JPS61251703A - シアリング干渉測定方式におけるシア量測定方法 - Google Patents

シアリング干渉測定方式におけるシア量測定方法

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JPS61251703A
JPS61251703A JP60092959A JP9295985A JPS61251703A JP S61251703 A JPS61251703 A JP S61251703A JP 60092959 A JP60092959 A JP 60092959A JP 9295985 A JP9295985 A JP 9295985A JP S61251703 A JPS61251703 A JP S61251703A
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JP
Japan
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measurement
shear
light
lens
luminous flux
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JP60092959A
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English (en)
Inventor
Toshio Kano
加納 敏夫
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02097Self-interferometers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/15Cat eye, i.e. reflection always parallel to incoming beam

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、シアリング干渉測定方式におけるシア量測定
方法に関する。
(従来技術) 測定対象物の表面形状を極めて高精度に測定できる測定
方式として、シアリング干渉測定方式が知られている。
この測定方式の原理は以下の如きものである。測定対象
物を照明したとき測定対象物の測定表面からの反射光を
測定光と呼ぶが、この測定光は測定表面の形状に関する
情報を含んでいる。この測定光を測定光束と参照光束と
に分け。
参照光束を測定光束に対して横ずれさせる。この横ずれ
量Sをシア量という。測定光束と参照光束とは、同一の
波面形状を有しており、測定光束の波面形状をW (x
)(簡単のために1次元の場合について説明する)とす
ると、参照光束の波面形状はW(x+a)となる、シア
量Sは一般に微小量であり、この点を考慮すると、両波
面の差W(ス+S)−W (X)して、ΔW(x)Sと
書くことができる。ΔW(x)は。
周知のフリンジスキャンニング干渉測定方式で、両光束
の干渉縞パターンを測定解析することによって高精度に
知ることができる。そこで、このようにして知られるΔ
W(X)にもとづいて、なる演算を行うことにより、波
面形状W(X)を知ることができる。つづいて、波面形
状と測定表面の形状との対応関係にもとづいて、形状W
(X)を補正することによって測定表面の形状を特定で
きる訳である。
上の説明から明らかように、シアリング干渉測定方式で
は、測定表面の形状を精度よく測定するためには、まず
、上記(1)式の右辺が精度よく算出されねばならない
。しかるに、(1)式右辺の精度はシア量Sによって直
接的に影響を受けるから、結局、シアリング干渉測定方
式自体の精度が、シア量Sの精度に左右されることにな
る。従来、シア量Sは、機械精度によりコントロールさ
れており、精度が不十分であるところから、シア量Sを
高精度(0,1μmのオーダーであることが望ましい)
に測定する方法が望まれていた。
(目  的) 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とするところは、シア量Sを、極めて高精度
に測定できる、シア量測定方法の提供にある。
(構  成) 以下、本発明を説明する。
本発明によるドア量測定方法では、まず1表面形状を測
定すべき測定対象物が、シアリング干渉測定装置のキャ
ッツアイポイントにおかれる。キャッツアイポイントと
は、コンバーターレンズによる集束性の照明光が、測定
対象物の測定表面上に集束するような位置である。コン
バーターレンズは、光源からの平行光束を集束光束に変
換して測定表面を照射させる機能を有する。測定対象物
がキャッツアイポイントにおかれるときは、測定表面か
らの反射光すなわち測定光は球面波となって発散し、コ
