(57)【要約】【課題】  測定空間における温度勾配による参照面および被検面の誤差成分を除去し、高精度な面形状計測が可能な干渉計測方法及び干渉計測装置を提供する。【解決手段】  測定光軸を中心として前記参照面および前記被検面を回転方向方位を変えて複数の干渉計測データを測定する工程と、前記複数の干渉計測データを加算平均し誤差成分を算出する工程と、干渉計測データから前記誤差成分を差し引く工程とにより、測定空間の温度勾配による参照面および被検面の誤差成分を除去し、高精度な面形状計測を行う。【選択図】        図１
2006170777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照面にて反射された参照波面および前記参照面を透過し被検面で反射さえた測定波面とを干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞から前記被検面の面形状を計測する干渉計測方法において、測定光軸に対して垂直に送風する送風機によって前記参照面と前記被検面の間を送風する工程と、前記送風機もしくは前記参照面および前記被検面のどちらか一方を相対的に測定光軸を中心として回転させながら複数の干渉計測データを測定する工程と、前記複数の干渉計測データを加算平均する工程により前記被検面の面形状を計測することを特徴とする干渉計測方法。
【請求項２】
前記送風機もしくは前記参照面および前記被検面のどちらか一方を相対的に測定光軸を中心として一定角度回転させる工程と、前記一定角度回転後に干渉計測データを測定する工程と、それらを複数回繰り返すことで複数の干渉計測データを記録する工程と、前記記録された複数の干渉計測データを加算平均する工程により前記被検面の面形状を計測することを特徴とする請求項１に記載の干渉計測方法。
【請求項３】
前記参照面および前記被検面が測定光軸を中心として回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉計測方法。
【請求項４】
干渉計ユニットと、前記干渉計ユニットから射出される光束を反射波面および透過波面に分割する参照面を備え、前記参照面にて反射され前記干渉計ユニットに戻る参照波面および前記参照面を透過し被検面で反射され前記干渉計ユニットに戻る測定波面を干渉させることにより前記被検面の面形状を計測する干渉計測装置において、前記参照面と前記被検面の間の空間に測定光軸に垂直に送風する送風装置を備え、前記参照面および前記被検面が同期して測定光軸を中心として回転する機構を有することを特徴とする干渉計測装置。
【請求項５】
前記参照面と前記被検面が保持構造にて連結されていることを特徴とする請求項４に記載の干渉計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の面形状計測を行う干渉計測方法、及びに干渉計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検面の形状を高精度に計測する方法として、干渉計を用いた手法が良く知られている。干渉縞は、時間的、空間的に可干渉性をもつ（コヒーレントな）光束による２つの波面の位相差を表すものであり、一方を参照面からの参照波面、他方を被検面からの測定波面とし、この両波面を干渉させることで、この干渉縞により参照面に対する被検面の形状誤差として被検面の面形状を計測することができる。
【０００３】
代表的な干渉計としては、トワイマングリーン干渉計やフィゾー干渉計が知られている。トワイマングリーン干渉計は、図３（ａ）のような配置である。この場合、ビームスプリッタ２３から参照面２１、被検面２２までのそれぞれの距離を完全に等しくすることができるため、白色光のような可干渉距離の短い光でも干渉計測が可能である。さらに、光源にレーザ光源を使用することで、フィゾー干渉計で代用可能となる。なお、１／４波長板や偏向板は省略し図示していない。
【０００４】
フィゾー干渉計は図３（ｂ）のような配置をとる。この場合、参照面３１と被検面３２の間の距離は完全には零にできないため参照波面と測定波面の間に光路が生じる。このため、使用する光源の可干渉性には注意が必要である。
【０００５】
しかし、干渉光路を考えると、トワイマングリーン干渉計に対して、フィゾー干渉計は干渉する２つの波面がフィゾーレンズ３３より後、同じ光路をとるため、干渉光路中での空気の屈折率の揺らぎに強いという特徴がある。
【０００６】
さらに、送風機などの送風手段により、参照面と被検面の間を温調された空気を送風することで、測定空間の空気の温度を均一にし、空気の屈折率の揺らぎを抑えているもののある（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平１０−３８５４４号公報（第１図）
