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JP5558139B2 - Shape measuring method and shape measuring apparatus - Google Patents
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JP5558139B2 - Shape measuring method and shape measuring apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、形状測定方法、より詳しくは、参照面及び被検物の表面で反射される光によって生じる干渉縞を用いて当該被検物の表面形状を測定する形状測定方法、及び同形状測定方法を実行する形状測定装置に関する。   The present invention relates to a shape measuring method, more specifically, a shape measuring method for measuring the surface shape of a test object using interference fringes generated by light reflected on the reference surface and the surface of the test object, and the same shape measurement The present invention relates to a shape measuring apparatus for executing a method.

従来、干渉計を用いて大面積、高傾斜の被検物の表面形状を測定する場合に、当該被検物の表面を干渉計で測定可能な複数の測定領域に分割し、各領域の測定結果をつなぎ合わせて表面全体の測定を行う方法が提案されている。
この形状測定方法において、分割された各測定領域の形状測定を高精度に行うためには、被検物表面の形状情報を含む干渉縞の縞走査による位相解析が必要となる。そのために、通常は、被検物を測定領域ごとに静止させ、干渉計の参照面をその光軸上の複数の位置に移動させて当該測定領域の縞走査を行ってから次の測定領域の縞走査を行うという手順がとられている。
Conventionally, when measuring the surface shape of a large-area, high-inclined specimen using an interferometer, the surface of the specimen is divided into a plurality of measurement areas that can be measured by the interferometer, and measurement of each area is performed. A method for measuring the entire surface by connecting the results has been proposed.
In this shape measurement method, in order to perform shape measurement of each divided measurement region with high accuracy, phase analysis by fringe scanning of interference fringes including shape information of the surface of the test object is required. Therefore, normally, the test object is stopped for each measurement region, the reference surface of the interferometer is moved to a plurality of positions on the optical axis, and the measurement region is subjected to fringe scanning. The procedure of performing fringe scanning is taken.

しかしながら、上記のような手順で表面形状の測定を行うと、測定領域ごとに被検物の回転及び停止、縞走査のための参照面の移動(通常4位置以上)が行われるため、測定に長時間が必要となる。これは測定領域の分割数が増加するほど顕著になる。   However, when the surface shape is measured in the above procedure, the rotation and stop of the test object and the movement of the reference surface for the fringe scanning (usually 4 positions or more) are performed for each measurement region. It takes a long time. This becomes more prominent as the number of measurement area divisions increases.

この問題を解決して測定効率を改善するために、本発明の発明者(本発明者)は、特許文献1に記載の形状測定方法を提案している。この形状測定方法では、被検物を静止させる代わりに回転させ、被検物が所定の角度量回転するごとに断続的に被検物の撮像を行い、干渉縞を含む被検物の表面画像を複数取得する。これを参照面の位置を変えて繰り返すことにより、必要な数の干渉縞を取得して位相解析を行う。この形状測定方法では、被検物の回転及び停止を頻繁に繰り返す必要がなく、測定効率を著しく向上することができる。   In order to solve this problem and improve the measurement efficiency, the inventor of the present invention (the present inventor) has proposed a shape measuring method described in Patent Document 1. In this shape measurement method, the test object is rotated instead of being stationary, and the test object is imaged intermittently every time the test object rotates by a predetermined angular amount, and the surface image of the test object including interference fringes is obtained. Get more than one. By repeating this by changing the position of the reference plane, a necessary number of interference fringes are acquired and phase analysis is performed. In this shape measurement method, it is not necessary to frequently rotate and stop the test object, and the measurement efficiency can be remarkably improved.

特開2009−192369号公報JP 2009-192369 A

しかし、本発明者は、以下の課題を解決することにより特許文献1に記載の形状測定方法の更なる向上が期待できることを見出した。
特許文献1に記載の形状測定方法においては、撮像時の外乱その他の様々な原因により、取得された干渉縞がノイズを含むことがある。ノイズの程度が著しい場合は、当該干渉縞は位相解析に使用できなくなり、ある角度量における干渉縞が欠損することになる。その結果、形状測定自体が実行できなくなるという問題がある。
さらに、干渉縞がノイズを含まない場合においても、被検物が動的状態にある条件下では、干渉縞をサンプリングするタイミングにずれが生じる可能性があり、ずれが生じると、測定誤差につながるという問題もある。
However, the present inventors have found that further improvement of the shape measuring method described in Patent Document 1 can be expected by solving the following problems.
In the shape measurement method described in Patent Document 1, the acquired interference fringes may include noise due to disturbances during imaging and various other causes. When the degree of noise is significant, the interference fringes cannot be used for phase analysis, and the interference fringes at a certain angle amount are lost. As a result, there is a problem that the shape measurement itself cannot be performed.
Furthermore, even when the interference fringes do not contain noise, there is a possibility that the timing for sampling the interference fringes may be shifted under the condition that the test object is in a dynamic state. There is also a problem.

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、干渉縞の欠損を抑制して効率よく表面形状測定を行うことができる形状測定方法及び形状測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a shape measuring method and a shape measuring apparatus capable of efficiently performing surface shape measurement while suppressing loss of interference fringes.

本発明の第1の態様は、光源から発する光を被検物に照射される物体光と参照面で反射される参照光とに分離し、前記被検物の表面で反射された前記物体光と前記参照光との光路差によって得られる干渉縞を解析する形状測定装置を用いて前記被検物の表面形状を測定する形状測定方法であって、前記参照面を第1位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記被検物の複数の位置における第1干渉縞を取得する第1工程と、前記参照面を、前記第1位置と異なる前記参照光の光軸上の第2位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記複数の位置における第2干渉縞を取得する第2工程と、前記参照面を、前記第1位置及び前記第2位置と異なる前記参照光の光軸上の第3位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記複数の位置における第3干渉縞を取得する第3工程と、前記第1干渉縞と、前記第2干渉縞と、前記第3干渉縞とを用いて、前記複数の位置における干渉縞の位相解析を行う位相解析工程とを備え、前記第1干渉縞、前記第2干渉縞、及び前記第3干渉縞の少なくとも1つは、前記被検物を前記形状測定装置に対して相対移動させながら前記複数の位置の近傍で断続的に取得された複数の干渉縞に基づいて取得されることを特徴とする。   In the first aspect of the present invention, the light emitted from the light source is separated into object light irradiated on the test object and reference light reflected on the reference surface, and the object light reflected on the surface of the test object And a shape measuring method for measuring the surface shape of the test object using a shape measuring device for analyzing interference fringes obtained by an optical path difference between the reference light and the reference light, wherein the reference surface is fixed at a first position. Irradiating the object with the object light to obtain first interference fringes at a plurality of positions of the object, and the reference surface is different from the first position with the light of the reference light A second step of fixing the second position on the axis, irradiating the test object with the object light, and obtaining second interference fringes at the plurality of positions; and the reference surface, the first position and The object light is fixed to a third position on the optical axis of the reference light different from the second position, and the object light is applied to the test object. Irradiating and acquiring the third interference fringes at the plurality of positions, using the first interference fringes, the second interference fringes, and the third interference fringes, the interference at the plurality of positions. A phase analysis step of performing phase analysis of fringes, wherein at least one of the first interference fringes, the second interference fringes, and the third interference fringes is relative to the shape measuring device. It is acquired based on a plurality of interference fringes intermittently acquired in the vicinity of the plurality of positions while being moved.

