(57)【要約】【課題】被測定板の調整回数を低減させるとともに、参照面の再配置を容易にすることができる表面形状測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】光軸と直交する位置に固定された第１参照面１１０ａと、前記光軸と直交するとともに前記第１参照面と対向する位置に固定された第２参照面２１０ａと、前記第１参照面１１０ａ及び前記第２参照面２１０ａに対して前記光軸を中心として光を対向する向きに照射して、該反射光を計測する干渉計１００，２００と、前記第１参照面１１０ａと前記第２参照面２１０ａの間に、前記光軸と直交して配置された前記被測定面３００ａを設置可能な光を遮光する遮光材からなる設置台４１０と、前記設置台４１０を反転させるとともに前記設置台４１０に設置された前記被測定面３００ａを前記第１参照面１１０ａ或いは前記第２参照面２１０ａのいずれか一方に正対するように配置可能な第１駆動機構４２０と、を備える。【選択図】図１
2007139533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３面合わせ法を用いて被測定面の絶対形状を測定する表面形状測定装置であって、
光軸と直交する位置に固定された第１参照面と、
前記光軸と直交するとともに前記第１参照面と対向する位置に固定された第２参照面と、
前記第１参照面及び前記第２参照面に対して前記光軸を中心として光を対向する向きに照射して、該反射光を計測する干渉計と、
前記第１参照面と前記第２参照面の間に、前記光軸と直交して配置された前記被測定面を設置可能な光を遮光する遮光材からなる設置台と、
前記設置台を反転させるとともに前記設置台に設置された前記被測定面を前記第１参照面或いは前記第２参照面のいずれか一方に正対するように配置可能な第１駆動機構と、
を備えることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
前記設置台を前記光軸から離間する位置に移動可能である第２駆動機構と、
前記第１参照面或いは前記第２参照面の前記一対の干渉計側のいずれか一方に配置され、前記光路を遮光可能な位置に移動可能である遮光部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記被測定面を前記光軸中心に回動可能とする第３駆動機構を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
光軸に直交する位置に第１参照面を固定するステップと、
前記第１参照面と対向する位置に第２参照面を固定するステップと、
前記第１参照面及び前記第２参照面に対して前記光軸を中心として光を対向する向きに照射して、該反射光を計測する干渉計を配置するステップと、
前記第１参照面と前記第２参照面の間に、前記光軸と直交して配置された前記被測定面を設置可能な光を遮光する遮光材からなる設置台を配置するステップと、
前記設置台を反転させるとともに前記設置台に設置された前記被測定面を前記第１参照面或いは前記第２参照面のいずれか一方に正対するように配置するステップと、
を備えることを特徴とする表面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる３面合わせ法を用いて被測定面の絶対形状を測定するための表面形状測定装置、及びその方法に関する。
【０００２】
平坦な物体表面の面形状を測定する方法として、フィゾー型干渉計を用いた測定方法が知られている。図２３は、フィゾー型干渉計の一例を示している。この干渉計において、光源１からの光束はレンズ２、ハーフミラー３及びコリメータレンズ４を介して参照板５に入射する。この参照板５に入射した光の一部は、参照面５ａにおいて反射され、一方、この参照板５を通過した光は被測定板６の被測定面６ａにおいて反射される。これら参照面５ａ及び被測定面６ａの表面形状の情報を含んだ両光束は互いに干渉し、ハーフミラー３で反射され、レンズ７で集光されてＣＣＤ８上に干渉縞画像を形成する。干渉縞画像は、ディスプレイ９上に表示される。
【０００３】
このようにフィゾー型干渉計は、高精度に被測定面の計測が行えるが、その計測は参照面を基準とした相対計測であって絶対測定ではない。そのため、参照面として極めて高精度な平面が必要とされ、そのような高精度の平面を有する参照面の測定方法が必要とされている。
【０００４】
その参照面の測定方法として、３枚の基準板を用意し、この３枚の基準板を２枚ずつ組み合わせてできる３通りの組の各々を計測し、その計測結果に基づき連立方程式を解くことで、各基準板の形状を測定する、いわゆる「３面合わせ法」が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
この３面合わせ法は、第１測定面Ａ，第２測定面Ｂ，第３測定面Ｃのうち２つを、図２３に示したフィゾー型干渉計の参照板５及び被測定板６の位置に配置して、順次測定する。ここで、第１乃至第３測定面Ａ〜Ｃ上の軸を（ｘａ，ｙａ），（ｘｂ，ｙｂ），（ｘｃ，ｙｃ）とする。まず、図２４に示すように、第１測定面Ａを参照板５の位置に配置すると共に、第２測定面Ｂを被測定板６の位置に第１測定面Ａと対抗するように配置させる。ｘａ軸とｘｂ軸は逆方向に、ｙａ軸とｙｂ軸とは同方向に、ｘａ軸とｙａ軸との交点が光軸Ｏ上にのるように配置する。また、第１測定面Ａ及び第２測定面Ｂともに光軸と直交するように調整を行う。そして、第１測定面Ａ及び第２測定面Ｂからの反射光による干渉縞、すなわちｙ軸上での第１測定面Ａと第２測定面Ｂとの相対的な形状の差ｍａｂ（０，ｙ）を計測する。
【０００６】
