JP5586134B2 - 形状測定方法 - Google Patents
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Description
本発明の形状測定方法においては、前記統合工程では、前記近似関数は、NURBS関数であり、該NURBS関数を用いて前記近似曲線を取得する際に、前記部分表面形状データの点列データのうち、隣接する2つの点列データの差が所定値以上の場合に、前記2つの点列データの一方に対する前記NURBS関数の重み付けを小さくしてもよい。
本発明の形状測定方法においては、前記統合工程では、前記NURBS関数を用いて前記近似曲線を取得する際に、前記部分表面形状データの点列データのうち、所定の周波数に相当する周期の点列データの重み付けを大きくしてもよい。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
Claims (4)
- 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、 n=1,2,…,N(ただし、Nは3以上の整数)とし、前記参照光の光軸上において異なるN個の位置を、第1位置、第2位置、…、第N位置と称するとき、
前記参照面を前記第n位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記干渉縞が重複領域を有して隣接するように設定された所定距離だけ前記干渉計が前記被検物に対して相対移動を行い、該相対移動ごとの前記干渉縞を、複数の第n干渉縞として取得する第n工程と、
前記第1工程から前記第N工程を行った後に、前記第1干渉縞、前記第2干渉縞、…、および前記第N干渉縞を用いて、干渉縞の位相解析を行い、前記被検物の表面における前記所定距離相対移動するごとの部分表面形状データを得る位相解析工程と、
該位相解析工程において得られた前記部分表面形状データを、前記重複領域にてフィッティングを行うことにより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工程から前記第N工程において、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、前記干渉計が前記所定距離相対移動するごとに複数の干渉縞が断続的に取得され、
前記統合工程では、
互いに重複領域を有する一方の前記部分表面形状データに対して近似関数による当てはめを行って前記一方の前記部分表面形状データの近似曲線を取得し、該近似曲線と他方の前記部分表面形状データとの差の自乗和が最小となるように前記他方の前記部分表面形状データを座標変換してつなぎ合わせる
ことを特徴とする形状測定方法。 - 前記統合工程では、
前記近似関数は、NURBS関数であり、該NURBS関数を用いて前記近似曲線を取得する際に、前記部分表面形状データの点列データのうち、隣接する2つの点列データの差が所定値以上の場合に、前記2つの点列データの一方に対する前記NURBS関数の重み付けを小さくすることを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。 - 前記統合工程では、
前記NURBS関数を用いて前記近似曲線を取得する際に、前記部分表面形状データの点列データのうち、所定の周波数に相当する周期の点列データの重み付けを大きくすることを特徴とする請求項2に記載の形状測定方法。 - 前記第1工程から前記第N工程において、前記干渉計の前記相対移動の起点と終点とが同一であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の形状測定方法。
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