JP2010060304A - Shape measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検物の表面で反射される光によって生じる干渉縞を解析することにより、当該被検物の表面形状を測定する形状測定方法、より詳しくは、自由曲面を有する被検物の表面形状の形状測定方法に関する。 The present invention relates to a shape measuring method for measuring a surface shape of a test object by analyzing interference fringes generated by light reflected on the surface of the test object, and more specifically, a test object having a free-form surface. The present invention relates to a surface shape measurement method.
従来、干渉計を用いて大面積、高傾斜の被検物の表面形状を測定する場合に、当該被検物の表面を干渉計で測定可能な複数の測定領域に分割し、各領域の測定結果をつなぎ合わせて表面全体の測定を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, when measuring the surface shape of a large-area, high-inclined specimen using an interferometer, the surface of the specimen is divided into a plurality of measurement areas that can be measured by the interferometer, and measurement of each area is performed. A method of connecting the results and measuring the entire surface has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
上記方法において、分割された各測定領域の形状測定を高精度に行うためには、被検物表面の干渉縞の縞走査による位相解析が必要となる。そのために、通常は、被検物を測定領域ごとに静止させ、干渉計の参照面をその光軸上の複数の位置に移動させて当該測定領域の縞走査を行ってから次の測定領域の縞走査を行うという手順がとられている。
しかしながら、上記のような手順で表面形状の測定を行うと、測定領域ごとに被検物又は干渉計の移動及び停止、縞走査のための参照面の移動(最少3位置、通常4位置以上)が行われるため、測定に長時間が必要となる。この事情は測定領域の分割数が増加するほど顕著になる。 However, when the surface shape is measured in the above-described procedure, the movement of the test object or interferometer is stopped and stopped for each measurement region, and the reference plane is moved for fringe scanning (minimum 3 positions, usually 4 positions or more). Therefore, a long time is required for measurement. This situation becomes more prominent as the number of measurement area divisions increases.
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、被検物の表面形状を短時間で測定可能な形状測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a shape measuring method capable of measuring the surface shape of a test object in a short time.
本発明は、光源から発する光を被検物に照射される物体光と参照面で反射される参照光とに分離し、前記被検物の表面で反射された前記物体光と前記参照光との光路差によって得られる干渉縞を解析する干渉計を用いて前記被検物の表面形状を測定する形状測定方法であって、前記参照面を前記参照光の光軸上の第1位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記干渉計が前記被検物に対して所定距離相対移動するごとの前記干渉縞を、複数の第1干渉縞として取得する第1工程と、前記参照面を、前記第1位置と異なる前記参照光の光軸上の第2位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記干渉計が前記被検物に対して所定距離相対移動するごとの前記干渉縞を、複数の第2干渉縞として取得する第2工程と、前記参照面を、前記第1位置及び前記第2位置と異なる前記参照光の光軸上の第3位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記干渉計が前記被検物に対して所定距離相対移動するごとの前記干渉縞を、複数の第3干渉縞として取得する第3工程と、前記第1工程で得られた前記第1干渉縞と、前記第2工程で得られた前記第2干渉縞と、前記第3工程で得られた前記第3干渉縞とを用いて、干渉縞の位相解析を行う位相解析工程とを備え、前記被検物の表面は、所定の関数で表現される自由曲面であり、前記第1工程、前記第2工程、及び前記第3工程の少なくとも1つにおいて、前記干渉計は、前記関数に基づいて、前記被検物の表面に前記物体光が垂直に入射するように前記物体光の照射角度を調節しながら、前記被検物の表面全体を走査するように前記被検物に対して相対移動され、前記干渉計が所定距離相対移動するごとに断続的に複数の干渉縞が取得されることを特徴とする。 The present invention separates light emitted from a light source into object light irradiated on a test object and reference light reflected on a reference surface, and the object light reflected on the surface of the test object and the reference light A shape measuring method for measuring a surface shape of the test object using an interferometer that analyzes an interference fringe obtained by an optical path difference of the test object, wherein the reference surface is fixed at a first position on the optical axis of the reference light. Then, the first step of irradiating the test object with the object light and acquiring the interference fringes as the plurality of first interference fringes each time the interferometer moves relative to the test object by a predetermined distance. The reference surface is fixed at a second position on the optical axis of the reference light different from the first position, the object light is irradiated onto the test object, and the interferometer is applied to the test object. A second step of acquiring the interference fringes as a plurality of second interference fringes for each relative movement relative to the predetermined distance; An illumination surface is fixed at a third position on the optical axis of the reference light different from the first position and the second position, and the object light is irradiated to the test object, and the interferometer is used for the test object. The interference fringes for each relative movement with respect to a predetermined distance are obtained as a plurality of third interference fringes, the first interference fringes obtained in the first step, and obtained in the second step. A phase analysis step of performing a phase analysis of the interference fringes using the second interference fringes obtained and the third interference fringes obtained in the third step, and the surface of the test object is predetermined In the at least one of the first step, the second step, and the third step, the interferometer is arranged on the surface of the test object based on the function. The surface of the test object is adjusted while adjusting the irradiation angle of the object light so that the object light is incident vertically. Wherein to scan the body is moved relative to the test object, wherein the interferometer is characterized intermittently a plurality of interference fringes are obtained each time moved by the predetermined distance relative.
