JPS6253764B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフイゾー干渉或はマイケルソン干渉光
学系による主として一次干渉縞をフオトダイオー
ドアレイで受光、自己走査、演算することによつ
て平面度を表示する平面度測定方法に関するもの
であり、平面度を経済的に、簡易且つ確実に0.01
μｍの高精度に測定表示することを目的とするも
のである。

物体表面の平面度は一般に、白色光或は単色光
の下でオプチカルフラツトを使用して其の干渉縞
模様から読取る方法が広く行なわれている。即ち
第１図イ，ロに於て、１はオプチカルフラツトに
よる干渉縞パターンで其の干渉縞ピツチＰに対し
干渉縞パターンの撓みΔｐを目測或はスケールに
よつて読取り、下記の式によつて平面度を計算す
る。

平面度＝λ／２ｎ×Δｐ／Ｐ 但し、上の式中 λ＝干渉波長、ｎ＝干渉次数、 一般には、此の次数ｎは、ｎ＝１であり、又
△ｐ／Ｐを判読出来る分解能は一般的に20％程度のも のである。従つてλ＝0.6μｍ（一例としてHe−
Neレーザー光は、λ＝0.633μｍ）とすれば、平
面度は0.06μｍ（０．６μｍ／２×２０／１００＝0.06
μｍ）のオ ーダーの精度で表わされていることになり、現在
要求されている0.01μｍのオーダーの平面度測定
精度を得るためには、ｎ＝３〜５の高次の正確な
干渉縞を得る必要がある。其のためには強大な光
源を必要とすると共に光学系の部品の精度を高く
し、他のノイズが入らないよう光の進路を選択す
る必要があり、従つて装置は高価なものになり又
其の調整、維持も困難である。

上述のような従来の測定方法に対し本発明は、
フイゾー干渉或はマイケルソン干渉光学系による
一次干渉縞をフオトダイオードアレイで受光、自
己走査、演算して平面度を0.01μｍのオーダーの
高精度で平面度を表示することを特徴とするもの
で、以下に本発明の平面度測定方法について詳細
に説明する。

第２図は本発明の測定方法の一実施例をブロツ
ク図式に示しており、２はフイゾー干渉或はマイ
ケルソン干渉光学系による一次干渉縞のパターン
で、其の縞模様を構成している実線３及び点線４
は夫々干渉縞の山と谷を表わしている。５は自己
走査機能を持つたフオトダイオードアレイ（イメ
ージセンサー）で、干渉縞に略々直交するよう配
置され且つ矢印で示すように一直線上を平行移動
するよう設けられている。本実施例の場合、フオ
トダイオードアレイは512ビツト（素子）を有
し、後述のＡ／Ｄ（アナログ／デイジタル）コン
バータの処理速度10kHzと同等以上の自己走査機
能、つまり１走査約1/20秒以下の機能を備えてい
る。このフオトダイオードアレイを例えば５mm／
秒の速度で適当な距離、矢印方向につまり干渉縞
の延在方向に移動させる。この距離はその間にお
ける干渉縞のパターンの撓み△ｐがフオトダイオ
ードアレイの素子間ピツチに比して十分大きな値
となるように選定される。第２図の例では干渉縞
のパターン２の左側の鎖線６から右側の破線迄の
間を移動させている。なお干渉縞のパターンは図
示の如く複数の山、谷が現れた状態とし、フオト
ダイオードアレイはこの複数の干渉縞を捉える状
態で平行に移動する。

このようにフオトダイオードアレイを矢印方向
に移動させる間、移動方向の適当な３位置でその
自己走査を行わせる。前述のようにフオトダイオ
ードアレイの自己走査速度は移動速度に比して十
分速いから自己走査の間その移動を停止する必要
はない。フオトダイオードアレイの各素子の出力
はブロツク図に示すように順次増幅回路にて増幅
され、ピークホールド回路にてピークホールドさ
れ、そのホールド信号値をＡ／Ｄコンバーターで
デイジタル値に変換してマイクロプロセツサーに
読込ませ、これに演算処理を行わせて平面度を求
めてこれを表示装置に表示させる。

この演算処理を少し詳しく説明する。マイクロ
プロセツサーにはフオトダイオードアレイの１回
の自己走査によつて512素子分の各素子が捉えた
領域の明るさに関するデータが得られることにな
る。これらのデータは各素子の出力特性のバラツ
キを補正するために各素子とこれに相隣する２つ
の素子の３素子の平均値を算出して当該素子（３
つの中央に位置する素子）の値とする処理を行
う。このように補正して得た512素子分のデータ
に基づき、干渉縞の山３つまり明縞、又は谷(4)つ
まり暗縞の中心に相当する素子、つまり極大値又
は極小値をとる素子の番号（フオトダイオードア
レイの一端を基準として順次的に定めておく）を
特定する。このような素子数は縞数だけ、つまり
第２図の例では４又は５個存在する。なお一般的
には検出信号のピーク、つまり山３を求めるよう
にすればよいがフオトダイオードの出力の飽和を
考慮してボトム、つまり谷４を求めるようにして
もよい。

