JPH0611322A

JPH0611322A - トロイダル面の測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JPH0611322A
Application number: JP15023891A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tsuyusaki; 晋露崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】参照面６ａと被検体７のトロイダル面７ａと
に光源１から可干渉光を照射し、トロイダル面の測定を
行う場合、被検体７の、αチルト、βチルト及びγチル
トによる位置ずれを、リアルタイムでモニターして、セ
ッティングのずれを短時間で修正可能にすること。【構成】参照面６ａと被測定面７ａとに可干渉光を照
射し、反射された参照光と被検光とを重畳して被検体の
一測定断面についてのスリット状の干渉縞１１を形成す
る。この干渉縞の像１１を画面１３上に結像させ、支持
台１２をａ方向に回転して走査すると、画面上の干渉縞
１１の像が変化するので、この変化の様子から直交する
３軸周りの回転ずれを検知し、被測定面の位置決めをモ
ニターしながら修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光の干渉作用を用いて曲
面の状態を測定する技術に関し、特に、トロイダル面ま
たはシリンドリカル面のように面内の直交する主径線の
曲率中心が異なる曲面の測定に際し、被検体のセッティ
ングずれを容易に修正できる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタやレーザファクシ
ミリ等に用いられる光走査光学系は、一般にポリゴンミ
ラーの面倒れ補正を行うために、シリンドリカルレンズ
や、トロイダルレンズ等を用いたアナモフィックな光学
系で構成される。なお、シリンドリカル面は、トロイダ
ル面において一方の曲率半径が無限大の場合と考えるこ
とができるので、本明細書においてトロイダル面という
場合は、特に区別しない限りシリンドリカル面も含むも
のとする。

【０００３】これらのレンズは、感光体上の形成ドット
の高密度化や均一化の要求から、０．１μｍ程度の面精
度が必要とされる。こうした背景から、トロイダル面を
波長以下の高精度で測定する必要が生じている。

【０００４】一般に、面を高精度で測定するものとして
は、レーザ干渉計が広く知られているが、この干渉計
は、平面または球面の測定はできるが、トロイダル面等
のような、面内の直交する主径線の曲率中心が異なる曲
面については測定できない。

【０００５】そのため、ダイヤモンドやルビー等の接触
針を被測定面に当接して走査させる「接触針方式」や、
光を微小スポットとして被測定面に照射し、このスポッ
トを被測定面全体に走査させる「光プローブ方式」等が
あった。

【０００６】しかし、「接触針方式」は、硬い針を被測
定面に当接させるので、被測定面を傷付けたり、汚した
りする問題があった。また、「光プローブ方式」では、
点で被測定面を走査するために、測定に時間がかかると
いう問題があった。

【０００７】そこで、本発明の出願人は、先願の特願平
２−１２６６５９号において、図６（ａ），（ｂ）に示
すトロイダル面の測定方法を提案している。

【０００８】同図において、１は光源で、可干渉性の高
いガスレーザ又は半導体レーザ等が使用される。２ａ，
２ｂはビームエクスパンダで、光源１からの狭い光束を
適当な大きさに拡げるためのものである。３は空間フィ
ルタで、ゴースト光や反射光等の不要な光をカットす
る。４は光アイソレータでビームスプリッタ４ａ、λ／
４板４ｂ及び反射面４ｃを有する。

【０００９】ビームエクスパンダ２ａ，２ｂで拡大され
た光束は、対物レンズ６を経て、被検体７の被測定面と
してのトロイダル面７ａに達する。このトロイダル面７
ａは、頂点で直交する主径線ＡＢ，ＣＤを有するが、こ
のうち一方の主径線ＣＤを母線とし、これを他方の主径
線ＡＢに沿って回転して形成したもので、以後母線ＣＤ
のことをＧ主径線、これと直交する主径線ＡＢのことを
Ｒ主径線ということにする。

