(57)【要約】【課題】  測定対象物の形状を高精度に測定することができる形状測定装置を提供すること。【解決手段】  測定対象物に対して第１のプローブ及び第２のプローブを走査させることにより形状測定を行う形状測定装置において、第１のプローブ及び第２のプローブによってそれぞれ測定された形状測定データに基づいて決定された、測定対象物の形状測定データに含まれるノイズ成分を測定対象物の形状測定データから差し引くことにより形状測定を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対して第１のプローブ及び第２のプローブを走査させることにより形状測定を行う形状測定装置であって、
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブは、前記走査方向に沿って配置されており、
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブによってそれぞれ測定された形状測定データに基づいて決定された、前記測定対象物の形状測定データに含まれるノイズ成分を前記測定対象物の形状測定データから差し引くことにより前記形状測定を行うことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
最小二乗法を用いた傾斜補正により前記形状測定データから前記ノイズ成分を決定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記第１のプローブと前記第２のプローブは所定間隔を隔てて配置されており、該所定間隔は、前記形状測定データの空間周波数と前記第１のプローブ及び前記第２のプローブの走査速度とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブは一体的に駆動されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブとは異なる第３のプローブをさらに有し、前記第１のプローブと前記第２のプローブとの間隔、前記第２のプローブと前記第３のプローブとの間隔、及び前記第１のプローブと前記第３のプローブとの間隔はそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項６】
走査方向に沿って配置された第１のプローブ及び第２のプローブを測定対象物に対して走査させることにより前記測定対象物の形状測定を行う形状測定方法であって、
前記第１のプローブ及び前記第２のプローブによってそれぞれ形状測定データを取得するステップと、
前記取得された形状測定データに基づいて、前記測定対象物の形状測定データに含まれるノイズ成分を決定するステップと、
前記測定対象物の形状測定データから前記ノイズ成分を差し引くステップを含むことを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子等の形状を測定するための形状測定装置および形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズやミラー等の光学素子の表面形状を測定する装置として、表面形状に沿ってプローブを走査することで形状情報を取得するプローブ走査型の形状測定装置が知られている。プローブ走査型の形状測定装置においては、プローブ走査中の外乱振動等により、測定データの中にノイズ成分が含まれやすい。
【０００３】
このようなノイズ成分を低減させる方法として、特許文献１は、測定対象物の振動成分を算出する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６５０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された形状測定方法では、２つの距離計を測定対象物の長手方向に沿って相対移動させ、同一の測定地点における２つの距離計の測定結果の差分を積算することで測定対象物の振動成分を算出している。そして距離計によって測定された測定対象物の形状データから振動成分を減算することで、測定対象物の形状を測定している。
【０００６】
このように、特許文献１に開示された形状測定方法では２つの距離計の一方により形状データが測定された地点に他方の距離計が到達するまでに生じた振動成分の変化量を積算している。つまり、特定の測定地点における振動成分の近似値を算出しているため、測定精度が十分でないおそれがある。
【０００７】
本発明は、測定対象物の形状を高精度に測定することが可能な形状測定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】
【０００８】
本発明の形状測定装置は、測定対象物に対して第１のプローブ及び第２のプローブを走査させることにより形状測定を行う形状測定装置であって、前記第１のプローブ及び前記第２のプローブは、前記走査方向に沿って配置されており、前記第１のプローブ及び前記第２のプローブによってそれぞれ測定された形状測定データに基づいて決定された、前記測定対象物の形状測定データに含まれるノイズ成分を前記測定対象物の形状測定データから差し引くことにより前記形状測定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、測定対象物の形状を高精度に測定することが可能な形状測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置を示した図である。
【図２】プローブの出力データから取得された形状測定データを示す図である。
【図３】プローブの位置情報を取得するための構成を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の変形例を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る形状測定装置１００の構成を示した図である。図１を用いて形状測定装置１００の構成について説明する。ここでは、測定対象物１０２が配置される面をＸＹ面、それに直交する方向をＺ方向として、図１に示したように各軸を決める。形状測定装置１００は、測定対象物１０２の面形状の測定を行う。
【００１３】
形状測定装置１００は、複数のプローブを含む。第１実施形態では形状測定に用いられるプローブとしてプローブ１０１ａ（第１のプローブ）及びプローブ１０１ｂ（第２のプローブ）の２つのプローブが走査方向に沿って配置されている。また、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂは所定間隔を隔てて配置されている。
【００１４】
プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂを測定対象物１０２の面形状に沿って走査させることにより形状測定データが取得される。プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂは一体的に駆動され、プローブ１０１ａによる形状測定データとプローブ１０１ｂによる形状測定データが同時に取得される。測定対象物１０２は保持部１０３上に配置されている。
【００１５】