次に、図２５に示すように、第１測定面Ａの代わりに、第３測定面Ｃを配置する。ｘｂ軸とｘｃ軸は逆方向に、ｙｂ軸とｙｃ軸とは同方向に、かつｘｃ軸とｙｃ軸との交点が光軸Ｏ上となるように第３測定面Ｃを配置する。また、第３測定面Ｃが光軸Ｏと垂直になるように調整を行う。そして、第３測定面Ｃ及び第２測定面Ｂからの反射光による干渉縞、すなわちｙ軸上での第３測定面Ｃと第２測定面Ｂとの相対的な形状の差ｍｂｃ（０，ｙ）を計測する。
【０００７】
つづいて、図２６に示すように、第２測定面Ｂの代わりに、第１測定面Ａを配置する。ｘａ軸とｘｃ軸とは逆の向きに、ｙａ軸とｙｃ軸とは同じ向きに、かつｘａ軸とｙａ軸との交点が光軸Ｏにのるように第１測定面Ａを配置する。また、第１測定面Ａが光軸Ｏと直交するように調整を行う。そして、第３測定面Ｃ及び第１測定面Ａからの反射光による干渉縞、すなわちｙ軸上での第３測定面Ｃと第１測定面Ａとの相対的な形状の差ｍｃａ（０，ｙ）を計測する。
【０００８】
上記工程より得られたｍａｂ（０，ｙ），ｍｂｃ（０，ｙ），及びｍｃa（０，ｙ）を連立させて解くことにより、第１乃至第３測定面Ａ〜Ｃの１ラインの断面形状ａ（０，ｙａ），ｂ（０，ｙｂ），ｃ（０，ｙｃ）を求めることができる。
【０００９】
上記方法では、被測定面の１ライン上の形状が計測可能であるが、特許文献１に開示されたように、被測定面を光軸上に回転させて、測定を行うことにより、被測定面の面全体の形状を計測することも可能である。
【非特許文献１】Precise Measurement of Planeness §.3.B.1(G.Schulz and J.schwider, Applied Optics, Vol.6 No.6(1967)1077)
【特許文献１】特開平１１−３７７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の３面合わせ法においては、いずれの場合であっても、全工程の終了までに、被測定面の調整及び干渉縞の計測を３通りの組で少なくとも１回ずつ行う必要があり、このため、測定に長時間を要すると共に、調整に高度の技能が必要とされ、熟練者でなければ容易に計測を行うことができなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、熟練者でなくとも容易に計測が行えるように、被測定板の調整回数を低減させるとともに、参照面の再配置を容易にすることができる表面形状測定装置及びその方法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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る表面形状測定装置は、３面合わせ法を用いて被測定面の絶対形状を測定する表面形状測定装置であって、光軸と直交する位置に固定された第１参照面と、前記光軸と直交するとともに前記第１参照面と対向する位置に固定された第２参照面と、前記第１参照面及び前記第２参照面に対して前記光軸を中心として光を対向する向きに照射して、該反射光を計測する干渉計と、前記第１参照面と前記第２参照面の間に、前記光軸と直交して配置された前記被測定面を設置可能な光を遮光する遮光材からなる設置台と、前記設置台を反転させるとともに前記設置台に設置された前記被測定面を前記第１参照面或いは前記第２参照面のいずれか一方に正対するように配置可能な第１駆動機構と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る表面形状測定装置によれば、同一の光軸を中心として進行する光の一方は、一方の参照面により反射されると共に透過して被測定面により反射され、これら一方の参照面及び被測定面による反射光を計測部により受光して一方の参照面及び被測定面からの光路差から生じる干渉縞、すなわち、一方の参照面と被測定面との間の相対的形状を測定することが可能となる。また、設置台を反転させ、同様の操作をすることにより、他方の参照板と被測定面との間の干渉縞、すなわち、相対的形状を容易に測定することが可能となる。そして、これら第１参照面と第２参照面及び被測定面との間の相対的形状に基づき、被測定面の表面形状を測定することが可能である。
【００１４】
また、前記設置台を前記光軸から離間する位置に移動可能である第２駆動機構と、前記光軸上であって前記第１参照面或いは前記第２参照面の前記一対の干渉計側のいずれか一方に配置され、前記光路を遮光可能な位置に移動可能である光を遮光する遮光材からなる遮光部と、を備えることが好ましい。このように第２駆動機構と、遮光部とを備えることにより、被測定面を光軸から離間させ、対向して進行する光の一方を遮光部により遮光できるので、一対の参照板の相対的形状が不明である場合であっても、その相対的形状を測定することができる。
【００１５】
さらには、前記被測定面を前記光軸中心に回動可能とする第３駆動機構を備えることが好ましい。このように第３駆動機構を備えることにより、被測定面を光軸中心に回転させながら、測定することができるので、１ライン上の断面形状だけではなく、２次元的に表面形状を測定することが可能となる。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る表面形状測定方法は、光軸に直交する位置に第１参照面を固定するステップと、前記第１参照面と対向する位置に第２参照面を固定するステップと、前記第１参照面及び前記第２参照面に対して前記光軸を中心として光を対向する向きに照射して、該反射光を計測する干渉計を配置するステップと、前記第１参照面と前記第２参照面の間に、前記光軸と直交して配置された前記被測定面を設置可能な光を遮光する遮光材からなる設置台を配置するステップと、前記設置台を反転させるとともに前記設置台に設置された前記被測定面を前記第１参照面或いは前記第２参照面のいずれか一方に正対するように配置するステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係る表面形状測定装置及びその方法によれば、被測定板の調整回数を低減させるとともに、参照面を容易に再配置可能な表面形状測定装置及びその方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
