レーザ干渉測定装置の横座標校正治具および横座標校正方法
【課題】収束光学系を有するレーザ干渉測定装置における測定面上の位置の校正が簡便かつ高精度に行えるレーザ干渉測定装置の横座標校正治具および横座標校正方法を提供すること。
【解決手段】横座標校正治具１０は、マーカを有する画像を投影する画像投影手段１９と、画像投影手段１９を第１回動軸線Ａ１まわりに回動自在に支持しかつ第１回動軸線が所定の回動中心Ｃを通る第１支持機構１１と、第１支持機構を第２回動軸線Ａ２まわりに回動自在に支持しかつ第２回動軸線が回動中心Ｃで第１回動軸線Ａ１と交叉する第２支持機構１２と、を有する。
【解決手段】横座標校正治具１０は、マーカを有する画像を投影する画像投影手段１９と、画像投影手段１９を第１回動軸線Ａ１まわりに回動自在に支持しかつ第１回動軸線が所定の回動中心Ｃを通る第１支持機構１１と、第１支持機構を第２回動軸線Ａ２まわりに回動自在に支持しかつ第２回動軸線が回動中心Ｃで第１回動軸線Ａ１と交叉する第２支持機構１２と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ干渉測定装置の横座標校正治具および横座標校正方法に関し、特に収束光学系を有するレーザ干渉測定装置における測定面上の位置の校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の表面性状あるいは表面形状を高精度に測定するために、レーザ干渉計あるいはレーザ干渉測定装置と呼ばれる装置が広く利用されている。
レーザ干渉測定装置で得られた測定値は、被測定物の表面の高さの測定値として取得され、被測定物の表面の形状の評価あるいは被測定物の加工工程へのフィードバックデータなどに利用されている。
このような用途においては、レーザ干渉測定装置から得られた測定データが、被測定物の表面上のどの位置に対応するのか、つまり横座標（レーザ光軸に直交する二次元位置）を正確に知る必要がある。すなわち、測定データに異常値があった場合、この異常値を生じた地点を正確に識別できなければ、補正等を正しく行うことができない。
【０００３】
従来のレーザ干渉測定装置においては、干渉縞画像をＣＣＤカメラのような二次元受光装置によって取得することが一般的である。このため、前述したレーザ干渉測定装置における横座標の評価は、このＣＣＤカメラ等の受光装置に二次元配列された各受光素子が、被測定物の表面上のどの位置に対応するかを評価することにより行われる。
これら被測定物の表面位置と撮像装置との横座票の対応関係は、レーザ干渉測定装置に含まれる光学系の特性に起因する画像ひずみや、縦横の倍率の差異の影響によって、理想的な対応関係からずれた状態となる。
【０００４】
レーザ干渉測定装置が平面形状を測定する用途であれば、既知である二次元アレイ状の形状を有する基準器等を測定することにより、横座標の評価や、その評価値を用いた補正などを行うことができる。
一方、収束光学系を用いて被測定物の球面状の表面の形状を測定する場合には、画像ひずみや縦横の倍率の差異に加えて、球面形状を二次元撮像装置の平面画像に展開する際にも画像ひずみが加わることになる。例えば、球面の赤道付近の画像は平面に投影しても変化が小さいが、画像の位置が赤道から離れるほど、平面に投影すると大きく異なる形状となる。このような球面形状の平面展開は非線形の変換であるため、より慎重な横座標の評価が要求される。
【０００５】
このような収束光学系を用いる場合を考慮した干渉測定装置の横座標補正方法として、特許文献１あるいは特許文献２に示される方法が提案されている。
特許文献１には、被検物とあらかじめ輪郭形状が校正されている遮光物とを一体化して測定し、遮光物の測定形状と校正形状を比較することによって横座標を評価する方法が記載されている。同文献においては、球面をなす被検物に対応する評価方法の記述もある。
【０００６】
特許文献２には、平面上に所定のパターンを有する反射光学素子を被検物が置かれる位置に設置し、そのパターンの測定値をあらかじめ校正された値と比較することにより横座標を校正することが記載されている。同文献において、反射光学素子の反射部は回折格子になっており、その光の反射角度は球面をなす被検物を測定する場合と同様になるよう構成されている。このような方法では、非線形性を有する横座標誤差の評価が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２７８９２号公報
【特許文献２】特開２００２−２０６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の場合の輪郭形状は円形に限定されている。このような方法では、縦横の倍率の差異など次数の低い横座標誤差の評価には効果があるが、高次項を含む場合や非線形な横座標誤差の評価についての効果は限定的である。
一方、特許文献２によれば、非線形性を有する横座標誤差の評価が可能である。
しかし、特許文献２のような回折格子を作成することは、現状の技術水準においても大変な困難を伴うことが予想される。
【０００９】
例えば、反射光学素子上の１点と素子の中心との距離をρ、その１点に到達する収束光束中の光線が干渉計の光学軸となす角をθとおくと、素子の中心から距離がρになる同心円状の位置で必要な反射角はθとなる。また、距離ρと角θとは、ρがＴＡＮθに比例する関係がある。つまり、反射光学素子は、中心からの距離ρにしたがってＴＡＮθに比例して滑らかに反射角が変化する光学特性が求められる。このような素子を厳密に作成することは容易ではない。
さらに、収束光学系中にこのような平面状の測定物を設置する場合、画像視野全面にわたって干渉計のフォーカスを合わせることが難しく、横座標を評価するための測定を高精度に実施することが難しい問題も考えられる。
【００１０】
本発明の主な目的は、収束光学系を有するレーザ干渉測定装置における測定面上の位置の校正が簡便かつ高精度に行えるレーザ干渉測定装置の横座標校正治具および横座標校正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具は、マーカを有する画像を投影する画像投影手段と、前記画像投影手段を第１回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第１回動軸線が所定の回動中心を通る第１支持機構と、前記第１支持機構を第２回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第２回動軸線が前記回動中心で前記第１回動軸線と交叉する第２支持機構と、を有することを特徴とする。
【００１２】
このような本発明の横座標校正治具では、画像投影手段は第１支持機構および第２支持機構に支持され、第１回動軸線および第２回動軸線まわりに回動されることで任意の方向へ画像を投影することができる。
レーザ干渉測定装置の校正にあたっては、校正するレーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置と横座標校正治具の回動中心とが一致するように配置する。この状態で、画像投影手段から画像を投影し、レーザ干渉測定装置の受光装置で受像する。投影される画像はその画像上の一点にマーカを有する。このマーカの座標（マーカの実測横座標、受光装置での横座標に相当）と、横座標校正治具の第１支持機構および第２支持機構の現在角度位置から算出される座標（マーカの基準横座標、被測定物での横座標に相当）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置の収束光学系の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００１３】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、前記画像投影手段は、前記回動中心を曲率中心とする球面反射体であり、前記球面反射体の表面には前記マーカを形成する非反射領域が形成されている構成が採用できる。
このような本発明の横座標校正治具では、球面反射体をレーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に配置し、レーザ干渉測定装置のレーザ光源から収束光束を照射することで、球面反射体から反射光が反射され、レーザ干渉測定装置の受光装置に画像が投影される。この際、投影される画像には非反射領域に起因する暗部がマーカとして形成される。従って、前述した受光装置上のマーカと第１支持機構および第２支持機構の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００１４】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、前記画像投影手段は、前記回動中心が反射面上の一点に設定された平面反射体と、前記平面反射体に前記マーカを形成するレーザ光を照射するレーザ光源とを有する構成が採用できる。
このような本発明の横座標校正治具では、平面反射体をレーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に配置し、レーザ干渉測定装置の外部のレーザ光源からレーザ光を照射することで、平面反射体で反射されたレーザ光がレーザ干渉測定装置の受光装置に投影される。この際、受光装置で取得される画像にはレーザ光による光点がマーカとして形成される。従って、前述した受光装置上のマーカと第１支持機構および第２支持機構の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００１５】
なお、本発明の横座標校正治具において、画像投影手段は、前述した球面反射体あるいは平面反射体を用いた構成のほか、レーザ光源などの投光装置を収束光学系の焦点位置に配置し、受光装置にマーカとなる光点を生成する構成でもよい。
また、第１支持機構および第２支持機構としては、それぞれモータとエンコーダとを備えた高精度なステッピングモータ等を用いることができる。
【００１６】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正方法は、前述した本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具を用い、前記レーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に前記横座標校正治具を設置し、前記回動中心と前記焦点位置とを合わせるとともに、前記レーザ干渉測定装置の受光装置に前記画像投影手段による画像を投影させておき、前記画像投影手段を前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりに回動させて前記マーカを前記画像上の任意の位置へ移動させ、前記画像投影手段の前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりの角度位置から前記マーカの基準横座標を算出し、前記受光装置で取得された画像における前記マーカの実測横座標を検出し、前記マーカの実測横座標と前記基準横座標とを比較して前記レーザ干渉測定装置の横座標を校正することを特徴とする。
【００１７】
このような本発明の横座標校正方法では、マーカの座標（マーカの実測横座標、受光装置での横座標に相当）と、横座標校正治具の第１支持機構および第２支持機構の現在角度位置から算出される座標（マーカの基準横座標、被測定物での横座標に相当）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置の収束光学系の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の校正対象のレーザ干渉測定装置を示す模式図。
