JP2016017749A - 干渉計測装置系の調整システムおよびその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉計測装置を用いた光学素子または集光光学系の性状計測において、干渉計測装置と被検光学素子または被検集光光学系とのアライメント時間を短縮する調整システムを提供する。【解決手段】干渉計測装置２から射出され被検光学素子または被検光学系を介した反射光５１を投影面３に投影する。投影面に投影された反射光の位置から干渉計測装置と光学素子４または集光光学系の位置ずれを同定する。同定した結果に基づき、干渉計測装置と被検光学素子または被検集光光学系とのアライメントを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、干渉計測によって、光学素子や集光光学系等の被検体の光学性能を測定する干渉計測装置系の調整システム及びその調整方法に関する。

干渉計測装置系は、干渉計測装置と、被検体（光学素子や集光光学系等）から構成される。
干渉計測装置系は、干渉計測装置から射出された射出光と、当該射出光が被検体で反射された反射光との位相差を用いて、被検体の光学性能を計測する（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−２６７３号公報

干渉計測装置系による被検体の性状測定においては、計測前の準備として、被検体を介した反射光が干渉計測装置の干渉計に戻るように、干渉計測装置と被検体との位置合わせ（測定アライメント）を、予め高精度に実行しておく必要がある。
被検体が大型の光学素子や集光光学系である場合、干渉計測装置と被検体との微小な位置ずれが、干渉計測光のずれに大きく影響する。それゆえ、干渉計測装置と被検体の測定アライメントには、当該被検体が大型の場合は特に多くの時間を要するという課題があった。

通常、測定アライメントは、干渉計測装置と被検体の両者の位置もしくは向きを任意に動かして粗調整を実施して反射光を捉えた後、各々を微調整していく方法で行う。
粗調整の作業は干渉計測装置や被検体を、反射光が存在すると推定される範囲で任意に動かして調べるが、推定した範囲で反射光が存在する割合は低く、計測前の準備において多くの時間を必要としている。測定アライメントを効率的に行うことは、被検体の計測作業の効率を向上させる上で、極めて重要である。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、計測開始前に行う干渉計測装置と被検体の測定アライメントを、短時間で実施可能な干渉計測装置系の調整システムを提供することを目的とする。

この発明に係る干渉計測装置系の調整システムは、光軸に沿って計測光を被検体に射出する干渉計測装置と、前記干渉計測装置を搭載し、前記干渉計測装置を前記光軸の垂直方向に沿って移動させる干渉計測装置移動手段と、前記計測光が被検体で反射された反射光の光路上に配置される投影面と、前記投影面を前記光軸の垂直方向に沿って移動させる投影面移動手段と、被検体を搭載し、前記被検体を前記光軸の垂直方向に移動させる被検体移動手段と、前記干渉計測装置移動手段と、前記被検体移動手段と、前記投影面移動手段と信号線で接続され、前記投影面に照射された前記反射光の位置に基づき、前記干渉計測装置移動手段、被検体移動手段、投影面移動手段の移動量を演算し、前記干渉計測装置と前記被検体との位置合わせを制御する演算制御手段とを備える。

本発明に係る干渉計測装置系の調整システムによれば、大型被検体であっても、干渉計測装置と、被検光学素子や被検集光光学系等の被検体との測定アライメントの時間を、短縮できる。

本発明の実施の形態１に係る干渉計測装置系の調整システムの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る干渉計測装置系の調整システムの調整方法を説明するフロー図である。

実施の形態１.
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る干渉計測装置系の調整システムの構成図であり、図２はその調整方法を説明する作業フローの図である。

図１において、干渉計測装置系の調整システム１００は、干渉計測装置移動手段１と、干渉計測装置２と、投影面３と、被検体移動手段５と、投影面移動手段６と、演算制御手段７から構成される。

干渉計測装置２は、干渉計測装置２の光軸（Ｚ軸）に沿って、被検体４に向けて計測光５０を射出する光源であり、可干渉光を出射するレーザ光源である。
干渉計測装置移動手段１は、干渉計測装置系の調整システム１００の筐体（図示せず）に設置され、干渉計測装置２を搭載して、干渉計測装置２を光軸（Ｚ軸）に対して垂直方向（Ｘ軸、Ｙ軸）に沿って移動させることができる。具体的には、移動手段１は、Ｘ軸、Ｙ軸に沿って移動するＸＹステージである。

被検体移動手段５は、被検体４を搭載し、被検体４を干渉計測装置２の光軸垂直方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の面に沿って移動するＸＹステージである。

投影面３は、干渉計測装置２から射出された計測光５０が被検体４で反射された反射光５１の光路上に配置される板であり、投影面３上に照射された反射光５１の位置が確認できるようになっている。投影面３は投影面移動手段６に固定される。