［第１実施形態］  まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の概略構成を説明する。図１は、その第１の測定手順を示す概略側面図であり、図２は、図１のＡ矢視図である。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る表面形状測定装置は、第１干渉計１００と、その第１干渉計１００と対向する位置に配置された第２干渉計２００と、その間に設けられた被測定板３００を設置可能な設置部４００と、を備える。ここで、第１干渉計１００と第２干渉計２００から照射される光は、同一直線上に光軸Ｏを形成するように配置されている。
【００２０】
第１干渉計１００は、光を透過可能な第１参照板１１０と、その第１参照板１１０及び被測定板３００又は第２参照板２１０に光を照射し、それら参照板１１０及び被測定板３００又は第２参照板２１０からの反射光の光路差より形成される干渉縞を検出する第１計測部１２０と、その第１計測部１２０から照射される光を遮断する遮断部１３０と、を備える。
【００２１】
第１参照板１１０は、その中心が光軸Ｏに重なる位置であって、その面が光軸Ｏに直交する位置となるように固定的に配置されている。また、第１参照板１１０の第１参照面１１０ａを後述する第２干渉計２００の第２参照面２１０ａに対向するように配置している。
【００２２】
第１計測部１２０は、光源１２１と、第１レンズ１２２と、ハーフミラー１２３と、第２レンズ１２４と、第３レンズ１２５と、検出部１２６と、表示部１２７とを備えている。
【００２３】
この第１計測部１２０においては、まず、光源１２１から光が発せられ、第１レンズ１２２へと照射される。そして、第１レンズ１２２を透過した光は、ハーフミラー１２３を介し、第２レンズ１２４において、平行光とされ、第１参照板１１０に照射される。一方、第１参照板１１０側から第１計測部１２０に入射された光は、第２レンズ１２４により集光された後、ハーフミラー１２３により反射され、第３レンズ１２５を介し、検出部１２６に入射され検出される。検出された光は、ＣＲＴ等の表示部１２７により表示される。すなわち、この第１計測部１２０を有する第１干渉計１００は、フィゾー型干渉計として機能する。
【００２４】
遮光部１３０は、光を遮光する遮光部材１３１と、遮断部材１３１を計測部１２０から被測定板３００への光路を塞ぐ位置及びその光路を塞ぐことのない位置に移動可能とする遮光部材駆動機構１３２とを備える。この遮光部材駆動機構１３２は、光路を完全に塞ぐ位置、或いは塞ぐことのない位置に遮光部材１３１を移動可能であれば良く、その駆動方式は、パルスモータ等の電子的駆動、或いは、手動による駆動のどちらであってもよい。したがって、この遮光部材１３１の駆動方向は、図１に示すＭ３方向となる。
【００２５】
第２干渉計２００は、光を透過する材料からなる第２参照板２１０と、その第２参照板２１０及び被測定板３００又は第１参照面１１０に光を照射し、それら参照板２１０及び被測定板３００又は第１参照部１１０からの反射光の光路の差より形成される干渉縞を検出する第２計測部２２０と、を備える。
【００２６】
第２参照板２１０は、その中心が光軸Ｏに重なる位置であって、その面が光軸Ｏに直交する位置となるように固定的に配置されている。また、第２参照板２１０の第２参照面２１０ａは、第１参照板１１０の第１参照面１１０ａに対向して配置している。
【００２７】
第２計測部２２０は、第１計測部１１０と同様の構成をとっている。すなわち、第２計測部２２０は、光源２２１と、第１レンズ２２２と、ハーフミラー２２３と、第２レンズ２２４と、第３レンズ２２５と、検出部２２６と、表示部２２７と、を備える。
【００２８】
この第２計測部２２０においては、まず、光源２２１から光が発せられ、第１レンズ２２２へと照射される。そして、第１レンズ２２２を透過した光は、ハーフミラー２２３を介し、第２レンズ２２４において、平行光とされ、第１参照板２１０に照射される。一方、第１参照板２１０側から第１計測部２２０に入射された光は、第２レンズ２２４により集光された後、ハーフミラー２２３により反射され、第３レンズ２２５を介し、検出部２２６に入射され検出される。検出された光は、ＣＲＴ等の表示部２２７により表示される。すなわち、この第２計測部２２０を有する第２干渉計２００は、フィゾー型干渉計として機能する。
【００２９】
設置部４００は、被測定板３００を設置可能に構成された不透明或いは、塗装が施された遮光材からなる設置台４１０と、設置台４１０に設置された被測定板３００の被測定面３００ａを参照面１１０ａ，２１０ａに対して反転（図１、符号Ｍ１）させる第１駆動機構４２０と、設置台４１０を第１干渉計１００及び第２干渉計２００により形成された光路を塞ぐ位置、或いは塞ぐことのない位置に移動（図１、符号Ｍ２）可能である第２駆動機構４３０と、を備える。これら第１駆動機構４２０及び第２駆動機構４３０の駆動方式は、パルスモータによる電子制御による駆動、手動による駆動、その他いずれの駆動方式であってもよい。
【００３０】
