JP2001174213A - Optical phase controller for phase shift interferometer for plane measurement and optical phase control method for the same, and storage medium with optical phase control program - Google Patents

Optical phase controller for phase shift interferometer for plane measurement and optical phase control method for the same, and storage medium with optical phase control program

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JP2001174213A
JP2001174213A JP36073399A JP36073399A JP2001174213A JP 2001174213 A JP2001174213 A JP 2001174213A JP 36073399 A JP36073399 A JP 36073399A JP 36073399 A JP36073399 A JP 36073399A JP 2001174213 A JP2001174213 A JP 2001174213A
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JP
Japan
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phase shift
phase
interference fringe
image
interference
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Japanese (ja)
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Hirohisa Handa
博久 半田
Naoki Mitsuya
直樹 光谷
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the optical phase controller and method of a phase shift interferometer for plane measurement for operating highly accurate phase shift, without using special devices and a storage medium storing an optical phase control program. SOLUTION: A phase for minimizing a difference value between the maximum value and a minimum value for the brightness intensity of the mutual pixels of an interference fringe picture (image I) at a phase 0 deg. and an interference fringe image (second image IIA), obtained by shifting the phase of the first picture is obtained. Thus, interference fringe images can be obtained at the phase 0 deg. and a phase 180 deg., and to obtain an interference fringe image at a phase 90 deg. by calculating the intermediate position of the center of gravity position of the interference fringes of the interference fringe images, and to obtain the phase shape of an object 1 to be measured by operating plane analysis based on the three interference fringe image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、平面計測用位相シ
フト干渉計の光学的位相制御装置、光学的位相制御方法
及び光学的位相制御プログラムを格納した記憶媒体に関
する。
The present invention relates to an optical phase control device, an optical phase control method, and a storage medium storing an optical phase control program for a phase shift interferometer for plane measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、光学部品や鏡面加工された金
属部品等の被測定物の平面形状を測定する手法の1つと
して、位相シフト干渉計を使用する位相シフト法があ
る。この位相シフト法は、位相シフト干渉計によって位
相シフトを行いながら被測定物の被検面の少なくとも3
つの干渉縞画像を取得し、これらを処理することにより
被測定物の平面形状を測定するものであり、具体的に
は、物理的に光路長を微小量変化させる光路長可変方
式、及び光路長を固定した状態で光源の波長を微小量変
化させる波長可変方式等がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a phase shift method using a phase shift interferometer as one of the techniques for measuring the planar shape of an object to be measured such as an optical part or a mirror-finished metal part. In this phase shift method, at least three times of the surface of the object to be measured is
This is to acquire two interference fringe images and process them to measure the planar shape of the object to be measured. Specifically, the optical path length variable method that physically changes the optical path length by a small amount, and the optical path length There is a wavelength variable method in which the wavelength of the light source is changed by a minute amount while the light source is fixed.

【0003】例えば、光路長可変方式による干渉縞画像
の位相シフト方法では、図1に示す位相シフト干渉計を
使用する。図1は、従来の位相シフトフィゾー干渉計の
光学系部分の構成図である。
For example, in a phase shift method of an interference fringe image by a variable optical path length method, a phase shift interferometer shown in FIG. 1 is used. FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system portion of a conventional phase shift Fizeau interferometer.

【0004】図1において、当該干渉計は、主として、
赤色半導体レーザからなる光源1と、光源1からのレー
ザ光を広げるためのレンズ2と、レンズ2からのレーザ
光を透過させるハーフミラー3と、ハーフミラー3の透
過光を平行にするコリメートレンズ4と、被測定物6に
測定用波面を出射すると共に出射側面が参照波面を形成
する参照板5と、被測定物6の被検面(測定面)で反射
された平行光と参照板5の出射側面で反射された平行光
とが重なり合うことにより形成された干渉縞画像をハー
フミラー3及び結像レンズ7を透過して取得するCCD
カメラ8とからなる。前に取得した干渉縞画像の明るさ
情報に基づいて被測定物6の被検面の形状が算出され
る。参照板5は、フリンジスキャン用電歪素子9に支持
され、このフリンジスキャン用電歪素子9の変位は変位
制御装置10により制御される。
In FIG. 1, the interferometer mainly includes
A light source 1 made of a red semiconductor laser, a lens 2 for expanding the laser light from the light source 1, a half mirror 3 for transmitting the laser light from the lens 2, and a collimating lens 4 for making the transmitted light of the half mirror 3 parallel. A reference plate 5 that emits the measurement wavefront to the DUT 6 and whose emission side surface forms a reference wavefront; and a parallel light reflected by the test surface (measurement surface) of the DUT 6 and the reference plate 5. CCD for acquiring an interference fringe image formed by overlapping the parallel light reflected on the emission side surface through the half mirror 3 and the imaging lens 7
And a camera 8. The shape of the test surface of the DUT 6 is calculated based on the brightness information of the previously obtained interference fringe image. The reference plate 5 is supported by the fringe scan electrostrictive element 9, and the displacement of the fringe scan electrostrictive element 9 is controlled by a displacement control device 10.

【0005】この干渉計を用いて被測定物6の平面形状
の測定を行うときには、参照板5を支持している電歪素
子9を用いて参照板5を被測定物6に対して移動させな
がらCCDカメラ8により、図2に示すような3枚の干
渉縞画像を取得する。この際、レーザ光の波長をλとし
たとき、参照板5と被測定物6との間の光路長を参照板
5の移動によりλ/4づつ変化させて3枚の干渉縞画像
を取得する。図2の干渉縞画像の部分の拡大図を図3に
示す。
When measuring the planar shape of the DUT 6 using this interferometer, the reference plate 5 is moved relative to the DUT 6 using the electrostrictive element 9 supporting the reference plate 5. Meanwhile, the CCD camera 8 acquires three interference fringe images as shown in FIG. At this time, assuming that the wavelength of the laser beam is λ, three interference fringe images are acquired by changing the optical path length between the reference plate 5 and the DUT 6 by λ / 4 by moving the reference plate 5. . FIG. 3 is an enlarged view of the interference fringe image shown in FIG.

【0006】上述の3枚の干渉縞画像について、夫々の
画像の画素の明るさ強度をIn(x,y)[n:画像の
番号、x,y:画素のx及びy座標]とすると、被測定
物6の平面形状の位相情報φ(x,y)[x,y:干渉
縞画像上に対応付けられた被測定物6の被検面上の画素
を単位とした座標]は、
For the above three interference fringe images, if the brightness intensity of the pixel of each image is In (x, y) [n: image number, x, y: x and y coordinates of pixel] The phase information φ (x, y) of the planar shape of the DUT 6 [x, y: coordinates in units of pixels on the DUT 6 associated with the interference fringe image]

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】で算出することができる。[0008]

【0009】この位相情報φ(x,y)からさらに、位
相接続処理及びレーザ光の波長λを単位とした位相値か
ら被測定物6の被検面の寸法値に変換する変換処理を行
うことにより、被測定物6の平面形状のデータを得るこ
とができる。
Further, based on the phase information φ (x, y), a phase connection process and a conversion process for converting the phase value in units of the wavelength λ of the laser beam into the dimension value of the surface to be measured of the DUT 6 are performed. Thereby, data of the planar shape of the device under test 6 can be obtained.

【0010】ここで、電歪素子9によって被測定物6の
平面形状の位相を変化させる光路長の変化量は、レーザ
光の波長λの数分の一という量であるが、この干渉縞画
像に対する位相変化量が正確でないと、本来平面である
はずのものを計測した場合でも、図4に示すように、各
干渉縞画像の位相変化誤差に起因した形状演算誤差が発
生してしまう。
The amount of change in the optical path length by which the phase of the planar shape of the DUT 6 is changed by the electrostrictive element 9 is a fraction of the wavelength λ of the laser light. If the amount of phase change with respect to is not accurate, a shape calculation error due to a phase change error of each interference fringe image will occur as shown in FIG.