【図２】本発明の第１実施形態の要部を示す模式図。
【図３】前記第１実施形態の機器構成を示す模式図。
【図４】前記第１実施形態における投影画像を示す模式図。
【図５】前記第１実施形態における投影画像を示す模式図。
【図６】前記第１実施形態の校正手順を示すフロー図。
【図７】本発明の第２実施形態の要部を示す模式図。
【図８】前記第２実施形態の機器構成を示す模式図。
【図９】前記第２実施形態における投影画像を示す模式図。
【図１０】前記第２実施形態における投影画像を示す模式図。
【図１１】前記第２実施形態の校正手順を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔校正対象〕
先ず、本発明の校正対象となる収束光学系を有するレーザ干渉測定装置について、図１に基づいて説明する。
図１において、レーザ干渉測定装置１は、フィゾー型レーザ干渉計であり、基本構成としてレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６および演算処理装置７を備えている。
さらに、レーザ干渉測定装置１は、被測定物９の測定球面９Ａを測定するために、収束光学系８を備えている。
収束光学系８は、参照基準器５をレンズで形成して透過した測定光を測定球面９Ａの曲率中心である焦点位置８Ａに収束させるものであり、参照基準器５の参照面も焦点位置８Ａを中心とする球面状の参照球面５Ａとされている。
【００２０】
このようなレーザ干渉測定装置１においては、レーザ光源２から射出されたレーザ光は、ハーフミラー３で反射された後、コリメータレンズ４によって平行光束に変換される。コリメータレンズ４からの平行光束は、参照基準器５に入射されて収束光に変換される。
参照基準器５において、入射された収束光の一部は参照球面５Ａによって反射され、参照光としてコリメータレンズ４、ハーフミラー３へと戻される。一方、参照球面５Ａを透過した残りの収束光は、焦点位置８Ａにおいて焦点を結び、それ以降は球面状に発散する発散光となる。発散光は、被測定物９の測定球面９Ａによって反射され、測定光となって参照基準器５、コリメータレンズ４、ハーフミラー３へと戻される。
【００２１】
従って、ハーフミラー３では、参照球面５Ａで反射されて戻ってきた参照光と、測定球面９Ａで反射されて戻ってきた測定光とが混合されて干渉し、観察光学系６Ａを通して受光装置６に投影され、受光装置６により参照光と測定光との干渉縞を含む画像が取得される。
ここで、参照基準器５をその光軸方向に微少量移動させると、参照球面５Ａと測定球面９Ａとの間の距離が変化し、位相状態が異なる複数の画像を取得することができる。演算処理装置７では、受光装置６で得られた複数の干渉縞画像を用いて位相接続演算を行うことにより、測定球面９Ａの表面形状を算出することができる。
【００２２】
以上に述べたレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６、演算処理装置７および収束光学系８（被測定物９を除く）により、本発明の校正対象としてのレーザ干渉測定装置１が構成されている。
【００２３】
〔第１実施形態〕
図２から図６には、本発明の第１実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に、本発明に基づく横座標校正治具１０（図２参照）を適用し、本発明の横座標校正方法に基づく手順によりレーザ干渉測定装置１の横座標を校正するものである。
【００２４】
図２において、横座標校正治具１０は、第１支持機構１１、第２支持機構１２、フレーム１３および画像投影手段１９を有する。
第１支持機構１１は、フレーム１３に設置され、画像投影手段１９を第１回動軸線Ａ１まわりに回動自在に支持するものであり、第１回動軸線Ａ１は所定の回動中心Ｃを通る。
第２支持機構１２は、フレーム１３を介して第１支持機構１１を第２回動軸線Ａ２まわりに回動自在に支持するものであり、第２回動軸線Ａ２は回動中心Ｃで第１回動軸線Ａ１と交叉する。
【００２５】
第１支持機構１１および第２支持機構１２には、演算処理装置７からの動作指令に基づいて各々を回動させるモータ等の図示しない駆動装置が装着されている。また、第１支持機構１１および第２支持機構１２には、各々の回動角度位置を検出する角度検出器が装着され、演算処理装置７においては第１回動軸線Ａ１まわりの角度位置および第２回動軸線Ａ２まわりの角度位置を検出することができ、各々の角度位置から画像投影手段１９の向きを割り出すことが可能である。
【００２６】
画像投影手段１９は、受光装置６にマーカを有する画像を投影するものであり、球面反射体１８およびその表面に形成された非反射領域１７を備えている。
球面反射体１８は、第１支持機構１１で支持された球体であり、表面は回動中心Ｃを曲率中心とする球面とされている。球面反射体１８の表面は、全面または少なくとも一方の半球部分が反射面とされている。
非反射領域１７は、球面反射体１８の表面に形成されて周囲とは反射性能が異なる状態とされた領域であり、例えば球面反射体１８の表面に微少な刻印等を加工することで照射される光を散乱する状態あるいは吸収する状態としたものである。
【００２７】
本実施形態では、前述した図２の横座標校正治具１０を、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に組み込んで校正作業を行う。
図３において、レーザ干渉測定装置１およびこれを構成するレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６および演算処理装置７は、それぞれ先に図１で説明した通りである。
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８には、光線角度設定機構として、横座標校正治具１０が設置されている。
横座標校正治具１０は、第１支持機構１１の第１回動軸線Ａ１および第２支持機構１２の第２回動軸線Ａ２がともに収束光学系８の光軸Ａ８に対して直交する姿勢とされ、かつ横座標校正治具１０の回動中心Ｃと収束光学系８の焦点位置８Ａとが互いに一致する位置となるように、レーザ干渉測定装置１に対して配置を調整される。
さらに、球面反射体１８の位置は、受光装置６に投影された画像に干渉縞が略生じない状態（いわゆる干渉縞画像が概ねヌルの状態）になるように微調整される。
【００２８】
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８に組み込まれた横座標校正治具１０は、レーザ光源２から参照基準器５を経て照射される収束光を受けるとともに、球面反射体１８で照射された光を反射し、測定光と同じ経路で受光装置６に画像を投影させる。
図４において、受光装置６に投影される投影画像６０は、横座標校正治具１０からの反射光を受光装置６で受光し、演算処理装置７で位相接続演算を行った結果の画像である。
投影画像６０の内側には、球面反射体１８からの反射光に起因する明部が円形の視野範囲６１として観測され、その内側には非反射領域１７に起因する暗部がマーカ６２として観測される。
【００２９】
視野範囲６１の明部は、通常の表面形状の測定では測定球面９Ａで反射された測定光が参照光とともに投影され、測定球面９Ａの表面形状を示す濃淡もしくはカラーの画像として表示される。これに対し、本実施形態の校正動作中は、測定球面９Ａで反射された測定光ではなく球面反射体１８からの反射光が戻される。球面反射体１８として形状偏差が非常に小さい球を用い、その位置を前記の通りに微調整することにより、干渉縞画像は概ねヌルの状態として観測される。この場合、視野範囲６１の明部は均一な濃淡の画像が算出されたものとなる。
マーカ６２の暗部は、球面反射体１８からの反射光が受光装置６に到達しないために干渉が生じず、演算処理装置７による位相接続演算では表面形状の情報を持たない領域として処理される。従って、投影画像６０においては、画像全体の二値化処理などにより、表面形状の情報を有する明部である視野範囲６１と、同情報を有さない暗部であるマーカ６２とを容易に識別することができる。
そして、マーカ６２となる暗部については、その領域の重心位置を計算することにより、マーカ６２の投影画像６０上の位置あるいは視野範囲６１上の位置を特定することができ、これをマーカ６２がある地点の実測横座標とすることができる。
【００３０】
横座標校正治具１０は、第１支持機構１１および第２支持機構１２で球面反射体１８を回動させることにより、マーカ６２の画像を与える光束の向きを変化させる光線角度設定機構として機能し、受光装置６に投影される投影画像６０に現れるマーカ６２を移動させることができる。
先ず、第１支持機構１１および第２支持機構１２をいずれも角度位置＝０に設定すると、非反射領域１７の位置が球面反射体１８の基準位置つまり収束光学系８の光軸Ａ８に直交する表面となり、投影画像６０上の視野範囲６１の中心にマーカ６２が現れる状態とされる。
次に、第１支持機構１１および第２支持機構１２を回動させ、球面反射体１８を任意の角度に向けることにより、球面反射体１８の表面における非反射領域１７の位置も変化し、収束光学系８の光軸Ａ８に対して二次元的な任意の角度に振り向けられる。このとき、投影画像６０においては、視野範囲６１内のマーカ６２の位置も移動する。
【００３１】
図５において、第１支持機構１１および第２支持機構１２の双方の角度位置＝０の状態では位置６２Ａにあったマーカ６２は、第１支持機構１１および第２支持機構１２を回動させることで位置６２Ｂへと移動する。
この際、演算処理装置７により、第１支持機構１１および第２支持機構１２におけるそれぞれの角度位置から、球面反射体１８の表面における非反射領域１７の位置を算出することができる。そして、球面反射体１８の表面における非反射領域１７の位置から、受光装置６に投影される投影画像６０における本来あるべき地点の基準横座標を算出することができる。
従って、横座標校正治具１０側で算出される非反射領域１７に基づくマーカ６２の基準横座標と、前述した投影画像６０上の実際のマーカ６２の実測横座標とを比較することにより、レーザ干渉測定装置１の現在位置における横座標の校正を行うことができる。
【００３２】
レーザ干渉測定装置１の校正作業においては、前述した操作を横座標校正治具１０における複数の角度位置（投影画像６０上の複数の地点）に対して実行し、横座標校正治具１０の第１支持機構１１および第２支持機構１２の設定角度に基づく基準横座標と、投影画像６０上のマーカ６２の実測横座標とを対応させて記録してゆく。このようにして得られる基準横座標と実測横座標との対応関係が、レーザ干渉測定装置１の横座標校正値となる。
【００３３】
実際の校正作業では、例えば万遍無く設定した複数の角度（第１支持機構１１および第２支持機構１２の設定角度）に対して、前述した基準横座標と実測横座標との対応関係を記録したマップを作成する方法、任意間隔の角度に対して評価した対応関係を内挿によって補完する方法、または角度位置を変数とした関数を当てはめる方法、といった方法で校正値を取得することができる。
なお、取得したい校正値を演算処理装置７に記憶させておき、位相演算結果に校正値を反映させることによって形状算出結果の横座標を自動的に補正することも可能である。
【００３４】
以上に述べたように、本実施形態の横座標校正治具１０は、レーザ干渉測定装置１に設置することで、その横座標の比較ないし校正が可能となる。
本実施形態の横座標校正治具１０においてレーザ干渉測定装置１の横座標校正は、図６に示す手順で行われる。
【００３５】
図６において、先ず校正対象のレーザ干渉測定装置１に、横座標校正治具１０を設置する（処理Ｓ１１）。