次に、被測定板３００の被測定面３００ａと、第１参照板１１０の第１参照面１１０ａと、及び第２参照板２１０の第２参照面２１０ａとの配置を説明するため、この表面形状測定装置におけるｘ軸及びｙ軸を定義する。定義するｘ軸は、光軸Ｏに直交する直線であって、上記第２駆動機構４３０の駆動により設置台４１０が光軸Ｏから離れる方向をその正方向とする。また、定義するｙ軸は、光軸Ｏ及びｘ軸に直交する直線であって、設置台４１０から第２駆動機構４３０へ向かう方向を、その正方向とする。
【００３１】
第１参照面１１０ａにおいては、その中心、すなわち光軸Ｏが通過する点を原点とし、その原点で直交する直線をｘ１軸及びｙ１軸と定義する。同様に、第２参照面２１０ａにおいては、光軸Ｏが通過する点を原点とし、その原点で直交する直線をｘ２軸及びｙ２軸と定義する。同様に、被検出面３００ａにおいても、光軸Ｏが通過する点を原点とし、その原点で直交する直線をｘ３軸及びｙ３軸と定義する。
【００３２】
（第１の測定手順）  次に、図１乃至図３を参照して、第１実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を説明する。図３は、第１の測定手順における第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａの位置関係を示す図である。
【００３３】
上述したそれぞれの軸を用いて説明すると、ｙ軸の正方向に、ｙ１軸、ｙ２軸、ｙ３軸の正方向が向き、また、ｘ軸の正方向に、ｘ２軸、ｘ３軸の正方向が向き、ｘ軸の負方向に、ｘ１軸の正方向が向くように、第１参照面１１０ａ、第２参照面２１０ａ、及び被測定面３００ａが配置されている。
【００３４】
まず、第１計測部１２０より照射された光は、第１参照板１１０に入射する。この第１参照板１１０に入射した光の一部は、第１参照面１１０ａにおいて反射される。一方、この第１参照板１１０で反射されることなく透過した光は、被測定板３００の被測定面３００ａにおいて反射される。これら第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａからの反射光は互いに干渉し、第１計測部１２０の検出部１２６に干渉縞を形成する。干渉縞は、表示部１２７上に表示される。
【００３５】
この第１の測定手順において、その測定対象は、第１参照板１１０の第１参照面１１０ａと被測定板３００の被測定面３００ａとの干渉縞である。したがって、上記手順においては、第２干渉計２００は機能させる必要はない。また、光源２２１から光が照射されている場合であっても、その光は、遮光部材からなる設置台４１０により遮光されるので、第１計測部１２０により計測される干渉縞に影響を与えることはない。
【００３６】
したがって、第１の測定手順においては、図３に示すように、第１参照面１１０ａと被測定面３００ａとの１ライン上の両面の相対的形状ｍＡＣ（０，ｙ）が、検出部１２６によって、干渉縞として得られる。
【００３７】
（第２の測定手順）  つづいて、図４乃至図６を参照して、第１実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順を説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順を示す概要側面図であり、図５は、図４のＢ矢視図であり、図６は、図４の第２参照面２１０ａと被測定面３００ａとの位置関係を示す図である。
【００３８】
第２の測定手順が、第１の測定手順と異なる点は、設置台４１０及び被測定板３００の位置関係にある。すなわち、第１駆動機構４２０により、設置台４１０の面を反転させ、設置台４１０を第１参照板１１０側に向くように、被測定板３００を第２参照板２１０側に正対するように配置させる。さらに、第２の測定手順においては、第１干渉計１００の第２レンズ１２４と第１参照板１１０との間に遮光部材１３１が介挿される。
【００３９】
第２の測定手順においては、第２計測部２２０より照射された光は、第２参照板２１０に入射する。この第２参照板２１０に入射された光の一部は第２参照面２１０ａで反射される。一方、この第２参照板２１０において反射されることなく透過した光は、被測定板３００の被測定面３００ａにおいて反射される。これら第２参照面２１０ａ及び被測定面３００ａからの反射光は互いに干渉し、第２計測部２２０の検出部２２６上に干渉縞を形成する。この干渉縞は、表示部２２７上に表示される。
【００４０】
この第２の測定手順において、その測定する対象は、第２参照板２１０の第２参照面２１０ａと被測定板３００の被測定面３００ａとの干渉縞である。したがって、第１干渉計１００は、機能していなくともよい。また、光源１２２から光が照射されている場合であっても、その光束は、遮光部１３０により、遮光されるので、第１計測部１２０からの光が、第２計測部２２０により計測される干渉縞に、影響を与えることはない。また、第２の測定手順において、遮光部材１３１を光路に介挿しなくともよく、第１計測部１２０からの光は、遮光部材からなる設置台４１０により遮光することも可能である。
【００４１】
このように、第２の測定手順においては、図６に示すように、第２参照面２１０ａと被測定面３００ａとの１ライン上の相対的形状ｍＢＣ（０，ｙ）が、検出部２２６によって干渉縞として取得される。
【００４２】
（第３の測定手順）  次に、図７及び図８を参照して、第１実施形態に係る表面形状測定装置の第３の測定手順を説明する。図７は、本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第３の測定手順を示す概略側面図であり、図８は、図７の第１参照板１１０と第２参照板２１０との位置関係を示す図である。
【００４３】
第３の測定手順が、第２の測定手順と異なる点は、第２駆動機構４３０により設置台４１０を光軸Ｏ及び光軸Ｏを中心として形成される光路から離間させて配置させているところにある。
【００４４】
