深さ測定装置および深さ測定方法
【課題】凹部を有する被測定物に対して傷を付ける恐れなく、かつ精度よく凹部の深さを測定できる深さ測定装置および深さ測定方法を提供すること。
【解決手段】基台１１と、被測定物１００が載置される載置台１７と、を有し、基台１１と載置台１７とが相対移動可能な移動ステージ１０と、載置台１７に対して着脱自在で被測定物１００と置き換えて載置可能に設けられ、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板と、基台１１に設けられ、可干渉性の光束を参照光と測定光Ｌ５０とに分割し測定光Ｌ５０と参照光との光路差に基づく干渉縞を観察する干渉縞観察部２０と、載置台１７に載置された前記平面板に対して測定光Ｌ５０が照射された際に前記干渉縞の本数が最少となる基台１１と載置台１７との位置関係を原点とした基台１１と載置台１７との相対移動量を測定する移動量測定部３０と、を備える。
【解決手段】基台１１と、被測定物１００が載置される載置台１７と、を有し、基台１１と載置台１７とが相対移動可能な移動ステージ１０と、載置台１７に対して着脱自在で被測定物１００と置き換えて載置可能に設けられ、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板と、基台１１に設けられ、可干渉性の光束を参照光と測定光Ｌ５０とに分割し測定光Ｌ５０と参照光との光路差に基づく干渉縞を観察する干渉縞観察部２０と、載置台１７に載置された前記平面板に対して測定光Ｌ５０が照射された際に前記干渉縞の本数が最少となる基台１１と載置台１７との位置関係を原点とした基台１１と載置台１７との相対移動量を測定する移動量測定部３０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深さ測定装置および深さ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、凹面レンズのような凹部を有する光学素子などの形状の検査を行う装置として、凹部を有する被測定物における凹部の深さを測定する装置が知られている。例えば、特許文献１には、触針子を凹面レンズの凹面に当てつけ、凹面の深さを測定できる球欠深さ測定器が開示されている。
【０００３】
より詳しくは、被検レンズ（被測定物）が載置される載置台と、載置台に載置された被測定物に接触して被測定物の球欠部分の深さを測定する触針子と、触針子による測定における原点を設定する０点リセットをするために載置台に載置される平行平板とを備えている。
この特許文献１に記載の球欠深さ測定器によれば、平行平板に触針子を当接させて０点リセットが行われることで０点リセットのバラツキが解消される。このため、高精度な深さ測定ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２５３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の球欠深さ測定器では、凹面レンズに触針子をあてつけているため、凹面レンズの凹面にキズが付いてしまうという問題点があった。
また、凹面に触針子をあてつけ、表示値が最大になる様に凹面レンズを水平方向に移動させることで、凹面部の一番深い場所を推測しながら測定を行っている。そのため、凹面部の一番深い場所を測定しているか否かが確実でないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は凹部を有する被測定物に対して傷を付けず、かつ精度よく凹部の深さを測定できる深さ測定装置および深さ測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の深さ測定装置は、一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定装置であって、基台と、前記被測定物が載置される載置台と、を有し、前記基台と前記載置台とが相対移動可能な移動ステージと、前記載置台に対して前記被測定物と置き換えて載置可能に設けられ、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板と、前記基台に設けられ、可干渉性の光束を参照光と測定光とに分割し、前記測定光と前記参照光との光路差に基づく干渉縞を観察する干渉縞観察部と、前記平面板に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置を原点として、前記被測定物に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置までの移動量を、前記凹部の深さとして測定する移動量測定部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明の深さ測定方法は、一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定方法であって、被測定物が載置される載置台に、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板を載置する平面板載置工程と、前記反射部に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置を、基準位置として設定する設定工程と、前記平面板に代えて前記被測定物を前記載置台に載置する被測定物載置工程と、前記被測定物が有する凹部の面頂位置に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置と前記基準位置との相対移動量を、前記凹部の深さとして計測する計測工程と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、前記干渉縞の本数が最小となる位置を前記凹部の球心位置として設定するとともに、前記測定光の光軸が前記球心位置を通る位置に、前記被測定物の位置を調整する軸合わせ工程と、を備え、前記軸合わせ工程は、前記被測定物載置工程と前記計測工程との間に行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の深さ測定装置および深さ測定方法によれば、凹部を有する被測定物に対して傷を付けず、かつ精度よく凹部の深さを測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の深さ測定装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】同実施形態の深さ測定装置の作用を示す説明図である。
【図３】同実施形態の深さ測定装置の使用時の一過程を示す側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の深さ測定方法を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態の深さ測定方法の一部の工程を詳細に示すフローチャートである。
【図６】同実施形態の深さ測定方法の一部の工程を詳細に示すフローチャートである。
【図７】同実施形態の深さ測定装置の作用を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態の深さ測定装置の概略構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の深さ測定装置および深さ測定方法について図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態の深さ測定装置の概略構成を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態の深さ測定装置１は、一部に球面をなす凹部１０１を有する被測定物１００に対して好適に用いられるものである。このような被測定物１００としては、具体的には例えば凹部を有する凹面レンズや凹部を有する凹面鏡などの光学素子を挙げることができる。
