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专利名称：用于测量被检表面的形状的测量方法、测量设备和光学元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于测量被检表面的形状的测量方法、测量设备和光学元件的制造方法。
背景技术：
在高倍率变焦透镜中，使用直径大于200mm的大孔径的透镜。为了测量这种透镜的表面形状或来自透镜的光的波前(wavefront)，作为测量设备的具有大孔径的干涉计和在干涉计中使用的基准透镜是必需的。由于基准透镜需要比要被测量的透镜大并且还需要具有被高精度加工的表面，因此，基准透镜难以制造，并且，需要很高的成本和很多的时间。因此，已经使用了用于使用多个较小的测量范围来测量被检表面(test surface)的技术(参见PTL1)。该方法通过对于各测量范围获取被检表面的一部分的形状的数据并执行用于拼接各个形状的运算处理(拼接)来计算整个被检表面的形状的数据。因此，实现小型化和低成本的基准透镜和测量设备。在PTLl中公开了被检表面的所有的测量范围(子孔径)具有相同的尺寸。还公开了通过根据测量被检表面中的具有最大的非球面量(amount of asphericity)的区域所必需的测量范围选择基准透镜并通过确定各测量范围来测量非球面。引文列表专利文献PTLl :美国专利 No. 695665
发明内容
技术问题在PTLl中公开的测量技术中，在具有大的非球面量的区域中，关于该区域的被检波前与基准波前之间的干涉条纹的间距小。另一方面，在具有小的非球面量的区域中，干涉条纹的间距大。另外，检测干涉条纹的传感器的分辨率是固定的。因此，所有测量范围根据测量被检表面中的具有最大的非球面量的区域所必需的测量范围被设定为具有均匀的尺寸，使得可以以足够的精度检测被检表面中的具有最大的非球面量的区域中的干涉条纹。因此，不能在最佳的条件下执行具有小的非球面量的区域的测量。具体地，如果被检表面的一部分具有非球面量大的区域，那么具有小的非球面量的区域具有比必需情况小的测量范围，并且，通过测量获得的数据的大小(Size)比必需情况的数据大。因此，在PTLl中描述的测量方法中，小的测量范围使得要执行的测量的次数增加，并且，大的测量数据大小使得用于拼接的运算处理所需要的时间增加。即，存在整个被检表面的形状的测量时间变长的问题。因此，本发明的一个目的是提供可减少用于测量整个被检表面的形状的时间的测量方法或测量设备。
问题的解决方案在本发明的一个方面中，测量方法包括设定多个测量范围中的每一个使得一个测量范围重叠至少另一测量范围的一部分以形成重叠区域的步骤，各测量范围为被检表面的一部分；在所述多个测量范围中的每一个中测量被检表面的形状的步骤；和通过拼接在测量步骤中获得的被检表面的形状的数据在所述多个测量范围上获得被检表面的形状的步骤，其中，测量步骤包括以第一分辨率在所述多个测量范围中的第一测量范围中测量被检表面的形状的步骤；以及以与第一分辨率不同的第二分辨率在所述多个测量范围中的与第一测量范围不同的第二测量范围中测量被检表面的形状的步骤。本发明的有利效果根据本发明，可减少用于测量整个被检表面的形状的时间。


图1是根据实施例1的测量设备的示意图。图2是测量方法的流程图。图3A是示出测量范围的示图。图3B是示出测量范围的示图。图4是示出用于改变测量范围的尺寸的配置的示图。图5是示出用于改变测量范围的尺寸的配置的示图。图6是示出用于改变测量范围的尺寸的配置的示图。图7是示出用于改变测量范围的尺寸的配置的示图。图8A是解释用于预先测量被检表面的一部分的方法的示图。图8B是解释用于预先测量被检表面的一部分的方法的示图。图9A是解释被检表面的形状与干涉条纹的示图。图9B是解释被检表面的形状与干涉条纹的示图。图9C是解释被检表面的形状与干涉条纹的示图。图10是示出倾斜的被检物的布置的示图。图1lA是解释被检表面的形状与干涉条纹的示图。图1lB是解释被检表面的形状与干涉条纹的示图。图1lC是解释被检表面的形状与干涉条纹的示图。图12是示出根据实施例2的测量范围的示图。图13A是示出根据实施例5的测量范围的示图。图13B是示出以小于等于像素尺寸的量偏移的测量范围的示图。