本発明の形状測定方法によれば、参照面が第1位置、第2位置、及び第3位置の少なくとも1つにある状態において、被検物表面の各領域における干渉縞が、干渉計が被検物表面を走査するように相対移動している間に断続的に取得されるので、参照面を移動させる回数が飛躍的に少なくなる。 According to the shape measuring method of the present invention, in the state where the reference surface is at least one of the first position, the second position, and the third position, the interference fringes in each region of the surface of the object to be measured are detected by the interferometer. Since it is acquired intermittently while relatively moving so as to scan the surface of the inspection object, the number of times of moving the reference surface is drastically reduced.
本発明の形状測定方法においては、複数の干渉縞が断続的に取得される前記第1工程、前記第2工程、及び前記第3工程のいずれかにおいて、前記干渉計の前記相対移動の起点と終点とが同一であってもよい。この場合、相対移動開始時と相対移動終了時における表面形状の誤差を算出し、当該誤差にもとづいて各領域の測定誤差を補正することが可能となる。 In the shape measuring method of the present invention, in any one of the first step, the second step, and the third step in which a plurality of interference fringes are obtained intermittently, the starting point of the relative movement of the interferometer The end point may be the same. In this case, it is possible to calculate an error of the surface shape at the start of relative movement and at the end of relative movement, and correct the measurement error of each region based on the error.
本発明の形状測定方法は、前記位相解析工程において得られた位相解析結果を、前記所定距離に基づいてつなぎ合わせて前記被検物全体の表面形状を取得する統合工程をさらに備えてもよい。この場合、被検物全体の表面形状を短時間で測定することができる。 The shape measurement method of the present invention may further include an integration step of acquiring the surface shape of the entire test object by connecting the phase analysis results obtained in the phase analysis step based on the predetermined distance. In this case, the surface shape of the entire test object can be measured in a short time.
本発明の形状測定方法によれば、被検物の表面形状を短時間で測定することができる。 According to the shape measuring method of the present invention, the surface shape of the test object can be measured in a short time.
本発明の一実施形態について、図1から図8を参照して説明する。図1は、本発明の形状測定方法に用いられる干渉計1の要部構成を示す図である。干渉計1は公知のトワイマングリーンタイプの干渉計である。その原理を簡潔に説明すると以下の通りである。
光源2から発せられた光Lは、被検物Sの表面に照射される物体光L1と、参照平面(参照面)3によって反射され、基準となる参照光L2とに分離される。被検物Sの表面で反射された物体光L1は、参照光L2と干渉し、干渉光L3となる。ビームスプリッタ4を通過した干渉光L3は結像レンズ5によってCCD素子(画像変換光電素子)6上に結像し、物体光L1と参照光L2との光路差によって生じる干渉縞が得られる。参照平面3には、参照平面3を参照光L2の光軸に沿って移動させるための移動機構3Aが取り付けられている。移動機構3Aとしては、ピエゾ素子等を採用することができる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of an
The light L emitted from the light source 2 is reflected by the object light L1 irradiated on the surface of the test object S and the reference plane (reference surface) 3 and separated into the reference light L2 serving as a reference. The object light L1 reflected from the surface of the test object S interferes with the reference light L2, and becomes interference light L3. The interference light L3 that has passed through the beam splitter 4 forms an image on the CCD element (image conversion photoelectric element) 6 by the
図2は、本実施形態の形状測定方法を実行する形状測定装置11の構成を示すブロック図である。形状測定装置11は、上述の干渉計1を備えている。干渉計1には、干渉計1全体の動作制御を行う制御部7と、干渉計1を被検物に対して相対移動させるための移動機構8と、干渉計1の被検物に対する相対移動距離や相対位置を検出するためのエンコーダ9と、干渉計1を首振り動作させて、照射される物体光の照射角度を調節するための角度調節機構10とが取り付けられている。移動機構8、エンコーダ9、角度調節機構10、CCD素子6、及び参照平面3を移動させるための移動機構3Aは、いずれも制御部7に接続されており、制御部7の制御に基づいて動作するように構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
この他、形状測定装置11には、CCD素子6の取得した干渉縞の位相解析及び取得された部分表面形状データの補正を行う演算部12と、演算部12によって補正された部分表面形状データを統合して被検物全体の表面形状データを取得するデータ統合部13とが設けられている。
In addition, the
図3は、被検物である光学素子Sを示す斜視図である。光学素子Sは、所定の関数にて表現される、いわゆる自由曲面として表面が形成されている。 FIG. 3 is a perspective view showing an optical element S that is a test object. The surface of the optical element S is formed as a so-called free-form surface expressed by a predetermined function.
