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JP7660280B2 - Measurement device and method - Google Patents
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Description

本発明は測定装置及び方法に係り、特に円筒形状のワークの内面の形状を測定することが可能な測定装置及び方法に関する。 The present invention relates to a measuring device and method, and in particular to a measuring device and method capable of measuring the shape of the inner surface of a cylindrical workpiece.

従来、円筒形状のワークの内面の形状を非接触で測定する形状測定装置が提案されている。例えば、特許文献1には、円筒形状のワークの中に円錐プリズムを互いの中心軸が一致するように配置し、円錐プリズムにより測定光を直角に偏向することにより、ワークの内面に測定光を照射して、ワークの内面の三次元形状を測定する形状測定装置が開示されている。特許文献1に記載の形状測定装置によれば、円筒形状のワークをカットすることなく、その内面の三次元形状を測定することができる。また、特許文献1に記載の形状測定装置によれば、円錐プリズムの中心軸を中心とした周方向全体に向けて出射させることにより、円筒内面の周方向全体の形状を一度に測定することができる。 Conventionally, shape measuring devices have been proposed that measure the shape of the inner surface of a cylindrical workpiece without contact. For example, Patent Document 1 discloses a shape measuring device that places conical prisms inside a cylindrical workpiece so that their central axes coincide with each other, and deflects the measurement light at a right angle using the conical prism to irradiate the inner surface of the workpiece with the measurement light, thereby measuring the three-dimensional shape of the inner surface of the workpiece. The shape measuring device described in Patent Document 1 can measure the three-dimensional shape of the inner surface of a cylindrical workpiece without cutting it. Also, the shape measuring device described in Patent Document 1 can measure the shape of the entire circumferential direction of the cylindrical inner surface at once by emitting light in the entire circumferential direction centered on the central axis of the conical prism.

特開2016-075577号公報JP 2016-075577 A

しかしながら、特許文献1に記載の形状測定装置では、ワークの内面の三次元形状を高さ方向(Z方向)の広範囲にわたって測定する場合、ワークの内面に設定される測定エリアと形状測定装置との相対位置をZ方向に変更する必要がある。ワークの内面を上部から下部に走査する場合、ワークの測定エリアが上部から下部になるに伴い、光学系の拡大倍率が悪化し、空間分解能が悪化する。 However, with the shape measuring device described in Patent Document 1, when measuring the three-dimensional shape of the inner surface of a workpiece over a wide range in the height direction (Z direction), the relative position between the measurement area set on the inner surface of the workpiece and the shape measuring device needs to be changed in the Z direction. When scanning the inner surface of the workpiece from top to bottom, the magnification of the optical system deteriorates as the measurement area of the workpiece moves from top to bottom, and the spatial resolution deteriorates.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ワークの内面の形状を高さ方向の広範囲にわたって精度よくかつ容易に測定することが可能な測定装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a measuring device and method that can easily and accurately measure the shape of the inner surface of a workpiece over a wide range in the height direction.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係る測定装置は、円筒形状のワークが載置される回転ステージであって、ワークの高さ方向に沿う回転軸の周りに回転可能な回転ステージと、回転ステージの回転軸に対して垂直な直動移動方向に直動移動可能な直動ステージと、回転軸及び直動移動方向に対して45°傾斜した反射面を有するミラー部材であって、直動ステージ上に固定され、回転ステージに形成された穴を貫通するように配置されており、直動ステージの直動移動に伴って直動ステージが設けられた基台に対して直動移動可能なミラー部材と、測定光を反射面で反射させることによりワークの内面に測定光を照射し、円筒形状のワークの内面の形状を測定する白色干渉顕微鏡と、直動ステージを直動移動させることにより、測定光が照射される測定視野を高さ方向に沿って移動させ、回転ステージを回転させることにより、測定視野をワークの周方向に移動させる制御部とを備える。 In order to solve the above problem, the measuring device according to the first aspect of the present invention includes a rotating stage on which a cylindrical workpiece is placed, the rotating stage being rotatable around a rotation axis along the height direction of the workpiece, a linear stage being linearly movable in a linear movement direction perpendicular to the rotation axis of the rotating stage, a mirror member having a reflective surface inclined at 45° with respect to the rotation axis and the linear movement direction, the mirror member being fixed on the linear stage and arranged to pass through a hole formed in the rotating stage, and being linearly movable relative to a base on which the linear stage is mounted as the linear stage moves linearly, a white light interference microscope that irradiates the inner surface of the workpiece with measurement light by reflecting the measurement light on the reflective surface, thereby measuring the shape of the inner surface of the cylindrical workpiece, and a control unit that moves the measurement field irradiated with the measurement light along the height direction by linearly moving the linear stage, and moves the measurement field in the circumferential direction of the workpiece by rotating the rotating stage.

本発明の第2の態様に係る測定装置は、第2の態様において、測定視野ごとの測定データをつなぎ合わせる画像処理部を備える。 In the second aspect of the present invention, the measuring device is provided with an image processing unit that stitches together the measurement data for each measurement field of view.

本発明の第3の態様は、円筒形状のワークが載置される回転ステージであって、ワークの高さ方向に沿う回転軸の周りに回転可能な回転ステージと、回転ステージの回転軸に対して垂直な直動移動方向に直動移動可能な直動ステージと、回転軸及び直動移動方向に対して45°傾斜した反射面を有するミラー部材であって、直動ステージ上に固定され、回転ステージに形成された穴を貫通するように配置されており、直動ステージの直動移動に伴って直動ステージが設けられた基台に対して直動移動可能なミラー部材と、測定光を反射面で反射させることによりワークの内面に測定光を照射し、円筒形状のワークの内面の形状を測定する白色干渉顕微鏡とを備える測定装置における測定方法であって、直動ステージを直動移動させることにより、測定光が照射される測定視野を高さ方向に沿って移動させるステップと、回転ステージを回転させることにより、測定視野をワークの周方向に移動させるステップとを含む。 The third aspect of the present invention is a measurement method for a measuring device including a rotating stage on which a cylindrical workpiece is placed, the rotating stage being rotatable around a rotation axis along the height direction of the workpiece, a linear stage being linearly movable in a linear movement direction perpendicular to the rotation axis of the rotating stage, a mirror member having a reflective surface inclined at 45° with respect to the rotation axis and the linear movement direction, the mirror member being fixed on the linear stage and arranged to pass through a hole formed in the rotating stage, and being linearly movable relative to a base on which the linear stage is provided as the linear stage moves linearly, and a white light interference microscope that irradiates the inner surface of the workpiece with measurement light by reflecting the measurement light from the reflective surface, thereby measuring the shape of the inner surface of the cylindrical workpiece, the method including the steps of moving the measurement field irradiated with the measurement light along the height direction by linearly moving the linear stage, and moving the measurement field in the circumferential direction of the workpiece by rotating the rotating stage.

本発明によれば、ワークの内面の形状を高さ方向の広範囲にわたって精度よくかつ容易に測定することができる。 The present invention makes it possible to measure the shape of the inner surface of a workpiece easily and accurately over a wide range in the height direction.

図1は、本発明の一実施形態に係る測定装置を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a measurement device according to an embodiment of the present invention. 図2は、ワークの内面を高さ方向(Z方向)に走査する手順を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a procedure for scanning the inner surface of a workpiece in the height direction (Z direction). 図3は、ワークの内面を高さ方向(Z方向)及び周方向に走査する手順を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a procedure for scanning the inner surface of a workpiece in the height direction (Z direction) and the circumferential direction. 図4は、本発明の一実施形態に係る測定方法を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a measurement method according to an embodiment of the present invention. 図5は、図4のZ方向測定工程を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing the Z direction measurement process of FIG.