具体实施例方式(实施例)图1示出测量被检表面的形状的测量设备。测量设备包括干涉计1、支撑被检物2的台架3、以及控制干涉计I和台架3的控制单元10。干涉计是使得基准波前与被检波前相互干涉并测量干涉条纹的设备(测量单元)。图1所示的干涉计I是Fizeau干涉计。被检物2被台架3支撑,并且被使得沿x、y和z方向移动或者绕x、y和z轴旋转。
干涉计I主要包括激光器(光源)4、透镜5、传感器6、TS透镜7和射束分离器8。从激光器4发射的光通过透镜准直化，并且通过射束分离器8入射到TS透镜7。TS透镜7在位于激光器4的相对侧的表面TS (基准表面)上将来自激光器4的光分离成反射光和透射光。被表面TS反射的光变为基准波前。基准波前被射束分离器8反射，并且通过透镜5到达传感器6。另一方面，透过表面TS的光被被检物2反射，并且变为具有关于被检物2的被检表面的信息的波前(被检波前)。在透过TS透镜7之后，被检波前被射束分离器8反射，并且通过透镜5入射到传感器6。被表面TS反射的基准波前和被被检表面反射的通过表面TS的被检波前相互干涉，并且，在传感器6的受光面上形成干涉条纹。传感器6捕获干涉条纹的图像。传感器6的例子包括诸如CCD或CMOS元件的图像拾取元件。图1所示的被检物2是凹透镜。但是，被检物2可以是凸透镜，在这种情况下，可通过将该凸透镜布置在TS透镜7与其会聚点之间来执行测量。台架3至少具有xyz台架,并且允许被检物沿x、y和z方向移动。xyz台架对于被检表面是平的被检物可能是足够的。对于球面或非球面被检表面，六轴台架是优选的，该六轴台架除了 xyz台架以外还包含关于X轴的旋转机构、关于y轴的旋转机构和关于z轴的旋转机构。但是，如果难以制造六轴台架，则可以使用包括关于X轴的旋转机构和关于y轴的旋转机构中的一个的五轴台架。控制单元10与干涉计I和台架3电连接，并且从传感器6获得信号或者将控制信号输出到台架3。此外，控制单元10包含存储测量数据的存储装置(存储单元)，以及通过使用测量数据执行拼接处理以计算被检表面的形状的运算处理装置(计算单元)。下面将描述测量方法。图2示出了测量的流程。首先，获取关于被检物的信息(SlO)0关于被检物的信息为例如凸透镜、凹透镜、球面或非球面等。然后，基于关于被检物的信息确定台架3的测量条件和驱动条件(S11)。测量条件是TS透镜的选择、测量期间的分辨率、通过多个测量范围分割被检表面的分割数和各测量范围(测量区域)的尺寸等。通过使用测量期间的分辨率、分割数和测量范围等确定台架的驱动条件。将参照图3A描述被检表面的测量范围。图3A所示的粗线代表被检表面的外周，点线圆Al AS代表各个测量范围。在本例子中，被检表面被分成8个测量范围并且被测量。Al AS中的每一个部分地重叠至少另一个测量范围，并且形成重叠区域。例如，A2部分地重叠Al、A3和AS。Al的区域(面积或直径)比A2 AS的区域大。即，整个被检表面被分成两个组，即，中心部分Al (第一测量范围)和周边部分A2 8 (第二测量范围)。然后，在各测量范围中执行测量(S12)。这里，分割数被设为n=8，并且，从i=l开始测量。首先，控制单元10向台架3发送驱动信号，使得可以测量区域Al，并且，台架3使得被检物2移动或旋转(S121)。然后，在区域Al中执行测量(S122)。来自区域Al的被检波前与基准波前相互干涉，并且，在传感器6的受光面上形成干涉条纹。因此，控制单元10向传感器6发送数据获取命令信号，并且，传感器6获取干涉条纹的图像。然后，捕获的图像数据从传感器6被传送到控制单元10。控制单元10通过使用具有关于干涉条纹的信息的捕获的图像数据(测量数据)计算来自被检表面的光的波前，并且将该波前转换成被检表面的形状。然后，控制单元10导致诸如存储器的存储单元存储区域Al的被检表面的形状的测量数据，使得可以暂时保存该测量数据(S123)。作为用于将干涉条纹转换成被检表面的形状的方法，相位偏移方法和FFT方法等是可用的。这里，关于台架的位置信息也可关联地被存储在存储器中。然后，以i=2执行对于区域A2的测量。为了测量区域A2，在台架3导致被检物2移动之后测量干涉条纹。然后，将捕获的图像数据从传感器6传送到控制单元10，使得控制单元10将捕获的图像数据转换成区域A2中的被检表面的形状，并且，在存储器中存储区域A2中的被检表面的形状的测量数据。