JP3415717B2 - 光学測定装置検査用参照板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モアレ装置の如
き、線状光を被検体に投射して測定を行う光学測定装置
の測定誤差を検査するための検査用参照板であって、詳
しくはこれら光学測定装置よりも精度の高い光波干渉計
にて測定できるようにした光学測定装置検査用参照板に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、直接且つ非接触で物体表面の等高
線画像を作成できるという利点から種々の物体の表面形
状計測にモアレ装置が用いられている。また同様に表面
形状計測の一手法として１本の線状光を物体表面に投射
し、その直線性を観測することにより被検体の表面形状
を計測する光切断計測装置が用いられている。なお、こ
れら２つの装置は、その本質的な原理および作用におい
て異なるところがないので、以下の説明においては、理
解の便宜上、モアレ装置を例にとって説明する。

【０００３】モアレ装置においては、所定の細かいピッ
チで形成された基準格子となるモアレ格子板を用い、こ
のモアレ格子板の基準格子の影を光源からの照射光によ
り物体表面上に投影する。物体表面に凸凹が存在する
と、上記投影された基準格子の影である複数の線状光に
よる格子状明暗像は、上記光照射方向とは別方向からこ
の物体表面を観察した場合に、その物体表面形状に応じ
て変形を受けた変形格子となり、基準格子との重なり合
いによって物体の表面形状を示す等高線モアレ縞が観察
できる。

【０００４】このようなモアレ装置においては、近年、
いわゆるフリンジスキャニング法等を用いて解析精度を
高める努力がなされており、その解析精度は１μｍオー
ダーの高精度となっている。これに伴い、モアレ装置の
測定誤差がどの程度であるかを１μｍオーダー以上の測
定精度で面全体を測定検査できる手法の提案が望まれて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなモアレ装置においては投射された格子条の影を観察
点で見るためには物体表面からの散乱光が不可欠であ
る。すなわち、物体表面が拡散反射面であることが必要
であり、このような拡散反射面を１μｍ以下で面測定す
る適当な装置が存在せず、それ故にこれまでは、モアレ
装置の測定誤差検査用としての基準となる参照板は、検
査対象となるモアレ装置以上にモアレ形成用格子のピッ
チが細かいものを採用した、他のモアレ装置で測定した
ものを使用するに止まっていた。このような現状に鑑
み、測定精度が桁違いに高い光波干渉計による測定結果
を生かせる手法の採用が望まれている。

【０００６】しかしながら、光波干渉計で測定すること
のできる被検体は、モアレ装置とは反対に物体表面から
の正反射光にて測定するために物体表面が光沢面でなけ
ればならず、これまでは、モアレ装置で測定できる表面
が拡散反射面である物体を干渉計で測定できないもので
あった。そこで、本発明はモアレ装置の測定誤差を精度
高く検査できるようにすることを目標とし、光波干渉計
での測定ができ且つモアレ装置でも測定できる新規な検
査用参照板を提供することを目的とするものである。

【０００７】本発明は、モアレ装置の如く少なくとも１
本以上の線状光を被検体に投射して測定を行う光学測定
装置の測定誤差を検査するための検査用参照板であっ
て、拡散反射面内に、少なくとも干渉縞を観察できる程
度に正反射光を反射し得る正反射光反射平面が略均一に
分布してなる参照面を備えてなることを特徴とするもの
である。また、前記拡散反射面を粗面とすることが好ま
しい。

【０００８】また、その参照板は、前記正反射光反射平
面が、前記拡散反射面を形成している凹凸の谷部を残存
させた状態で山部の山頂部を平滑に研磨加工し、反射コ
ーティングすることにより形成されていることが好まし
い。また、前記光学測定装置検査用参照板を透明あるい
は半透明な素材から構成した場合には、その参照面に反
射コーティングを施すことが望ましい。また、前記拡散
反射面が前記正反射光反射平面を粒状加工して形成する
ことも可能である。

【０００９】さらに、その参照板は、前記光学測定装置
における前記平面に入射する光ビームの入射角度が大と
なるのに従い、前記拡散反射面内の前記正反射光反射平
面の割合が小となるように構成されてなることが好まし
いものである。なお、前記光沢面とは、干渉計による測
定を行う場合、少なくとも干渉縞を観察できる程度に正
反射光を反射し得る平面を称する用語であり、また粗面
とは、モアレ装置の検査用参照面として用いた場合に、
少なくともモアレ縞を観察することができる程度の散乱
光を得ることができる平面を称する用語である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態による光
学測定装置検査用参照板について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。図１は本実施形態の検査用参照板１の外
形を示す概略図であり、その一面に参照面２が形成され
ている様子が示されている。また、図２は、この参照面
２の断面形状を示す概略図である。