【００１３】
深さ測定装置１は、被測定物１００を載置可能な移動ステージ１０と、被測定物１００に対して干渉縞を生じさせて観察する干渉縞観察部２０と、移動ステージ１０に取り付けられた移動量測定部３０とを備えている。
【００１４】
移動ステージ１０は、基台１１と、基台１１に固定された支持体１２と、支持体１２に支持された移動部１３と、とを有している。基台１１は平板状に形成されており、支持体１２は軸線方向に延びる筒状あるいは柱状に形成されている。基台１１と支持体１２とは互いに垂直な位置関係に設けられている。
【００１５】
以下本明細書では、図１にＸＹＺで示すように座標軸を定め、Ｘ軸及びＹ軸が基台１１の面に沿うとともに互いに直交する軸線であり、Ｚ軸が支持体１２の軸方向に向かう軸線であるとして説明を行う。
【００１６】
移動部１３は、支持体１２の外面に沿って摺動移動可能で、基台１１に対して近接あるいは離間するように相対移動可能に設けられている。また、移動部１３には、支持体１２に対して締付による摩擦係合によって位置関係を固定するための締付固定部１３ａが設けられている。
【００１７】
また、移動部１３には、基台１１に対してＺ軸方向に進退動作可能なＺステージ１４と、Ｚステージ１４に取り付けられＸＹ平面と平行な面に沿って基台１１に対して相対移動可能なＸＹステージ１５とを有している。
【００１８】
ＸＹステージ１５には、基台１１側の面に連結部材１６が固定されており、連結部材１６を介して載置台１７が固定されている。載置台１７は、本実施形態の被測定物１００が載置されて使用される。載置台１７には、被測定物１００が載置される面である載置面１８と、載置面１８の一部に設けられＺ軸方向に貫通して形成された貫通孔１９とを有している。
【００１９】
本実施形態では、図１に示すように被測定物１００の凹部１０１の開口１０２が載置面１８に向かう位置関係となるように被測定物１００が載置台１７に配置される。このとき、開口１０２と載置面１８とは同一平面上にある。すなわち、凹部１０１の深さとは、被測定物１００が載置台１７に載置されたときの載置面１８から面頂位置１０３までの、載置面１８に垂直な方向の距離である。
【００２０】
干渉縞観察部２０は、基台１１に固定され載置台１７に向けて測定光Ｌ５０を照射する干渉計５０と、干渉計５０に固定されて設けられたフリンジスキャンユニット６０と、干渉計５０およびフリンジスキャンユニット６０に電気的に接続された解析部７０とを有している。
【００２１】
干渉計５０は、集光位置Ｏ５０において集光する可干渉性の測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０がＺ軸方向に向かうように調整されている。また基台１１側から載置台１７に向けて照射される測定光Ｌ５０は、貫通孔１９を通過して被測定物１００に到達する。また、本実施形態では、測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０は、載置面１８に対して垂直になるように調整されている。
【００２２】
本実施形態では、干渉計５０はフィゾー型干渉計が採用されている。詳細は図示しないが、干渉計５０には、球面をなす参照面を有する図示しない参照レンズが設けられている。干渉計５０は、可干渉性の光束を測定光Ｌ５０と図示しない参照光とに分離して測定光Ｌ５０と参照光との間の光路差に基づく光の干渉によって干渉縞を生じさせる。
【００２３】
フリンジスキャンユニット６０は、干渉計５０によって得られる上述の干渉縞の解析をより高精度に行うための機構である。フリンジスキャンユニット６０は、干渉計５０に設けられた上述の参照面と載置面１８との間のＺ軸方向の相対位置を変化させる微小駆動部６１と、微小駆動部６１を駆動させるためのフリンジスキャン制御部６２とを有している。
【００２４】
フリンジスキャン制御部６２は、詳細は後述する解析部７０に電気的に接続されており、解析部７０を通じて送信される動作指令に基づいて動作する。
【００２５】
解析部７０は、一般に普及しているパーソナルコンピュータを採用することができ、干渉縞の解析をするための干渉縞解析ソフトがインストールされているものが好ましい。解析部７０は、上記干渉縞解析ソフトによって干渉縞の解析処理を行う解析本体７１と、解析本体７１によって解析された結果などを表示する表示部７２とを有している。解析部７０で干渉縞解析ソフトを立ち上げて使用することで、干渉計５０で取得された干渉縞画像の映像情報を、表示部７２で目視観察することが出来る。
【００２６】
移動量測定部３０は、光軸Ａ５０と同軸上に設定された測定軸Ｍを有する測長器３１と、測長器３１の動作を制御する測長制御部３２と、測長器３１によって測定された測定結果を表示するための位置情報モニタ３３と、詳細は図示しないリセットスイッチと、を有している。
また、測長器３１は、固定部材３４によって支持体１２に固定されている。固定部材３４には、締付固定部１３ａと同様に締付固定部３４ａが設けられている。
【００２７】
測長器３１で測定された位置信号は、測長制御部３２により所定の基準位置からの移動量、すなわち所定の基準位置からの距離情報となり、位置情報モニタ３３において使用者が認知可能な状態に表示される。また、上述のリセットスイッチを押すことで上述の距離情報がリセットされ、リセットスイッチが押されたときの位置関係があらたな基準位置として設定される。
【００２８】
図２は、被測定物１００に対して照射される測定光Ｌ５０の光路の一部を示す光路図である。図２に示すように、測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と、被測定物１００の凹部１０１の曲率中心（球心位置Ｏ１００）とが一致する様に被測定物１００が載置台１７に載置されると、測定光Ｌ５０は光路５１、５２を通り、干渉計５０に光が戻る。以下、この位置関係を球心反射位置と称する。
【００２９】
また、測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と、被測定物１００の凹部の面頂位置１０３とが一致するように被測定物１００が載置台１７に載置されると、測定光Ｌ５０は、光路５３、５４を通り、干渉計５０に光が戻る。以下、この位置関係を面頂反射位置と称する。
【００３０】
球心反射位置と面頂反射位置との二箇所では、被測定物１００と集光位置Ｏ５０との相対位置が、球心反射位置あるいは面頂反射位置と完全に一致しているときには干渉縞は生じない。一方で被測定物１００と集光位置Ｏ５０との相対位置が、球心反射位置あるいは面頂反射位置と微小なズレを有している際には干渉計５０、および解析部７０によって観察可能な干渉縞が発生する。
【００３１】
図３は、深さ測定装置１の使用時の一過程を示す側面図である。図３に示すように、深さ測定装置１が使用される際には、載置台１７の載置面１８には、貫通孔１９を塞ぐように平面板４０が配置される。平面板４０は、載置面１８上で被測定物１００と置き換えて配置されるように載置台１７に対して着脱自在に設けられている。
【００３２】
平面板４０には、載置面１８に接する第一面４１と、第一面４１と異なる第二面４２とが形成されている。平面板４０における第一面４１は測定光Ｌ５０を反射可能な反射部４３が設けられている。
【００３３】
反射部４３は、図１および図２に示す被測定物１００の凹部１０１の深さの基準となる位置に配置されるものである。このため、反射部４３は被測定物１００の凹部１０１の開口１０２が接している載置面１８と同一平面状に位置していることが好ましい。なお、反射部４３は、貫通孔１９を通過して平面板４０に照射される測定光Ｌ５０を反射することができればよく、平面板４０の第一面４１の少なくとも一部に設けられていればよい。
【００３４】
以上に説明する構成の、本実施形態の深さ測定装置１の使用時の動作および深さ測定方法について、図４ないし図６を参照しながら説明を行う。
