(57)【要約】【課題】干渉形状測定の際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化することができるアライメント方法を提供すること。【解決手段】凹または凸の球面形状を被検対象とし、参照球面波を有する干渉によって形状計測を行う干渉形状測定用のアライメント方法において、前記被検対象面からの戻り光を２分岐してその一方の光路をアライメント用光路とし、上記一方の光路上の、前記戻り光の集光点となる位置に置かれたピンホールによる透過光の光量から、前記被検対象面のアライメント誤差を判断して、前記被検対象面の位置および姿勢を調整するようにしたこと。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹または凸の球面形状を被検対象とし、参照球面波を有する干渉によって形状計測を行う干渉形状測定用のアライメント方法において、
前記被検対象面からの戻り光を２分岐してその一方の光路をアライメント用光路とし、
上記一方の光路上の、前記戻り光の集光点となる位置に置かれたピンホールによる透過光の光量から、前記被検対象面のアライメント誤差を判断して、前記被検対象面の位置および姿勢を調整する工程を有することを特徴とする干渉形状測定用のアライメント方法。
【請求項２】
凹または凸の球面形状を被検対象とし、対物参照レンズを設置した干渉計を用いて被検対象面の形状測定を行う干渉形状測定装置において、
前記被検対象面からの戻り光を２分岐するビームスプリッタと、
２分岐されたものの一方の光路上に、前記戻り光の集光点となる位置に配置されたピンホールと、
上記ピンホールによる透過光の光量を検出する光検出器と、
前記被検対象面の位置および姿勢を変化させる駆動機構とを備えていることを特徴とする干渉形状測定装置。
【請求項３】
請求項２の形状測定装置において、
前記光検出器により検出された光量から、前記被検対象面のアライメント誤差量を推測する演算処理手段と、
前記演算処理手段により得られたアライメント調整量をフィードバックして、前記駆動機構により自動調整することを特徴とする干渉形状測定装置。
【請求項４】
凹または凸の球面形状を被検対象とし、参照球面波を有する干渉によって形状計測を行う干渉形状測定用のアライメント方法において、
前記被検対象面からの戻り光を２分岐してその一方の光路をアライメント用光路とし、
上記一方の光路上の、前記戻り光の集光点となる位置にピンホールを配置し、
前記ピンホールの透過光を検出する４分割光検出手段の光量分布から、前記被検対象面のアライメント誤差を判断して、前記被検対象面の位置および姿勢を調整する工程を有することを特徴とする干渉形状測定用のアライメント方法。
【請求項５】
凹または凸の球面形状を被検対象とし、対物参照レンズを設置した干渉計を用いて被検対象面の形状測定を行う干渉形状測定装置において、
前記被検対象面からの戻り光を２分岐するビームスプリッタと、
２分岐されたものの一方の光路上に、前記戻り光の集光点となる位置に配置されたピンホールと、
前記ピンホールの延長線上に配置された４分割光検出器と、
前記被検対象面の位置および姿勢を変化させる駆動機構とを備えていることを特徴とする、干渉形状測定装置。
【請求項６】
請求項５の形状測定装置において、
前記光検出器により検出された各光量から前記被検対象面のアライメント誤差量を推測する演算処理手段と、
前記演算処理手段により得られたアライメント調整量をフィードバックして、前記駆動機構により自動調整することを特徴とする干渉形状測定装置。
【請求項７】
レンズ光学面を複数有するアレイ状光学素子を被検物とし、
参照球面波を有する干渉によって各面の形状計測を行う干渉形状測定用のアライメント方法において、
前記被検物の複数被検面からの戻り光を２分岐してその一方の光路をアライメント用光路とし、
前記複数被検面と結像関係になる位置に複数のピンホールを、前記戻り光の焦点となる位置に配置しておき、各ピンホールによる透過光の光量から、前記被検物のアライメント誤差を判断して、前記被検物の位置および姿勢を調整する工程を有することを特徴とするアレイ状光学素子の干渉形状測定用のアライメント方法。
【請求項８】
レンズ光学面を複数有するアレイ状光学素子を被検物とし、
測定用の対物参照レンズを設置した干渉計を用いて各面の形状測定を行う干渉形状測定装置において、
前記被検物の複数被検面からの戻り光を２分岐するビームスプリッタと、
前記複数被検面と光学的に結像関係となる位置に配置された複数のピンホールと、
上記複数のピンホールによる透過光の光量を個々に検出する光検出器と、
前記被検物の位置および姿勢を変化させる駆動機構とを備えていることを特徴とする、アレイ状光学素子の干渉形状測定装置。
【請求項９】
請求項８の形状測定装置において、
