JP6388722B2 - 干渉非接触光プローブおよび測定 - Google Patents
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Description
1.基準面に対する空間内の所定位置に局在化した干渉縞を生成する。これらの干渉縞は、好ましくは基準面から所定距離だけ遠ざけられた位置に生成されるが、基準面自体に生成してもよい。
2.検査面上の特定の一つの興味対象の点が、表面から反射された光が局在化した干渉縞を生成する位置と交差するように、本発明のプローブを位置させる。
3.検査面からの検査波面の反射により生成される干渉縞の分析によって検査面上の当該点の座標を判断する。
その後、検査面上の異なる点についてステップ2および3を繰り返して、基準面に対してステップ1で設定された空間内の所定の位置で、対応する局在化した干渉縞を生成することで、検査面の座標の測定(すなわち、輪郭描画またはマップ化)を遂行してもよい。あるいは、光源を調整して検査面上の異なる点についてステップ1および3を繰り返して、検査面の輪郭に対応する基準面に対する空間内の様々な位置で局在化した干渉縞を生成して、座標の測定を遂行してもよい。
適切な湾曲した干渉縞の生成を可能とするプローブに加えて、干渉縞の局在化はプローブ操作の重要な要素である。干渉縞は多くの手段によって空間内で局在化することができるが、最も実際的で好まれる方法はスペクトル制御型の光源を使用した方法である(米国特許第8,422,026号を参照)。そのような構成では、光源は基準面(平坦面、凸球面、凹球面、またはその他の形状の面でもよい)から特定の距離に干渉縞を生成するように調整される。こうして、物理的接触プローブと光学的に等価な構成として使用可能な、ナノメーターオーダーの測定の正確性をもって空間内で検出することができる所定の位置が作り出される。
座標の位置決めまたは形状の測定を行なうために、プローブは計測フレームに搭載されて空間内を移動可能とされ、その位置がモニターされ記録される。そのような計測フレームの一例として、座標測定機に使用される1セットのステージであってもよく、上述のとおり、そこではプローブは適切なガントリーに取り付けられる。干渉信号が検出され、表面の位置が確立するまで、プローブを検査面の方へ移動させて一度に一つの点を測定する。同じプロセスを複数の点のグリッドごとに繰り返してもよく、あるいは、一旦、プローブが表面の点によって生成された局在化した干渉縞を検出することで表面上に「ロックされる」と、プローブは特定のラインまたは興味のある輪郭上の局在化した干渉縞の連続的な点に沿って表面の座標を追跡し測定することができる。その後、計測フレームおよびプローブのデータの組み合わせを用いてその部分の三次元の表面のマップを作成する。
検出プロセスの重要な部分は検査面から反射された信号の分析である。多くの分析アプローチが当該技術分野においてよく知られている。いくつかの好ましい方法を以下に説明する。ただし、プローブによって生成される干渉縞パターンに対する検査面の位置の測定を可能とするいかなる方法も本発明の実施に適している。
Claims (17)
- 干渉測定方法であって、
光源と、検査面が基準面に対して空間内の所定の位置に置かれたときに、対象の表面から反射された光が前記基準面から反射された光と干渉して、湾曲し局在化した干渉縞を生成するように適合される検査波面を放射する干渉プローブとを準備するステップと、
前記検査面上の単一の特定の点が前記湾曲し局在化した干渉縞と交差するときに、干渉縞分析により、基準座標システムに対する前記検査面上の前記特定の点の3次元空間における位置を一度で判断するステップと、
前記3次元空間の各方向に実行される所定の走査パターンに沿って、前記特定の点の複数について前記判断するステップを繰り返すステップと、を含み、
前記走査パターンは、前記湾曲し局在化した干渉縞と交差する前記単一の点の各々が連続する位置によって決定され、前記走査パターンは前記局在化した干渉縞のコヒーレンス包絡線を介する走査を含まない干渉測定方法。 - 前記湾曲し局在化した干渉縞は凸状である、請求項1に記載の干渉測定方法。
- 前記凸状の局在化した干渉縞は球形である、請求項2に記載の干渉測定方法。
- 前記判断するステップは、前記検査面上の前記特定の点が前記局在化した干渉縞と交差するように前記プローブを動かすことにより実行される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の干渉測定方法。
- 前記光源はスペクトル制御可能な光源であって、
前記判断するステップは、前記光源のスペクトル正弦波変調を行うことで前記検査面の位置に略対応する複数の局在化した干渉縞を生成して、前記干渉縞を分析して前記複数の局在化した干渉縞のうちのいずれが前記検査面上の前記特定の点と交差するかを判断することにより実行される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の干渉測定方法。 - 前記光源はヘテロダイン方式による信号を発生し、
前記判断するステップは、前記信号の複数の位相に対応する複数の局在化した干渉縞を分析することにより実行される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の干渉測定方法。 - 前記光源は多重波長光源である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の干渉測定方法。
- 前記プローブは座標測定機に搭載される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の干渉測定方法。
- 干渉測定システムであって、
検査プローブに連結された光源であって、前記プローブは、検査面が前記干渉測定システムの基準面に対して空間内の所定の位置に置かれたときに、対象の表面から反射された光が前記基準面から反射された光と干渉して、湾曲し局在化した干渉縞を生成するように適合される検査波面を放射するものである、光源と、
前記検査面上の単一の点を、一度で空間内の前記所定の位置に置く3次元走査機構と、
干渉縞分析を行うことにより、前記検査面上の単一の点が空間内の前記所定の位置にある時を検出するようにプログラムされたコンピュータであって、前記干渉縞分析は前記検査面上の単一の特定の点の検出に限定される、コンピュータと、を含み、
前記コンピュータは、ぞれぞれ前記湾曲し局在化した干渉縞と交差する前記単一の点が連続する位置によって決定される走査パターンを前記走査機構が追従するように、更にプログラムされている干渉測定システム。 - 前記基準面は凹状である、請求項9に記載の干渉測定システム。
- 前記凹状の基準面は球形である、請求項9に記載の干渉測定システム。
- 前記光源はスペクトル制御可能な光源である、請求項9〜11のいずれか一項に記載の干渉測定システム。
- 前記コンピュータはさらに、前記光源のスペクトル変調を行うことにより前記基準面に対する空間内の前記所定の位置に前記湾曲し局在化した干渉縞を生成するようにプログラムされる、請求項12に記載の干渉測定システム。
- 前記コンピュータはさらに、前記光源の正弦波変調を行うことで前記検査面の位置に略対応する複数の局在化した干渉縞を生成して、干渉縞分析により前記干渉縞を処理して前記複数の局在化した干渉縞のうちのいずれが前記検査面上の単一の前記特定の点と交差するかを判断するようにプログラムされる、請求項12に記載の干渉測定システム。
- 前記光源はヘテロダイン方式による信号を発生し、
前記コンピュータはさらに、前記信号の複数の位相に対応する複数の局在化した干渉縞の干渉縞分析を実行するようにプログラムされる、請求項9〜11のいずれか一項に記載の干渉測定システム。 - 前記光源は多重波長光源である、請求項9〜11のいずれか一項に記載の干渉測定システム。
- 前記プローブは座標測定機に搭載される、請求項9〜11のいずれか一項に記載の干渉測定システム。
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