図４ないし図６は、本実施形態の深さ測定装置１による深さ測定方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、使用者は、載置台１７の載置面１８に平面板４０をセット（載置）する（平面板載置工程；ステップＳ１）。
【００３５】
続いて、干渉計５０から射出される測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０が、平面板４０の反射部４３付近に位置するように基台１１と移動部１３とのＺ軸方向の相対位置を移動させる。このとき、使用者は、締付固定部１３ａを緩め、移動部１３を支持体１２に対してＺ軸方向に摺動移動させることで、平面板４０を面頂位置へ移動させる（移動工程；ステップＳ２）。
【００３６】
続いて、平面板４０の反射部４３（面頂位置）の干渉縞調整を行う（設定工程；ステップＳ３）。ステップＳ３では、干渉計５０の測定光Ｌ５０を反射部４３の面に垂直な方向から反射部４３に照射する。
【００３７】
平面板４０の反射部４３では、測定光Ｌ５０が反射されて干渉計５０に入射される。干渉計５０では、測定光Ｌ５０と上述の参照光との間の光路差に基づく干渉縞が生じる。干渉縞の画像は解析部７０における表示部７２で目視可能に表示される。
【００３８】
図５は、ステップＳ３を詳細に示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ３では、まずＺステージ１４の位置をＺ方向に進退移動させて平面板４０と干渉計５０との間の距離を調整する（ステージ調整工程；ステップＳ３１）。
ここで、使用者は表示部７２に表示された干渉縞画像における干渉縞の本数が最小になるときの干渉計５０と平面板４０とのＺ軸方向の距離を基準位置（原点）として設定する。ここで、使用者は締付固定部１３ａを締めることで支持体１２と移動部１３との位置関係を固定する。
【００３９】
さらに、使用者はフリンジスキャンユニット６０によって、干渉計５０の参照レンズと被測定物１００との距離を変えて干渉縞画像を解析する。干渉計５０によって、フリンジスキャンユニット６０の微小駆動部６１の可動範囲内において、測定光Ｌ５０の波長よりも短い間隔で距離が異なる複数の干渉縞画像が取得される。
【００４０】
解析部７０では、複数の干渉縞画像に基づいて干渉縞の本数が０本になる位置が解析される（分岐判断工程；ステップＳ３２）。Ｚステージ１４が固定された位置関係において干渉縞の本数が０本であるとみなされる場合には、干渉縞が０本になる位置を定めることができた（ＹＥＳ）としてステップＳ３を完了する。
なお、ステップＳ３２において微小駆動部６１の可動範囲内に干渉縞が０本となる位置を定められない場合には、ステップＳ３１に戻って再度Ｚステージ１４の位置を調整する。
【００４１】
続いて、図４に示すように、位置情報モニタ３３の表示値をリセットして基準位置（原点）を設定する（基準位置確定工程；ステップＳ４）。基準位置の設定方法は上述のとおり移動量測定部３０のリセットスイッチの押下によって行われる。
【００４２】
ステップＳ４に続いて、平面板４０を載置台１７から取り除き、被測定物１００の凹部１０１が干渉計５０側に向かうように、被測定物１００（被検レンズ）を載置台１７の載置面１８にセット（載置）する（被測定物載置工程；ステップＳ５）。この時、測定光Ｌ５０が貫通孔１９を通じて凹部１０１に照射される位置関係になるように被測定物１００と載置台１７との位置関係が調整される。
【００４３】
ステップＳ５に続いて、被測定物１００（被検レンズ）の凹部１０１の球心位置Ｏ１００と、測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０とが略一致するように移動させる。（軸合わせ移動工程；ステップＳ６）具体的には、上述と同様に締付固定部１３ａを緩めた後に支持体１２に対して移動部１３を摺動移動させてＺ軸方向に進退動作させることによって基台１１と移動部１３との相対位置を調整する。
【００４４】
続いて、被測定物１００の球心位置Ｏ１００と集光位置Ｏ５０とを正確に位置決めするため、球心位置の干渉縞による調整を行う（軸合わせ工程；ステップＳ７）。図６はステップＳ７を詳細に示すフローチャートである。
【００４５】
使用者は、表示部７２に表示された干渉縞画像を観察しながら、干渉縞の本数が最小となるようにＺステージ１４及びＸＹステージ１５を調整して基台１１に対する被測定物１００の位置を調整する（ステージ調整工程；ステップＳ７１）。
【００４６】
さらに、使用者は上述と同様にフリンジスキャンユニット６０を使用して干渉計５０の参照レンズと被測定物１００との距離を変えて干渉縞画像を解析する。干渉計５０によって、フリンジスキャンユニット６０の微小駆動部６１の可動範囲内において、測定光Ｌ５０の波長よりも短い間隔で距離が異なる複数の干渉縞画像が取得される。
【００４７】
解析部７０では、複数の干渉縞画像に基づいて干渉縞の本数が０本になる位置が解析される。Ｚステージ１４およびＸＹステージ１５が固定された位置関係において干渉縞の本数が０本であるとみなせる場合には、干渉縞が０本になる位置を定めることができた（ＹＥＳ）としてステップＳ７を完了する（分岐判断工程；ステップＳ７２）。
ステップＳ７２では、微小駆動部６１の可動範囲内に干渉縞が０本となる位置を定められない場合にはステップＳ７１に戻って再度Ｚステージ１４の位置を調整する。
【００４８】
図７に示すように、ステップＳ７では、集光位置Ｏ５０と球心位置Ｏ１００とが正確に一致しているときには、干渉計５０の参照レンズの曲率中心と凹部１０１の曲率中心とが一致しているので、干渉縞の本数は０本になる。
【００４９】
ステップＳ７に続いて、被測定物１００（被検レンズ）を面頂位置１０３へ移動させる（Ｚステージ移動工程；ステップＳ８）。詳しくは、凹部１０１の面頂位置１０３に測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０が一致するように移動部１３をＺ方向に直線移動させる。このとき、ＸＹステージ１５におけるＸ軸およびＹ軸方向の相対位置関係は固定されている。このように移動部１３が基台１１に対してＺ軸方向のみに移動することによって、測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０が、球面Ｐ１００の一部をなす凹部１０１の球心位置Ｏ１００を常に通る位置関係にある。（図７参照）
【００５０】
次に、面頂位置の干渉縞調整を行う（干渉縞解析工程；ステップＳ９）。測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と凹部１０１の面頂位置１０３とが略一致している時には、干渉計５０から被測定物１００へ向けて照射された測定光Ｌ５０は、凹部１０１の面頂位置１０３において反射されて測定光Ｌ５０の光路を逆に進んで干渉計５０に戻る。この時、上述と同様に測定光Ｌ５０と参照光との間の光路差によって測定光Ｌ５０と参照光とが干渉して干渉縞が生じる。
【００５１】
測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と凹部１０１の面頂位置１０３とが正確に一致している時には、測定光Ｌ５０と参照光との干渉による干渉縞は生じない。使用者は、表示部７２に表示される干渉縞画像を観察しながら、上述のステップＳ３と同様にステップＳ３１が行われる。さらに、ステップＳ３と同様にフリンジスキャンユニット６０によって複数の干渉縞画像を取得し、解析部７０において複数の干渉縞画像に基づいて干渉縞の本数が０本になる位置が解析される。
【００５２】