【００１０】対物レンズ６の最終面は、半透鏡としての
参照面６ａとなっており、その曲率中心は、トロイダル
面７ａのＧ主径線（ＣＤ）の仕上がり曲率中心とほぼ一
致する位置に配置される。また、この参照面６ａ又はト
ロイダル面７ａは、Ｘ−Ｚ断面内で若干シフト及び／又
はチルト可能に配置される。

【００１１】そして、この参照面６ａで対物レンズ６に
入射する光の一部が反射され、残りが透過してトロイダ
ル面７ａを照射し、反射される。

【００１２】８は被測定物７を固定する回転台で、トロ
イダル面７ａのＲ主径線（ＡＢ）の曲率中心と一致した
回転軸を有し、図示しないＤＣサーボモータやステッピ
ングモータ等によって回転し、被測定面であるトロイダ
ル面７ａ上をＲ主径線に沿って走査可能になっている。

【００１３】参照面６ａ及びトロイダル面７ａで反射さ
れた可干渉光は、来た光路を戻り重畳され、参照面６ａ
の球面とトロイダル面７ａとがほぼ平行と見なせるＧ主
径線に平行な図７に示すスリット状の測定部分１１′に
ついて干渉を起こし、干渉縞１１が形成され、光アイソ
レータ４の反射面４ｃを介して集束レンズ９によってイ
メージセンサ１０上に結像する。

【００１４】回転台８を、Ｒ主径線に沿って回動する
と、トロイダル面７ａ全体について面形状及び面の粗さ
や面のうねりといった面精度の測定ができることにな
る。なお、上記の例は、フィゾー型干渉計であるが、そ
の他の干渉計、例えば、マイケルソン干渉計であっても
同様に適用できるものである。

【００１５】上記の干渉系で観測した場合、面精度、面
形状に全く狂いのない理想的なトロイダル面が、参照面
に対して理想的な位置にあれば、参照光の波面を基準と
した被検光の波面は平面になる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の測定方
法や、前述した光プローブ方式による測定にあっては、
被測定面としてのトロイダル面７ａのセッティングが理
想位置からずれていると、面精度測定に大きな誤差を生
じてしまう。

【００１７】また、上記の面精度測定装置においては、
被検体を注意深くセットした場合であっても、Ｘ軸まわ
りの回転（以下「γチルト」という）、Ｙ軸まわりの回
転（以下「βチルト」という）及びＺ軸まわりの回転
（以下「αチルト」という）のそれぞれによる若干のず
れが残り、このずれを修正するために、多大の調整時間
を要していた。

【００１８】本発明は、上記の事実に鑑みてなされたも
ので、被検体のαチルト、βチルト及びγチルトによる
ずれを、わかり易い形で、リアルタイムでモニターし
て、セッティングのずれを短時間で行うことができる方
法、及び装置を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明は、同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する方法において、
被測定面となるトロイダル面上の直交する主径線の何れ
か一方と平行な測定部分について干渉縞を作る工程と、
該干渉縞の像を画面上に結像させる工程と、該画面上の
干渉縞の像をモニターしつつ被検体を移動して被測定面
のセッティングずれを補正する工程と、被測定部分を前
記一方の主径線と交差する方向に走査して面全体につい
て面形状及び面精度を測定する構成としている。

【００２０】また、干渉縞の像にできるニュートンリン
グの中心部の移動方向をモニターして、被検体のβ回転
とγ回転のセッティングずれを補正する構成や、干渉縞
の形状をモニタして被検体のα回転のセッティングずれ
を補正する構成としてもよい。

【００２１】測定装置としては、トロイダル面上の直交
する何れか一方の主径線に対し予め決められた曲率を有
する参照面と、干渉縞の像が結像される画面と、トロイ
ダル面を有する被検体を、直交する三軸方向に移動可能
で、かつ該３軸まわりに回転可能な６軸ドライブ装置で
支持し、さらに、被測定面を前記一方の主径線と交差す
る方向に走査する支持台とを設けた構成を採用してい
る。