【0011】そこで、位相情報φ(x,y)が正確な値
となるように位相シフト量を正確に制御する必要があ
る。尚、この位相シフト量を正確に制御する必要がある
点は、上述した波長可変方式による干渉縞画像の位相シ
フト方法でも同様である。但し、この場合は、変位制御
装置10に代えて、光源1のレーザ光の波長λを変化さ
せる波長制御装置が光源1に接続される。
Therefore, it is necessary to accurately control the amount of phase shift so that the phase information φ (x, y) becomes an accurate value. The fact that the amount of phase shift needs to be accurately controlled is the same as in the phase shift method of the interference fringe image by the wavelength variable method described above. However, in this case, a wavelength control device that changes the wavelength λ of the laser light of the light source 1 is connected to the light source 1 instead of the displacement control device 10.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
路長可変方式による干渉縞画像の位相シフト方法では、
位相シフトを行う手段として電歪素子9を用いているた
め、電歪素子9の部分に更に変位制御装置10を併設す
ることで、参照面5の移動量を調整し位相シフト誤差を
低減することができるが、高精度の変位制御装置10は
一般に高価となる。また、製造あるいは検査ラインで当
該方法を使用する場合、繰返し複数回の測定による電歪
素子9のドリフト等により、正確な平面解析が行えなく
なる。
However, in the phase shift method of the interference fringe image by the above-mentioned variable optical path length method,
Since the electrostrictive element 9 is used as a means for performing a phase shift, the displacement amount of the reference plane 5 can be adjusted by reducing the phase shift error by additionally providing the displacement control device 10 in the part of the electrostrictive element 9. However, the high-precision displacement control device 10 is generally expensive. In addition, when the method is used on a manufacturing or inspection line, accurate planar analysis cannot be performed due to drift of the electrostrictive element 9 due to repeated measurements a plurality of times.

【0013】一方、上記波長可変方式による干渉縞画像
の位相シフト方法は、レーザ光源により手軽に実現で
き、物理的に光路長を変化させる必要が無いという利点
があるが、位相シフト量を正確に制御するためには、レ
ーザ光源の温度制御を極めて高精度に行う必要があり、
装置が高価になる。また、製造あるいは検査ラインで当
該方法を使用する場合、設置環境の変化(例えば、温度
変化等)により、正確な平面解析が行えなくなる、等の
問題を抱えている。
On the other hand, the phase shift method of the interference fringe image by the wavelength variable method has an advantage that it can be easily realized by a laser light source and does not need to physically change an optical path length. In order to control, it is necessary to control the temperature of the laser light source with extremely high accuracy,
Equipment becomes expensive. In addition, when the method is used in a manufacturing or inspection line, there is a problem that an accurate plane analysis cannot be performed due to a change in an installation environment (for example, a change in temperature).

【0014】本発明は、上記点に着目してなされたもの
であり、特別な装置を利用しないで高精度な位相シフト
を行うことができる平面計測用位相シフト干渉計の光学
的位相制御装置、光学的位相制御方法及び光学的位相制
御プログラムを格納した記憶媒体を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has an optical phase control apparatus for a plane-measuring phase shift interferometer capable of performing a high-accuracy phase shift without using a special apparatus. An object of the present invention is to provide a storage medium storing an optical phase control method and an optical phase control program.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の平面計測用位相シフト干渉計の光学的位
相制御装置は、干渉縞を形成する干渉計と、前記干渉縞
を画像として記憶する撮像記憶手段と、前記撮像記憶手
段により記憶された干渉縞の画像処理を行う画像演算処
理手段と、前記干渉縞の位相をシフトする位相シフト手
段とを有する平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相
制御装置において、前記画像演算処理手段が前記干渉縞
の位置変化情報から光学的位相シフト量を検出し、該光
学的位相シフト量が所定の光学的位相シフト量になるよ
うに前記位相シフト手段を制御することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical phase control apparatus for a phase shift interferometer for plane measurement, comprising: an interferometer for forming an interference fringe; A phase shift interferometer for plane measurement, comprising: an imaging storage unit for storing; an image processing unit for performing image processing of the interference fringes stored by the imaging storage unit; and a phase shift unit for shifting the phase of the interference fringes. In the optical phase control device, the image arithmetic processing means detects an optical phase shift amount from the position change information of the interference fringes, and sets the phase so that the optical phase shift amount becomes a predetermined optical phase shift amount. It is characterized in that the shift means is controlled.

【0016】請求項2の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置は、請求項1記載の平面計測用位相
シフト干渉計の光学的位相制御装置において、前記画像
演算処理手段は、前記干渉縞の所定の部分のみの情報か
ら前記光学的位相シフト量を検出することを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical phase control device for a plane measurement phase shift interferometer according to the first aspect, wherein the image arithmetic processing means comprises: The optical phase shift amount is detected from information of only a predetermined portion of the interference fringe.

【0017】請求項3の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置は、請求項1又は2項記載の平面計
測用位相シフト干渉計の光学的位相制御装置において、
前記画像演算処理手段は、前記干渉縞の第1画像及び前
記第1画像の干渉縞の位相をシフトさせた第2画像の明
るさ強度の和又は差の最大値と最小値との差分が、所定
の許容範囲内に収まるまで前記位相シフト手段の制御を
継続することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical phase control apparatus for a plane measurement phase shift interferometer according to the first or second aspect.
The image calculation processing means, the difference between the maximum value and the minimum value of the sum or difference of the brightness intensities of the first image of the interference fringes and the second image obtained by shifting the phase of the interference fringes of the first image, It is characterized in that the control of the phase shift means is continued until it falls within a predetermined allowable range.

【0018】請求項4の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置は、請求項1乃至3のいずれか1項
記載の平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相制御装
置において、前記画像演算処理手段は、前記干渉縞の位
相が0°及び180°のときの前記位相シフト手段の制
御量に基づいて前記干渉縞の位相が90°のときの前記
位相シフト手段の制御量を算出することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical phase control apparatus for a plane measurement phase shift interferometer according to any one of the first to third aspects. The image processing unit calculates a control amount of the phase shift unit when the phase of the interference fringe is 90 ° based on a control amount of the phase shift unit when the phase of the interference fringe is 0 ° and 180 °. It is characterized by doing.

【0019】請求項5の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置は、請求項1乃至3のいずれか1項
記載の平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相制御装
置において、前記画像演算処理手段は、前記干渉縞の位
相が0°及び180°のときの前記位相シフト手段の制
御量の平均値に基づいて前記干渉縞の位相が90°にな
るように前記位相シフト手段の制御をすることを特徴と
する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical phase control apparatus for a plane measurement phase shift interferometer according to any one of the first to third aspects. The image arithmetic processing unit is configured to control the phase shift unit so that the phase of the interference fringe becomes 90 ° based on the average value of the control amount of the phase shift unit when the phase of the interference fringe is 0 ° and 180 °. It is characterized by performing control.

【0020】請求項6の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置は、平面計測用位相シフト干渉計に
よって形成された干渉縞を干渉縞画像として取得する干
渉縞画像取得手段と、前記干渉縞画像取得手段により取
得された干渉縞画像の画像処理を行う画像処理手段と、
前記干渉縞の位相を基準の位相からシフトする位相シフ
ト手段とを備え、前記干渉縞画像取得手段は前記位相シ
フト手段によりシフトされた前記干渉縞の位相に対応し
て少なくとも3つの干渉縞画像を取得する前記平面計測
用位相シフト干渉計の光学的位相制御装置において、前
記画像処理手段が、前記干渉縞画像取得手段により取得
された干渉縞画像の数に基づいて最終取得目的の位相シ
フト量を算出すると共に前記位相シフト手段でシフトし
た前記干渉縞の位相シフト量を検出し、さらに該検出さ
れた位相シフト量が前記最終取得目的の位相シフト量に
なるように前記位相シフト手段を制御することを特徴と
する。
The optical phase control device of the phase shift interferometer for plane measurement according to claim 6 is an interference fringe image obtaining means for obtaining an interference fringe formed by the phase shift interferometer for plane measurement as an interference fringe image; Image processing means for performing image processing of the interference fringe image obtained by the interference fringe image obtaining means,
Phase shifting means for shifting the phase of the interference fringe from a reference phase, wherein the interference fringe image obtaining means forms at least three interference fringe images corresponding to the phase of the interference fringe shifted by the phase shifting means. In the optical phase control device of the plane measurement phase shift interferometer to be obtained, the image processing means sets a phase shift amount for a final acquisition purpose based on the number of interference fringe images acquired by the interference fringe image acquisition means. Calculating and detecting a phase shift amount of the interference fringe shifted by the phase shift unit, and further controlling the phase shift unit so that the detected phase shift amount becomes the phase shift amount of the final acquisition purpose. It is characterized by.