ンバーターレンズを逆方向に透過すると平面波となる。
測定光は測定光束と参照光束に分離され、参照光束は測
定光束に対して横ずらしされる。
両光束は結像レンズを介してそれぞれ平面波としてエリ
アセンサーへ入射する。そしてエリアセンサー上に生ず
る干渉縞パターンは、フリンジスキャンニング法で高精
度に測定され、測定光波面と参照光波面の間の傾き角θ
が、解析的に求められる。
傾き角θと結像レンズの焦点距Wtfとから、シア量S
が、S=f・しanθとして算出される。
以下1図面を参照しながら説明する。
第2図は、シアリング干渉測定装置の1例を要部のみ示
している。まず、この装置による測定対象物100の表
面形状の測定につき簡単に説明する。
符号10は光源(一般にレーザー光源である)、符号1
2はビームエキスパンダー、符号14.20はビームス
プリッタ−1符号16はコンバーターレンズ。
符号18はリレーレンズ、符号22.24はコーナーキ
ューヴプリズム、符号26は結像レンズ、符号28はエ
リアセンサーを、それぞれ示す。なお、以下の説明では
、ビームスプリッタ−を単にスプリッター、コーナーキ
ューヴプリズムを単にプリズムと略記することにする。
光源10から出た光は、ビームエキスパンダー12で光
束径を広げられ、平行光束(平面波)となってスプリッ
ター14に入射し、左方に反射されると。
コンバーターレンズ16により集束光(球面波)とされ
て、測定対象物100に入射する。
測定光、すなわち、測定対象物100からの反射光は、
コンバーターレンズ16を逆向きに透過し、スプリッタ
ー14、リレーレンズ18を介してスプリッター20に
入射し、スプリッター20により測定光束と参照光束に
分離される。
測定光束はプリズム22に入射し、折返されてスプリッ
ター20.結像レンズ26を介してエリアセンサー28
上に入射する。
一方、参照光束はプリズム24に入射し、折返されてス
プリッター20、結像レンズ26を介してエリアセンサ
ー28八入射する。両光束とも、結像レンズ26の作用
により、測定表面における測定光の波面形状をエリアセ
ンサー28上で再現する。
プリズム24を第2図の左右方向もしくは図面に直交す
る方向へ変位させて、参照光束を測定光束に対して横ず
らしさせると、エリアセンサー28上に、干渉縞があら
れれる。そこで、プリズム22を図示されないPZTに
より、第2図右方へN段階に微小距離ずつ変位させる。
するとそれに応じて。
エリアセンサー28上の干渉縞パターンが変化するので
、エリアセンサー28により、このN種の互いにことな
る干渉縞パターンを読みとり、所定の演算を施して、エ
リアセンサー28上の測定光束の波面形状を特定する(
フリンジスキャンニング測定方式)。この波面形状は、
測定対象物100の測定表面の球面からのずれと考えら
れるものであり、従って、この波面形状を球面で補正す
ることによって測定表面の形状を得ることができる。な
お、フリンジスキャンニング測定方式による測定は、プ
リズム24による、参照光束の、第2図左右方向および
図面に直交する方向の2方向について各々行なわれ、各
測定により得られる結果にもとづき、3次元的な波面形
状が特定されるのである。
また、光量調整のために、ビームエキスパンダー12と
スプリッター14の間、結像レンズ26とエリアセンサ
ー28との間にNDフィルターが用いられうる。
以上が5シアリング干渉測定のあらましである。
次に本発明によるシア量測定を説明する。まず、第1図
(1)に示すように測定対象物100を、キャッツアイ
ポイントに位置させる。このキャッツアイポイントでは
、コンバーターレンズ16による集束光は、測定対象物
100の測定表面上に集束するので測定光は球面波とな
り、コンバーターレンズ16を透過すると平面波となる
。なお、測定対象物100をキャッツアイポイントの位
置におくには、例えば、コンバーターレンズとスプリッ
ター14との間に他のスプリッターをおいて、測定光の
一部をとり出し、これをCCDセンサー上に集光させて
おき、測定対象物100を光軸方向へ移動させつつ、上
記CCDセンサーの出力が最大となる位置をさがせばよ
い。
この平面波は、スプリッター14を介しリレーレンズ1
8に入射し、スプリッター20により測定光束と参照光
束とに分離し、各光束は、それぞれプリズム22.24
中で集束するが、この集束点の位置は、結像レンズ26
の物体側の焦点位置となっている。
従って、両光束とも、結像レンズ26を透過すると平面
波となってエリアセンサー28へと到達する。
この状態において、プリズム24(第2図)により、参
照光束に横ずれを与える。
すると、測定光束の光軸は、結像レンズ26の光軸に合
致しているため、エリアセンサー28上における測定光
波面は第1図(II)の平面SOの如きものとなる。一