投影面移動手段６は、干渉計測装置２の光軸垂直方向（Ｘ軸、Ｙ軸）に沿って移動するＸＹステージである。

投影面３は、干渉計測装置２から射出される計測光５０の光路を遮らない位置に配置される。または、投影面３の一部には通過穴３１が開けられており、計測光５０はこの通過穴３１を通って被検体４に照射されるようにしてもよい。または、投影面３は計測光５０を透過する特性を有しており、計測光５０は投影面３を透過して被検体４に照射されるようにしてもよい。

演算制御手段７は、干渉計測装置移動手段１や被検体移動手段５や投影面移動手段６と信号線で接続されており、制御信号により各移動手段のＸ軸、Ｙ軸方向の移動を制御する。演算制御手段７は、各種演算を行うＣＰＵ、ＣＰＵが演算を行う際にワーキングエリアとして用いられたり、一時的にデータを記憶したりするためのＲＡＭ、およびＣＰＵに所定の演算を行わせるためのプログラムが格納されたＲＯＭなどを有している。
演算制御手段７は干渉計測装置２とも接続され、干渉計測装置２のON/OFF動作を行う。
また、演算制御手段７は投影面３と接続し、計測光５０が被検体４で反射された反射光５１の位置とその大きさの情報を取得することもできる。

ここで、投影面３に照射された反射光５１の位置と大きさを同定する方法について説明する。
本実施の形態に係る投影面３は、反射光５１が照射される側の面に感光材料を備える。投影面３が感光材料を備えることで、投影面３の感光部領域とその軌跡で反射光の位置と大きさを同定することができる。
投影面３が感光材料や受光素子を備えていない場合には、反射光の領域を目で確認した後、投影面にマーキングして反射光の位置と大きさを同定することができる。

また、投影面３は、反射光５１が照射される側の面にアレイ状の受光素子を備えるようにしてもよい。
アレイ状の受光素子は反射光５１を受光し、反射光の強度に応じた出力を演算制御手段７に出力する。
演算制御手段７は受光素子からの出力に基づいて、投影面３上の反射光５１の位置を取得できる。

このようにして、演算制御手段７は、その受光強度から反射光５１の位置を取得できる。
また、演算制御手段７は、感光材料の発光の大きさや、受光素子の受光強度分布から、反射光５１の形状を取得できる。

被検体４は、レンズやミラー等の光学素子、あるいはこれらの光学素子から構成される集光光学系であり、製品試験としてこの干渉計測装置系によって面形状等の光学性能が計測される。
なお、光学素子または集光光学系４におけるレンズやミラーの組み合わせは特に限定されるものではなく、単体の集光レンズやミラーを用いて構成されるものでも、複数のミラーやレンズを組み合わせて構成されるものでもよい。

次に、本実施の形態に係る干渉計測装置系の調整システムの動作を説明する。
図２は、干渉計測装置系の調整システムの調整方法を説明するフロー図である。

図２において、まず、演算制御手段７により、干渉計測装置２から計測光を射出し、計測光が光学素子または集光光学系４（被検対象物）で反射された反射光が干渉計測装置に入射されるかどうかを確認する（Ｓ２０）。
ここで反射光５１が干渉計測装置２に入射されている場合、干渉計測装置２と被検体４の測定アライメントは完了している。干渉計測装置２に入射されているか否かは、干渉計測装置２の出力により確認できる。
反射光が干渉計測装置に入射されていない場合、本調整システムにより、測定アライメントを実施する。

反射光５１が干渉計測装置２に入射されていない場合、投影面３上の反射光５１の位置と大きさを同定する（Ｓ２１）。
反射光５１の位置と大きさの同定は目視であってもよいし、先述のように投影面３に設けたアレイ状の受光素子の出力から同定するようにしてもよい。
投影面３上に照射された反射光５１が明瞭でない場合、移動手段６によって投影面３の位置を調整する。

反射光５１の位置と大きさを同定した後、干渉計測装置１または被検体４を、移動装置１または移動装置５で一定量移動させる（Ｓ２２）。

そして、移動後の反射光５１の位置と大きさを同定する（Ｓ２３）。

次に、移動前後における反射光５１の移動量と大きさの変化を算出する（Ｓ２４）。

干渉計測装置１または被検体４の移動量と、当該移動前後における反射光５１の移動量と大きさの変化に基づき、所定の計算式によりアライメント調整に必要となる干渉計測装置１または被検体４の移動量を算出する（Ｓ２５）。