設置にあたっては、横座標校正治具１０の球面反射体１８の回動中心Ｃが、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに一致するように（図３参照）、位置を調整する（処理Ｓ１２）
調整ができたら、レーザ干渉測定装置１のレーザ光源２からレーザ光を照射し、収束光学系８内に設置された球面反射体１８で反射させて受光装置６にマーカ６２および視野範囲６１を含む投影画像６０を投影する（処理Ｓ１３）。
【００３６】
受光装置６にマーカ６２を含む投影画像６０が投影された状態で、横座標校正治具１０の第１支持機構１１および第２支持機構１２を動かし、球面反射体１８を回動させることにより、受光装置６に投影された投影画像６０上のマーカ６２の位置を移動させる（図５参照）（処理Ｓ１４）。
演算処理装置７により、現在時点での第１支持機構１１および第２支持機構１２の回動角度を読み出し、球面反射体１８の角度位置からマーカ６２の基準横座標を算出する（処理Ｓ１５）。
演算処理装置７により、受光装置６で取得された投影画像６０から、視野範囲６１を基準としたマーカ６２の実測横座標を検出する（処理Ｓ１６）。
これらにより得られた基準横座標および実測横座標のデータは演算処理装置７に一対にして記録される。
【００３７】
これらの処理Ｓ１４〜Ｓ１６は、球面反射体１８を回動させてマーカ６２の位置を変更しつつ、必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られるまで繰り返す。
全ての必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られたら、検出を終了する（処理Ｓ１７）。
演算処理装置７により、先に記録されたマーカ６２の複数位置における基準横座標および実測横座標のデータを読み出し、各地点での基準横座標および実測横座標の相違から横座標としての補正値を算出してゆき、これによりレーザ干渉測定装置１の横座標の校正が行われる（処理Ｓ１８）。
校正が完了したら、校正対象のレーザ干渉測定装置１から、横座標校正治具１０を取り外す（処理Ｓ１９）。
この後、収束光学系８に被測定物９を設置することで、校正されたレーザ干渉測定装置１による測定球面９Ａの表面形状の測定を行うことができる。
【００３８】
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
横座標校正治具１０は、画像投影手段１９が第１支持機構１１および第２支持機構１２に支持され、第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２まわりに回動されることで、任意の方向へ画像を投影することができる。
レーザ干渉測定装置１の校正にあたっては、校正するレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａと横座標校正治具１０の回動中心Ｃとが一致するように配置したうえで、画像投影手段１９から画像を投影し、レーザ干渉測定装置１の受光装置６で受像する。投影される投影画像６０は、その視野範囲６１上の一点にマーカ６２を有する。このマーカ６２の座標（実測横座標）と、横座標校正治具１０の第１支持機構１１および第２支持機構１２の現在角度位置から算出される座標（基準横座標）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置６上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置１の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００３９】
本実施形態の横座標校正治具１０では、画像投影手段１９として表面に非反射領域１７が形成された球面反射体１８を用い、この球面反射体１８をレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに配置し、レーザ干渉測定装置１のレーザ光源２から収束光束を照射することで、球面反射体１８から反射光が反射され、レーザ干渉測定装置１の受光装置６に投影画像６０が投影される。この際、投影画像６０には非反射領域１７に起因する暗部がマーカ６２として形成される。従って、前述した受光装置６上のマーカ６２と第１支持機構１１および第２支持機構１２の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００４０】
従って、本実施形態の横座標校正治具１０では、投影画像６０を得るための光源としてレーザ干渉測定装置１のレーザ光源２を共用することができ、装置構成を簡略にできる。
さらに、横座標校正治具１０としては、表面に非反射領域１７が形成された球面反射体１８と、これを支持する第１支持機構１１および第２支持機構１２があればよいため、治具としてのコンパクト化が図れ、被測定物９に入れ替えて収束光学系８に設置することも容易であり、治具としてのコストも低く抑えることができる。
【００４１】
〔第２実施形態〕
図７から図１１には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に、本発明に基づく横座標校正治具２０（図７参照）を適用し、本発明の横座標校正方法に基づく手順によりレーザ干渉測定装置１の横座標を校正するものである。
【００４２】
図７において、横座標校正治具２０は、第１支持機構２１、第２支持機構２２、フレーム２３および画像投影手段２９を有する。
第１支持機構２１は、フレーム２３に設置され、画像投影手段２９を第１回動軸線Ａ１まわりに回動自在に支持するものであり、第１回動軸線Ａ１は所定の回動中心Ｃを通る。
第２支持機構２２は、フレーム２３を介して第１支持機構２１を第２回動軸線Ａ２まわりに回動自在に支持するものであり、第２回動軸線Ａ２は回動中心Ｃで第１回動軸線Ａ１と交叉する。
【００４３】
第１支持機構２１および第２支持機構２２には、演算処理装置７からの動作指令に基づいて各々を回動させるモータ等の図示しない駆動装置が装着されている。また、第１支持機構２１および第２支持機構２２には、各々の回動角度位置を検出する角度検出器が装着され、演算処理装置７においては第１回動軸線Ａ１まわりの角度位置および第２回動軸線Ａ２まわりの角度位置を検出することができ、各々の角度位置から画像投影手段２９の向きを割り出すことが可能である。
【００４４】
画像投影手段２９は、受光装置６にマーカを有する画像を投影するものであり、平面反射体２８およびその表面にレーザ光を照射するレーザ光源２７を備えている。
平面反射体２８は、平坦な反射面を有し、第１支持機構２１および第２支持機構２２で回転自在に支持されている。
平面反射体２８において、第１回動軸線Ａ１は平面反射体２８の反射面を横断するように配置され、第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２の交点である回動中心Ｃは平面反射体２８の反射面上の一点にくるように設定されている。
このため、平面反射体２８が第１支持機構２１および第２支持機構２２により第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２まわりに回動されても、反射面上の回動中心Ｃにあたる一点はその位置を維持し、向きだけが変化することになる。
【００４５】
レーザ光源２７は、第１支持機構２１および第２支持機構２２の外部に固定され、回転自在に支持されてはいない。
レーザ光源２７から照射されるレーザ光は、平面反射体２８の反射面上の回動中心Ｃにあたる一点に投光されるように配置を調整されている。
レーザ光源２７は、照射するレーザ光の光量が、校正対象であるレーザ干渉測定装置１における参照光（レーザ光源２から参照基準器５で反射されて受光装置６に戻される）の光量より十分高く設定されている。
【００４６】
本実施形態では、前述した図７の横座標校正治具２０を、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に組み込んで校正作業を行う。
図８において、レーザ干渉測定装置１およびこれを構成するレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６および演算処理装置７は、それぞれ先に図１で説明した通りである。
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８には、光線角度設定機構として、横座標校正治具２０が設置されている。
【００４７】
横座標校正治具２０は、第１支持機構２１の第１回動軸線Ａ１および第２支持機構２２の第２回動軸線Ａ２がともに収束光学系８の光軸Ａ８に対して直交する姿勢とされ、かつ横座標校正治具２０の回動中心Ｃと収束光学系８の焦点位置８Ａとが互いに一致する位置となるように、レーザ干渉測定装置１に対して配置を調整される。
平面反射体２８は、第１回動軸線Ａ１まわりの角度位置が収束光学系８の光軸Ａ８に対して４５度（レーザ光源２７から第１回動軸線Ａ２に沿って照射されるレーザ光を収束光学系８の光軸Ａ８に沿って反射する状態）であり、第２回動軸線Ａ２まわりの角度位置が収束光学系８の光軸Ａ８と直交する状態を初期位置として調整されている。
【００４８】
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８に組み込まれた横座標校正治具２０は、レーザ光源２７から照射されるレーザ光を平面反射体２８で反射させ、収束光学系８の測定光と同じ経路を辿って受光装置６に画像を投影させる。
図９において、受光装置６に投影される投影画像６４は、レーザ干渉測定装置１の参照光および横座標校正治具２０からの投影光を受光装置６で受光した光強度画像である。
投影画像６４の内側には、レーザ干渉測定装置１の参照光（レーザ光源２から参照基準器５で反射されて受光装置６に戻される）に起因するやや暗い円形の視野範囲６５が観測され、その内側にはレーザ光源２７からの強いレーザ光に起因する明るい光点がマーカ６６として観測される。
【００４９】
視野範囲６５は、通常の表面形状の測定では測定球面９Ａで反射された測定光が参照光とともに投影され、測定球面９Ａの表面形状を示す濃淡もしくはカラーの画像として表示される。これに対し、本実施形態の校正動作中は、測定球面９Ａで反射された測定光がなく、参照光だけが投影されるため、視野範囲６５は概ね均一な濃淡の光強度画像となる。
マーカ６６は、レーザ光源２７から平面反射体２８で反射されて受光装置６に到達するものであり、受光装置６ではレーザ干渉測定装置１の参照光と重なり合うことになるが、光源が異なるため干渉縞を生じることがない。従って、投影画像６４においては、画像全体の二値化処理などにより、比較的暗い視野範囲６５と、十分に明るいマーカ６６とを容易に識別することができる。
そして、マーカ６６については、その領域の重心位置を計算することにより、マーカ６６の投影画像６４上の位置あるいは視野範囲６５上の位置を特定することができ、これをマーカ６６がある地点の実測横座標とすることができる。
【００５０】
横座標校正治具２０は、第１支持機構２１および第２支持機構２２で平面反射体２８を回動させることにより、マーカ６６の画像を与える光束の向きを変化させる光線角度設定機構として機能し、受光装置６に投影される投影画像６４に現れるマーカ６６を移動させることができる。
先ず、第１支持機構２１および第２支持機構２２をいずれも所期位置に設定すると、レーザ光源２７から第１回動軸線Ａ２に沿って照射されるレーザ光が収束光学系８の光軸Ａ８に沿って反射され、投影画像６４上の視野範囲６５の中心にマーカ６６が現れる状態となる。