前記第1干渉縞、前記第2干渉縞、及び前記第3干渉縞の少なくとも1つは、前記被検物を前記形状測定装置に対して相対移動させながら前記複数の位置の近傍で断続的に取得された複数の干渉縞を用いた補間処理によって取得されてもよい。 At least one of the first interference fringe, the second interference fringe, and the third interference fringe intermittently near the plurality of positions while moving the object relative to the shape measuring device . You may acquire by the interpolation process using the acquired some interference fringe.

本発明の第2の態様は、光源から発する光を被検物に照射される物体光と参照面で反射される参照光とに分離し、前記被検物の表面で反射された前記物体光と前記参照光との光路差によって得られる干渉縞を解析して前記被検物の表面形状を測定する形状測定装置であって、前記干渉縞を含む前記被検物の表面画像を取得する撮像手段と、前記撮像手段が前記表面画像を取得するタイミングを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記形状測定装置に対して相対移動する前記被検物に対して前記被検物と前記形状測定装置とが所定の位置関係となるタイミングの近傍で、前記撮像手段に断続的に複数回前記表面画像を取得させ、前記被検物と前記形状測定装置とが所定の位置関係となるタイミングの近傍で取得された複数の前記表面画像を用いた補間処理により、補間表面画像を生成する演算部をさらに備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the light emitted from the light source is separated into object light irradiated on the test object and reference light reflected on the reference surface, and the object light reflected on the surface of the test object A shape measuring device for measuring a surface shape of the test object by analyzing an interference pattern obtained by an optical path difference between the reference beam and the reference light, and acquiring a surface image of the test object including the interference pattern And a control unit that controls the timing at which the imaging unit acquires the surface image, and the control unit moves the test object relative to the test object that moves relative to the shape measuring device. In the vicinity of the timing at which the shape measuring device and the shape measuring device are in a predetermined positional relationship, the imaging means is intermittently acquired the surface image a plurality of times , and the test object and the shape measuring device are in a predetermined positional relationship. A plurality of the surface images acquired in the vicinity of the timing when By an interpolation processing using the, and further comprising a calculation unit for generating an interpolated surface image.

本発明の形状測定方法及び形状測定装置によれば、干渉縞の欠損を抑制して効率よく表面形状測定を行うことができる。   According to the shape measuring method and the shape measuring device of the present invention, it is possible to efficiently measure the surface shape while suppressing the loss of interference fringes.

本発明の第1実施形態の形状測定方法に用いられる形状測定装置を示す図である。It is a figure which shows the shape measuring apparatus used for the shape measuring method of 1st Embodiment of this invention. 同形状測定装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the same shape measuring apparatus. 同形状測定方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the same shape measuring method. 光学素子の回転角と干渉縞取得のタイミングとの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the rotation angle of an optical element, and the timing of interference fringe acquisition. 取得された干渉縞と選択された第1干渉縞の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the acquired interference fringe and the selected 1st interference fringe. (a)および(b)は、いずれも取得された干渉縞と選択された第1干渉縞の例を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the example of both the acquired interference fringe and the selected 1st interference fringe. 本発明の第1実施形態の形状測定方法における干渉縞取得工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the interference fringe acquisition process in the shape measuring method of 1st Embodiment of this invention. 同干渉縞取得工程における第1選択工程の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the 1st selection process in the interference fringe acquisition process.

本発明の第1実施形態について、図1から図6を参照して説明する。図1は、本実施形態の形状測定方法に用いられる形状測定装置1を示す図である。形状測定装置1は公知のトワイマングリーンタイプの干渉計を含んだ構成となっている。当該干渉計の原理を簡潔に説明すると以下の通りである。
光源2から発せられた光Lは、被検物Sの表面に照射される物体光L1と、参照平面(参照面)3によって反射され、基準となる参照光L2とに分離される。本実施形態における被検物である光学素子Sの表面で反射された物体光L1は、参照光L2と干渉し、干渉光L3となる。干渉光L3は結像レンズ5によってCCD素子(撮像手段)6上に結像し、物体光L1と参照光L2との光路差によって生じる干渉縞が得られる。参照平面3には、参照平面3を参照光L2の光軸に沿って移動させるための移動機構3Aが取り付けられている。移動機構3Aとしては、ピエゾ素子等を採用することができる。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a shape measuring apparatus 1 used in the shape measuring method of the present embodiment. The shape measuring apparatus 1 includes a known Twiman Green type interferometer. The principle of the interferometer will be briefly described as follows.
The light L emitted from the light source 2 is reflected by the object light L1 irradiated on the surface of the test object S and the reference plane (reference surface) 3 and separated into the reference light L2 serving as a reference. The object light L1 reflected by the surface of the optical element S, which is the test object in the present embodiment, interferes with the reference light L2 and becomes interference light L3. The interference light L3 is imaged on the CCD element (imaging means) 6 by the imaging lens 5, and interference fringes caused by the optical path difference between the object light L1 and the reference light L2 are obtained. A moving mechanism 3A for moving the reference plane 3 along the optical axis of the reference light L2 is attached to the reference plane 3. A piezo element or the like can be employed as the moving mechanism 3A.

光学素子Sは、スピンドル12の軸線方向の一方の端部に取付けられている。スピンドル12の軸線を通る回転軸14は、モータ等の回転機構15に接続されており、スピンドル12及びスピンドルに取付けられた光学素子Sをスピンドル12の軸線回り(図1に矢印θで示す方向)に回転させることができる。回転軸14には、ロータリーエンコーダ16が設置されており、回転軸14の回転角度(光学素子Sの形状測定装置1に対する相対移動量)を検知することができる。
形状測定装置1は、物体光L1および参照光L2の光軸X1がスピンドル12の軸線に対して所定の角度をなして光学素子Sに対向するように配置されている。
The optical element S is attached to one end of the spindle 12 in the axial direction. A rotating shaft 14 passing through the axis of the spindle 12 is connected to a rotating mechanism 15 such as a motor, and the spindle 12 and the optical element S attached to the spindle are rotated around the axis of the spindle 12 (direction indicated by an arrow θ in FIG. 1). Can be rotated. A rotary encoder 16 is installed on the rotating shaft 14, and the rotation angle of the rotating shaft 14 (the amount of relative movement of the optical element S with respect to the shape measuring device 1) can be detected.
The shape measuring apparatus 1 is arranged so that the optical axes X1 of the object light L1 and the reference light L2 are opposed to the optical element S at a predetermined angle with respect to the axis of the spindle 12.

図2は、形状測定装置1の機能ブロック図である。図2に示すように、CCD素子6は、後述する干渉縞の選択及び選択した干渉縞に基づく位相解析を行う演算部8に接続されている。CCD素子6、移動機構3A、及び演算部8は、形状測定装置1全体の制御を行う制御部9に接続されている。さらに、スピンドル12に取り付けられたロータリーエンコーダ16も制御部9に接続されており、回転軸14の回転角度を制御部9が検知できるようになっている。
演算部8及び制御部9は、形状測定装置1の内部に設けられてもよいし、CCD素子6及び移動機構3Aと接続されたパソコン等の外部機器に設けられてもよい。
FIG. 2 is a functional block diagram of the shape measuring apparatus 1. As shown in FIG. 2, the CCD element 6 is connected to a calculation unit 8 that performs selection of interference fringes, which will be described later, and phase analysis based on the selected interference fringes. The CCD element 6, the moving mechanism 3 </ b> A, and the calculation unit 8 are connected to a control unit 9 that controls the entire shape measuring apparatus 1. Further, a rotary encoder 16 attached to the spindle 12 is also connected to the control unit 9 so that the control unit 9 can detect the rotation angle of the rotary shaft 14.
The calculation unit 8 and the control unit 9 may be provided inside the shape measuring apparatus 1, or may be provided in an external device such as a personal computer connected to the CCD element 6 and the moving mechanism 3A.

