JPH06201344A - Measurement of surface to be inspected - Google Patents

Measurement of surface to be inspected

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JPH06201344A
JPH06201344A JP5000994A JP99493A JPH06201344A JP H06201344 A JPH06201344 A JP H06201344A JP 5000994 A JP5000994 A JP 5000994A JP 99493 A JP99493 A JP 99493A JP H06201344 A JPH06201344 A JP H06201344A
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JP
Japan
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inspected
measuring
aberration
measured
measurement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5000994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seizo Suzuki
清三 鈴木
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP5000994A priority Critical patent/JPH06201344A/en
Publication of JPH06201344A publication Critical patent/JPH06201344A/en
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、一測定断面11′について形成さ
れる干渉縞11をつなぎ合わせて被検面7aの全体を計
測する装置において、被検面7aのセッティングずれに
起因する誤差分を差し引いて、高精度な測定を行う方法
を提供することを目的としている。 【構成】 演算装置15に収差関数を予め入力してお
き、さらに、干渉縞像から得られる計測データW(x,
y)を演算装置15に入力し、所定の式から収差関数の
係数Cnを算出し、計測データW(x,y)を補正して
真の面精度W(x,y)realを求める。
(57) [Summary] [Object] The present invention is directed to an apparatus for measuring the entire surface 7a to be measured by connecting interference fringes 11 formed on one measurement section 11 ', and is caused by a setting deviation of the surface 7a to be measured. It is an object of the present invention to provide a method for performing highly accurate measurement by subtracting the error amount of [Arrangement] An aberration function is previously input to the arithmetic unit 15, and measurement data W (x,
y) is input to the calculation device 15, the coefficient Cn of the aberration function is calculated from a predetermined formula, the measurement data W (x, y) is corrected, and the true surface accuracy W (x, y) real is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉作用を用いて
被検面の面形状や面精度を測定する技術に関し、特に、
被検面のセッティングずれを補正する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for measuring the surface shape and surface accuracy of a surface to be inspected by using the interference effect of light, and in particular,
The present invention relates to a method for correcting a setting deviation of a surface to be inspected.

【0002】[0002]

【従来の技術】同一光源からの可干渉光を被検面と参照
面とに照射し、被検面の一測定断面について干渉縞を作
り、被検面を該測定断面と交叉する方向に走査して面全
体を測定する被検面の測定方法として、出願人は、特願
平3−50104号において、図11(a) ,(b) に示す
トロイダル面の測定装置を提案している。
2. Description of the Related Art Coherent light from the same light source is applied to a test surface and a reference surface to form interference fringes on one measurement section of the test surface, and the test surface is scanned in a direction intersecting the measurement section. As a method of measuring the surface to be inspected, the applicant proposes a toroidal surface measuring device shown in FIGS. 11A and 11B in Japanese Patent Application No. 3-50104.

【0003】上記の図11(a) において、1は光源で、
可干渉性の高いガスレーザ又は半導体レーザ等が使用さ
れている。光源1からの可干渉光は、ビームエクスパン
ダ2aを通過し、空間フィルタ3で迷光や反射光をカッ
トされ、光アイソレータ4及びもう一つのビームエクス
パンダ2bを通過して対物レンズ6を経て被検面7aと
してのトロイダル面に達する。このトロイダル面は、頂
点で直交するG主径線ABを、R主径線CDに沿って回
転して形成したもので、R主径線の曲率中心は、回転軸
12上にある。
In FIG. 11 (a), 1 is a light source,
A gas laser or a semiconductor laser having high coherence is used. The coherent light from the light source 1 passes through the beam expander 2a, the stray light and the reflected light are cut by the spatial filter 3, passes through the optical isolator 4 and another beam expander 2b, and passes through the objective lens 6 to be received. The toroidal surface as the inspection surface 7a is reached. This toroidal surface is formed by rotating a G main radial line AB orthogonal to each other at the apex along the R main radial line CD, and the center of curvature of the R main radial line is on the rotary shaft 12.

【0004】対物レンズ6の最終面は、半透鏡としての
参照球面6aとなっており、参照面6aの曲率中心が回
転軸12上に来るように配置する。光源1からこの参照
面6aに達した可干渉光は、その一部が反射されて参照
光となり、残りは透過する。透過した可干渉光は、対物
レンズ6で屈折され、回転軸12上に収束するように進
んで被検面7aに垂直に入射する。
The final surface of the objective lens 6 is a reference spherical surface 6a as a semi-transparent mirror, and it is arranged so that the center of curvature of the reference surface 6a is on the rotation axis 12. A part of the coherent light reaching the reference surface 6a from the light source 1 is reflected to become reference light, and the rest is transmitted. The transmitted coherent light is refracted by the objective lens 6, travels so as to converge on the rotation axis 12, and is vertically incident on the surface 7a to be inspected.

【0005】被検面7aで反射された被検光は、入射光
路を逆行して参照面6aを透過して参照光と重畳する。
重畳された参照光と被検光とは、光アイソレータ4のλ
/4板4bとビームスプリッタ4aの作用により反射面
4cで反射されて収束レンズ9を経てイメージセンサ1
0に達する。
The test light reflected by the test surface 7a reverses the incident optical path, passes through the reference surface 6a, and is superimposed on the reference light.
The reference light and the test light that have been superimposed are λ of the optical isolator 4.
The image sensor 1 is reflected by the reflecting surface 4c by the action of the / 4 plate 4b and the beam splitter 4a, and passes through the converging lens 9.
Reaches 0.

