CN100405003C - 条纹计测装置的变换系数校正方法和装置及条纹计测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种条纹计测装置的变换系数校正方法和装置以及具备该变换系数校正装置的条纹计测装置。能够将在条纹计测装置中设定的用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的变换系数的值，容易且短时间内进行校正。将具有以相互形成的角度成为基准值的方式构成的两个反射面(31、32)的校正用夹具(3)进行设置，利用条纹计测装置拍摄担载有2个反射面(31、32)的每个的倾斜度信息的一个条纹图像。基于该一个条纹图像，求出在计测空间坐标系中的2个反射面(31、32)形成的角度的计算值，按照该计算值在规定的单位系下与基准值一致的方式校正变换系数的值。

Description

条纹计测装置的变换系数校正方法和装置及条纹计测装置

技术区域

本发明涉及一种条纹计测装置，在干涉仪装置和网纹(moire)装置等条纹计测装置上，将用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系而被设定的变换系数，在出厂检查时及维修等时进行校正的，条纹计测装置的变换系数校正方法和装置，以及具备此种变换系数校正装置的条纹计测装置。

背景技术

基于通过干涉仪装置等的条纹计测装置拍摄的条纹图像，为了精确地求出被计测物体的形状或倾斜度等，从计测空间的坐标系至实空间的坐标系的变换是必要的(参照下述非专利文献1)。因此在条纹计测装置上，预先设定变换系数，以便向实空间的变换精确地实行。

该变换系数是，由所谓拍摄条纹图像的照相机的位置和拍摄倍率、或者固体摄像元件(solid-state image sensing device)的像素间距、测定光速的波长等各种参数而被决定其值，但是，因条纹计测装置的各部分的设置误差或经年使用而产生的误差等，发生需要校正已被设定的变换系数的值的情况。

以往，作为进行此种校正方法已知的有：通过将成为校正对象的条纹计测装置测定的被计测面、和将同样的被计测面用自动准直仪等的基准角度仪测定的倾斜度相比较，而校正变换系数的方法。

[非专利文献1]谷田贝丰彦著「应用光学一光计测入门」188～189页

但是，在以往的校正方法方法中，将成为校正对象的条纹计测装置以及基准角度仪的各对准(alignment)需要以高精度的进行，并且需要改变被计测面的倾斜度而进行多次测定，所以存在校正需要复杂的工序及所需时间长的问题。

发明内容

本发明鉴于所述问题，其目的在于提供一种将设定在条纹计测装置上的变换系数的值，能够以容易且短时间内校正的条纹计测装置的变换系数校正方法和装置以及具备该变换系数校正装置的条纹计测装置。

本发明为了达到所述目的，利用相互形成的角度被规定的至少具有2个反射面的校正用夹具，来校正变换系数。

即，有关本发明的条纹计测装置的变换系数校正方法，是对担载有被计测面的相位信息的条纹图像进行拍摄并基于该条纹图像进行所述被计测面的计测的条纹计测装置中所设定的变换系数进行校正的方法，其中，所述变换系数是用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的变换系数，所述条纹计测装置的变换系数校正方法的特征在于，按顺序进行以下步骤：

校正用夹具设置步骤，将具有按照相互形成的角度在所述实空间中取规定的基准值的方式构成的至少2个反射面的校正用夹具，以能够利用所述条纹计测装置将担载所述2个反射面的每个的倾斜度信息的一个条纹图像进行拍摄的方式进行设置；

条纹图像拍摄步骤，利用所述条纹计测装置，拍摄所述一个条纹图像；

角度计算步骤，基于被拍摄的所述一个条纹图像，求出在所述计测空间的坐标系中的所述2个反射面所形成的角度的计算值；和

校正步骤，按照所述基准值和所述计算值在规定的单位系下相互一致的方式校正所述变换系数的值。

所述角度计算步骤包括：

基于所述一个条纹图像，求出将在所述计测空间的坐标系中分别表示所述2个反射面的、将所述变换系数作为参数包含的2个方程式的步骤；和

基于已求出的所述2个方程式各个的法线成分相互的内积运算，求出所述计算值的步骤。

而且，有关本发明的一种变换系数校正装置，是对担载有被计测面的相位信息的条纹图像进行拍摄并基于该条纹图像进行所述被计测面的计测的条纹计测装置中所设定的变换系数进行校正的装置，其中，所述变换系数是用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的变换系数，所述变换系数校正装置的特征在于，具备：