上記のように構成された形状測定装置1を用いて、本実施形態の形状測定方法により光学素子Sの表面形状測定を行う手順について、図3から図6を参照して以下に説明する。   A procedure for measuring the surface shape of the optical element S by the shape measuring method of the present embodiment using the shape measuring apparatus 1 configured as described above will be described below with reference to FIGS.

図3は、本実施形態の形状測定方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態の形状測定方法は、位相解析に用いる干渉縞を取得する干渉縞取得工程S10と、取得した干渉縞を用いて位相解析を行い、光学素子Sの部分形状を取得する位相解析工程S20と、取得された部分形状をつなぎ合わせて光学素子Sの光学面全体の表面形状を取得する統合工程S30とを備える。
まず形状測定の準備として、使用者は、光学素子Sを、その光軸が回転軸14の軸線と一致するようにスピンドル12に固定する。
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the shape measuring method of the present embodiment. The shape measuring method of the present embodiment includes an interference fringe acquisition step S10 for acquiring an interference fringe used for phase analysis, and a phase analysis step S20 for performing phase analysis using the acquired interference fringe and acquiring a partial shape of the optical element S. And an integration step S30 for acquiring the surface shape of the entire optical surface of the optical element S by connecting the acquired partial shapes.
First, as preparation for shape measurement, the user fixes the optical element S to the spindle 12 so that the optical axis thereof coincides with the axis of the rotating shaft 14.

次に、ステップS10の干渉縞取得工程において、位相解析工程S20で使用する光学素子S表面の干渉縞が取得される。
使用者は、移動機構3Aにより、参照平面3を、干渉縞を取得する参照平面3の位置(参照位置)の1つである第1位置P1に固定した状態で、形状測定装置1を、光軸X1がスピンドル12の軸線(回転軸14の軸線に一致)に対して所定の角度をなすように移動させる。そして、光学素子Sと形状測定装置1との距離が既定の位置になるように、形状測定装置1を固定する。ここで、既定の位置としては、物体光L1が照射される領域内における光学素子Sの近似曲率半径に、物体光L1の波面の曲率半径が一致する位置、とすることが望ましい。
Next, in the interference fringe acquisition step of step S10, the interference fringes on the surface of the optical element S used in the phase analysis step S20 are acquired.
The user uses the moving mechanism 3A to fix the shape measuring device 1 in a state where the reference plane 3 is fixed to a first position P1 that is one of the positions (reference positions) of the reference plane 3 from which interference fringes are obtained. The axis X1 is moved so as to form a predetermined angle with respect to the axis of the spindle 12 (coincident with the axis of the rotary shaft 14). Then, the shape measuring device 1 is fixed so that the distance between the optical element S and the shape measuring device 1 is a predetermined position. Here, it is desirable that the predetermined position is a position where the curvature radius of the wavefront of the object light L1 coincides with the approximate curvature radius of the optical element S in the region irradiated with the object light L1.

使用者は、光学素子Sの外周上の任意の位置を基準位置PSと設定し、基準位置PSが光学素子Sの光軸の直上に位置する状態を、光学素子Sの回転角0度と定義する。
なお、以降の説明において、回転角は、時計回りに増加するものとし、光学素子Sがある回転角となったときに物体光L1が照射される光学素子Sの表面上の領域を、当該回転角の「回転位置」と称する。
The user sets an arbitrary position on the outer periphery of the optical element S as the reference position PS, and defines a state in which the reference position PS is located immediately above the optical axis of the optical element S as a rotation angle of 0 degrees. To do.
In the following description, it is assumed that the rotation angle increases clockwise, and the region on the surface of the optical element S irradiated with the object light L1 when the optical element S reaches a certain rotation angle is defined as the rotation angle. This is called the “rotation position” of the corner.

次に、使用者は、回転機構15を駆動し、スピンドル12を一定の速度、例えば毎分20回転で回転させる。スピンドル12の回転量はロータリーエンコーダ16によって制御部9に伝達される。制御部9は、ロータリーエンコーダ16からの信号に基づいて、光学素子Sの回転角が0度になった状態から干渉縞の取得を開始する。   Next, the user drives the rotation mechanism 15 to rotate the spindle 12 at a constant speed, for example, 20 rotations per minute. The rotation amount of the spindle 12 is transmitted to the control unit 9 by the rotary encoder 16. Based on the signal from the rotary encoder 16, the control unit 9 starts acquiring interference fringes from a state where the rotation angle of the optical element S becomes 0 degrees.

図4は、光学素子Sの回転角と干渉縞取得のタイミング(サンプルタイミング)との関係の一例を示す図である。制御部9は、ロータリーエンコーダ16の信号を検知しながら、予め設定した複数の回転角に対応する複数の回転位置で、干渉縞を含む光学素子Sの一部の表面画像(以下、単に「干渉縞」と称する。)をCCD素子6に断続的に取得させる。このとき、CCD素子6の全画素において、同期読み出しを行うように設定すると、高速で干渉縞を取得することができる。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the rotation angle of the optical element S and the interference fringe acquisition timing (sample timing). While detecting the signal of the rotary encoder 16, the control unit 9 detects a surface image of a part of the optical element S including the interference fringes (hereinafter simply referred to as “interference”) at a plurality of rotation positions corresponding to a plurality of rotation angles set in advance. The CCD element 6 is intermittently acquired. At this time, if all pixels of the CCD element 6 are set to perform synchronous readout, interference fringes can be acquired at high speed.

本実施形態においては、光学素子Sが形状測定装置1に対して相対回転し、回転角が0度、90度、180度、及び270度となったときの各回転位置において干渉縞が取得されるが、制御部9は、各回転位置近傍において複数の干渉縞が断続的に取得されるようにCCD素子6のサンプルタイミングを制御する。   In the present embodiment, the interference fringes are acquired at each rotation position when the optical element S rotates relative to the shape measuring apparatus 1 and the rotation angles become 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees. However, the control unit 9 controls the sample timing of the CCD element 6 so that a plurality of interference fringes are intermittently acquired in the vicinity of each rotational position.

具体的には、制御部9は、ロータリーエンコーダ16の信号を検知しながら、光学素子Sの回転角が上述の位置よりも0.1度少ない値となったところで干渉縞を取得するようCCD素子6を動作させ、その後回転角が0.1度増加するごとにさらに2回干渉縞の取得を行う。すなわち、制御部9は、例えば回転角90度の回転位置およびその近傍においては、回転角89.9度、90.0度、及び90.1度の3ポイントにおける回転位置の干渉縞を取得するようCCD素子6を動作させる。取得した干渉縞は、CCD素子6から制御部9に送られる。   Specifically, the control unit 9 detects the signal of the rotary encoder 16 and acquires the interference fringes when the rotation angle of the optical element S becomes 0.1 degrees less than the above position. 6 is operated, and then interference fringes are acquired twice more each time the rotation angle increases by 0.1 degree. That is, for example, the control unit 9 acquires interference fringes at the rotation positions at three points of rotation angles of 89.9 degrees, 90.0 degrees, and 90.1 degrees at and near the rotation position of the rotation angle of 90 degrees. The CCD element 6 is operated as follows. The acquired interference fringes are sent from the CCD element 6 to the control unit 9.

