JP2005331349A - Dynamic shape-measuring device, measuring method, and measurement error correction method - Google Patents

Dynamic shape-measuring device, measuring method, and measurement error correction method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dynamic shape-measuring device and a method capable of making the measurement accuracy of a polygon mirror stabilized. <P>SOLUTION: A threshold is provided in a peak wavenumber of an interference fringe recorded, corresponding to measurement accuracy required for measurement, and it is determined by a computer 10 whether the peak wavenumber is below the threshold, and thereby only the interference fringe having the peak wavenumber below the threshold is used for measurement. This device is provided with an optical system for irradiating the polygon mirror 1 with light from a semiconductor laser 2; an optical system for generating the interference fringe between reflected light from the polygon mirror 1 and reference light; a CCD camera 7 for imaging an interference fringe image of the polygon mirror 1, the computer 10 for detecting the peak wavenumber of the interference fringe in the interference fringe image, a computing unit 17 for determining the shape during operation of the polygon mirror 1; and a pulse generator 11 for adjusting a timing between the operation of the polygon mirror 1 and emission from the semiconductor laser 2. In the device, it is determined by the computer 10 whether the peak wavenumber is below the threshold, and thereby only the interference fringe having the peak wavenumber below the threshold is used for the measurement. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、略一定周期で動作する可動被測定物である可動物の動的形状を測定する動的形状測定装置及び動的形状測定方法に関するものである。   The present invention relates to a dynamic shape measuring apparatus and a dynamic shape measuring method for measuring a dynamic shape of a movable object that is a movable object to be measured that operates at a substantially constant period.

回転中のポリゴンミラー面にレーザビームを走査し、ミラー面の場所による傾きの違いを時間差として検知することにより、回転中のポリゴンミラー面形状を求めることは、従来から知られている(例えば特許文献1参照)。
特許文献1に開示されているポリゴンミラーの動的面形状測定器では、ビームを走査するため、機械駆動部が必要となり、測定時間が掛かるうえ、駆動誤差が測定誤差となる。
ミラーの折り返しにより機械駆動部の誤差を補正しているが、補正のために構成要素が多くなるため、それらの設置誤差、位置ずれ誤差等、誤差要因が増えることになる。
さらに面内の空間分解能は、走査するビーム径に依存するため、一般に高い空間分解能は望めず、空間分解能を上げるためにビーム径を絞ると測定時間が莫大となる。
特許文献2に開示された微小周期振動変位の測定装置では、被測定物に入力する信号の周期と光源をパルス発光させるための信号の周期との間に僅かな差を与え、被測定物の表面変位を前記両周期の差に基づくビート信号として測定することを特徴としている。ただしこの開示では被測定物の表面変位が完全な周期振動であることが前提となる。
例えばポリゴンミラーでは機械的な回転運動を行うため、ミラーの回転偏心等により、回転中のミラー面がナノメータ水準(オーダー)で常に同じ位置に戻ることは困難である。すなわち完全な周期運動にはなり難い。したがって、この開示の装置では周期の差を検出するため、被測定物の変位の非周期成分が測定誤差となって、正確な測定が困難になる。
It has been known in the art to obtain the shape of a rotating polygon mirror surface by scanning the rotating polygon mirror surface with a laser beam and detecting the difference in tilt depending on the location of the mirror surface as a time difference (for example, patents). Reference 1).
In the polygon mirror dynamic surface shape measuring instrument disclosed in Patent Document 1, since a beam is scanned, a mechanical drive unit is required, and it takes a measurement time and a drive error becomes a measurement error.
Although the error of the mechanical drive unit is corrected by turning back the mirror, the number of components increases for correction, and error factors such as installation error and misalignment error increase.
Furthermore, since the in-plane spatial resolution depends on the beam diameter to be scanned, generally high spatial resolution cannot be expected, and if the beam diameter is reduced to increase the spatial resolution, the measurement time becomes enormous.
In the measurement apparatus for minute periodic vibration displacement disclosed in Patent Document 2, a slight difference is given between the period of the signal input to the object to be measured and the period of the signal for causing the light source to emit pulses, and The surface displacement is measured as a beat signal based on the difference between the two periods. However, in this disclosure, it is assumed that the surface displacement of the object to be measured is complete periodic vibration.
For example, since a polygon mirror performs mechanical rotational movement, it is difficult for the rotating mirror surface to always return to the same position at the nanometer level (order) due to rotational eccentricity of the mirror. That is, it is difficult to achieve a complete periodic motion. Therefore, since the apparatus of this disclosure detects a difference in period, a non-periodic component of the displacement of the object to be measured becomes a measurement error, and accurate measurement becomes difficult.