以上の工程を行った後に、被測定物１００（被検レンズ）の球欠深さを表示する（計測工程；ステップＳ１０）。測長器３１では、干渉計５０と被測定物１００との基準位置からの相対移動量が継続して計測されている。このため、上述のように干渉縞画像が解析され、干渉縞の本数が０本になるとみなされたときに、位置情報モニタ３３には、基台１１に対して載置面１８が相対移動した相対移動量が表示される。この距離が凹部１０１における開口１０２からの深さである。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の深さ測定装置１および深さ測定方法によれば、被測定物１００に対して測定光Ｌ５０を照射し、測定光Ｌ５０と参照光との間の光路差に基づいて凹部１０１の深さを測定する。このため、凹部１０１に対して物体が接触することなく測定を完了することができる。したがって凹部１０１を有する被測定物１００に対して、測定による傷がつかないる。
【００５４】
また、凹部１０１の深さの測定に測定光Ｌ５０と参照光との干渉を利用し、また、フリンジスキャンユニット６０によって光の波長よりも短い距離での解析ができるので、凹部の深さを測定するための分解能が測定光Ｌ５０の波長よりも短い。このため、凹部の深さを精度よく測定できる。
【００５５】
また、測長器３１の測定軸Ｍと干渉計５０の光軸Ａ５０とが同軸になるように設定されているので、アッベ誤差を最小限に抑えて凹部１０１の深さを測定することができる。
【００５６】
また、載置台１７の載置面１８と干渉計５０の測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０とが垂直であり、光軸Ａ５０上に凹部１０１の球心位置Ｏ１００があるように設定されて測定が行われている。このため、凹部１０１の最深部を確実に測定することができる。これは、ステップＳ７において凹部１０１の球心位置Ｏ１００と光軸Ａ５０とが合わせられているためである。
このようにステップＳ７（軸合わせ工程）が設けられているので、使用者は干渉縞の本数を参照して凹部１０１の面頂位置１０３に対して容易に測定光Ｌ５０を集光させることができる。したがって、凹部１０１の最深部に対して測定光Ｌ５０を容易に精度よく照射することができる。その結果、凹部の深さを精度よく、かつ再現性よく測定することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の深さ測定装置について図８を参照して説明する。なお、上述した第１実施形態の深さ測定装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
図８は、本発明の第２実施形態の深さ測定装置の一部の概略構成を示す構成図である。図８に示すように、本発明の第２実施形態の深さ測定装置２は、移動ステージ１０が、測定光Ｌ５０の波長より短い間隔で被測定物１００を相対移動させる微小移動機構８０をさらに備えている点で上述の深さ測定装置１と構成が異なっている。
【００５８】
また、本実施形態では、解析部７０を備えず、表示部７２に相当する機能を有する表示部１７２が設けられている。表示部１７２は干渉計５０と電気的に接続されており干渉計５０において取得された干渉縞画像を表示することができる。
【００５９】
微小移動機構８０は、Ｚステージ１４に設けられたＺ軸微動部８１と、ＸＹステージ１５に設けられたＸＹ軸微動部８２と、Ｚ軸微動部８１およびＸＹ軸微動部８２の動作を制御する微動制御部８３と、微動制御部８３に対して入力操作を行うための微動操作部８４と、を有する。
【００６０】
Ｚ軸微動部８１には、Ｚ軸用ピエゾ素子８５が設けられている。また、ＸＹ軸微動部８２には、Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａと、Ｙ軸用ピエゾ素子８６ｂとが設けられている。
【００６１】
Ｚ軸用ピエゾ素子８５は、Ｚステージ１４とＸＹステージ１５との間に固定されている。
【００６２】
Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａは、ＸＹステージ１５におけるＸ軸方向の移動を担当するＸステージと図示しないＸステージ移動ツマミとの間に固定されている。
Ｙ軸用ピエゾ素子８６ｂは、Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａと同様に、ＸＹステージ１５におけるＹ軸方向の移動を担当するＹステージと図示しないＹ軸ステージ移動ツマミとの間に固定されている。
【００６３】
また、ＸＹステージ１５は固定部材８７によりＺステージ１４と接続されている。固定部材８７はガイドとバネで構成されており、Ｚ軸用ピエゾ素子８５の伸縮量に応じて、ＸＹステージ１４とＺステージ１５間の距離を変化させることが出来る。これらの素子は、微動制御部８３と電気的に接続されている。また、微動制御部８３と微動操作部８４とは電気的に接続されている。微動操作部８４は、ＸＹＺ軸それぞれのピエゾ素子に対して所定の駆動電圧を印加することで伸縮量を指示することが出来る。微動操作部８４より指示されたピエゾ素子伸縮量は、微動制御部８３に伝達され、さらに、指示された軸のピエゾ素子（Ｚ軸用ピエゾ素子８５、Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａ、Ｙ軸用ピエゾ素子８６ｂ）が伸縮する。
【００６４】
このような構成であっても、第１実施形態の深さ測定装置１と同様に、凹部１０１を有する被測定物１００に対して傷を付ける恐れなく、かつ精度よく凹部１０１の深さを測定できる。
また、深さ測定装置２によれば、載置台１７に被測定物１００が載置された場合は、被測定物１００がピエゾ素子の伸縮量に応じて、基台１１に対してＸＹＺ軸方向のそれぞれに相対移動する。その結果、被測定物１００の位置を高精度に微調整することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記第２実施形態の微小移動機構８０におけるＺ軸微動部８１は、第１実施形態の深さ測定装置１に設けられたフリンジスキャンユニット６０における微小駆動部６１と同等の機能をさせることができる。この場合、微小駆動部６１に代えてＺ軸微動部８１によって干渉計５０と被測定物１００との間の距離を測定光Ｌ５０の波長より短い間隔で移動させてフリンジスキャンを行うことができる。
【００６６】
また、上述の実施形態及び変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、２ 深さ測定装置
１０ 移動ステージ
１１ 基台
１７ 載置台
２０ 干渉縞観察部
３０ 移動量測定部
３１ 測長器
４０ 平面板
４３ 反射部
５０ 干渉計
６０ フリンジスキャンユニット
７０ 解析部
１００ 被測定物
１０１ 凹部
１０３ 面頂位置
Ｌ５０ 測定光
Ａ５０ 光軸
Ｍ 測定軸
Ｓ１ 平面板載置工程
Ｓ３ 設定工程
Ｓ５ 被測定物載置工程
Ｓ７ 軸合わせ工程
Ｓ１０ 計測工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深さ測定装置および深さ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、凹面レンズのような凹部を有する光学素子などの形状の検査を行う装置として、凹部を有する被測定物における凹部の深さを測定する装置が知られている。例えば、特許文献１には、触針子を凹面レンズの凹面に当てつけ、凹面の深さを測定できる球欠深さ測定器が開示されている。
【０００３】
より詳しくは、被検レンズ（被測定物）が載置される載置台と、載置台に載置された被測定物に接触して被測定物の球欠部分の深さを測定する触針子と、触針子による測定における原点を設定する０点リセットをするために載置台に載置される平行平板とを備えている。
この特許文献１に記載の球欠深さ測定器によれば、平行平板に触針子を当接させて０点リセットが行われることで０点リセットのバラツキが解消される。このため、高精度な深さ測定ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２５３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の球欠深さ測定器では、凹面レンズに触針子をあてつけているため、凹面レンズの凹面にキズが付いてしまうという問題点があった。