制御部9とロータリーエンコーダ16との間における情報のやり取りや、制御部9とCCD素子6とのやり取りにおいてタイムラグが生じなければ、図5に示すように、回転角90.0度の回転位置における干渉縞が取得されるため、制御部9は、当該干渉縞を位相解析工程S20に使用する干渉縞として選択する。   If there is no time lag in the exchange of information between the control unit 9 and the rotary encoder 16 and the exchange between the control unit 9 and the CCD element 6, as shown in FIG. 5, the rotation position is 90.0 degrees. Since the interference fringes are acquired, the control unit 9 selects the interference fringes as the interference fringes used in the phase analysis step S20.

一方、制御部9とロータリーエンコーダ16との間における情報のやり取りや、制御部9とCCD素子6とのやり取りにおいてタイムラグが生じると、制御部9がCCD素子6に指示したタイミングと実際に干渉縞が取得されたタイミングとの間にずれが生じる。図4に示す例では、回転角270度の回転位置においては制御部9が指示したタイミングと実際に干渉縞が取得されたタイミングとが概ね一致しているが、他の回転位置においてはずれが生じている。このとき、干渉縞が取得される3ポイント間の間隔にもずれが生じ、3つのポイントが等間隔とならない場合もありうる。   On the other hand, when a time lag occurs in the exchange of information between the control unit 9 and the rotary encoder 16 or in the exchange between the control unit 9 and the CCD element 6, the timing at which the control unit 9 instructs the CCD element 6 and the actual interference fringes. There is a deviation from the timing at which is acquired. In the example shown in FIG. 4, the timing instructed by the control unit 9 substantially coincides with the timing at which the interference fringes are actually acquired at the rotational position of the rotational angle of 270 degrees, but a deviation occurs at other rotational positions. ing. At this time, there may be a case where a gap also occurs between the three points at which the interference fringes are acquired, and the three points are not evenly spaced.

図6(a)に示す例のように、取得した干渉縞の中に、設定した回転位置(例えば90.0度)で取得された干渉縞が存在しない場合、制御部9は、当該回転位置に最も近いポイント(この場合は90.004度)で取得された干渉縞を位相解析工程S20に使用する干渉縞として選択する。
また、図6(b)に示すように、取得した干渉縞の中に設定した回転位置で取得された干渉縞が存在するが、ノイズNを含んでおり位相解析に好適に使用できない等の場合、制御部9は、ノイズNを含む干渉縞以外で当該回転位置に最も近いポイント(この場合は89.992度)で取得された干渉縞を位相解析工程S20に使用する干渉縞として選択する。
このようにして、参照平面3が第1位置P1に存在するときの、上述の各回転位置における干渉縞(第1干渉縞)が1枚ずつ取得される(第1工程)。
As in the example illustrated in FIG. 6A, when the acquired interference fringes do not exist at the set rotation position (for example, 90.0 degrees), the control unit 9 The interference fringe acquired at the point closest to (in this case, 90.004 degrees) is selected as the interference fringe used in the phase analysis step S20.
In addition, as shown in FIG. 6B, there is an interference fringe acquired at the set rotational position in the acquired interference fringe, but it contains noise N and cannot be suitably used for phase analysis. The control unit 9 selects the interference fringes acquired at the point closest to the rotation position (in this case, 89.992 degrees) other than the interference fringes including the noise N as the interference fringes used in the phase analysis step S20.
In this way, the interference fringes (first interference fringes) at the respective rotational positions described above when the reference plane 3 is present at the first position P1 are obtained one by one (first step).

第1工程終了後、干渉縞の取得は一旦休止され、スピンドル12が空回りを行い、それにともなって、光学素子Sも空回りする。その間に制御部9は、移動機構3Aを動作させて、参照平面3を参照光L2の光軸に沿って所定の距離だけ後退させ、第1位置P1と異なりかつ参照光L2の光軸上の第2位置P2(図1参照)に移動させて固定する。スピンドル12の空回りは、移動機構3Aによる移動に必要な時間及び移動後の微調整に必要な時間を考慮して、複数回転行われてもよい。   After completion of the first step, the acquisition of interference fringes is paused, the spindle 12 idles, and the optical element S also idles accordingly. Meanwhile, the control unit 9 operates the moving mechanism 3A to retract the reference plane 3 by a predetermined distance along the optical axis of the reference light L2, and is different from the first position P1 and on the optical axis of the reference light L2. Move to the second position P2 (see FIG. 1) and fix. The idle rotation of the spindle 12 may be performed a plurality of times in consideration of the time required for movement by the moving mechanism 3A and the time required for fine adjustment after movement.

参照平面3が第2位置P2に固定された後、光学素子Sの回転角が0度となる位置から、第2位置P2における干渉縞の取得が開始される。そして、上述の第1工程と同じ要領で、参照平面3が第2位置P2に位置するときの各回転位置近傍における干渉縞が断続的に複数取得され、各回転位置における干渉縞(第2干渉縞)が1枚ずつ選択されて取得される(第2工程)。   After the reference plane 3 is fixed at the second position P2, acquisition of interference fringes at the second position P2 is started from a position where the rotation angle of the optical element S becomes 0 degrees. Then, in the same manner as in the first step described above, a plurality of interference fringes in the vicinity of each rotation position when the reference plane 3 is located at the second position P2 are intermittently acquired, and interference fringes (second interference) at each rotation position are obtained. Stripes) are selected and acquired one by one (second step).

その後、同様の手順で、参照平面3は第2位置P2より後方かつ参照光L2の光軸上の第3位置P3及び第4位置P4に移動され、第3干渉縞及び第4干渉縞が取得される(第3工程、第4工程)。すなわち、光学素子S表面の干渉縞は、回転角にして90度ずつ間隔をおいた各回転位置において、それぞれ第1ないし第4干渉縞の4種類取得される。取得されたすべての第1ないし第4干渉縞のデータは、制御部9から演算部8に送られて干渉縞取得工程S10は終了する。   Thereafter, in the same procedure, the reference plane 3 is moved to the third position P3 and the fourth position P4 on the optical axis of the reference light L2 behind the second position P2, and the third interference fringe and the fourth interference fringe are obtained. (3rd process, 4th process). That is, four types of interference fringes of the first to fourth interference fringes are acquired at each rotation position at intervals of 90 degrees as the rotation angle. All the acquired first to fourth interference fringe data is sent from the control unit 9 to the calculation unit 8, and the interference fringe obtaining step S10 is completed.