また特許文献2に示されている方法では、信号に応じて変位する被測定物に与える信号と同期させて光源を瞬間的に発生させることにより、表面変位を静止画像データとして取り込んで測定している。
この方法においても、被測定物の動に非周期成分があると、被測定物への変位と光源の発光とに同期がとれなくなり静止画像データを取得することが困難になって測定できなくなる。
非特許文献1および非特許文献2に開示されたフーリエ変換と光応用計測およびフレネル軸外ホログラムの数値構成による同時の振幅−コントラストおよび量的位相−コントラスト顕微鏡検査方法では、共振ミラーの動的形状と共振中のベースに対する角度を測定する。
また、他の研究の中には、同様に、共振ミラーの動的形状と共振中のベースに対する角度を測定し、パルス光干渉と位相シフト法、あるいはフーリエ変換法により測定する技術がある。さらに、回転中のポリゴンミラー表面に干渉縞を発生させ、ミラーの回転速度に伴う干渉縞コントラストの変化を検出することにより、被測定物の回転速度分布を測定する技術も存在する。
特許第3017998号 特許第3150239号 「フーリエ変換と光応用計測」、光技術コンタクト、第36巻、第2号(1998年) 「フレネル軸外ホログラムの数値構成による同時の振幅−コントラストおよび量的位相−コントラスト顕微鏡検査方法(Simultaneous amplitude-contrast and quantitative phase-contrast microscopy by numerical construction of Fresnel off-axis holograms)」、応用光学(Applied Optics)、第38巻、第34号(1999年)
In the method disclosed in Patent Document 2, the surface displacement is captured and measured as still image data by instantaneously generating a light source in synchronism with a signal given to a measurement object that is displaced according to the signal. Yes.
Even in this method, if there is a non-periodic component in the movement of the object to be measured, the displacement to the object to be measured and the light emission of the light source cannot be synchronized, and it becomes difficult to obtain still image data and measurement is impossible.
In the simultaneous amplitude-contrast and quantitative phase-contrast microscopy methods disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 by Fourier transform, optical application measurement, and numerical configuration of Fresnel off-axis hologram, the dynamic shape of the resonant mirror And measure the angle to the resonating base.
In addition, among other studies, there is a technique in which the dynamic shape of the resonant mirror and the angle with respect to the base in resonance are measured and measured by pulsed light interference and the phase shift method or the Fourier transform method. Further, there is a technique for measuring the rotational speed distribution of the object to be measured by generating interference fringes on the rotating polygon mirror surface and detecting the change in interference fringe contrast due to the rotational speed of the mirror.
Patent No. 3017998 Japanese Patent No. 3150239 "Fourier transform and applied optical measurement", Optical Technology Contact, Vol.36, No.2 (1998) "Simultaneous amplitude-contrast and quantitative phase-contrast microscopy by numerical construction of Fresnel off-axis holograms", Applied Optics (Applied Optic), 38, 34 (1999)

いずれも単一の干渉画像を収録して被測定物の表面形状を求める公知の方法で、干渉縞の空間的な強度分布から形状を求める、いわゆる空間変調法である。特許文献2における、被測定物に与える信号と同期させて瞬間的に光源を発光させる方法と空間変調法とを組み合わせれば、単一干渉画像収録から被測定物の動的形状を測定することができる。
したがって、被測定物の運動に非周期成分があり干渉縞が完全に静止しない場合であっても、任意のタイミングで取り込んだ画像に干渉縞が記録されていれば動的形状の測定が可能となるため、ポリゴンミラー等の非周期な運動成分のある被測定物であっても動的形状測定が可能となる。
ただし空間変調法では、被測定物の形状以外の要因により干渉縞の強度分布が空間的に変調されると、それにより測定誤差が生じるという性質がある。干渉縞を空間変調するには、被測定物の反射光と参照光とに傾きを与える必要があり、両者の傾きを大きくすると干渉縞のピーク波数が大きくなる。
したがって両者の傾きが大きいと光学系の収差等の影響により干渉縞の空間的な強度分布が変調されるため、干渉縞のピーク波数が大きいほど測定誤差が大きくなる。ポリゴンミラー等のセンチメートル水準(オーダー)の大きい被測定物を測定する場合、軸外光線が多いため光学系収差の影響を受けやすくなって、それに伴いピーク波数に応じた測定誤差も大きくなりやすい。
また非周期な運動成分が大きいと、干渉縞を収録するたびに干渉縞のピーク波数が異なってくるため、測定のたびに、収録した干渉縞のピーク波数に応じて測定精度が異なってくるという不具合が生じる。
本発明の目的は、上述した実情を考慮して、非周期な運動成分がある被測定物の動的形状測定において、干渉縞を収録するたびに干渉縞のピーク波数が変化する。干渉縞のピーク波数が変化する場合に、被測定物の凹凸以外の要因によって生じた空間的な干渉縞変調による形状測定誤差が変化するため、測定精度が不安定になる。これを回避するために、測定に要求される測定精度に応じて収録した干渉縞のピーク波数に閾値を設け、ピーク波数が閾値以下か否か判定するためのピーク波数検査手段を構成に付加することにより、ピーク波数を閾値以下の干渉縞のみ測定に使用し、これにより測定精度を安定させることができる動的形状測定装置および方法を提供することにある。
Both are so-called spatial modulation methods in which a single interference image is recorded and the surface shape of the object to be measured is obtained, and the shape is obtained from the spatial intensity distribution of the interference fringes. If the method of instantaneously emitting a light source in synchronism with a signal given to an object to be measured in Patent Document 2 is combined with the spatial modulation method, the dynamic shape of the object to be measured is measured from a single interference image recording. Can do.