【0021】請求項7の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置は、請求項6項記載の平面計測用位
相シフト干渉計の光学的位相制御装置において、前記画
像処理手段は、前記干渉縞画像取得手段が前記基準の位
相で取得した第1干渉縞画像と、前記位相シフト手段が
前記基準の位相からシフトした後に前記干渉縞画像取得
手段が取得した第2干渉縞画像との明るさ強度の和又は
差の最大値と最小値との差分が、所定の許容範囲内に収
まるまで前記位相シフト手段の制御を継続することを特
徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an optical phase control apparatus for a plane measurement phase shift interferometer according to the sixth aspect, wherein the image processing means comprises: The brightness of the first interference fringe image acquired by the interference fringe image acquiring unit at the reference phase and the second interference fringe image acquired by the interference fringe image acquiring unit after the phase shift unit shifts from the reference phase. The control of the phase shift means is continued until the difference between the maximum value and the minimum value of the sum or difference of the magnitudes falls within a predetermined allowable range.

【0022】請求項8の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御方法は、平面計測用位相シフト干渉計に
よって形成された干渉縞を干渉縞画像として取得する干
渉縞画像取得工程と、前記干渉縞画像取得工程で取得さ
れた干渉縞画像の画像処理を行う画像処理工程と、前記
干渉縞の位相を基準の位相からシフトする位相シフト工
程とを含み、前記干渉縞画像取得工程で、前記位相シフ
ト工程によりシフトされた前記干渉縞の位相に対応して
少なくとも3つの干渉縞画像を取得する前記平面計測用
位相シフト干渉計の光学的位相制御方法において、前記
画像処理工程で、前記干渉縞画像取得工程で取得された
干渉縞画像の数に基づいて最終取得目的の位相シフト量
を算出すると共に前記位相シフト工程でシフトした前記
干渉縞の位相シフト量を検出し、さらに該検出された位
相シフト量が前記最終取得目的の位相シフト量になるよ
うに前記位相シフト工程を制御することを特徴とする。
An optical phase control method of a phase shift interferometer for plane measurement according to claim 8, wherein the interference fringe image obtaining step of obtaining an interference fringe formed by the phase shift interferometer for plane measurement as an interference fringe image; An image processing step of performing image processing of the interference fringe image obtained in the interference fringe image obtaining step, and a phase shift step of shifting a phase of the interference fringe from a reference phase, and in the interference fringe image obtaining step, In the optical phase control method of the plane-measuring phase shift interferometer for acquiring at least three interference fringe images corresponding to the phases of the interference fringes shifted by the phase shifting step, A phase shift amount for a final acquisition purpose is calculated based on the number of interference fringe images acquired in the image acquisition step, and a phase shift of the interference fringe shifted in the phase shift step is performed. Detecting the amount, further said detected phase shift amount and controls the phase shift process so that the phase shift amount of the last acquisition purposes.

【0023】請求項9の記憶媒体は、平面計測用位相シ
フト干渉計の光学的位相制御プログラムを格納した記憶
媒体であって、前記プログラムは、平面計測用位相シフ
ト干渉計によって形成された干渉縞を干渉縞画像として
取得する干渉縞画像取得モジュールと、前記干渉縞画像
取得モジュールにより取得された干渉縞画像の画像処理
を行う画像処理モジュールと、前記干渉縞の位相を基準
の位相からシフトする位相シフトモジュールとを備え、
前記干渉縞画像取得モジュールは前記位相シフトモジュ
ールによりシフトされた前記干渉縞の位相に対応して少
なくとも3つの干渉縞画像を取得し、前記画像処理モジ
ュールは、前記干渉縞画像取得モジュールにより取得さ
れた干渉縞画像の数に基づいて最終取得目的の位相シフ
ト量を算出すると共に前記位相シフトモジュールでシフ
トした前記干渉縞の位相シフト量を検出し、さらに該検
出された位相シフト量が前記最終取得目的の位相シフト
量になるように前記位相シフトモジュールを制御するこ
とを特徴とする。
A storage medium according to a ninth aspect of the present invention is a storage medium storing an optical phase control program of a phase shift interferometer for plane measurement, wherein the program is an interference fringe formed by the phase shift interferometer for plane measurement. An interference fringe image acquisition module that acquires the image as an interference fringe image, an image processing module that performs image processing on the interference fringe image acquired by the interference fringe image acquisition module, and a phase that shifts the phase of the interference fringe from a reference phase. With a shift module,
The interference fringe image obtaining module obtains at least three interference fringe images corresponding to the phase of the interference fringes shifted by the phase shift module, and the image processing module is obtained by the interference fringe image obtaining module. A phase shift amount for a final acquisition purpose is calculated based on the number of interference fringe images, a phase shift amount of the interference fringes shifted by the phase shift module is detected, and the detected phase shift amount is calculated for the final acquisition purpose. The phase shift module is controlled so that the amount of phase shift becomes the following.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図5は、本発明の実施の形態に係る位相シ
フト干渉計の光学部分の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical part of the phase shift interferometer according to the embodiment of the present invention.

【0026】図5において、当該干渉計は、フィゾー式
干渉計であり、主として、赤色半導体レーザからなる光
源11と、光源11からのレーザ光を広げるためのレン
ズ12と、レンズ12からのレーザ光を透過させるハー
フミラー13と、ハーフミラー13の透過光を平行にす
るコリメートレンズ14と、被測定物16に測定用波面
を出射すると共に出射側面が参照波面を形成する参照板
15と、参照板15を支持するフリンジスキャン用電歪
素子19と、被測定物16の被検面で反射された平行光
と参照板15の出射側面で反射された平行光とが重なり
合うことにより形成された干渉光をハーフミラー13及
び結像レンズ17を透過して取得するCCDカメラ18
と、CCDカメラ18で取得された干渉光を干渉縞画像
として取得し、最終的に干渉縞の位相シフト量を決める
と共に被測定物16の被検面の平面形状のデータを得る
画像処理装置20と、該画像処理装置20で決められた
位相シフト量に基づいて電歪素子19を駆動させる電歪
素子用ドライバ21とからなる。
In FIG. 5, the interferometer is a Fizeau interferometer, which mainly includes a light source 11 composed of a red semiconductor laser, a lens 12 for expanding the laser light from the light source 11, and a laser light from the lens 12. , A collimating lens 14 for making the transmitted light of the half mirror 13 parallel, a reference plate 15 for emitting a measurement wavefront to the DUT 16 and an emission side surface forming a reference wavefront, and a reference plate. An interference light formed by overlapping the parallel light reflected on the test surface of the DUT 16 with the parallel light reflected on the emission side surface of the reference plate 15, and the fringe scan electrostrictive element 19 supporting the reference 15. Camera 18 which obtains the transmitted light through the half mirror 13 and the imaging lens 17
And an image processing apparatus 20 that acquires the interference light acquired by the CCD camera 18 as an interference fringe image, finally determines the phase shift amount of the interference fringe, and obtains the data of the planar shape of the surface to be measured of the DUT 16. And an electrostrictive element driver 21 for driving the electrostrictive element 19 based on the phase shift amount determined by the image processing apparatus 20.

【0027】画像処理装置20は後述するメモリ30〜
37を備えている。このメモリ30〜37は別個のハー
ドウエアとして構成する必要はなく、例えば1つのハー
ドディスクにメモリ30〜37の役割を果たすファイル
を設けてもよい。尚、図5の位相シフト干渉計では、従
来技術として図1に示した変位制御装置10は使用して
いない。
The image processing apparatus 20 includes memories 30 to
37. The memories 30 to 37 do not need to be configured as separate hardware. For example, a file that plays the role of the memories 30 to 37 may be provided in one hard disk. In the phase shift interferometer of FIG. 5, the displacement control device 10 shown in FIG. 1 is not used as a conventional technique.

【0028】波長可変方式による干渉縞画像の位相シフ
ト方法の場合は、電歪素子用ドライバ21に代えて、光
源1のレーザ光の波長λを変化させる光源用ドライバが
光源11と画像処理装置20との間に接続される。
In the case of the phase shift method of the interference fringe image by the wavelength variable method, a light source driver for changing the wavelength λ of the laser light of the light source 1 is replaced by the light source 11 and the image processing device 20 instead of the electrostrictive element driver 21. Connected between

【0029】以下、図12及び図13を参照しながら本
発明の実施の形態に係る平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御方法を用いた被測定物の平面形状の算出
方法を説明する。
Hereinafter, a method of calculating the planar shape of an object to be measured using the optical phase control method of the phase shift interferometer for planar measurement according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. .