続くステップS20の位相解析工程において、演算部8は、制御部9から送られた干渉縞の中から、ある回転位置における第1ないし第4干渉縞を抽出し、これらの位相変化を解析して、当該回転位置の表面形状データを得る。演算部8は同様の動作を、干渉縞が取得されたすべての回転位置において行って、すべての回転位置における表面形状データを得る。すなわち、本実施形態の場合には4つの表面形状データが得られることになる。   In the subsequent phase analysis step of step S20, the calculation unit 8 extracts the first to fourth interference fringes at a certain rotational position from the interference fringes sent from the control unit 9, and analyzes these phase changes. The surface shape data of the rotational position is obtained. The calculation unit 8 performs the same operation at all the rotational positions where the interference fringes are acquired, and obtains surface shape data at all the rotational positions. That is, in the case of this embodiment, four surface shape data are obtained.

ステップS30の統合工程において、演算部8は、各回転位置における表面形状データどうしの重複部分を利用して、各表面形状データを1つのデータに統合し、光学素子Sの表面の一部である輪帯状領域の表面形状データを取得する。統合の方法としては公知の各種方法を適宜選択して使用することができる。以上で光学素子Sの表面形状測定が終了する。   In the integration step of step S30, the calculation unit 8 integrates each surface shape data into one data by using the overlapping portion of the surface shape data at each rotation position, and is a part of the surface of the optical element S. The surface shape data of the annular zone area is acquired. As the integration method, various known methods can be appropriately selected and used. Thus, the surface shape measurement of the optical element S is completed.

なお、物体光L1が照射される領域が光学素子Sの表面に占める割合が十分広い場合には、統合工程S30において光学素子Sの表面全体の形状データが取得されるが、物体光L1の照射される光学素子Sの領域は、一般的に光学素子Sの表面全体に比べて狭いので、一度の形状測定で取得される形状データは、光学素子S表面の一部の輪帯状領域のものとなる。したがって、一度の形状測定で光学素子S全体の形状データを取得することは通常困難である。
このような場合、形状測定終了後に形状測定装置1を移動させ、光学素子Sにおいて物体光L1が照射される領域を変化させる。そして再度本実施形態の形状測定方法を実行し、光学素子Sにおける異なる輪帯状領域の表面形状データを取得する。これを必要な回数繰り返して、光学素子S全体をカバーするだけの表面形状データを得る。その後、統合工程S30と同様の手順により各輪帯状領域の表面形状データを統合することによって、光学素子S全体の表面形状データを取得すればよい。
When the ratio of the area irradiated with the object light L1 to the surface of the optical element S is sufficiently wide, the shape data of the entire surface of the optical element S is acquired in the integration step S30, but the irradiation of the object light L1 is performed. Since the area of the optical element S to be applied is generally narrower than the entire surface of the optical element S, the shape data obtained by one-time shape measurement is that of a part of the ring-shaped area on the surface of the optical element S. Become. Therefore, it is usually difficult to obtain the shape data of the entire optical element S by a single shape measurement.
In such a case, after the shape measurement is completed, the shape measuring apparatus 1 is moved to change the region of the optical element S irradiated with the object light L1. Then, the shape measurement method of the present embodiment is executed again, and surface shape data of different annular zones in the optical element S is acquired. This is repeated as many times as necessary to obtain surface shape data sufficient to cover the entire optical element S. Thereafter, the surface shape data of the entire optical element S may be acquired by integrating the surface shape data of each annular zone region by the same procedure as in the integration step S30.

本実施形態の形状測定方法および同形状測定方法を実行する形状測定装置1によれば、干渉縞取得工程S10において、光学素子Sの形状測定装置1に対する所定の相対移動量に対応する複数の回転位置近傍で、制御部9がCCD素子6を動作させることにより複数の干渉縞が断続的に取得され、その中から位相解析工程S20で使用される第1干渉縞ないし第4干渉縞が選択されて取得される。
したがって、各回転位置で取得された干渉縞の中に位相解析に耐えないものが含まれていた場合でも、他の干渉縞が第1ないし第4干渉縞として選択されて位相解析工程S20が行われるため、干渉縞データの欠損により形状測定が不能となる事態の発生を好適に防止することができる。
According to the shape measurement method of this embodiment and the shape measurement device 1 that executes the shape measurement method, in the interference fringe acquisition step S10, a plurality of rotations corresponding to a predetermined relative movement amount of the optical element S with respect to the shape measurement device 1. In the vicinity of the position, the control unit 9 operates the CCD element 6 to intermittently obtain a plurality of interference fringes, from which the first to fourth interference fringes used in the phase analysis step S20 are selected. Is obtained.
Therefore, even when interference fringes acquired at each rotational position include those that cannot withstand phase analysis, other interference fringes are selected as the first to fourth interference fringes, and the phase analysis step S20 is performed. Therefore, it is possible to suitably prevent the situation in which the shape measurement becomes impossible due to the loss of the interference fringe data.

また、本実施形態の形状測定装置1においては、制御部9が、位相解析工程S20において使用される干渉縞を選択する際に、設定した回転位置に最も近い回転位置で取得された干渉縞を選択するため、位相解析工程における誤差を最小限に抑えることができる。   Moreover, in the shape measuring apparatus 1 of this embodiment, when the control part 9 selects the interference fringe used in phase analysis process S20, the interference fringe acquired in the rotation position nearest to the set rotation position is shown. Therefore, the error in the phase analysis process can be minimized.

本発明の形状測定方法においては、被検物の各回転位置近傍で断続的に取得される干渉縞の数および取得間隔は、要求される形状測定の精度等にもとづいて適宜設定されてよい。一般に、干渉縞の取得間隔を狭くするほど、より設定された回転位置に近い回転位置で取得された干渉縞を用いて位相解析工程が行えるため、形状測定の精度は向上する。CCD素子6等の撮像手段の性能が干渉縞の取得間隔を短縮するためのネックとなる場合は、スピンドル12の回転速度を落とすことによってさらに取得間隔を短縮することが可能である。   In the shape measurement method of the present invention, the number of interference fringes intermittently acquired in the vicinity of each rotational position of the test object and the acquisition interval may be appropriately set based on the required accuracy of shape measurement. In general, as the interference fringe acquisition interval is narrowed, the phase analysis step can be performed using the interference fringe acquired at a rotation position closer to the set rotation position, and thus the accuracy of shape measurement is improved. When the performance of the imaging means such as the CCD element 6 becomes a bottleneck for reducing the interference fringe acquisition interval, the acquisition interval can be further reduced by reducing the rotation speed of the spindle 12.

次に、本発明の第2実施形態について、図7および図8を参照して説明する。本実施形態の形状測定方法と上述した第1実施形態との異なるところは、第1ないし第4干渉縞が取得される過程において、必要に応じて取得された干渉縞にもとづく補間処理が行われる点である。なお、以降の説明において、既に説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態の形状測定方法は、干渉縞取得工程S10に代えて干渉縞取得工程S40を備えている点のみ第1実施形態と異なっており、制御部9および演算部8の動作態様を変更するだけで上述の形状測定装置1により実行可能である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The difference between the shape measurement method of the present embodiment and the first embodiment described above is that, in the process of acquiring the first to fourth interference fringes, interpolation processing based on the obtained interference fringes is performed as necessary. Is a point. In the following description, the same components as those already described are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.
The shape measurement method of this embodiment is different from the first embodiment only in that an interference fringe acquisition step S40 is provided instead of the interference fringe acquisition step S10, and the operation modes of the control unit 9 and the calculation unit 8 are changed. Only by the shape measuring apparatus 1 described above can be executed.