Therefore, even if there is a non-periodic component in the movement of the object to be measured and the interference fringes are not completely stationary, the dynamic shape can be measured if the interference fringes are recorded in the image captured at an arbitrary timing. Therefore, even if the object to be measured has a non-periodic motion component such as a polygon mirror, the dynamic shape measurement can be performed.
However, the spatial modulation method has a property that, when the intensity distribution of interference fringes is spatially modulated by factors other than the shape of the object to be measured, a measurement error is caused thereby. In order to spatially modulate the interference fringes, it is necessary to give an inclination to the reflected light and the reference light of the object to be measured. If the inclination of both is increased, the peak wave number of the interference fringes increases.
Therefore, if the inclination of both is large, the spatial intensity distribution of the interference fringes is modulated due to the influence of aberrations of the optical system, etc. Therefore, the measurement error increases as the peak wave number of the interference fringes increases. When measuring an object with a large centimeter level (order), such as a polygon mirror, there are many off-axis rays, making it more susceptible to optical system aberrations, and the measurement error corresponding to the peak wavenumber tends to increase accordingly. .
In addition, if the non-periodic motion component is large, the peak wave number of the interference fringe will be different each time the interference fringe is recorded, so that the measurement accuracy will vary depending on the peak wave number of the recorded interference fringe each time measurement is performed. A malfunction occurs.
An object of the present invention is to consider the above-described situation, and in the dynamic shape measurement of an object having a non-periodic motion component, the peak wave number of the interference fringe changes every time the interference fringe is recorded. When the peak wave number of the interference fringe changes, the measurement accuracy becomes unstable because the shape measurement error due to spatial interference fringe modulation caused by factors other than the unevenness of the object to be measured changes. In order to avoid this, a threshold is provided for the peak wave number of the interference fringes recorded according to the measurement accuracy required for the measurement, and peak wave number inspection means for determining whether or not the peak wave number is equal to or less than the threshold is added to the configuration. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a dynamic shape measuring apparatus and method that can use only interference fringes having a peak wave number equal to or less than a threshold value for measurement, thereby stabilizing measurement accuracy.

上記の課題を解決するために、請求項1記載の動的形状測定装置は、所定の時間幅のパルス光を所定の周期で発光するパルス光源と、略一定周期で動作する可動被測定物に前記パルス光源からの光を照射するための照射光学系と、前記被測定物からの反射光と参照光との干渉縞を発生させるための干渉光学系と、前記被測定物の干渉縞画像を撮像するための撮像手段と、前記干渉縞画像における干渉縞のピーク波数を検出する検出手段と、前記撮像手段による被測定物の干渉縞画像と前記干渉縞のピーク波数を基に干渉縞の位相スペクトルを求め、位相スペクトルから前記被測定物の動作中における形状を求めるための演算手段と、前記干渉縞を発生させるために前記被測定物の動作と前記パルス光源の発光とのタイミングを調整するタイミング調整手段とからなる可動物の動的形状測定装置において、前記干渉縞のピーク波数が所定の値の範囲内にあるか否かを判定するためのピーク波数検査手段を備えていることを特徴とする。
請求項2記載の動的形状測定装置は、前記干渉縞の波数を所定の値以下に抑制するために、前記干渉縞の波数検出と、前記被測定物動作−パルス光源発光のタイミング調整と、干渉縞画像の撮像とを連動させる連動手段を備えることを特徴とする。
請求項3記載の動的形状測定装置は、前記干渉縞のピーク波数検出と前記被測定物動作−パルス光源発光のタイミング調整と、干渉縞画像の撮像と前記被測定物反射光と参照光との相対的傾きの調整とを連動させる連動手段を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a dynamic shape measuring apparatus according to claim 1 includes a pulse light source that emits pulsed light having a predetermined time width at a predetermined period and a movable object to be measured that operates at a substantially constant period. An irradiation optical system for irradiating light from the pulse light source, an interference optical system for generating an interference fringe between reflected light from the object to be measured and reference light, and an interference fringe image of the object to be measured An imaging means for imaging, a detecting means for detecting a peak wave number of the interference fringe in the interference fringe image, and a phase of the interference fringe based on the interference fringe image of the object to be measured by the imaging means and the peak wave number of the interference fringe A spectrum is obtained, calculation means for obtaining the shape of the object under operation from the phase spectrum, and timing of the operation of the object to be measured and emission of the pulsed light source to generate the interference fringes. Taimi The apparatus for measuring a dynamic shape of a movable object, comprising: a peak adjustment unit for determining whether or not the peak wave number of the interference fringes is within a predetermined value range. And
The dynamic shape measuring apparatus according to claim 2, in order to suppress the wave number of the interference fringe to a predetermined value or less, detect the wave number of the interference fringe, adjust the timing of the measured object operation-pulse light source emission, It is characterized by comprising interlocking means for interlocking with the imaging of the interference fringe image.