【特許文献２】特開平７−１４６１０９号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の干渉計測方法および干渉計測装置においては、測定空間における空気の屈折率の揺らぎを完全に取り除くことはできない。また、図３（ｃ）のように球面形状の被検面を計測する場合には、参照面４１と被検面４２の間隔は一義的に定まっており、平面の計測する場合と異なり、参照面４１と被検面４２の間隔を自由に調整することができない。さらに、大きな被検面を計測する場合には、送風方向の距離が長くなるため、特に送風機の面内に比べ、送風方向は周囲環境からの伝熱などにより、温度変化が生じてしまう。その結果、送風方向での空気の屈折率が変化し、計測精度を低下させてしまうといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題を解決するため、測定空間の温度分布による測定誤差を取り除き、高精度な面形状計測が可能な干渉計測方法および干渉計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記課題を解決するためになされたものである。
【００１０】
解決手段１は、参照面にて反射された参照波面および前記参照面を透過し被検面で反射さえた測定波面とを干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞から前記被検面の面形状を計測する干渉計測方法において、測定光軸に対して垂直に送風する送風機によって前記参照面と前記被検面の間を送風する工程と、前記送風機もしくは前記参照面および前記被検面のどちらか一方を相対的に測定光軸を中心として回転させながら複数の干渉計測データを測定する工程と、前記複数の干渉計測データを加算平均する工程により、送風方向の温度変化による誤差影響を除去し、前記被検面の面形状を計測することを特徴とする干渉計測方法である。
【００１１】
解決手段２は、前記送風機もしくは前記参照面および前記被検面どちらか一方を相対的に測定光軸を中心として一定角度回転させる工程と、前記一定角度か移転後に干渉計測データを測定する工程と、それらを複数回繰り返すことで複数の干渉計測データを記録する工程と、前記記録された複数の干渉計測データを加算平均する工程により前記被検面の面形状を計測することを特徴とする解決手段１に記載の干渉計測方法である。
【００１２】
一定角度回転させ、干渉計測データを測定することで、前記送風機もしくは前記参照面および前記被検面が静止した状態にて干渉計測データを計測することで、前記回転による振動、騒音のない安定した状態で干渉計測データを計測することが可能となり、より高精度な面形状計測が可能となる。
【００１３】
解決手段３は、前記参照面および前記被検面を測定光軸を中心として回転することを特徴とする解決手段１、２に記載の干渉計測方法である。
【００１４】
前記参照面および前記被検面を回転させることで、送風機は固定することが可能となり、安定した送風が可能となるとともに、送風機のダクトなどを回転させる必要がなくなり、装置構成を簡略にすることが可能となる。
【００１５】
解決手段４は、干渉計ユニットと、前記干渉計ユニットから射出される光束を反射光束および透過光束に分割する参照面を備え、前記参照面にて反射され前記干渉計ユニットに戻る参照波面および前記参照面を透過し被検面で反射され前記干渉計ユニットに戻る測定波面を干渉させることにより前記被検面の面形状を計測する干渉計測装置において、前記参照面と前記被検面の間の空間に測定光軸に垂直に送風する送風装置を備え、前記参照面および前記被検面が同期して測定光軸を中心として回転する機構を有することを特徴とする干渉計装置である。
【００１６】
解決手段５は、前記参照面と前記被検面は保持構造にて連結されていることを特徴とする解決手段４に記載の干渉計装置である。
【００１７】
前記参照面および前記被検面は保持構造にて連結されているため、測定光軸を中心として回転させる場合、同一の駆動装置にて回転することでき、前記参照面と前記被検面の回転位相ずれを生じることなく回転すること可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば測定空間における温度勾配による参照面および被検面の誤差成分を除去し、高精度な面形状計測が可能な干渉計測方法及び干渉計測装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明による干渉計測装置を示す概略構成図である。図１において、干渉計ユニット１から射出された光束は、フィゾーレンズ２の参照面２ａにおいて、一部は参照波面として干渉計ユニット１に戻り、その他は参照面２ａを透過して被検物３の被検面３ａに照射される。被検面３ａに照射された光束は測定波面として被検面３ａにて反射され、干渉計ユニット１に戻り、前記参照波面と干渉し、干渉縞を形成する。この干渉縞は参照面２ａで分離される参照波面および測定波面との光路長差にもとづくものであるため、干渉縞の観察を介して参照面２ａと被検面３ａとの間の形状のずれを計測することが可能である。
