[发明专利]三维形状测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量非球面透镜等被测体的形状的三维形状测量方法及装置，尤其涉及适合于得到除被测体表面及背面的各形状外、表背面彼此的中心轴的位置偏差或被测体侧面的圆度等的与被测体相关的各种形状信息的三维形状测量方法及装置。

背景技术

以往公知有通过在非球面透镜等的被测体的表面或背面(以下有时称为“被测面”)照射球面波并根据由来自被测面的返回光和参照光的干涉所形成的干涉条纹来特定(也称确定)被测面的形状的手法，但通过这种手法难以得到与被测面的整个区域对应的干涉条纹。

而且，公知有通过使干涉仪对被测面的相对位置沿测量光轴方向依次移动，使得依次产生与被测面的径向的部分区域每个对应的干涉条纹，分析其各干涉条纹而求出被测面的径向的各部分区域的形状，通过这些的结合而特定被测面整个区域的形状的手法(参见下述专利文献1)。

而且，也公知有使干涉仪或被测面在与测量光轴垂直的面内依次移动，将在每次移动时与被测面的各部分区域对应的干涉条纹放大到能够条纹分析的程度而拍摄，分析其各干涉条纹而求出被测面的各部分区域的形状，通过这些的结合来特定被测面的整个区域的形状的手法(参见下述专利文献2)。

另外，也公知有通过利用光触针式的测量探测器的三维形状测量来特定被测面整个区域的形状的手法(参见下述专利文献3)。

而且，本发明申请人通过组合显微干涉光学系统和1维图像传感器(线传感器)而构思可高精度且以短时间测量非球面透镜等的形状的测量装置，并且向专利局公开有此装置(参见下述专利文献4)。

专利文献1：日本专利公开昭62-126305号公报

专利文献2：USP6,956,657

专利文献3：日本专利公开平5-87540号公报

专利文献4：日本专利申请2008-266662号说明书

近几年，为了发挥优异的光学性能而非球面透镜的形状复杂化，而且，基于制造成本或生产性方面的优异性，通用性高的非球面透镜的大部分被模压成型(以下，将模压成型的非球面透镜称为“模制非球面透镜”)。

这种模制非球面透镜，由于成型用的模具之间的相对的位置偏差，有时发生所成形的构成非球面透镜的2个透镜面各自中心轴彼此的相对的位置偏差(以下，有时称为“面偏差”)、或2个透镜面各自中心轴彼此的相对的倾斜偏差(以下，有时称为“面倾斜”)。这种面偏差或面倾斜在模具的机构上完全消除是极其困难的，就成为所成形的非球面透镜的像差增大的主要原因，所以优选在减少的方向谋求模具的修正，因此掌握面倾斜或面偏差产生为何程度就极为重要。

尤其，在数值孔径(NA)大的非球面透镜中，以前未成问题的在几μm数量级的面偏差或在几十秒数量级的面倾斜的发生视为问题，要求可高精度地测量这些面偏差或面倾斜的手法。

另外，这种面偏差或面倾斜不限于模制非球面透镜，在经过研磨工序创作出高精度的面形状的非球面透镜(以下称为“研磨非球面透镜”)中也当然成问题。

要求极其高的形状精度的高价的研磨非球面透镜时，通过在研磨过程中进行数次形状测量，将其测量结果反馈到研磨工序，形状精度渐渐提高，但若不仅是面形状、而面偏差或面倾斜也能够容易合并测量，则通过反馈这些的测量结果就能够以更短期间制作高性能的研磨非球面透镜。

就这种面偏差或面倾斜而言，若可高精度地测量非球面的2个透镜面的各形状、并且可正确地掌握这些相对的位置关系，则认为能够高精度地求得面偏差或面倾斜。

然而，在如上述的以往的形状测量手法中，虽然可高精度地测量2个透镜面的各形状，但存在难以正确地掌握这些相对位置关系的问题。这个需要在测量一方的透镜面后，使装载于样品载物台上的非球面透镜反转而使其另一方的透镜面朝向测量系统侧，由此，2个透镜面的相对的位置关系变得不明确。

因此，对面偏差或面倾斜的测量提出有与透镜面的形状测量不同的手法，例如通过非球面透镜的透过波面(也称波阵面)测量求出波面像差而根据该波面像差来计算面偏差或面倾斜的手法等，但进行与透镜面的形状测量不同的其他的测量是繁杂的，从而在测量上需要很多的时间。

发明内容

本发明是鉴于上述情况提出的，其目的在于，提供一种被测体的表面及背面的各形状在正确地掌握互相的相对的位置关系的状态下可高精度地得以测量的三维形状测量方法及装置。

为了实现上述目的，如以下构成本发明的三维形状测量方法及装置。