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JP3041063B2 - Method and apparatus for measuring toroidal surface - Google Patents
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JP3041063B2 - Method and apparatus for measuring toroidal surface - Google Patents

Method and apparatus for measuring toroidal surface

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JP3041063B2
JP3041063B2 JP3048592A JP4859291A JP3041063B2 JP 3041063 B2 JP3041063 B2 JP 3041063B2 JP 3048592 A JP3048592 A JP 3048592A JP 4859291 A JP4859291 A JP 4859291A JP 3041063 B2 JP3041063 B2 JP 3041063B2
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measuring
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光の干渉作用を用いてト
ロイダル面の状態を測定する場合、参照面と被測定面の
位置決めをする方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for positioning a reference surface and a surface to be measured when measuring the state of a toroidal surface using the interference of light.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザビームプリンタやレーザファクシ
ミリ等に用いられる光走査光学系は、一般にポリゴンミ
ラーの面倒れ補正を行うために、シリンドリカルレンズ
やトロイダルレンズ等を用いたアナモフィックな光学系
で構成される。なお、シリンドリカル面は、トロイダル
面において一方の曲率半径が無限大の場合と考えること
ができるので、本明細書においてトロイダル面という場
合は特に区別しない限りシリンドリカル面も含むものと
する。
2. Description of the Related Art An optical scanning optical system used for a laser beam printer, a laser facsimile, or the like is generally constituted by an anamorphic optical system using a cylindrical lens, a toroidal lens, or the like, in order to correct a tilt of a polygon mirror. . Note that the cylindrical surface can be considered to be a case where one of the radii of curvature is infinite on the toroidal surface. Therefore, in this specification, the toroidal surface includes the cylindrical surface unless otherwise specified.

【0003】これらのレンズは、感光体上の形成ドット
の高密度化や均一化の要求から、0.1μm程度の面精度
が必要とされる。こうした背景から、トロイダル面を波
長λ以下の高精度で測定する必要が生じている。
[0003] These lenses are required to have a surface precision of about 0.1 µm in order to increase the density and uniformity of dots formed on the photosensitive member. From such a background, it is necessary to measure the toroidal surface with a high accuracy of the wavelength λ or less.

【0004】一般に、面を高精度で測定するものとして
は、レーザ干渉計が広く知られているが、この干渉計
は、平面または球面の測定はできるが、トロイダル面等
のように、面内の直交する主径線の曲率中心が異なる曲
面については測定できない。
In general, a laser interferometer is widely known as a device for measuring a surface with high precision. This interferometer can measure a flat surface or a spherical surface, but can measure an in-plane surface such as a toroidal surface. Cannot be measured for curved surfaces having different centers of curvature of orthogonal main diameter lines.

【0005】そのため、従来このようなトロイダル面を
高精度に測定する方法としては、(a) ダイヤモンドやル
ビー等の接触針を被測定面に当接して走査させる「接触
針方式」や、(b) 光を微小スポットとして被測定面に照
射し、このスポットを被測定面全体に走査させる「光プ
ローブ方式」等があった。
[0005] Therefore, conventionally, methods for measuring such toroidal surfaces with high accuracy include (a) a "contact needle method" in which a contact needle such as diamond or ruby is brought into contact with a surface to be measured and scanned, or (b) ) There is an "optical probe method" or the like in which light is irradiated on a surface to be measured as a minute spot and the spot is scanned over the entire surface to be measured.

【0006】しかし、(a) の「接触針方式」では、硬い
針を被測定面に当接させるので、被測定面を傷付けた
り、汚したりするという問題があった。また、(b) の
「光プローブ方式」では、被測定面を傷付けたり、汚し
たりするという問題はないが、点で被測定面を走査して
いくために、測定に長時間かかるという問題があった。
However, in the "contact needle method" of (a), since a hard needle is brought into contact with the surface to be measured, there is a problem that the surface to be measured is damaged or stained. In the optical probe method (b), there is no problem that the surface to be measured is damaged or stained, but it takes a long time to measure because the surface to be measured is scanned at points. there were.

【0007】この問題を解決するものとして、出願人は
特願平2−126659号において、図7(a) ,(b) に
示すようなトロイダル面測定装置を提案している。
In order to solve this problem, the applicant has proposed a toroidal surface measuring apparatus as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) in Japanese Patent Application No. 2-126649.