算出した移動量をもとに干渉計測装置１または被検体４を移動させる（Ｓ２６）。

移動後、計測光５０が被検体４で反射された反射光５１が干渉計測装置２に入射されるか否か（Ｓ２０）を確認する。
反射光５１が干渉計測装置２に入射されるまで、Ｓ２０〜Ｓ２６を繰り返すことで、 アライメント調整が完了する。

このように、本実施の形態に係る干渉計測装置系の調整システム１００は、光軸（Ｚ軸）に沿って被検体４に向けて計測光５０を射出する干渉計測装置２と、干渉計測装置２を搭載し、干渉計測装置２を光軸（Ｚ軸）垂直方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の面内に沿って移動させる干渉計測装置移動手段１と、干渉計測装置２から射出された計測光５０が被検体４で反射された反射光５１の光路上に配置される投影面３と、投影面３を光軸垂直方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の面内に沿って移動させる投影面移動手段６と、被検体４を搭載し、被検体４を光軸垂直方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の面内を移動させる被検体移動手段５と、干渉計測装置移動手段１、被検体移動手段５、投影面移動手段６、投影面３と接続され、投影面３に照射された反射光５１の位置と大きさに基づき、干渉計測装置と被検体との位置合わせのために干渉計測装置移動手段１、被検体移動手段５、投影面移動手段６の移動量を演算し制御する演算制御手段７から構成される。
反射光５１が照射される投影面３には感光材料が塗布されており、反射光５１の位置と大きさを同定することが可能となっている。
あるいは、反射光５１が照射される投影面３にはアレイ状の受光素子は配置され、アレイ状の受光素子の受信強度に基づき、反射光５１の位置と大きさを同定することが可能となっている。

本発明に係る干渉計測装置系の調整システムによれば、演算制御手段７の動作により自動で、干渉計測装置と被検体との測定アライメントを行うことができるので、測定アライメントの時間を短縮できる。
また、本発明に係る干渉計測装置系の調整システムによれば、人による作業では調整の難しかった大型の被検体であっても、干渉計測装置と被検体との測定アライメントを容易に行うことができるので、計測作業の全体の効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態では干渉計測装置移動手段１、被検体移動手段５、投影面移動手段６はＸＹステージとしたが、回転方向の調整機構も備えた調整ステージであってもよい。

１ 干渉計測装置移動手段、２ 干渉計測装置、３ 投影面、４ 被検体（光学素子、集光光学系）、５ 被検体移動手段、６ 投影面移動手段、７ 演算制御手段、３１ 投影面３に設けられた通過穴、５０ 計測光、５１ 反射光、１００ 干渉計測装置系の調整システム。

Claims (4)

1. 光軸に沿って計測光を被検体に射出する干渉計測装置と、
   前記干渉計測装置を搭載し、前記干渉計測装置を前記光軸の垂直方向に沿って移動させる干渉計測装置移動手段と、
   前記計測光が被検体で反射された反射光の光路上に配置される投影面と、
   前記投影面を前記光軸の垂直方向に沿って移動させる投影面移動手段と、
   被検体を搭載し、前記被検体を前記光軸の垂直方向に移動させる被検体移動手段と、
   前記干渉計測装置移動手段と、前記被検体移動手段と、前記投影面移動手段と信号線で接続され、前記投影面に照射された前記反射光の位置に基づき、前記干渉計測装置移動手段、被検体移動手段、投影面移動手段の移動量を演算し、前記干渉計測装置と前記被検体との位置合わせを制御する演算制御手段と、
   を備えることを特徴とする干渉計測装置系の調整システム。
2. 前記投影面には感光材料が塗布され、前記反射光の照射位置を表示することを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置系の調整システム。
3. 前記投影面にはアレイ状の受光素子が配置され、前記演算制御手段は、前記受光素子で受光した前記反射光の強度に基づき、前記投影面に照射された前記反射光の位置を取得することを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置系の調整システム。
4. 光軸に沿って計測光を被検体に射出する干渉計測装置と、
   前記干渉計測装置を搭載し、前記干渉計測装置を前記光軸の垂直方向に沿って移動させる干渉計測装置移動手段と、
   前記計測光が被検体で反射された反射光の光路上に配置される投影面と、
   前記投影面を前記光軸の垂直方向に沿って移動させる投影面移動手段と、
   被検体を搭載し、前記被検体を前記光軸の垂直方向に移動させる被検体移動手段を備えた干渉計測装置系の調整システムを用い、
   前記投影面に照射された前記反射光の位置に基づき、前記干渉計測装置移動手段、前記被検体移動手段を移動させて、前記干渉計測装置と前記被検体のアライメントを行うことを特徴とする干渉計測装置系の調整システムの調整方法

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