上記のように構成された干渉計1を含む形状測定装置11によって、光学素子Sの表面形状測定を行う手順について、図4から図6を参照して以下に説明する。
A procedure for measuring the surface shape of the optical element S by the
図4は、本実施形態の形状測定方法の流れを示すフローチャートである。本形状測定方法は、被検物である光学素子Sの表面の複数の部位における干渉縞を取得する干渉縞取得工程S1と、取得された干渉縞を用いて位相解析を行い、各部位の部分表面形状データを取得する位相解析工程S3と、各部分表面形状データを統合して光学素子Sの表面の全体形状データを取得する統合工程S4とを備えている。 FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the shape measuring method of the present embodiment. In this shape measuring method, an interference fringe acquisition step S1 for acquiring interference fringes at a plurality of sites on the surface of the optical element S that is a test object, and a phase analysis using the acquired interference fringes are performed. The phase analysis process S3 which acquires surface shape data, and the integration process S4 which integrates each partial surface shape data and acquires the whole shape data of the surface of the optical element S are provided.
まず、ステップS1の干渉縞取得工程について説明する。干渉計の制御部7は、移動機構3Aを介して、干渉縞を取得する参照平面3の位置の1つである第1位置P1に参照平面3を固定した状態で、移動機構8を介して干渉計1を図5に示す光学素子S表面の走査起点Aに対向する位置まで移動させる。そして、制御部7は、角度調節機構10を操作して図6に示すように、干渉計1から照射させる物体光L1が光学素子Sの表面に対して垂直に入射するように、すなわち、干渉計1によって走査起点Aにおける干渉縞が取得できるように干渉計1の角度を調節する。
First, the interference fringe acquisition process in step S1 will be described. The
続いて、制御部7は、移動機構8を動作させて、図5に矢印で示すような軌跡で干渉計1が光学素子Sの表面全体を走査するように、走査終点Bまで干渉計1を移動させる。制御部7は、このとき同時に角度調節機構10を動作させて干渉計1を適宜首振り動作させ、図7に示すように、常に物体光L1が光学素子Sの表面に垂直に入射するように干渉計1の角度を調節する。このような干渉計1の角度調節は、例えば、予め下記数1のような光学素子Sの形状に関する設定関数を制御部7に入力しておく等の方法によって容易に行うことができる。
Subsequently, the
干渉計1を上述のように走査させながら、制御部7は、エンコーダ9の検出値に応じ、所定間隔、例えば5ミリメートル(mm)干渉計1が移動するごとに、図5に示すR1、R2、R3のような光学素子Sの表面の一部の画像をCCD素子6によって断続的に取得する。このとき、CCD素子6の全画素において、同期読み出しを行うように設定すると、高速で画像を取得することができる。また、当該所定間隔は、各取得画像R1等が少なくとも他の1つの画像と重複領域を有するように設定される。
このようにして、参照平面3が第1位置P1に位置するときの光学素子Sの表面の各部位における干渉縞(第1干渉縞)が断続的に取得されて、第1干渉縞の取得が終了する(第1工程)。
While scanning the
In this way, the interference fringes (first interference fringes) in each part of the surface of the optical element S when the
第1工程終了後、ステップS2において、制御部7に入力された変数nが3であるか否かが検証される。図4に示すようにnの初期値は0であるため、この時点ではステップS2における判定はNOとなり、工程はステップS5に進んで制御部7が移動機構3A(ここではピエゾ素子PZT)を動作させ、参照平面3を参照光L2の光軸上の異なる位置P2に移動させて、後述する第2工程の準備を行う。そして、変数nに1が加算され、工程は再びステップS1に戻る。
After completion of the first step, whether or not the variable n input to the
参照平面3が第2位置P2に固定された後、干渉計1は再び走査起点Aに対向する位置まで移動される。そして、上述の第1工程と同じ要領かつ第1干渉縞が取得されたのと同一の位置で、参照平面3が第2位置P2に位置するときの光学素子Sの各部位における干渉縞(第2干渉縞)が断続的に取得される(第2工程)。