【００２１】
したがって、参照面２ａとして理想的な形状を用意すれば、被検面３ａの形状を理想的な形状からのずれとして計測することができる。なお、このようなフィゾー型干渉計を使用した面形状計測は従来より知られた技術であるため、その詳細説明は省略する。
【００２２】
ここで、干渉計ユニットの一例を図２に示す。図２において、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどからなるレーザ光源１１から出力されたレーザ光ははビーム発散用の発散レンズ１２により発散される。そして、この発散レンズ１２の集光位置にはピンホール１３が設置されており、これによって集光された光以外を光路から除去するようにしている。ピンホール１３を通過した光はビームスプリッタ１４の反射面１４ａにて反射される。
【００２３】
このビームスプリッタ１４で反射での反射光は１／４波長板１５を介してコリメータ１６にて平行光となされ、干渉ユニット１から射出される。この干渉計ユニットから射出された光束の一部は、フィゾーレンズ２の参照面２ａにて参照波面として反射され、その他は参照面２ａを透過し、被検レンズ３の被検面３ａに照射、反射され測定波面としてそれぞれ干渉計ユニット１に戻る。
【００２４】
干渉計ユニット１に戻された参照波面と測定波面はコリメータ１６にて収束され、１／４波長板１５を経てビームスプリッタ１４に戻される。ここで、この戻り光はビームスプリッタ１４の反射面１４ａを透過する。
【００２５】
そして、このビームスプリッタ１４の透過光の光路には、絞り１７及び結像レンズ１８が設けられており、この結像レンズ１８の結像位置に、参照面２ａからの参照波面と被検面３ａからの測定波面との間の干渉作用により、干渉縞が結像される。この結像位置にＣＣＤカメラ１９が設けられており、このＣＣＤカメラ１９にて干渉縞が撮像される。
【００２６】
この干渉縞は、フィゾーレンズ２もしくは被検レンズ３をフリンジスキャン用電歪素子（図示しない）により光軸方向に移動することで得られる複数の干渉縞を解析することで参照面２ａに対する被検面３ａの面形状を高精度に検出することができる。
【００２７】
ここで、送風機４は環境の変動による計測精度の低下を防止するためのものであり、参照面２ａと被検面３ａと結ぶ測定光軸ＭＡに対して、垂直方向から送風を行う。例えば、参照面２ａと被検面３ａの間の空気温度が不均一になると、空気の屈折率を介して計測精度が低下することとなる。そのため、高精度の測定を行うためには参照面２ａと被検面３ａの間の環境を極力均一に維持することが必要であり、送風機４により温調された空気を送り込むことで、参照面２ａと被検面３ａの間にある空気の温度を安定させている。しかしながら、送風機の送風面内（紙面に垂直な面内）の温度分布は送風機により均一な温調にて送風できるのに対して、送風機の送風方向では周囲環境からの伝熱などの影響により、温度変化が生じてしまう。その結果、送風方向での空気の屈折率が変化し、計測精度を
低下させてしまう。
【００２８】
そこで、本発明による干渉計測装置においては、送風機４からの送風に対して、フィゾーレンズ２および被検レンズ３を相対的に測定光軸ＭＡを中心に回転させながら、複数の干渉計測データを測定し、得られた複数の干渉計測データについて加算平均処理をすることで、送風機の送風方向の温度分布による空気の屈折率変化の誤差を除去することができ、被検面３ａの面形状データを高精度に計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明における干渉計測装置の実施形態の一例を示す概略図
【図２】図１におけるフィゾー干渉計ユニット１の内部構成例を示す概略図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）従来干渉計測装置の原理図
【符号の説明】
【００３０】
１    フィゾー干渉計ユニット
２    フィゾーレンズ
２ａ    参照面
３    被検レンズ
３ａ    被検面
４    送風機
５    連結保持部
１１    レーザ光源
１２    発散レンズ
１３    ピンホール
１４    ビームスプリッタ
１４ａ    反射面
１５    １／４波長板
１６    コリメータレンズ
１７    絞り
１８    結像レンズ
１９    ＣＣＤカメラ
ＭＡ    測定光軸
２１    参照面
２２    被検面
２３    ビームスプリッタ
３１，４１    参照面
３２，４２    被検面
３３，４３    フィゾーレンズ
【図１】
2006170777.tif 000003
【図２】
2006170777.tif 000004
【図３】
2006170777.tif 000005