また、凹面に触針子をあてつけ、表示値が最大になる様に凹面レンズを水平方向に移動させることで、凹面部の一番深い場所を推測しながら測定を行っている。そのため、凹面部の一番深い場所を測定しているか否かが確実でないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は凹部を有する被測定物に対して傷を付けず、かつ精度よく凹部の深さを測定できる深さ測定装置および深さ測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の深さ測定装置は、一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定装置であって、基台と、前記被測定物が載置される載置台と、を有し、前記基台と前記載置台とが相対移動可能な移動ステージと、前記載置台に対して前記被測定物と置き換えて載置可能に設けられ、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板と、前記基台に設けられ、可干渉性の光束を参照光と測定光とに分割し、前記測定光と前記参照光との光路差に基づく干渉縞を観察する干渉縞観察部と、前記平面板に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置を原点として、前記被測定物に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置までの移動量を、前記凹部の深さとして測定する移動量測定部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明の深さ測定方法は、一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定方法であって、被測定物が載置される載置台に、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板を載置する平面板載置工程と、前記反射部に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置を、基準位置として設定する設定工程と、前記平面板に代えて前記被測定物を前記載置台に載置する被測定物載置工程と、前記被測定物が有する凹部の面頂位置に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置と前記基準位置との相対移動量を、前記凹部の深さとして計測する計測工程と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、前記干渉縞の本数が最小となる位置を前記凹部の球心位置として設定するとともに、前記測定光の光軸が前記球心位置を通る位置に、前記被測定物の位置を調整する軸合わせ工程と、を備え、前記軸合わせ工程は、前記被測定物載置工程と前記計測工程との間に行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の深さ測定装置および深さ測定方法によれば、凹部を有する被測定物に対して傷を付けず、かつ精度よく凹部の深さを測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の深さ測定装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】同実施形態の深さ測定装置の作用を示す説明図である。
【図３】同実施形態の深さ測定装置の使用時の一過程を示す側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の深さ測定方法を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態の深さ測定方法の一部の工程を詳細に示すフローチャートである。
【図６】同実施形態の深さ測定方法の一部の工程を詳細に示すフローチャートである。
【図７】同実施形態の深さ測定装置の作用を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態の深さ測定装置の概略構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の深さ測定装置および深さ測定方法について図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態の深さ測定装置の概略構成を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態の深さ測定装置１は、一部に球面をなす凹部１０１を有する被測定物１００に対して好適に用いられるものである。このような被測定物１００としては、具体的には例えば凹部を有する凹面レンズや凹部を有する凹面鏡などの光学素子を挙げることができる。
【００１３】
深さ測定装置１は、被測定物１００を載置可能な移動ステージ１０と、被測定物１００に対して干渉縞を生じさせて観察する干渉縞観察部２０と、移動ステージ１０に取り付けられた移動量測定部３０とを備えている。
【００１４】
移動ステージ１０は、基台１１と、基台１１に固定された支持体１２と、支持体１２に支持された移動部１３と、とを有している。基台１１は平板状に形成されており、支持体１２は軸線方向に延びる筒状あるいは柱状に形成されている。基台１１と支持体１２とは互いに垂直な位置関係に設けられている。
【００１５】
以下本明細書では、図１にＸＹＺで示すように座標軸を定め、Ｘ軸及びＹ軸が基台１１の面に沿うとともに互いに直交する軸線であり、Ｚ軸が支持体１２の軸方向に向かう軸線であるとして説明を行う。
【００１６】
移動部１３は、支持体１２の外面に沿って摺動移動可能で、基台１１に対して近接あるいは離間するように相対移動可能に設けられている。また、移動部１３には、支持体１２に対して締付による摩擦係合によって位置関係を固定するための締付固定部１３ａが設けられている。
【００１７】
また、移動部１３には、基台１１に対してＺ軸方向に進退動作可能なＺステージ１４と、Ｚステージ１４に取り付けられＸＹ平面と平行な面に沿って基台１１に対して相対移動可能なＸＹステージ１５とを有している。
【００１８】
ＸＹステージ１５には、基台１１側の面に連結部材１６が固定されており、連結部材１６を介して載置台１７が固定されている。載置台１７は、本実施形態の被測定物１００が載置されて使用される。載置台１７には、被測定物１００が載置される面である載置面１８と、載置面１８の一部に設けられＺ軸方向に貫通して形成された貫通孔１９とを有している。
【００１９】
本実施形態では、図１に示すように被測定物１００の凹部１０１の開口１０２が載置面１８に向かう位置関係となるように被測定物１００が載置台１７に配置される。このとき、開口１０２と載置面１８とは同一平面上にある。すなわち、凹部１０１の深さとは、被測定物１００が載置台１７に載置されたときの載置面１８から面頂位置１０３までの、載置面１８に垂直な方向の距離である。
【００２０】
干渉縞観察部２０は、基台１１に固定され載置台１７に向けて測定光Ｌ５０を照射する干渉計５０と、干渉計５０に固定されて設けられたフリンジスキャンユニット６０と、干渉計５０およびフリンジスキャンユニット６０に電気的に接続された解析部７０とを有している。
【００２１】
干渉計５０は、集光位置Ｏ５０において集光する可干渉性の測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０がＺ軸方向に向かうように調整されている。また基台１１側から載置台１７に向けて照射される測定光Ｌ５０は、貫通孔１９を通過して被測定物１００に到達する。また、本実施形態では、測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０は、載置面１８に対して垂直になるように調整されている。
【００２２】