【0030】当該算出方法は、各々λ/4づつ位相がシ
フトした干渉縞画像、例えば、最初の画像を位相0°と
して、90°、180°の3つの位相の干渉縞画像を取
得し、これらに公知の位相接続処理及び変換処理を施す
ことにより平面形状を算出するものである。本実施の形
態においては、0°、180°、90°の順番で干渉縞
画像を取得する。
The calculation method obtains interference fringe images each having a phase shifted by λ / 4, for example, an interference fringe image having three phases of 90 ° and 180 ° with the first image having a phase of 0 °. Is subjected to known phase connection processing and conversion processing to calculate the planar shape. In the present embodiment, interference fringe images are acquired in the order of 0 °, 180 °, and 90 °.

【0031】図12及び図13は、位相シフト干渉法に
おける干渉縞画像の取得処理のフローチャートである。
本処理は、画像処理装置20によって実行される。
FIG. 12 and FIG. 13 are flowcharts of an interference fringe image acquisition process in the phase shift interferometry.
This processing is executed by the image processing device 20.

【0032】図12において、まず、位相0°で干渉縞
画像(以下、「第I画像」という)を1枚取得し、メモ
リ30に記憶する(ステップS1)。この第I画像を図
6に示す。
In FIG. 12, first, one interference fringe image (hereinafter, referred to as "I-th image") is acquired at a phase of 0 ° and stored in the memory 30 (step S1). This I-th image is shown in FIG.

【0033】次に、図6に示した第I画像における明る
い干渉縞に関し、その重心位置Aを算出し、この重心位
置Aの画面上の画素の座標をメモリ31に記憶する(ス
テップS2)。
Next, with respect to the bright interference fringes in the I-th image shown in FIG. 6, the position of the center of gravity A is calculated, and the coordinates of the pixel on the screen at the position of the center of gravity A are stored in the memory 31 (step S2).

【0034】以下、第I画像の明るい干渉縞の重心位置
Aの算出方法を具体的に説明する。
Hereinafter, a method of calculating the position A of the center of gravity of the bright interference fringes of the I-th image will be specifically described.

【0035】上記明るい干渉縞の重心位置Aは、図6の
干渉縞画像中の干渉縞が現れている領域に適切にマスク
処理と閾値処理とを施すことにより、図7に示すように
十字マークの位置として検出することができる。
The center of gravity A of the bright interference fringes is determined by appropriately performing a mask process and a threshold process on an area where the interference fringes appear in the interference fringe image shown in FIG. Can be detected.

【0036】図7の例では、干渉縞を観測する観測エリ
アの中に4箇所の重心位置A,B,C,Dが検出される
ので、この4つの重心位置を画面上の縦横の画素の情報
から画面内の順番を把握した上で一旦全てメモリに記憶
する。この際、観測エリアの周辺部では、一般に干渉縞
が一部分のみの不完全な縞として現れるので、この部分
で求めた重心位置は除外する。
In the example shown in FIG. 7, four barycentric positions A, B, C, and D are detected in the observation area for observing interference fringes. After grasping the order in the screen from the information, the information is temporarily stored in the memory. At this time, in the peripheral part of the observation area, the interference fringes generally appear as incomplete fringes of only a part, and thus the barycentric position obtained in this part is excluded.

【0037】そして、各重心位置の座標から、隣り合っ
た重心間の距離を各々求め、それらのうちの最大値を求
める。そして、この最大値を用いて、画像の中心から干
渉縞間距離の最大値を半径とする円を描いたときに、こ
の領域の中に入らない重心位置C,Dは無効なものとし
て除外し、この領域の中に入る有効な重心位置A,Bだ
けを抽出する。
Then, from the coordinates of each position of the center of gravity, the distance between adjacent centers of gravity is obtained, and the maximum value is obtained. Then, when a circle having the radius of the maximum value of the distance between the interference fringes from the center of the image is drawn using this maximum value, the centroid positions C and D that do not fall within this area are excluded as invalid. , Extract only the effective barycentric positions A and B that fall within this area.

【0038】この後の位相制御のプロセスで必要となる
干渉縞の重心位置は、1つであるので、有効となる範囲
の円内の重心位置A,Bのうち、任意の1点(ここでは
重心位置A)についてのみ画像上の画素の座標値をメモ
リ31上に残し、その他を消去する。
Since the position of the center of gravity of the interference fringes required in the subsequent phase control process is one, any one of the positions of the centers of gravity A and B in the effective range circle (here, the center of gravity) Only for the barycenter position A), the coordinate values of the pixels on the image are left in the memory 31 and the others are deleted.

【0039】図12に戻り、ステップS3で、位相を縞
間隔の20分の1程度微小シフトする。具体的には、位
相シフト量を0°から180°程度までおおよそ位相を
変化させるのに必要な電歪素子用ドライバ21への指令
値を予め求めておき、この指令値に適当な係数(10分
の1程度)を掛けた値を実指令値としてこれを電歪素子
用ドライバ21へ入力する。
Returning to FIG. 12, in step S3, the phase is slightly shifted by about 1/20 of the fringe interval. Specifically, a command value to the electrostrictive element driver 21 necessary for approximately changing the phase shift amount from about 0 ° to about 180 ° to the electrostrictive element driver 21 is obtained in advance, and an appropriate coefficient (10 This value is input to the electrostrictive element driver 21 as an actual command value.

【0040】次いで、第I画像よりも位相が微小シフト
した干渉縞画像(以下、「第IIA画像」という)を取得
し、この第IIA画像を上述した第I画像とは別のメモリ
32に記憶し(ステップS4)、第IIA画像における明
るい干渉縞の重心位置Bを算出し、その重心位置Bの画
面上の画素の座標をメモリ33に記憶する(ステップS
5)。
Next, an interference fringe image whose phase is slightly shifted from that of the I-th image (hereinafter referred to as “IIA image”) is obtained, and this IIA image is stored in a memory 32 different from the above-mentioned I-th image. Then, the center of gravity B of the bright interference fringe in the IIA image is calculated, and the coordinates of the pixel on the screen at the center of gravity B are stored in the memory 33 (step S4).
5).

【0041】以下、第IIA画像における明るい干渉縞の
重心位置Bの算出方法を具体的に説明する。
Hereinafter, a method of calculating the position B of the center of the bright interference fringes in the IIA image will be specifically described.

【0042】図8は、第IIA画像と、第I画像とにおけ
る干渉縞の位置関係を模式的に示す。これら干渉縞の1
回の移動量は、本実施の形態では縞間隔の20分の1程
度と小さいので、第I画像における干渉縞の重心座標A
に対し、第IIA画像の中で最も距離の接近した干渉縞の
重心位置Bを選択することで、着目している干渉縞の重
心の移動を補足することができる。この新たな重心位置
Bの座標は、さらに着目している干渉縞の次の移動を補
足するために必要となる。
FIG. 8 schematically shows the positional relationship between interference fringes in the IIA image and the Ith image. One of these interference fringes
In this embodiment, the amount of movement of each time is as small as about 1/20 of the fringe interval.
On the other hand, by selecting the center of gravity B of the closest interference fringe in the IIA image, it is possible to supplement the movement of the center of gravity of the focused interference fringe. The coordinates of the new center-of-gravity position B are required to supplement the next movement of the focused interference fringe.

【0043】再び図12に戻り、第I画像及び第IIA画
像の画像全体において、各々対応する画素同士の明るさ
強度の和をとり、これらの値の最大値と最小値の差分を
求め、この差分値Xnをメモリ34に記憶する(ステッ
プS6)。
Referring again to FIG. 12, the sum of the brightness intensities of the corresponding pixels in the entire image of the I-th image and the II-th image is obtained, and the difference between the maximum value and the minimum value of these values is obtained. The difference value Xn is stored in the memory 34 (Step S6).

【0044】次いで、再び画像処理装置20は指令値を
電歪素子用ドライバ21へ入力して位相を微小シフトし
(ステップS7)、第IIA画像よりも少し縞の位置のず
れた干渉縞画像(以下、「第IIIA画像」という)を取
得して、この第IIIA画像を上述したメモリ32に上書
きする(ステップS8)。そして、上記重心位置Bに最
も接近している第IIIA画像における1つの干渉縞の重
心位置Cを算出し、該重心位置Cの座標をメモリ33に
上書きする(ステップS9)。
Next, the image processing apparatus 20 again inputs the command value to the electrostrictive element driver 21 and slightly shifts the phase (step S7), and the interference fringe image (FIG. 2B) is slightly shifted from the IIA image. Hereinafter, the “IIIA image” is acquired, and this IIIA image is overwritten on the memory 32 (step S8). Then, the center of gravity C of one interference fringe in the IIIA image closest to the center of gravity B is calculated, and the coordinates of the center of gravity C are overwritten in the memory 33 (step S9).