【0006】ところで、参照面6aは球面で、被検面7
aはトロイダル面であるから、参照光と被検光は、参照
面と被検面がほぼ平行と見なせるR主径線に平行な一測
定断面について干渉縞を生じ、イメージセンサ10上に
スリット状の干渉縞像が結像される。この干渉縞像によ
り当該測定断面の形状や精度を測定することができる。
図11(b) は、一測定断面11′についての干渉縞像1
1が、イメージセンサ10上に結像した状態を示す。
By the way, the reference surface 6a is a spherical surface, and the test surface 7
Since a is a toroidal surface, the reference light and the test light produce interference fringes on one measurement cross section parallel to the R main diameter line, which can be regarded as substantially parallel to the reference surface, and the slit shape on the image sensor 10. Interference fringe image is formed. The shape and accuracy of the measurement cross section can be measured by this interference fringe image.
FIG. 11 (b) shows an interference fringe image 1 for one measurement section 11 '.
1 shows a state in which an image is formed on the image sensor 10.

【0007】併進台13は、被検体7を回転軸12と平
行な方向(y方向)に移動するもので、上述のように一
つの干渉縞像が形成されると、被検体を回転軸12方向
に走査し、同様に次々と干渉縞を形成してトロイダル面
全体を測定することができる。
The translation table 13 moves the subject 7 in a direction parallel to the rotation axis 12 (y direction). When one interference fringe image is formed as described above, the subject 7 is rotated. The entire toroidal surface can be measured by scanning in the same direction and similarly forming interference fringes one after another.

【0008】この装置を使用すれば、トロイダル面は勿
論、シリンダ面及び平面についても、波長以下の高精度
で測定することができる。
By using this apparatus, not only the toroidal surface but also the cylinder surface and the flat surface can be measured with high accuracy of wavelength or less.

【0009】しかしながら、上記の装置においては、被
検面7aが理想の位置からずれていると、面精度に大き
な誤差を生じてしまう。このセッティングずれは、x,
y,z方向のシフトと、x軸回りのチルト(以下「αチ
ルト」という)、y軸回りのチルト(以下「βチルト」
という)、z軸回りのチルト(以下「γチルト」とい
う)の6通りに分けることができ、実際のセッテイング
ずれは、これら6つのずれが複雑に組み合わされたもの
である。
However, in the above apparatus, if the surface 7a to be inspected is displaced from the ideal position, a large error will occur in the surface accuracy. This setting deviation is x,
Shifts in the y and z directions, tilts around the x axis (hereinafter referred to as “α tilt”), tilts around the y axis (hereinafter referred to as “β tilt”)
It can be divided into six types of tilts about the z axis (hereinafter referred to as “γ tilt”), and the actual setting deviation is a complex combination of these six deviations.

【0010】図12(a) から(f) は、上記の6つのセッ
ティングずれを単独に取り出して、被検面が樽型トロイ
ダル面の場合に、セッティングずれが測定値の波面形状
にどのような影響を与えるかを示すものである。ただ
し、被検面7aは理想的な形状をしているものとする。
なお、被検面が、もし理想位置にセットされていれば、
計測データの波面はフラットになる。
FIGS. 12 (a) to 12 (f) independently show the above six setting deviations, and show what the setting deviations are in the wavefront shape of the measured value when the test surface is a barrel-shaped toroidal surface. It shows whether or not it has an influence. However, the test surface 7a is assumed to have an ideal shape.
If the surface to be inspected is set to the ideal position,
The wavefront of the measurement data is flat.

【0011】(a) は被検面7aがx方向にシフトしてい
る場合で、計測データの波面はx方向にチルトしてい
る。(b) は被検面7aがy方向にシフトしている場合
で、計測データの波面はy方向にチルトしている。
(A) shows the case where the surface 7a to be inspected is shifted in the x direction, and the wavefront of the measurement data is tilted in the x direction. (b) shows the case where the surface 7a to be measured is shifted in the y direction, and the wavefront of the measurement data is tilted in the y direction.

【0012】(c) は被検面7aがz方向にシフト(デフ
ォーカス)している場合で、計測データの波面はx方
向、y方向に曲率を持ち、トロイダル波面となる。(d)
は被検面7aがαチルトしている場合で、計測データの
波面はy方向にチルトすると共にx方向に曲率を有す
る。
(C) shows the case where the surface 7a to be tested is shifted (defocused) in the z direction, and the wavefront of the measurement data has a curvature in the x direction and the y direction, and becomes a toroidal wavefront. (d)
Indicates that the surface 7a to be inspected is tilted by α, and the wavefront of the measurement data is tilted in the y direction and has a curvature in the x direction.

【0013】(e) は被検面7aがβチルトしている場合
で、被検面はy軸と平行な回転軸12を有する面形状の
ため、計測データの波面は変化せずフラットになる。
(f) は被検面7aがγチルトしている場合で、計測デー
タは、45°非点収差を生じる。
(E) shows the case where the surface 7a to be inspected is β-tilted, and since the surface to be inspected has a surface having a rotation axis 12 parallel to the y-axis, the wavefront of the measurement data does not change and becomes flat. .
(f) is the case where the surface 7a to be inspected is tilted by γ, and the measurement data shows 45 ° astigmatism.

【0014】(g) は、セッティングずれとは異なるが、
被検面7aの長手方向(y方向)について形状測定を行
った場合の波面形状を示す図である。計測データの波面
はx方向はフラットで、y方向に曲率を有するシリンダ
波面となる。勿論、被検面は理想位置に置かれた状態で
ある。
Although (g) is different from the setting deviation,
It is a figure which shows the wavefront shape at the time of performing shape measurement about the longitudinal direction (y direction) of the to-be-tested surface 7a. The wavefront of the measurement data is a cylinder wavefront that is flat in the x direction and has a curvature in the y direction. Of course, the surface to be inspected is in the ideal position.