校正用夹具，其具有按照相互形成的角度在所述实空间中取规定的基准值的方式构成的至少2个反射面；

角度计算机构，其基于利用所述条纹计测装置拍摄的、担载所述2个反射面的每个的倾斜度信息的一个条纹图像，求出在所述计测空间的坐标系中所述2个反射面所形成的角度的计算值；和

校正机构，其按照所述基准值和所述计算值在规定的单位系下相互一致的方式校正所述变换系数的值。

所述角度计算机构按照以下方式构成：

基于所述一个条纹图像，求出将在所述计测空间的坐标系中分别表示所述2个反射面的、将所述变换系数作为参数包含的2个方程式，并且，基于已求出的所述2个方程式各个的法线成分相互的内积运算，求出所述计算值。

有关本发明的条纹计测装置，其特征在于，具备由本发明的变换系数校正装置。

其中，所谓上述的「规定的基准值」是指，只要将担载校正用夹具的2个反射面的每个的倾斜度信息一个条纹图像，设置在能够由成为校正对象的条纹计测装置可拍摄(不能有因角度过大而只能获得一反射面的条纹图像的情况)的角度范围内，则可以任意设定。

而且，所谓所述的「规定的单位系」是指，将所述计算值和所述基准值在同样标准下可以相比较即可，根据用度(°)、分(′)、秒(″)的六十进法或根据利用弧度(radian)的弧度法(circular measure)，或者根据利用克(grade)(g)等的十进法等作为角度的单位系所普遍使用的以外，被设定成其他个别的也无所谓。

根据有关本发明的条纹计测装置的变换系数校正方法和装置，能够从被条纹计测装置拍摄的、从担载校正用夹具的2个反射面的每个的倾斜度信息的一个条纹图像，计算出计测空间坐标系的2个反射面的形成的角度，按照此计算值和在实空间的2个反射面形成的角度的基准值在规定的单位系下相互一致的方式变换系数校正，从而获得如下效果。

即，不必要进行如以往的方法用基准角度仪多次计测，若通过条纹计测装置将担载校正用夹具的2个反射面每个的倾斜度信息的一个条纹图像拍摄，其后根据运算校正变换系数的值，因此能够将以往的程序复杂且需要时间多的变换系数值的校正，在容易且短时间内可进行。

而且，根据有关本发明的条纹计测装置，通过具备本发明的变换系数校正装置，可以将变换系数的校正容易且短时间内进行，所以维修简单，容易维持高精度计测状态。

附图说明

图1为有关本发明的一实施方式的条纹计测装置的概略构成图。

图2为校正用夹具的立体图。

图3为表示被拍摄的一个条纹图像的图。

图4为表示校正用夹具的其他方式的图。

具体实施方式

以下，关于有关本发明的实施方式，参照图，详细说明。图1为概略的表示有关本发明的一实施方式的条纹计测装置的图，图2表示图1所示的校正用夹具的构成的立体图。

<条纹计测装置的构成>

首先，说明关于本实施方式的条纹计测装置。图1所示的条纹计测装置是，利用斐索(フイゾ一)型干涉仪计测被计测面的倾斜角度的角度计测装置，具有拍摄干涉条纹图像的干涉仪1和解析被拍摄的干涉条纹图像的解析部2。

其中，如图1所示，所述干涉仪1具有输出高相干性光束的光源部11，将从该光源部11出射的发散光束调整为平行光束的准直透镜(collimator lens)12和，配置该准直透镜12的平行光束的光路上的光束分离器13，以及基准板14。

而且，该干涉仪1按照从被计测面反射的光束、和从所述基准板14的基准面14a被反射的标准光进行干涉，从而能获得担载有被计测面的形状以及倾斜度信息的干涉条纹的方式构成，并且与所述构成同时还具备使获得的干涉条纹成像的成像透镜15和拍摄该干涉条纹的摄像机16。

