| 【発明の名称】 |
平面度測定方法および装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】多田 幸央
【氏名】水谷 智導
【氏名】山田 哲也
【氏名】岩間 勝浩
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| 【要約】 |
【課題】簡単な演算により外来光の影響を受けないで精確な平面度を得ること。
【解決手段】測定対象物１の測定面１１に対してレーザビームを照射するレーザビーム投光器２と、前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の異なった位置におけるビーム径を測定するビーム径測定機３と、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物１の前記測定面１１の平面度を演算する平面度演算装置４とから成る平面度測定方法および装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定対象物の測定面に対してレーザビームを照射し、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の少なくとも２点におけるビーム径を測定し、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算することを特徴とする平面度測定方法。
【請求項２】 請求項１において、前記レーザビームの前記結像位置の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径をそれぞれ測定することを特徴とする平面度測定方法。
【請求項３】 請求項２において、前記測定対象物の前記測定面によって反射された前記レーザビームを２つに分割することを特徴とする平面度測定方法。
【請求項４】 請求項３において、前記ビーム径の差から、予め求めた第１の関係式に従い前記焦点位置のズレを演算することを特徴とする平面度測定方法。
【請求項５】 請求項４において、前記焦点位置のズレから、予め求めた第２の関係式に従い前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算することを特徴とする平面度測定方法。
【請求項６】 測定対象物の測定面に対してレーザビームを照射するレーザビーム投光器と、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の異なった位置におけるビーム径を測定するビーム径測定機と、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算する平面度演算装置とから成ることを特徴とする平面度測定装置。
【請求項７】 請求項６において、前記レーザビーム投光器が、レーザビームを投光するレーザダイオードと、該レーザダイオードからのレーザビームを平行光にするコリメータレンズと、前記平行光のレーザビームを測定対象物の測定面に対して照射する反射ミラーを備えていることを特徴とする平面度測定装置。
【請求項８】 請求項７において、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームを結像させる結像レンズを備えていることを特徴とする平面度測定装置。
【請求項９】 請求項８において、前記結像レンズと前記ビーム径測定機との間にビームを分割するビームスプリッターが介挿されていることを特徴とする平面度測定装置。
【請求項１０】 請求項９において、前記ビーム径測定機が、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径を測定するビームスキャンより成ることを特徴とする平面度測定装置。
【請求項１１】 請求項１０において、前記平面度演算装置が、前記ビーム径の差から前記焦点位置のズレを演算するための予め求めた第１の関係式および前記焦点位置のズレから前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するための予め求めた第２の関係式を予め記憶したメモリを備えたパソコンによって構成されていることを特徴とする平面度測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の測定面に対してレーザビームを照射し、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の少なくとも２点におけるビーム径を測定し、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算する平面度測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の平面形状測定方法（特開平７−２８６８２９）は、図５に示されるように第１物体ＦＭの被測定平面ＭＰと第２物体ＳＭの参照平面ＲＰとの間の距離を複数位置で計測し、該複数位置それぞれにおける計測距離の平均値を求め、該計測距離の平均値に基づいて平面形状を算出するものであった。