After the
その後、同様の手順で、参照平面3は第2位置P2より後方かつ参照光L2の光軸上の第3位置P3及び第4位置P4に移動され、第3干渉縞及び第4干渉縞が、それぞれ断続的に取得される(第3工程、第4工程)。すなわち、光学素子S表面の干渉縞は、各部位において、それぞれ第1ないし第4干渉縞の4種類取得される。
Thereafter, in the same procedure, the
第4干渉縞取得終了時においては、変数nの値が3となっているので、ステップS2の判定はYESとなり、干渉縞取得工程は終了される。そして、取得されたすべての干渉縞のデータは、CCD素子6から演算部12に送られる。
Since the value of the variable n is 3 at the end of the fourth interference fringe acquisition, the determination in step S2 is YES and the interference fringe acquisition step is ended. Then, all the acquired interference fringe data is sent from the
ステップS3の位相解析工程において、演算部12は、CCD素子6から送られた干渉縞データの中から、ある部位において参照平面を第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3、及び第4位置P4に位置させて取得した4つの干渉縞を含む画像を抽出し、これらの位相変化を解析して、当該部位における部分表面形状データを得る。演算部12は、同様の動作を干渉縞が取得されたすべての部位において行って、光学素子S表面のすべての部位の部分表面形状データを得る。取得された各部分表面形状データは、データ統合部13に送られる。
In the phase analysis step of step S3, the
ステップS4の統合工程において、データ統合部13は、ステップS3で取得された各部位の部分表面形状データを、他の部位との重複領域における点列データを利用してつなぎ合わせて(フィッティング)1つのデータに統合し、光学素子Sの全体表面形状データを取得する。以下、具体的な統合工程の手順について説明する。
In the integration step of step S4, the
まずデータ統合部13は、走査起点Aを含む部位を基準部位(フィッティング領域)として選択し、基準部位と隣接する他の部位(被フィッティング領域)との重複領域から、公知の形状抽出方法等によって、フィッティングの指標となる指標形状を抽出する。
指標形状としては、例えば光学素子S表面の微細な傷等を用いることができる。その形状について特に制限はないが、フィッティングの精度を高める観点からは、特異的な形状であることが好ましい。ユーザは、抽出する指標形状について、所望の条件を予めデータ統合部13に設定しておく。
First, the
As the index shape, for example, a fine scratch on the surface of the optical element S can be used. Although there is no restriction | limiting in particular about the shape, From a viewpoint of raising the precision of fitting, it is preferable that it is a specific shape. The user sets a desired condition in the
次に、データ統合部13は、基準部位の部分表面形状データから指標形状の部分の表面形状データを取り出して、数2に示すNURBS関数によるあてはめを行い、指標形状の表面形状データの近似曲面を示す曲線(近似曲線)を取得する。
Next, the
NURBS関数においては、ωの値を変更することによって座標ごとに重み付けをすることができる。そこで、ある座標の値が明らかに測定エラーや光学素子Sの表面に付着したゴミ等による不正値であると判断できる場合は、当該座標に重み付けを与えない、あるいは他の座標よりも重み付けを小さくすることによって、より正確な近似曲線を得ることができる。 In the NURBS function, weighting can be performed for each coordinate by changing the value of ω. Therefore, when it can be determined that the value of a certain coordinate is clearly an incorrect value due to a measurement error or dust attached to the surface of the optical element S, no weight is given to the coordinate or the weight is smaller than other coordinates. By doing so, a more accurate approximate curve can be obtained.