前記光検出器により検出された複数ピンホールによる光量の変化を演算する処理手段と、
前記演算処理手段により得られたアライメント調整量をフィードバックして、前記駆動機構により自動調整することを特徴とするアレイ状光学素子の干渉形状測定装置。
【請求項１０】
レンズ光学面を複数有するアレイ状光学素子を被検物とし、参照球面波を有する干渉によって各面の形状計測を行う干渉形状測定用のアライメント方法において、
前記被検物の複数被検面からの戻り光を２分岐してその一方の光路をアライメント用光路とし、
前記複数被検面と結像関係になる位置に複数のピンホールを、前記戻り光の焦点となる位置に配置し、
前記ピンホールの透過光を検出する複数の４分割光検出手段を配置し、
４分割光検出手段の各々の光量分布から、前記被検物のアライメント誤差を判断して、前記被検物の位置および姿勢を調整させる工程を有することを特徴とするアレイ状光学素子の干渉形状測定用のアライメント方法。
【請求項１１】
レンズ光学面を複数有するアレイ状光学素子を被検物とし、測定用の対物参照レンズを設置した干渉計を用いて各面の形状測定を行う干渉形状測定装置において、
前記被検物の複数被検面からの戻り光を２分岐するビームスプリッタと、
前記複数被検面と光学的に結像関係となる位置に配置された複数のピンホールと、
前記ピンホールの延長線上に配置された複数の４分割光検出器と、
前記被検物の位置および姿勢を変化させる駆動機構とを備えていることを特徴とするアレイ状光学素子の干渉形状測定装置。
【請求項１２】
請求項１１の形状測定装置において、
前記４分割光検出器により検出された各光量から前記被検対象面のアライメント誤差量を推測する演算処理手段と、
前記演算処理手段により得られたアライメント調整量をフィードバックして、前記駆動機構により自動調整することを特徴とする、アレイ状光学素子の干渉形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子の形状測定装置のアライメント方法及び該方法を用いた形状測定装置に関するものであり、殊に、凹または凸の球面形状を被検面として干渉計測にてその形状を測定する際に、干渉計測を行う前段階として干渉縞を発生させる手段としての被検面のアライメント方法と、該アライメント方法を用いた形状測定装置とに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
この種の干渉形状測定においては、被検面からの戻り光を分岐してその一方の光路をアライメント用とし、その集光点の位置をスクリーンに投影してＣＣＤカメラ等で観察しながらアライメントを行うのが一般的であるが、しかし、アライメントが出来たかどうかは主観的な判断であるので、これで正確に判断することは容易でない。また、アライメントの自動化を考えた場合には、画像処理が必要となり、その処理は繁雑になる。例えば、特開平１０−４７９１３号公報に記載されたものでは、干渉計の視野に入り得る複数個の被検面に対して一括して干渉縞データを取り込み、それを各被検面毎に演算処理して独立のアライメント処理を行っている。
【０００３】
【特許文献】特開平１０−４７９１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はアライメントを簡易に行う方法を提供することを目的とするもので、具体的には、上記アライメントを自動化する際や、測定対象物がアレイ状光学素子のような場合に有効な方法を提供することを目的とするものである。
他方、測定対象物がアレイ状光学素子の場合は、各光学面の相対関係を把握する上でアライメントを繰り返すことは大きな測定誤差要因となる可能性があるので、複数の被検面によるアライメントを実施して被検物の全体的な姿勢を調整することが重要である。
そこで、本発明は、干渉形状測定する際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント方法を提供することをその第１の課題とするものである（請求項１、請求項４に対応）。
また、本発明は、複数の光学面を有するアレイ状被検物の形状を干渉測定する際に、その測定誤差要因となるアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化することができるアライメント方法を提供することをその第２の課題とするものである（請求項７、請求項１０に対応）。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
【解決手段１】（請求項１に対応）
第１の課題を解決するための手段は、凹または凸の球面形状を被検対象とし、参照球面波を有する干渉によって形状計測を行う干渉形状測定用のアライメント方法を、次の（イ）乃至（ロ）によって構成したものである。