【0045】次いで、第I画像及び第IIIA画像の画像
全体において、各々対応する画素同士の明るさ強度の和
をとり、これらの値の最大値と最小値の差分を求め、こ
の差分値Xn+1を上記差分値Xnとは別のメモリ35
に記憶する(ステップS10)。
Next, in the entire image of the I-th image and the III-A image, the sum of the brightness intensities of the corresponding pixels is calculated, the difference between the maximum value and the minimum value of these values is obtained, and this difference value Xn + 1 is calculated. A memory 35 different from the difference value Xn
(Step S10).

【0046】続くステップS11では、差分値Xn+1
が予め定めた収束値Zよりも小さいか否かを判別する。
ステップS11の判別の結果、差分値Xn+1が予め定
めた収束値Zよりも大きい場合には、差分値Xn+1が
ステップS6でメモリ34に記憶された差分値Xnより
小さいか否かを判別する(ステップS12)。
In the following step S11, the difference value Xn + 1
Is smaller than a predetermined convergence value Z.
If the result of the determination in step S11 is that the difference value Xn + 1 is larger than the predetermined convergence value Z, it is determined whether or not the difference value Xn + 1 is smaller than the difference value Xn stored in the memory 34 in step S6 (step S6). S12).

【0047】ステップS12の判別の結果、差分値Xn
+1が差分値Xnより小さい場合には、差分値Xn+1
を差分値Xnとしてメモリ34に上書きし(ステップS
13)、ステップS7〜ステップS12の処理を繰り返
す一方、差分値Xn+1が差分値Xnより大きい場合に
は、電歪素子19の移動量を減少し(即ち位相シフト量
を減少し)、更に移動方向を反転させた上で(ステップ
S14)、ステップS7〜ステップS12の処理を繰り
返す。
As a result of the determination in step S12, the difference value Xn
If +1 is smaller than the difference value Xn, the difference value Xn + 1
Is overwritten as the difference value Xn in the memory 34 (step S
13) While repeating the processing of steps S7 to S12, when the difference value Xn + 1 is larger than the difference value Xn, the moving amount of the electrostrictive element 19 is reduced (that is, the phase shift amount is reduced), and the moving direction is further reduced. Is reversed (step S14), and the processing of steps S7 to S12 is repeated.

【0048】上記ステップS11の判別の結果、差分値
Xn+1が予め定めた収束値Zよりも小さい場合には、
現在メモリ32に記憶されている画像を位相を180°
ずらしたときの干渉縞画像(以下「第III画像」とい
う)としてメモリ36に記憶する(ステップS15)。
If the difference value Xn + 1 is smaller than the predetermined convergence value Z as a result of the determination in step S11,
The phase of the image currently stored in the memory 32 is set to 180 °
The image is stored in the memory 36 as an interference fringe image (hereinafter, referred to as a “third image”) when the image is shifted (step S15).

【0049】このように、上記ステップS1〜14の処
理により、容易でしかも高精度に位相を180°ずらし
たときの位置を求めることができる。
As described above, the position at the time when the phase is shifted by 180 ° can be obtained easily and with high accuracy by the processing of steps S1 to S14.

【0050】以下、その理由を具体的に説明する。The reason will be specifically described below.

【0051】図8のように干渉縞が縦方向に現れている
場合に、例えば、干渉縞画像の上下方向の中間位置の水
平方向の画素列(図8において中央部に水平に引かれた
線分上)における明るさ強度分布について着目すると、
第I画像と、第IIA画像と、これらの和の夫々の明るさ
強度は図9のようになる。図10(A)〜(E)は、こ
れらの明るさ強度に関して、位相を0°から180°ま
で45°ずつずらしたものを示す。
When the interference fringes appear in the vertical direction as shown in FIG. 8, for example, a horizontal pixel row at a middle position in the vertical direction of the interference fringe image (a line drawn horizontally at the center in FIG. 8) Focusing on the brightness intensity distribution in
The brightness intensities of the I-th image, the II-A image, and the sum of these are as shown in FIG. FIGS. 10A to 10E show the brightness intensities shifted from 0 ° to 180 ° by 45 ° from each other.

【0052】図10(A)〜(E)に示すように、第I
画像及び第IIA画像について、それぞれ対応する画像上
の画素同士の明るさ強度の値の和を求め、この求められ
た値の画面全体における最大値と最小値の差が最小にな
る位置を探す。実際には、画像のノイズ等の影響がある
ので最大値と最小値の差が最小になる位置を探すのが有
効である。この際、孤立点ノイズ等はフィルタリングで
除去しておく必要がある。
As shown in FIGS. 10A to 10E, the I-th
For the image and the IIA image, the sum of the values of the brightness intensities of the pixels on the corresponding images is calculated, and a position where the difference between the maximum value and the minimum value of the obtained value in the entire screen is minimized is searched. Actually, it is effective to find a position where the difference between the maximum value and the minimum value is minimized because of the influence of image noise and the like. At this time, it is necessary to remove isolated point noise and the like by filtering.

【0053】尚、第I画像及び第IIA画像について、そ
れぞれ対応する画像上の画素同士の明るさ強度の値の差
を求め、この求められた値の画面全体における最大値と
最小値の差が最大になる位置を探すことによっても、位
相を180°ずらしたときの位置を求めることができ
る。
For the I-th image and the IIA-th image, the difference between the brightness intensities of the pixels on the corresponding images is calculated, and the difference between the maximum value and the minimum value of the obtained value in the entire screen is calculated. The position when the phase is shifted by 180 ° can also be obtained by searching for the position where the phase becomes maximum.

【0054】再び図12に戻り、ステップS1で求めら
れた第I画像及びステップS15で求められた第III画
像の干渉縞の重心位置の中間位置を求める(ステップS
16)。
Returning to FIG. 12, the intermediate position of the center of gravity of the interference fringes of the I-th image obtained in step S1 and the III-th image obtained in step S15 is obtained (step S1).
16).

【0055】以下、図11を参照しながら当該中間位置
を求める方法を説明する。図11は、第I画像及び第II
I画像について干渉縞と該干渉縞の重心位置の関係を模
式的に示す。
Hereinafter, a method of obtaining the intermediate position will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows the images I and II.
4 schematically shows the relationship between interference fringes and the center of gravity of the interference fringes for an I image.

【0056】図11に示すように、位相0°の第I画像
と位相180°の第III画像より、夫々の干渉縞の重心
位置が求められているから、求めるべき位相90°の第
II画像における干渉縞の重心位置は、上述の2つの重心
位置のちょうど中間位置になる。つまり、この中間位置
は、位相0°のときの電歪素子用ドライバ21の出力
と、位相180°のときの電歪素子用ドライバ21の出
力との平均値を該電歪素子用ドライバ21より出力させ
ることで、簡易的に求めることができる。
As shown in FIG. 11, since the center of gravity of each interference fringe is obtained from the I-th image having a phase of 0 ° and the III-th image having a phase of 180 °, the first image having a phase of 90 ° to be obtained is obtained.
The position of the center of gravity of the interference fringes in the II image is exactly the middle position between the two positions of the center of gravity described above. That is, this intermediate position is obtained by calculating the average value of the output of the electrostrictive element driver 21 at the phase of 0 ° and the output of the electrostrictive element driver 21 at the phase of 180 °. The output can be easily obtained.

【0057】ここで、求められた中間位置に対応する画
像が90°位相の干渉縞画像なので、この干渉縞画像を
第II画像としてメモリ37に記憶し(ステップS1
7)、上記処理で得られた夫々90°ずつの位相差を持
つ3枚の干渉縞画像に対して、一般的な干渉計における
平面形状解析の手法に基づいて平面解析を行うことで被
検面の平面形状のデータを取得する(ステップS1
8)。
Here, since the image corresponding to the obtained intermediate position is an interference fringe image having a 90 ° phase, this interference fringe image is stored in the memory 37 as the II image (step S1).
7) The test is performed by performing a plane analysis on the three interference fringe images obtained in the above processing, each having a phase difference of 90 °, based on a plane shape analysis method using a general interferometer. The data of the plane shape of the surface is acquired (Step S1)
8).