例えば、図8(a)に示す指標形状Mの表面形状のデータDMにおいて、点列データC1がゴミ等による不正値である場合、通常の多項式等を用いた当てはめでは、図8(b)に示すように、点列データC1のノイズを含む近似曲線A1が取得されるが、NURBS関数を用いると、図8(c)に示すように、点列データC1の影響が排除され、あるいは補正された、より正確な近似曲線A2を得ることができる。
不正値か否かの判断は、ユーザが表面形状データを見て逐次判断してもよいし、データ統合部13に当該判断のための条件を与えて自動判別させてもよい。例えば、所定の範囲から外れる外れ値を不正値と判断する、あるいは、隣接する点列データ間の差が所定値以上のときに、点列データの平均値からより離れた点列データの方を不正値と判断するなどの条件が挙げられる。
For example, in the surface shape data DM of the index shape M shown in FIG. 8A, when the point sequence data C1 is an illegal value due to dust or the like, the fitting using a normal polynomial or the like is shown in FIG. 8B. As shown, an approximate curve A1 including noise of the point sequence data C1 is acquired. However, when the NURBS function is used, the influence of the point sequence data C1 is eliminated or corrected as shown in FIG. 8C. In addition, a more accurate approximate curve A2 can be obtained.
The determination as to whether or not the value is an illegal value may be made sequentially by the user looking at the surface shape data, or may be automatically determined by giving the
指標形状の近似曲線を得たあと、データ統合部13は、被フィッティング領域の表面形状データにおける指標形状の表面形状データを点列データとして取り出し、近似曲線と当該点列データとの差の自乗和が最小となるように、最小自乗法によって、被フィッティング領域の補正量を算出する。補正量は、例えば、x軸、y軸、及びz軸それぞれに沿った平行移動量dx、dy、dzと、それぞれの軸周りのティルト量da、db、dc、及び光軸方向のシフトに伴う拡大・縮小変形の相似倍率Pの7種類である。
After obtaining the approximate curve of the index shape, the
補正量算出後、データ統合部13は、被フィッティング領域の表面形状データの全座標値を、補正量に基づいて変換し、フィッティング領域の表面形状データとフィッティングさせる。こうして2つの部分表面形状データが統合される。
After calculating the correction amount, the
続いて、データ統合部13は、統合された部分表面形状データをフィッティング領域とし、これに隣接する部位の部分表面形状データを被フィッティング領域として、上述の手順で同様に指標形状を抽出し、NURBS関数によるあてはめを行って最小自乗法や非線形計画法により補正量を算出してフィッティングを行う。これを走査終点Bを含む部位まで繰り返すと、すべての部分表面形状データが一つに統合され、光学素子Sの表面全体の形状を示す全体表面形状データが取得される。このようにして、本実施形態の表面形状測定方法が終了する。
Subsequently, the
本実施形態の形状測定方法によれば、干渉縞を取得する各部位において、参照平面3を第1位置P1から第4位置P4まで移動させる必要がないので、従来の方法と同程度の精度を有する表面形状測定を、はるかに短い時間で完了することができる。
According to the shape measurement method of the present embodiment, it is not necessary to move the
また、測定精度を高めたい場合は、CCD素子6による表面画像のサンプリング周期を短くしてより多くの表面画像を取得するように調整するだけでよいため、測定時間を増加させることなく容易に形状測定の精度を高めることができる。
In addition, when it is desired to increase the measurement accuracy, it is only necessary to adjust so as to acquire a larger number of surface images by shortening the sampling period of the surface image by the
また、ステップS4の統合工程においては、データ統合部13がNURBS関数を用いて指標形状の表面形状データの近似曲線を取得し、当該近似曲線に基づいて各領域の表面形状データのフィッティングを行う。したがって、ゴミ等の不純物や測定エラーによる不正値を排除して、より正確な近似曲線に基づくフィッティングを行うことができ、精度の高い表面形状データを得ることができる。
In the integration step of step S4, the
本実施形態においては、フィッティング領域における指標形状の表面形状データの近似曲線を取得し、被フィッティング領域の表面形状の点列データと最小自乗法等によってフィッティングする例を説明したが、これに代えて、被フィッティング領域の指標形状の表面形状データについても同様の方法で近似曲線を取得し、相関係数を用いて両者のフィッティングを行ってもよい。
また、近似曲線を取得する際の座標の重み付けについては、特定の周波数に該当する座標の重みを重くしたり軽くしたりして変化させる、いわゆる周波数フィルタを用いて行ってもよい。
また、上述したNURBS関数のメリットはなくなるものの、一般的な多項式等によって近似曲線を取得して、フィッティングを行ってもよい。
さらに、本発明の表面形状測定方法において、近似曲線における当てはめは必須ではないので、通常の公知のフィッティング方法によって各部分表面形状データの統合が行われてもよい。
In the present embodiment, an example has been described in which an approximate curve of the surface shape data of the index shape in the fitting region is obtained, and fitting is performed by using a point sequence data of the surface shape of the fitting region and the least square method, etc. Also, with respect to the surface shape data of the index shape of the fitting region, an approximate curve may be obtained by the same method, and the fitting of both may be performed using the correlation coefficient.