The dynamic shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the interference fringe peak wave number detection, the measurement object operation-pulse light source emission timing adjustment, the interference fringe image imaging, the measurement object reflected light, and the reference light are detected. An interlocking means for interlocking with the adjustment of the relative inclination is provided.

請求項4記載の動的形状測定装置は、前記照射光学系の光軸以外の方向から前記被測定物に光を照射するための第2の光源と、この第2の光源からの光の前記被測定物による反射光を検出するための受光素子と、この受光素子出力をもとに光源発光タイミングを求めるための演算手段とを備えることを特徴とする。
請求項5記載の動的形状測定装置は、前記干渉縞のピーク波数検出手段がフーリエ変換演算器であることを特徴とする。
請求項6記載の動的形状測定方法は、所定の時間幅のパルス光を所定の周期で発光するパルス光源と、略一定周期で動作する可動被測定物に前記パルス光源からの光を照射するための照射光学系と、前記被測定物からの反射光と参照光との干渉縞を発生させるための干渉光学系と、前記被測定物の干渉縞画像を撮像するための撮像手段と、前記干渉縞画像における干渉縞のピーク波数を検出する検出手段と、前記撮像手段による被測定物の干渉縞画像と前記干渉縞のピーク波数を基に干渉縞の位相スペクトルを求め、位相スペクトルから前記被測定物の動作中における形状を求めるための演算手段と、前記干渉縞を発生させるために前記被測定物の動作と前記パルス光源の発光とのタイミングを調整するタイミング調整手段とからなる動的形状測定装置を用いて可動物の動的形状を測定する動的形状測定方法において、前記被測定物が回転多面体であるとき、前記被測定物の動作と前記被測定物へのパルス光照射とのタイミングを調整することにより、前記回転多面体における所定の面を被測定面として選択し、被測定面の干渉縞画像を撮像することを特徴とする。
The dynamic shape measuring apparatus according to claim 4, wherein a second light source for irradiating the object to be measured from a direction other than the optical axis of the irradiation optical system, and the light from the second light source. It is characterized by comprising a light receiving element for detecting reflected light from the object to be measured and an arithmetic means for obtaining light source light emission timing based on the output of the light receiving element.
The dynamic shape measuring apparatus according to claim 5 is characterized in that the peak wave number detecting means of the interference fringes is a Fourier transform calculator.
The dynamic shape measuring method according to claim 6 irradiates light from the pulse light source to a pulse light source that emits pulse light having a predetermined time width at a predetermined period and a movable object to be measured that operates at a substantially constant period. An irradiating optical system, an interference optical system for generating an interference fringe between the reflected light from the object to be measured and a reference light, an imaging means for capturing an interference fringe image of the object to be measured, and A detection means for detecting a peak wave number of the interference fringe in the interference fringe image; a phase spectrum of the interference fringe is obtained based on the interference fringe image of the object to be measured by the imaging means and the peak wave number of the interference fringe; Dynamic form comprising computing means for obtaining the shape of the measurement object during operation, and timing adjustment means for adjusting the timing of the operation of the measurement object and emission of the pulsed light source to generate the interference fringes In the dynamic shape measuring method for measuring the dynamic shape of a movable object using a measuring device, when the object to be measured is a rotating polyhedron, the operation of the object to be measured and pulsed light irradiation to the object to be measured By adjusting the timing, a predetermined surface of the rotating polyhedron is selected as a surface to be measured, and an interference fringe image of the surface to be measured is captured.

請求項7記載の動的形状の測定誤差補正方法は、所定の時間幅のパルス光を所定の周期で発光するパルス光源と、略一定周期で動作する可動被測定物に前記パルス光源からの光を照射するための照射光学系と、前記被測定物からの反射光と参照光との干渉縞を発生させるための干渉光学系と、前記被測定物の干渉縞画像を撮像するための撮像手段と、前記干渉縞画像における干渉縞のピーク波数を検出する検出手段と、前記撮像手段による被測定物の干渉縞画像と前記干渉縞のピーク波数を基に干渉縞の位相スペクトルを求め、位相スペクトルから前記被測定物の動作中における形状を求めるための演算手段と、前記干渉縞を発生させるために前記被測定物の動作と前記パルス光源の発光とのタイミングを調整するタイミング調整手段とからなる動的形状測定装置を用いて可動物の動的形状の測定誤差を補正する動的形状の測定誤差補正方法において、前記被測定物形状以外に起因した前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を予め求めておき、被測定物の動的形状測定値から差し引くことにより、前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を補正することを特徴とする。
請求項8記載の動的形状の測定誤差補正方法は、前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を、形状が既知である任意の面を前記動的形状測定装置により測定することによって取得することを特徴とする。
請求項9記載の動的形状の測定誤差補正方法は、前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を、前記結像光学系による被測定物反射光の軌跡を光線追跡シミュレーションすることにより取得することを特徴とする。
請求項10記載の動的形状の測定誤差補正方法は、前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を、前記干渉縞のピーク波数ごとで予め取得しておき、前記被測定物を動的形状測定する際に撮像した干渉縞のピーク波数に応じて、前記干渉縞のピーク波数ごとで取得した形状測定誤差を用いて補正することを特徴とする。
The dynamic shape measurement error correction method according to claim 7 includes: a pulsed light source that emits pulsed light having a predetermined time width at a predetermined period; and a light from the pulsed light source that is movable at a substantially constant period. Irradiating optical system for irradiating light, interference optical system for generating interference fringes between reflected light from the object to be measured and reference light, and imaging means for capturing an interference fringe image of the object to be measured And detecting means for detecting a peak wave number of the interference fringe in the interference fringe image; obtaining a phase spectrum of the interference fringe based on the interference fringe image of the object measured by the imaging means and the peak wave number of the interference fringe; Calculation means for determining the shape of the object under operation during operation, and timing adjustment means for adjusting the timing of the operation of the object under test and emission of the pulsed light source to generate the interference fringes In the dynamic shape measurement error correction method for correcting the measurement error of the dynamic shape of the movable object using the dynamic shape measurement device, the shape due to the spatial distortion of the interference fringes caused by other than the shape of the measurement object A measurement error is obtained in advance, and is subtracted from the measured dynamic shape value of the object to be measured, thereby correcting the shape measurement error due to the spatial distortion of the interference fringes.