另一方面，如图1所示，所述解析部2具有进行图像处理或条纹解析的条纹解析装置21，键盘等的输入装置22和，显示装置23。所述条纹解析装置21由电脑等构成，具有用于存储进行图像处理或条纹解析的程序的存储装置、或进行程序的实行或各种运算的运算部等，而基于所述摄像机16被拍摄的干涉条纹，可求出被计测面的倾斜角度。

而且，在图1所示的条纹计测装置上，在从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的处理步骤中所需要的，用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的变换系数以规定的值被设定，被设定的变换系数的值存储于所述条纹解析装置21的存储器等中。

<变换系数校正装置的构成>

其次，说明本发明的一实施方式的变换系数校正装置。如上所述的构成图1所述的条纹计测装置的一部分的所述条纹解析装置21，还成为本发明的一实施方式的变换系数校正装置的一部分。即，本实施方式的变换系数校正装置具有所述条纹解析装置21和图2所示的校正用夹具3，该校正用夹具3具有相互形成的角度在实空间取规定的基准值θ(例如，用六十进法数十秒程度的角度，在图1、图2中考虑到可视性，将角度的大小夸张)的2个反射面31、32。

另一方面，条纹解析装置21，如后述的变换系数校正步骤所示，将基于利用所述条纹计测装置被拍摄的、担载所述校正用夹具3的2个反射面31、32的每个倾斜度信息的一个条纹图像，在计测空间的坐标系中求出2个反射面31、32形成的角度的计算值φ的角度计算机构，和按照所述基准值θ和所述计算值φ在规定的单位系下互相一致的方式校正所述变换系数的值的校正机构，作为存储于存储器等的程序等而具备。

<变换系数校正步骤>

以下，说明关于有关本发明的一实施方式的条纹计测装置的变换系数校正方法。图3表示通过图1的条纹计测装置被拍摄的一个条纹图像的图。其中，在图3所示的直角坐标系是，在所述条纹计测装置的计测空间上被设定的。

<1>如图1所示，将校正用夹具3按照能够通过条纹计测装置拍摄担载2个反射面31、32的每个的倾斜度信息的一个条纹图像4的方式进行设置(参照图3)(校正用夹具设置步骤)。

<2>通过条纹计测装置，拍摄如图3所示的一个条纹图像4(条纹图像拍摄步骤)。该一个条纹图像4包括，担载所述2个反射面31、32每个倾斜度信息的图像区域41、42。

<3>基于被拍摄的一个条纹图像4，求出在计测空间的坐标系中分别表示所述2个反射面31、32的，将设定于所述条纹计测装置的变换系数作为参数所包含的下述2个方程式(1)、(2)(角度运算步骤中的步骤1)。

a₁kx+b₁ky+c₁z＝d₁......(1)

a₂kx+b₂ky+c₂z＝d₂......(2)

在此，x、y、z表示图3所示的坐标系的坐标(x、y单位是，例如图1所示的摄像机16的固体摄像元件的像素间距，z单位是，例如由图3所示的在一个条纹图像4中的条纹间距算出的长度的单位(例如μm))，a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂表示对应于计测空间的坐标系中的2个反射面31、32每个的法线的倾斜度的系数。并且，k表示所述变换系数，即，用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的系数(单位是，例如μm/像素间距)。

<4>基于被求出的所述2个方程式(1)、(2)每个的法线成分相互的内积运算(参照下式(3)、(4))，求出在计测空间的坐标系中的2个反射面31、32形成的角度的计算值φ(求出使下式(3)、(4)相等的cosφ，并求出φ)(角度运算步骤中的步骤2)

a₁a₂k²+b₁b₂k²+c₁c₂......(3)

(a₁ ²k²+b₁ ²k²+c₁ ²)^1/2(a₂ ²k²+b₂ ²k²+c₂ ²)^1/2cosφ......(4)

<5>按照被求出的计算值φ和所述基准值θ在规定的单位系(例如六十进法)下相互成为一致的方式将变换系数k的值校正(校正步骤)。

如以上说明，根据有关本实施方式的条纹计测装置的变换系数校正方法和装置，没有必要如以往的方法使用自动准直仪等的基准角度仪进行多次计测，而是通过条纹计测装置拍摄一个条纹图像4，以后通过运算即可校正变换系数，因此，可以将变换系数的校正容易且短时间内进行。