【0008】上記の図7(a) ,(b) において、1は光源
で、可干渉性の高いガスレーザまたは半導体レーザ等が
使用される。2a,2bはビームエクスパンダで、光源
1等からの狭い光束を適当な大きさに拡げるためのもの
である。3は空間フィルタで、迷光や反射光等の不要な
光をカットする。4は光アイソレータでビームスプリッ
タ4aとλ/4板4bとで構成されている。ビームエク
スパンダ2a,2bで拡大された光束は、対物レンズ6
を経て、被検体7の被測定面としてのトロイダル面7a
に達する。このトロイダル面7aは、頂点で直交する主
径線AB,CDを有するが、このうち一方の主径線CD
を母線とし、これを他方の主径線ABに沿って回転して
形成したもので、以後主径線CDの方をG主径線、AB
の方をR主径線ということにする。
In FIGS. 7A and 7B, reference numeral 1 denotes a light source, and a gas laser or a semiconductor laser having high coherence is used. Reference numerals 2a and 2b denote beam expanders for expanding a narrow light beam from the light source 1 or the like to an appropriate size. Reference numeral 3 denotes a spatial filter that cuts off unnecessary light such as stray light and reflected light. Reference numeral 4 denotes an optical isolator, which includes a beam splitter 4a and a λ / 4 plate 4b. The luminous flux expanded by the beam expanders 2a and 2b is
Through the toroidal surface 7a as the measured surface of the subject 7
Reach The toroidal surface 7a has main diameter lines AB and CD orthogonal to each other at the apex.
Is formed by rotating along the other main diameter line AB, and the main diameter line CD is hereinafter referred to as the G main diameter line, AB
Is referred to as an R main diameter wire.

【0009】対物レンズ6の最終面は、半透鏡としての
参照面6aとなっており、予め決められた曲率半径の球
面として形成されている。即ち参照面6aの曲率中心
は、トロイダル面7aのG主径線(CD)の仕上がり曲
率中心とほぼ一致する位置に配置される。また、参照面
6a又はトロイダル面7aはX−Z断面内で若干シフト
及び/又はチルト可能に配置される。そして、この参照
面6aで対物レンズ6に入射する光の一部が反射され、
残りが透過してトロイダル面7aを照射する。
The final surface of the objective lens 6 is a reference surface 6a as a semi-transparent mirror, and is formed as a spherical surface having a predetermined radius of curvature. That is, the center of curvature of the reference surface 6a is disposed at a position substantially coincident with the finished center of curvature of the G main diameter line (CD) of the toroidal surface 7a. Further, the reference surface 6a or the toroidal surface 7a is arranged so as to be able to slightly shift and / or tilt in the XZ section. Then, a part of the light incident on the objective lens 6 is reflected by the reference surface 6a,
The rest transmits and irradiates the toroidal surface 7a.

【0010】8は被測定物7を固定する回転台で、トロ
イダル面7aのR主径線(AB)の曲率中心と一致した
回転軸を有し、図示しないDCサーボモータやステッピ
ングモータ等によって駆動され、参照面6aを通過した
可干渉光が被測定面であるトロイダル面7a上をR主径
線に沿って走査可能になっている。また、回転台8は、
光軸方向にシフト可能で、回転台8の回転中心と参照面
6aの曲率中心とを一致させることができるようになっ
ている。なお、この光軸方向のシフトは、参照面6aな
いし対物レンズ6の方で行ってもよい。
Reference numeral 8 denotes a turntable for fixing the object 7 to be measured, which has a rotation axis coinciding with the center of curvature of the R main diameter line (AB) of the toroidal surface 7a, and is driven by a DC servo motor, a stepping motor or the like (not shown). The coherent light that has passed through the reference surface 6a can scan the toroidal surface 7a, which is the surface to be measured, along the R main diameter line. In addition, the turntable 8
It is possible to shift in the optical axis direction so that the center of rotation of the turntable 8 and the center of curvature of the reference surface 6a can be matched. The shift in the optical axis direction may be performed on the reference surface 6a or the objective lens 6.

【0011】参照面6aで反射された参照光、およびト
ロイダル面7aで反射された被検光は、共に来た光路を
戻り重畳される。そして、光アイソレータ4まで戻って
くると、λ/4板4bおよびビームスプリッタ4aの作
用により、ビームスプリッタ4aの反射面4cで全て反
射され、集束レンズ9を経てイメージセンサ10に達す
る。
The reference light reflected by the reference surface 6a and the test light reflected by the toroidal surface 7a return along the optical path that came together and are superimposed. Then, when returning to the optical isolator 4, all of the light is reflected by the reflection surface 4c of the beam splitter 4a by the action of the λ / 4 plate 4b and the beam splitter 4a, and reaches the image sensor 10 via the focusing lens 9.