【0015】図13(a) から(f) は、被検面7aがシリ
ンダ面の場合のセッティングずれに伴う波面誤差形状を
説明するものである。そして、被検面7aが、理想位置
にセットされていれば、計測データの波面はやはりフラ
ットになる。
FIGS. 13 (a) to 13 (f) illustrate the wavefront error shape associated with the setting deviation when the surface 7a to be detected is a cylinder surface. If the surface 7a to be inspected is set at the ideal position, the wavefront of the measurement data will be flat.

【0016】(a) は被検面7aがx方向にシフトしてい
る場合で、計測データの波面はx方向にチルトしてい
る。(b) は被検面7aがy方向にシフトしている場合
で、観測データに誤差は生じない。
(A) shows the case where the surface 7a to be tested is shifted in the x direction, and the wavefront of the measurement data is tilted in the x direction. (b) is the case where the surface 7a to be inspected is shifted in the y direction, and no error occurs in the observation data.

【0017】(c) は被検面7aがz方向にシフト(デフ
ォーカス)している場合で、計測データの波面はx方向
のみに曲率を有するシリンダ波面の誤差分を生じる。
(d) は被検面7aがαチルトしている場合で、計測デー
タの波面は、y方向にチルトし、かつx方向に曲率を有
する波面形状誤差となる。
(C) shows the case where the surface 7a to be measured is shifted (defocused) in the z direction, and the wavefront of the measurement data has an error component of the cylinder wavefront having a curvature only in the x direction.
(d) is the case where the surface 7a to be inspected is α-tilted, and the wavefront of the measurement data is a wavefront shape error that is tilted in the y direction and has a curvature in the x direction.

【0018】(e) は被検面7aがβチルトしている場合
で、トロイダル面の場合と同様の理由から計測データに
誤差は生じない。(f) は被検面7aがγチルトしている
場合で、計測データの波面に45°非点収差が生じる。
(E) is the case where the surface 7a to be inspected is tilted by β, and no error occurs in the measurement data for the same reason as in the case of the toroidal surface. (f) is the case where the surface 7a to be inspected is tilted by γ, and 45 ° astigmatism occurs in the wavefront of the measurement data.

【0019】図14(a) から(f) は、被検面7aが平面
の場合のセッティングずれの影響を説明するものであ
る。そして、被検面7aが、理想位置にセットされ、か
つ完全な平面であれば、計測データの波面はフラットに
なる。
FIGS. 14 (a) to 14 (f) explain the influence of the setting deviation when the surface 7a to be tested is a flat surface. Then, if the surface to be inspected 7a is set to an ideal position and is a perfect plane, the wavefront of the measurement data will be flat.

【0020】(a) は被検面7aがx方向にシフトしてい
る場合、(b) はy方向にシフトしている場合、(c) はz
方向にシフトしている場合、(f) はγチルトしている場
合で、これらの場合は全て計測データに誤差は生じず、
フラットな波面になる。
(A) is the case where the surface 7a to be measured is shifted in the x direction, (b) is the case where it is shifted in the y direction, and (c) is the z direction.
In case of shifting in the direction, (f) is in case of γ tilt, and in all of these cases, no error occurs in the measurement data,
It becomes a flat wavefront.

【0021】(d) は被検面7aがαチルトしている場合
で、計測データの波面には、y方向にチルトした波面形
状誤差が生じる。(e) は被検面7aがβチルトしている
場合で、計測データの波面には、x方向にチルトした波
面形状誤差が生じる。
(D) shows the case where the surface 7a to be inspected is tilted by α. The wavefront of the measurement data has a wavefront shape error tilted in the y direction. (e) is the case where the test surface 7a is β-tilted, and a wavefront shape error tilted in the x direction occurs in the wavefront of the measurement data.

【0022】以上に説明したように、被検面にセッティ
ングずれが生じた場合、計測データに大きな誤差を生じ
てしまう。特に、波長以下の精度で面精度を計測する場
合、セッティングずれによる誤差成分は無視することは
できない。また、樽型トロイダル面、長尺シリンダ面、
長尺平面等の測定では、セッティングずれの影響が大き
く、従来の装置ではこれらの測定が困難であった。
As described above, if a setting deviation occurs on the surface to be inspected, a large error will occur in the measurement data. In particular, when measuring the surface accuracy with an accuracy of less than or equal to the wavelength, the error component due to the setting deviation cannot be ignored. Also, barrel-shaped toroidal surface, long cylinder surface,
When measuring a long plane or the like, the influence of the setting deviation is large, and it was difficult to measure these with a conventional device.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、一測定断面
について形成される干渉縞をつなぎ合わせて面全体を計
測する装置において、上記のようなセッティングずれに
起因する誤差分を差し引き、高精度に面精度や面形状を
計測でき、樽型トロイダル面、長尺シリンダ面、長尺平
面等の測定が可能な方法及び装置を提供することを目的
としている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is a device for measuring the entire surface by connecting interference fringes formed on one measurement cross section and subtracting the error due to the above-mentioned setting deviation to achieve high accuracy. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus capable of measuring surface accuracy and surface shape and capable of measuring a barrel-shaped toroidal surface, a long cylinder surface, a long flat surface, and the like.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、同一光源からの可干渉光を被検面と参照
面とに照射し、被検面の一測定断面について干渉縞を作
り、被検面を該測定断面と交叉する方向に走査して面全
体を測定する被検面の測定方法において、被検面全体に
ついての計測データW(x,y)を得、線形独立な収差
関数Fnを定め、次式 W(x,y)real=W(x,y)−ΣCnFn(x,
y) S=∬{W(x,y)−ΣCnFn(x,y)}2 dx
dy ∂S/∂C1 =0,∂S/∂C2 =0,……∂S/∂C
n=0 から最小二乗近似により収差関数Fnの係数Cnを求
め、計測データW(x,y)を補正して真の面精度W
(x,y)realを求める構成を特徴としている。
To achieve the above object, the present invention irradiates a coherent light beam from the same light source on a test surface and a reference surface, and causes interference fringes on one measurement cross section of the test surface. And measuring the entire surface by scanning the surface to be measured in a direction intersecting with the measurement cross section and obtaining measurement data W (x, y) for the entire surface to be linearly independent. The following equation W (x, y) real = W (x, y) −ΣCnFn (x,
y) S = ∬ {W (x, y) −ΣCnFn (x, y)} 2 dx
dy ∂S / ∂C 1 = 0, ∂S / ∂C 2 = 0, …… ∂S / ∂C
From n = 0, the coefficient Cn of the aberration function Fn is obtained by least-squares approximation, the measurement data W (x, y) is corrected, and the true surface accuracy W is obtained.
It is characterized by a configuration for obtaining (x, y) real.