以下、添付図面に従って本発明に係る測定装置及び方法の実施の形態について説明する。 Below, an embodiment of the measurement device and method according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.

[測定装置の構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る測定装置を示すブロック図である。
[Configuration of measuring device]
FIG. 1 is a block diagram showing a measurement device according to an embodiment of the present invention.

本実施形態に係る測定装置1は、ステージSTに載置されたワーク(被測定物)Wの形状(表面粗さ、三次元形状及び輪郭等を含む。)の測定を行うため装置であり、ステージST、制御装置10と、白色干渉顕微鏡50とを含んでいる。以下の説明では、ステージSTのワークWが載置される載置面に沿う平面をXY平面とし、高さ方向をZ方向とする3次元直交座標系を用いて説明する。 The measuring device 1 according to this embodiment is a device for measuring the shape (including surface roughness, three-dimensional shape, contour, etc.) of a workpiece (object to be measured) W placed on a stage ST, and includes a stage ST, a control device 10, and a white light interference microscope 50. In the following explanation, a three-dimensional Cartesian coordinate system is used in which the plane along the mounting surface of the stage ST on which the workpiece W is placed is defined as the XY plane, and the height direction is defined as the Z direction.

(ステージST)
まず、ワークWが載置されるステージSTについて説明する。
(Stage ST)
First, the stage ST on which the workpiece W is placed will be described.

図1に示すように、ステージSTは、回転ステージST1、直動ステージST2及び基台ST3を含んでいる。 As shown in FIG. 1, the stage ST includes a rotation stage ST1, a linear stage ST2, and a base ST3.

直動ステージST2は、基台ST3の上に設けられており、基台ST3に対して直動移動可能となっている。すなわち、基台ST3に対して回転ステージST1及び直動ステージST2が直動移動方向(X方向)に直動移動する構造となっている。直動ステージST2には、斜切円柱形状のミラー部材Mが固定されている。 The linear stage ST2 is provided on a base ST3 and is capable of linear movement relative to the base ST3. In other words, the rotation stage ST1 and the linear stage ST2 are structured to move linearly in the linear movement direction (X direction) relative to the base ST3. A beveled cylindrical mirror member M is fixed to the linear stage ST2.

回転ステージST1は、直動ステージST2の上にZ軸周りに回転可能に設けられている。回転ステージST1には、ミラー部材Mよりも大径の穴Hが形成されており、ミラー部材Mはこの穴Hを貫通するように配置されている。ミラー部材Mは、直動ステージST2の直動移動に伴い、基台ST3に対して直動移動可能となっている。 The rotating stage ST1 is mounted on the linear stage ST2 so as to be rotatable around the Z axis. A hole H with a larger diameter than the mirror member M is formed in the rotating stage ST1, and the mirror member M is disposed so as to pass through this hole H. The mirror member M is capable of linear movement relative to the base ST3 in conjunction with the linear movement of the linear stage ST2.

図1に示すように、ワークWの内面Winの測定を行う場合、被測定物である円筒形状のワークWは、回転ステージST1に形成された穴Hに重なるように配置される。ここで、図1に示す例では、対物部64の光軸AX(図2(b)参照)と回転ステージST1に形成された穴Hの中心軸とは一致している。また、ワークWの中心軸は、回転ステージST1の中心軸と一致するように、不図示の保持手段(例えば、クランプ等)により保持される。 As shown in Fig. 1, when measuring the inner surface W in of the workpiece W, the cylindrical workpiece W to be measured is placed so as to overlap with a hole H formed in the rotating stage ST1. Here, in the example shown in Fig. 1, the optical axis AX (see Fig. 2(b)) of the objective part 64 and the central axis of the hole H formed in the rotating stage ST1 coincide with each other. Furthermore, the central axis of the workpiece W is held by a holding means (e.g., a clamp, etc.) (not shown) so as to coincide with the central axis of the rotating stage ST1.

白色干渉顕微鏡50から出射した測定光L0は、ミラー部材Mの反射面Mに反射されてワークWの内面Winに到達する。これにより、ワークWの内面Winの表面粗さを測定することが可能になる。 The measurement light L0 emitted from the white light interference microscope 50 is reflected by the reflecting surface MS of the mirror member M and reaches the inner surface W in of the workpiece W. This makes it possible to measure the surface roughness of the inner surface W in of the workpiece W.

なお、本実施形態では、ミラー部材Mを斜切円柱形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、斜切多角柱形状、円錐形状又は多角錐形状であってもよいし、任意の形状の反射板を柱で支持する構造であってもよい。 In this embodiment, the mirror member M has an obliquely cut cylindrical shape, but the present invention is not limited to this. For example, it may have an obliquely cut polygonal prism shape, a cone shape, or a polygonal pyramid shape, or it may have a structure in which a reflector of any shape is supported by a pillar.

(制御装置10)
次に、測定装置1の制御装置10について説明する。
(Control device 10)
Next, the control device 10 of the measuring device 1 will be described.

制御装置10は、白色干渉顕微鏡50の各部の制御を行い、白色干渉顕微鏡50による測定の結果を処理する装置であり、制御部12、入出力部14、記憶部16及び信号処理部18を含んでいる。制御装置10は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の汎用のコンピュータによって実現可能である。 The control device 10 is a device that controls each part of the white light interference microscope 50 and processes the results of measurements made by the white light interference microscope 50, and includes a control unit 12, an input/output unit 14, a memory unit 16, and a signal processing unit 18. The control device 10 can be realized by a general-purpose computer such as a personal computer or a workstation.

制御部12は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を含んでいる。制御部12は、入出力部14を介して作業者から操作入力を受け付けて、制御装置10の各部を制御する。また、制御部12は、白色干渉顕微鏡50の光源部52の出力制御を行って、ワークWに照射される照明光の光量等を調整する。制御部12は、回転ステージ駆動部80及び直動ステージ駆動部82の駆動制御を行ってステージST1及びST2を動作させて、ワークWの観察対象位置(測定位置)の調整等を行う(図2及び図5参照)。また、制御部12は、鏡筒56とステージST1との間の高さ方向(Z方向)の相対位置(距離)の制御を行う。制御部12は、本発明の制御部及び画像処理部の一例である。 The control unit 12 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The control unit 12 receives operation input from an operator via the input/output unit 14 and controls each unit of the control device 10. The control unit 12 also controls the output of the light source unit 52 of the white light interference microscope 50 to adjust the amount of illumination light irradiated onto the workpiece W. The control unit 12 controls the drive of the rotation stage drive unit 80 and the linear stage drive unit 82 to operate the stages ST1 and ST2, and adjusts the observation target position (measurement position) of the workpiece W (see Figures 2 and 5). The control unit 12 also controls the relative position (distance) in the height direction (Z direction) between the lens barrel 56 and the stage ST1. The control unit 12 is an example of the control unit and image processing unit of the present invention.

入出力部14は、作業者の操作入力を受け付けるための操作部材(例えば、キーボード、ポインティングデバイス等)と、白色干渉顕微鏡50によるワークWの測定の結果等を表示するための表示部(例えば、液晶ディスプレイ等)とを含んでいる。 The input/output unit 14 includes an operating member (e.g., a keyboard, a pointing device, etc.) for receiving operational input from the operator, and a display unit (e.g., a liquid crystal display, etc.) for displaying the results of the measurement of the workpiece W by the white light interference microscope 50, etc.