【０００３】従来の平面度測定装置（特開平９−００５０５９）は、図６に示されるように移動ステージＭＳ上に反射ミラーＲＭを設け、光源Ｌからの光を参照光と測定光に分割して反射ミラーＲＭで被測定面ＭＰに当て、被測定面ＭＰから反射した光を合成して光の強度を検出することにより、被測定表面ＭＰの平面度を算出するものであった。
【０００４】従来の焦点検出装置（特開平５−３２２５６１）は、図７に示されるように結像位置ＫＩの前側と後側におのおの絞りＴを介して置かれた受光素子ＲＥから出力された被測定物ＭＯの表面ＭＰによって反射された反射光の受光量に対応する信号により、前記被測定物ＭＯの前記表面ＭＰの変位を算出するものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の平面形状測定方法は、第１物体ＦＭの被測定平面ＭＰと第２物体ＳＭの参照平面ＲＰとの間の距離を複数位置で計測し、該複数位置それぞれにおける計測距離の平均値を求め、該計測距離の平均値に基づいて平面形状を算出するものであるので、前記複数位置それぞれにおける計測距離の平均値演算が必要であるため、演算が面倒であり、時間を要するという問題があった。
【０００６】また上記従来の平面度測定装置は、移動ステージＭＳ上に反射ミラーＲＭを設け、光源Ｌからの光を参照光と測定光に分割して反射ミラーＲＭで被測定面ＭＰに当て、被測定面ＭＰから反射した光を合成して光の強度を検出することにより、被測定表面ＭＰの平面度を算出するものであるので、外来光の影響を受けるという問題があった。
【０００７】さらに上記従来の焦点検出装置は、前記受光素子ＲＥから出力された前記被測定物ＭＯの表面ＭＰによって反射された反射光の受光量に対応する信号により、前記被測定物ＭＯの前記表面ＭＰの変位を算出するものであるので、外来光の影響を受けるという問題があった。
【０００８】そこで本発明者は、測定対象物の測定面に対してレーザビームを照射し、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の少なくとも２点におけるビーム径を測定し、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、簡単な演算により外来光の影響を受けないで精確な平面度を得るという目的を達成する本発明に到達した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載の第１発明）の平面度測定方法は、測定対象物の測定面に対してレーザビームを照射し、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の少なくとも２点におけるビーム径を測定し、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するものである。
【００１０】本発明（請求項２に記載の第２発明）の平面度測定方法は、前記第１発明において、前記レーザビームの前記結像位置の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径をそれぞれ測定するものである。
【００１１】本発明（請求項３に記載の第３発明）の平面度測定方法は、前記第２発明において、前記測定対象物の前記測定面によって反射された前記レーザビームを２つに分割するものである。
【００１２】本発明（請求項４に記載の第４発明）の平面度測定方法は、前記第３発明において、前記ビーム径の差から、予め求めた第１の関係式に従い前記焦点位置のズレを演算するものである。
【００１３】本発明（請求項５に記載の第５発明）の平面度測定方法は、前記第４発明において、前記焦点位置のズレから、予め求めた第２の関係式に従い前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するものである。
【００１４】本発明（請求項６に記載の第６発明）の平面度測定装置は、測定対象物の測定面に対してレーザビームを照射するレーザビーム投光器と、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の異なった位置におけるビーム径を測定するビーム径測定機と、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算する平面度演算装置とから成るものである。
【００１５】本発明（請求項７に記載の第７発明）の平面度測定装置は、前記第６発明において、前記レーザビーム投光器が、レーザビームを投光するレーザダイオードと、該レーザダイオードからのレーザビームを平行光にするコリメータレンズと、前記平行光のレーザビームを測定対象物の測定面に対して照射する反射ミラーを備えているものである。
【００１６】本発明（請求項８に記載の第８発明）の平面度測定装置は、前記第７発明において、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームを結像させる結像レンズを備えているものである。
【００１７】本発明（請求項９に記載の第９発明）の平面度測定装置は、前記第８発明において、前記結像レンズと前記ビーム径測定機との間にビームを分割するビームスプリッターが介挿されているものである。
【００１８】本発明（請求項１０に記載の第１０発明）の平面度測定装置は、前記第９発明において、前記ビーム径測定機が、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径を測定するビームスキャンより成るものである。