本実施形態では、干渉計５０はフィゾー型干渉計が採用されている。詳細は図示しないが、干渉計５０には、球面をなす参照面を有する図示しない参照レンズが設けられている。干渉計５０は、可干渉性の光束を測定光Ｌ５０と図示しない参照光とに分離して測定光Ｌ５０と参照光との間の光路差に基づく光の干渉によって干渉縞を生じさせる。
【００２３】
フリンジスキャンユニット６０は、干渉計５０によって得られる上述の干渉縞の解析をより高精度に行うための機構である。フリンジスキャンユニット６０は、干渉計５０に設けられた上述の参照面と載置面１８との間のＺ軸方向の相対位置を変化させる微小駆動部６１と、微小駆動部６１を駆動させるためのフリンジスキャン制御部６２とを有している。
【００２４】
フリンジスキャン制御部６２は、詳細は後述する解析部７０に電気的に接続されており、解析部７０を通じて送信される動作指令に基づいて動作する。
【００２５】
解析部７０は、一般に普及しているパーソナルコンピュータを採用することができ、干渉縞の解析をするための干渉縞解析ソフトがインストールされているものが好ましい。解析部７０は、上記干渉縞解析ソフトによって干渉縞の解析処理を行う解析本体７１と、解析本体７１によって解析された結果などを表示する表示部７２とを有している。解析部７０で干渉縞解析ソフトを立ち上げて使用することで、干渉計５０で取得された干渉縞画像の映像情報を、表示部７２で目視観察することが出来る。
【００２６】
移動量測定部３０は、光軸Ａ５０と同軸上に設定された測定軸Ｍを有する測長器３１と、測長器３１の動作を制御する測長制御部３２と、測長器３１によって測定された測定結果を表示するための位置情報モニタ３３と、詳細は図示しないリセットスイッチと、を有している。
また、測長器３１は、固定部材３４によって支持体１２に固定されている。固定部材３４には、締付固定部１３ａと同様に締付固定部３４ａが設けられている。
【００２７】
測長器３１で測定された位置信号は、測長制御部３２により所定の基準位置からの移動量、すなわち所定の基準位置からの距離情報となり、位置情報モニタ３３において使用者が認知可能な状態に表示される。また、上述のリセットスイッチを押すことで上述の距離情報がリセットされ、リセットスイッチが押されたときの位置関係があらたな基準位置として設定される。
【００２８】
図２は、被測定物１００に対して照射される測定光Ｌ５０の光路の一部を示す光路図である。図２に示すように、測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と、被測定物１００の凹部１０１の曲率中心（球心位置Ｏ１００）とが一致する様に被測定物１００が載置台１７に載置されると、測定光Ｌ５０は光路５１、５２を通り、干渉計５０に光が戻る。以下、この位置関係を球心反射位置と称する。
【００２９】
また、測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と、被測定物１００の凹部の面頂位置１０３とが一致するように被測定物１００が載置台１７に載置されると、測定光Ｌ５０は、光路５３、５４を通り、干渉計５０に光が戻る。以下、この位置関係を面頂反射位置と称する。
【００３０】
球心反射位置と面頂反射位置との二箇所では、被測定物１００と集光位置Ｏ５０との相対位置が、球心反射位置あるいは面頂反射位置と完全に一致しているときには干渉縞は生じない。一方で被測定物１００と集光位置Ｏ５０との相対位置が、球心反射位置あるいは面頂反射位置と微小なズレを有している際には干渉計５０、および解析部７０によって観察可能な干渉縞が発生する。
【００３１】
図３は、深さ測定装置１の使用時の一過程を示す側面図である。図３に示すように、深さ測定装置１が使用される際には、載置台１７の載置面１８には、貫通孔１９を塞ぐように平面板４０が配置される。平面板４０は、載置面１８上で被測定物１００と置き換えて配置されるように載置台１７に対して着脱自在に設けられている。
【００３２】
平面板４０には、載置面１８に接する第一面４１と、第一面４１と異なる第二面４２とが形成されている。平面板４０における第一面４１は測定光Ｌ５０を反射可能な反射部４３が設けられている。
【００３３】
反射部４３は、図１および図２に示す被測定物１００の凹部１０１の深さの基準となる位置に配置されるものである。このため、反射部４３は被測定物１００の凹部１０１の開口１０２が接している載置面１８と同一平面状に位置していることが好ましい。なお、反射部４３は、貫通孔１９を通過して平面板４０に照射される測定光Ｌ５０を反射することができればよく、平面板４０の第一面４１の少なくとも一部に設けられていればよい。
【００３４】
以上に説明する構成の、本実施形態の深さ測定装置１の使用時の動作および深さ測定方法について、図４ないし図６を参照しながら説明を行う。
図４ないし図６は、本実施形態の深さ測定装置１による深さ測定方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、使用者は、載置台１７の載置面１８に平面板４０をセット（載置）する（平面板載置工程；ステップＳ１）。
【００３５】
続いて、干渉計５０から射出される測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０が、平面板４０の反射部４３付近に位置するように基台１１と移動部１３とのＺ軸方向の相対位置を移動させる。このとき、使用者は、締付固定部１３ａを緩め、移動部１３を支持体１２に対してＺ軸方向に摺動移動させることで、平面板４０を面頂位置へ移動させる（移動工程；ステップＳ２）。
【００３６】
続いて、平面板４０の反射部４３（面頂位置）の干渉縞調整を行う（設定工程；ステップＳ３）。ステップＳ３では、干渉計５０の測定光Ｌ５０を反射部４３の面に垂直な方向から反射部４３に照射する。
【００３７】
平面板４０の反射部４３では、測定光Ｌ５０が反射されて干渉計５０に入射される。干渉計５０では、測定光Ｌ５０と上述の参照光との間の光路差に基づく干渉縞が生じる。干渉縞の画像は解析部７０における表示部７２で目視可能に表示される。
【００３８】
図５は、ステップＳ３を詳細に示すフローチャートである。図５に示すように、ステップＳ３では、まずＺステージ１４の位置をＺ方向に進退移動させて平面板４０と干渉計５０との間の距離を調整する（ステージ調整工程；ステップＳ３１）。
ここで、使用者は表示部７２に表示された干渉縞画像における干渉縞の本数が最小になるときの干渉計５０と平面板４０とのＺ軸方向の距離を基準位置（原点）として設定する。ここで、使用者は締付固定部１３ａを締めることで支持体１２と移動部１３との位置関係を固定する。
【００３９】
さらに、使用者はフリンジスキャンユニット６０によって、干渉計５０の参照レンズと被測定物１００との距離を変えて干渉縞画像を解析する。干渉計５０によって、フリンジスキャンユニット６０の微小駆動部６１の可動範囲内において、測定光Ｌ５０の波長よりも短い間隔で距離が異なる複数の干渉縞画像が取得される。
【００４０】
解析部７０では、複数の干渉縞画像に基づいて干渉縞の本数が０本になる位置が解析される（分岐判断工程；ステップＳ３２）。Ｚステージ１４が固定された位置関係において干渉縞の本数が０本であるとみなされる場合には、干渉縞が０本になる位置を定めることができた（ＹＥＳ）としてステップＳ３を完了する。
なお、ステップＳ３２において微小駆動部６１の可動範囲内に干渉縞が０本となる位置を定められない場合には、ステップＳ３１に戻って再度Ｚステージ１４の位置を調整する。
【００４１】
続いて、図４に示すように、位置情報モニタ３３の表示値をリセットして基準位置（原点）を設定する（基準位置確定工程；ステップＳ４）。基準位置の設定方法は上述のとおり移動量測定部３０のリセットスイッチの押下によって行われる。
【００４２】