以上の如くして素子番号の特定が移動方向の３
位置において行われると次のようにして△ｐを算
出する。いまこの３位置を第２図の鎖線６及び中
央、右側の破線の位置とし、同一の山３〔又は谷
４〕についての鎖線６位置での素子番号を
（Min）₁、中央の破線位置での素子番号を
（Max）、右側の破線位置での素子番号を（Min）₂
とすると △ｐ＝Ｋ｛（Max）−（Ｍｉｎ）_１＋（Ｍｉｎ）_２／
２｝ 但し、Ｋはフオトダイオードアレイの素子間ピ
ツチ として求める。このような△ｐは山又は谷の数だ
け算出されるが、それらの１つを用いるか、平均
値、中央値を用いるかは任意である。

次にＰを求めるが、これは例えば中央の破線位
置において、相隣る２つの山又は谷の各中心に
夫々位置するとして番号を特定された素子の各番
号（MAX）、（MAX）′を用いて Ｐ＝Ｋ｜（MAX）−（MAX）′｜ として算出する。このＰも複数算出し得るが、そ
の一つを用いるか平均値、中央値を用いるかは任
意である。また左右の鎖線、破線の位置で同様に
算出してもよいことは勿論である。

なお△Ｐの算出に際しては寸法換算でλ／４以
上離れたデータは別個の山又は谷に相当する値で
あるとして、誤算出の防止を図る。これはフオト
ダイオードアレイの自己走査を行わせる位置にて
縞間ピツチ（λ／２）の1/2以上ずれたパターン
は実際には現れることが極めて少ないということ
を利用している。

以上のようにして△ｐ，Ｐを求めたあとは、 平面度＝λ／２ｎ×△ｐ／Ｐ として平面度を算出する。なおこの式から理解さ
れるように△ｐ，Ｐはその比として用いられるか
ら△ｐ，Ｐ夫々の実際の計算には前述のＫは不要
である。

以上に説明したように、本発明の測定方法は干
渉縞の山又は谷の同定を山又は谷がλ／４以上離
れているものを除外することによつて行つている
ので、△ｐ或いは平面度の測定に著しく大きな誤
差を含むことがない。そしてフオトダイオードア
レイの自己走査を用いることによつて、例えば自
己走査に際してフオトダイオードアレイの512ビ
ツトの範囲内に５本の干渉縞が入るとしても、干
渉縞１本当り約100ビツトの分解能が得られ、山
又は谷の中心の算出精度を±１ビツトとしても
２／１００＝２％の分解能を持ち、従つてλ＝0.6μｍ
と して0.006μｍ（０．６μｍ／２×0.02＝0.006μｍ）の
オ ーダーの精度で平面度を表示することが出来、当
初に記述した0.01μｍのオーダーの平面度測定、
表示を簡易且つ確実に達成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロは公知のオプチカルフラツトによ
る干渉縞のパターンを示す説明図、第２図は本発
明の平面度測定方法をブロツク図式に表わした説
明図である。以下図中の符号の説明。 １：オプチカルフラツトによる干渉縞のパター
ン、２：フイゾー干渉或はマイケルソン工学系に
よる干渉縞のパターン、３：パターン２の干渉縞
の山（実線で表示）、４：仝上の谷（点線で表
示）、５：フオトダイオードアレイ（イメージセ
ンサー）、６：フオトダイオードアレイ５の自己
走査スタート位置（鎖線で表示）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フイゾー干渉或いはマイケルソン干渉光学系
   による干渉縞に対して略々直交するよう配置した
   フオトダイオードアレイを縞目に沿う方向の相異
   なる複数の位置にて自己走査させ、その出力から
   マイクロプロセツサーによつて干渉縞の山又は谷
   を読み取り、読取つた山又は谷のデータに基づき
   干渉縞のピツチＰを演算し、また前記相異なる複
   数の位置にて読み取られた山又は谷のうちλ／４
   （但しλ＝波長）以上離れていないものを同一の
   山又は谷としてパターンの撓みΔｐを演算すると
   同時に平面度 （λ／２×Δｐ／Ｐ）を演算表示することを特徴とす
   る 平面度測定方法。