（イ）前記被検対象面からの戻り光を２分岐してその一方の光路をアライメント用光路とし、
（ロ）上記一方の光路上の、前記戻り光の集光点となる位置に置かれたピンホールによる透過光の光量から、前記被検対象面のアライメント誤差を判断して、前記被検対象面の位置および姿勢を調整すること。
【０００６】
【作用】
ピンホールによる透過光の光量が最大になるとき被検物のアライメントが、最も適切な位置、姿勢で行われている。したがって、光量が最大となるよう被検対象面の位置および姿勢を調整することによってアライメントが最適に実行される。
【０００７】
【解決手段２】（請求項７に対応）
第２の課題を解決するための手段は、レンズ光学面を複数有するアレイ状光学素子を被検物とし、参照球面波を有する干渉によって各面の形状計測を行う、アレイ状光学素子の干渉形状測定用のアライメント方法を次の（イ）乃至（ロ）によって構成したことである。
（イ）前記被検物の複数被検面からの戻り光を２分岐してその一方の光路をアライメント用光路とし、
（ロ）前記複数被検面と結像関係になる位置に複数のピンホールを、前記戻り光の焦点となる位置に配置しておき、各ピンホールによる透過光の光量から、前記被検物のアライメント誤差を判断して、前記被検物の位置および姿勢を調整すること。
【０００８】
【作用】
各ピンホールによる透過光の光量が最大になるとき、各被検物のアライメントが、最も適切な位置、姿勢で行われている。したがって、光量が最大となるよう各被検対象面の位置および姿勢を調整することにより、アレイ状光学素子のアライメントが最適に実行される。
【０００９】
【実施態様１】（請求項４，請求項１０に対応）
実施態様１は、上記解決手段１又は解決手段２において、ピンホールの透過光を４分割光検出手段で検出し、該検出手段による光量分布から検対象面のアライメント誤差を判断して、前記被検対象面の位置および姿勢を調整することである。
【作用】
ピンホール板を光路に設けている場合は、光量検出量が最大となるようアライメントを実行し、ピンホール板を光路に設けない場合は、各検出エリアの光量検出量が等しくなるようアライメントする。
【００１０】
【実施の形態】
まず干渉計の基本構成を図１を用いて説明する。
レーザー光源２１により発生したレーザー光は顕微鏡対物レンズ２２を透過後、光路分岐手段２３で折り返されてコリメータレンズ２４で平行光に変換され、その平行光は、対物参照レンズ２５で反射された参照光と、凹または凸の球面形状である被検物１０への照射光とに分岐される。さらに被検物１０の被検面に照射した後に表面で反射された反射光は、対物参照レンズ２５を透過して同光路を戻り、対物参照レンズ２５で反射された参照光と被検物１０の被検面から反射してきた物体光は干渉を起し、それらはコリメータレンズ２４で収束光となって光路分岐手段４１で直交方向に分岐して干渉縞画像検出器２６に入射する。検出された干渉縞は形状算出処理手段２７で解析されて、これによって被検面の形状測定結果が得られる。以上がフィゾー型干渉計２０の基本構成である。
【００１１】
ここで、上記干渉縞画像検出器２６にて検出し得る干渉縞を発生させるためには、被検物１０の位置および姿勢を調整する必要がある。図１のように、対物参照レンズ２５を用いて球面形状を測定しようとする場合、対物参照レンズ２５による照射光の集光点を被検物１０の被検レンズ面の曲率中心点の近傍にくるようにその位置関係を調整する必要があるので、その調整のためのアライメント機構が必要である。
請求項１および請求項２の実施例を図１乃至図３を参照して説明する。
対物参照レンズ２５から戻り光である参照光と被検物１０からの戻り光である物体光は、光路分岐手段４１によって一方は干渉縞画像検出器２６に入って干渉縞の解析から被検物１０の被検面形状の結果を導き出す。もう一方の戻り光はピンホール４２に入るが、被検物１０のアライメント状況によってそのピンホール４２を透過する戻り光の光量が異なり、当然、光検出器４３で検出される光量も異なる。ピンホール４２は戻り光がコリメートレンズ２４によって集光する位置の光路上に設置され、その径は戻り光の集光スポット径に近いことが望ましく、一致するのが理想的であって、その場合に最もアライメント精度を向上させることができる。被検物１０が本測定において理想的な位置および姿勢にあってアライメントが完了している状態の場合に、光検出器４３での検出光量が最大となる。
【００１２】
その状況を図２と図３に示してあり、図２では被検物１０を光軸方向にアライメント調整した場合、図３に被検物１０を光軸と直交する方向にアライメント調整した場合の状況を示している。どちらも、図の左側の、光検出器４３における検出光量分布に示すように、その検出光量がピークになるようアライメント機構３１で被検物１０の位置や姿勢を調整していけば良い。被検物アライメント機構３１は、ＸＹＺの３軸の調整機構を組み合わせたものであり、この各軸の組み合せで被検物１０が正しい位置および姿勢に導かれる。