図7及び図8は、本実施形態の形状測定方法における干渉縞取得工程S40の流れを示すフローチャートである。図7に示すように、干渉縞取得工程S40は、第1の回転位置における第1ないし第4干渉縞を選択する第1選択工程S42と、第2の回転位置における第1ないし第4干渉縞を選択する第2選択工程S43と、第3の回転位置における第1ないし第4干渉縞を選択する第3選択工程S44と、第4の回転位置における第1ないし第4干渉縞を選択する第4選択工程S45とを備えている。なお、本実施形態においては、第1ないし第4の回転位置の回転角は、第1実施形態の如く、0度、90度、180度、および270度にそれぞれ設定されている。   7 and 8 are flowcharts showing the flow of the interference fringe acquisition step S40 in the shape measurement method of the present embodiment. As shown in FIG. 7, the interference fringe acquisition step S40 includes a first selection step S42 for selecting the first to fourth interference fringes at the first rotation position, and the first to fourth interference fringes at the second rotation position. A second selection step S43 for selecting the first, a fourth selection step S44 for selecting the first to fourth interference fringes at the third rotational position, and a first selection step for selecting the first to fourth interference fringes at the fourth rotational position. 4 selection process S45. In the present embodiment, the rotation angles of the first to fourth rotation positions are set to 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, respectively, as in the first embodiment.

まず、ステップS41において、第1実施形態と同様の手順で、各参照位置において、各回転位置の近傍でそれぞれ3つの干渉縞が断続的に取得される。すなわち、本実施形態ではステップS41において4参照位置、4回転位置、3干渉縞で、これらの積である計48の干渉縞がCCD素子6により取得され、制御部9に送られる。ステップS41では、まだ第1ないし第4干渉縞の選択は行わない。
ステップS41の終了後、処理はステップS42の第1選択工程に進む。
First, in step S41, three interference fringes are intermittently acquired in the vicinity of each rotational position at each reference position in the same procedure as in the first embodiment. That is, in this embodiment, in step S41, a total of 48 interference fringes, which are the product of these four reference positions, four rotation positions, and three interference fringes, are acquired by the CCD element 6 and sent to the control unit 9. In step S41, the first through fourth interference fringes are not yet selected.
After step S41 ends, the process proceeds to a first selection step in step S42.

図8は、図7に示す第1選択工程S42の詳細な流れを示すフローチャートである。なお、第2選択工程S42ないし第4選択工程S45も、同様の流れで進められるため、ここでは、第1選択工程S42を例として第1ないし第4選択工程の詳細な流れについて説明する。   FIG. 8 is a flowchart showing a detailed flow of the first selection step S42 shown in FIG. Since the second selection process S42 to the fourth selection process S45 are also performed in the same flow, the detailed flow of the first to fourth selection processes will be described here by taking the first selection process S42 as an example.

まず、ステップS51において、制御部9は、第1の回転位置近傍で取得された干渉縞をすべて読み出し、すべての参照位置で干渉縞が取得された回転位置が存在するかどうかを判定する。当該判定がyesの場合、処理はステップS52に進む。ステップS52において、制御部9は、当該回転位置における干渉縞を採用して第1の回転位置における第1ないし第4干渉縞として選択するとともに、統合工程S30における第1の回転位置の回転角を干渉縞が取得された回転位置の回転角に修正して第1選択工程S42が終了する。
ステップS51における判定がnoの場合、処理はステップS53に進む。
First, in step S51, the control unit 9 reads all the interference fringes acquired in the vicinity of the first rotation position, and determines whether there is a rotation position where the interference fringes are acquired at all reference positions. If the determination is yes, the process proceeds to step S52. In step S52, the control unit 9 adopts the interference fringes at the rotation position and selects them as the first to fourth interference fringes at the first rotation position, and sets the rotation angle of the first rotation position in the integration step S30. The first selection step S42 is completed after correcting the rotation angle at the rotation position where the interference fringes have been acquired.
If the determination in step S51 is no, the process proceeds to step S53.

ステップS53では、制御部9が、第1の回転位置近傍で取得された干渉縞を比較し、2つ又は3つの参照位置において干渉縞が取得された回転位置が存在するかどうかを判定する。当該判定がyesの場合、処理はステップS54に進む。ステップS54において、制御部9は、当該回転位置における干渉縞を採用して、第1の回転位置における第1ないし第4干渉縞のうち、対応する参照位置における干渉縞として選択する。そして、当該回転位置における干渉縞が取得されていない参照位置においては、実際に取得された干渉縞を2以上用いて、補間処理により当該回転位置における干渉縞(補間表面画像)を生成し、第1ないし第4干渉縞のうち不足している干渉縞として選択する。   In step S53, the control unit 9 compares the interference fringes acquired in the vicinity of the first rotation position, and determines whether there is a rotation position where the interference fringes are acquired at two or three reference positions. If the determination is yes, the process proceeds to step S54. In step S54, the control unit 9 adopts the interference fringes at the rotation position and selects the interference fringes at the corresponding reference position from the first to fourth interference fringes at the first rotation position. Then, at the reference position where no interference fringe is acquired at the rotational position, two or more actually obtained interference fringes are used to generate an interference fringe (interpolated surface image) at the rotational position by interpolation processing. One of the first to fourth interference fringes is selected as an insufficient interference fringe.

補間処理の方法としては、公知の各種方法を適宜選択して用いることができ、使用する干渉縞の回転角も、当該回転位置の回転角を挟んでいてもいなくても構わない。また、使用する干渉縞が多いほど、補間処理により生成される干渉縞の精度が高まるため、本実施形態においては、ノイズ等により使用できない干渉縞が存在しない限り、3つの干渉縞すべてが補間処理に使用されるのが好ましい。
第1ないし第4干渉縞がすべて取得された後、制御部9は統合工程S30における第1の回転位置の回転角を当該回転位置の回転角に修正して第1選択工程S42が終了する。
ステップS51における判定がnoの場合、処理はステップS55に進む。
As a method of the interpolation process, various known methods can be appropriately selected and used, and the rotation angle of the interference fringe to be used may or may not sandwich the rotation angle of the rotation position. In addition, since the accuracy of interference fringes generated by interpolation processing increases as the number of interference fringes used increases, in this embodiment, all three interference fringes are interpolated unless there are interference fringes that cannot be used due to noise or the like. It is preferable to be used for.
After all the first to fourth interference fringes have been acquired, the control unit 9 corrects the rotation angle of the first rotation position in the integration step S30 to the rotation angle of the rotation position, and the first selection step S42 ends.
If the determination in step S51 is no, the process proceeds to step S55.

ステップS55では、制御部9は、各参照位置において、取得された干渉縞に基づき、第1の回転位置における干渉縞(補間表面画像)を補間処理により生成する。補間処理の流れはステップS54におけるものと同様である。そして、補間処理により生成された各参照位置における干渉縞が第1ないし第4干渉縞として選択され、第1選択工程S42が終了する。ステップS55では第1の回転位置に対応した干渉縞が生成されるので、ステップS52およびS54のように、統合工程S30における第1の回転位置の回転角の修正は行われない。   In step S55, the control unit 9 generates an interference pattern (interpolated surface image) at the first rotation position based on the acquired interference pattern at each reference position by interpolation processing. The flow of the interpolation process is the same as that in step S54. And the interference fringe in each reference position produced | generated by the interpolation process is selected as a 1st thru | or 4th interference fringe, and 1st selection process S42 is complete | finished. Since interference fringes corresponding to the first rotation position are generated in step S55, the rotation angle of the first rotation position in the integration step S30 is not corrected as in steps S52 and S54.