Further, the weighting of the coordinates when obtaining the approximate curve may be performed using a so-called frequency filter that changes the weights of the coordinates corresponding to a specific frequency by increasing or decreasing the weight.
In addition, although the above-described NURBS function does not have the merit, fitting may be performed by obtaining an approximate curve using a general polynomial or the like.
Furthermore, in the surface shape measurement method of the present invention, since fitting in an approximate curve is not essential, integration of the partial surface shape data may be performed by a normal known fitting method.
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施例においては、光学素子Sの表面における干渉計1の走査起点Aと走査終点Bとが異なる例を説明したが、これに代えて、図9に示す変形例のように、走査終了後に干渉計が走査起点Aに戻る、すなわち、走査起点Aと走査終点Bとが同一の位置となるように走査軌跡が設定されてもよい。この場合、最初に取得した部分表面形状データと最後に取得した部分表面形状データとの誤差量を算出し、これを統合作業全体におけるずれ量としてすべての統合作業の補正を行うことによってより表面形状測定の精度を向上させることができる。
また、走査軌跡自体も、光学素子Sの表面全域をカバーできるものであれば、図5や図9に示したようないわゆるラスタスキャニングのような軌跡でなく、任意の軌跡に設定されてよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the example in which the scanning start point A and the scanning end point B of the
Further, the scanning trajectory itself may be set to an arbitrary trajectory as long as it can cover the entire surface of the optical element S, not the trajectory like the so-called raster scanning as shown in FIGS.
また、上述の実施形態では、干渉計1が移動される例を説明したが、干渉計と被検物とが相対移動すれば本発明の形状測定方法は実行可能であるので、干渉計1に代えて、被検物である光学素子Sが移動機構等によって移動させられてもよい。
また、上記実施形態においては、エンコーダの検出値に基づいて、干渉計が所定距離被検物に対して相対移動するごとに干渉縞を含む被検物の部分表面画像が取得される例を説明したが、これに代えて、干渉計が一定速度で移動され、所定の時間間隔ごとに部分表面画像が取得されるようにしてもよい。このようにすると、エンコーダが必要なくなるので、形状測定装置をより簡素に構成することができる。
In the above-described embodiment, the example in which the
Further, in the above-described embodiment, an example in which a partial surface image of the test object including the interference fringe is acquired every time the interferometer moves relative to the test object for a predetermined distance based on the detection value of the encoder. However, instead of this, the interferometer may be moved at a constant speed, and partial surface images may be acquired at predetermined time intervals. In this case, since the encoder is not necessary, the shape measuring apparatus can be configured more simply.
また、上記実施形態においては、参照平面のすべての位置P1ないしP4において、干渉計1を走査移動させながら干渉縞が取得される例を説明したが、本発明はこれには限定されず、参照平面3の一部の位置(例えばP1)においてのみ、干渉計1を走査移動させながら干渉縞が断続的に取得され、残りの位置においては、従来と同様に、干渉計1を所定の距離だけ移動させて静止させた状態で干渉縞が取得されても良い。このようにしても、干渉縞取得に要する時間を相当程度短縮することができる。
In the above embodiment, an example in which interference fringes are acquired while scanning and moving the
さらに、干渉縞が取得される参照平面の位置は、最低3箇所あればよく、5箇所以上あってもよい。この場合、ステップ数に応じて異なる公知の位相解析方法を用いて位相解析工程を進めればよい。
加えて、上述の実施形態においては、トワイマングリーン型の干渉計が用いられる例を説明したが、本発明は、参照面および被検物のいずれかを進退させてフリンジスキャンを行うものであれば、フィゾー型等の他の方式の干渉計を用いた形状測定方法にも適用することができる。
Furthermore, the position of the reference plane from which the interference fringes are acquired may be at least three, and may be five or more. In this case, the phase analysis process may be performed using a known phase analysis method that differs depending on the number of steps.
