次世代高精度ミラー製作のための傾斜角積分型超精密形状計測法の開発

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19206019
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 遠藤 勝義 Osaka University, 工学研究科, 教授 (90152008)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 打越 純一 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90273581) ; 東 保男 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 機械工学センター, 准教授 (70208742)
• Keywords: 形状計測 / 法線ベクトル / スロープエラー / 形状誤差 / ロータリーエンコーダ / 高精度ゴニオメータ / 角度検出光学系 / 高精度ミラー

Research Abstract

本年度は、超精密形状計測装置における法線ベクトルを測定する光学系を昨年度の設計に基づき製作した。この光学系を開発した直交する2軸ゴニオメータと1軸の直進ステージに搭載し、球面を形状計測できる装置を完成した。本装置の性能を評価するとともに、球面ミラーの形状を計測した。また、従来の計測法で同じ球面ミラーの形状を計測し、その形状計測結果を比較した。さらに、回転対称形状を高速に測定する2軸ゴニオメータから構成される超精密形状測定装置を試作し、その性能を評価した。
まず、光学系を製作し、その性能を評価したところ、法線ベクトルの測定精度が0.2μradであり、設計通りであった。球面形状を計測するために、3軸の高精度ステージを数値制御するとともに、3軸のエンコーダ出力と法線ベクトルを測定する4分割フォトダイオード(QPD)出力をコンピュータに読み込む計測システムを構築した。3軸のエンコーダ出力とQPD出力を同時に読み込むことによって、数値制御系における位置定常偏差と速度定常偏差は、形状測定精度に影響を与えない。実際に、R=400mmの球面ミラーの形状を計測し、繰り返し精度が1nm程度であることを明らかにした。また、同じ球面ミラーを3次元測定機(パナソニックUA3P)と位相シフトファイゾー干渉計(ZYGO GPI)で測定した結果、それぞれの誤差範囲内で測定形状がほぼ一致した。さらに、回転対称形状のための超精密形状計測装置のプロトタイプ機を製作し、R=25mmの凸球面ミラーの形状を高速に計測した。本装置の繰り返し精度は、設計通り10nmであり、曲率半径が小さな球面でもnmオーダーの形状測定が可能なことを実証した。
今後、試料を設置する2軸のゴニオメータを設計・製作することによって、当初計画した5軸同時制御の超精密形状計測装置をシステムとして完成し、自由曲面の形状計測が可能になる。

Research Products

• [Journal Article] A simultaneous multiwavelength dispersive X-ray reflectometer for timeresolved reflectometry (2009)
  • Author(s): T.Matsushita, E.Arakawa, Y.Niwa, Y.Inada, T.Hatano, T.Harada, Y.Hig ashi, K.Hirano, K.Sakurai, M.Ishii, M.Nomura
  • Journal Title: The European Physical Journal Special Topics VOL. 167 Pages: 113-119
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of surface gradient integrated profiler-Precise coordinate determination of normal vector measured points by self-calibration method and new data analysis (2009)
  • Author(s): T.Ueno, S.Tachibanada, Y.Higashi, J.Uchikoshi, K.Endo
  • Organizer: 3rd International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology
  • Place of Presentation: 福岡県北九州市
  • Year and Date: 2009-11-11
• [Presentation] Time-Resolve X-ray Reflectomettry in the Multiwavelength Dispersive Geometry (2009)
  • Author(s): Tadasgi. Matsushita, Etsuo Arakawa, Tetsuo Harada, Tadashi Hatano, Yasuo Higashi, York F.Yano, Yasuhiro Niwa, Yasuhiro Inada, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
  • Organizer: SRI09
  • Place of Presentation: Melbourne, Australia
  • Year and Date: 2009-09-29
• [Presentation] 超精密非球面形状計測法に関する研究-小型試料の高精度,高速計測装置の開発- (2009)
  • Author(s): 上野智裕, 橘田繁樹, 打越純一, 遠藤勝義, 東保男
  • Organizer: 2009年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] 角度測定を利用した高精度形状計測 (2009)
  • Author(s): 東保男
  • Organizer: 2009年度精密工学会秋季大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] 多層膜分光光学系を用いた多波長同時分散型X線反射率計-II (2009)
  • Author(s): 松下正、荒川悦雄、羽多野忠、原田哲男、東保男、矢野陽子
  • Organizer: 応用物理学会2009年度秋季大会
  • Place of Presentation: 富山県富山市
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] High-precision profile measurement of a small radius lens by surface gradient integrated profiler (2009)
  • Author(s): Y.Higashi, T.Kume, K.Enami, K.Endo, J.Uchikoshi, K.Nomura, T.Miyawaki, S.Tachibanada, T.Ueno
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics 2009
  • Place of Presentation: San Diego, California USA
  • Year and Date: 2009-08-02
• [Presentation] 超精密非球面形状計測法に関する研究 -法線ベクトル測定値からの形状導出アルゴリズムの開発- (2009)
  • Author(s): 上野智裕, 橘田繁樹, 打越純一, 遠藤勝義, 東保男
  • Organizer: 精密工学会2009年度関西地方定期学術講演会
  • Place of Presentation: 大阪府豊中市
  • Year and Date: 2009-05-13
• [Remarks]
  • URL: http://www.upst.eng.osaka-u.ac.jp/2lcoe/atom/measure.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 回転対称形状の超精密形状測定方法及びその装置 (2009)
  • Inventor(s): 遠藤勝義、東保男
  • Industrial Property Rights Holder: 大阪大学、大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
  • Industrial Property Number: 特願2009-180408
  • Filing Date: 2009-08-03