以上説明した第1選択工程S42により、第1の回転位置における第1ないし第4干渉縞が取得され、制御部9から演算部8に送られる。
その後、同様の流れで第2選択工程S43ないし第4選択工程S45が制御部9により実行され、第2ないし第4の回転位置における第1ないし第4干渉縞が取得されて演算部9に送られ、本実施形態の干渉縞取得工程S40が終了する。すなわち、本実施形態においては、第1工程ないし第4工程は順番に行われるのではなく並行して行なわれ、第4選択工程S45が終了したときに、すべて同時に終了する。
その後は、第1実施形態と同様に位相解析工程S20および統合工程S30が行われ、形状測定が終了する。
Through the first selection step S42 described above, the first to fourth interference fringes at the first rotational position are acquired and sent from the control unit 9 to the calculation unit 8.
Thereafter, the second selection step S43 to the fourth selection step S45 are executed by the control unit 9 in the same flow, and the first to fourth interference fringes at the second to fourth rotation positions are acquired and sent to the calculation unit 9. This completes the interference fringe acquisition step S40 of the present embodiment. In other words, in the present embodiment, the first to fourth steps are not performed in order but are performed in parallel, and all are completed simultaneously when the fourth selection step S45 is completed.
Thereafter, similarly to the first embodiment, the phase analysis step S20 and the integration step S30 are performed, and the shape measurement is completed.

本実施形態の形状測定方法においては、干渉縞取得工程S40内の各選択工程S42ないしS45におけるステップS55において、各回転位置に対応した干渉縞が補間処理により生成されて第1ないし第4干渉縞として取得されるので、第1実施形態同様、干渉縞データの欠損により形状測定が不能となる事態の発生を好適に防止することができる。さらに、生成された干渉縞の回転位置は、対応する第1ないし第4の回転位置と完全に一致しているため、誤差が少なくなりより精度の高い表面形状測定を行うことができる。   In the shape measuring method of the present embodiment, the interference fringes corresponding to the respective rotational positions are generated by interpolation processing in the selection steps S42 to S45 in the interference fringe acquisition step S40, and the first to fourth interference fringes are generated. Therefore, as in the first embodiment, it is possible to suitably prevent the occurrence of a situation in which shape measurement becomes impossible due to loss of interference fringe data. Furthermore, since the rotation position of the generated interference fringes is completely coincident with the corresponding first to fourth rotation positions, the error can be reduced and surface shape measurement with higher accuracy can be performed.

また、各選択工程S42ないしS45がステップS51ないしS54を備えているため、共通するタイミングで取得された干渉縞が存在する場合は、当該干渉縞を第1ないし第4干渉縞の一部として利用しつつ、不足する干渉縞を補間処理により生成する。補間処理により生成された干渉縞には、ごくわずかではあるが誤差も含まれるため、補間処理で生成した干渉縞の利用を最小限にすることで、表面形状測定の精度をさらに向上させることができる。
本実施形態では、干渉縞取得工程S40が補間処理を最小限に抑えるためのステップS51ないしステップS54を含む例を説明したが、ステップS51ないしステップS54を備えずに、常に第1ないし第4の回転位置の干渉縞を補間処理により生成するようにしてもよい。この場合、第1ないし第4の回転位置における干渉縞が既に取得されている場合は、補間処理をキャンセルさせてもよい。
Moreover, since each selection process S42 thru | or S45 is equipped with step S51 thru | or S54, when the interference fringe acquired at the common timing exists, the said interference fringe is utilized as a part of 1st thru | or 4th interference fringe. However, an insufficient interference fringe is generated by interpolation processing. Interference fringes generated by the interpolation process include a small amount of error, but minimizing the use of the interference fringes generated by the interpolation process can further improve the accuracy of surface shape measurement. it can.
In the present embodiment, the example in which the interference fringe acquisition step S40 includes steps S51 to S54 for minimizing the interpolation processing has been described. However, the first to fourth steps are not necessarily provided without including the steps S51 to S54. You may make it produce | generate the interference fringe of a rotation position by an interpolation process. In this case, when the interference fringes at the first to fourth rotation positions have already been acquired, the interpolation process may be canceled.

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各実施形態の構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。
例えば、上述の各実施形態においては、第1位置P1における干渉縞の取得が終了した後、参照平面3が第2位置P2に移動した後も、光学素子Sが回転角0度の状態になるまで光学素子Sが空回りを行う例を説明したが、本発明はこれには限定されない。例えば、光学素子Sを空回りさせずに、参照平面3が第2位置P2に移動完了した時点における光学素子Sの回転角を0度として、当該回転角の位置から第2位置P2における干渉縞の取得が開始されてもよい。この場合、位相解析工程において、第1干渉縞取得時と第2干渉縞取得時の回転角のずれに基づいて処理を行うように演算部8の設定を行えばよい。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and combinations of components in the embodiments may be changed without departing from the spirit of the present invention. Various changes can be added to or deleted from each component.
For example, in each of the above-described embodiments, after the acquisition of the interference fringes at the first position P1 is completed, the optical element S is in a state where the rotation angle is 0 degree even after the reference plane 3 is moved to the second position P2. Although the example in which the optical element S performs idling has been described so far, the present invention is not limited to this. For example, the rotation angle of the optical element S at the time when the reference plane 3 is completely moved to the second position P2 without rotating the optical element S is set to 0 degree, and the interference fringes at the second position P2 from the position of the rotation angle. Acquisition may be started. In this case, in the phase analysis step, the calculation unit 8 may be set so as to perform processing based on the rotational angle difference between the first interference fringe acquisition and the second interference fringe acquisition.

また、上記実施形態においては、すべての参照位置P1ないしP4において、光学素子Sを回転させながら干渉縞が取得される例を説明したが、本発明はこれには限定されず、一部の参照位置(例えばP1)においてのみ、光学素子Sを回転させながら干渉縞が取得され、残りの参照位置においては、従来と同様に、光学素子Sを所定の回転角だけ回転させて静止させた状態で干渉縞が取得されてもよい。このようにしても、干渉縞取得に要する時間を相当程度短縮することができる。   In the above embodiment, an example in which interference fringes are acquired while rotating the optical element S at all the reference positions P1 to P4 has been described. However, the present invention is not limited to this, and some references are made. Only at the position (for example, P1), the interference fringes are acquired while rotating the optical element S, and at the remaining reference positions, the optical element S is rotated by a predetermined rotation angle and kept stationary as in the prior art. Interference fringes may be acquired. Even in this case, the time required for obtaining interference fringes can be considerably reduced.