第３の測定手順において、第２計測部２２０から照射された光は、第２参照板２１０に入射する。この第２参照板２１０に入射した光の一部は、第２参照面２１０ａで反射される。一方、第２参照面２１０ａにおいて、反射されることなく透過した光は、第１参照板１１０の第１参照面１１０ａにおいて反射される。これら第２参照面２１０ａ及び第１参照面１１０ａからの反射光は互いに干渉し、第２計測部２２０の検出部２２６上に干渉縞を形成する。この干渉縞は、表示部２２７上に表示される。
【００４５】
この第３の測定手順において、その測定する対象は、第１参照板１１０の第１参照面１１０ａと第２参照板２１０の第２参照面２１０ａとの干渉縞である。したがって、第２干渉計２００が機能していればよく、第１干渉計１００は、機能していなくともよい。また、光源１２１から光が照射されている場合であっても、その光束は、遮光部材１３１により遮光されるので、第１計測部１２０からの光が、第２計測部２２０により計測される干渉縞に、影響を与えることはない。
【００４６】
このように、第３の測定手順においては、図８に示すように、第１参照面１１０ａと第２参照面２１０ａとの１ライン上の両面の相対的形状ｍＡＢ（０，ｙ）が検出部２２６によって、干渉縞として取得される。
【００４７】
上記第１乃至第３の測定手順により、第１参照面１１０ａと被測定面３００ａとの間の相対的形状ｍＡＣ（０，ｙ）、第２参照面２１０ａと被測定面３００ａとの間の相対的形状ｍＢＣ（０，ｙ）、第１参照面１１０ａと第２参照面２１０ａとの間の相対的形状ｍＡＢ（０，ｙ）を連立させて解くことにより、被測定面３００ａの１ライン上の断面形状を求めることが出来る。
【００４８】
以上のように、第１実施形態においては、被測定面３００ａの調整が、第１及び第２の測定手順において１回ずつの合計２回、干渉縞の計測が合計３回必要である。したがって、従来の方法より被測定面３００ａの調整が１回少なくて済む。また、第１及び第２参照面１１０ａ，２１０ａを装置に固定しているため、参照面の取替え及び調整を、測定の際に毎回行う必要はなく、高度の技術を習得した人でなくとも容易に参照面及び被測定面の調整をすることが可能である。したがって、使い勝手が向上し、誤差が発生することなく測定を短時間で行うことができる。さらに、第１及び第２参照面１１０ａ，２１０ａは、装置に固有なので、予め第３の測定を行っておいても良い。あらかじめ第３の測定を行っておけば、干渉縞の計測は、合計２回で良く、従来の方法より１回少ない計測で表面形状を測定することが可能である。
【００４９】
［第２実施形態］  次に、図９及び図１０を参照して、第２実施形態に係る表面形状測定装置の概略構成を説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を示す概略上面図であり、図１０は、図９のＣ矢視図である。図９及び図１０に示すように、第２実施形態に係る表面形状測定装置は、第３干渉計５００と、第１実施形態と同様の構成からなる被測定板３００を設置可能な設置部４００と、を備える。また、第２実施形態における測定手順は、第１実施形態と同様に３つの測定手順によってなされる。
【００５０】
第３干渉計５００は、対向する位置に配置された第１参照板５１０及び第２参照板５２０と、その第１参照板５１０及び被測定板３００に光を照射し、第１参照板５１０及び第２参照板５２０と被測定板３００とからの反射光の光路差より形成される干渉縞を検出する計測部５３０と、その計測部５３０から照射される光を遮光する遮光部５４０と、計測部５３０から照射される光を所定の光路に導く第１乃至第４ミラー５５０〜５８０とを備える。この第１ミラー５５０は、計測部５３０より照射された光の一部（図９においては左半分）を反射する。反射された光は、第３ミラー５７０により反射され、第１参照板５１０の第１参照面５１０ａ、被測定板３００の被測定面３００ａ及び第２参照板５２０の第２参照面５２０ａのいずれか２つの面に導かれる。また、第２ミラー５６０は、第１ミラー５５０で反射されることなく、通過した光の一部（図９においては右半分）を反射する。反射された光は、第４ミラー５８０により反射され、第２参照面５２０ａ、被測定面３００ａ及び第１参照面５１０ａのいずれか２つの面に導かれる。このような構成であることから、一台の第３干渉計５００により、第１実施形態の第１干渉計１００及び第２干渉計２００の動作を実行可能である。
【００５１】
計測部５３０においては、光源５３１から光が照射される。照射された光は、ハーフミラー５３２により反射され、第１レンズ５３３により平行光とされ照射される。一方、第１参照面１１０ａ，第２参照面２１０ａ、或いは、被測定面３００ａにより反射された光は、ハーフミラー５３２を透過し、検出部５３４により受光される。受光された光は、ＣＲＴ等の表示部５３５に表示される。
【００５２】
遮光部５４０は、光を遮光する遮光部材５４１と、その遮光部材５４１を第１ミラー５５０と第２ミラー５７０との間における光軸上に介挿可能とする遮光部材駆動機構５４２とを備える。
【００５３】
このように構成された第２実施形態に係る表面形状測定装置においても、第１実施形態と同様にｘ軸及びｙ軸を定義する。すなわち、定義するｘ軸は、第１実施形態と同様に光軸Ｏに直交し、上記第２駆動機構４３０の駆動により設置台４１０が光軸から離れる方向をその正方向とする。定義するｙ軸は、光軸Ｏ及びｘ軸に直交し、設置台４１０から第２駆動機構４３０へ向かう方向を、その正方向とする。そして、第１参照板５１０及び第２参照板５２０は、それぞれ光軸Ｏをその中心とし、第１参照面５１０ａと第２参照面５２０ａが正対するように配置されている。ここで、配置した第１及び第２参照面５１０ａ，５２０ａ上のｙ軸方向をｙ１軸及びｙ２軸とし、第１参照面５１０ａ及び第２参照面５２０ａの中心を通り、そのｙ１軸及びｙ２軸に直交する軸をｘ１軸及びｘ２軸とする。