然后，以与区域A2类似的方式重复执行对于区域A3 AS的测量，并且，在存储器中存储区域A3 AS的被检表面的形状的测量数据。然后，控制单元10从存储器读取区域Al A8中的被检表面的形状的数据，并且，执行如下这样的数据处理操作(拼接处理)，该数据处理操作用于通过使用以上的数据拼接区域Al AS的被检表面的形状以计算整个被检表面的形状(S13)。可以在Al AS的各自测量结束之后一起执行将干涉条纹的测量数据转换成被检表面的形状的数据的步骤。控制单元10执行用于执行S123和S13的处理的程序，由此计算来自被检表面的光的波前或被检表面的形状。但是，作为控制单元10的替代，外部信息处理设备可执行以上的程序。在本实施例中，通过使用两个分辨率执行测量。具体地，通过使用第一分辨率对于区域Al执行测量，并且，通过使用与第一分辨率不同的第二分辨率对于区域A2 8执行测量。术语“分辨率”是被检表面的每单位长度的测量点的数量(数据的数量)。在本实施例中，通过使用具有独特的像素数的传感器执行拍摄，并且，通过在使得投射到传感器上的射束的直径恒定的同时使得区域Al比区域A2 AS大，改变分辨率。由于使得投射到传感器上的射束的直径恒定，因此，用于拍摄的像素的数量是恒定的。但是，由于区域Al较大，因此，被检表面的每单位长度的测量点的数量减少，并且区域Al具有较低的分辨率。改变中心部分Al与周边部分A2 A8之间的分辨率是基于以下的原因的。例如，假定被检物是具有旋转对称的非球面形状的透镜并且中心部分Al具有与周边部分A2 AS不同的非球面量而所有的周边部分A2 8具有相同的非球面量。如果周边部分具有比中心部分大的非球面量，那么要测量的干涉条纹的间隔在周边部分中较小。由于干涉条纹的小的间隔需要干涉条纹的更精确的拍摄，因此需要高分辨率测量。即，对于干涉条纹的间隔小的周边部分执行高分辨率测量，并且，对于干涉条纹的间隔大的中心部分，低分辨率测量可能是足够的。不需要降低测量精度。这样，在分割测量整个被检表面的小的子区域的情况下，根据测量范围内的干涉条纹的间隔以最佳分辨率执行测量可能是最有效的。下面，将描述用于通过使用区域Al AS中的被检表面的形状的数据计算整个被检表面的形状的方法。通过转换测量数据获得的区域Al AS中的被检表面的形状的数据由O ' I O ' 8代表。[数学式I](式I)Al: O' J=O j+Set (I) +SyslA2: O' 2=02+Set (2) +Sys2...A8: O' 8= O 8+Set (8) +Sys20/1:Ai区域中的被检表面的形状的数据O1:Ai区域中的被检表面的真实形状
权利要求
1.一种用于测量被检表面的形状的测量方法，该测量方法包括 设定多个测量范围中的每一个使得被检表面的一部分被用作一个测量范围并且一个测量范围重叠至少另一测量范围的一部分以形成重叠区域的步骤； 在所述多个测量范围中的每一个中测量被检表面的形状的步骤；以及 通过拼接在测量步骤中获得的被检表面的形状的数据获得在所述多个测量范围上被检表面的形状的步骤， 其中，测量步骤包括 以第一分辨率在所述多个测量范围中的第一测量范围中测量被检表面的形状的步骤；以及 以与第一分辨率不同的第二分辨率在所述多个测量范围中的与第一测量范围不同的第二测量范围中测量被检表面的形状的步骤。
2.根据权利要求1的测量方法，其中，通过使用与第一测量范围和第二测量范围中的每一个对应的系统误差，计算所述多个测量范围上的被检表面的形状。
3.根据权利要求1或2的测量方法，其中，通过使得第一测量范围的尺寸与第二测量范围的尺寸相互不同，使得第一分辨率和第二分辨率相互不同。
4.根据权利要求1 3中的任一项的测量方法，其中，通过使得在第一测量范围和第二测量范围中用于测量被检表面的形状的图像拾取元件所执行的测量中使用的像素的数量相互不同，使得第一分辨率和第二分辨率相互不同。
5.根据权利要求1 4中的任一项的测量方法，其中，通过在第一测量范围或第二测量范围中在以小于等于用于测量被检表面的形状的图像拾取元件的像素尺寸的间距移动测量范围时测量被检表面的形状，使得第一分辨率和第二分辨率相互不同。
6.根据权利要求1 5中的任一项的测量方法，其中，通过使用被检表面的形状的设计值设定第一分辨率和第二分辨率。