信号処理部18は、白色干渉顕微鏡50の検出器76から検出信号を取得して、この検出信号に対して信号処理を行い、干渉縞の形状及び振幅等を算出する。 The signal processing unit 18 acquires a detection signal from the detector 76 of the white light interference microscope 50, performs signal processing on this detection signal, and calculates the shape and amplitude of the interference fringes, etc.

記憶部16は、白色干渉顕微鏡50の制御及びワークWの測定結果等の測定データの処理のためのプログラム、並びに測定データを保存するためのストレージデバイスである。記憶部16としては、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等を用いることができる。 The memory unit 16 is a storage device for storing programs for controlling the white light interference microscope 50 and for processing measurement data such as the measurement results of the workpiece W, as well as the measurement data. For example, a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD) can be used as the memory unit 16.

(白色干渉顕微鏡50)
次に、測定装置1の白色干渉顕微鏡50について説明する。以下の説明では、円筒形状のワークWの内面Winの測定を行う例について説明する。
(White Light Interference Microscope 50)
Next, a description will be given of the white light interference microscope 50 of the measuring device 1. In the following description, an example in which the inner surface W in of a cylindrical workpiece W is measured will be described.

白色干渉顕微鏡50は、光源部52、ライトガイド54及び鏡筒56を含んでいる。鏡筒56の下端部にはターレット62が取り付けられており、鏡筒56の上端部には検出器76が取り付けられている。ターレット62には、複数(図1に示す例では3個)の対物部64が取り付けられている。複数の対物部64に含まれる干渉対物レンズ66は、相互に倍率が異なっており、ターレット62を回転させることにより、ワークWの測定に使用する干渉対物レンズ66を切り替えることが可能となっている。 The white light interference microscope 50 includes a light source unit 52, a light guide 54, and a lens barrel 56. A turret 62 is attached to the lower end of the lens barrel 56, and a detector 76 is attached to the upper end of the lens barrel 56. Multiple objective units 64 (three in the example shown in FIG. 1) are attached to the turret 62. The interference objective lenses 66 included in the multiple objective units 64 have mutually different magnifications, and by rotating the turret 62, it is possible to switch between the interference objective lenses 66 used to measure the workpiece W.

光源部52は、白色光を出力する光源であり、例えば、ハロゲンランプ、レーザー光源又はLED(Light Emitting Diode)光源等である。ここで、白色光とは、可視光領域(波長約400nm~約720nm)の波長の可視光線を混ぜ合わせた光であり、例えば、赤、緑及び青の3色(3原色)の光を適切な比率で混合した光であってもよい。 The light source unit 52 is a light source that outputs white light, and is, for example, a halogen lamp, a laser light source, or an LED (Light Emitting Diode) light source. Here, white light is light that is a mixture of visible light rays with wavelengths in the visible light region (wavelengths of approximately 400 nm to approximately 720 nm), and may be, for example, light that is a mixture of three colors (three primary colors) of red, green, and blue in an appropriate ratio.

ライトガイド54は、光源部52から出力された白色光を鏡筒56に伝播する光路を形成する部材であり、例えば、光ファイバである。 The light guide 54 is a member that forms an optical path that propagates the white light output from the light source unit 52 to the lens barrel 56, and is, for example, an optical fiber.

鏡筒56は、同軸落射型の照明光学系を有している。鏡筒56には、照明用レンズ58、ビームスプリッター60、結像レンズ72及び絞り74が配置されている。鏡筒56とステージST1との高さ方向(Z方向)の相対位置(距離)は、制御部12により変更可能となっている。なお、図1に示す例では、鏡筒56をZ方向に移動させるようにしたが、基台ST3にZ方向の駆動機構を設けてステージST1を移動させるようにしてもよいし、両者を移動可能としてもよい。 The lens barrel 56 has a coaxial epi-illumination optical system. An illumination lens 58, a beam splitter 60, an imaging lens 72, and an aperture 74 are arranged in the lens barrel 56. The relative position (distance) in the height direction (Z direction) between the lens barrel 56 and the stage ST1 can be changed by the control unit 12. Note that in the example shown in FIG. 1, the lens barrel 56 is moved in the Z direction, but a Z direction drive mechanism may be provided on the base ST3 to move the stage ST1, or both may be movable.

照明用レンズ58は、ライトガイド54を介して鏡筒56に入射した白色光(照明光)を干渉対物レンズ66の瞳位置に導光する(結像させる)光学系を有する。照明用レンズ58から出力された照明光は、ビームスプリッター60によって反射されて対物部64に導光される。 The illumination lens 58 has an optical system that guides (images) the white light (illumination light) that enters the lens barrel 56 via the light guide 54 to the pupil position of the interference objective lens 66. The illumination light output from the illumination lens 58 is reflected by the beam splitter 60 and guided to the objective section 64.

ビームスプリッター60を介して導光された照明光は、干渉対物レンズ66により対物部64の出射側に導光される。対物部64の出射側に導光された照明光のうちハーフミラー68を透過した成分(測定光L0)は、ステージST1に載置された円筒形状のワークWの内部に導光された後、ミラー部材Mの反射面Mで反射されてワークWの内面Winに到達して反射される。そして、ワークWの内面Winからの第1の反射光L1は、ハーフミラー68を透過して結像レンズ72に到達する。一方、対物部64の出射側に導光された照明光のうちハーフミラー68に反射された成分(第2の反射光L2)は、参照ミラー70に導光されて反射される。参照ミラー70は、干渉対物レンズ66の出射側(ワークW側)の焦点位置と共役な位置に配置されている。参照ミラー70からの第2の反射光L2は、ハーフミラー68に反射されて結像レンズ72に到達する。 The illumination light guided through the beam splitter 60 is guided to the exit side of the objective unit 64 by the interference objective lens 66. The component (measurement light L0) of the illumination light guided to the exit side of the objective unit 64 that passes through the half mirror 68 is guided inside the cylindrical workpiece W placed on the stage ST1, and then reflected by the reflecting surface M S of the mirror member M to reach the inner surface W in of the workpiece W and is reflected. Then, the first reflected light L1 from the inner surface W in of the workpiece W passes through the half mirror 68 and reaches the imaging lens 72. On the other hand, the component (second reflected light L2) of the illumination light guided to the exit side of the objective unit 64 that is reflected by the half mirror 68 is guided to the reference mirror 70 and reflected. The reference mirror 70 is arranged at a position conjugate with the focal position of the exit side (workpiece W side) of the interference objective lens 66. The second reflected light L 2 from the reference mirror 70 is reflected by the half mirror 68 and reaches the imaging lens 72 .

結像レンズ72は、ワークWの内面Winからの反射光L1と、参照ミラー70からの第2の反射光L2とを検出器76の光検出面に結像させる光学系を有する。 The imaging lens 72 has an optical system that forms an image of the reflected light L1 from the inner surface W in of the workpiece W and the second reflected light L2 from the reference mirror 70 on the light detection surface of the detector 76.

絞り74は、結像レンズ72と検出器76との間に設けられており、結像レンズ72から検出器76に導光される第1の反射光L1及び第2の反射光L2の一部を遮光する。 The aperture 74 is provided between the imaging lens 72 and the detector 76, and blocks a portion of the first reflected light L1 and the second reflected light L2 that are guided from the imaging lens 72 to the detector 76.