【００５４】
このような第２実施形態に係る表面形状測定装置において、第１乃至第３の測定手順は、第１実施形態と同様である。すなわち、計測部５３０より照射された光は、第１ミラー５５０及び第３ミラー５７０により反射され、第１参照板５１０に照射される。照射された光の一部は、第１参照面５１０ａにおいて反射され、また、光の一部は、第１参照板５１０を透過し、被測定面３００ａにおいて反射される。第１参照板５１０ａ及び被測定面３００ａにおいて、それぞれ反射された光は、第３ミラー５７０及び第１ミラー５５０を介し、計測計５３０の検出部５３４の右側半面５３４ａにおいて検出される。
【００５５】
ここで、計測部５３０より照射された光の一部は、第２ミラー５６０及び第４ミラー５８０を介して、第２参照板５２０に照射される。しかしながら、第２参照板５２０を透過した光は、遮光部材よりなる設置台４１０により遮光されるので、検出部５３４の右側半面５３４ｂに受光される光に影響を及ぼすことはない。
【００５６】
また、第２実施形態の第２の測定手順は、第１実施形態の第２の測定手順と同様に、第１駆動機構４２０により設置台４１０を反転させ、遮光部材５４１を光路に挿入させて、測定を行う。この場合、干渉縞は検出部５３４の左側半分５３４ｂにおいて受光される。また、第２実施形態の第３の測定手順は、第１実施形態の第３の測定手順と同様であって、第２駆動機構４３０により光軸Ｏから被測定板３００を離間するように移動させて、測定を行う。そして、第２実施形態においても、第１参照面１１０ａと被測定面３００ａとの間の相対的形状ｍＡＣ（０，ｙ）、第２参照面２１０ａと被測定面３００ａとの間の相対的形状ｍＢＣ（０，ｙ）、第１参照面１１０ａと第２参照面２１０ａとの間の相対的形状ｍＡＢ（０，ｙ）が得られ、これらを連立させて解くことにより、被測定面３００ａの１ラインの面形状を求めることが出来る。
【００５７】
また、第２実施形態に係る表面形状測定装置であれば、従来の方法よりも、少ない回数で測定を行うことが可能であり、さらには、第１実施形態と比較して、光源及び検出部が１個ずつで済むため、装置が安価であるという利点がある。
【００５８】
［第３実施形態］  次に、図１１及び図１２を参照して、第３実施形態に係る表面形状測定装置の概略構成を説明する。図１１は、本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を示す概略側面図であり、図１２は、図１１のＤ矢視図である。図１１及び図１２に示すように、第３実施形態に係る表面形状測定装置は、第１干渉計１００’及び第２干渉計２００’と、その間に設けられた被測定板３００を設置可能な設置部４００’と、を備える。この第３実施形態は、第１及び第２実施形態とは異なり、第１〜第５測定手順を実行するものである。それら、第１〜第５測定手順を実行することによって、第１及び第２実施形態のように１ラインの表面形状ではなく、面全体に亘る２次元の表面形状を検出可能とするものである。
【００５９】
第１干渉計１００’及び第２干渉計２００’が、第１実施形態と異なる箇所は、第１干渉計１００’が、遮光部を備えておらず、第２干渉計２００’が、遮光部２３０を備えるところにある。
【００６０】
設置部４００’は、設置台４１０上に第３駆動機構４４０を備える。この第３駆動機構４４０上には、被測定板３００を設置可能であり、第３駆動機構４４０は、光軸Ｏに直交する被測定面３００ａを光軸Ｏ中心に回転可能に構成されている。その他の構成は、第１実施形態と同一である。なお、この第３駆動機構４４０は、光軸Ｏ中心に回転可能であれば良く、その駆動方式は、パルスモータによる電子制御による駆動、手動による駆動、その他いずれの駆動方式であってもよい。  
【００６１】
（第１の測定手順）  次に、図１１乃至図１３を参照して、第３実施形態に係る表面形状装置の第１の測定手順を説明する。第１の測定手順においては、第１実施形態の第１の測定手順と同様にｘ軸，ｙ軸を定義し、第１参照面１１０ａ，第２参照面２１０ａ及び被測定面３００ａを第１実施形態の第１の測定手順と同様に配置する。まず、光源２２１からの光束は第１レンズ２２２により集光され、ハーフミラー２２３を透過した後、第２レンズ２２４において平行光とされ、第２参照板２１０に入射する。この第２参照板２１０に入射した光の一部は第２参照面２１０ａにより反射される。一方、この第２参照板２１０を透過した光は被測定板３００の被測定面３００ａにおいて反射される。これら第２参照面２１０ａ及び被測定面３００ａから反射した両光束は互いに干渉し、第２レンズ２２４により集光された後、ハーフミラー２２３で反射され、第３レンズ２２５で集光されて検出部２２６上に干渉縞画像を形成する。この干渉縞画像は、表示部２２７上に表示される。
【００６２】
この第１の測定手順において、その測定する対象は、第２参照板２１０の第２参照面２１０ａと被測定板３００の被測定面３００ａとの干渉縞である。したがって、第１干渉計１００は、機能していなくともよい。また、光源１２２から光が照射されている場合であっても、その光束は、遮光部材からなる設置台４１０により遮光されるので、第２計測部２２０により計測される干渉縞に、光源１２１からの光が影響を与えることはない。
【００６３】
したがって、第１の測定手順においては、図１３に示すように、第２参照面２１０ａと被測定面３００ａとの相対的形状ｍ２（ｘ，ｙ）が、検出部１２１によって、干渉縞として取得される。
【００６４】