方、参照光束の光軸は、結像レンズ26の直前では測定
光束の光軸に平行であるが結像レンズ26以後、レンズ
光軸に対し角θだけ傾き、従って、参照光波面は、エリ
アセンサー28の受光部の位置で平面S1の如きものと
なる。平面波の波面は光束光軸に直交するから、平面5
Ot=対する平面S1の傾き角は、角θである。また参
照光束の光軸は、結像レンズ26の像側焦点Cの位置を
通るから。
上記傾き角θが知れれば、結像レンズ26の焦点距離f
を用いて、シア量Sを S=f  ・ しan θ             
     (2)として知ることができる。
測定光束、参照光束ともに平面波であって、その波面は
平面であるので、エリアセンサー28上の干渉縞パター
ンは1例えば第1図(m)に示す如き平行な縞パターン
となる。
そこで、フリンジスキャンニング測定方法で測定を行う
と、参照光波面(第1図(II)の平面Sl)の形状が
特定される。そこで、測定光波面(第1図(n)の平面
SOを、例えばxy平面とし、参照光波面S1の方程式
Q x+my+nZ+ P == Oの、係数0゜m、
n、Pを、最小自乗法により参照光波面にもっともフィ
ツトするように決定し、平面S1の解析的表現を求め、
これを用いて、測定光波面SOと参照光波面S1との傾
き角θを解析的に算出し、かくして得られる傾き角θと
、予め正確に知られている、焦点距離fを用いて、(2
)式に従って、シア量Sを算出するのである。
最小自乗法による平面S1の解析的表現の算出、傾き角
θの算出、(2)式によるシア量Sの算出は。
すべて、フリンジスキャンニング測定等の演算を行なう
演算手段(マイクロコンピュータ−等)で行なうことが
できる。
(効  果) 以上、本発明によれば、シアリング干渉測定方式におけ
る、シア量測定方法を提供できる。この測定方法は、上
記の如く構成されているので、シア量を正確に知ること
ができ、シアリング干渉測定の精度を有効に向上させる
ことができる。
実験によれば、傾き角θのくり返し測定精度は±0.3
秒であった。従って結像レンズ26として、焦点距離f
=60のものを用いると、シア量Sのくり返し測定精度
は±0.102μ■と極めて高精度になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を説明するための図、第2図は、シア
リング干渉測定装置の1例を示す図である。 lOO・・・・測定対象物、16・・・・コンバーター
レンズ、26・・・・結像レンズ、SO・・・・測定光
波面、Sl・・・・参照光波面、S・・・・シア量。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  測定対象物の表面形状を測定するシアリング干渉測定
    方式において、測定光束と参照光束との間のシア量を測
    定する方法であって、 測定対象物をキャッツアイポイントの位置におくことに
    より、コンバーターレンズを透過した測定光を平面波と
    し、 測定光束に対して参照光束を横ずらしし、 エリアセンサー上に生ずる干渉縞パターンをフリンジス
    キャンニング法で測定して、測定光波面と参照光波面と
    の傾き角θを求め、 この傾き角θと結像レンズの焦点距離fとにより、S=
    f・tanθとして、シア量Sを算出することを特徴と
    する、シア量測定方法。
JP60092959A 1985-04-30 1985-04-30 シアリング干渉測定方式におけるシア量測定方法 Pending JPS61251703A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1113243A2 (en) * 1999-12-27 2001-07-04 Canon Kabushiki Kaisha Optical interference apparatus and position detection apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1113243A2 (en) * 1999-12-27 2001-07-04 Canon Kabushiki Kaisha Optical interference apparatus and position detection apparatus
EP1113243A3 (en) * 1999-12-27 2005-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Optical interference apparatus and position detection apparatus

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