検出器76は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の光検出アレイ素子(以下、イメージセンサーという。)を含んでいる。検出器76は、イメージセンサーの各受光素子が検出した光強度を示すアナログ又はデジタルの検出信号を生成し、信号処理部18に出力する。これにより、ワークWの内面Winの画像が取得される。また、検出器76は、この画像の各画素の干渉波形(インターフェログラム)を取得する。 The detector 76 includes a light detection array element (hereinafter referred to as an image sensor), such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). The detector 76 generates an analog or digital detection signal indicating the light intensity detected by each light receiving element of the image sensor, and outputs the signal to the signal processing unit 18. This allows an image of the inner surface W in of the workpiece W to be acquired. The detector 76 also acquires an interference waveform (interferogram) of each pixel of this image.

検出器76は、ワークWの内面Winからの第1の反射光L1及び参照ミラー70からの第2の反射光L2を受光して検出信号を生成し、信号処理部18に出力する。 The detector 76 receives the first reflected light L1 from the inner surface W in of the workpiece W and the second reflected light L2 from the reference mirror 70 to generate a detection signal and output it to the signal processing unit 18.

信号処理部18は、白色干渉顕微鏡50の検出器76から検出信号を取得して、この検出信号に対して所定の信号処理を行い、干渉縞の形状及び振幅等を算出する。ここで、干渉対物レンズ66を高さ方向(Z方向)に走査したときに得られる輝度変化曲線(干渉波形)をインターフェログラムという。 The signal processing unit 18 acquires a detection signal from the detector 76 of the white light interference microscope 50, performs predetermined signal processing on this detection signal, and calculates the shape and amplitude of the interference fringes. Here, the brightness change curve (interference waveform) obtained when the interference objective lens 66 is scanned in the height direction (Z direction) is called an interferogram.

制御部12は、干渉対物レンズ66を高さ方向(Z方向)に走査したときに、信号処理部18によって算出された干渉縞の形状及び振幅等に基づいて、ワークWの内面Winの形状、表面粗さ等の測定を行う。具体的には、制御部12は、ワークWの内面Winとハーフミラー68との間の距離と、参照ミラー70とハーフミラー68との間の距離の差(以下、光路差という。)を利用して、ワークWの内面Winの形状、表面粗さ等の測定を行う。このような測定方法は、垂直走査法(VSI:Vertical Scanning Interferometry)と呼ばれる。垂直走査法については、例えば、米国特許第4340306号明細書に記載されている。なお、垂直走査法は、CSI(Coherence Scanning Interferometry)として、国際標準化機構(ISO:International Organization for Standardization)により規格化されている(ISO25178-604:2013)。 The control unit 12 measures the shape and surface roughness of the inner surface W in of the workpiece W based on the shape and amplitude of the interference fringes calculated by the signal processing unit 18 when the interference objective lens 66 is scanned in the height direction (Z direction). Specifically, the control unit 12 measures the shape and surface roughness of the inner surface W in of the workpiece W by utilizing the difference between the distance between the inner surface W in of the workpiece W and the half mirror 68 and the distance between the reference mirror 70 and the half mirror 68 (hereinafter referred to as the optical path difference). Such a measurement method is called a vertical scanning method (VSI: Vertical Scanning Interferometry). The vertical scanning method is described in, for example, U.S. Patent No. 4,340,306. The vertical scanning method is standardized by the International Organization for Standardization (ISO) as CSI (Coherence Scanning Interferometry) (ISO25178-604:2013).

光路差が変化すると、第1の反射光L1と第2の反射光L2との間に位相差が変化し、この位相差の変化に応じて干渉縞が変化する。光路差がゼロの場合、すなわち、ワークWの内面Winに合焦している場合には、第1の反射光L1と第2の反射光L2との間に位相差が生じない。このため、干渉強度が最大となり、干渉縞の振幅が最大になる。一方、光路差が大きくなると、干渉強度が小さくなる。 When the optical path difference changes, the phase difference between the first reflected light L1 and the second reflected light L2 changes, and the interference fringes change according to the change in phase difference. When the optical path difference is zero, that is, when the light is focused on the inner surface W in of the workpiece W, no phase difference occurs between the first reflected light L1 and the second reflected light L2. Therefore, the interference intensity becomes maximum, and the amplitude of the interference fringes becomes maximum. On the other hand, when the optical path difference increases, the interference intensity decreases.

制御部12は、例えば、信号処理部18によって算出された干渉縞の振幅が最大になるときの干渉対物レンズ66の高さ方向(Z方向)の位置(Z軸高さ)を取得する。ここで、干渉縞の振幅が最大になるときの干渉対物レンズ66の高さ方向の位置は、インターフェログラムにおける包絡線から求めることができる。そして、制御部12は、この干渉対物レンズ66の位置に基づいて、ワークWの内面Winの高さ位置(合焦位置)を算出し、ワークWの内面Winの形状、表面粗さ等の測定を行う。制御部12は、この測定の結果を記憶部16に格納したり、入出力部14の表示部に表示させることが可能となっている。 The control unit 12 acquires, for example, the position (Z-axis height) in the height direction (Z direction) of the interference objective lens 66 when the amplitude of the interference fringes calculated by the signal processing unit 18 is maximum. Here, the position in the height direction of the interference objective lens 66 when the amplitude of the interference fringes is maximum can be obtained from the envelope in the interferogram. Then, the control unit 12 calculates the height position (focus position) of the inner surface W in of the workpiece W based on the position of the interference objective lens 66, and measures the shape, surface roughness, etc. of the inner surface W in of the workpiece W. The control unit 12 is capable of storing the results of this measurement in the memory unit 16 and displaying them on the display unit of the input/output unit 14.

なお、ワークWの内面Winの高さ位置の測定方法は、VSI又はCSIに限定されない。ワークWの内面Winの高さ位置の測定方法としては、例えば、周波数領域法(FDA:Frequency Domain Analysis)又は位相シフト法(PSI:Phase Shifting Interferometry)を適用してもよい。周波数領域法は、インターフェログラムをフーリエ変換し、振幅スペクトルのピーク位置付近で、波数に対する位相の勾配を求めることにより、ワークWの内面Winの高さ位置を求める方法である。周波数領域法については、例えば、米国特許第5398113号明細書に記載されている。位相シフト法は、干渉対物レンズ66の焦点位置を光軸方向にシフトさせたときの画素の濃度値の変化に基づいて、ワークWの内面Winの高さ位置を求める方法である。位相シフト法については、例えば、J. H. Bruning et al.: "Digital Wavefront Measuring Interferometer for Testing Optical Surfaces and Lenses, Applied Optics, Vol. 13, Issue 11, pp. 2693-2703 (1974)に記載されている。 The method for measuring the height position of the inner surface W in of the workpiece W is not limited to VSI or CSI. For example, a frequency domain analysis (FDA) or a phase shifting interferometry (PSI) may be applied as a method for measuring the height position of the inner surface W in of the workpiece W. The frequency domain method is a method for obtaining the height position of the inner surface W in of the workpiece W by Fourier transforming the interferogram and obtaining the gradient of the phase with respect to the wave number near the peak position of the amplitude spectrum. The frequency domain method is described in, for example, U.S. Pat. No. 5,398,113. The phase shifting method is a method for obtaining the height position of the inner surface W in of the workpiece W based on the change in the density value of the pixel when the focal position of the interference objective lens 66 is shifted in the optical axis direction. The phase shift method is described, for example, in J.H. Bruning et al.: "Digital Wavefront Measuring Interferometer for Testing Optical Surfaces and Lenses, Applied Optics, Vol. 13, Issue 11, pp. 2693-2703 (1974)."

