傾斜角積分法による超精密形状計測法―自律較正法による法線ベクトル測定点の座標位置の高精度化

摘要

本研究では自由曲面形状をナノメータの精度で形状計測をおこなう方法として，面の各点における法線ベクトルを測定し，補間·積分することにより形状を求めることを提案している．本計測法は基準面をもちいないため，非球面，非回転対称面の形状を測定できる能力を持っている．法線ベクトルを0.1μradの精度で測定するための形状計測装置を開発しているが，現在までに0.5μrad以上の精度で測定可能であることを確かめた．また，曲率が緩やかな形状に関しては，5nm以上の精度で測定できることを確かめた．しかし，曲率の大きい形状を測定するためには法線ベクトル測定点間の距離を高精度で求めなければ，法線ベクトルを補間·積分する際に形状誤差を生じる．開発した形状計測装置は，2軸2組のゴニオメータを用いて被測定面を走査することから面の形状を各点での法線ベクトルとその測定座標から得る．水平垂直方向に回転する2軸のゴニオメータの回転中心から射出したレーザは，別の2軸ゴニオメータ上にセットされた被測定面表面で反射され射出位置に戻るように2軸2組のゴニオメータを回転する．法線ベクトルは，これらのゴニオメータの回転角度のみで求めることが可能である．本測定法による測定点の座標の位置決めにはレーザ光の射出位置から測定点までの距離と被測定点を回転するゴニオメータの回転中心までの距離を高精度で測定する必要がある．しかし，測定装置上において高精度で距離を計測することは不可能である．そこで，測定装置上で光路長を高精度で求める自律較正法を前回報告した．この方法は，被測定物を装置にセットした後，100μm程度の精度で距離を測定し，法線ベクトルを各点で測定し，100μm程度の精度で測定した距離を用いて積分し，形状を求める．その後，レーザ射出位置を精度よく移動し，法線ベクトルの測定，積分をおこない形状を得る．同一面を測定しているので2回の計測で得られた形状が一致するような距離を計算により求める．一方、今回提案する光路長Ｌの自律較正法は，被測定物とその回転中心までの距離を変えて計測，積分を行い同一形状になる距離を計算で求める手法である．