次に、第１支持機構２１および第２支持機構２２を回動させ、平面反射体２８を任意の角度に向けることにより、平面反射体２８で反射されるレーザ光の向きが収束光学系８の光軸Ａ８に対して二次元的な任意の角度に振り向けられる。このとき、投影画像６４においては、視野範囲６５内のマーカ６６の位置も移動する。
【００５１】
図１０において、第１支持機構２１および第２支持機構２２が所期位置の状態では位置６６Ａにあったマーカ６６は、第１支持機構２１および第２支持機構２２を回動させることで位置６６Ｂへと移動する。
この際、演算処理装置７により、第１支持機構２１および第２支持機構２２におけるそれぞれの角度位置から、受光装置６に投影される投影画像６４における本来あるべき地点の基準横座標を算出することができる。
従って、横座標校正治具２０側で算出されるマーカ６６の基準横座標と、前述した投影画像６４上の実際のマーカ６６の実測横座標とを比較することにより、レーザ干渉測定装置１の現在位置における横座標の校正を行うことができる。
【００５２】
レーザ干渉測定装置１の校正作業においては、前述した操作を横座標校正治具２０における複数の角度位置（投影画像６４上の複数の地点）に対して実行し、横座標校正治具２０の第１支持機構２１および第２支持機構２２の設定角度に基づく基準横座標と、投影画像６４上のマーカ６６の実測横座標とを対応させて記録してゆく。このようにして得られる基準横座標と実測横座標との対応関係が、レーザ干渉測定装置１の横座標校正値となる。
【００５３】
実際の校正作業では、例えば万遍無く設定した複数の角度（第１支持機構２１および第２支持機構２２の設定角度）に対して、前述した基準横座標と実測横座標との対応関係を記録したマップを作成する方法、任意間隔の角度に対して評価した対応関係を内挿によって補完する方法、または角度位置を変数とした関数を当てはめる方法、といった方法で校正値を取得することができる。
なお、取得したい校正値を演算処理装置７に記憶させておき、位相演算結果に校正値を反映させることによって形状算出結果の横座標を自動的に補正することも可能である。
【００５４】
以上に述べたように、本実施形態の横座標校正治具２０は、レーザ干渉測定装置１に設置することで、その横座標の比較ないし校正が可能となる。
本実施形態の横座標校正治具２０においてレーザ干渉測定装置１の横座標校正は、図１１に示す手順で行われる。
【００５５】
図１１において、先ず校正対象のレーザ干渉測定装置１に、横座標校正治具２０を設置する（処理Ｓ２１）。
設置にあたっては、横座標校正治具２０の平面反射体２８の回動中心Ｃが、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに一致するように（図８参照）、位置を調整する（処理Ｓ２２）
調整ができたら、横座標校正治具２０のレーザ光源２７からレーザ光を照射し、収束光学系８内に設置された平面反射体２８で反射させて受光装置６にマーカ６６および視野範囲６５を含む投影画像６４を投影する（処理Ｓ２３）。
【００５６】
受光装置６にマーカ６６を含む投影画像６４が投影された状態で、横座標校正治具２０の第１支持機構２１および第２支持機構２２を動かし、平面反射体２８を回動させることにより、受光装置６に投影された投影画像６４上のマーカ６６の位置を移動させる（図５参照）（処理Ｓ２４）。
演算処理装置７により、現在時点での第１支持機構２１および第２支持機構２２の回動角度を読み出し、平面反射体２８の角度位置からマーカ６６の基準横座標を算出する（処理Ｓ２５）。
演算処理装置７により、受光装置６で取得された投影画像６４から、視野範囲６５を基準としたマーカ６６の実測横座標を検出する（処理Ｓ２６）。
これらにより得られた基準横座標および実測横座標のデータは演算処理装置７に一対にして記録される。
【００５７】
これらの処理Ｓ２４〜Ｓ２６は、平面反射体２８を回動させてマーカ６６の位置を変更しつつ、必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られるまで繰り返す。
全ての必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られたら、検出を終了する（処理Ｓ２７）。
演算処理装置７により、先に記録されたマーカ６６の複数位置における基準横座標および実測横座標のデータを読み出し、各地点での基準横座標および実測横座標の相違から横座標としての補正値を算出してゆき、これによりレーザ干渉測定装置１の横座標の校正が行われる（処理Ｓ２８）。
校正が完了したら、校正対象のレーザ干渉測定装置１から、横座標校正治具２０を取り外す（処理Ｓ２９）。
この後、収束光学系８に被測定物９を設置することで、校正されたレーザ干渉測定装置１による測定球面９Ａの表面形状の測定を行うことができる。
【００５８】
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
横座標校正治具２０は、画像投影手段２９が第１支持機構２１および第２支持機構２２に支持され、第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２まわりに回動されることで、任意の方向へ画像を投影することができる。
レーザ干渉測定装置１の校正にあたっては、校正するレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａと横座標校正治具２０の回動中心Ｃとが一致するように配置したうえで、画像投影手段２９から画像を投影し、レーザ干渉測定装置１の受光装置６で受像する。投影される投影画像６４は、その視野範囲６５上の一点にマーカ６６を有する。このマーカ６６の座標（実測横座標）と、横座標校正治具２０の第１支持機構２１および第２支持機構２２の現在角度位置から算出される座標（基準横座標）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置６上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置１の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００５９】
本実施形態の横座標校正治具２０では、画像投影手段２９として第１支持機構２１および第２支持機構２２で回動支持された平面反射体２８を用い、この平面反射体２８の回動中心Ｃをレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに配置し、横座標校正治具２０のレーザ光源２７からレーザ光を照射することで平面反射体２８から反射光が反射され、収束光学系８を測定光と同じ経路で戻り、レーザ干渉測定装置１の受光装置６に投影画像６４が投影される。この際、投影画像６４にはレーザ光源２７からのレーザ光による光点がマーカ６６として形成される。従って、前述した受光装置６上のマーカ６６と第１支持機構２１および第２支持機構２２の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００６０】
従って、本実施形態の横座標校正治具２０では、投影画像６４を得るためにレーザ光源２７からのレーザ光を平面反射体２８で反射させる構成を採用する。レーザ光源２７は一般的なレーザ光源を用いることができる。また、平面反射体２８は平面鏡であればよく、球面状の反射面などに比べてコストを低減しつつ精度を向上することができる。
さらに、横座標校正治具２０としては、一般的なレーザ光源２７、平面反射体２８、これを支持する第１支持機構２１および第２支持機構２２があればよいため、治具としてのコンパクト化が図れ、被測定物９に入れ替えて収束光学系８に設置することも容易であり、治具としてのコストも低く抑えることができる。
【００６１】
〔他の実施形態〕
本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内の変形等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、レーザ干渉測定装置１はフィゾー型干渉計として説明したが、レーザ干渉計の形式はこれに限定されず、たとえばトワイマングリーン型干渉計などを用いる場合においても同様の原理により、横座標の特定が可能である。なお、トワイマングリーン型干渉計を用いる場合には、参照光を遮光することによって測定光のみの光強度画像を簡単に取得することが可能であるため、例えば第１実施形態において、非反射領域１７の画像上における位置の検出をより簡単に行うことができる。
前記第１実施形態において、球面反射体１８と非反射領域１７とを逆にした構成（マーカ６２が明部で周囲が暗部となる）としても原理としては同一である。しかし、この場合、球面反射体１８の回動中心Ｃをレーザ干渉測定装置１の収束光学系の焦点位置８Ａと一致させるための測定において干渉する領域が限定され、干渉縞画像を確認することが難しくなる。そのため、前記第１実施例に示す構成とすることが望ましい。
【符号の説明】
【００６２】
１…レーザ干渉測定装置
２…レーザ光源
３…ハーフミラー
４…コリメータレンズ
５…参照基準器
５Ａ…参照球面
６…受光装置
６Ａ…観察光学系
７…演算処理装置
８…収束光学系
８Ａ…焦点位置
９…被測定物
９Ａ…測定球面
１０，２０…横座標校正治具
１１，２１…第１支持機構
１２，２２…第２支持機構
１３，２３…フレーム
１７…非反射領域
１８…球面反射体
１９，２９…画像投影手段
２７…レーザ光源
２８…平面反射体
６０，６４…投影画像
６１，６５…視野範囲
６２，６６…マーカ
Ａ１…第１回動軸線
Ａ２…第２回動軸線
Ａ８…収束光学系の光軸
Ｃ…回動中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ干渉測定装置の横座標校正治具および横座標校正方法に関し、特に収束光学系を有するレーザ干渉測定装置における測定面上の位置の校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の表面性状あるいは表面形状を高精度に測定するために、レーザ干渉計あるいはレーザ干渉測定装置と呼ばれる装置が広く利用されている。
レーザ干渉測定装置で得られた測定値は、被測定物の表面の高さの測定値として取得され、被測定物の表面の形状の評価あるいは被測定物の加工工程へのフィードバックデータなどに利用されている。
このような用途においては、レーザ干渉測定装置から得られた測定データが、被測定物の表面上のどの位置に対応するのか、つまり横座標（レーザ光軸に直交する二次元位置）を正確に知る必要がある。すなわち、測定データに異常値があった場合、この異常値を生じた地点を正確に識別できなければ、補正等を正しく行うことができない。
【０００３】
従来のレーザ干渉測定装置においては、干渉縞画像をＣＣＤカメラのような二次元受光装置によって取得することが一般的である。このため、前述したレーザ干渉測定装置における横座標の評価は、このＣＣＤカメラ等の受光装置に二次元配列された各受光素子が、被測定物の表面上のどの位置に対応するかを評価することにより行われる。
これら被測定物の表面位置と撮像装置との横座票の対応関係は、レーザ干渉測定装置に含まれる光学系の特性に起因する画像ひずみや、縦横の倍率の差異の影響によって、理想的な対応関係からずれた状態となる。
【０００４】
レーザ干渉測定装置が平面形状を測定する用途であれば、既知である二次元アレイ状の形状を有する基準器等を測定することにより、横座標の評価や、その評価値を用いた補正などを行うことができる。
一方、収束光学系を用いて被測定物の球面状の表面の形状を測定する場合には、画像ひずみや縦横の倍率の差異に加えて、球面形状を二次元撮像装置の平面画像に展開する際にも画像ひずみが加わることになる。例えば、球面の赤道付近の画像は平面に投影しても変化が小さいが、画像の位置が赤道から離れるほど、平面に投影すると大きく異なる形状となる。このような球面形状の平面展開は非線形の変換であるため、より慎重な横座標の評価が要求される。