【００１１】すなわち、この検査用参照板１は断面矩形
の板形状をなしており、その一面に図５に示す如き粗さ
の大きい粗面１０２の各山部の山頂部分を、平滑に研磨
して微小平面を形成したもので、これにより粗面部分２
Ａの間に光沢面部分２Ｂが均一に分布することになる。

【００１２】この参照面２に入射した光束は、この粗面
部分２Ａで散乱光とされ、また、光沢面部分２Ｂで正反
射光とされ、結局、この参照面２からの反射光４の指向
特性５は、図５（Ａ）に示す如き、参照板１０１の粗い
粗面１０２からの散乱光１０４の指向特性１０５と、図
５（Ｂ）に示す如き、参照板１０１の細かい粗面１０２
からの正反射光１０４の指向特性１０５を加えたものに
近くなる。これにより、ある程度の大きさの強度を有す
る散乱光を得つつ、強度の大きい正反射光を得ることが
できる。

【００１３】したがって、上記検査用参照板１によれ
ば、物体表面からの散乱光成分を必要とするモアレ装置
と、正反射光成分を必要とする干渉計とのいずれにおい
ても測定でき、しかも、いずれの観察画像のコントラス
トをも良好とすることができる。

【００１４】次に、このフィゾー型の干渉計に使用した
場合について図４を用いて説明する。すなわち、図３に
示すように、このモアレ装置は、高精度の機械部品の表
面凹凸形状を、モアレ縞を利用して解析する装置であっ
て、モアレ格子板１２と、被検体支持移動機構（以下、
ステージと称する）１４と、白色光源１８と、ＣＣＤカ
メラ２０と、モアレ縞観察用ディスプレイ２２とを備え
ており、このステージ１４上に上記検査用参照板１がセ
ットされる。

【００１５】そして、白色光源１８からの斜め入射光束
によりモアレ格子板１２の影を参照板１上に形成し、こ
れをモアレ格子板１２を通して、光束入射方向とは異な
る方向からＣＣＤカメラ２０で観察する。このときに参
照板１からＣＣＤに入射する光は、この参照板１の参照
面２の粗面部分２Ａから射出された散乱光である。次
に、図４に示すように、この干渉装置はレーザ光源３８
と、ビームスプリッタ３２と、コリメータレンズ３４
と、基準面３７を有する基準板３６と、ＣＣＤカメラ４
０と、干渉縞観察用ディスプレイ４２を備えており、こ
の基準板３６の下方の所定位置に上記検査用参照板１が
セットされる。

【００１６】そして、レーザ光源３８からの光束を基準
面３７および参照面２へ垂直入射させ、これら２つの面
３７、２からの反射光を互いに干渉させ、この干渉によ
り生じる干渉縞を直上に配されたＣＣＤカメラ４０で観
察する。このときに参照板１からＣＣＤカメラ４０に入
射する光は、この参照板１の参照面２の光沢面部分２Ｂ
から射出された正反射光である。

【００１７】ところで、上述した検査用参照板１の参照
面２は種々の方法により作成可能であり、例えば、ガラ
ス上に金属コーティング（例えばアルミコーティング）
して形成された鏡面上を、遊離砥粒を用いた砥粒加工や
サンドブラスト加工等の粒状加工（掘込み）により軽く
荒らして作成しても良く、また、鏡面を化学処理により
若干傷つけるようにしても良く、さらに仮艶処理により
形成された粗面上にコーティングしても良いものであ
る。また、例えばマグネシウム等の物質を燃焼させ、そ
の酸化物よりなる微粉末を鏡面上に付着させて上記参照
面２を形成することも可能である。

【００１８】但し、上記参照面２の作成に当たっては、
その方向性がないように平均加工処理が施されるように
配慮する必要がある。

【００１９】また、このような検査用参照板１の基材と
しては金属、ガラス、セラミックス等の種々の材料を採
用できるが、擦りガラスや半透光性セラミックス等の半
透光性材料を用いる場合には、内部に侵入した入射光が
内部粒子により表面方向に反射され、これにより表面に
形成されたモアレ格子の影が明瞭でなくなり、モアレ縞
のコントラストが低下するため、この場合には最後にコ
ーティング材料を被覆して参照面２を作成することが望
ましい。また、透明な材料を用いた場合にも参照面２を
形成する際にコーティング材料を被覆する必要がある。