【0025】被検面が樽型トロイダル面の場合には、前
記収差関数Fnを、F1:1,F2:x,F3:y,F4:
2 , F5:y2 ,F6:xy,F7:y−x2 yとし、これ
らの収差関数にて前記最小二乗近似を行い前記係数Cn
を求める構成とする。
When the surface to be inspected is a barrel-shaped toroidal surface, the aberration functions Fn are F 1 : 1, F 2 : x, F 3 : y, F 4 :
x 2 , F 5 : y 2 , F 6 : xy, and F 7 : y−x 2 y, the least square approximation is performed using these aberration functions, and the coefficient Cn
Is calculated.

【0026】被検面がシリンダ面の場合は、前記収差関
数Fnを、F1:1,F2:x,F3:x 2 ,F4:xy, F5:
y−x2 y とし、被検面が平面の場合は、前記収差関
数Fnを、F1:1,F2:x,F3:yとする構成とする。
また、被検面全体についての計測データW(x,y)を
得、線形独立な収差関数Fnを定め、次式 S=∬{W(x,y)−ΣCnFn(x,y)}2 dx
dy ∂S/∂C1 =0,∂S/∂C2 =0,……∂S/∂C
n=0 から最小二乗近似により収差関数Fnの係数Cnを求
め、該係数から被検面のセッティングずれを算出し、ず
れ量に従って各方向のセッティングずれ修正を6軸微動
ドライブ装置で行う構成とすれば、セッテイングずれが
大き過ぎる場合にずれの修正が可能になる。
When the surface to be inspected is a cylinder surface, the aberration relation
Number Fn, F1: 1, F2: x, F3: x 2, FFour: xy, FFive:
y-x2y, and if the surface to be inspected is a flat surface,
Number Fn, F1: 1, F2: x, F3: y
In addition, the measurement data W (x, y) for the entire surface to be inspected
Then, a linearly independent aberration function Fn is determined, and the following equation S = ∬ {W (x, y) −ΣCnFn (x, y)}2dx
dy ∂S / ∂C1= 0, ∂S / ∂C2= 0, …… ∂S / ∂C
The coefficient Cn of the aberration function Fn is obtained by the least square approximation from n = 0.
Therefore, the setting deviation of the surface to be inspected is calculated from the coefficient and
6-axis fine adjustment for setting deviation correction in each direction according to the amount
If the drive device is used, there will be
If it is too large, it is possible to correct the deviation.

【0027】[0027]

【実施例】以下に本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の測定装置を示す。従来
例で説明したのと大部分共通するので、相違点を説明す
る。14は6軸ドライブ装置で、併進台13と被検体7
との間に配置されている。そして図示はしないが、6軸
ドライブ装置14の内部には、被検面7aにx,y,z
方向のシフトや、α,β,γチルトを与えるためのステ
ッピングモータ等を使用した機構が内蔵されている。1
5は、演算手段で、コンピュータを使用している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the measuring device of the present invention. Since it is almost the same as that described in the conventional example, the difference will be described. Reference numeral 14 denotes a 6-axis drive device, which is a translation table 13 and a subject 7
It is located between and. Although not shown, inside the 6-axis drive device 14, x, y, z on the surface 7a to be inspected is detected.
It incorporates a mechanism that uses a stepping motor or the like to give direction shifts and α, β, and γ tilts. 1
Reference numeral 5 is a computing means, which uses a computer.

【0028】従来例で説明したようにして、干渉縞像1
1がイメージセンサ10上に結像されると、イメージセ
ンサ10の各素子の出力が演算装置15に入力され、一
つの測定断面に対する面データ又は波面データW(x,
y)が得られる。しかし、前述したようにこの計測デー
タW(x,y)には、セッティングずれに伴う誤差が含
まれている。
As described in the conventional example, the interference fringe image 1
When 1 is imaged on the image sensor 10, the output of each element of the image sensor 10 is input to the arithmetic unit 15, and surface data or wavefront data W (x,
y) is obtained. However, as described above, the measurement data W (x, y) includes an error due to the setting deviation.