In addition, in the above-described embodiment, an example in which a Twiman Green type interferometer is used has been described. However, the present invention is intended to perform a fringe scan by advancing or retracting either the reference surface or the test object. For example, the present invention can be applied to a shape measuring method using an interferometer of another type such as a Fizeau type.
1 干渉計
2 光源
3 参照平面(参照面)
L1 物体光
L2 参照光
P1 第1位置
P2 第2位置
P3 第3位置
S3 位相解析工程
S4 統合工程
S 光学素子(被検物)
1 Interferometer 2
L1 Object light L2 Reference light P1 First position P2 Second position P3 Third position S3 Phase analysis step S4 Integration step S Optical element (test object)
Claims (3)
前記参照面を前記参照光の光軸上の第1位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記干渉計が前記被検物に対して所定距離相対移動するごとの前記干渉縞を、複数の第1干渉縞として取得する第1工程と、
前記参照面を、前記第1位置と異なる前記参照光の光軸上の第2位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記干渉計が前記被検物に対して所定距離相対移動するごとの前記干渉縞を、複数の第2干渉縞として取得する第2工程と、
前記参照面を、前記第1位置及び前記第2位置と異なる前記参照光の光軸上の第3位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記干渉計が前記被検物に対して所定距離相対移動するごとの前記干渉縞を、複数の第3干渉縞として取得する第3工程と、
前記第1工程で得られた前記第1干渉縞と、前記第2工程で得られた前記第2干渉縞と、前記第3工程で得られた前記第3干渉縞とを用いて、干渉縞の位相解析を行う位相解析工程と、
を備え、
前記被検物の表面は、所定の関数で表現される自由曲面であり、
前記第1工程、前記第2工程、及び前記第3工程の少なくとも1つにおいて、前記干渉計は、前記関数に基づいて、前記被検物の表面に前記物体光が垂直に入射するように前記物体光の照射角度を調節しながら、前記被検物の表面全体を走査するように前記被検物に対して相対移動され、前記干渉計が所定距離相対移動するごとに断続的に複数の干渉縞が取得されることを特徴とする形状測定方法。 The light emitted from the light source is separated into the object light irradiated on the test object and the reference light reflected on the reference surface, and the optical path difference between the object light reflected on the surface of the test object and the reference light A shape measuring method for measuring the surface shape of the test object using an interferometer for analyzing the obtained interference fringes,
Each time the reference surface is fixed at a first position on the optical axis of the reference light, the object light is irradiated onto the object, and the interferometer moves relative to the object by a predetermined distance. A first step of acquiring the interference fringes as a plurality of first interference fringes;
The reference plane is fixed at a second position on the optical axis of the reference light different from the first position, the object light is irradiated onto the test object, and the interferometer is applied to the test object. A second step of acquiring the interference fringes for each relative movement of a predetermined distance as a plurality of second interference fringes;
The reference plane is fixed at a third position on the optical axis of the reference light different from the first position and the second position, the object light is irradiated onto the test object, and the interferometer is A third step of obtaining the interference fringes as a plurality of third interference fringes each time the relative movement relative to the inspection object is performed by a predetermined distance;
An interference fringe using the first interference fringe obtained in the first step, the second interference fringe obtained in the second step, and the third interference fringe obtained in the third step. A phase analysis process for performing phase analysis of
With
The surface of the test object is a free-form surface expressed by a predetermined function,
In at least one of the first step, the second step, and the third step, the interferometer is configured to cause the object light to vertically enter the surface of the test object based on the function. While adjusting the irradiation angle of the object light, it is moved relative to the test object so as to scan the entire surface of the test object, and each time the interferometer moves relative to the predetermined distance, a plurality of interferences are intermittently generated. A shape measuring method, wherein fringes are acquired.
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