【００２０】さらに、参照面２上の粗面部分２Ａと光沢
面部分２Ｂの割合は適宜変更することができるが、モア
レ装置における光源１８からの入射角度が大きいときほ
ど、粗面部分２Ａに対する光沢面部分２Ｂの割合を小と
することが好ましい。すなわち、物体表面への光の入射
角度が大きくなるのに従い正反射光の割合が増加するた
め、例えば光入射角度が３０度のときに両部分２Ａ、２
Ｂの面積割合を１：１とすることが適当である場合に、
同一条件下で光入射角度が４５度となったときには粗面
部分２Ａと光沢面部分２Ｂの面積割合を例えば３：２と
するように調整するのが好ましい。

【００２１】なお、本発明の光学測定装置検査用参照板
は、上記実施形態のものに限られず、例えば、その外形
は円板状などの他の形状とされていてもよい。また、使
用されるモアレ装置および干渉装置としては、上記実施
形態のものに限られず、例えばマイケルソン型の干渉計
等でもよい。さらに、本発明の参照板は粗面の部分を備
えているために、１本の線状光を物体表面に投射しその
直線性を観測することにより表面形状を計測する光切断
計測装置などにも測定検査用参照板として用いることが
できるものである。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による光
学測定装置検査用参照板によれば、光沢面部分をもって
正反射光が得られるので高精度の測定ができる干渉計に
よって表面形状を計測でき、その計測結果と、得られた
参照面を利用してモアレ装置等の、粗面による散乱光に
基づいて測定する光学測定装置による表面形状の測定結
果との差異により、そのモアレ装置のごとき光学測定装
置の測定誤差を正確に知ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光学測定装置検査用参
照板を示す外形図

【図２】図１に示す光学測定装置検査用参照板の表面形
状を模式的に示す断面図

【図３】図１に示す光学測定装置検査用参照板をモアレ
装置に用いた場合の一例を示す概略図

【図４】図１に示す光学測定装置検査用参照板をフィゾ
ー型干渉装置に用いた場合の一例を示す概略図

【図５】本発明の光学測定装置検査用参照板に対する比
較例を示す概略図

【符号の説明】

１、１０１ 検査用参照板 ２、１０２ 参照面 ２Ａ 粗面部分 ２Ｂ 光沢面部分 ３ 入射光束 ４、１０４ 反射光（散乱光） ５、１０５ 指向特性 １２ モアレ格子板 １８ 白色光源 ２０、４０ ＣＣＤカメラ ３２ ビームスプリッタ ３６ 基準板 ３８ レーザ光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 9/02 G01M 11/00 C03C 15/00 - 23/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モアレ装置の如く少なくとも１本以上の
   光線条を被検体に投射して測定を行う光学測定装置の測
   定精度を検査するための検査用参照板であって、拡散反
   射面内に、少なくとも干渉縞を観察できる程度に正反射
   光を反射し得る正反射光反射平面が略均一に分布してな
   る参照面を備えてなることを特徴とする光学測定装置検
   査用参照板。
2. 【請求項２】 前記拡散反射面が粗面であることを特徴
   とする請求項１記載の光学測定装置検査用参照板。
3. 【請求項３】 前記正反射光反射平面が、前記拡散反射
   面を形成している凹凸の谷部を残存させた状態で山部の
   山頂部分を平滑に研磨加工して形成されてなることを特
   徴とする請求項１または２記載の光学測定装置検査用参
   照板。
4. 【請求項４】 前記光学測定装置検査用参照板が透明あ
   るいは半透明な素材からなり、その参照板の参照面に反
   射コーティングを施したことを特徴とする請求項１〜３
   のうちいずれか１項記載の光学測定装置検査用参照板。
5. 【請求項５】 前記拡散反射面が前記正反射光反射平面
   を粒状加工したものであることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の光学測定装置検査用参照板。
6. 【請求項６】 前記光学測定装置における前記参照面に
   入射する光線条の入射角度が大となるに従い、前記拡散
   反射面内の前記正反射光反射平面の割合が小となるよう
   に構成されてなることを特徴とする請求項１記載の光学
   測定装置検査用参照板。