系列画像のそれぞれの取得時の前記被測定面の相対移動位置の情報を取得する工程を備え、
該工程の終了後、前記時系列画像から前記少なくとも2組の前記n枚の干渉縞画像を選択し、選択された前記n枚の干渉縞画像の画像情報に基づいて、前記調整目標位置近傍の少なくとも2位置での波面を測定するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の曲率半径測定方法。
In the wavefront measuring step,
Moving the relative movement position of the surface to be measured in one direction of the optical axis;
During this movement, n interference fringe images that can be regarded as having a phase difference of ± Δφ · K, where Δφ is a constant phase increment (where K is 0 ≦ K, where N is an integer equal to or greater than 1) ≦ N integer, n is a plurality of interference fringe images from which at least two sets of n = 2N + 1) can be selected are acquired as time-series images, and the measured surface at the time of each acquisition of the time-series images Comprising a step of acquiring information of a relative movement position;
After the step, the at least two sets of the n interference fringe images are selected from the time-series images, and based on the image information of the selected n interference fringe images, the vicinity of the adjustment target position is selected. 3. The method of measuring a radius of curvature according to claim 1, wherein wavefronts at at least two positions are measured.
前記波面測定工程では、
前記一定の位相増分Δφよりも小さい位相増分に対応する移動ピッチで前記被測定面の相対移動位置を移動させて、前記時系列画像を取得するようにしたことを特徴とする請求項3に記載の曲率半径測定方法。
In the wavefront measuring step,
The time-series image is acquired by moving a relative movement position of the measurement surface with a movement pitch corresponding to a phase increment smaller than the constant phase increment Δφ. Curvature radius measurement method.
前記波面測定工程では、
前記被測定面の相対移動位置を前記光軸方向に移動させ、一定の位相増分をΔφとして、位相差が±Δφ・Kを有すると見なすことができるn枚の干渉縞画像(ただし、Kは、Nを1以上の整数として、0≦K≦Nの整数、nは、n=2N+1)を取得するとともに、少なくともK=0に対応する干渉縞画像が取得された際の前記被測定面の相対移動位置の情報を取得し、前記n枚の干渉縞画像の画像情報に基づいて、1つの波面を測定する工程を備え、
該工程を、前記調整目標位置近傍の少なくとも2位置で繰り返すようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の曲率半径測定方法。
In the wavefront measuring step,
The relative movement position of the surface to be measured is moved in the optical axis direction, and a constant phase increment is Δφ, and n interference fringe images (where K is a phase difference) can be regarded as having a phase difference of ± Δφ · K. , N is an integer of 1 or more, and 0 ≦ K ≦ N, n is n = 2N + 1), and at least the interference fringe image corresponding to K = 0 is acquired. Obtaining information of relative movement positions, and measuring one wavefront based on image information of the n interference fringe images,
3. The method of measuring a radius of curvature according to claim 1, wherein the step is repeated at at least two positions near the adjustment target position.
前記調整目標位置算出工程では、
前記波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報と、前記位置ずれ評価値とを回帰分析することで、前記調整目標位置の推定値を算出することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の曲率半径測定方法。
In the adjustment target position calculation step,
The estimated value of the adjustment target position is calculated by performing regression analysis of information on the relative movement position of the measurement target surface corresponding to the wavefront and the positional deviation evaluation value. The curvature radius measuring method according to any one of the above.
前記調整目標位置算出工程では、
前記回帰分析により回帰式を求めた後、前記回帰分析に用いたデータの前記回帰式に対する乖離が大きいデータが発生した場合に、該乖離が大きいデータを除外して、再度、回帰分析を行うことを特徴とする請求項6に記載の曲率半径測定方法。
In the adjustment target position calculation step,
After obtaining a regression equation by the regression analysis, when data having a large divergence from the regression equation of the data used for the regression analysis occurs, the data having the large divergence is excluded, and the regression analysis is performed again. The method of measuring a radius of curvature according to claim 6.