【0058】上述したように、本実施の形態によれば、
位相0°における干渉縞画像(第I画像)及び第I画像
の位相をずらした干渉縞画像(第IIA画像)の画素同士
の明るさ強度の和の最大値と最小値の差分値が最小にな
る位相を求めることにより、位相0°及び180°にお
ける干渉縞画像を取得し、これらの干渉縞画像の干渉縞
の重心位置の中間位置を求めることにより、位相90°
における干渉縞画像を取得し、これら3枚の干渉縞画像
に基づいて平面解析を行い、測定物16の平面形状を得
るので参照板15を駆動する電歪素子19に従来のよう
に変位制御装置を付加しなくても、高精度な位相シフト
を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment,
The difference value between the maximum value and the minimum value of the sum of the brightness intensities of the pixels of the interference fringe image (I-th image) and the interference fringe image (IIA image) in which the phase of the I-th image is shifted at the phase of 0 ° is minimized. By obtaining an interference fringe image at a phase of 0 ° and 180 °, and obtaining an intermediate position of the center of gravity of the interference fringes of these interference fringe images, a phase of 90 ° is obtained.
, And a plane analysis is performed on the basis of these three interference fringe images to obtain a planar shape of the measured object 16. , It is possible to perform a highly accurate phase shift.

【0059】また、常時、干渉縞の状態から位相シフト
量を検出するため、長時間連続して測定を行っても、レ
ーザ光源11の波長のみを安定化しておくことで、電歪
素子19やシフト量検出のための変位計のドリフトの影
響を受けず、高精度な位相シフトを行うことができる。
Further, since the phase shift amount is always detected from the state of the interference fringes, even if the measurement is continuously performed for a long time, only the wavelength of the laser light source 11 is stabilized, so that the electrostrictive element 19 and the A highly accurate phase shift can be performed without being affected by the drift of the displacement meter for detecting the shift amount.

【0060】さらに、干渉縞の移動や本数のカウントに
干渉縞の重心位置を用いているので、検査ライン等の自
動化に非常に有利である。
Further, since the position of the center of gravity of the interference fringes is used for moving the interference fringes and counting the number of the interference fringes, it is very advantageous for automation of inspection lines and the like.

【0061】尚、上述したステップS12では、差分値
Xn+1が予め定めた収束値Zよりも小さい場合に、現
在メモリ32に記憶されている画像を第III画像として
メモリ36に記憶したが、上述したステップS11の判
別を所定回数行ったときにメモリ32に記憶されている
画像を第III画像としてメモリ36に記憶してもよい。
In the above step S12, when the difference value Xn + 1 is smaller than the predetermined convergence value Z, the image currently stored in the memory 32 is stored in the memory 36 as the third image. The image stored in the memory 32 when the determination in step S11 has been performed a predetermined number of times may be stored in the memory 36 as the third image.

【0062】また、本実施の形態では、180°位相差
を得るために、2つの画像の和又は差を算出する場合に
夫々全画素について行うように述べたが、計算時間が問
題になる場合には、計算時間は画素数に比例的であるの
で、画素数を減らすことで、容易に計算速度を向上する
ことができる。例えば、対角線や放射状、或いは格子状
に計算に関与する画素を選択することで、干渉縞の方向
に依存せず計算速度を上げることができる。
Further, in the present embodiment, in order to obtain a 180 ° phase difference, the sum or difference of two images is calculated for all pixels. Since the calculation time is proportional to the number of pixels, the calculation speed can be easily improved by reducing the number of pixels. For example, by selecting pixels involved in the calculation in a diagonal, radial, or grid shape, the calculation speed can be increased independently of the direction of the interference fringes.

【0063】また、本実施の形態では、位相0°, 90
°,180°の3枚の画像を使用したが、これは3枚に
限るものではなく、3枚以上の画像を使用してもよい。
Further, in the present embodiment, the phase 0 °, 90 °
Although three images of 180 ° and 180 ° are used, the number of images is not limited to three, and three or more images may be used.

【0064】さらに、上述した一連の処理において、干
渉縞の重心位置の検出は、近年の画像入力のためのハー
ドウェアでは、ハードウェア上に組込まれている機能で
あるので、特に追加する機能ではなく、かつ、算出速度
も殆どリアルタイムで検出することができる。また、干
渉縞の重心位置の検出が可能であることから、その数を
カウントすることで、おおよその干渉縞数を把握するこ
とができるので、一連の位相シフトを開始する前に、適
宜、電歪素子19を制御し、計測に適した干渉縞の本数
になるように参照板5の姿勢を制御することは、容易に
行うことができる。
Further, in the above-described series of processing, detection of the center of gravity of interference fringes is a function built into hardware in recent hardware for image input. In addition, the calculation speed can be detected almost in real time. Also, since the position of the center of gravity of the interference fringes can be detected, by counting the number, the approximate number of interference fringes can be ascertained. It is easy to control the distortion element 19 and control the attitude of the reference plate 5 so that the number of interference fringes suitable for measurement is obtained.

【0065】また、干渉縞の移動を干渉縞を形状として
捉えるのではなく、画像全域において、画素毎の明るさ
強度から検出するため、干渉縞の方向性や多少の曲率が
あっても干渉縞の位相シフト量を正確に検出することが
できる。但し、被検面が強度の球面で、干渉縞が同心円
を描く場合には、予め電歪素子19を制御し、干渉縞の
重心位置がほぼ直線状に並ぶように、参照板15の姿勢
を変えておくことにより、本発明を適用することができ
る。
Further, since the movement of the interference fringes is detected not from the shape of the interference fringes but from the brightness intensity of each pixel in the entire image, even if the interference fringes have a directionality or a slight curvature, the interference fringes are detected. Can be accurately detected. However, when the test surface is a spherical surface of high intensity and the interference fringes draw concentric circles, the electrostrictive element 19 is controlled in advance, and the posture of the reference plate 15 is adjusted so that the center of gravity of the interference fringes is arranged substantially linearly. By changing it, the present invention can be applied.

【0066】また、本実施の形態では、位相シフト干渉
法における干渉縞画像の取得処理について説明したが、
この処理をプログラムにして記憶媒体に書き込み、公知
の装置で該記憶媒体から上記プログラムを読み出して実
行しても、上述した処理は実行できる。また、記憶媒体
は、フロッピーディスク、ハードディスク、CD−RO
M、MO等の様々なものが考えられるが、特定のものに
限定する必要はなく、上記プログラムを記憶できるもの
であればよい。
In the present embodiment, the process of acquiring an interference fringe image in the phase shift interferometry has been described.
Even if this process is written as a program in a storage medium, and the program is read from the storage medium and executed by a known device, the above-described process can be executed. The storage medium is a floppy disk, hard disk, CD-RO
Although various types such as M and MO are conceivable, it is not necessary to limit to a specific type, and any type can be used as long as the program can be stored.

【0067】尚、本発明は、波長可変方式による干渉縞
画像の位相シフト法にも適用することができる。
The present invention can be applied to a phase shift method of an interference fringe image by a wavelength variable method.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項1の
平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相制御装置によ
れば、画像演算処理手段が干渉縞の位置変化情報から光
学的位相シフト量を検出し、該光学的位相シフト量が所
定の光学的位相シフト量になるように位相シフト手段を
制御するので、従来からある画像演算処理手段を使用
し、特別な装置を利用しないで高精度な位相シフトを行
うことができる。
As described above in detail, according to the optical phase control device of the phase shift interferometer for plane measurement according to the first aspect, the image arithmetic processing means uses the optical phase shift information based on the position change information of the interference fringes. The amount of the phase shift is detected and the phase shift means is controlled so that the amount of the optical phase shift becomes a predetermined amount of the optical phase shift. An accurate phase shift can be performed.

【0069】請求項2の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置によれば、画像演算処理手段は、干
渉縞の所定の部分のみの情報から光学的位相シフト量を
検出するので、干渉縞の方向性や多少の曲率があっても
干渉縞の位相シフト量を正確に検出することができる。
According to the optical phase control device of the phase shift interferometer for plane measurement according to the second aspect, the image arithmetic processing means detects the optical phase shift amount from information of only a predetermined portion of the interference fringe. The phase shift amount of the interference fringes can be accurately detected even if the direction of the interference fringes and some curvature are present.