The dynamic shape measurement error correction method according to claim 8, wherein the shape measurement error due to the spatial distortion of the interference fringes is obtained by measuring an arbitrary surface having a known shape with the dynamic shape measurement device. It is characterized by doing.
The dynamic shape measurement error correction method according to claim 9, wherein the shape measurement error due to the spatial distortion of the interference fringes is obtained by performing a ray tracing simulation of the locus of the reflected light of the object measured by the imaging optical system. It is characterized by doing.
The dynamic shape measurement error correction method according to claim 10, wherein a shape measurement error due to a spatial distortion of the interference fringes is acquired in advance for each peak wave number of the interference fringes, and the object to be measured is dynamically In accordance with the peak wave number of the interference fringe imaged when measuring the shape, correction is performed using the shape measurement error acquired for each peak wave number of the interference fringe.

本発明によれば、測定に要求される測定精度に応じて収録した干渉縞のピーク波数に閾値を設け、ピーク波数が閾値以下か否か判定するためのピーク波数検査手段を構成に付加することにより、ピーク波数が閾値以下の干渉縞のみ測定に使用する。それにより測定精度を安定させることができる。
また、空間変調に伴う形状測定誤差を実測で取得し、測定結果の補正に使用したが、被測定物の形状以外による干渉縞の空間変調のレベルが推定できれば形状測定誤差を推定値として取得することができる。
さらに、被測定物の形状以外で干渉縞を空間変調させる要因には測定光学系の収差の成分が大きいため、測定光学系の収差による干渉縞の空間変調のレベルを推定し、そこから形状測定誤差を推定することにより、測定の際の空間変調に伴う形状測定誤差を取得することができる。
According to the present invention, a threshold value is provided for the peak wave number of interference fringes recorded according to the measurement accuracy required for measurement, and a peak wave number inspection means for determining whether the peak wave number is equal to or less than the threshold value is added to the configuration. Therefore, only interference fringes whose peak wave number is equal to or less than the threshold value are used for measurement. Thereby, the measurement accuracy can be stabilized.
In addition, the shape measurement error associated with the spatial modulation was obtained by actual measurement and used to correct the measurement results. However, if the level of the spatial modulation of the interference fringes other than the shape of the object to be measured can be estimated, the shape measurement error is obtained as an estimated value. be able to.
Furthermore, because the component of the measurement optical system's aberration is a major factor in spatially modulating interference fringes other than the shape of the object being measured, the level of interference fringe spatial modulation due to aberrations in the measurement optical system is estimated, and the shape is measured from there. By estimating the error, it is possible to acquire a shape measurement error accompanying spatial modulation during measurement.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明において測定対象となる可動物の一例を示す概略斜視図である。図1ではレーザプリンタやデジタル複写機といった画像機器の書き込み光学系にて使用されるポリゴンミラーが示されている。
ポリゴンミラー1は軸心1bを軸にして高速で回転しながら光源からポリゴンミラー面(図の1a)に照射された光ビームを高速走査する。画像機器に要求される書き込み速度に応じてポリゴンミラーの回転数が決められる。
高速書き込み、高速回転が要求される近年のポリゴンミラーでは、回転に伴う熱や遠心力の影響等によりミラー面1aが変形を起こすことがある。変形した面により反射されたビームは所定の位置に結像しなくなるため、高速回転中のポリゴンミラー1の面形状を正確に測定、評価したいという要求がある。
静止状態のポリゴンミラー1の面形状測定には干渉計が使えるが、ミラー面が回転すると干渉縞が観察できなくなるため、回転中のポリゴンミラー面形状を測定することはできない。回転中のポリゴンミラーの面形状を測定する方法として前述された従来技術に記載されている。
単一の干渉画像を収録して被測定物の表面形状を求める方法には、例えばフーリエ変換法(非特許文献1)や軸外(オフアクシス)デジタルホログラフィ法(非特許文献2)といった干渉縞の空間的な強度分布から形状を求める、いわゆる空間変調法がある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a movable object to be measured in the present invention. FIG. 1 shows a polygon mirror used in a writing optical system of an image device such as a laser printer or a digital copying machine.