ワークWの内面Winの形状を測定する場合、Z方向に沿う走査は、直動ステージ駆動部82により行われる。直動ステージ駆動部82は、基台ST3に対して回転ステージST1及び直動ステージST2をX方向に直動移動させるための駆動機構(例えば、アクチュエータ等)を備えている。 When measuring the shape of the inner surface W in of the workpiece W, scanning along the Z direction is performed by the linear stage driving unit 82. The linear stage driving unit 82 includes a driving mechanism (e.g., an actuator) for linearly moving the rotation stage ST1 and the linear stage ST2 in the X direction relative to the base ST3.

また、ワークWの周方向に沿う走査は、回転ステージ駆動部80により行われる。回転ステージ駆動部80は、回転ステージST1をZ軸回りに回転させるための駆動機構(例えば、アクチュエータ等)を備えている。 Scanning along the circumferential direction of the workpiece W is performed by the rotating stage driving unit 80. The rotating stage driving unit 80 is equipped with a driving mechanism (e.g., an actuator, etc.) for rotating the rotating stage ST1 around the Z axis.

制御部12は、回転ステージ駆動部80及び直動ステージ駆動部82により、ワークWの内面Winの撮像を順次行う。そして、制御部12は、順次撮像された画像をつなぎ合わせることにより、ワークWの測定対象範囲全体の合成画像を作成することができる(例えば、特開2020-159759号公報参照)。これにより、ワークWの測定対象範囲全体の形状の測定を行うことが可能になる。 The control unit 12 sequentially captures images of the inner surface W in of the workpiece W using the rotary stage drive unit 80 and the linear stage drive unit 82. The control unit 12 can then stitch together the sequentially captured images to create a composite image of the entire measurement range of the workpiece W (see, for example, JP 2020-159759 A). This makes it possible to measure the shape of the entire measurement range of the workpiece W.

[ワークWの内面Winの走査手順]
次に、円筒形状のワークWの内面Winを測定する場合の走査手順について説明する。
[Scanning procedure of the inner surface W in of the workpiece W]
Next, a scanning procedure for measuring the inner surface W in of a cylindrical workpiece W will be described.

図2は、ワークWの内面Winを高さ方向(Z方向)に走査する手順を示す図(正面図及び一部断面図)である。図2において、(b)は、ミラー部材Mの中心軸と対物部64の光軸AXとが一致した状態を示しており、(a)及び(c)は、円筒形状のワークWとミラー部材Mが(b)を基準としてそれぞれ±X方向に直動移動した状態を示している。なお、ワークWの中心軸は、回転ステージST1の中心軸と一致するように配置されている。 2 is a diagram (front view and partial cross-sectional view) showing the procedure for scanning the inner surface W in of the workpiece W in the height direction (Z direction). In FIG. 2, (b) shows a state in which the central axis of the mirror member M coincides with the optical axis AX of the objective section 64, and (a) and (c) show states in which the cylindrical workpiece W and mirror member M have each been linearly moved in the ±X direction with (b) as a reference. The central axis of the workpiece W is arranged to coincide with the central axis of the rotating stage ST1.

図2に示すように、ミラー部材Mの反射面Mは、Z軸(回転ステージST1の回転軸)及びX軸(直動移動方向)に対して45°傾斜しており、ワークWに照射される測定光L0は反射面Mにより直角に折り曲げられてワークWの内面Winに入射する。ワークWに照射される測定光L0の照射位置(観察対象位置)は、直動ステージ駆動部82により直動ステージST2をX方向に移動させることによりZ方向に変更可能となっている。 2, the reflecting surface MS of the mirror member M is inclined at 45° with respect to the Z axis (the rotation axis of the rotating stage ST1) and the X axis (direction of linear movement), and the measurement light L0 irradiated to the workpiece W is bent at a right angle by the reflecting surface MS and enters the inner surface W in of the workpiece W. The irradiation position (observation target position) of the measurement light L0 irradiated to the workpiece W can be changed in the Z direction by moving the linear stage ST2 in the X direction by the linear stage driving unit 82.

図2(b)に示すように、ミラー部材Mの反射面Mが位置M(0)にある場合、測定光L0の照射位置V(0)が測定可能な領域(以下、測定視野という。)となる。 As shown in FIG. 2B, when the reflecting surface M S of the mirror member M is at a position M S (0), the irradiation position V(0) of the measuring light L0 becomes the measurable area (hereinafter referred to as the measurement field of view).

図2(b)において、対物レンズ64から、反射面M上における測定光L0の到達位置(反射位置)P(0)までの距離をZ、位置P(0)から位置V(0)までの距離をXとする。このとき、対物レンズ64から位置V(0)までの光路長D(0)は、D(0)=Z+Xとなる。 2B, the distance from the objective lens 64 to the arrival position (reflection position) P(0) of the measurement light L0 on the reflecting surface MS is designated as Z, and the distance from position P(0) to position V(0) is designated as X. In this case, the optical path length D(0) from the objective lens 64 to position V(0) is given by D(0) = Z + X.

次に、図2(a)に示すように、直動ステージST2の直動移動に伴って回転ステージST1も共に+X方向にΔX移動した場合、ワークWの内面Winが位置Win(0)から+X方向にΔX移動した位置Win(+)に移動し、ミラー部材Mの反射面Mが位置M(0)から+X方向にΔX移動した位置M(+)に移動する。この場合、測定光L0の照射位置が上側(+Z側)にΔZ移動し、測定視野がV(+)となる。 2(a), when the rotary stage ST1 also moves ΔX in the +X direction in conjunction with the linear movement of the linear stage ST2, the inner surface W in of the workpiece W moves from position W in (0) to position W in (+) by ΔX in the +X direction, and the reflecting surface M S of the mirror member M moves from position M S (0) to position M S (+) by ΔX in the +X direction. In this case, the irradiation position of the measurement light L0 moves upward (to the +Z side) by ΔZ, and the measurement field of view becomes V(+).

図2(a)において、対物レンズ64から、反射面M上における測定光L0の到達位置P(+)までの距離は(Z-ΔZ)、位置P(+)から位置V(+)までの距離は(X+ΔX)となる。このとき、対物レンズ64から位置V(+)までの光路長D(+)は、D(+)=(Z-ΔZ)+(X+ΔX)となる。ここで、反射面MSの傾斜角が45°であるから、ΔX=ΔZである。したがって、D(+)=Z+Xとなる。 2A, the distance from the objective lens 64 to the arrival position P(+) of the measurement light L0 on the reflecting surface MS is (Z-ΔZ), and the distance from position P(+) to position V(+) is (X+ΔX). In this case, the optical path length D(+) from the objective lens 64 to position V(+) is D(+)=(Z-ΔZ)+(X+ΔX). Here, since the inclination angle of the reflecting surface MS is 45°, ΔX=ΔZ. Therefore, D(+)=Z+X.

また、図2(c)に示すように、直動ステージST2の直動移動に伴って回転ステージST1も共に-X方向にΔX移動した場合、ワークWの内面Winが位置Win(0)から-X方向にΔX移動した位置Win(-)に移動し、ミラー部材Mの反射面Mが位置M(0)から-X方向にΔX移動した位置M(-)に移動する。この場合、測定光L0の照射位置が下側(-Z側)にΔZ移動し、測定視野がV(-)となる。 2(c), when the rotary stage ST1 also moves ΔX in the -X direction in conjunction with the linear movement of the linear stage ST2, the inner surface W in of the workpiece W moves from position W in (0) to position W in (-) which is moved ΔX in the -X direction, and the reflecting surface M S of the mirror member M moves from position M S (0) to position M S (-) which is moved ΔX in the -X direction. In this case, the irradiation position of the measurement light L0 moves downward (to the -Z side) by ΔZ, and the measurement field of view becomes V(-).