【００１３】
請求項３の実施例を図４に示している。これは図１の実施例にアライメント誤差算出手段４５を加えたものであり、アライメント誤差と検出光量の関係が把握されていれば、光検出器４３によって得られた光量から被検物１０のアライメント誤差量を割出すことができ、その結果をアライメント機構３１にフィードバックすればアライメントの自動調整がなされる。
【００１４】
請求項４および請求項５の実施例を図５から図８を参照して説明する。
この実施例では、図１における光検出器４３の代わりに４分割光検出器５１が設置されており（図５参照）、４分割光検出器５１が図６のように（１）から（４）までの４ヶ所に独立の光検出機能を備えており、その中心が干渉計２０の光路と一致するように構成されている。また、ピンホール４２は光路から取り外すことができ、これによって、所定の位置にピンホールがある場合と無い場合を切りかえることができる。
４分割光検出器５１でのアライメント調整と検出光量の関係を図７と図８に示しており、図７ではピンホール４２が所定の位置にあるようにしている。これは、図２のように被検物１０を光軸方向にアライメント調整した場合であり、そのときの４分割光検出器５１による各々の検出エリアでの光量検出分布を示している。矢印下の分布は４つの検出エリアの検出値を合計したものであり、その検出光量がピークになるようアライメント機構３１で被検物１０の位置や姿勢を調整していけばよい。
【００１５】
図８はピンホール４２が所定の位置にないようにし、図３のように被検物１０を光軸と直交する方向にアライメント調整した場合であり、そのときの４分割光検出器５１による各々の検出エリアでの光量検出分布を示している。矢印下の分布は４つの検出エリアの検出値を合計したものであり、戻り光が４分割光検出器５１を外れていなければその検出光量は一定となる。この場合は、各々の検出エリアの光量検出値が等しくなるようアライメント機構３１で被検物１０の位置や姿勢を調整していけばよい。なお、光量検出値が等しいということは、戻り光が理想光軸と一致しているということである。
【００１６】
請求項６の実施例は請求項３の実施例と同様にアライメント誤差算出手段４５を加えたものであり、アライメント誤差と検出光量の関係が把握されていれば、４分割光検出器５１によって得られた光量から被検物１０のアライメント誤差量を割出すことができ、その結果をアライメント機構３１にフィードバックすればアライメントを自動的に調整することができる。
【００１７】
請求項７から請求項９の実施例を図９乃至図１１を参照して説明する。
被検物は図９に示すようなアレイ状の光学素子６０であり、個々が凹または凸の球面形状をした被検面が多数存在している。また、ピンホールは図１０に示すように、所定の数のピンホールが存在している複数ピンホール板７１である。複数ピンホール板７１におけるピンホールの存在位置は、干渉光学系の拡大率を考慮したアレイ状光学素子被検物６０の個々の被検面のピッチに相当している。すなわち、アレイ状光学素子被検物６０が理想的な位置や姿勢の状態にある場合に、光軸近辺に存在する複数の被検面からの戻り光がピンホール板７１上の複数のピンホール位置に集光するよう構成されている。
また、図１１に示されているように光検出器７２もピンホール板７１上の各ピンホール位置に対応するように複数個構成されており、各ピンホールによる透過光を各々検出するようになっている。アライメント調整の基本的な考え方は、請求項１と請求項２の実施例と同様である。ただし、アライメント機構８２は、ＸＹＺの３軸にαβγの回転３軸の調整機構を組み合わせたものであり、これによって、各回転軸の組み合せでアレイ状光学素子被検物６０の傾きも含めて正しい位置および姿勢に導かれる。
【００１８】
請求項１０乃至請求項１２の実施例を図１２に示している。
この実施例の基本構成は図１１に示す上記実施例のと同様であり、光量検出の手段として、複数の４分割光検出器７２が構成されており、その各々が請求項乃至請求項６の実施例の場合と同様の機能を奏して、アレイ状光学素子被検物６０のアライメント調整を行うものである。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、干渉形状測定する際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント方法を提供することができる。
【００２０】
請求項２の発明は、干渉形状測定する際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構を用いた形状測定装置を提供することができる。
【００２１】