The polygon mirror 1 rotates at high speed around the axis 1b, and scans the light beam irradiated from the light source onto the polygon mirror surface (1a in the figure) at high speed. The rotation speed of the polygon mirror is determined according to the writing speed required for the image equipment.
In recent polygon mirrors that require high-speed writing and high-speed rotation, the mirror surface 1a may be deformed due to the influence of heat or centrifugal force accompanying rotation. Since the beam reflected by the deformed surface does not form an image at a predetermined position, there is a demand for accurately measuring and evaluating the surface shape of the polygon mirror 1 during high-speed rotation.
An interferometer can be used for measuring the surface shape of the polygon mirror 1 in a stationary state. However, since the interference fringes cannot be observed when the mirror surface rotates, the rotating polygon mirror surface shape cannot be measured. As a method for measuring the surface shape of a rotating polygon mirror, it is described in the above-mentioned prior art.
Examples of a method for obtaining a surface shape of an object to be measured by recording a single interference image include interference fringes such as a Fourier transform method (Non-Patent Document 1) and an off-axis digital holography method (Non-Patent Document 2). There is a so-called spatial modulation method in which a shape is obtained from the spatial intensity distribution.

図2は本発明による動的形状測定装置の構成の第1の実施の形態を示す概略図である。図2において、所定のパルス幅のパルス光を発光する光源の半導体レーザ2からの光の強度を調整するためのNDフィルタ3およびビームエキスパンダ4が示してある。
半導体レーザ2の光は図示しないビーム整形レンズとコリメートレンズにより平行化されている。ビームエキスパンダ4にて拡大された光の一部はビームスプリッタ5を透過し、一部はビームスプリッタ5で反射される。
ビームスプリッタ5を透過した光は被測定物1(ポリゴンミラー)に照射され、被測定物1にて反射された光は到来した光路を逆行して、ビームスプリッタ5にて反射され、レンズ6を介してCCDカメラ7に到達する。
一方、ビームスプリッタ5にて反射された光は、参照ミラー8に照射され、参照ミラー8にて反射された光は到来した光路を逆行して、ビームスプリッタ5を透過して、レンズ6を介してCCD7に到達する。
被測定物1にて反射された物体光と参照ミラー8にて反射された参照光については、物体光の光路長と参照光の光路長との差を光源の半導体レーザ2のコヒーレンス長以下に設定しておき、物体光と参照光の光軸を略一致させれば、両者は干渉をおこして干渉縞が発生する。
レンズ6は被測定物1の像がCCDカメラの撮像面上で結像するように、その位置が調整されている。被測定物1は、図1に示したようなポリゴンミラーである。
物体光と参照光との間で発生した干渉縞はCCDカメラ7にて撮像され、フレームグラバ9にて捕捉されてコンピュータ10に転送され、このコンピュータ10のメモリに記憶されるとともにコンピュータ10のモニタに表示される。
FIG. 2 is a schematic view showing a first embodiment of the configuration of the dynamic shape measuring apparatus according to the present invention. FIG. 2 shows an ND filter 3 and a beam expander 4 for adjusting the intensity of light from the semiconductor laser 2 as a light source that emits pulsed light having a predetermined pulse width.
The light of the semiconductor laser 2 is collimated by a beam shaping lens and a collimating lens (not shown). A part of the light expanded by the beam expander 4 passes through the beam splitter 5, and a part thereof is reflected by the beam splitter 5.
The light that has passed through the beam splitter 5 is irradiated to the device under test 1 (polygon mirror), and the light reflected by the device under test 1 travels back along the incoming optical path and is reflected by the beam splitter 5 to pass through the lens 6. To the CCD camera 7.
On the other hand, the light reflected by the beam splitter 5 irradiates the reference mirror 8, and the light reflected by the reference mirror 8 travels back through the optical path that has arrived, passes through the beam splitter 5, and passes through the lens 6. To reach the CCD 7.
For the object light reflected by the DUT 1 and the reference light reflected by the reference mirror 8, the difference between the optical path length of the object light and the optical path length of the reference light is made equal to or less than the coherence length of the semiconductor laser 2 as the light source. If it is set and the optical axes of the object beam and the reference beam are substantially coincident with each other, they cause interference to generate interference fringes.
The position of the lens 6 is adjusted so that the image of the DUT 1 is formed on the imaging surface of the CCD camera. The DUT 1 is a polygon mirror as shown in FIG.
Interference fringes generated between the object light and the reference light are picked up by the CCD camera 7, captured by the frame grabber 9, transferred to the computer 10, stored in the memory of the computer 10, and monitored by the computer 10. Is displayed.