図2(c)において、対物レンズ64から、反射面M上における測定光L0の到達位置P(-)までの距離は(Z+ΔZ)、位置P(-)から位置V(-)までの距離は(X-ΔX)となる。このとき、対物レンズ64から位置V(-)までの光路長D(+)は、D(+)=(Z-ΔZ)+(X+ΔX)=Z+Xとなる。 2(c), the distance from the objective lens 64 to the arrival position P(-) of the measurement light L0 on the reflecting surface MS is (Z+ΔZ), and the distance from the position P(-) to the position V(-) is (X-ΔX). In this case, the optical path length D(+) from the objective lens 64 to the position V(-) is D(+) = (Z-ΔZ) + (X+ΔX) = Z+X.

このように、直動移動を繰り返してワークWの内面Winを順次走査することにより、Z方向の全測定対象範囲の測定データを得ることが可能になる。図2に示すように、本実施形態では、ミラー部材Mの直動移動によりZ方向の走査を行うので、直動移動の前後で対物部64からワークWの内面Winまでの距離が変化しない(D(0)=D(-)=D(+))。このため、ワークWの内面Winを上部から下部に走査してもあらためてピント合わせを行う必要がないので、ワークWの内面Winの形状を高さ方向の広範囲にわたって精度よくかつ容易に測定することができる。 In this way, by repeating the linear movement to sequentially scan the inner surface W in of the workpiece W, it is possible to obtain measurement data for the entire measurement range in the Z direction. As shown in Fig. 2, in this embodiment, scanning in the Z direction is performed by linear movement of the mirror member M, so the distance from the objective part 64 to the inner surface W in of the workpiece W does not change before and after the linear movement (D(0) = D(-) = D(+)). Therefore, even if the inner surface W in of the workpiece W is scanned from the top to the bottom, there is no need to refocus, so the shape of the inner surface W in of the workpiece W can be accurately and easily measured over a wide range in the height direction.

図3は、ワークWの内面Winを高さ方向(Z方向)及び周方向に走査する手順を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a procedure for scanning the inner surface W in of the workpiece W in the height direction (Z direction) and the circumferential direction.

直動ステージST2を-X方向に順次移動させると、図3に示すように、測定視野が位置V(1,1)、V(1,2)、…、V(1,N)の順に移動する。ここで、直動移動量ΔX及び直動移動の繰り返し回数(移動回数)Nは、測定視野V(i,j)の形状、大きさ及び測定データ(画像)のつなぎ合わせのための重複領域(位置合わせに使用する画素群。例えば、特開2020-159759号公報参照。)の大きさZによって決まる。図3に示す例では、測定視野V(i,j)は略矩形であるため、直動移動量ΔX及び直動移動の繰り返し回数Nは、Z方向の測定対象範囲(Z方向測定範囲)Z、測定視野V(i,j)のZ方向寸法Z及び測定データ(画像)のつなぎ合わせのための重複領域の大きさZにより決定される。この場合、直動移動量ΔXは、Z-Zとなる。また、直動移動の繰り返し回数Nは、N×Z-(N-1)×Z≧Zとなる範囲で決定される。なお、測定視野V(i,j)の形状によっては、Zは上下で異なりうる。 When the linear stage ST2 is moved sequentially in the -X direction, the measurement visual field moves to positions V(1,1), V(1,2), ..., V(1,N) in the order shown in FIG. 3. Here, the linear movement amount ΔX and the number of repetitions (number of movements) N of the linear movement are determined by the shape and size of the measurement visual field V(i,j) and the size Z m of the overlapping area (pixel group used for alignment. For example, see JP 2020-159759 A) for stitching together the measurement data (image). In the example shown in FIG. 3, since the measurement visual field V(i,j) is approximately rectangular, the linear movement amount ΔX and the number of repetitions N of the linear movement are determined by the measurement target range (Z-direction measurement range) Z A in the Z direction, the Z-direction dimension Z V of the measurement visual field V(i,j), and the size Z m of the overlapping area for stitching together the measurement data (image). In this case, the linear movement amount ΔX is Z V -Z m . The number of repetitions N of the linear movement is determined within a range where N×Z V −(N−1)×Z m ≧Z A. Depending on the shape of the measurement visual field V(i, j), Z m may differ between the top and bottom.

Z方向測定範囲Z全体の走査が終了すると、回転ステージST1をZ軸周りに回転角θ回転させて、次の列V(2,1)、V(2,2)、…、V(2,N)の走査が行われる。ここで、回転角θは、測定視野V(i,j)の形状、大きさ及び測定データ(画像)のつなぎ合わせのための重複領域の大きさCによって決まる。図3に示す例では、測定視野V(i,j)は略矩形であるため、回転移動の繰り返し回数Mは、ワークWの内面Winの周の長さC、測定視野V(i,j)の周方向寸法C及び測定データ(画像)のつなぎ合わせのための重複領域の大きさCにより決定される。この場合、回転移動の繰り返し回数Mは、M×C-(M-2)×C≧Cとなる範囲で決定される。なお、測定視野V(i,j)の形状によっては、Cは左右で異なりうる。 When scanning of the entire Z-direction measurement range Z A is completed, the rotation stage ST1 is rotated by a rotation angle θ around the Z axis to scan the next rows V(2,1), V(2,2), ..., V(2,N). Here, the rotation angle θ is determined by the shape and size of the measurement field V(i,j) and the size C m of the overlapping area for stitching together the measurement data (images). In the example shown in FIG. 3, since the measurement field V(i,j) is substantially rectangular, the number of repetitions M of the rotational movement is determined by the circumferential length C A of the inner surface W in of the workpiece W, the circumferential dimension C V of the measurement field V(i,j), and the size C m of the overlapping area for stitching together the measurement data (images). In this case, the number of repetitions M of the rotational movement is determined within a range where M × C V - (M - 2) × C m ≧ C A. Note that C m may differ between the left and right depending on the shape of the measurement field V(i,j).

上記のように、Z方向及び周方向の走査を繰り返すことにより、ワークWの内面Winの測定対象範囲全体の測定を行うことができる。 As described above, by repeating scanning in the Z direction and the circumferential direction, the entire measurement target range of the inner surface W in of the workpiece W can be measured.

なお、上記の例では、Z方向の走査と周方向の走査をV(1,1)~V(1,N)、V(2,1)~V(2,N)、…、V(M,1)~V(M,N)の順番で行ったが、走査の順番は上記の例に限定されない。ワークWの形状及び大きさ等に応じてより効率的な走査の順番を選択可能である。例えば、Z方向の走査の順番を隔行で逆にしてもよい(V(1,1)~V(1,N)、V(2,N)~V(2,1)、V(3,1)~V(3,N)、…)。また、周方向の走査を先に行ってもよい(例えば、V(1,1)~V(M,1)、V(M,2)、V(1,2)~V(M-1,2)、V(M-1,3)、…)。 In the above example, the Z-direction scanning and the circumferential scanning are performed in the order of V(1,1) to V(1,N), V(2,1) to V(2,N), ..., V(M,1) to V(M,N), but the scanning order is not limited to the above example. A more efficient scanning order can be selected depending on the shape and size of the workpiece W. For example, the Z-direction scanning order may be reversed in alternate rows (V(1,1) to V(1,N), V(2,N) to V(2,1), V(3,1) to V(3,N), ...). Also, the circumferential scanning may be performed first (for example, V(1,1) to V(M,1), V(M,2), V(1,2) to V(M-1,2), V(M-1,3), ...).