【０００５】
このような収束光学系を用いる場合を考慮した干渉測定装置の横座標補正方法として、特許文献１あるいは特許文献２に示される方法が提案されている。
特許文献１には、被検物とあらかじめ輪郭形状が校正されている遮光物とを一体化して測定し、遮光物の測定形状と校正形状を比較することによって横座標を評価する方法が記載されている。同文献においては、球面をなす被検物に対応する評価方法の記述もある。
【０００６】
特許文献２には、平面上に所定のパターンを有する反射光学素子を被検物が置かれる位置に設置し、そのパターンの測定値をあらかじめ校正された値と比較することにより横座標を校正することが記載されている。同文献において、反射光学素子の反射部は回折格子になっており、その光の反射角度は球面をなす被検物を測定する場合と同様になるよう構成されている。このような方法では、非線形性を有する横座標誤差の評価が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２７８９２号公報
【特許文献２】特開２００２−２０６９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の場合の輪郭形状は円形に限定されている。このような方法では、縦横の倍率の差異など次数の低い横座標誤差の評価には効果があるが、高次項を含む場合や非線形な横座標誤差の評価についての効果は限定的である。
一方、特許文献２によれば、非線形性を有する横座標誤差の評価が可能である。
しかし、特許文献２のような回折格子を作成することは、現状の技術水準においても大変な困難を伴うことが予想される。
【０００９】
例えば、反射光学素子上の１点と素子の中心との距離をρ、その１点に到達する収束光束中の光線が干渉計の光学軸となす角をθとおくと、素子の中心から距離がρになる同心円状の位置で必要な反射角はθとなる。また、距離ρと角θとは、ρがＴＡＮθに比例する関係がある。つまり、反射光学素子は、中心からの距離ρにしたがってＴＡＮθに比例して滑らかに反射角が変化する光学特性が求められる。このような素子を厳密に作成することは容易ではない。
さらに、収束光学系中にこのような平面状の測定物を設置する場合、画像視野全面にわたって干渉計のフォーカスを合わせることが難しく、横座標を評価するための測定を高精度に実施することが難しい問題も考えられる。
【００１０】
本発明の主な目的は、収束光学系を有するレーザ干渉測定装置における測定面上の位置の校正が簡便かつ高精度に行えるレーザ干渉測定装置の横座標校正治具および横座標校正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具は、マーカを有する画像を投影する画像投影手段と、前記画像投影手段を第１回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第１回動軸線が所定の回動中心を通る第１支持機構と、前記第１支持機構を第２回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第２回動軸線が前記回動中心で前記第１回動軸線と交叉する第２支持機構と、を有することを特徴とする。
【００１２】
このような本発明の横座標校正治具では、画像投影手段は第１支持機構および第２支持機構に支持され、第１回動軸線および第２回動軸線まわりに回動されることで任意の方向へ画像を投影することができる。
レーザ干渉測定装置の校正にあたっては、校正するレーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置と横座標校正治具の回動中心とが一致するように配置する。この状態で、画像投影手段から画像を投影し、レーザ干渉測定装置の受光装置で受像する。投影される画像はその画像上の一点にマーカを有する。このマーカの座標（マーカの実測横座標、受光装置での横座標に相当）と、横座標校正治具の第１支持機構および第２支持機構の現在角度位置から算出される座標（マーカの基準横座標、被測定物での横座標に相当）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置の収束光学系の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００１３】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、前記画像投影手段は、前記回動中心を曲率中心とする球面反射体であり、前記球面反射体の表面には前記マーカを形成する非反射領域が形成されている構成が採用できる。
このような本発明の横座標校正治具では、球面反射体をレーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に配置し、レーザ干渉測定装置のレーザ光源から収束光束を照射することで、球面反射体から反射光が反射され、レーザ干渉測定装置の受光装置に画像が投影される。この際、投影される画像には非反射領域に起因する暗部がマーカとして形成される。従って、前述した受光装置上のマーカと第１支持機構および第２支持機構の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００１４】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、前記画像投影手段は、前記回動中心が反射面上の一点に設定された平面反射体と、前記平面反射体に前記マーカを形成するレーザ光を照射するレーザ光源とを有する構成が採用できる。
このような本発明の横座標校正治具では、平面反射体をレーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に配置し、レーザ干渉測定装置の外部のレーザ光源からレーザ光を照射することで、平面反射体で反射されたレーザ光がレーザ干渉測定装置の受光装置に投影される。この際、受光装置で取得される画像にはレーザ光による光点がマーカとして形成される。従って、前述した受光装置上のマーカと第１支持機構および第２支持機構の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００１５】
なお、本発明の横座標校正治具において、画像投影手段は、前述した球面反射体あるいは平面反射体を用いた構成のほか、レーザ光源などの投光装置を収束光学系の焦点位置に配置し、受光装置にマーカとなる光点を生成する構成でもよい。
また、第１支持機構および第２支持機構としては、それぞれモータとエンコーダとを備えた高精度なステッピングモータ等を用いることができる。
【００１６】
本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正方法は、前述した本発明のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具を用い、前記レーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に前記横座標校正治具を設置し、前記回動中心と前記焦点位置とを合わせるとともに、前記レーザ干渉測定装置の受光装置に前記画像投影手段による画像を投影させておき、前記画像投影手段を前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりに回動させて前記マーカを前記画像上の任意の位置へ移動させ、前記画像投影手段の前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりの角度位置から前記マーカの基準横座標を算出し、前記受光装置で取得された画像における前記マーカの実測横座標を検出し、前記マーカの実測横座標と前記基準横座標とを比較して前記レーザ干渉測定装置の横座標を校正することを特徴とする。
【００１７】
このような本発明の横座標校正方法では、マーカの座標（マーカの実測横座標、受光装置での横座標に相当）と、横座標校正治具の第１支持機構および第２支持機構の現在角度位置から算出される座標（マーカの基準横座標、被測定物での横座標に相当）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置の収束光学系の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の校正対象のレーザ干渉測定装置を示す模式図。
【図２】本発明の第１実施形態の要部を示す模式図。
【図３】前記第１実施形態の機器構成を示す模式図。
【図４】前記第１実施形態における投影画像を示す模式図。
【図５】前記第１実施形態における投影画像を示す模式図。
【図６】前記第１実施形態の校正手順を示すフロー図。
【図７】本発明の第２実施形態の要部を示す模式図。
【図８】前記第２実施形態の機器構成を示す模式図。
【図９】前記第２実施形態における投影画像を示す模式図。
【図１０】前記第２実施形態における投影画像を示す模式図。
【図１１】前記第２実施形態の校正手順を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔校正対象〕
先ず、本発明の校正対象となる収束光学系を有するレーザ干渉測定装置について、図１に基づいて説明する。
図１において、レーザ干渉測定装置１は、フィゾー型レーザ干渉計であり、基本構成としてレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６および演算処理装置７を備えている。
さらに、レーザ干渉測定装置１は、被測定物９の測定球面９Ａを測定するために、収束光学系８を備えている。
収束光学系８は、参照基準器５をレンズで形成して透過した測定光を測定球面９Ａの曲率中心である焦点位置８Ａに収束させるものであり、参照基準器５の参照面も焦点位置８Ａを中心とする球面状の参照球面５Ａとされている。
【００２０】
このようなレーザ干渉測定装置１においては、レーザ光源２から射出されたレーザ光は、ハーフミラー３で反射された後、コリメータレンズ４によって平行光束に変換される。コリメータレンズ４からの平行光束は、参照基準器５に入射されて収束光に変換される。
参照基準器５において、入射された収束光の一部は参照球面５Ａによって反射され、参照光としてコリメータレンズ４、ハーフミラー３へと戻される。一方、参照球面５Ａを透過した残りの収束光は、焦点位置８Ａにおいて焦点を結び、それ以降は球面状に発散する発散光となる。発散光は、被測定物９の測定球面９Ａによって反射され、測定光となって参照基準器５、コリメータレンズ４、ハーフミラー３へと戻される。
【００２１】
従って、ハーフミラー３では、参照球面５Ａで反射されて戻ってきた参照光と、測定球面９Ａで反射されて戻ってきた測定光とが混合されて干渉し、観察光学系６Ａを通して受光装置６に投影され、受光装置６により参照光と測定光との干渉縞を含む画像が取得される。
ここで、参照基準器５をその光軸方向に微少量移動させると、参照球面５Ａと測定球面９Ａとの間の距離が変化し、位相状態が異なる複数の画像を取得することができる。演算処理装置７では、受光装置６で得られた複数の干渉縞画像を用いて位相接続演算を行うことにより、測定球面９Ａの表面形状を算出することができる。
【００２２】
以上に述べたレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６、演算処理装置７および収束光学系８（被測定物９を除く）により、本発明の校正対象としてのレーザ干渉測定装置１が構成されている。