而且，利用本实施方式的条纹计测装置，可以将变换系数的校正容易且短时间内进行，因此通过适当进行变换系数的校正，可以维持实施高精度的计测的状态。

<方式的变更>

以上，关于本发明的一实施方式进行了说明，但是，本发明并不局限于所述实施方式，可以种种变更方式。

例如，在所述实施方式中，构成变换系数校正装置的一部分的条纹解析装置21构成条纹计测装置的一部分，但是将变换系数校正装置与条纹计测装置分离构成也可以。

而且，关于校正用夹具，也并不局限于图3所示的形态，例如可利用图4所示的方式。图4(a)所示的校正用夹具5，在图3所示的校正用夹具3中对于2个反射面31、32被形成为山型，2个反射面51、52被形成为谷型的地方，并且图4(b)所示的校正用夹具6具有4个反射面61～64的地方，分别与图3所示的校正用夹具3不同。

而且，在上述实施方式中，条纹计测装置中将斐索型的干涉仪1作为角度计测装置，但是，在本发明还可以适用于基于干涉条纹图像测定被计测面的形状等的干涉仪装置(Michelson型、马赫-曾德型、斐索型等的类型)，或基于网纹条纹图像测定被计测面的形状等的网纹装置(可以是光栅照射型或光栅投影型)等各种条纹计测装置中。

Claims (5)

1.一种条纹计测装置的变换系数校正方法，使用该方法对在条纹计测装置中设定的变换系数的值进行校正，

所述条纹计测装置，是对担载有被计测面的相位信息的条纹图像进行拍摄并基于该条纹图像进行所述被计测面的计测的装置，

所述变换系数，是用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的变换系数，

所述条纹计测装置的变换系数校正方法的特征在于，按顺序进行以下步骤：

校正用夹具设置步骤，将具有按照相互形成的角度在所述实空间中取规定的基准值的方式构成的至少2个反射面的校正用夹具，以能够利用所述条纹计测装置将担载所述至少2个反射面的每个的倾斜度信息的一个条纹图像进行拍摄的方式进行设置；

条纹图像拍摄步骤，利用所述条纹计测装置，拍摄所述一个条纹图像；

角度计算步骤，基于被拍摄的所述一个条纹图像，求出在所述计测空间的坐标系中的所述至少2个反射面所形成的角度的计算值；和

校正步骤，按照所述基准值和所述计算值在规定的单位系下相互一致的方式校正所述变换系数的值。

2.根据权利要求1所述的条纹计测装置的变换系数校正方法，其特征在于，所述角度计算步骤包括：

基于所述一个条纹图像，求出

在所述计测空间的坐标系中分别表示所述至少2个反射面的、将所述变换系数作为参数包含的至少2个方程式的步骤；和

基于已求出的所述至少2个方程式各个的法线成分相互的内积运算，求出所述计算值的步骤。

3.一种变换系数校正装置，使用该装置对在条纹计测装置中设定的变换系数的值进行校正，

所述条纹计测装置，是对担载有被计测面的相位信息的条纹图像进行拍摄并基于该条纹图像进行所述被计测面的计测的装置，

所述变换系数是，用于从计测空间的坐标系变换至实空间的坐标系的变换系数，

所述变换系数校正装置的特征在于，具备：

校正用夹具，其具有按照相互形成的角度在所述实空间中取规定的基准值的方式构成的至少2个反射面；

角度计算机构，其基于利用所述条纹计测装置拍摄的、担载所述至少2个反射面的每个的倾斜度信息的一个条纹图像，求出在所述计测空间的坐标系中所述至少2个反射面所形成的角度的计算值；和

校正机构，其按照所述基准值和所述计算值在规定的单位系下相互一致的方式校正所述变换系数的值。

4.根据权利要求3所述的变换系数校正装置，其特征在于，

所述角度计算机构按照以下方式构成：

基于所述一个条纹图像，求出在所述计测空间的坐标系中分别表示所述至少2个反射面的、将所述变换系数作为参数包含的至少2个方程式，并且，基于已求出的所述至少2个方程式各个的法线成分相互的内积运算，求出所述计算值。

5.一种条纹计测装置，其特征在于，具备权利要求3或4所述的变换系数校正装置。

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