【0029】ここで、図12,13,14で説明したよ
うなセッテイングずれに伴う波面の歪みを、線形独立な
収差関数Fnで表すことができれば、この収差関数を予
め演算装置15に入力しておき、各収差関数Fnに対す
る適切な係数Cnを演算装置15に算出させて前記の計
測データW(x,y)からセッティングずれに伴う誤差
を差し引くことができる。すなわち、次式 W(x,y)real=W(x,y)−ΣCnFn(x,y) …(1) から真の値W(x,y)realを求めることができる。係
数Cnを求める方法としては、最小二乗法をもちいる。
すなわち、上式の両辺を二乗して、W(x,y)realの
二乗和をEとすれば、 S=∬{W(x,y)−ΣCnFn(x,y)}2 dxdy …(2) さらに、 ∂S/∂C1 =0,∂S/∂C2 =0,……∂S/∂Cn=0 …(3) として、各係数C1 〜Cnを求めることができる。
If the distortion of the wavefront due to the setting deviation as described with reference to FIGS. 12, 13 and 14 can be expressed by the linearly independent aberration function Fn, this aberration function is input to the arithmetic unit 15 in advance. Then, the calculation device 15 can calculate an appropriate coefficient Cn for each aberration function Fn to subtract the error due to the setting deviation from the measurement data W (x, y). That is, the true value W (x, y) real can be obtained from the following expression W (x, y) real = W (x, y) -ΣCnFn (x, y) (1). As a method for obtaining the coefficient Cn, the least square method is used.
That is, if both sides of the above equation are squared and the sum of squares of W (x, y) real is E, S = ∬ {W (x, y) -ΣCnFn (x, y)} 2 dxdy (2 ) Further, each coefficient C 1 to Cn can be obtained as ∂S / ∂C 1 = 0, ∂S / ∂C 2 = 0, ... ∂S / ∂Cn = 0 (3).

【0030】被検面7aが樽型トロイダル面であれば、
次の7つの線形独立した収差関数によってセッティング
ずれを表現できる。
If the surface 7a to be tested is a barrel-shaped toroidal surface,
The setting deviation can be expressed by the following seven linearly independent aberration functions.

【表1】 これらを図に表すと、図2(a) から(g) のような波面形
状が得られる。
[Table 1] When these are shown in the figure, the wavefront shapes shown in Fig. 2 (a) to (g) are obtained.

【0031】ところで、前述のように樽型トロイダル面
のセッティングずれに伴う波面誤差は、図12(a) から
(g) のような形状を有するが、x,y座標をsin θスケ
ールで示したとき、つぎの関数で近似できる。
By the way, as described above, the wavefront error due to the setting deviation of the barrel-shaped toroidal surface is shown in FIG. 12 (a).
Although it has a shape like (g), it can be approximated by the following function when the x and y coordinates are shown on the sin θ scale.

【表2】 [Table 2]

【0032】収差関数の和E1 は次のように表せる。The sum E 1 of aberration functions can be expressed as follows.

【数1】 [Equation 1]

【0033】これに対し、セッティングエラー量E2
表2に基づき次のように表せる。 E2 ≒a1 +a2(x)+a3(y) +a4(y2)+a5(x2 +y2) +a6(xy)+a7(y−x2y) =a1 +a2(x)+a3(y) +a5(x2)+(a4 +a5)(y2) +a6(xy)+a7(y−x2y)…(5)
On the other hand, the setting error amount E 2 can be expressed as follows based on Table 2. E 2 ≒ a 1 + a 2 (x) + a 3 (y) + a 4 (y 2) + a 5 (x 2 + y 2) + a 6 (xy) + a 7 (y-x 2 y) = a 1 + a 2 (x ) + a 3 (y) + a 5 (x 2 ) + (a 4 + a 5 ) (y 2 ) + a 6 (xy) + a 7 (y−x 2 y)… (5)

【0034】すなわち、E1 とE2 とは全く同じ形の式
で表すことができ、(1) 式より7つの収差関数によりセ
ッティングずれ補正を行うことができる。図3にその結
果を示す。図3(a) はセッティング補正前、(b) は補正
後を示す。
That is, E 1 and E 2 can be expressed by the same equations, and the setting deviation can be corrected by the seven aberration functions from the equation (1). The results are shown in FIG. FIG. 3 (a) shows before setting correction and (b) shows after setting correction.

【0035】被検面7aがシリンダ面の場合、トロイダ
ル面の場合と同じような手順でセッティング誤差を差し
引くことができる。シリンダ面の場合、収差関数は次の
ようになる。
When the surface 7a to be detected is a cylinder surface, the setting error can be subtracted by the same procedure as in the case of the toroidal surface. For a cylinder surface, the aberration function is

【0036】[0036]

【表3】 これらを図に表すと、図4(a) から(e) のような波面形
状が得られる。
[Table 3] When these are shown in the figure, the wavefront shapes shown in Fig. 4 (a) to (e) are obtained.

【0037】ところで、シリンダ面のセッティングずれ
に伴う波面誤差は、図13(a) から(f) のような形状を
有するが、x及びy座標をsin θスケールで示したと
き、次の表4に示す関数で近似できる。
By the way, the wavefront error due to the setting deviation of the cylinder surface has a shape as shown in FIGS. 13 (a) to 13 (f). When the x and y coordinates are shown on the sin θ scale, the following Table 4 It can be approximated by the function shown in.

【0038】[0038]

【表4】 [Table 4]

【0039】表3の収差関数の和E1 ((1) 式右辺第2
項)は、次のように表せる。
Sum of aberration functions in Table 3 E 1 (second side of right side of equation (1))
Item) can be expressed as follows.

【数2】 [Equation 2]

【0040】これに対し、セッティングエラー量E2
表4に基づき次のように表せる。 E2 ≒a1 +a2(x)+a3(x2)+a4(xy)+a5(y−x2y) … (7) E1 とE2 は全く同じ式の形で表現されており、したが
って、(1) 式について表3の5つの関数により各セッテ
ィングずれによるエラーを補正することができる。図5
(a) は補正前、(b) は補正後の結果を示している。
On the other hand, the setting error amount E 2 can be expressed as follows based on Table 4. E 2 ≈a 1 + a 2 (x) + a 3 (x 2 ) + a 4 (xy) + a 5 (y−x 2 y) (7) E 1 and E 2 are expressed in exactly the same form. Therefore, the error due to each setting deviation can be corrected by the five functions in Table 3 regarding the equation (1). Figure 5
(a) shows the results before the correction and (b) shows the results after the correction.