【００２２】

【作用】参照面と被測定面とに可干渉光を照射し、反射
された参照光と被検光とを重畳して被検体の一測定断面
についてのスリット状の干渉縞を形成する。この干渉縞
の像を画面上に結像させ、支持台を回転して走査する
と、画面上の干渉縞の像が変化するので、この変化の様
子から直交する３軸周りの回転ずれを検知し、被測定面
の位置決めをモニターしながら修正する。被測定面を位
置決めした後、干渉縞を交差する方向に走査して面全体
の測定をする。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明によるトロイダル面の測定装置であ
るが、図６(a) ，(b) で説明した先願例とほぼ同様であ
るから、相違点について説明する。

【００２４】まず第１の相違点は、被検体７の支持台１
２が、先願例では回転台８であり、回動するのみであっ
たが、本発明の装置の支持台１２には、６軸ドライブ装
置が併設されており、Ｒ主径線に沿ってａ方向に回動で
きると共に、被検体７をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動、及び
α，β，γチルトが可能な点である。なお、これら６軸
の移動は、通常は非常に微小なものであるから、高分解
能のステッピングモータや、電歪素子を利用したリニヤ
アクチュエータ等が使用される。また、回転台と６軸ド
ライブ装置を別個に設ける構成とすることもできる。

【００２５】次の相違点は、イメージセンサ１０の出力
により、干渉縞の像を結像する画面１３を設けているこ
とである。この画面としては、本発明の実施例ではブラ
ウン管ないし液晶等のディスプレイ装置を使用してい
る。しかし、干渉縞の像を結像できればよいことから、
イメージセンサ１０の位置にスクリーンを置き、集束レ
ンズ９によって、直接このスクリーン上に干渉縞の像を
結像させてもよい。いずれの構成にしても、被検体７を
移動したとき、直ちに画面上の干渉縞が動くので、被検
体７の位置をモニターできることになる。

【００２６】次に、トロイダル面のセッティングずれの
修正方法を説明する。先ず、被検体７は、支持台１２の
回転軸とＲ主径線の曲率中心とが一致するように、支持
台１２上に固定される。しかし、このセッティングは、
厳密にはできず、若干のずれが残った状態である。この
状態で光源１から可干渉光を照射し、Ｇ主径線に沿った
測定部分について干渉縞を作り、集束レンズ９によって
イメージセンサ１０上に干渉縞の像を結像させ、図２の
ようにニュートンリング状の干渉縞を画面１３上に結像
させる。

【００２７】この後、支持台１２を図１のａ方向に回動
して干渉縞を走査することになるが、このとき、Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸方向のずれがある場合は、通常のレーザ測長機
等で容易に合わせることができる。しかし、上記のα，
β，γチルトのずれは、これでは調整できないので、以
下のようにする。

【００２８】支持台１２を図１のａ方向に回動して被検
体７の中央部及び両端部について干渉縞を形成したと
き、被検体７がαチルトしていると、図２に示す干渉縞
が対称でなくなることから、αチルト（Ｚ軸周りの回
転）のずれを検知できる。この場合、支持台１３の６軸
ドライブ装置によって逆向きのαチルトを与え、図２
(a)，(b) ，(c) に示すように、被検体の中央部及び両
端部のいずれにおいても中心線１４に対称な干渉縞がで
きるように調整する。

【００２９】被検体７がβチルトしていると、被検体７
の中央部及び両端部において、図３(a) ，(b) ，(c) に
示すように、ニュートンリング状の干渉縞の中心が、画
面の中心線１４に対して上、もしくは下に移動すること
から、βチルトを検知できる。したがって、両端部のニ
ュートンリングの中心位置が、中心線１４上に来るよう
に６軸ドライブで修正することができる。

【００３０】被検体７がγチルトしている場合、被検体
７の中央部及び両端部において、図４(a) ，(b) ，(c)
に示すようにニュートンリング状の干渉縞の中心が、中
心線１４に対して上から下、若しくは下から上へと移動
することから検知できる。この場合も、画面１３を見な
がら支持台１２の６軸ドライブで修正できる。