【００１９】本発明（請求項１１に記載の第１１発明）の平面度測定装置は、前記第１０発明において、前記平面度演算装置が、前記ビーム径の差から前記焦点位置のズレを演算するための予め求めた第１の関係式および前記焦点位置のズレから前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するための予め求めた第２の関係式を予め記憶したメモリを備えたパソコンによって構成されているものである。
【００２０】
【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の平面度測定方法は、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の少なくとも２点におけるビーム径を測定し、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するので、簡単な演算により外来光の影響を受けないで精確な平面度を得るという効果を奏する。
【００２１】上記構成より成る第２発明の平面度測定方法は、前記第１発明において、前記レーザビームの前記結像位置の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径をそれぞれ測定するので、ビーム径の差から焦点位置のズレを精確に演算することが出来るという効果を奏する。
【００２２】上記構成より成る第３発明の平面度測定方法は、前記第２発明において、前記測定対象物の前記測定面によって反射された前記レーザビームを２つに分割するので、ビーム径測定の自由度を高めるという効果を奏する。
【００２３】上記構成より成る第４発明の平面度測定方法は、前記第３発明において、前記ビーム径の差から、予め求めた第１の関係式に従い前記焦点位置のズレを演算するので、前記焦点位置のズレの演算を簡単にするとともに、精確な前記焦点位置のズレが得られるという効果を奏する。
【００２４】上記構成より成る第５発明の平面度測定方法は、前記第４発明において、前記焦点位置のズレから、予め求めた第２の関係式に従い前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するので、前記測定面の平面度の演算を簡単にするとともに、精確な前記測定面の平面度が得られるという効果を奏する。
【００２５】上記構成より成る第６発明の平面度測定装置は、前記レーザビーム投光器が測定対象物の測定面に対してレーザビームを照射し、前記ビーム径測定機が前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の異なった位置におけるビーム径を測定し、前記平面度演算装置がビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するので、簡単な演算により外来光の影響を受けないで精確な平面度を得るという効果を奏する。
【００２６】上記構成より成る第７発明の平面度測定装置は、前記第６発明において、前記レーザビーム投光器が備える前記レーザダイオードが投光した前記レーザビームを前記コリメータレンズによって平行光にするとともに、前記反射ミラーによって前記平行光のレーザビームを測定対象物の測定面に対して照射するものであるので、前記レーザビーム投光器の位置的自由度を高めるという効果を奏する。
【００２７】上記構成より成る第８発明の平面度測定装置は、前記第７発明において、前記結像レンズによって、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームを結像させるので、ビーム径の精確な測定を可能にするという効果を奏する。
【００２８】上記構成より成る第９発明の平面度測定装置は、前記第８発明において、前記結像レンズと前記ビーム径測定機との間に介挿された前記ビームスプリッターによって反射されたレーザビームを分割するので、前記ビーム径測定機の自由度を高めるという効果を奏する。
【００２９】上記構成より成る第１０発明の平面度測定装置は、前記第９発明において、前記ビーム径測定機を構成する前記ビームスキャンが、前記測定対象物の前記測定面によって反射されたレーザビームの結像位置の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径を測定するので、ビーム径の精確な測定を可能にするという効果を奏する。
【００３０】上記構成より成る第１１発明の平面度測定装置は、前記第１０発明において、前記平面度演算装置を構成する前記パソコンによって、前記メモリに予め記憶された前記ビーム径の差から前記焦点位置のズレを演算するための予め求めた第１の関係式および前記焦点位置のズレから前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するための予め求めた第２の関係式に基づき、前記ビーム径の差から前記焦点位置のズレを演算するとともに、前記焦点位置のズレから前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するので、演算の自由度が高く、フレキシブルであるとともに、簡単な演算により外来光の影響を受けないで精確な平面度を得るという効果を奏する。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００３２】（実施形態）本実施形態の平面度測定方法および装置は、図１および図２に示されるように測定対象物１の測定面１１に対してレーザビームを照射するレーザビーム投光器２と、前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の異なった位置におけるビーム径を測定するビーム径測定機３と、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物１の前記測定面１１の平面度を演算する平面度演算装置４とから成るものである。