【0041】次に、被検面7aが平面の場合、上記と同
様な手順でセッティング誤差を差し引くことができる。
平面の場合の収差関数は、次のとおりである。
Next, when the surface 7a to be tested is a flat surface, the setting error can be subtracted by the same procedure as above.
The aberration function in the case of a plane is as follows.

【0042】[0042]

【表5】 これらを図に表すと、図6(a) から(c) のような波面形
状が得られる。
[Table 5] When these are represented in the figure, the wavefront shapes as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c) are obtained.

【0043】ところで、平面のセッティングずれに伴う
波面誤差は、図14(a) から(f) のような形状を有する
が、x及びy座標をsin θスケールで示したとき、次の
関数で近似できる。
By the way, the wavefront error due to the setting deviation of the plane has a shape as shown in FIGS. 14 (a) to (f), but when the x and y coordinates are shown on the sin θ scale, it is approximated by the following function. it can.

【0044】[0044]

【表6】 [Table 6]

【0045】表5の収差関数の和E1 ((1) 式右辺第2
項)は、次のように表せる。
Sum of aberration functions in Table 5 E 1 (second side of right side of equation (1))
Item) can be expressed as follows.

【数3】 [Equation 3]

【0046】一方、セッティングエラー量E2 は表6に
基づき次のように表せる。 E2 ≒a1 +a2(x)+a3(y) E1 とE2 は全く同じ式の形で表現されており、したが
って、(1) 式について表5の関数により各セッティング
ずれによるエラーを補正することができる。図7(a) は
補正前、(b) は補正後の結果を示している。
On the other hand, the setting error amount E 2 can be expressed as follows based on Table 6. E 2 ≈a 1 + a 2 (x) + a 3 (y) E 1 and E 2 are expressed in exactly the same form. Therefore, regarding the formula (1), the error due to each setting deviation is calculated by the function of Table 5. Can be corrected. FIG. 7A shows the results before correction, and FIG. 7B shows the results after correction.

【0047】以上の説明したように、本発明のよれば、
被検面7aのセッティングずれは、修正しなくても良い
のであるが、セッティング誤差が大き過ぎると、補正精
度が充分でなくなる。つまり、各セッティングずれに対
する波面形状が近似関数から外れてくる。
As explained above, according to the present invention,
It is not necessary to correct the setting deviation of the surface 7a to be inspected, but if the setting error is too large, the correction accuracy becomes insufficient. That is, the wavefront shape for each setting deviation deviates from the approximation function.

【0048】図8から10は、このような問題の解決を
図った実施例である。図8は、被検面がトロイダル面の
場合に適用される被検面7aのセッティングずれ修正装
置を示す。一点鎖線で示すのは、演算装置15で、特に
収差係数Cnを算出する部分を示す。16はD/A変換
器で、17−1から17−6は、増幅器である。14−
1から14−6は、6軸ドライブ装置14に設けられた
各ドライブ装置で、14−1はx軸ドライブ、14−2
はy軸ドライブ、14−3はz軸ドライブ、14−5は
γ軸ドライブ、14−6はα軸ドライブを示す。
8 to 10 show an embodiment for solving such a problem. FIG. 8 shows a setting deviation correcting device for the surface 7a to be tested, which is applied when the surface to be tested is a toroidal surface. The one-dot chain line indicates the part of the arithmetic unit 15 that calculates the aberration coefficient Cn in particular. Reference numeral 16 is a D / A converter, and 17-1 to 17-6 are amplifiers. 14-
1 to 14-6 are drive devices provided in the 6-axis drive device 14, 14-1 is an x-axis drive, 14-2
Indicates y-axis drive, 14-3 indicates z-axis drive, 14-5 indicates γ-axis drive, and 14-6 indicates α-axis drive.

【0049】演算装置15で算出されたC2 の値は、D
/A変換器16でアナログ値に変換され、増幅器17−
1で増幅された後、x軸ドライブ14−1に入力され、
x軸ドライブは、被検面7aを増幅器17−1からの入
力信号に応じ、フィードバックしてx軸方向に移動す
る。
The value of C 2 calculated by the arithmetic unit 15 is D
A / A converter 16 converts into an analog value, and amplifier 17-
After being amplified by 1, it is input to the x-axis drive 14-1,
The x-axis drive feeds back the surface to be inspected 7a in the x-axis direction by feeding back it according to an input signal from the amplifier 17-1.

【0050】以下同様にC3 からC7 について行われ
る。C5 については、β軸ドライブに入力されるべきで
あるが、図12(e) に示すように、データは変化を受け
ないので、修正する必要がないことから、β軸ドライブ
とは接続していない。
The same is done for C 3 to C 7 below. The C 5, but it should be inputted to the β-axis drive, as shown in FIG. 12 (e), since the data is not subject to change, it is not necessary to fix, the β-axis drive connected Not not.

【0051】図9は、被検面7aがシリンダ面の場合の
セッティングずれ補正装置を示す。補正に必要な収差係
数は、C2 ,C3 ,C4 及びC5 で、それぞれ増幅器1
7−1から17−4を経てx軸ドライブ14−1,z軸
ドライブ14−3,γ軸ドライブ14−5,α軸ドライ
ブ14−6に入力されるようになっている。
FIG. 9 shows a setting deviation correcting device when the surface 7a to be measured is a cylinder surface. Aberration coefficients required for correction are C 2 , C 3 , C 4 and C 5 , and the amplifier 1
The signals are input to the x-axis drive 14-1, the z-axis drive 14-3, the γ-axis drive 14-5, and the α-axis drive 14-6 via 7-1 to 17-4.