【0012】ところで、参照面6aは通常は球面であ
り、被測定面はトロイダル面7aであるから、両面がほ
ぼ平行と見なせるG主径線に平行な細長い矩形状の測定
部分について干渉を生じる。
Incidentally, since the reference surface 6a is usually a spherical surface and the surface to be measured is the toroidal surface 7a, interference occurs in an elongated rectangular measurement portion parallel to the G main diameter line whose both surfaces can be regarded as substantially parallel.

【0013】したがって、対物レンズ6および集束レン
ズ9を光軸方向に移動させることによって、図8に示す
ようにイメージセンサ10上に測定部分11′の干渉縞
の像11を結像することができる。
Therefore, by moving the objective lens 6 and the focusing lens 9 in the optical axis direction, an image 11 of the interference fringe of the measurement portion 11 'can be formed on the image sensor 10 as shown in FIG. .

【0014】さらに、回転台8を、R主径線に沿って回
動することによって、トロイダル面7a全体についての
面形状及び面の粗さや面のうねりといった面精度の観測
ができ、イメージセンサの出力から面精度に関する計測
データを得ることができる。
Further, by rotating the turntable 8 along the R main diameter line, it is possible to observe the surface shape of the entire toroidal surface 7a and surface accuracy such as surface roughness and surface undulation. Measurement data relating to surface accuracy can be obtained from the output.

【0015】なお、上記の例はフィゾー型干渉計である
が、その他の干渉計、たとえば、マイケルソン干渉計等
であっても同様に適用できるものである。
Although the above example is a Fizeau interferometer, other interferometers such as a Michelson interferometer can be similarly applied.

【0016】上記の干渉系で観測した場合、面精度、面
形状に全く狂いのない理想的なトロイダル面が、参照面
に対して理想的な位置にあれば、参照光の波面を基準と
した被検光の波面は平面になる。
When observed with the above-mentioned interference system, if the ideal toroidal surface without any deviation in surface accuracy and surface shape is located at an ideal position with respect to the reference surface, the wavefront of the reference light is used as a reference. The wavefront of the test light is flat.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の測定方
法や、前述した光プローブ方式による測定にあっては、
被測定面としてのトロイダル面7aのセッティッグが理
想位置からずれていると、面精度測定に大きな誤差を生
じてしまう。
However, in the above-described measurement method and the measurement by the optical probe method described above,
If the setting of the toroidal surface 7a as the surface to be measured deviates from the ideal position, a large error occurs in the surface accuracy measurement.

【0018】トロイダル面7aが、理想位置からずれて
いる場合、そのずれを、x方向シフト、y方向シフト、
z方向シフト、x軸まわりの回転(以下「αチルト」と
いう)、y軸まわりの回転(以下「βチルト」とい
う)、z軸まわりの回転(以下「γチルト」という)に
分けて考える。
When the toroidal surface 7a is shifted from the ideal position, the shift is determined by shifting in the x direction, shifting in the y direction,
A shift in the z direction, rotation around the x axis (hereinafter referred to as “α tilt”), rotation around the y axis (hereinafter referred to as “β tilt”), and rotation around the z axis (hereinafter referred to as “γ tilt”) are considered separately.

【0019】すると、上記の各シフト、チルトにより理
想トロイダル面に対する被検光の波面の形状は図9に示
すように変化する。
Then, the shape of the wavefront of the test light with respect to the ideal toroidal surface changes as shown in FIG. 9 due to the above-described shifts and tilts.

【0020】図9(a) は、x方向シフトが生じた場合を
示し、波面はx方向にチルト(βチルト)している。
FIG. 9A shows a case where a shift has occurred in the x direction, and the wavefront is tilted (β tilt) in the x direction.

【0021】図9(b) は、y方向シフト、又はαチルト
が生じた場合を示し、波面はy方向にチルト(αチル
ト)すると共に、x方向に曲率を有する。
FIG. 9B shows a case where a shift in the y direction or α tilt occurs. The wavefront tilts in the y direction (α tilt) and has a curvature in the x direction.

【0022】図9(c) は、z方向シフト(光軸方向のず
れ)が生じた場合を示し、波面はx方向及びy方向にそ
れぞれデフォーカスを生じ、トロイダル面の波面とな
る。
FIG. 9C shows a case where a shift in the z direction (shift in the optical axis direction) occurs, and the wavefront is defocused in the x direction and the y direction, and becomes a toroidal wavefront.

【0023】図9(d) は、βチルトが生じた場合を示
し、波面はβチルトすると共に、y方向に曲率を有す
る。
FIG. 9D shows a case where β tilt occurs. The wavefront has β tilt and has a curvature in the y direction.

【0024】図9(e) は、γチルトが起きた場合を示
し、波面は45゜方向の非点収差を生じている。
FIG. 9E shows a case where a γ tilt has occurred, and the wavefront has astigmatism in the 45 ° direction.