[測定方法]
図4は、本発明の一実施形態に係る測定方法を示すフローチャートであり、図5は、図4のZ方向測定工程を示すフローチャートである。
[Measurement method]
FIG. 4 is a flow chart showing a measurement method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flow chart showing the Z direction measurement process of FIG.

まず、ワークWを回転ステージST1に設置し(ステップS10)、白色干渉顕微鏡50の光学系(鏡筒56)とワークWをZ方向に相対移動させてピント合わせを行う(ステップS12)。ステップS10において、ワークWの中心軸は、対物部64の光軸AXと一致するように配置される。そして、ステップS12のピント合わせは、ミラー部材Mの中心軸と対物部64の光軸AXとが一致した状態で行う(図2(b)参照)。 First, the workpiece W is placed on the rotating stage ST1 (step S10), and the optical system (lens tube 56) of the white light interference microscope 50 and the workpiece W are moved relative to each other in the Z direction to adjust the focus (step S12). In step S10, the central axis of the workpiece W is positioned so as to coincide with the optical axis AX of the objective section 64. Then, the focusing in step S12 is performed in a state in which the central axis of the mirror member M and the optical axis AX of the objective section 64 are aligned (see FIG. 2(b)).

次に、入出力部12により、ワークWの内面WinにおけるZ方向測定範囲Zを設定する(ステップS14)。 Next, the Z-direction measurement range ZA on the inner surface W in of the workpiece W is set by the input/output unit 12 (step S14).

次に、測定視野V(i,j)の大きさに基づいて直動ステージの移動量ΔX、移動回数N及び回転角度θを算出する(ステップS16)。 Next, the amount of movement ΔX, the number of movements N, and the rotation angle θ of the linear stage are calculated based on the size of the measurement field of view V(i, j) (step S16).

次に、周方向走査の繰り返しパラメータiを初期化してi=1とし(ステップS18)、ワークのZ方向測定範囲Z(測定視野V(i,j))の測定を順次行う(ステップS20)。 Next, a repetition parameter i for circumferential scanning is initialized to i=1 (step S18), and the Z-direction measurement range Z A (measurement field of view V(i, j)) of the workpiece is sequentially measured (step S20).

図5に示すように、ステップS20(Z方向測定工程)では、まず、Z方向走査の繰り返しパラメータjを初期化してj=1とし(ステップS200)、測定視野V(1,1)の測定を行う(ステップS202)。次に、直動ステージST2をΔX移動させて(ステップS204のNo、ステップS206)、j=j+1として(ステップS208)、測定視野V(1,2)の測定を行う(ステップS202)。 As shown in FIG. 5, in step S20 (Z-direction measurement process), first, the Z-direction scanning repetition parameter j is initialized to j = 1 (step S200), and the measurement field of view V (1, 1) is measured (step S202). Next, the linear stage ST2 is moved by ΔX (No in step S204, step S206), j = j + 1 is set (step S208), and the measurement field of view V (1, 2) is measured (step S202).

上記のように、ステップS202からS208を繰り返すことにより、ワークWのZ方向測定範囲Z(測定視野V(1,1)~V(1,N))の測定を行う。そして、j=Nとなって、ワークWのZ方向測定範囲Z(測定視野V(1,1)~V(1,N))の測定が終了すると(ステップS204のYes)、ワークWの内面WinのZ方向測定範囲Z(測定視野V(1,1)~V(1,N))の測定データをつなぎ合わせる(ステップS210)。 As described above, steps S202 to S208 are repeated to measure the Z-direction measurement range Z A (measurement field of view V(1,1) to V(1,N)) of the workpiece W. Then, when j=N and measurement of the Z-direction measurement range Z A (measurement field of view V(1,1) to V(1,N)) of the workpiece W is completed (Yes in step S204), the measurement data of the Z-direction measurement range Z A (measurement field of view V(1,1) to V(1,N)) of the inner surface W in of the workpiece W is pieced together (step S210).

このように、Z方向測定工程(ステップS20)が行われた後、図4に示すように、i=Mでない場合、すなわち、ワークWの全周の測定が終了していない場合(ステップS22のNo)には、回転ステージST1をθ回転させ(ステップS24)、i=i+1として(ステップS26)、ワークWのZ方向測定範囲Z(測定視野V(2,1)~V(2,N))の測定を行う。 In this way, after the Z-direction measurement process (step S20) has been performed, as shown in FIG. 4, if i=M is not met, i.e., if measurement of the entire circumference of the workpiece W has not been completed (No in step S22), the rotating stage ST1 is rotated by θ (step S24), i=i+1 is set (step S26), and the Z-direction measurement range Z A of the workpiece W (measurement field of view V(2,1) to V(2,N)) is measured.

上記のように、ステップS20からS26を繰り返すことにより、ワークWの周方向の走査を繰り返す。そして、i=Mとなって、ワークWの全周の測定が終了すると(ステップS22のYes)、ワークの全周の測定データをつなぎ合わせる(ステップS28)。これにより、ワークWの内面Winの測定対象範囲全体の測定データ(合成画像)を得ることができる。 As described above, steps S20 to S26 are repeated to repeatedly scan the workpiece W in the circumferential direction. Then, when i=M is reached and measurement of the entire circumference of the workpiece W is completed (Yes in step S22), the measurement data for the entire circumference of the workpiece is stitched together (step S28). This makes it possible to obtain measurement data (composite image) for the entire measurement range of the inner surface W in of the workpiece W.

本実施形態によれば、ワークWの内面Winを上部から下部に走査してもあらためてピント合わせを行う必要がないので、ワークWの内面Winの形状を高さ方向の広範囲にわたって精度よくかつ容易に測定することができる。 According to this embodiment, there is no need to refocus when scanning the inner surface W in of the workpiece W from top to bottom, so the shape of the inner surface W in of the workpiece W can be measured accurately and easily over a wide range in the vertical direction.

なお、図5に示す例では、Z方向測定工程のループごとに画像のつなぎ合わせを行ったが、全周の測定終了後(ステップS28)で全測定データのつなぎ合わせを行うようにしてもよい。また、周方向の走査を先に行う場合には、周方向のつなぎ合わせを先に行ってもよい。 In the example shown in FIG. 5, images are stitched together for each loop of the Z-direction measurement process, but all measurement data may be stitched together after the measurement of the entire circumference is completed (step S28). Also, if circumferential scanning is performed first, circumferential stitching may be performed first.