【００３１】βチルトとγチルトのずれが同時に生じた
場合は、通常いずれか一方の傾向が強く現れるので、そ
の強く現れた方を先に調整する。このずれが修正される
と、もう一方のチルトによる干渉縞の移動が現れてくる
ので、これを調整する。以上によって、β，γチルトの
双方を修正することができる。

【００３２】図５は、Ｇ主径線の方がＲ主径線より長い
樽型トロイダル面を測定する装置を示す。このトロイダ
ル面７ａは、回転軸１５の周りにＧ主径線を回転してで
きるものである。このようなトロイダル面を図１と同様
の装置で測定すると、参照面６ａに大口径のレンズが必
要となり、装置が高価になってしまう。そこで、トロイ
ダル面を９０°回転してＧ主径線とＲ主径線とを入れ換
え、可干渉光を回転軸１５上に集束するように照射し
て、支持台１２′で被検体７を回転軸１５に沿って移動
すれば、トロイダル面全体を測定することできる。この
場合のα，β，γチルトの位置ずれの調整も、支持台１
２′に６軸ドライブの機能が付加しているので、前述と
同様にできる。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
トロイダル面の測定において、被検体のセッティングず
れを、画面上に結像した干渉縞の像をモニターしながら
調整できるので、簡単かつ短時間で位置ずれを修正する
ことができ、正確なトロイダル面の測定ができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定装置の構成を示す図で、(a) は正
面図、(b) は側面図である。

【図２】(a) ，(b) ，(c) は、被検体のセッティングに
おいて、干渉縞の移動をモニターしながらαチルトのず
れを修正する状態を示す図である。

【図３】(a) ，(b) ，(c) は、被検体のセッティングに
おいて、干渉縞の移動をモニターしながらβチルトのず
れを修正する状態を示す図である。

【図４】(a) ，(b) ，(c) は、被検体のセッティングに
おいて、干渉縞の移動をモニターしながらγチルトのず
れを修正する状態を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例としての装置を示す図で、
(a) は正面図、(b) は側面図である。

【図６】先願に記載のトロイダル面を測定する装置の構
成図で、(a) は正面図、(b) は側面図である。

【図７】イメージセンサ上に結像された干渉縞の図であ
る。

【符号の説明】

１光源６ａ参照面７被検体７ａトロイダル面１１干渉縞１１′ 測定部分１２支持台１３画面１４中心線１５回転軸

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年７月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する方法において、被測定面となるトロイダル面上の直交する主径線の何れ
か一方と平行な測定部分について干渉縞を作る工程と、
該干渉縞の像を画面上に結像させる工程と、該画面上の
干渉縞の像をモニターしつつ被検体を移動して被測定面
のセッティングずれを補正する工程と、被測定部分を前
記一方の主径線と交差する方向に走査して面全体の測定
をすることを特徴とするトロイダル面の測定方法。
【請求項２】前記画面上の干渉縞の像をモニターしつ
つ被検体を移動して被測定面のセッティングずれを補正
する工程が、干渉縞の像にできるニュートンリングの中
心部分の移動方向をモニターして、被検体のβ回転及び
／又はγ回転のセッティングずれを補正することを特徴
とする請求項１記載のトロイダル面の測定方法。
【請求項３】前記画面上の干渉縞の像をモニターしつ
つ被検体を移動して被測定面のセッティングずれを補正
する工程が、干渉縞の形状をモニターして被検体のα回
転のセッティングずれを補正することを特徴とする請求
項１記載のトロイダル面の測定方法。
【請求項４】同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する方法において、トロイダル面上の直交する何れか一方の主径線に対し予
め決められた曲率を有する参照面と、干渉縞の像が結像
される画面と、トロイダル面を有する被検体を、直交す
る三軸方向に移動可能で、かつ該３軸まわりに回転可能
な６軸ドライブ装置を備えると共に、被測定面を前記一
方の主径線と交差する方向に走査する支持台とを設けた
ことを特徴とするトロイダル面の測定装置。