ステップＳ４に続いて、平面板４０を載置台１７から取り除き、被測定物１００の凹部１０１が干渉計５０側に向かうように、被測定物１００（被検レンズ）を載置台１７の載置面１８にセット（載置）する（被測定物載置工程；ステップＳ５）。この時、測定光Ｌ５０が貫通孔１９を通じて凹部１０１に照射される位置関係になるように被測定物１００と載置台１７との位置関係が調整される。
【００４３】
ステップＳ５に続いて、被測定物１００（被検レンズ）の凹部１０１の球心位置Ｏ１００と、測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０とが略一致するように移動させる。（軸合わせ移動工程；ステップＳ６）具体的には、上述と同様に締付固定部１３ａを緩めた後に支持体１２に対して移動部１３を摺動移動させてＺ軸方向に進退動作させることによって基台１１と移動部１３との相対位置を調整する。
【００４４】
続いて、被測定物１００の球心位置Ｏ１００と集光位置Ｏ５０とを正確に位置決めするため、球心位置の干渉縞による調整を行う（軸合わせ工程；ステップＳ７）。図６はステップＳ７を詳細に示すフローチャートである。
【００４５】
使用者は、表示部７２に表示された干渉縞画像を観察しながら、干渉縞の本数が最小となるようにＺステージ１４及びＸＹステージ１５を調整して基台１１に対する被測定物１００の位置を調整する（ステージ調整工程；ステップＳ７１）。
【００４６】
さらに、使用者は上述と同様にフリンジスキャンユニット６０を使用して干渉計５０の参照レンズと被測定物１００との距離を変えて干渉縞画像を解析する。干渉計５０によって、フリンジスキャンユニット６０の微小駆動部６１の可動範囲内において、測定光Ｌ５０の波長よりも短い間隔で距離が異なる複数の干渉縞画像が取得される。
【００４７】
解析部７０では、複数の干渉縞画像に基づいて干渉縞の本数が０本になる位置が解析される。Ｚステージ１４およびＸＹステージ１５が固定された位置関係において干渉縞の本数が０本であるとみなせる場合には、干渉縞が０本になる位置を定めることができた（ＹＥＳ）としてステップＳ７を完了する（分岐判断工程；ステップＳ７２）。
ステップＳ７２では、微小駆動部６１の可動範囲内に干渉縞が０本となる位置を定められない場合にはステップＳ７１に戻って再度Ｚステージ１４の位置を調整する。
【００４８】
図７に示すように、ステップＳ７では、集光位置Ｏ５０と球心位置Ｏ１００とが正確に一致しているときには、干渉計５０の参照レンズの曲率中心と凹部１０１の曲率中心とが一致しているので、干渉縞の本数は０本になる。
【００４９】
ステップＳ７に続いて、被測定物１００（被検レンズ）を面頂位置１０３へ移動させる（Ｚステージ移動工程；ステップＳ８）。詳しくは、凹部１０１の面頂位置１０３に測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０が一致するように移動部１３をＺ方向に直線移動させる。このとき、ＸＹステージ１５におけるＸ軸およびＹ軸方向の相対位置関係は固定されている。このように移動部１３が基台１１に対してＺ軸方向のみに移動することによって、測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０が、球面Ｐ１００の一部をなす凹部１０１の球心位置Ｏ１００を常に通る位置関係にある。（図７参照）
【００５０】
次に、面頂位置の干渉縞調整を行う（干渉縞解析工程；ステップＳ９）。測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と凹部１０１の面頂位置１０３とが略一致している時には、干渉計５０から被測定物１００へ向けて照射された測定光Ｌ５０は、凹部１０１の面頂位置１０３において反射されて測定光Ｌ５０の光路を逆に進んで干渉計５０に戻る。この時、上述と同様に測定光Ｌ５０と参照光との間の光路差によって測定光Ｌ５０と参照光とが干渉して干渉縞が生じる。
【００５１】
測定光Ｌ５０の集光位置Ｏ５０と凹部１０１の面頂位置１０３とが正確に一致している時には、測定光Ｌ５０と参照光との干渉による干渉縞は生じない。使用者は、表示部７２に表示される干渉縞画像を観察しながら、上述のステップＳ３と同様にステップＳ３１が行われる。さらに、ステップＳ３と同様にフリンジスキャンユニット６０によって複数の干渉縞画像を取得し、解析部７０において複数の干渉縞画像に基づいて干渉縞の本数が０本になる位置が解析される。
【００５２】
以上の工程を行った後に、被測定物１００（被検レンズ）の球欠深さを表示する（計測工程；ステップＳ１０）。測長器３１では、干渉計５０と被測定物１００との基準位置からの相対移動量が継続して計測されている。このため、上述のように干渉縞画像が解析され、干渉縞の本数が０本になるとみなされたときに、位置情報モニタ３３には、基台１１に対して載置面１８が相対移動した相対移動量が表示される。この距離が凹部１０１における開口１０２からの深さである。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の深さ測定装置１および深さ測定方法によれば、被測定物１００に対して測定光Ｌ５０を照射し、測定光Ｌ５０と参照光との間の光路差に基づいて凹部１０１の深さを測定する。このため、凹部１０１に対して物体が接触することなく測定を完了することができる。したがって凹部１０１を有する被測定物１００に対して、測定による傷がつかないる。
【００５４】
また、凹部１０１の深さの測定に測定光Ｌ５０と参照光との干渉を利用し、また、フリンジスキャンユニット６０によって光の波長よりも短い距離での解析ができるので、凹部の深さを測定するための分解能が測定光Ｌ５０の波長よりも短い。このため、凹部の深さを精度よく測定できる。
【００５５】
また、測長器３１の測定軸Ｍと干渉計５０の光軸Ａ５０とが同軸になるように設定されているので、アッベ誤差を最小限に抑えて凹部１０１の深さを測定することができる。
【００５６】
また、載置台１７の載置面１８と干渉計５０の測定光Ｌ５０の光軸Ａ５０とが垂直であり、光軸Ａ５０上に凹部１０１の球心位置Ｏ１００があるように設定されて測定が行われている。このため、凹部１０１の最深部を確実に測定することができる。これは、ステップＳ７において凹部１０１の球心位置Ｏ１００と光軸Ａ５０とが合わせられているためである。
このようにステップＳ７（軸合わせ工程）が設けられているので、使用者は干渉縞の本数を参照して凹部１０１の面頂位置１０３に対して容易に測定光Ｌ５０を集光させることができる。したがって、凹部１０１の最深部に対して測定光Ｌ５０を容易に精度よく照射することができる。その結果、凹部の深さを精度よく、かつ再現性よく測定することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の深さ測定装置について図８を参照して説明する。なお、上述した第１実施形態の深さ測定装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
図８は、本発明の第２実施形態の深さ測定装置の一部の概略構成を示す構成図である。図８に示すように、本発明の第２実施形態の深さ測定装置２は、移動ステージ１０が、測定光Ｌ５０の波長より短い間隔で被測定物１００を相対移動させる微小移動機構８０をさらに備えている点で上述の深さ測定装置１と構成が異なっている。
【００５８】
また、本実施形態では、解析部７０を備えず、表示部７２に相当する機能を有する表示部１７２が設けられている。表示部１７２は干渉計５０と電気的に接続されており干渉計５０において取得された干渉縞画像を表示することができる。
【００５９】
微小移動機構８０は、Ｚステージ１４に設けられたＺ軸微動部８１と、ＸＹステージ１５に設けられたＸＹ軸微動部８２と、Ｚ軸微動部８１およびＸＹ軸微動部８２の動作を制御する微動制御部８３と、微動制御部８３に対して入力操作を行うための微動操作部８４と、を有する。
【００６０】
Ｚ軸微動部８１には、Ｚ軸用ピエゾ素子８５が設けられている。また、ＸＹ軸微動部８２には、Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａと、Ｙ軸用ピエゾ素子８６ｂとが設けられている。