【0025】図9(f) は、回転台8全体がzシフト(光
軸方向のずれ)を生じた場合を示す。この場合の波面
は、x方向に曲率を有するシリンダ波面となる。
FIG. 9F shows a case where the entire turntable 8 has a z-shift (shift in the optical axis direction). The wavefront in this case is a cylinder wavefront having a curvature in the x direction.

【0026】すなわち、被測定面が理想位置からシフト
またはチルトをしている場合、面全体から得られる計測
データは、上記のようなセッティング誤差を含んでいる
こととなる。
That is, when the surface to be measured is shifted or tilted from the ideal position, the measurement data obtained from the entire surface includes the above setting error.

【0027】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、セッティング誤差を少なくするトロイダ
ル面の測定方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and has as its object to provide a method for measuring a toroidal surface that reduces a setting error.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する方法において、
被測定面となるトロイダル面上の直交する主径線の何れ
か一方と平行な測定部分について干渉縞を作り、該測定
部分を他方の主径線と平行に走査して面全体についての
計測データW(x,y)を得、収差関数Snと、
In order to achieve the above object, the present invention irradiates coherent light from the same light source to a surface to be measured and a reference surface serving as a reference, and reflects reflected light from both surfaces. In the method of measuring the surface accuracy by making interference fringes by superimposing,
An interference fringe is created for a measurement portion parallel to one of the orthogonal main diameter lines on the toroidal surface to be measured, and the measurement portion is scanned in parallel with the other main diameter line to measure data on the entire surface. W (x, y) is obtained, and an aberration function Sn is obtained,

【数7】 (1)(Equation 7) (1)

【数8】 (2)(Equation 8) (2)

【数9】 (3) とにより収差関数の係数Cnを求め、前記計測デー
タW(x,y)を補正して真の面精度W(x,y)real
を求める構成を採用している。
(Equation 9) (3) A coefficient Cn of the aberration function is obtained from the above, and the measurement data W (x, y) is corrected to obtain a true surface accuracy W (x, y) real.
Is adopted.

【0029】又は、被測定面を、相互に直交するx,
y,z軸方向にシフト及び/又はx,y,z軸周りにチ
ルトして、前記Cnが最小になる位置を求める構成とす
ることが望ましい。
Alternatively, the surfaces to be measured are defined as x,
It is desirable to adopt a configuration in which a position in which the Cn is minimized is obtained by shifting in the y and z axis directions and / or tilting around the x, y and z axes.

【0030】[0030]

【作用】参照面で反射された参照光と、被測定面で反射
された被検光とは、トロイダル面の一方の主径線に沿っ
た測定部分について干渉して干渉縞を形成する。この干
渉縞をトロイダル面の他方の主径線に沿って走査すれ
ば、トロイダル面全体の面データを得ることができる。
The reference light reflected by the reference surface and the test light reflected by the measurement surface interfere with each other on a measurement portion along one main diameter line of the toroidal surface to form interference fringes. By scanning this interference fringe along the other major diameter line of the toroidal surface, surface data of the entire toroidal surface can be obtained.

【0031】このようにして被測定面全体のデータW
(x,y)を得て、
As described above, the data W of the entire surface to be measured is obtained.
(X, y)

【表1】 の如くに各収差関数Snを定義し、[Table 1] Define each aberration function Sn as

【数10】 (1)(Equation 10) (1)

【数11】 (2)[Equation 11] (2)

【数12】 (3) によって収差関数の係数Cnを算出し、各計測デー
タW(x,y)から補正分を差し引いて、それぞれの真
の面精度W(x,y)realを求め、面全体についての面
形状、面精度を知ることができる。
(Equation 12) The coefficient Cn of the aberration function is calculated according to (3), the correction is subtracted from each measurement data W (x, y), and the true surface accuracy W (x, y) real is obtained. Shape and surface accuracy can be known.

【0032】また、駆動手段により、上記被測定面を相
互に直交するx,y,z軸方向にシフトしたり、x,
y,z軸周りにチルトして、前記Cnが最小になる位置
を求め、被測定面が理想位置に近づくようにセッティン
グする。
The driving means shifts the surface to be measured in x, y, and z axis directions orthogonal to each other,
By tilting around the y and z axes, a position where the Cn is minimized is determined, and setting is performed so that the measured surface approaches the ideal position.