【0070】請求項3の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置によれば、画像演算処理手段は、干
渉縞の第1画像及び第1画像の干渉縞の位相をシフトさ
せた第2画像の明るさ強度の和又は差の最大値と最小値
との差分が、所定の許容範囲内に収まるまで位相シフト
手段の制御を継続するので、第1画像の干渉縞の位相を
正確に180°シフトした干渉縞の画像を得ることがで
きる。
According to the optical phase control apparatus of the phase shift interferometer for plane measurement of the third aspect, the image arithmetic processing means is configured to shift the phase of the first image of the interference fringes and the phase of the interference fringes of the first image. Since the control of the phase shift means is continued until the difference between the maximum value and the minimum value of the sum or difference of the brightness intensities of the two images falls within a predetermined allowable range, the phase of the interference fringes of the first image can be accurately determined. An image of interference fringes shifted by 180 ° can be obtained.

【0071】請求項4の光学的位相制御方式によれば、
画像演算処理手段は、干渉縞の位相が0°及び180°
のときの位相シフト手段の制御量に基づいて干渉縞の位
相が90°のときの位相シフト手段の制御量を算出する
ので、容易に干渉縞の位相が90°のときの位相シフト
手段の制御量を算出することができる。
According to the optical phase control system of the fourth aspect,
The image calculation processing means may determine that the phase of the interference fringes is
Since the control amount of the phase shift means when the phase of the interference fringe is 90 ° is calculated based on the control amount of the phase shift means at the time of, the control of the phase shift means when the phase of the interference fringe is 90 ° is easily performed. The amount can be calculated.

【0072】請求項6の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置、請求項8の平面計測用位相シフト
干渉計の光学的位相制御方法、及び請求項9の平面計測
用位相シフト干渉計の光学的位相制御プログラムを格納
した記憶媒体によれば、取得された干渉縞画像の数に基
づいて最終取得目的の位相シフト量が算出されると共に
シフトされた干渉縞の位相シフト量が検出され、さらに
該検出された位相シフト量が最終取得目的の位相シフト
量になるように制御されるので、特別な装置を利用しな
いで高精度な位相シフトを行うことができる。
An optical phase control apparatus for a phase shift interferometer for plane measurement according to claim 6, an optical phase control method for a phase shift interferometer for plane measurement according to claim 8, and a phase shift interference for plane measurement according to claim 9. According to the storage medium storing the optical phase control program of the meter, the phase shift amount of the final acquisition purpose is calculated based on the number of acquired interference fringe images, and the phase shift amount of the shifted interference fringe is detected. Further, since the detected phase shift amount is controlled to be the phase shift amount intended for the final acquisition, highly accurate phase shift can be performed without using a special device.

【0073】請求項7の平面計測用位相シフト干渉計の
光学的位相制御装置によれば、画像処理手段は、干渉縞
画像取得手段が基準の位相で取得した第1干渉縞画像
と、位相シフト手段が当該基準の位相からシフトした後
に干渉縞画像取得手段が取得した第2干渉縞画像との明
るさ強度の和又は差の最大値と最小値との差分が、所定
の許容範囲内に収まるまで位相シフト手段の制御を継続
するので、第1干渉縞画像の干渉縞の位相を正確に18
0°シフトした干渉縞画像を得ることができる。
According to the optical phase control device of the phase shift interferometer for plane measurement according to claim 7, the image processing means comprises: a first interference fringe image acquired by the interference fringe image acquiring means at the reference phase; The difference between the maximum value and the minimum value of the sum or difference of the brightness intensities with the second interference fringe image acquired by the interference fringe image acquiring means after the means shifts from the reference phase falls within a predetermined allowable range. Since the control of the phase shift means is continued until the phase of the interference fringes of the first interference fringe image
An interference fringe image shifted by 0 ° can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の位相シフトフィゾー干渉計の光学系部分
の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system portion of a conventional phase shift Fizeau interferometer.

【図2】位相を変化させた3枚の干渉縞画像の図であ
る。
FIG. 2 is a diagram of three interference fringe images with changed phases.

【図3】図2の干渉縞画像の一部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a part of the interference fringe image of FIG. 2;

【図4】各干渉縞における位相変化誤差に起因する形状
演算誤差を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a shape calculation error caused by a phase change error in each interference fringe.

【図5】本発明の実施の形態に係る位相シフトフィゾー
干渉計の光学系部分の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical system portion of the phase shift Fizeau interferometer according to the embodiment of the present invention.

【図6】干渉縞画像の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an interference fringe image.

【図7】マスク処理と閾値処理とを施し、干渉縞の重心
位置を求めた干渉縞画像の一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an interference fringe image obtained by performing a mask process and a threshold process to determine a barycentric position of the interference fringes.

【図8】第I画像と第IIA画像とにおける干渉縞の位置
関係を模式的に示した図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a positional relationship between interference fringes in an I-th image and a II-A image.

【図9】第I画像と、第IIA画像と、これらの和の夫々
の明るさ強度を示した図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an I-th image, a IIA image, and the brightness intensity of each of the sum thereof.

【図10】図9に示した明るさ強度を更に0°から18
0°まで、45°おきに算出した図である。
FIG. 10 further increases the brightness intensity shown in FIG.
It is a figure calculated every 45 degrees up to 0 degree.

【図11】第I画像及び第III画像における干渉縞と該
干渉縞の重心位置の関係を模式的に示した図である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a relationship between interference fringes in the I-th image and the III-th image and the position of the center of gravity of the interference fringes.

【図12】被検面の平面形状を検出するプログラムを示
すフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a program for detecting a planar shape of a test surface.