請求項３の発明は、干渉形状測定する際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構を用いて自動化された形状測定装置を提供することができる。
【００２２】
請求項４の発明は、干渉形状測定する際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント方法を提供することができる。
【００２３】
請求項５の発明は、干渉形状測定する際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構を用いた形状測定装置を提供することができる。
【００２４】
請求項６の発明は、干渉形状測定する際のアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構で自動化された形状測定装置を提供することができる。
【００２５】
請求項７の発明は、複数の光学面を有するアレイ状被検物の形状を干渉形状測定する際に、その測定誤差要因となるアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント方法を提供することができる。
【００２６】
請求項８の発明は、複数の光学面を有するアレイ状被検物の形状を干渉形状測定する際に、その測定誤差要因となるアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構を用いた形状測定装置を提供することができる。
【００２７】
請求項９の発明は、複数の光学面を有するアレイ状被検物の形状を干渉形状測定する際に、その測定誤差要因となるアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構を用いて自動化された形状測定装置を提供することができる。
【００２８】
請求項１０の発明は、複数の光学面を有するアレイ状被検物の形状を干渉形状測定する際に、その測定誤差要因となるアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント方法を提供することができる。
【００２９】
請求項１１の発明は、複数の光学面を有するアレイ状被検物の形状を干渉形状測定する際に、その測定誤差要因となるアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構を用いた形状測定装置を提供することができる。
【００３０】
請求項１２の発明は、複数の光学面を有するアレイ状被検物の形状を干渉形状測定する際に、その測定誤差要因となるアライメント作業を簡略化し、その形状測定精度を高度化し得るアライメント機構を用いて自動化された形状測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、干渉形状測定装置の基本構成を示す図である。
【図２】は、被検物を光軸方向にアライメント調整した場合に得られる光量の状態を示す図である。
【図３】は、被検物を光軸と直交する方向にアライメント調整した場合に得られる光量の状態を示す図である。
【図４】は、図１の実施例に、アライメント誤差算出手段を加えた実施例である。
【図５】は、４分割光検出器を用いた他の実施例である。
【図６】は、４分割光検出器の構成図である。
【図７】は、ピンホールがある場合のアライメント調整と検出光量の関係を示した図である。
【図８】は、ピンホールがない場合のアライメント調整と検出光量の関係を示した図である。
【図９】は、アレイ状の光学素子で構成される被検物である。
【図１０】は、複数ピンホール板の態様図である。
【図１１】は、被検物をアレイ状光学素子とした場合の干渉形状測定装置の実施例である。
【図１２】は、被検物をアレイ状光学素子とした場合の干渉形状測定装置の他の実施例である。
【符号の説明】
１０：被検物（凹または凸の球面形状）
２０：干渉計本体
２１：レーザー光源
２２：顕微鏡対物レンズ
２３：光路分岐手段
２４：コリメートレンズ
２５：対物参照レンズ（参照球面レンズ）
２６：干渉縞画像検出器
２７：形状算出手段
３１：被検物アライメント機構
４１：光路分岐手段
４２：ピンホール
４３：光検出器
４４：光検出器制御手段
４５：アライメント誤差算出手段
５１：４分割光検出器
５２：４分割光検出器制御手段
６０：アレイ状光学素子被検物
７１：複数ピンホール板
７２：複数光検出器
７３：複数光検出器制御手段
８１：アレイ状光学素子被検物保持手段
８２：被検物アライメント機構
９１：複数４分割光検出器
９２：複数４分割光検出器制御手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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