被測定物1が図2の光学系の光軸と略平行な方向に変位する物体である場合は、被測定物1の動作中に任意のタイミングで被測定物1にパルス光を照射すればよいが、ポリゴンミラー1のように光学系光軸に対する被測定面の角度が動作中に変化し、また面を複数有する多面体の場合は、被測定物1の回転に伴い、被測定物1に光を照射されたときの面の角度が時間によって変化する。
そのため任意のタイミングでは被測定物反射光と参照光とが干渉しなくなるため干渉縞画像を観察できない。したがって被測定物の回転とパルス光の照射との間で同期を取ったうえで、両者のタイミングを調整する必要がある。
図2において、パルス発生器11はポリゴンミラー1を回転させるためのポリゴンミラードライバ12に信号を出力する。パルス発生器11は2つ以上のチャンネルを有し、ポリゴンミラードライバ12に信号を出力する以外のチャンネルを用いて、半導体レーザドライバ13にパルス光を照射するためのトリガ信号を出力する。
同一のパルス発生器11からの信号を用いることにより、ポリゴンミラー1の駆動とパルス光照射との同期が取れる。例えばポリゴンミラー1の回転数が1800rpmであれば、ポリゴンミラー1のある特定の面が同じ位置に戻る周波数は30Hzとなる。
If the DUT 1 is an object that is displaced in a direction substantially parallel to the optical axis of the optical system in FIG. 2, the DUT 1 can be irradiated with pulsed light at any timing during the operation of the DUT 1. However, in the case of a polyhedron having a plurality of surfaces, the angle of the surface to be measured with respect to the optical axis of the optical system changes during operation as in the polygon mirror 1, the object to be measured 1 moves along with the rotation of the object to be measured 1. The angle of the surface when irradiated with light changes with time.
For this reason, the interference fringe image cannot be observed because the measured object reflected light and the reference light do not interfere at any timing. Therefore, it is necessary to adjust the timing between the rotation of the object to be measured and the irradiation of the pulsed light after synchronizing.
In FIG. 2, a pulse generator 11 outputs a signal to a polygon mirror driver 12 for rotating the polygon mirror 1. The pulse generator 11 has two or more channels, and outputs a trigger signal for irradiating the semiconductor laser driver 13 with pulsed light using channels other than the signal output to the polygon mirror driver 12.
By using the signal from the same pulse generator 11, the driving of the polygon mirror 1 and the pulsed light irradiation can be synchronized. For example, if the rotation speed of the polygon mirror 1 is 1800 rpm, the frequency at which a specific surface of the polygon mirror 1 returns to the same position is 30 Hz.

図3はポリゴンミラーへの信号と半導体レーザドライバへの信号の位相調整を説明する図である。そのため30Hzの周波数で半導体レーザドライバ13に発光のトリガ信号を繰り返し出力し、ポリゴンミラー1のある特定の面における干渉縞が観察できるまで、図3に示したようにポリゴンミラー1への信号と半導体レーザドライバ13への信号の位相を調整する。
位相調整はパルス発生器11が保有する回転ノブなどによるチャンネル間の位相調整機能を利用すればよい。チャンネル間の位相調整によってポリゴンミラー1の任意の面が光学系光軸に対して略垂直となり、ポリゴンミラー1面上に発生した干渉縞が観察できるようになる。
特定の面を測定する場合は、面に印を付けておき、印の付いた面の干渉縞が観察されるまで位相調整を実施すればよい。上述では、半導体レーザ2の発光周波数はポリゴンミラー1の回転周波数と一致させたが、半導体レーザ2の発光周波数をポリゴンミラー1の回転周波数の約数に設定しても同様に干渉縞が観察できる。
半導体レーザ2の発光周波数がCCDカメラ7の撮像周波数(フレームレート)を上回った場合、半導体レーザ2の発光周波数をCCDカメラ7の撮像周波数で割り算した商の整数値だけ平均化した干渉画像が得られることになる。
また半導体レーザ2の発光周波数がCCDカメラ7の撮像周波数を下回る場合は半導体レーザ2の発光に同期してCCDカメラドライバ14にトリガを掛ければ欠落なく画像が撮像できる。
上述では半導体レーザ2の発光とポリゴンミラー(被測定物)1の回転とで同期をとったが、CCDカメラ7の撮像とポリゴンミラー1の回転とで同期をとっても同様の効果が得られる。
また半導体レーザ2からのパルス光は、リニア変調を掛けて生成してもよいし、パルス変調をかけて生成してもよい。パルス光源は半導体レーザ2だけでなく、固体レーザ等、他のパルスレーザを用いても良い。
FIG. 3 is a diagram for explaining the phase adjustment of the signal to the polygon mirror and the signal to the semiconductor laser driver. Therefore, the emission trigger signal is repeatedly output to the semiconductor laser driver 13 at a frequency of 30 Hz, until the interference fringes on a specific surface of the polygon mirror 1 can be observed, as shown in FIG. The phase of the signal to the laser driver 13 is adjusted.