【００３３】本実施形態においては、前記測定対象物１としてポリゴンミラーの平面度をポリゴンミラーの前記測定面１１としての側壁面で反射したレーザビーム特性を利用して測定するものである。
【００３４】前記レーザビーム投光器２が、図１に示されるようにレーザビームを投光するレーザダイオード２１と、該レーザダイオード２１からのレーザビームを平行光にするコリメータレンズ２２と、前記平行光のレーザビームを測定対象物１の測定面１１に対して照射する反射ミラー２３を備えているものである。
【００３５】結像レンズ５が、図１に示されるように前記測定対象物１の前記測定面１１に対向する位置に配置され、前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームを結像させるように構成されている。
【００３６】ビームスプリッター６が、図１に示されるように前記結像レンズの光軸上において、前記結像レンズ５と前記ビーム径測定機３との間に介挿され、ビームを分割して９０度異なった方向に分割されたビームを供給するものである。
【００３７】前記ビーム径測定機３が、図１に示されるように前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームの結像位置（図２中Ｐ／Ｒ）の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径を測定する２個のビームスキャン３１、３２より成るものである。
【００３８】すなわちビーム径測定機３として、前記ビームスキャン２台をＰ／Ｒから前後等距離に設置し、その位置でのビーム径を測定する固定式２点法によるビームウエスト計測技術に係るものである。
【００３９】前記平面度演算装置４が、図１に示されるように前記２個のビームスキャン３１、３２に接続され、前記ビーム径の差から前記焦点位置のズレを演算するための予め求めた第１の関係式および前記焦点位置のズレから前記測定対象物１の前記測定面１１の平面度を演算するための予め求めた第２の関係式を予め記憶したメモリを備えたパソコンによって構成されているものである。
【００４０】すなわち固定された前記ビーム径測定機としての前記ビームスキャン３１、３２で計測された図２に示される２つのビーム径（Ａ）（Ｂ）をパソコンに取り込み、予め求めた前記第１の関係式としての図３に特性が示される回帰式により、Ｆｏｃｕｓ（ウエスト）位置を算出するものである。
【００４１】また上記算出されたウエスト位置と平面度との予め求めた前記第２の関係式としての図４に示される相関式を用いる事で前記測定対象物１としてのポリゴンミラーの平面度を算出するするものである。すなわち前記相関式は、干渉計を用いて予め測定した平面度とウエスト位置すなわち前記焦点位置のズレとの相関によって決まるものである。
【００４２】すなわち前記ポリゴンミラーの平面度すなわち表面の凹凸によって、ビームウエスト位置が変化する事が知られており、かかるビームウエスト位置を精確に計測する事で、前記ポリゴンミラーの平面度を算出するものである。
【００４３】上記構成より成る本実施形態の平面度測定装置における平面度測定方法は、前記測定対象物１の前記測定面１１に対してレーザビームを照射し、前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の少なくとも２点におけるビーム径を測定し、ビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物１の前記測定面１１の平面度を演算するものである。
【００４４】すなわち前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射された前記レーザビームを２つに分割して、前記レーザビームの前記結像位置（図２中Ｐ／Ｒ）の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径（Ａ）、（Ｂ）をそれぞれ測定するものである。
【００４５】前記測定されたビーム径の差から、予め求めた第１の関係式である図３に示される回帰式に従い前記焦点位置のズレを演算するとともに、前記演算された焦点位置のズレから、予め求めた前記第２の関係式である図４に示される相関式に従い前記測定対象物１の前記測定面１１の平面度を演算するものである。
【００４６】上記作用を奏する本実施形態の平面度測定方法および装置は、前記レーザビーム投光器２が前記測定対象物１の前記測定面１１に対してレーザビームを照射し、前記ビーム径測定機３が前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームの結像位置の前後の異なった位置におけるビーム径（Ａ）、（Ｂ）を測定し、前記平面度演算装置４がビーム径の差から焦点位置のズレを演算することにより、前記測定対象物１の前記測定面１１の平面度を演算するので、簡単な演算により外来光の影響を受けないで精確な平面度を得るという効果を奏する。