【0052】図10は、被検面7aが平面の場合の補正
装置を示す。この場合、補正に必要な収差係数はC2
びC3 で、α軸ドライブ14−6,β軸ドライブ14−
4に入力される。
FIG. 10 shows a correction device when the surface 7a to be tested is a flat surface. In this case, the aberration coefficients required for correction are C 2 and C 3 , and the α-axis drive 14-6 and the β-axis drive 14-
4 is input.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、被検面の一測定断面について干渉縞を作り、この干
渉縞を測定断面と交叉する方向に走査して被検面全体の
面精度や面形状を測定する場合、被検面にセッティング
ずれがあっても、その測定誤差を補正して高精度な測定
ができる。したがって、従来測定が困難であった長尺平
面ミラーや長尺シリンダ面、樽型トロイダル面の計測が
可能になった。さらに、収差係数を算出して6軸ドライ
ブ装置で被検面のセッティングずれを修正する構成とす
れば、セッティングずれが大きい場合の測定もでき、被
検面のセッティングの修正が容易になった。
As described above, according to the present invention, an interference fringe is formed on one measurement cross section of the surface to be inspected, and the interference fringe is scanned in a direction intersecting the measurement cross section to scan the entire surface of the inspection surface. When measuring surface accuracy and surface shape, even if there is a setting deviation on the surface to be inspected, the measurement error can be corrected and highly accurate measurement can be performed. Therefore, it has become possible to measure long flat mirrors, long cylinder surfaces, and barrel-shaped toroidal surfaces, which were difficult to measure in the past. Further, if the constitution is such that the aberration coefficient is calculated and the setting deviation of the surface to be inspected is corrected by the 6-axis drive device, it is possible to perform measurement even when the setting deviation is large, and it becomes easy to correct the setting of the surface to be inspected.

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

【図1】本発明の測定方法を実施する装置の構成を示す
図で、(a) はy−z面図、(b)はx−z面図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus for carrying out the measuring method of the present invention, (a) is a yz plane view, and (b) is an xz plane view.

【図2】(a) から(g) は被検面が樽型トロイダル面の場
合の収差関数を示す図である。
FIGS. 2A to 2G are diagrams showing aberration functions when the surface to be measured is a barrel-shaped toroidal surface.

【図3】被検面が樽型トロイダル面の場合の収差関数に
よる補正の状態を示す図で、(a) は補正前、(b) は補正
後である。
FIG. 3 is a diagram showing a state of correction by an aberration function when the surface to be inspected is a barrel-shaped toroidal surface, where (a) is before correction and (b) is after correction.

【図4】(a) から(e) は被検面がシリンダ面の場合の収
差関数を示す図である。
FIGS. 4A to 4E are diagrams showing aberration functions when the surface to be measured is a cylinder surface.

【図5】被検面がシリンダ面の場合の収差関数による補
正の状態を示す図で、(a) は補正前、(b) は補正後であ
る。
5A and 5B are diagrams showing a state of correction by an aberration function when the surface to be inspected is a cylinder surface, in which FIG. 5A is before correction and FIG.

【図6】(a) から(c) は被検面が平面の場合の収差関数
を示す図である。
6A to 6C are diagrams showing aberration functions when the surface to be inspected is a flat surface.

【図7】被検面が平面の場合の収差関数による補正の状
態を示す図で、(a) は補正前、(b) は補正後である。
FIG. 7 is a diagram showing a state of correction by an aberration function when the surface to be inspected is a flat surface, in which (a) is before correction and (b) is after correction.

【図8】被検面が樽型トロイダル面の場合のセッティン
グずれを修正する装置の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an apparatus for correcting a setting deviation when the surface to be inspected is a barrel-shaped toroidal surface.

【図9】被検面がシリンダ面の場合のセッティングずれ
を修正する装置の構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an apparatus for correcting a setting deviation when the surface to be inspected is a cylinder surface.

【図10】被検面が平面の場合のセッティングずれを修
正する装置の構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an apparatus for correcting a setting deviation when the surface to be inspected is a flat surface.

【図11】従来の樽型トロイダル面測定装置の構成を示
す図で、(a) はy−z面図、(b)はイメージセンサに干
渉縞像が結像した状態を示す図である。
11A and 11B are diagrams showing a configuration of a conventional barrel-type toroidal surface measuring device, in which FIG. 11A is a yz plane view, and FIG. 11B is a diagram showing a state in which an interference fringe image is formed on an image sensor.

【図12】(a) から(f) は、被検面がトロイダル面の場
合、セッティングずれにより測定波面に生じる誤差を示
す図で、(g) はセッティングずれが無く、しかも、y方
向について形状測定を行った場合の測定波面を示す図で
ある。
FIGS. 12 (a) to 12 (f) are diagrams showing an error that occurs in a measurement wavefront due to a setting deviation when the surface to be measured is a toroidal surface, and FIG. 12 (g) shows no setting deviation and a shape in the y direction. It is a figure which shows the measured wavefront at the time of measuring.

【図13】(a) から(f) は、被検面がシリンダ面の場
合、セッティングずれにより測定波面に生じる誤差を示
す図である。
13 (a) to 13 (f) are diagrams showing an error caused in a measurement wavefront due to a setting deviation when the surface to be inspected is a cylinder surface.