【００２３】
〔第１実施形態〕
図２から図６には、本発明の第１実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に、本発明に基づく横座標校正治具１０（図２参照）を適用し、本発明の横座標校正方法に基づく手順によりレーザ干渉測定装置１の横座標を校正するものである。
【００２４】
図２において、横座標校正治具１０は、第１支持機構１１、第２支持機構１２、フレーム１３および画像投影手段１９を有する。
第１支持機構１１は、フレーム１３に設置され、画像投影手段１９を第１回動軸線Ａ１まわりに回動自在に支持するものであり、第１回動軸線Ａ１は所定の回動中心Ｃを通る。
第２支持機構１２は、フレーム１３を介して第１支持機構１１を第２回動軸線Ａ２まわりに回動自在に支持するものであり、第２回動軸線Ａ２は回動中心Ｃで第１回動軸線Ａ１と交叉する。
【００２５】
第１支持機構１１および第２支持機構１２には、演算処理装置７からの動作指令に基づいて各々を回動させるモータ等の図示しない駆動装置が装着されている。また、第１支持機構１１および第２支持機構１２には、各々の回動角度位置を検出する角度検出器が装着され、演算処理装置７においては第１回動軸線Ａ１まわりの角度位置および第２回動軸線Ａ２まわりの角度位置を検出することができ、各々の角度位置から画像投影手段１９の向きを割り出すことが可能である。
【００２６】
画像投影手段１９は、受光装置６にマーカを有する画像を投影するものであり、球面反射体１８およびその表面に形成された非反射領域１７を備えている。
球面反射体１８は、第１支持機構１１で支持された球体であり、表面は回動中心Ｃを曲率中心とする球面とされている。球面反射体１８の表面は、全面または少なくとも一方の半球部分が反射面とされている。
非反射領域１７は、球面反射体１８の表面に形成されて周囲とは反射性能が異なる状態とされた領域であり、例えば球面反射体１８の表面に微少な刻印等を加工することで照射される光を散乱する状態あるいは吸収する状態としたものである。
【００２７】
本実施形態では、前述した図２の横座標校正治具１０を、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に組み込んで校正作業を行う。
図３において、レーザ干渉測定装置１およびこれを構成するレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６および演算処理装置７は、それぞれ先に図１で説明した通りである。
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８には、光線角度設定機構として、横座標校正治具１０が設置されている。
横座標校正治具１０は、第１支持機構１１の第１回動軸線Ａ１および第２支持機構１２の第２回動軸線Ａ２がともに収束光学系８の光軸Ａ８に対して直交する姿勢とされ、かつ横座標校正治具１０の回動中心Ｃと収束光学系８の焦点位置８Ａとが互いに一致する位置となるように、レーザ干渉測定装置１に対して配置を調整される。
さらに、球面反射体１８の位置は、受光装置６に投影された画像に干渉縞が略生じない状態（いわゆる干渉縞画像が概ねヌルの状態）になるように微調整される。
【００２８】
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８に組み込まれた横座標校正治具１０は、レーザ光源２から参照基準器５を経て照射される収束光を受けるとともに、球面反射体１８で照射された光を反射し、測定光と同じ経路で受光装置６に画像を投影させる。
図４において、受光装置６に投影される投影画像６０は、横座標校正治具１０からの反射光を受光装置６で受光し、演算処理装置７で位相接続演算を行った結果の画像である。
投影画像６０の内側には、球面反射体１８からの反射光に起因する明部が円形の視野範囲６１として観測され、その内側には非反射領域１７に起因する暗部がマーカ６２として観測される。
【００２９】
視野範囲６１の明部は、通常の表面形状の測定では測定球面９Ａで反射された測定光が参照光とともに投影され、測定球面９Ａの表面形状を示す濃淡もしくはカラーの画像として表示される。これに対し、本実施形態の校正動作中は、測定球面９Ａで反射された測定光ではなく球面反射体１８からの反射光が戻される。球面反射体１８として形状偏差が非常に小さい球を用い、その位置を前記の通りに微調整することにより、干渉縞画像は概ねヌルの状態として観測される。この場合、視野範囲６１の明部は均一な濃淡の画像が算出されたものとなる。
マーカ６２の暗部は、球面反射体１８からの反射光が受光装置６に到達しないために干渉が生じず、演算処理装置７による位相接続演算では表面形状の情報を持たない領域として処理される。従って、投影画像６０においては、画像全体の二値化処理などにより、表面形状の情報を有する明部である視野範囲６１と、同情報を有さない暗部であるマーカ６２とを容易に識別することができる。
そして、マーカ６２となる暗部については、その領域の重心位置を計算することにより、マーカ６２の投影画像６０上の位置あるいは視野範囲６１上の位置を特定することができ、これをマーカ６２がある地点の実測横座標とすることができる。
【００３０】
横座標校正治具１０は、第１支持機構１１および第２支持機構１２で球面反射体１８を回動させることにより、マーカ６２の画像を与える光束の向きを変化させる光線角度設定機構として機能し、受光装置６に投影される投影画像６０に現れるマーカ６２を移動させることができる。
先ず、第１支持機構１１および第２支持機構１２をいずれも角度位置＝０に設定すると、非反射領域１７の位置が球面反射体１８の基準位置つまり収束光学系８の光軸Ａ８に直交する表面となり、投影画像６０上の視野範囲６１の中心にマーカ６２が現れる状態とされる。
次に、第１支持機構１１および第２支持機構１２を回動させ、球面反射体１８を任意の角度に向けることにより、球面反射体１８の表面における非反射領域１７の位置も変化し、収束光学系８の光軸Ａ８に対して二次元的な任意の角度に振り向けられる。このとき、投影画像６０においては、視野範囲６１内のマーカ６２の位置も移動する。
【００３１】
図５において、第１支持機構１１および第２支持機構１２の双方の角度位置＝０の状態では位置６２Ａにあったマーカ６２は、第１支持機構１１および第２支持機構１２を回動させることで位置６２Ｂへと移動する。
この際、演算処理装置７により、第１支持機構１１および第２支持機構１２におけるそれぞれの角度位置から、球面反射体１８の表面における非反射領域１７の位置を算出することができる。そして、球面反射体１８の表面における非反射領域１７の位置から、受光装置６に投影される投影画像６０における本来あるべき地点の基準横座標を算出することができる。
従って、横座標校正治具１０側で算出される非反射領域１７に基づくマーカ６２の基準横座標と、前述した投影画像６０上の実際のマーカ６２の実測横座標とを比較することにより、レーザ干渉測定装置１の現在位置における横座標の校正を行うことができる。
【００３２】
レーザ干渉測定装置１の校正作業においては、前述した操作を横座標校正治具１０における複数の角度位置（投影画像６０上の複数の地点）に対して実行し、横座標校正治具１０の第１支持機構１１および第２支持機構１２の設定角度に基づく基準横座標と、投影画像６０上のマーカ６２の実測横座標とを対応させて記録してゆく。このようにして得られる基準横座標と実測横座標との対応関係が、レーザ干渉測定装置１の横座標校正値となる。
【００３３】
実際の校正作業では、例えば万遍無く設定した複数の角度（第１支持機構１１および第２支持機構１２の設定角度）に対して、前述した基準横座標と実測横座標との対応関係を記録したマップを作成する方法、任意間隔の角度に対して評価した対応関係を内挿によって補完する方法、または角度位置を変数とした関数を当てはめる方法、といった方法で校正値を取得することができる。
なお、取得したい校正値を演算処理装置７に記憶させておき、位相演算結果に校正値を反映させることによって形状算出結果の横座標を自動的に補正することも可能である。
【００３４】
以上に述べたように、本実施形態の横座標校正治具１０は、レーザ干渉測定装置１に設置することで、その横座標の比較ないし校正が可能となる。
本実施形態の横座標校正治具１０においてレーザ干渉測定装置１の横座標校正は、図６に示す手順で行われる。
【００３５】
図６において、先ず校正対象のレーザ干渉測定装置１に、横座標校正治具１０を設置する（処理Ｓ１１）。
設置にあたっては、横座標校正治具１０の球面反射体１８の回動中心Ｃが、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに一致するように（図３参照）、位置を調整する（処理Ｓ１２）
調整ができたら、レーザ干渉測定装置１のレーザ光源２からレーザ光を照射し、収束光学系８内に設置された球面反射体１８で反射させて受光装置６にマーカ６２および視野範囲６１を含む投影画像６０を投影する（処理Ｓ１３）。
【００３６】
受光装置６にマーカ６２を含む投影画像６０が投影された状態で、横座標校正治具１０の第１支持機構１１および第２支持機構１２を動かし、球面反射体１８を回動させることにより、受光装置６に投影された投影画像６０上のマーカ６２の位置を移動させる（図５参照）（処理Ｓ１４）。
演算処理装置７により、現在時点での第１支持機構１１および第２支持機構１２の回動角度を読み出し、球面反射体１８の角度位置からマーカ６２の基準横座標を算出する（処理Ｓ１５）。
演算処理装置７により、受光装置６で取得された投影画像６０から、視野範囲６１を基準としたマーカ６２の実測横座標を検出する（処理Ｓ１６）。
これらにより得られた基準横座標および実測横座標のデータは演算処理装置７に一対にして記録される。
【００３７】
これらの処理Ｓ１４〜Ｓ１６は、球面反射体１８を回動させてマーカ６２の位置を変更しつつ、必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られるまで繰り返す。
全ての必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られたら、検出を終了する（処理Ｓ１７）。
演算処理装置７により、先に記録されたマーカ６２の複数位置における基準横座標および実測横座標のデータを読み出し、各地点での基準横座標および実測横座標の相違から横座標としての補正値を算出してゆき、これによりレーザ干渉測定装置１の横座標の校正が行われる（処理Ｓ１８）。
校正が完了したら、校正対象のレーザ干渉測定装置１から、横座標校正治具１０を取り外す（処理Ｓ１９）。
この後、収束光学系８に被測定物９を設置することで、校正されたレーザ干渉測定装置１による測定球面９Ａの表面形状の測定を行うことができる。
【００３８】
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
横座標校正治具１０は、画像投影手段１９が第１支持機構１１および第２支持機構１２に支持され、第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２まわりに回動されることで、任意の方向へ画像を投影することができる。