干渉計により、1つの光束を測定光と、該測定光と干渉させる参照光とに分割し、この分割された測定光を、曲面からなる被測定面に向けて集光位置に収束させて照射し、前記被測定面を前記測定光の集光位置に対して相対移動させ、前記被測定面での反射光と前記参照光とで形成される干渉縞の画像情報と、前記被測定面の相対移動距離の情報とから前記被測定面の曲率半径を求める曲率半径測定装置であって、
前記測定光の集光位置を基準とした前記被測定面の光軸方向の相対位置を前記被測定面の相対移動位置と称し、前記測定光の集光位置が前記被測定面の曲率中心位置に一致するコンフォーカル状態と、前記測定光の集光位置が前記被測定面の面頂と一致するキャッツアイ状態とにおける前記被測定面の相対移動位置をそれぞれ調整目標位置と称するとき、
前記コンフォーカル状態および前記キャッツアイ状態の前記調整目標位置の前記光軸方向におけるそれぞれの近傍の少なくとも2位置に前記被測定面の相対移動位置を相対移動させる相対移動機構と、
前記被測定面の相対移動位置を測定する相対移動位置測定部と、
前記相対移動機構によって前記被測定面の相対移動位置を前記調整目標位置の近傍の前記光軸方向の少なくとも2位置に相対移動させ、前記干渉縞の画像情報に基づいて波面を測定し、該波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報とともに記憶させる波面測定部と、
該波面測定部で測定された前記波面を解析して、該波面に対応する被測定面の相対移動位置の、前記調整目標位置からのずれ量に対応する位置ずれ評価値を算出する位置ずれ評価値算出部と、
前記波面測定部で取得された、前記波面に対応する前記被測定面の相対移動位置の情報と、前記位置ずれ評価値算出部で算出された前記位置ずれ評価値とにより、前記調整目標位置の推定値を算出する調整目標位置算出部とを備え、
該調整目標位置算出部で算出された前記コンフォーカル状態の調整目標位置の推定値と、前記キャッツアイ状態の調整目標位置の推定値との差から前記曲率半径を求めることを特徴とする曲率半径測定装置。
An interferometer divides one light beam into measurement light and reference light that interferes with the measurement light, and irradiates the divided measurement light toward a measurement surface that is a curved surface by converging at a condensing position. And moving the surface to be measured relative to the focusing position of the measurement light, image information of interference fringes formed by the reflected light on the surface to be measured and the reference light, and the surface of the surface to be measured A radius-of-curvature measuring device for obtaining a radius of curvature of the surface to be measured from information on a relative movement distance,
The relative position in the optical axis direction of the measurement surface relative to the measurement light condensing position is referred to as the relative movement position of the measurement surface, and the condensing position of the measurement light is the center position of curvature of the measurement surface. And the relative movement position of the surface to be measured in the cat's eye state in which the focusing position of the measurement light coincides with the top of the surface to be measured is referred to as an adjustment target position, respectively.
A relative movement mechanism that relatively moves the relative movement position of the measurement target surface to at least two positions in the vicinity of each of the adjustment target positions in the optical axis direction in the confocal state and the cat's eye state;
A relative movement position measuring unit for measuring a relative movement position of the surface to be measured;
The relative movement mechanism relatively moves the relative movement position of the surface to be measured to at least two positions in the optical axis direction in the vicinity of the adjustment target position, and measures the wavefront based on the image information of the interference fringes. A wavefront measuring unit that stores the information together with information on the relative movement position of the surface to be measured corresponding to
A positional deviation evaluation that analyzes the wavefront measured by the wavefront measuring unit and calculates a positional deviation evaluation value corresponding to a deviation amount from the adjustment target position of the relative movement position of the measurement target surface corresponding to the wavefront. A value calculator,
Based on the information on the relative movement position of the surface to be measured corresponding to the wavefront acquired by the wavefront measuring unit and the positional deviation evaluation value calculated by the positional deviation evaluation value calculating unit, An adjustment target position calculation unit for calculating an estimated value,
The curvature radius is obtained from the difference between the estimated value of the adjustment target position in the confocal state calculated by the adjustment target position calculation unit and the estimated value of the adjustment target position in the cat's eye state. measuring device.
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