【図14】(a) から(f) は、被検面が平面の場合、セッ
ティングずれにより測定波面に生じる誤差を示す図であ
る。
14A to 14F are diagrams showing an error caused in a measurement wavefront due to a setting deviation when the surface to be inspected is a flat surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 6a 参照面 7a 被検面 11 干渉縞像 11′ 測定断面 14 6軸ドライブ装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light source 6a reference surface 7a test surface 11 interference fringe image 11 'measurement cross section 14 6-axis drive device

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一光源からの可干渉光を被検面と参照
面とに照射し、被検面の一測定断面について干渉縞を作
り、被検面を該測定断面と交叉する方向に走査して面全
体を測定する被検面の測定方法において、 被検面全体についての計測データW(x,y)を得、線
形独立な収差関数Fnを定め、次式 W(x,y)real=W(x,y)−ΣCnFn(x,
y) S=∬{W(x,y)−ΣCnFn(x,y)}2 dx
dy ∂S/∂C1 =0,∂S/∂C2 =0,……∂S/∂C
n=0 から最小二乗近似により収差関数Fnの係数Cnを求
め、計測データW(x,y)を補正して真の面精度W
(x,y)realを求めることを特徴とする被検面の測定
方法。
1. A coherent light beam from the same light source is applied to a test surface and a reference surface, interference fringes are formed on one measurement cross section of the test surface, and the test surface is scanned in a direction intersecting with the measurement cross section. Then, in the method of measuring the entire surface to be measured, the measurement data W (x, y) for the entire surface to be measured is obtained, the linearly independent aberration function Fn is determined, and the following equation W (x, y) real = W (x, y) -ΣCnFn (x,
y) S = ∬ {W (x, y) −ΣCnFn (x, y)} 2 dx
dy ∂S / ∂C 1 = 0, ∂S / ∂C 2 = 0, …… ∂S / ∂C
From n = 0, the coefficient Cn of the aberration function Fn is obtained by least-squares approximation, the measurement data W (x, y) is corrected, and the true surface accuracy W is obtained.
A method for measuring a surface to be inspected, characterized by obtaining (x, y) real.
【請求項2】 前記被検面が樽型トロイダル面で、前記
収差関数Fnが、F 1:1,F2:x,F3:y,F4:x2 ,
5:y2 ,F6:xy,F7:y−x2 yであり、これらの
収差関数にて前記最小二乗近似を行い前記係数Cnを求
めることを特徴とする請求項1記載の被検面の測定方
法。
2. The test surface is a barrel-shaped toroidal surface,
The aberration function Fn is F 1: 1, F2: x, F3: y, FFour: x2,
FFive: y2, F6: xy, F7: y-x2y and these
The coefficient Cn is obtained by performing the least squares approximation with an aberration function.
The method for measuring an inspected surface according to claim 1, wherein
Law.
【請求項3】 前記被検面がシリンダ面で、前記収差関
数Fnが、F1:1,F2:x,F3:x2 ,F4:xy, F5:
y−x2 y であり、これらの収差関数にて前記最小二
乗近似を行い前記係数Cnを求めることを特徴とする請
求項1記載の被検面の測定方法。
3. The surface to be measured is a cylinder surface, and the aberration functions Fn are F 1 : 1, F 2 : x, F 3 : x 2 , F 4 : xy, F 5 :
a y-x 2 y, the measuring method of the test surface according to claim 1, wherein the determining the coefficients Cn performs the least square approximation in these aberration function.
【請求項4】 前記被検面が平面で、前記収差関数Fn
が、F1:1,F2:x,F3:yであり、これらの収差関数
にて前記最小二乗近似を行うことを特徴とする請求項1
記載の被検面の測定方法。
4. The test surface is a flat surface, and the aberration function Fn
Is F 1 : 1, F 2 : x, F 3 : y, and the least-squares approximation is performed by using these aberration functions.
The method for measuring the surface to be inspected.
【請求項5】 同一光源からの可干渉光を被検面と参照
面とに照射し、被検面の一測定断面について干渉縞を作
り、被検面を該測定断面と交叉する方向に走査して面全
体を測定する被検面の測定方法において、 被検面全体についての計測データW(x,y)を得、線
形独立な収差関数Fnを定め、次式 S=∬{W(x,y)−ΣCnFn(x,y)}2 dx
dy ∂S/∂C1 =0,∂S/∂C2 =0,……∂S/∂C
n=0 から最小二乗近似により収差関数Fnの係数Cnを求
め、該係数から被検面のセッティングずれを算出し、ず
れ量に従って各方向のセッティングずれ修正を6軸微動
ドライブ装置で行うことを特徴とする被検面の測定方
法。
5. A coherent light beam from the same light source is applied to a test surface and a reference surface, an interference fringe is formed on one measurement cross section of the test surface, and the test surface is scanned in a direction intersecting with the measurement cross section. Then, in the method of measuring the entire surface to be measured, the measurement data W (x, y) for the entire surface to be measured is obtained, the linearly independent aberration function Fn is determined, and the following equation S = ∬ {W (x , Y) -ΣCnFn (x, y)} 2 dx
dy ∂S / ∂C 1 = 0, ∂S / ∂C 2 = 0, …… ∂S / ∂C
A characteristic is that the coefficient Cn of the aberration function Fn is obtained from n = 0 by least square approximation, the setting deviation of the surface to be inspected is calculated from the coefficient, and the setting deviation in each direction is corrected by the 6-axis fine movement drive device according to the deviation amount. And the measuring method of the surface to be inspected.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102865830A (en) * 2012-09-12 2013-01-09 中国科学院光电技术研究所 Filtering method for filtering random noise in interference detection data
JP6040387B1 (en) * 2016-04-07 2016-12-07 アキム株式会社 Lens inspection device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102865830A (en) * 2012-09-12 2013-01-09 中国科学院光电技术研究所 Filtering method for filtering random noise in interference detection data
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