【0033】[0033]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。本発明のトロイダル面測定装置を第1図に示す
が、大部分が図7に示す従来例に示したのとほぼ同様で
あり、被検体7をx,y,z軸方向にシフトでき、しか
もx,y,z軸に対してα,β,γチルト可能な6軸の
微動ドライブ装置12を設けた点で相違している。又、
回転台8の下部には、この微動ドライブ装置12の一部
として、回転台8を光軸方向に移動する回転台z軸ドラ
イブ12′を設けているが、これは、回転台8の回転中
心と参照面6aの曲率中心とを一致させるためのもの
で、前述した先願で説明したものと同様のものである。
これらのドライブ装置は、微小な移動ができるように、
例えば、電歪素子等から構成されたものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a toroidal surface measuring apparatus according to the present invention, which is substantially the same as that shown in the conventional example shown in FIG. 7, so that the subject 7 can be shifted in the x, y, and z axis directions. The difference is that a six-axis fine drive unit 12 capable of α, β, and γ tilting with respect to the x, y, and z axes is provided. or,
A turntable z-axis drive 12 ′ for moving the turntable 8 in the optical axis direction is provided below the turntable 8 as a part of the fine movement drive device 12. And the center of curvature of the reference surface 6a, and is the same as that described in the above-mentioned prior application.
These drive units are designed to be able to move
For example, it is composed of an electrostrictive element or the like.

【0034】図2は、本発明の作用を説明するフローチ
ャートである。従来例で説明したように、図1のトロイ
ダル面精度測定装置によって各測定部分11′について
干渉縞を形成し、該干渉縞を主径線ABに沿って走査し
てトロイダル面全体を測定をする。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the present invention. As described in the conventional example, an interference fringe is formed for each measurement portion 11 'by the toroidal surface accuracy measuring device of FIG. 1, and the interference fringe is scanned along the main diameter line AB to measure the entire toroidal surface. .

【0035】この測定結果をイメージセンサ10の出力
として取り出し、トロイダル面全体についての多数の計
測データW(x,y)を得る(S1)。
The measurement result is taken out as the output of the image sensor 10, and a large number of measurement data W (x, y) for the entire toroidal surface is obtained (S1).

【0036】このようにして得られた計測データW
(x,y)は、波面データとして次の演算装置12に入
力される。
The measurement data W thus obtained
(X, y) is input to the next arithmetic unit 12 as wavefront data.

【0037】前述したように、実際には、被測定面7a
が理想的な面ではないことと、被測定面7aの位置が理
想的な位置からずれていることから波面が歪むので、こ
のうち、セッティングずれによる影響を除き、面精度、
面形状を正確に計測しなければならない。演算装置13
は、先ずセッティング誤差の補正を行うか否か判断し
(S2)、補正が不要であれば、そのまま面精度データ
として出力(S6)し、補正が必要な場合は以下の手順
による。
As described above, actually, the measured surface 7a
Is not an ideal surface, and the position of the surface 7a to be measured is displaced from the ideal position, so that the wavefront is distorted.
The surface shape must be measured accurately. Arithmetic unit 13
First, it is determined whether or not the setting error is to be corrected (S2). If the correction is not necessary, it is output as it is as the surface accuracy data (S6). If the correction is necessary, the following procedure is performed.

【0038】本発明は、このセッティングずれに伴う波
面の歪みを表すために、線形独立な収差関数Snという
概念を採用し、次の表に示す式で定義した。
The present invention employs the concept of a linearly independent aberration function Sn in order to express the wavefront distortion due to the setting deviation, and is defined by the equations shown in the following table.

【表2】 [Table 2]

【0039】図3(a) から(g) は、上記の収差関数Sn
で表現される波面形状を示したものである。又、各収差
関数Snで表現できるセッティングずれを上記の表に記
載している。
FIGS. 3A to 3G show the above aberration function Sn
Shows the wavefront shape represented by. In addition, the setting deviation that can be expressed by each aberration function Sn is described in the above table.

【0040】こうした収差関数を導入することにより、
以下の(a) から(f) のセッティングずれに伴う波面の歪
みは、(a) xシフトはS2 で、(b) yシフト及びαシフ
トはS3 及びS8 で、(c) zシフトはS4 及びS5 で、
(d) βチルトはS2 及びS7 で、(e) γチルトはS
6 で、(f) 回転台のzシフトはS4 で、それぞれ表現で
きることとなる。
By introducing such an aberration function,
The wavefront distortion caused by setting the deviation of the following (a) (f), ( a) in x shift S 2, (b) y shift and α shift in S 3 and S 8, (c) z Shift in S 4 and S 5 is,
(d) β tilt is S 2 and S 7 , (e) γ tilt is S
In 6, (f) z shift of the turntable in S 4, the can be respectively represented.

【0041】一般的に上記の収差関数Snを用いると、
真の面精度W(x,y)realは、次式のように表すこと
ができる。
Generally, when the above-mentioned aberration function Sn is used,
The true surface accuracy W (x, y) real can be expressed as the following equation.