7.根据权利要求1 6中的任一项的测量方法，其中，对于被检表面的至少一部分预先测量被检表面的形状，并且，通过使用通过该测量获得的数据设定第一分辨率和第二分辨率。
8.一种用于测量被检表面的形状的测量方法，该测量方法包括 设定多个测量范围中的每一个使得一个测量范围重叠至少另一测量范围的一部分以形成重叠区域的步骤，各测量范围是被检表面的一部分； 在所述多个测量范围中的每一个中测量被检表面的形状的步骤；以及 通过拼接在测量步骤中获得的被检表面的形状的数据获得在所述多个测量范围上被检表面的形状的步骤， 其中，在测量步骤中， 对于在所述多个测量范围中的至少一个测量范围中被检表面的形状的测量数据执行抽取处理，并且，已被执行抽取处理的数据被用于拼接被检表面的形状的数据。
9.根据权利要求1 8中的任一项的测量方法，其中，被检表面的第一测量范围中的非球面量比第二测量范围中的非球面量大，并且， 其中，第一分辨率比第二分辨率高。
10.根据权利要求3的测量方法，其中，被检表面的第一测量范围中的非球面量比第二测量范围中的非球面量大，并且， 其中，第一测量范围比第二测量范围小。
11.根据权利要求4的测量方法，其中，被检表面的第一测量范围中的非球面量比第二测量范围中的非球面量大，并且， 其中，用于第一测量范围中的测量的像素的数量比用于第二测量范围中的测量的像素的数量多。
12.一种用于制造光学元件的方法，包括 通过使用根据权利要求1 11中的任一项的测量方法测量光学元件的被检表面的形状或来自被检表面的光的波前的测量步骤；以及 通过使用在测量步骤中获得的被检表面的形状或来自被检表面的光的波前的数据对被检表面的形状进行加工的步骤。
13.—种测量设备，该测量设备设定多个测量范围中的每一个，使得被检表面的一部分被用作一个测量范围并且一个测量范围重叠至少另一测量范围的一部分以形成重叠区域，并且，该测量设备通过使用所述多个测量范围测量被检表面的形状，该测量设备包括 计算单元，所述计算单元通过拼接在该多个各自的测量范围中测量的被检表面的形状的数据计算在所述多个测量范围上被检表面的形状， 其中，所述多个测量范围中的第一测量范围中的被检表面的形状被以第一分辨率测量，并且，所述多个测量范围中的与第一测量范围不同的第二测量范围中的被检表面的形状被以与第一分辨率不同的第二分辨率测量。
14.一种测量设备，该测量设备设定多个测量范围中的每一个，使得一个测量范围重叠至少另一测量范围的一部分以形成重叠区域，各测量范围是被检表面的一部分，并且，该测量设备通过使用所述多个测量范围测量被检表面的形状，该测量设备包括 计算单元，所述计算单元通过拼接在该多个各自的测量范围中测量的被检表面的形状的测量数据计算在所述多个测量范围上被检表面的形状， 其中，计算单元对于所述多个测量范围中的至少一个测量范围中的被检表面的形状的测量数据执行抽取处理，并且，使用已被执行抽取处理的数据来拼接被检表面的形状的数据。
15.一种用于导致计算机计算被检表面的形状的程序，该程序导致计算机执行 在多个测量范围上计算被检表面的形状的步骤，所述多个测量范围被设定为使得一个测量范围重叠至少另一测量范围的一部分以形成重叠区域，各测量范围是被检表面的一部分，该步骤通过拼接该多个各自的测量范围中的被检表面的形状的数据来计算被检表面的形状，该数据包含在所述多个测量范围中的第一测量范围中以第一分辨率测量的被检表面的形状的数据和在所述多个测量范围中的与第一测量范围不同的第二测量范围中以与第一分辨率不同的第二分辨率测量的被检表面的形状的数据。
全文摘要
提供了可减少用于测量整个被检表面的形状的时间的测量方法或设备。多个测量范围中的每一个被设定为使得一个测量范围重叠至少另一测量范围的一部分以形成重叠区域，各测量范围是被检表面的一部分。然后，在多个测量范围中的第一测量范围中以第一分辨率测量被检表面的形状，并在第二测量范围中以第二分辨率测量被检表面的形状。通过使用得到的测量数据拼接多个测量范围中的被检表面的形状的数据，以计算被检表面的形状。
文档编号G01M11/00GK103003662SQ20108006805
公开日2013年3月27日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者大崎由美子 申请人:佳能株式会社