【００６１】
Ｚ軸用ピエゾ素子８５は、Ｚステージ１４とＸＹステージ１５との間に固定されている。
【００６２】
Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａは、ＸＹステージ１５におけるＸ軸方向の移動を担当するＸステージと図示しないＸステージ移動ツマミとの間に固定されている。
Ｙ軸用ピエゾ素子８６ｂは、Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａと同様に、ＸＹステージ１５におけるＹ軸方向の移動を担当するＹステージと図示しないＹ軸ステージ移動ツマミとの間に固定されている。
【００６３】
また、ＸＹステージ１５は固定部材８７によりＺステージ１４と接続されている。固定部材８７はガイドとバネで構成されており、Ｚ軸用ピエゾ素子８５の伸縮量に応じて、ＸＹステージ１４とＺステージ１５間の距離を変化させることが出来る。これらの素子は、微動制御部８３と電気的に接続されている。また、微動制御部８３と微動操作部８４とは電気的に接続されている。微動操作部８４は、ＸＹＺ軸それぞれのピエゾ素子に対して所定の駆動電圧を印加することで伸縮量を指示することが出来る。微動操作部８４より指示されたピエゾ素子伸縮量は、微動制御部８３に伝達され、さらに、指示された軸のピエゾ素子（Ｚ軸用ピエゾ素子８５、Ｘ軸用ピエゾ素子８６ａ、Ｙ軸用ピエゾ素子８６ｂ）が伸縮する。
【００６４】
このような構成であっても、第１実施形態の深さ測定装置１と同様に、凹部１０１を有する被測定物１００に対して傷を付ける恐れなく、かつ精度よく凹部１０１の深さを測定できる。
また、深さ測定装置２によれば、載置台１７に被測定物１００が載置された場合は、被測定物１００がピエゾ素子の伸縮量に応じて、基台１１に対してＸＹＺ軸方向のそれぞれに相対移動する。その結果、被測定物１００の位置を高精度に微調整することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記第２実施形態の微小移動機構８０におけるＺ軸微動部８１は、第１実施形態の深さ測定装置１に設けられたフリンジスキャンユニット６０における微小駆動部６１と同等の機能をさせることができる。この場合、微小駆動部６１に代えてＺ軸微動部８１によって干渉計５０と被測定物１００との間の距離を測定光Ｌ５０の波長より短い間隔で移動させてフリンジスキャンを行うことができる。
【００６６】
また、上述の実施形態及び変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、２ 深さ測定装置
１０ 移動ステージ
１１ 基台
１７ 載置台
２０ 干渉縞観察部
３０ 移動量測定部
３１ 測長器
４０ 平面板
４３ 反射部
５０ 干渉計
６０ フリンジスキャンユニット
７０ 解析部
１００ 被測定物
１０１ 凹部
１０３ 面頂位置
Ｌ５０ 測定光
Ａ５０ 光軸
Ｍ 測定軸
Ｓ１ 平面板載置工程
Ｓ３ 設定工程
Ｓ５ 被測定物載置工程
Ｓ７ 軸合わせ工程
Ｓ１０ 計測工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定装置であって、
基台と、前記被測定物が載置される載置台と、を有し、前記基台と前記載置台とが相対移動可能な移動ステージと、
前記載置台に対して前記被測定物と置き換えて載置可能に設けられ、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板と、
前記基台に設けられ、可干渉性の光束を参照光と測定光とに分割し、前記測定光と前記参照光との光路差に基づく干渉縞を観察する干渉縞観察部と、
前記平面板に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置を原点として、前記被測定物に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置までの移動量を、前記凹部の深さとして測定する移動量測定部と、
を備える深さ測定装置。
【請求項２】
一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定方法であって、
被測定物が載置される載置台に、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板を載置する平面板載置工程と、
前記反射部に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置を、基準位置として設定する設定工程と、
前記平面板に代えて前記被測定物を前記載置台に載置する被測定物載置工程と、
前記被測定物が有する凹部の面頂位置に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置と前記基準位置との相対移動量を、前記凹部の深さとして計測する計測工程と、
を備える深さ測定方法。
【請求項３】
前記干渉縞の本数が最小となる位置を前記凹部の球心位置として設定するとともに、前記測定光の光軸が前記球心位置を通る位置に、前記被測定物の位置を調整する軸合わせ工程と、を備え、
前記軸合わせ工程は、前記被測定物載置工程と前記計測工程との間に行われる
ことを特徴とする請求項２に記載の深さ測定方法。
【請求項１】
一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定装置であって、
基台と、前記被測定物が載置される載置台と、を有し、前記基台と前記載置台とが相対移動可能な移動ステージと、
前記載置台に対して前記被測定物と置き換えて載置可能に設けられ、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板と、
前記基台に設けられ、可干渉性の光束を参照光と測定光とに分割し、前記測定光と前記参照光との光路差に基づく干渉縞を観察する干渉縞観察部と、
前記平面板に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置を原点として、前記被測定物に対して前記干渉縞の本数が最少となる前記載置台の位置までの移動量を、前記凹部の深さとして測定する移動量測定部と、
を備える深さ測定装置。
【請求項２】
一部に球面をなす凹部を有する被測定物における前記凹部の深さを測定する深さ測定方法であって、
被測定物が載置される載置台に、光線を反射可能な平面状の反射部を有する平面板を載置する平面板載置工程と、
前記反射部に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置を、基準位置として設定する設定工程と、
前記平面板に代えて前記被測定物を前記載置台に載置する被測定物載置工程と、
前記被測定物が有する凹部の面頂位置に測定光を照射して取得される干渉縞の本数が最小になる前記載置台の位置と前記基準位置との相対移動量を、前記凹部の深さとして計測する計測工程と、
を備える深さ測定方法。
【請求項３】
前記干渉縞の本数が最小となる位置を前記凹部の球心位置として設定するとともに、前記測定光の光軸が前記球心位置を通る位置に、前記被測定物の位置を調整する軸合わせ工程と、を備え、
前記軸合わせ工程は、前記被測定物載置工程と前記計測工程との間に行われる
ことを特徴とする請求項２に記載の深さ測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２５６０２９（Ｐ２０１０−２５６０２９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０２９６０（Ｐ２００９−１０２９６０）
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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