【数13】 (1) ここで W(x,y):波面の計測データ Sn :セッティングずれに伴う波面の収差関数 Cn :収差関数の係数 上記の収差関数の係数Cnが未知であるが、この値を求
める方法としては、最小二乗近似を適用する。それには
先ず、(1) 式の両辺を二乗して{W(x,y)real}2
=EとしてこのEを求め(S3)、
(Equation 13) (1) Here, W (x, y): measurement data of the wavefront Sn: aberration function of the wavefront due to setting deviation Cn: coefficient of the aberration function The coefficient Cn of the above-mentioned aberration function is unknown, but a method of obtaining this value , A least squares approximation is applied. First, square both sides of equation (1) to obtain {W (x, y) real} 2
= E is obtained as E = S (S3),

【数14】 (2) さらに、[Equation 14] (2)

【数15】 (3) の条件により、収差関数の各係数C1 からCnを求
め(S4)、式(1) から真の面精度W(x,y)realを
求める(S5)。
(Equation 15) The condition (3), determine the Cn from the coefficients C 1 of the aberration function (S4), the true surface accuracy W (x, y) from Equation (1) determine the real (S5).

【0042】こうして求めた収差関数の係数Cnの値か
ら補正値を求め、計測データW(x,y)を補正し、セ
ッティング誤差によって生じた波面分を差し引いて、真
の面精度W(x,y)realを算出して出力する(S
6)。
The correction value is obtained from the value of the coefficient Cn of the aberration function thus obtained, the measurement data W (x, y) is corrected, and the wavefront generated by the setting error is subtracted to obtain the true surface accuracy W (x, y) Calculate and output real (S
6).

【0043】図4は、上記手順の一例を示すもので、
(a) はイメージセンサ10の出力から得た計測データW
(x,y)により表されたトロイダル面7aの状態を示
す。これには、セッティング誤差が含まれているので、
(b) に示すように、上記の式(1) から式(3) により誤差
分を算出する。そして(c) に示すように、真の面精度W
(x,y)realを求める。
FIG. 4 shows an example of the above procedure.
(a) is the measurement data W obtained from the output of the image sensor 10.
The state of the toroidal surface 7a represented by (x, y) is shown. Since this includes setting errors,
As shown in (b), the error is calculated from the above equations (1) and (3). Then, as shown in (c), the true surface accuracy W
Find (x, y) real.

【0044】図5は、演算装置13の出力によって、微
動ドライブ装置12を制御するブロック図で、この微動
ドライブ装置12には、前述の回転台z軸ドライブ1
2′も併合されている。この回転台z軸ドライブは、回
転台8の回転中心と参照面6aの曲率中心とを一致させ
るものであるから、前述したように対物レンズ6の方に
設ける構成としてもよい。図6は、微動ドライブ装置1
2を制御することによって、セッティング誤差を自動的
に補正する方法を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a block diagram for controlling the fine-movement drive device 12 based on the output of the arithmetic unit 13. The fine-movement drive device 12 includes the rotary table z-axis drive 1 described above.
2 'is also merged. Since the rotary table z-axis drive matches the center of rotation of the rotary table 8 with the center of curvature of the reference surface 6a, it may be provided on the objective lens 6 as described above. FIG. 6 shows a fine movement drive device 1.
6 is a flowchart showing a method for automatically correcting a setting error by controlling the setting of the second setting.

【0045】即ち、上述したようにして収差関数Sn、
及び収差関数の係数Cnを求め、Cnによる影響が、求
められる真の面精度W(x,y)realの精度に対し無視
できない程大きければ、微動ドライブ装置12で被検面
を動かし、Cnの値が十分に小さくなって、面精度への
影響が無視できる程度になるまで繰り返す。
That is, as described above, the aberration function Sn,
And the coefficient Cn of the aberration function is obtained, and if the influence of Cn is not negligible with respect to the required true surface accuracy W (x, y) real, the surface to be inspected is moved by the fine movement drive device 12, and Repeat until the value is sufficiently small and the effect on surface accuracy is negligible.

【0046】この場合、図5に示すように、算出された
Cnの値を、D/A変換器にて電気的なアナログ信号に
変換し、適当なゲインに増幅して、微動ドライブ装置1
2に入力制御することにより、セッティングずれをより
小さく押さえることができるものである。
In this case, as shown in FIG. 5, the calculated value of Cn is converted into an electric analog signal by a D / A converter, and is amplified to an appropriate gain.
By controlling the input to 2, the setting deviation can be suppressed to a smaller extent.