レーザ干渉測定装置１の校正にあたっては、校正するレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａと横座標校正治具１０の回動中心Ｃとが一致するように配置したうえで、画像投影手段１９から画像を投影し、レーザ干渉測定装置１の受光装置６で受像する。投影される投影画像６０は、その視野範囲６１上の一点にマーカ６２を有する。このマーカ６２の座標（実測横座標）と、横座標校正治具１０の第１支持機構１１および第２支持機構１２の現在角度位置から算出される座標（基準横座標）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置６上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置１の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００３９】
本実施形態の横座標校正治具１０では、画像投影手段１９として表面に非反射領域１７が形成された球面反射体１８を用い、この球面反射体１８をレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに配置し、レーザ干渉測定装置１のレーザ光源２から収束光束を照射することで、球面反射体１８から反射光が反射され、レーザ干渉測定装置１の受光装置６に投影画像６０が投影される。この際、投影画像６０には非反射領域１７に起因する暗部がマーカ６２として形成される。従って、前述した受光装置６上のマーカ６２と第１支持機構１１および第２支持機構１２の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００４０】
従って、本実施形態の横座標校正治具１０では、投影画像６０を得るための光源としてレーザ干渉測定装置１のレーザ光源２を共用することができ、装置構成を簡略にできる。
さらに、横座標校正治具１０としては、表面に非反射領域１７が形成された球面反射体１８と、これを支持する第１支持機構１１および第２支持機構１２があればよいため、治具としてのコンパクト化が図れ、被測定物９に入れ替えて収束光学系８に設置することも容易であり、治具としてのコストも低く抑えることができる。
【００４１】
〔第２実施形態〕
図７から図１１には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に、本発明に基づく横座標校正治具２０（図７参照）を適用し、本発明の横座標校正方法に基づく手順によりレーザ干渉測定装置１の横座標を校正するものである。
【００４２】
図７において、横座標校正治具２０は、第１支持機構２１、第２支持機構２２、フレーム２３および画像投影手段２９を有する。
第１支持機構２１は、フレーム２３に設置され、画像投影手段２９を第１回動軸線Ａ１まわりに回動自在に支持するものであり、第１回動軸線Ａ１は所定の回動中心Ｃを通る。
第２支持機構２２は、フレーム２３を介して第１支持機構２１を第２回動軸線Ａ２まわりに回動自在に支持するものであり、第２回動軸線Ａ２は回動中心Ｃで第１回動軸線Ａ１と交叉する。
【００４３】
第１支持機構２１および第２支持機構２２には、演算処理装置７からの動作指令に基づいて各々を回動させるモータ等の図示しない駆動装置が装着されている。また、第１支持機構２１および第２支持機構２２には、各々の回動角度位置を検出する角度検出器が装着され、演算処理装置７においては第１回動軸線Ａ１まわりの角度位置および第２回動軸線Ａ２まわりの角度位置を検出することができ、各々の角度位置から画像投影手段２９の向きを割り出すことが可能である。
【００４４】
画像投影手段２９は、受光装置６にマーカを有する画像を投影するものであり、平面反射体２８およびその表面にレーザ光を照射するレーザ光源２７を備えている。
平面反射体２８は、平坦な反射面を有し、第１支持機構２１および第２支持機構２２で回転自在に支持されている。
平面反射体２８において、第１回動軸線Ａ１は平面反射体２８の反射面を横断するように配置され、第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２の交点である回動中心Ｃは平面反射体２８の反射面上の一点にくるように設定されている。
このため、平面反射体２８が第１支持機構２１および第２支持機構２２により第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２まわりに回動されても、反射面上の回動中心Ｃにあたる一点はその位置を維持し、向きだけが変化することになる。
【００４５】
レーザ光源２７は、第１支持機構２１および第２支持機構２２の外部に固定され、回転自在に支持されてはいない。
レーザ光源２７から照射されるレーザ光は、平面反射体２８の反射面上の回動中心Ｃにあたる一点に投光されるように配置を調整されている。
レーザ光源２７は、照射するレーザ光の光量が、校正対象であるレーザ干渉測定装置１における参照光（レーザ光源２から参照基準器５で反射されて受光装置６に戻される）の光量より十分高く設定されている。
【００４６】
本実施形態では、前述した図７の横座標校正治具２０を、前述した図１のレーザ干渉測定装置１に組み込んで校正作業を行う。
図８において、レーザ干渉測定装置１およびこれを構成するレーザ光源２、ハーフミラー３、コリメータレンズ４、参照基準器５、観察光学系６Ａ、受光装置６および演算処理装置７は、それぞれ先に図１で説明した通りである。
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８には、光線角度設定機構として、横座標校正治具２０が設置されている。
【００４７】
横座標校正治具２０は、第１支持機構２１の第１回動軸線Ａ１および第２支持機構２２の第２回動軸線Ａ２がともに収束光学系８の光軸Ａ８に対して直交する姿勢とされ、かつ横座標校正治具２０の回動中心Ｃと収束光学系８の焦点位置８Ａとが互いに一致する位置となるように、レーザ干渉測定装置１に対して配置を調整される。
平面反射体２８は、第１回動軸線Ａ１まわりの角度位置が収束光学系８の光軸Ａ８に対して４５度（レーザ光源２７から第１回動軸線Ａ２に沿って照射されるレーザ光を収束光学系８の光軸Ａ８に沿って反射する状態）であり、第２回動軸線Ａ２まわりの角度位置が収束光学系８の光軸Ａ８と直交する状態を初期位置として調整されている。
【００４８】
レーザ干渉測定装置１の収束光学系８に組み込まれた横座標校正治具２０は、レーザ光源２７から照射されるレーザ光を平面反射体２８で反射させ、収束光学系８の測定光と同じ経路を辿って受光装置６に画像を投影させる。
図９において、受光装置６に投影される投影画像６４は、レーザ干渉測定装置１の参照光および横座標校正治具２０からの投影光を受光装置６で受光した光強度画像である。
投影画像６４の内側には、レーザ干渉測定装置１の参照光（レーザ光源２から参照基準器５で反射されて受光装置６に戻される）に起因するやや暗い円形の視野範囲６５が観測され、その内側にはレーザ光源２７からの強いレーザ光に起因する明るい光点がマーカ６６として観測される。
【００４９】
視野範囲６５は、通常の表面形状の測定では測定球面９Ａで反射された測定光が参照光とともに投影され、測定球面９Ａの表面形状を示す濃淡もしくはカラーの画像として表示される。これに対し、本実施形態の校正動作中は、測定球面９Ａで反射された測定光がなく、参照光だけが投影されるため、視野範囲６５は概ね均一な濃淡の光強度画像となる。
マーカ６６は、レーザ光源２７から平面反射体２８で反射されて受光装置６に到達するものであり、受光装置６ではレーザ干渉測定装置１の参照光と重なり合うことになるが、光源が異なるため干渉縞を生じることがない。従って、投影画像６４においては、画像全体の二値化処理などにより、比較的暗い視野範囲６５と、十分に明るいマーカ６６とを容易に識別することができる。
そして、マーカ６６については、その領域の重心位置を計算することにより、マーカ６６の投影画像６４上の位置あるいは視野範囲６５上の位置を特定することができ、これをマーカ６６がある地点の実測横座標とすることができる。
【００５０】
横座標校正治具２０は、第１支持機構２１および第２支持機構２２で平面反射体２８を回動させることにより、マーカ６６の画像を与える光束の向きを変化させる光線角度設定機構として機能し、受光装置６に投影される投影画像６４に現れるマーカ６６を移動させることができる。
先ず、第１支持機構２１および第２支持機構２２をいずれも所期位置に設定すると、レーザ光源２７から第１回動軸線Ａ２に沿って照射されるレーザ光が収束光学系８の光軸Ａ８に沿って反射され、投影画像６４上の視野範囲６５の中心にマーカ６６が現れる状態となる。
次に、第１支持機構２１および第２支持機構２２を回動させ、平面反射体２８を任意の角度に向けることにより、平面反射体２８で反射されるレーザ光の向きが収束光学系８の光軸Ａ８に対して二次元的な任意の角度に振り向けられる。このとき、投影画像６４においては、視野範囲６５内のマーカ６６の位置も移動する。
【００５１】
図１０において、第１支持機構２１および第２支持機構２２が所期位置の状態では位置６６Ａにあったマーカ６６は、第１支持機構２１および第２支持機構２２を回動させることで位置６６Ｂへと移動する。
この際、演算処理装置７により、第１支持機構２１および第２支持機構２２におけるそれぞれの角度位置から、受光装置６に投影される投影画像６４における本来あるべき地点の基準横座標を算出することができる。
従って、横座標校正治具２０側で算出されるマーカ６６の基準横座標と、前述した投影画像６４上の実際のマーカ６６の実測横座標とを比較することにより、レーザ干渉測定装置１の現在位置における横座標の校正を行うことができる。
【００５２】
レーザ干渉測定装置１の校正作業においては、前述した操作を横座標校正治具２０における複数の角度位置（投影画像６４上の複数の地点）に対して実行し、横座標校正治具２０の第１支持機構２１および第２支持機構２２の設定角度に基づく基準横座標と、投影画像６４上のマーカ６６の実測横座標とを対応させて記録してゆく。このようにして得られる基準横座標と実測横座標との対応関係が、レーザ干渉測定装置１の横座標校正値となる。
【００５３】
実際の校正作業では、例えば万遍無く設定した複数の角度（第１支持機構２１および第２支持機構２２の設定角度）に対して、前述した基準横座標と実測横座標との対応関係を記録したマップを作成する方法、任意間隔の角度に対して評価した対応関係を内挿によって補完する方法、または角度位置を変数とした関数を当てはめる方法、といった方法で校正値を取得することができる。
なお、取得したい校正値を演算処理装置７に記憶させておき、位相演算結果に校正値を反映させることによって形状算出結果の横座標を自動的に補正することも可能である。
【００５４】
以上に述べたように、本実施形態の横座標校正治具２０は、レーザ干渉測定装置１に設置することで、その横座標の比較ないし校正が可能となる。
本実施形態の横座標校正治具２０においてレーザ干渉測定装置１の横座標校正は、図１１に示す手順で行われる。
【００５５】
図１１において、先ず校正対象のレーザ干渉測定装置１に、横座標校正治具２０を設置する（処理Ｓ２１）。
設置にあたっては、横座標校正治具２０の平面反射体２８の回動中心Ｃが、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに一致するように（図８参照）、位置を調整する（処理Ｓ２２）
調整ができたら、横座標校正治具２０のレーザ光源２７からレーザ光を照射し、収束光学系８内に設置された平面反射体２８で反射させて受光装置６にマーカ６６および視野範囲６５を含む投影画像６４を投影する（処理Ｓ２３）。
【００５６】
受光装置６にマーカ６６を含む投影画像６４が投影された状態で、横座標校正治具２０の第１支持機構２１および第２支持機構２２を動かし、平面反射体２８を回動させることにより、受光装置６に投影された投影画像６４上のマーカ６６の位置を移動させる（図５参照）（処理Ｓ２４）。