【００４７】すなわち本実施形態の平面度測定装置は、前記測定対象物１としての前記ポリゴンミラーの側壁面の鏡面にレーザビームを当て、本来の結像位置（図２中Ｐ／Ｒ）から前後等距離に１台ずつ置いた測定器３１、３２により鏡面から反射したレーザビームの径を測定し、本来の焦点位置（図２中Ｆ）からの焦点のズレ量を算出し、平面度を算出するものであって、反射したレーザビームの径（Ａ）、（Ｂ）を測定して本来の焦点位置からの焦点のズレ量を算出し、平面度を算出するものであり、従来における前記複数位置それぞれにおける計測距離の平均値演算が不要であるため、従来に比べて演算が簡単であり、演算時間を短縮するという効果を奏する。
【００４８】また本実施形態の平面度測定装置は、上記従来のように被測定面から反射した光を合成して光の強度を検出したり、前記被測定物の表面によって反射された反射光の受光量そのものを検出したりするものではないので、太陽光および照明その他の外来光の影響を受けないという効果を奏する。
【００４９】さらに本実施形態の平面度測定装置は、前記レーザビーム投光器２が備える前記レーザダイオード２１が投光した前記レーザビームを前記コリメータレンズ２２によって平行光にするとともに、前記反射ミラー２３によって前記平行光のレーザビームを前記測定対象物１の前記測定面１１に対して照射するものであるので、前記測定対象物１の前記測定面１１に対して最適な角度で照射することを可能にするとともに、前記レーザビーム投光器２の位置的自由度を高めるという効果を奏する。
【００５０】また本実施形態の平面度測定装置は、前記結像レンズ５によって、前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームを結像させるので、ビーム径の精確な測定を可能にするという効果を奏する。
【００５１】さらに本実施形態の平面度測定方法および装置は、前記ビーム径測定機３を構成する前記ビームスキャン３１、３２が、前記測定対象物１の前記測定面１１によって反射されたレーザビームの結像位置の前後に同一距離だけ離れた２点におけるビーム径を測定するので、ビーム径の精確な測定を可能にするという効果を奏する。
【００５２】また本実施形態の平面度測定装置は、前記平面度演算装置４を構成する前記パソコンによって、前記メモリに予め記憶された前記ビーム径の差から前記焦点位置のズレを演算するための予め求めた第１の関係式および前記焦点位置のズレから前記測定対象物１の前記測定面１１の平面度を演算するための予め求めた第２の関係式に基づき、前記ビーム径の差から前記焦点位置のズレを演算するとともに、前記焦点位置のズレから前記測定対象物の前記測定面の平面度を演算するので、演算の自由度が高く、フレキシブルであるという効果を奏する。
【００５３】さらに本実施形態の平面度測定方法および装置は、前記結像レンズ５と前記ビーム径測定機３との間に介挿された前記ビームスプリッター６によって反射されたレーザビームを分割するので、前記ビーム径測定機３の計測および配置上の自由度を高めるという効果を奏する。
【００５４】また本実施形態の平面度測定方法および装置は、前記ビーム径の差から、予め求めた第１の関係式としての図３に示される回帰式に従いＦｏｃｕｓ（ウエスト）位置を算出して、前記焦点位置のズレを演算するので、前記焦点位置のズレの演算を簡単にするとともに、精確な前記焦点位置のズレが得られるという効果を奏する。
【００５５】さらに本実施形態の平面度測定方法は、前記焦点位置のズレから、予め求めた第２の関係式としての図４に示される相関式に従い前記測定対象物としてのポリゴンミラーの前記測定面の平面度を演算するので、前記測定面の平面度の演算を簡単にするとともに、精確な前記測定面の平面度が得られるという効果を奏する。
【００５６】また上記算出されたウエスト位置と平面度との予め求めた前記第２の関係式としての図４に示される相関式を用いる事で前記測定対象物１としてのポリゴンミラーの平面度を算出するするものである。すなわち前記相関式は、干渉計を用いて予め測定した平面度とウエスト位置すなわち前記焦点位置のズレとの相関によって決まるものである。
【００５７】上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２５１２８８
【氏名又は名称】鈴鹿富士ゼロックス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１５日（１９９９．１２．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３０４６
【弁理士】
【氏名又は名称】▲高▼橋 克彦
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４２４０（Ｐ２００１−１７４２４０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５５７８９ |
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