【図13】被検面の平面形状を検出するプログラムを示
すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing a program for detecting a planar shape of a surface to be measured.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 レーザ光源 12 レンズ 13 ハーフミラー 14 コリメートレンズ 15 参照板 16 被測定物 17 結像レンズ 18 CCDカメラ 19 フリンジスキャン用電歪素子 20 画像処理装置 21 電歪素子用ドライバ REFERENCE SIGNS LIST 11 laser light source 12 lens 13 half mirror 14 collimating lens 15 reference plate 16 DUT 17 imaging lens 18 CCD camera 19 fringe scan electrostrictive element 20 image processing device 21 electrostrictive element driver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F064 AA15 DD02 EE05 FF02 GG00 GG22 GG53 HH03 HH08 JJ01 JJ06 JJ12 2F065 AA54 BB02 DD03 FF51 GG06 GG21 HH13 JJ03 JJ26 LL00 LL12 MM03 NN08 QQ13 QQ24 QQ29 QQ51  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 干渉縞を形成する干渉計と、前記干渉縞
を画像として記憶する撮像記憶手段と、前記撮像記憶手
段により記憶された干渉縞の画像処理を行う画像演算処
理手段と、前記干渉縞の位相をシフトする位相シフト手
段とを有する平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相
制御装置において、 前記画像演算処理手段が前記干渉縞の位置変化情報から
光学的位相シフト量を検出し、該光学的位相シフト量が
所定の光学的位相シフト量になるように前記位相シフト
手段を制御することを特徴とする平面計測用位相シフト
干渉計の光学的位相制御装置。
1. An interferometer for forming an interference fringe, an imaging storage unit for storing the interference fringe as an image, an image processing unit for performing image processing of the interference fringe stored by the imaging storage unit, An optical phase control device for a plane measurement phase shift interferometer having a phase shift means for shifting the phase of the fringes, wherein the image arithmetic processing means detects an optical phase shift amount from position change information of the interference fringes, An optical phase control apparatus for a plane-measuring phase shift interferometer, wherein the phase shift means is controlled so that the optical phase shift amount becomes a predetermined optical phase shift amount.
【請求項2】 前記画像演算処理手段は、前記干渉縞の
所定の部分のみの情報から前記光学的位相シフト量を検
出することを特徴とする請求項1記載の平面計測用位相
シフト干渉計の光学的位相制御装置。
2. The phase shift interferometer for plane measurement according to claim 1, wherein said image calculation processing means detects said optical phase shift amount from information of only a predetermined portion of said interference fringes. Optical phase controller.
【請求項3】 前記画像演算処理手段は、前記干渉縞の
第1画像及び前記第1画像の干渉縞の位相をシフトさせ
た第2画像の明るさ強度の和又は差の最大値と最小値と
の差分が、所定の許容範囲内に収まるまで前記位相シフ
ト手段の制御を継続することを特徴とする請求項1又は
2項記載の平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相制
御装置。
3. The image processing unit according to claim 1, wherein the first image of the interference fringes and the sum or difference of the brightness intensities of the second images obtained by shifting the phase of the interference fringes of the first image are minimum and maximum values. 3. The optical phase control device for a phase shift interferometer for plane measurement according to claim 1, wherein the control of the phase shift means is continued until the difference between the phase shift and the difference falls within a predetermined allowable range.
【請求項4】 前記画像演算処理手段は、前記干渉縞の
位相が0°及び180°のときの前記位相シフト手段の
制御量に基づいて前記干渉縞の位相が90°のときの前
記位相シフト手段の制御量を算出することを特徴とする
請求項1乃至3のいずれか1項記載の平面計測用位相シ
フト干渉計の光学的位相制御装置。
4. The image processing unit according to claim 1, wherein the phase shift when the phase of the interference fringe is 90 ° is based on the control amount of the phase shift unit when the phase of the interference fringe is 0 ° and 180 °. 4. The optical phase control device for a phase shift interferometer for planar measurement according to claim 1, wherein a control amount of the means is calculated.
【請求項5】 前記画像演算処理手段は、前記干渉縞の
位相が0°及び180°のときの前記位相シフト手段の
制御量の平均値に基づいて前記干渉縞の位相が90°に
なるように前記位相シフト手段の制御をすることを特徴
とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の平面計測用
位相シフト干渉計の光学的位相制御装置。
5. The image processing unit according to claim 1, wherein the phase of the interference fringe is 90 ° based on the average value of the control amount of the phase shift unit when the phase of the interference fringe is 0 ° and 180 °. 4. The optical phase control device of a phase shift interferometer for plane measurement according to claim 1, wherein the phase shift means is controlled.
【請求項6】 平面計測用位相シフト干渉計によって形
成された干渉縞を干渉縞画像として取得する干渉縞画像
取得手段と、前記干渉縞画像取得手段により取得された
干渉縞画像の画像処理を行う画像処理手段と、前記干渉
縞の位相を基準の位相からシフトする位相シフト手段と
を備え、前記干渉縞画像取得手段は前記位相シフト手段
によりシフトされた前記干渉縞の位相に対応して少なく
とも3つの干渉縞画像を取得する前記平面計測用位相シ
フト干渉計の光学的位相制御装置において、 前記画像処理手段が、前記干渉縞画像取得手段により取
得された干渉縞画像の数に基づいて最終取得目的の位相
シフト量を算出すると共に前記位相シフト手段でシフト
した前記干渉縞の位相シフト量を検出し、さらに該検出
された位相シフト量が前記最終取得目的の位相シフト量
になるように前記位相シフト手段を制御することを特徴
とする平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相制御装
置。
6. An interference fringe image acquiring means for acquiring an interference fringe formed by a plane measurement phase shift interferometer as an interference fringe image, and performing image processing of the interference fringe image acquired by the interference fringe image acquiring means. Image processing means; and phase shifting means for shifting the phase of the interference fringes from a reference phase, wherein the interference fringe image acquiring means has at least three phases corresponding to the phase of the interference fringes shifted by the phase shifting means. In the optical phase control device of the plane shift phase shift interferometer for acquiring two interference fringe images, the image processing unit may be configured to obtain a final acquisition object based on the number of interference fringe images acquired by the interference fringe image acquisition unit. And the phase shift amount of the interference fringes shifted by the phase shift means is detected, and the detected phase shift amount is calculated by the phase shift amount. Optical phase control unit for a planar measuring phase shift interferometry, characterized in that for controlling the phase shift unit so that the phase shift amount acquisition purposes.
【請求項7】 前記画像処理手段は、前記干渉縞画像取
得手段が前記基準の位相で取得した第1干渉縞画像と、
前記位相シフト手段が前記基準の位相からシフトした後
に前記干渉縞画像取得手段が取得した第2干渉縞画像と
の明るさ強度の和又は差の最大値と最小値との差分が、
所定の許容範囲内に収まるまで前記位相シフト手段の制
御を継続することを特徴とする請求項6項記載の平面計
測用位相シフト干渉計の光学的位相制御装置。
7. The image processing unit includes: a first interference fringe image acquired by the interference fringe image acquiring unit at the reference phase;
The difference between the maximum value and the minimum value of the sum or difference of the brightness intensities with the second interference fringe image obtained by the interference fringe image obtaining unit after the phase shift unit has shifted from the reference phase,
7. The optical phase control device for a phase shift interferometer for planar measurement according to claim 6, wherein the control of the phase shift means is continued until the control value falls within a predetermined allowable range.
【請求項8】 平面計測用位相シフト干渉計によって形
成された干渉縞を干渉縞画像として取得する干渉縞画像
取得工程と、前記干渉縞画像取得工程で取得された干渉
縞画像の画像処理を行う画像処理工程と、前記干渉縞の
位相を基準の位相からシフトする位相シフト工程とを含
み、前記干渉縞画像取得工程で、前記位相シフト工程に
よりシフトされた前記干渉縞の位相に対応して少なくと
も3つの干渉縞画像を取得する前記平面計測用位相シフ
ト干渉計の光学的位相制御方法において、 前記画像処理工程で、前記干渉縞画像取得工程で取得さ
れた干渉縞画像の数に基づいて最終取得目的の位相シフ
ト量を算出すると共に前記位相シフト工程でシフトした
前記干渉縞の位相シフト量を検出し、さらに該検出され
た位相シフト量が前記最終取得目的の位相シフト量にな
るように前記位相シフト工程を制御することを特徴とす
る平面計測用位相シフト干渉計の光学的位相制御方法。
8. An interference fringe image acquiring step of acquiring an interference fringe formed by the plane measurement phase shift interferometer as an interference fringe image, and performing image processing of the interference fringe image acquired in the interference fringe image acquiring step. An image processing step, including a phase shift step of shifting the phase of the interference fringes from a reference phase, in the interference fringe image obtaining step, at least corresponding to the phase of the interference fringes shifted by the phase shift step In the optical phase control method for a plane-shifting phase shift interferometer for acquiring three interference fringe images, the image processing step includes: obtaining a final image based on the number of interference fringe images acquired in the interference fringe image acquiring step. Calculating a target phase shift amount and detecting a phase shift amount of the interference fringes shifted in the phase shifting step, and further detecting the detected phase shift amount in the final acquisition Optical phase control method of a flat measuring phase shift interferometry, characterized in that for controlling the phase shift process so that the phase shift amount of the target.
【請求項9】 平面計測用位相シフト干渉計の光学的位
相制御プログラムを格納した記憶媒体であって、 前記プログラムは、平面計測用位相シフト干渉計によっ
て形成された干渉縞を干渉縞画像として取得する干渉縞
画像取得モジュールと、前記干渉縞画像取得モジュール
により取得された干渉縞画像の画像処理を行う画像処理
モジュールと、前記干渉縞の位相を基準の位相からシフ
トする位相シフトモジュールとを備え、 前記干渉縞画像取得モジュールは前記位相シフトモジュ
ールによりシフトされた前記干渉縞の位相に対応して少
なくとも3つの干渉縞画像を取得し、前記画像処理モジ
ュールは、前記干渉縞画像取得モジュールにより取得さ
れた干渉縞画像の数に基づいて最終取得目的の位相シフ
ト量を算出すると共に前記位相シフトモジュールでシフ
トした前記干渉縞の位相シフト量を検出し、さらに該検
出された位相シフト量が前記最終取得目的の位相シフト
量になるように前記位相シフトモジュールを制御するこ
とを特徴とする記憶媒体。
9. A storage medium storing an optical phase control program for a plane measurement phase shift interferometer, wherein the program acquires an interference fringe formed by the plane measurement phase shift interferometer as an interference fringe image. Interference fringe image acquisition module, an image processing module that performs image processing of the interference fringe image acquired by the interference fringe image acquisition module, and a phase shift module that shifts the phase of the interference fringe from a reference phase, The interference fringe image obtaining module obtains at least three interference fringe images corresponding to the phase of the interference fringes shifted by the phase shift module, and the image processing module is obtained by the interference fringe image obtaining module. Based on the number of interference fringe images, the phase shift amount for the final acquisition purpose is calculated and the phase shift mode is calculated. A storage medium for detecting a phase shift amount of the interference fringes shifted by a module, and further controlling the phase shift module so that the detected phase shift amount becomes the phase shift amount of the final acquisition purpose. .
JP36073399A 1999-12-20 1999-12-20 Optical phase controller for phase shift interferometer for plane measurement and optical phase control method for the same, and storage medium with optical phase control program Withdrawn JP2001174213A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100434866B1 (en) * 2001-11-28 2004-06-07 (주) 인텍플러스 Phase shifting actuator for Fizeau interferometry
US7443516B2 (en) 2005-02-18 2008-10-28 Fujitsu Limited Optical-distortion correcting apparatus and optical-distortion correcting method

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