（第２の測定手順）  次に、図１４乃至図１６を参照して、第３実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順を説明する。図１４は、本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順を示す概略側面図であり、図１５は、図１４のＥ矢視図であり、図１６は、図１４の第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａの拡大図である。
【００６５】
第２の測定手順が、第１の測定手順と異なる点は、設置台４１０と被測定板３００との位置関係である。すなわち、第１駆動機構４２０により、設置台４１０を参照面１１０，２１０に対して反転させ、設置台４１０を第２干渉計２００’側に、被測定板３００を第１干渉計１００’側に配置させる。
【００６６】
このような第２の測定手順において、第１計測部１００より照射された光は、第１参照板１１０に入射する。この第１参照板１１０に入射した光の一部は第１参照面１１０ａで反射される。一方、第１参照面１１０ａで反射されることなく第１参照板１１０を透過した光は、被測定板３００の被測定面３００ａにおいて反射される。これら第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａの表面からの反射光は、互いに干渉し、第１計測部１２０の検出部１２６により干渉縞として検出される。
【００６７】
この第２の測定手順において、その測定する対象は、第１参照板１１０の第１参照面１１０ａと被測定板３００の被測定面３００ａとの干渉縞である。したがって、第２干渉計２００は、機能していなくともよい。また、光源２２１から光が照射されている場合であっても、その光は、遮光部材２３１により遮光されるので、第１計測部１２０からの光が、第２計測部２２０により計測される干渉縞に、影響を与えることはない。また、第２の測定手順においては、遮光部材２３１を光軸Ｏに介挿しなくともよく、第１計測部１２０からの光を遮光部材からなる設置台４１０により遮光することも可能である。
【００６８】
したがって、第２の測定手順においては、図１６に示すように、第１参照面１１０ａと被測定面３００ａとの相対的形状ｍ３（ｘ，ｙ）が、検出部２２６によって、干渉縞として取得される。
【００６９】
（第３の測定手順）  次に、図１７に示すように、第３駆動機構４４０により被測定面３００ａを光軸Ｏ周りに回転させ、図１６に示した状態から被測定面３００ａをｘ３軸の正方向がｙ軸の正方向と同じ向きとなるように、９０°回転した位置とする。ここで、第１参照面１１０ａと被測定面３００ａとの相対的形状ｍ４（ｘ，ｙ）が、検出部２２６によって、干渉縞として取得される。
【００７０】
（第４の測定手順）  つづいて、図１８に示すように、被測定面３００ａを第３の測定手順において回転させた方向と逆方向に９０°回転させ、さらに、第２駆動機構４３０によりｘ軸正方向にΔｘ移動させる。ここで、第１計測部１２０により、第１参照面１１０ａと被測定面３００ａとの相対的形状ｍ５（ｘ，ｙ）が、検出部１２６によって、干渉縞として取得される。
【００７１】
（第５の測定手順）  そして、図１９に示すように、第２駆動機構４３０により設置台４１０を光軸Ｏから離間させて配置させる。
【００７２】
このような第５の測定手順においては、第１計測部１２０より照射された光は、第１参照板１１０に入射する。この第１参照板１１０に入射した光の一部は第１参照面１１０ａで反射される。一方、第１参照面１１０ａにおいて反射されることなく、この第１参照板１１０を透過した光は、第２参照板２１０の第２参照面２１０ａにおいて反射される。これら第２参照面２１０ａ及び第１参照面１１０ａの表面からの反射光は、互いに干渉し、第１計測部１２０の検出部１２６により干渉縞として検出される。
【００７３】
この第５の測定手順において、その測定する対象は、第２参照板２１０の第２参照面２１０ａと第１参照板１１０の第１参照面１１０ａとの干渉縞である。したがって、第１干渉計１００は、機能していなくともよい。また、光源１２２から光が照射されている場合であっても、その光束は、遮光部材２３１により射光されるので、第１計測部１２０からの光が、第２計測部２２０により計測される干渉縞に、影響を与えることはない。
【００７４】
したがって、第５の測定手順においては、図２０に示すように、第１参照面１１０ａと第２参照面２１０ａとの相対的形状ｍ１（ｘ，ｙ）が、検出部１２６によって、干渉縞として取得される。
【００７５】
そして、第１参照面１１０ａ, 第２参照面２１０ａの相対姿勢に関する係数を規定することにより、上記により得られたｍ１（ｘ，ｙ）〜ｍ５（ｘ，ｙ）の連立方程式を解いて、結合係数を求めることができる。求めた結合係数を用いて、被測定面３００ａの表面形状を算出することが出来る。
【００７６】
このように第３実施形態では、被測定面３００ａの調整が、第１の測定手順及び第２の測定手順で１回ずつ合計２回、干渉縞の計測が合計５回必要である。したがって、従来の方法より被検出面の調整が１回少なくて済む。また、参照面は装置に固定しているため、参照面の取替え及び調整を測定の際に毎回行う必要が無い。測定の際には参照面の取替え及び調整が不要であり、使い勝手が向上し、誤差が発生することなく測定を短時間で行うことができる。また、参照面は、装置に固有なので、あらかじめ第５の測定手順を行っておいても良い。あらかじめ第５の測定手順を行っておけば、干渉縞の計測も合計４回で良く、さらに、従来の方法より１回少なくて済む。
【００７７】