【0047】演算装置13が出力したC2 〜C8 に対応
する出力は、微動ドライブ装置12に入力され、該装置
内のx,y,z方向シフト用及びα,β,γチルト用の
6軸に対応した各軸のドライブが駆動される。
Outputs corresponding to C 2 to C 8 output by the arithmetic unit 13 are input to the fine movement drive unit 12 and are used for shifting in the x, y, and z directions and α, β, and γ tilts in the unit. The drive of each axis corresponding to the axis is driven.

【0048】この後、再びトロイダル面7aの計測を行
い、得られた計測データW(x,y)を演算装置13に
入力し、Cnを算出し、Cnが無視できる程度に小さく
なっていれば、真の面精度W(x,y)realを出力して
測定を終了する。
Thereafter, the measurement of the toroidal surface 7a is performed again, and the obtained measurement data W (x, y) is input to the arithmetic unit 13, and Cn is calculated. If Cn is small enough to be ignored, , The true surface accuracy W (x, y) real is output, and the measurement is terminated.

【0049】例えば、収差関数x2 からはC4 が出力さ
れるが、これをa倍して回転台のz軸ドライブに入力す
る。回転台のz軸ドライブは入力に応じた量だけ回転台
8をz軸方向に移動する。
For example, C 4 is output from the aberration function x 2 , which is multiplied by a and input to the z-axis drive of the turntable. The z-axis drive of the turntable moves the turntable 8 in the z-axis direction by an amount corresponding to the input.

【0050】同様にC5 の出力をb倍して被検物7のz
軸ドライブに入力し、C2 の出力をc倍してx軸ドライ
ブに入力する。又、C7 の出力をd倍してβ軸ドライブ
に入力する。さらに、C3 の出力をe倍したものと、C
8 の出力をf倍したものを加算回路で合わせてy軸ドラ
イブ又はα軸ドライブに入力する。最後に、C6 の出力
をg倍してγ軸ドライブに入力する。
Similarly, the output of C 5 is multiplied by b, and the z
Enter the shaft drive, receives the output of the C 2 to c times the x-axis drive. Moreover, inputting the output of the C 7 to d times to β axis drives. Further, the output of C 3 is multiplied by e, and
The output of 8 is multiplied by f and combined by an adder circuit and input to the y-axis drive or α-axis drive. Finally, the output of C 6 is multiplied by g and input to the γ-axis drive.

【0051】上記の方法は、自動的に行うことができ、
セッティングのずれを最小に抑えることができる。
The above method can be performed automatically,
Setting deviation can be minimized.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
測定面としてのトロイダル面の面形状および面精度を、
参照面とのずれによる誤差を除却した状態で測定でき
る。また、収差関数の係数を算出することにより、セッ
ティング誤差がわかるので、微動ドライブ装置を制御し
て誤差が最少になるように修正でき、より高精度の面形
状および面精度の測定が可能となる。
As described above, according to the present invention, the surface shape and surface accuracy of the toroidal surface as the surface to be measured are
The measurement can be performed in a state where an error due to a deviation from the reference plane is eliminated. Further, since the setting error can be known by calculating the coefficient of the aberration function, it is possible to correct the error by minimizing the error by controlling the fine movement drive device, and it becomes possible to measure the surface shape and the surface accuracy with higher precision. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のトロイダル面測定装置の構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a toroidal surface measuring device of the present invention.

【図2】本発明のトロイダル面測定方法の実施例を示す
フローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment of a toroidal surface measuring method according to the present invention.

【図3】(a) から(g) は、収差関数で表現される波面形
状を表した図である。
FIGS. 3A to 3G are diagrams showing a wavefront shape represented by an aberration function. FIGS.

【図4】(a) は、計測データが示す被測定面の状態を示
す図、(b)は、セッティング誤差分を示す図、(c) は、
真の測定面の状態を示す図である。
4A is a diagram showing a state of a surface to be measured indicated by measurement data, FIG. 4B is a diagram showing a setting error, and FIG.
It is a figure showing the state of the true measurement side.

【図5】収差関数から微動ドライブ装置でセッティング
誤差を修正する装置のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a device for correcting a setting error by a fine movement drive device from an aberration function.

【図6】収差関数から微動ドライブ装置で自動的にセッ
ティング誤差を修正する方法を示すフローチャートであ
る。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of automatically correcting a setting error by a fine movement drive device from an aberration function.

【図7】先願に記載されたトロイダル面の測定装置を示
す図で、(a) はy−z面図、(b) はx−z面図、
7A and 7B are diagrams showing a toroidal surface measuring apparatus described in the prior application, wherein FIG. 7A is a yz plane view, FIG. 7B is an xz plane view,

【図8】イメージセンサ上に結像された測定部分に対す
る干渉縞の図である。
FIG. 8 is a diagram of interference fringes for a measurement portion imaged on an image sensor.