なお、プローブ１０１ａが測定地点Ａにおける測定対象物１０２の面形状の測定を行うタイミングで、プローブ１０１ｂは測定地点Ｂにおける測定対象物１０２の面形状の測定を行う。測定地点Ａ及び測定地点Ｂの相対位置関係は、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂの位置関係により決定され、このプローブ間隔をｄｘとする。
【００１６】
プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂの出力データから取得された形状測定データをそれぞれＦａ（ｔ）とＦｂ（ｔ）とする。このとき、Ｆａ（ｔ）及びＦｂ（ｔ）は以下の式（１）、（２）のようにそれぞれ表される。
Ｆａ（ｔ）＝ｆ（ｔ）＋ｇ（ｔ）            ・・・（１）
Ｆｂ（ｔ）＝ｆ（ｔ＋ｄｔ）＋ｇ（ｔ）      ・・・（２）
【００１７】
ｆ（ｔ）は測定対象物１０２の面形状を示す真の面形状データであり、ｇ（ｔ）は測定対象物の振動外乱等に起因するノイズ成分である。式（１）及び式（２）の連立方程式を解くことでノイズ成分であるｇ（ｔ）を決定することができる。本発明では、最小二乗法を用いた傾斜補正によりｇ（ｔ）を算出する。
【００１８】
図２を用いて、形状測定データＦａ（ｔ）とＦｂ（ｔ）について説明する。図１に示したように、測定対象物１０２の左側から右側に向けて面形状の測定が行われる。プローブ１０１ａはプローブ１０１ｂの左側に配置されているため、プローブ１０１ａが測定地点Ａでの面形状測定を行うタイミングよりも前に、測定地点Ａでのプローブ１０１ｂによる面形状測定が行われていることになる。
【００１９】
プローブ１０１ｂが測定地点Ａでの面形状測定を行ってから測定地点Ｂでの面形状測定を行うまでの時間ｄｔは、
ｄｔ＝ｄｘ／Ｖ
と表すことができる。
【００２０】
ここで、ｄｘは、プローブ１０１ａとプローブ１０１ｂとの間隔であり、Ｖはプローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂの走査速度である。
【００２１】
上記式（１）、（２）に示したように、Ｆｂ（ｔ）とＦａ（ｔ）の間にはプローブ１０１ａとプローブ１０１ｂとの間隔ｄｘに起因した位相ずれが存在する。この位相ずれに起因してノイズ成分ｇ（ｔ）の算出精度が低下するおそれがある。
【００２２】
本実施形態においては、プローブ１０１ａとプローブ１０１ｂとの間隔ｄｘを適切に設定することで、ノイズ成分ｇ（ｔ）の算出精度を高めている。具体的には、形状測定データの空間周波数をｆｓ、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂの走査速度をＶとしたときに、
Ｖ／ｄｘ≧ｆｓ
つまり、
ｄｘ≦Ｖ／ｆｓ
を満足するようにプローブ１０１ａとプローブ１０１ｂとの間隔ｄｘを決定している。例えば、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂの走査速度Ｖ＝２０ｍｍ／ｓ、形状測定データの空間周波数ｆｓ＝１Ｈｚのときには、間隔ｄｘを２０ｍｍ以下に設定する。
【００２３】
続いて形状測定装置１００の具体的な構成について図３を用いて説明する。図１に示したプローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂは、被駆動部１０４に取り付けられており、不図示のアクチュエータにより被駆動部１０４が駆動されることで、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂが駆動される。
【００２４】
被駆動部１０４の位置情報は、被駆動部１０４に設けられた干渉計からの情報に基づいて取得される。なお、被駆動部１０４において取得された情報は処理部１０５に送信され、処理部１０５によって測定対象物１０２の形状測定が行われる。
【００２５】
被駆動部１０４には、Ｘ軸方向における被駆動部１０４の位置を検出するための干渉計３００ｘと、Ｚ軸方向における被駆動部１０４の位置を検出するための干渉計３００ｚが備えられている。なお、図３には示されていないが、Ｙ軸方向における被駆動部１０４の位置を検出するための干渉計３００ｙが備えられていてもよい。干渉計３００ｘは、ミラー３０１ｘに向けてレーザ光を照射して、ミラー３０１ｘで反射されたレーザ光と、干渉計３００ｘに含まれる参照面で反射されたレーザ光とを検出することにより、被駆動部１０４のＸ軸方向の位置情報を取得する。同様に、干渉計３００ｚは、ミラー３０１ｚに向けてレーザ光を照射して、ミラー３０１ｚで反射されたレーザ光と、干渉計３００ｚに含まれる参照面で反射されたレーザ光とを検出することにより、被駆動部１０４のＺ軸方向の位置情報を取得する。
【００２６】
処理部１０５は、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂの出力データと各干渉計から得られた位置情報に基づいて形状測定データＦａ（ｔ）及びＦｂ（ｔ）を取得する。
【００２７】
なお、図１ではプローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂと測定対象物１０２の測定面を接触させて形状測定を行う例を示したが、図３のように、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂと測定対象物１０２の測定面を接触させることなく形状測定を行ってもよい。当然、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂのうち一方を測定対象物１０２の測定面と接触させ、他方を測定対象物１０２の測定面と接触させないようにしてもよい。
【００２８】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係る形状測定装置１００の構成を示した図である。第１実施形態に係る形状測定装置では、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂの２つのプローブを用いて測定対象物１０２の形状測定を行う実施形態について説明した。本実施形態では、プローブ１０１ａ及びプローブ１０１ｂに加えてプローブ１０１ｃ（第３のプローブ）を用いて形状測定を行う形状測定装置１００の構成について説明する。
【００２９】
図５では、プローブ１０１ｂの右側にプローブ１０１ｃが配置されている。ここで、プローブ１０１ｂとプローブ１０１ｃとの間隔ｄｘ２は、プローブ１０１ａとプローブ１０１ｂとの間隔ｄｘ１とは異なる間隔としている。
【００３０】
これにより形状測定データから、Ｖ／ｄｘ１、Ｖ／ｄｘ２、Ｖ／（ｄｘ１＋ｄｘ２）の各周波数成分を減算することが可能となり、測定対象物１０２の形状を高精度に測定することが可能となる。なお、プローブの数は３つに限定されず、４つ以上のプローブを用いて形状測定を行ってもよい。このとき、各プローブ間の間隔を互いに異なる間隔とすることが好ましい。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１００  形状測定装置
１０１ａ  第１のプローブ
１０１ｂ  第２のプローブ
１０２  測定対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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