演算処理装置７により、現在時点での第１支持機構２１および第２支持機構２２の回動角度を読み出し、平面反射体２８の角度位置からマーカ６６の基準横座標を算出する（処理Ｓ２５）。
演算処理装置７により、受光装置６で取得された投影画像６４から、視野範囲６５を基準としたマーカ６６の実測横座標を検出する（処理Ｓ２６）。
これらにより得られた基準横座標および実測横座標のデータは演算処理装置７に一対にして記録される。
【００５７】
これらの処理Ｓ２４〜Ｓ２６は、平面反射体２８を回動させてマーカ６６の位置を変更しつつ、必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られるまで繰り返す。
全ての必要な地点の基準横座標および実測横座標が得られたら、検出を終了する（処理Ｓ２７）。
演算処理装置７により、先に記録されたマーカ６６の複数位置における基準横座標および実測横座標のデータを読み出し、各地点での基準横座標および実測横座標の相違から横座標としての補正値を算出してゆき、これによりレーザ干渉測定装置１の横座標の校正が行われる（処理Ｓ２８）。
校正が完了したら、校正対象のレーザ干渉測定装置１から、横座標校正治具２０を取り外す（処理Ｓ２９）。
この後、収束光学系８に被測定物９を設置することで、校正されたレーザ干渉測定装置１による測定球面９Ａの表面形状の測定を行うことができる。
【００５８】
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
横座標校正治具２０は、画像投影手段２９が第１支持機構２１および第２支持機構２２に支持され、第１回動軸線Ａ１および第２回動軸線Ａ２まわりに回動されることで、任意の方向へ画像を投影することができる。
レーザ干渉測定装置１の校正にあたっては、校正するレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａと横座標校正治具２０の回動中心Ｃとが一致するように配置したうえで、画像投影手段２９から画像を投影し、レーザ干渉測定装置１の受光装置６で受像する。投影される投影画像６４は、その視野範囲６５上の一点にマーカ６６を有する。このマーカ６６の座標（実測横座標）と、横座標校正治具２０の第１支持機構２１および第２支持機構２２の現在角度位置から算出される座標（基準横座標）との対応を調べることにより、レーザ干渉測定装置１の収束光学系８の歪み等を検出することができる。
このような横座標の対応を、受光装置６上の一部ないし全ての地点について調べ、補正値を算出することで、レーザ干渉測定装置１の横座標校正を簡便かつ高精度に行うことができる。
【００５９】
本実施形態の横座標校正治具２０では、画像投影手段２９として第１支持機構２１および第２支持機構２２で回動支持された平面反射体２８を用い、この平面反射体２８の回動中心Ｃをレーザ干渉測定装置１の収束光学系８の焦点位置８Ａに配置し、横座標校正治具２０のレーザ光源２７からレーザ光を照射することで平面反射体２８から反射光が反射され、収束光学系８を測定光と同じ経路で戻り、レーザ干渉測定装置１の受光装置６に投影画像６４が投影される。この際、投影画像６４にはレーザ光源２７からのレーザ光による光点がマーカ６６として形成される。従って、前述した受光装置６上のマーカ６６と第１支持機構２１および第２支持機構２２の角度位置との関係に基づく校正を行うことができる。
【００６０】
従って、本実施形態の横座標校正治具２０では、投影画像６４を得るためにレーザ光源２７からのレーザ光を平面反射体２８で反射させる構成を採用する。レーザ光源２７は一般的なレーザ光源を用いることができる。また、平面反射体２８は平面鏡であればよく、球面状の反射面などに比べてコストを低減しつつ精度を向上することができる。
さらに、横座標校正治具２０としては、一般的なレーザ光源２７、平面反射体２８、これを支持する第１支持機構２１および第２支持機構２２があればよいため、治具としてのコンパクト化が図れ、被測定物９に入れ替えて収束光学系８に設置することも容易であり、治具としてのコストも低く抑えることができる。
【００６１】
〔他の実施形態〕
本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内の変形等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、レーザ干渉測定装置１はフィゾー型干渉計として説明したが、レーザ干渉計の形式はこれに限定されず、たとえばトワイマングリーン型干渉計などを用いる場合においても同様の原理により、横座標の特定が可能である。なお、トワイマングリーン型干渉計を用いる場合には、参照光を遮光することによって測定光のみの光強度画像を簡単に取得することが可能であるため、例えば第１実施形態において、非反射領域１７の画像上における位置の検出をより簡単に行うことができる。
前記第１実施形態において、球面反射体１８と非反射領域１７とを逆にした構成（マーカ６２が明部で周囲が暗部となる）としても原理としては同一である。しかし、この場合、球面反射体１８の回動中心Ｃをレーザ干渉測定装置１の収束光学系の焦点位置８Ａと一致させるための測定において干渉する領域が限定され、干渉縞画像を確認することが難しくなる。そのため、前記第１実施例に示す構成とすることが望ましい。
【符号の説明】
【００６２】
１…レーザ干渉測定装置
２…レーザ光源
３…ハーフミラー
４…コリメータレンズ
５…参照基準器
５Ａ…参照球面
６…受光装置
６Ａ…観察光学系
７…演算処理装置
８…収束光学系
８Ａ…焦点位置
９…被測定物
９Ａ…測定球面
１０，２０…横座標校正治具
１１，２１…第１支持機構
１２，２２…第２支持機構
１３，２３…フレーム
１７…非反射領域
１８…球面反射体
１９，２９…画像投影手段
２７…レーザ光源
２８…平面反射体
６０，６４…投影画像
６１，６５…視野範囲
６２，６６…マーカ
Ａ１…第１回動軸線
Ａ２…第２回動軸線
Ａ８…収束光学系の光軸
Ｃ…回動中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マーカを有する画像を投影する画像投影手段と、
前記画像投影手段を第１回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第１回動軸線が所定の回動中心を通る第１支持機構と、
前記第１支持機構を第２回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第２回動軸線が前記回動中心で前記第１回動軸線と交叉する第２支持機構と、を有することを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正治具。
【請求項２】
請求項１に記載したレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、
前記画像投影手段は、前記回動中心を曲率中心とする球面反射体であり、前記球面反射体の表面には前記マーカを形成する非反射領域が形成されていることを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正治具。
【請求項３】
請求項１に記載したレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、
前記画像投影手段は、前記回動中心が反射面上の一点に設定された平面反射体と、前記平面反射体に前記マーカを形成するレーザ光を照射するレーザ光源とを有することを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正治具。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具を用い、
前記レーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に前記横座標校正治具を設置し、前記回動中心と前記焦点位置とを合わせるとともに、
前記レーザ干渉測定装置の受光装置に前記画像投影手段による画像を投影させておき、
前記画像投影手段を前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりに回動させて前記マーカを前記画像上の任意の位置へ移動させ、
前記画像投影手段の前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりの角度位置から前記マーカの基準横座標を算出し
前記受光装置で取得された画像における前記マーカの実測横座標を検出し、
前記マーカの実測横座標と前記基準横座標とを比較して前記レーザ干渉測定装置の横座標を校正することを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正方法。
【請求項１】
マーカを有する画像を投影する画像投影手段と、
前記画像投影手段を第１回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第１回動軸線が所定の回動中心を通る第１支持機構と、
前記第１支持機構を第２回動軸線まわりに回動自在に支持しかつ前記第２回動軸線が前記回動中心で前記第１回動軸線と交叉する第２支持機構と、を有することを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正治具。
【請求項２】
請求項１に記載したレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、
前記画像投影手段は、前記回動中心を曲率中心とする球面反射体であり、前記球面反射体の表面には前記マーカを形成する非反射領域が形成されていることを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正治具。
【請求項３】
請求項１に記載したレーザ干渉測定装置の横座標校正治具において、
前記画像投影手段は、前記回動中心が反射面上の一点に設定された平面反射体と、前記平面反射体に前記マーカを形成するレーザ光を照射するレーザ光源とを有することを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正治具。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載のレーザ干渉測定装置の横座標校正治具を用い、
前記レーザ干渉測定装置の収束光学系の焦点位置に前記横座標校正治具を設置し、前記回動中心と前記焦点位置とを合わせるとともに、
前記レーザ干渉測定装置の受光装置に前記画像投影手段による画像を投影させておき、
前記画像投影手段を前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりに回動させて前記マーカを前記画像上の任意の位置へ移動させ、
前記画像投影手段の前記第１回動軸線および前記第２回動軸線まわりの角度位置から前記マーカの基準横座標を算出し
前記受光装置で取得された画像における前記マーカの実測横座標を検出し、
前記マーカの実測横座標と前記基準横座標とを比較して前記レーザ干渉測定装置の横座標を校正することを特徴とするレーザ干渉測定装置の横座標校正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−２４７５６（Ｐ２０１３−２４７５６Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０６０６（Ｐ２０１１−１６０６０６）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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