レーザ走査型干渉計を用いた表面形状の計測方法

2022.10.20 By 新潟大学

機械工学

技術概要

簡単な操作で、かつ、広い面積の測定を短時間で行うことのできるレーザ走査型干渉計を用いた表面形状の計測方法を提供する。

用途・応用

高い精度を求められる精密金型の製造

背景

 近年、超精密加工によって製造される金型などには高い形状精度が求められており、その形状計測が重要となっている。高い精度の形状測定を行うことができる装置として、レーザ走査干渉計が用いられている。

 従来のレーザ走査干渉計として、特許文献1に記載のものが知られている。このレーザ走査干渉計は、レーザ光源からのレーザ光を平行光束としてビームスプリッタを介して走査ミラーに導き、該走査ミラーで前記レーザ光を走査光に変換してテレセントリックfθレンズに入射させ、該テレセントリックfθレンズの焦点面近傍に近接配置した参照平面及び被観察面からの反射光を前記テレセントリックfθレンズにより平行光束に変換し、前記走査ミラーで反射させた後に前記ビームスプリッタでレーザ光源からのレーザ光と分離し、結像レンズによって集光して前記テレセントリックfθレンズの焦点面と共役の位置に設置したピンホールを通過させ、該スリットを通過した前記反射光の光量を受光素子で計測し、計測した光量信号をA/D変換して前記走査ミラーの角度に対応した時系列データとして演算手段に取り込んで配置することにより干渉波形を取得することができ、レーザ光による走査光で参照面と被観察面とを走査することから、走査するレーザ光の光点サイズでの分解能、例えば2万×1.6万ドットの約3億画素程度の分解能が得られる。したがって、受光部の分解能にとらわれずに高精細、高コントラストの干渉波形を得ることができる。これにより、横分解能を高めることができるので、高低差の急激な部分も、高低差が緩やかな部分も干渉波形として確実に検出することができる。さらに、参照平面と被観察面とからの反射光を、テレセントリックfθレンズの焦点面と共役の位置に設置したピンホールを通過させることにより、余分な反射光をカットしてピントの合った光だけが受光素子に受光されることから、横分解能の向上、高精細化、高コントラスト化を促進することができる、というものである。

【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】特開2008-309668号公報

課題

 上記のレーザ走査型干渉計において、得られた干渉縞の高低関係を調べるために、位相シフト法が用いられている。しかし、この位相シフト法は、参照平面を備えた参照板をピエゾ素子で高速・高精度に移動させながら観察を繰り返す方法であり、操作が煩雑になるという欠点があった。

 また、レーザ走査型干渉計による広い面積の測定は、計測時間が長くなるため位相シフト法を適用するのは現実的ではなかった。

 そこで本発明は、簡単な操作で、かつ、広い面積の測定を短時間で行うことのでき る レーザ走査型干渉計を用いた表面形状の計測方法を提供することを目的とする。

手段

 本 発明の表面形状の計測方法は、近接配置した参照板の参照平面及び被測定物の被観察面にレーザ光の走査光を照射し、前記参照平面及び前記被観察面からの反射光の光量を受光素子で計測し、反射光の干渉により生じる干渉縞の画像を得るレーザ走査干渉計を用いた表面形状の計測方法において、前記参照平面を、透明材料基板に 単 層 の 金属薄膜を成膜した参照板により構成し 、 前 記 透 明 材 料 基 板 の 屈 折 率 と 前 記 金 属 薄 膜 の 屈 折 率 の 関 係 と 、測 定 さ れ た 干 渉 縞 の 輝 度 分 布 の 傾 き の 緩 急 の 方 向 か ら 、 前 記 被 観 測 面 の 形 状 の 高 低 関 係 を判 別 す る こ と を特徴とする。

効果

 本発明のレーザ走査型干渉計 を 用 い た 表面形状の計測方法によれば、参照平面が金属薄膜により構成されていることにより、一回の測定で高低関係が判別可能な干渉縞パターンが得られる。このため、干渉縞の高低関係を判別するための、位相シフト法のような参照板を移動させる操作が不要となり、簡単な操作で表面形状を計測することができる。また、干渉縞の高低関係を判別するための、位相シフト法のような参照板を移動させて行う同じ箇所での複数回の測定が不要となり、広い面積の表面形状を短時間で計測することができる。

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特許情報

特許第6327641号

JPB 006327641-000000

特許第5748414号

JPB 005748414-000000