1…測定装置、10…制御装置、12…制御部、14…入出力部、16…記憶部、18…信号処理部、50…白色干渉顕微鏡、52…光源部、54…ライトガイド、56…鏡筒、58…照明用レンズ、60…ビームスプリッター、62…ターレット、64…対物部、66…干渉対物レンズ、68…ハーフミラー、70…参照ミラー、72…結像レンズ、74…絞り、76…検出器、80…回転ステージ駆動部、82…直動ステージ駆動部、ST…ステージ、ST1…回転ステージ、ST2…直動ステージ、ST3…基台、M…ミラー部材 1...measuring device, 10...control device, 12...control unit, 14...input/output unit, 16...storage unit, 18...signal processing unit, 50...white light interference microscope, 52...light source unit, 54...light guide, 56...lens barrel, 58...illumination lens, 60...beam splitter, 62...turret, 64...objective unit, 66...interference objective lens, 68...half mirror, 70...reference mirror, 72...imaging lens, 74...diaphragm, 76...detector, 80...rotary stage drive unit, 82...linear stage drive unit, ST...stage, ST1...rotary stage, ST2...linear stage, ST3...base, M...mirror member

Claims (2)

円筒形状のワークが載置される回転ステージであって、前記ワークの高さ方向に沿う回転軸の周りに回転可能な回転ステージと、
前記回転ステージの回転軸に対して垂直な直動移動方向に直動移動可能な直動ステージと、
前記回転軸及び前記直動移動方向に対して45°傾斜した反射面を有するミラー部材であって、前記直動ステージ上に固定され、前記回転ステージに形成された穴を貫通するように配置されており、前記直動ステージの直動移動に伴って前記直動ステージが設けられた基台に対して直動移動可能なミラー部材と、
測定光を前記反射面で反射させることにより前記ワークの内面に前記測定光を照射し、前記円筒形状のワークの内面の形状を測定する白色干渉顕微鏡と、
前記直動ステージを直動移動させることにより、前記測定光が照射される測定視野を前記高さ方向に沿って移動させ、前記回転ステージを回転させることにより、前記測定視野を前記ワークの周方向に移動させる制御部と、
前記測定視野ごとの測定データをつなぎ合わせる画像処理部と、
を備え
前記直動ステージの直動移動の繰り返し回数をN、前記ワークの高さ方向の測定対象範囲をZ 、前記測定視野をV、前記測定視野の高さ方向寸法をZ 、前記測定データの高さ方向におけるつなぎ合わせのための重複領域の大きさをZ とした場合、
前記直動移動の繰り返し回数Nは、N×Z -(N-1)×Z ≧Z となる範囲で決定され、
前記回転ステージの回転移動の繰り返し回数をM、前記ワークの内面の周の長さをC 、前記測定視野の周方向寸法をC 、前記測定データの回転方向におけるつなぎ合わせのための重複領域の大きさをC とした場合、
前記回転移動の繰り返し回数Mは、M×C -(M-2)×C ≧C となる範囲で決定される測定装置。
A rotation stage on which a cylindrical workpiece is placed, the rotation stage being rotatable around a rotation axis along a height direction of the workpiece;
a linear motion stage that is linearly movable in a linear motion direction perpendicular to a rotation axis of the rotation stage;
a mirror member having a reflection surface inclined at 45° with respect to the rotation axis and the linear movement direction, the mirror member being fixed on the linear movement stage and disposed so as to pass through a hole formed in the rotation stage, and being linearly movable with respect to a base on which the linear movement stage is provided in association with the linear movement of the linear movement stage;
a white light interference microscope that reflects a measurement light on the reflecting surface to irradiate the measurement light onto the inner surface of the workpiece, thereby measuring the shape of the inner surface of the cylindrical workpiece;
a control unit that moves a measurement field of view irradiated with the measurement light along the height direction by linearly moving the linear stage, and moves the measurement field of view in a circumferential direction of the workpiece by rotating the rotation stage;
an image processing unit that stitches together the measurement data for each measurement field of view;
Equipped with
When the number of repetitions of the linear movement of the linear stage is N, the measurement target range in the height direction of the workpiece is Z A , the measurement field of view is V, the height direction dimension of the measurement field of view is Z V , and the size of the overlapping area for joining the measurement data in the height direction is Z m ,
The number of repetitions N of the linear movement is determined within a range where N×Z V −(N−1)×Z m ≧Z A ;
When the number of times the rotational movement of the rotating stage is repeated is M, the circumferential length of the inner surface of the work is C A , the circumferential dimension of the measurement field of view is C V , and the size of the overlapping area for joining the measurement data in the rotational direction is C m ,
The number of times M of repetition of the rotational movement is determined within the range of M×C v −(M−2)×C m ≧C A.
円筒形状のワークが載置される回転ステージであって、前記ワークの高さ方向に沿う回転軸の周りに回転可能な回転ステージと、
前記回転ステージの回転軸に対して垂直な直動移動方向に直動移動可能な直動ステージと、
前記回転軸及び前記直動移動方向に対して45°傾斜した反射面を有するミラー部材であって、前記直動ステージ上に固定され、前記回転ステージに形成された穴を貫通するように配置されており、前記直動ステージの直動移動に伴って前記直動ステージが設けられた基台に対して直動移動可能なミラー部材と、
測定光を前記反射面で反射させることにより前記ワークの内面に前記測定光を照射し、前記円筒形状のワークの内面の形状を測定する白色干渉顕微鏡とを備える測定装置における測定方法であって、
前記直動ステージを直動移動させることにより、前記測定光が照射される測定視野を前記高さ方向に沿って移動させるステップと、
前記回転ステージを回転させることにより、前記測定視野を前記ワークの周方向に移動させるステップと、
前記測定視野ごとの測定データをつなぎ合わせるステップと、
を含み、
前記直動ステージの直動移動の繰り返し回数をN、前記ワークの高さ方向の測定対象範囲をZ 、前記測定視野をV、前記測定視野の高さ方向寸法をZ 、前記測定データの高さ方向におけるつなぎ合わせのための重複領域の大きさをZ とした場合、
前記直動移動の繰り返し回数Nは、N×Z -(N-1)×Z ≧Z となる範囲で決定され、
前記回転ステージの回転移動の繰り返し回数をM、前記ワークの内面の周の長さをC 、前記測定視野の周方向寸法をC 、前記測定データの回転方向におけるつなぎ合わせのための重複領域の大きさをC とした場合、
前記回転移動の繰り返し回数Mは、M×C -(M-2)×C ≧C となる範囲で決定される測定方法。
A rotation stage on which a cylindrical workpiece is placed, the rotation stage being rotatable around a rotation axis along a height direction of the workpiece;
a linear motion stage that is linearly movable in a linear motion direction perpendicular to a rotation axis of the rotation stage;
a mirror member having a reflection surface inclined at 45° with respect to the rotation axis and the linear movement direction, the mirror member being fixed on the linear movement stage and disposed so as to pass through a hole formed in the rotation stage, and being linearly movable with respect to a base on which the linear movement stage is provided in association with the linear movement of the linear movement stage;
A measurement method for a measurement apparatus including a white light interference microscope that irradiates an inner surface of the workpiece with a measurement light by reflecting the measurement light on the reflecting surface, thereby measuring a shape of the inner surface of the cylindrical workpiece, comprising:
moving a measurement field of view irradiated with the measurement light along the height direction by linearly moving the linear stage;
moving the measurement field of view in a circumferential direction of the workpiece by rotating the rotary stage;
A step of stitching together the measurement data for each measurement field of view;
Including,
When the number of repetitions of the linear movement of the linear stage is N, the measurement target range in the height direction of the workpiece is Z A , the measurement field of view is V, the height direction dimension of the measurement field of view is Z V , and the size of the overlapping area for joining the measurement data in the height direction is Z m ,
The number of repetitions N of the linear movement is determined within a range where N×Z V −(N−1)×Z m ≧Z A ;
When the number of times the rotational movement of the rotating stage is repeated is M, the circumferential length of the inner surface of the work is C A , the circumferential dimension of the measurement field of view is C V , and the size of the overlapping area for joining the measurement data in the rotational direction is C m ,
A measurement method in which the number of times M the rotational movement is repeated is determined within a range that satisfies M×C v −(M−2)×C m ≧C A.
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