［第４実施形態］  次に、図２１及び図２２を参照して、第４実施形態に係る表面形状測定装置の概略構成を説明する。図２１は、本発明の第４実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を示す概略上面図であり、図２２は、図２１のＦ矢視図である。図２１及び図２２に示すように、第４実施形態に係る平面度測定装置は、第２実施形態と略同様の第３干渉計５００’と、その間に設けられた第３実施形態と同様の設置部４００と、を備える。なお、上記実施形態において、その構成及び測定手順を記述したので、その詳しい説明は省略する。第３干渉計５００’が、第２実施形態に係る第３干渉計５００と異なる箇所は、遮光部５４０を第２及び第４ミラー５６０，５８０の間に介挿可能に配置した箇所である。
【００７８】
すなわち、第４実施形態の光路は、第２実施形態と同様であり、その測定手順は、第３実施形態に係る第１参照面１１０ａ、第２参照面２１０ａ、及び被測定面３００ａの測定手順と同様である。したがって、第３実施形態と比較し、光源及び検出部が１個ずつで済むため、装置が安価であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を示す概略側面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順における第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａの位置関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順を示す概略側面図である。
【図５】図４のＢ矢視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順における第２参照面２１０ａ及び第３参照面３００ａの位置関係を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第３の測定手順を示す概略側面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る表面形状測定装置の第３の測定手順における第１参照面１１０ａ及び第２参照面２１０ａの位置関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を示す概略上面である。
【図１０】図９のＣ矢視図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を示す概略側面図である。
【図１２】図１１のＤ矢視図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順における第２参照面２１０ａ及び被測定面３００ａの位置関係を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順を示す概略側面図である。
【図１５】図１４のＥ矢視図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第２の測定手順における第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａの位置関係を示す図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第３の測定手順における第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａの位置関係を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第４の測定手順における第１参照面１１０ａ及び被測定面３００ａの位置関係を示す図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第５の測定手順を示す概略側面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態に係る表面形状測定装置の第５の測定手順における第１参照面１１０ａ及び第２参照面２１０ａの位置関係を示す図である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る表面形状測定装置の第１の測定手順を示す概略上面図である。
【図２２】図１９のＦ矢視図である。
【図２３】従来の３面合わせ法を用いた表面形状測定装置の概要図である。
【図２４】従来の３面合わせ法の概略を説明する図である。
【図２５】従来の３面合わせ法の概略を説明する図である。
【図２６】従来の３面合わせ法の概略を説明する図である。
【符号の説明】
【００８０】
１００，１００’…第１干渉計、１１０…第１参照板、１１０ａ…第１参照面、１２０…第１計測部、１２１…光源、１２２…第１レンズ、１２３…ハーフミラー、１２４…第２レンズ、１２５…第３レンズ、１２６…検出部、１２７…表示部、１３０，２３０…遮光部、１３１，２３１…遮光部材、１３２，２３２…遮光部材駆動機構、２００，２００’…第２干渉計、２１０…第２参照板、２１０ａ…第２参照面、２２０…第２計測部、２２１…光源、２２２…第１レンズ、２２３…ハーフミラー、２２４…第２レンズ、２２５…第３レンズ、２２６…検出部、２２７…表示部、３００…被測定板、４００，４００’…設置部、４１０…設置台、４２０…第１駆動機構、４３０…第２駆動機構、４４０…第３駆動機構、５００，５００’…第３干渉計、５１０…第１参照板、５２０…第２参照板、５３０…計測部、５３１…光源、５３２…ハーフミラー、５３３…第１レンズ、５３４…検出部、５３５…表示部、５４０…遮光部、５４１…遮光部材、５４２…遮光部材駆動機構、５５０…第１ミラー、５６０…第２ミラー、５７０…第３ミラー、５８０…第４ミラー。
【図１】
2007139533.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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