さらに、干渉縞が取得される参照位置は、最低3箇所あればよく、5箇所以上あってもよい。この場合、ステップ数に応じて異なる公知の位相解析方法を用いて位相解析工程を進めればよい。
また、干渉縞が取得される回転位置の数も、上述した4箇所に限られず、適宜設定されてよいし、各回転位置の間隔も、取得される干渉縞が他の少なくとも一つの干渉縞と重複領域を有し、統合工程による統合が可能となっていれば、必ずしも等間隔(角度量)でなくても構わない。
Furthermore, there may be at least three reference positions from which interference fringes are acquired, and there may be five or more reference positions. In this case, the phase analysis process may be performed using a known phase analysis method that differs depending on the number of steps.
In addition, the number of rotation positions from which interference fringes are acquired is not limited to the four positions described above, and may be set as appropriate. The interval between the rotation positions is also determined so that the acquired interference fringes are at least one other interference fringe. As long as it has an overlap area and can be integrated by the integration process, it does not necessarily have to be equidistant (angle amount).

さらに、本発明の表面形状測定方法は、上述の光学素子Sのような軸対称の形状を有する被検物に限定されず、自由曲面を有するような軸対称でない被検物にも適用することができる。この場合は、当該被検物に対する形状測定装置の走査軌跡上に、被検物と形状測定装置との相対移動量を示す干渉縞取得位置を複数設定し、当該干渉縞取得位置のそれぞれの近傍で、複数の干渉縞を断続的に取得すればよい。干渉縞取得後の流れは、上述した各実施形態と概ね同様である。   Furthermore, the surface shape measuring method of the present invention is not limited to an object having an axially symmetric shape such as the optical element S described above, but can be applied to an object that is not axially symmetric and has a free-form surface. Can do. In this case, a plurality of interference fringe acquisition positions indicating the relative movement amount between the test object and the shape measurement device are set on the scanning locus of the shape measurement device with respect to the test object, and the vicinity of each of the interference fringe acquisition positions is set. Thus, a plurality of interference fringes may be obtained intermittently. The flow after obtaining the interference fringes is substantially the same as in the above-described embodiments.

加えて、上述の実施形態においては、形状測定装置にトワイマングリーン型の干渉計が用いられる例を説明したが、本発明は、参照面および被検物のいずれかを進退させてフリンジスキャンを行うものであれば、フィゾー型等の他の方式の干渉計を用いることもできる。   In addition, in the above-described embodiment, an example in which a Twiman Green type interferometer is used for the shape measuring apparatus has been described. However, the present invention performs a fringe scan by advancing or retracting either the reference surface or the test object. Other types of interferometers such as a Fizeau type can be used as long as they do.

1 形状測定装置
2 光源
3 参照平面(参照面)
6 CCD素子(撮像手段)
8 演算部
9 制御部
L1 物体光
L2 参照光
P1 第1位置
P2 第2位置
P3 第3位置
S 光学素子(被検物)
S20 位相解析工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shape measuring apparatus 2 Light source 3 Reference plane (reference surface)
6 CCD element (imaging means)
8 arithmetic unit 9 control unit L1 object light L2 reference light P1 first position P2 second position P3 third position S optical element (test object)
S20 Phase analysis process

Claims (3)

光源から発する光を被検物に照射される物体光と参照面で反射される参照光とに分離し、前記被検物の表面で反射された前記物体光と前記参照光との光路差によって得られる干渉縞を解析する形状測定装置を用いて前記被検物の表面形状を測定する形状測定方法であって、
前記参照面を第1位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記被検物の複数の位置における第1干渉縞を取得する第1工程と、
前記参照面を、前記第1位置と異なる前記参照光の光軸上の第2位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記複数の位置における第2干渉縞を取得する第2工程と、
前記参照面を、前記第1位置及び前記第2位置と異なる前記参照光の光軸上の第3位置に固定して、前記物体光を前記被検物に照射し、前記複数の位置における第3干渉縞を取得する第3工程と、
前記第1干渉縞と、前記第2干渉縞と、前記第3干渉縞とを用いて、前記複数の位置における干渉縞の位相解析を行う位相解析工程と、
を備え、
前記第1干渉縞、前記第2干渉縞、及び前記第3干渉縞の少なくとも1つは、前記被検物を前記形状測定装置に対して相対移動させながら前記複数の位置の近傍で断続的に取得された複数の干渉縞に基づいて取得されることを特徴とする形状測定方法。
The light emitted from the light source is separated into the object light irradiated on the test object and the reference light reflected on the reference surface, and the optical path difference between the object light reflected on the surface of the test object and the reference light A shape measuring method for measuring the surface shape of the test object using a shape measuring device for analyzing the obtained interference fringes,
A first step of fixing the reference surface at a first position, irradiating the object with the object light, and acquiring first interference fringes at a plurality of positions of the object;
The reference plane is fixed at a second position on the optical axis of the reference light different from the first position, the object light is irradiated onto the test object, and second interference fringes at the plurality of positions are obtained. A second step of
The reference surface is fixed to a third position on the optical axis of the reference light different from the first position and the second position, the object light is irradiated to the object to be examined, and the plurality of positions at the plurality of positions are irradiated. A third step of obtaining three interference fringes;
A phase analysis step of performing phase analysis of the interference fringes at the plurality of positions using the first interference fringes, the second interference fringes, and the third interference fringes;
With
At least one of the first interference fringe, the second interference fringe, and the third interference fringe intermittently near the plurality of positions while moving the object relative to the shape measuring device. A shape measuring method, which is acquired based on a plurality of acquired interference fringes.
前記第1干渉縞、前記第2干渉縞、及び前記第3干渉縞の少なくとも1つは、前記被検物を前記形状測定装置に対して相対移動させながら前記複数の位置の近傍で断続的に取得された複数の干渉縞を用いた補間処理によって取得されることを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。 At least one of the first interference fringe, the second interference fringe, and the third interference fringe intermittently near the plurality of positions while moving the object relative to the shape measuring device . The shape measuring method according to claim 1, wherein the shape measuring method is acquired by an interpolation process using a plurality of acquired interference fringes. 光源から発する光を被検物に照射される物体光と参照面で反射される参照光とに分離し、前記被検物の表面で反射された前記物体光と前記参照光との光路差によって得られる干渉縞を解析して前記被検物の表面形状を測定する形状測定装置であって、
前記干渉縞を含む前記被検物の表面画像を取得する撮像手段と、
前記撮像手段が前記表面画像を取得するタイミングを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記形状測定装置に対して相対移動する前記被検物に対して前記被検物と前記形状測定装置とが所定の位置関係となるタイミングの近傍で、前記撮像手段に断続的に複数回前記表面画像を取得させ、
前記被検物と前記形状測定装置とが所定の位置関係となるタイミングの近傍で取得された複数の前記表面画像を用いた補間処理により、補間表面画像を生成する演算部をさらに備えることを特徴とする形状測定装置。
The light emitted from the light source is separated into the object light irradiated on the test object and the reference light reflected on the reference surface, and the optical path difference between the object light reflected on the surface of the test object and the reference light A shape measuring device for analyzing the obtained interference fringes and measuring the surface shape of the test object,
Imaging means for acquiring a surface image of the test object including the interference fringes;
A control unit that controls the timing at which the imaging unit acquires the surface image;
With
The controller is intermittently connected to the imaging unit in the vicinity of a timing at which the test object and the shape measuring device have a predetermined positional relationship with respect to the test object that moves relative to the shape measuring device. To obtain the surface image multiple times ,
The image processing apparatus further includes a calculation unit that generates an interpolated surface image by interpolation processing using a plurality of the surface images acquired in the vicinity of a timing at which the test object and the shape measuring device have a predetermined positional relationship. A shape measuring device.
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