【図9】(a) から(f) は、各種のセッティング誤差と被
検光の波面との関係を示す図である。
FIGS. 9A to 9F are diagrams showing the relationship between various setting errors and the wavefront of the test light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 6a 参照面 7 被検体 7a 被検面 8 回転台 10 イメージセンサ 11 干渉縞 11′ 測定部分 12 微動ドライブ装置 13 演算装置 CD トロイダル面の直交する一方の主径線(G主径
線) AB 他方の主径線(R主径線) Sn 収差関数 Cn 収差関数の係数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 6a Reference surface 7 Subject 7a Test surface 8 Turntable 10 Image sensor 11 Interference fringe 11 'Measuring part 12 Fine movement drive device 13 Computing device CD One main diameter line (G main diameter line) orthogonal to the toroidal surface AB The other main diameter line (R main diameter line) Sn aberration function Cn coefficient of aberration function

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102 G01M 11/00 - 11/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 102 G01M 11/00-11/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する方法において、
被測定面となるトロイダル面上の直交する主径線の何れ
か一方と平行な測定部分について干渉縞を作り、該測定
部分を他方の主径線と平行に走査して面全体についての
計測データW(x,y)を得、収差関数Snと、 【数1】 (1) 【数2】 (2) 【数3】 (3) とにより前記計測データから収差関数の係数Cnを
求め、前記計測データW(x,y)を補正して真の面精
度W(x,y)realを求めることを特徴とするトロイダ
ル面の測定方法。
1. A method of irradiating coherent light from the same light source to a surface to be measured and a reference surface serving as a reference, superimposing reflected light from both surfaces to form interference fringes, and measuring surface accuracy,
An interference fringe is created for a measurement portion parallel to one of the orthogonal main diameter lines on the toroidal surface to be measured, and the measurement portion is scanned in parallel with the other main diameter line to measure data on the entire surface. W (x, y) is obtained, and the aberration function Sn and (1) [Equation 2] (2) [Equation 3] (3) calculating the coefficient Cn of the aberration function from the measurement data, and correcting the measurement data W (x, y) to obtain a true surface accuracy W (x, y) real. Measurement method.
【請求項2】 トロイダル面を、相互に直交するx,
y,z軸方向にシフト及び/又はx,y,z軸周りにチ
ルトして、前記Cnが最小になる位置を求めることを特
徴とする請求項1記載のトロイダル面の測定方法。
2. A toroidal surface is defined by x,
The method for measuring a toroidal surface according to claim 1, wherein a position where the Cn is minimized is obtained by shifting in the y and z axis directions and / or tilting around the x, y and z axes.
【請求項3】 同一光源からの可干渉光を被測定面と基
準になる参照面とに照射し、これら両面からの反射光を
重畳して干渉縞を作り面精度を測定する装置において、
トロイダル面を有する被検体をトロイダル面上の直交す
る主径線の何れか一方に対して予め決められた曲率を有
する参照面と、何れか他方の主径線に沿って回転させる
回転台と、該被検体をx,y,z軸にシフト及びx,
y,z軸周りにチルトする微動ドライブ装置と、干渉縞
の像を結像するイメージセンサと、該イメージセンサか
ら出力される計測データW(x,y)と、収差関数Sn
と、 【数4】 (1) 【数5】 (2) 【数6】 (3) により収差関数の係数Cnを求め、上記の結果から
真の面精度W(x,y)realを求める演算装置とを備え
たことを特徴とするトロイダル面の測定装置。
3. An apparatus for irradiating coherent light from the same light source to a surface to be measured and a reference surface serving as a reference, superimposing reflected light from both surfaces to form interference fringes, and measuring surface accuracy,
A reference surface having a predetermined curvature with respect to one of the orthogonal main diameter lines on the toroidal surface of the subject having the toroidal surface, and a turntable for rotating along the other main diameter line, The subject is shifted to x, y, z axes and x, y
a fine movement drive device that tilts around the y and z axes, an image sensor that forms an image of interference fringes, measurement data W (x, y) output from the image sensor, and an aberration function Sn
And (1) [Equation 5] (2) [Equation 6] A torsion surface measuring device, comprising: an arithmetic device for obtaining a coefficient Cn of the aberration function according to (3), and obtaining a true surface accuracy W (x, y) real from the above result.
【請求項4】 前記演算装置の出力により前記微動ドラ
イブ装置を制御することを特徴とする請求項3記載のト
ロイダル面の測定装置。
4. The toroidal surface measuring device according to claim 3, wherein the fine drive device is controlled by an output of the arithmetic unit.
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