The phase adjustment may be performed using a phase adjustment function between channels using a rotary knob or the like possessed by the pulse generator 11. By adjusting the phase between the channels, an arbitrary surface of the polygon mirror 1 becomes substantially perpendicular to the optical axis of the optical system, and interference fringes generated on the surface of the polygon mirror 1 can be observed.
When measuring a specific surface, the surface is marked and phase adjustment is performed until the interference fringes on the marked surface are observed. In the above description, the emission frequency of the semiconductor laser 2 is made to coincide with the rotational frequency of the polygon mirror 1, but interference fringes can be observed similarly even if the emission frequency of the semiconductor laser 2 is set to a divisor of the rotational frequency of the polygon mirror 1. .
When the emission frequency of the semiconductor laser 2 exceeds the imaging frequency (frame rate) of the CCD camera 7, an interference image is obtained by averaging only the integer value of the quotient obtained by dividing the emission frequency of the semiconductor laser 2 by the imaging frequency of the CCD camera 7. Will be.
When the emission frequency of the semiconductor laser 2 is lower than the imaging frequency of the CCD camera 7, an image can be taken without omission by triggering the CCD camera driver 14 in synchronization with the emission of the semiconductor laser 2.
In the above description, the light emission of the semiconductor laser 2 and the rotation of the polygon mirror (measurement object) 1 are synchronized. However, the same effect can be obtained by synchronizing the imaging of the CCD camera 7 and the rotation of the polygon mirror 1.
Further, the pulsed light from the semiconductor laser 2 may be generated by applying linear modulation, or may be generated by applying pulse modulation. As the pulse light source, not only the semiconductor laser 2 but also another pulse laser such as a solid-state laser may be used.

図4は図2の光学系により観測されるポリゴンミラー面の像とポリゴンミラー面上に発生した干渉縞の様子を示す図である。図4には、図2の光学系により観測されるポリゴンミラー面1aの像とポリゴンミラー面上に発生した干渉縞1dの様子を示している。符号10aはコンピュータモニタを表す。
図5はポリゴンミラーにおける回転に伴う面外変位の様子を示す図である。図5を参照して、ポリゴンミラー面の中心からの距離xに応じてポリゴンミラー中心からの距離rが変化するため、ポリゴンミラー面では場所によって変位速度Vは変わり、式(1)のように表される。

Figure 2005331349
・・・(1)
ここで、fはポリゴンミラーの回転周波数、他の記号は図5に示した通りである。ポリゴンミラー1の変位速度に対して光源のパルス発光幅が十分速い、すなわち時間的に短ければ、ポリゴンミラー1面の全面で十分コントラストの高い干渉縞が得られる。
図4の干渉縞において、ポリゴンミラー1面反射光の光軸と参照光の光軸が略一致したとき干渉縞の本数は最も少なくなるが、ここでは単一干渉縞画像からポリゴンミラー1面の表面形状を求めるために、干渉縞に空間的な変調を掛ける。
すなわちポリゴンミラー1面反射光と参照光の光軸を傾けて多数の干渉縞を発生させる。そしてポリゴンミラー1面の表面に凹凸があると、凹凸により干渉縞の明暗分布が変化するため、その変化を検出することによりポリゴンミラー1面の表面形状を求めることができる。そのような形状測定法は空間変調法と呼ばれる。
ポリゴンミラー1を測定する場合、ポリゴンミラー1の回転平面と垂直な方向(ここではY方向と呼ぶ)におけるポリゴンミラー1面反射光と参照光との傾きは、参照ミラー8かポリゴンミラー1かのどちらかをY方向に傾けておくことにより与えることができる。
またポリゴンミラー1の回転平面と平行な方向(ここではX方向と呼ぶ)におけるポリゴンミラー1面反射光と参照光との傾きは、ポリゴンミラー1に供給する信号と半導体レーザ光源2を発光させるための信号のタイミングを調整することにより与えることができる。ポリゴンミラー1面反射光と参照光の光軸との傾きが大きくなるほど干渉縞の本数が多くなる。 FIG. 4 is a diagram showing an image of a polygon mirror surface observed by the optical system of FIG. 2 and interference fringes generated on the polygon mirror surface. FIG. 4 shows an image of the polygon mirror surface 1a observed by the optical system of FIG. 2 and the state of the interference fringes 1d generated on the polygon mirror surface. Reference numeral 10a represents a computer monitor.
FIG. 5 is a diagram showing a state of out-of-plane displacement accompanying rotation in the polygon mirror. Referring to FIG. 5, since the distance r from the center of the polygon mirror changes in accordance with the distance x from the center of the polygon mirror surface, the displacement speed V varies depending on the location on the polygon mirror surface, as shown in Equation (1). expressed.
Figure 2005331349
... (1)
Here, f is the rotational frequency of the polygon mirror, and other symbols are as shown in FIG. If the pulse emission width of the light source is sufficiently fast, that is, temporally short with respect to the displacement speed of the polygon mirror 1, interference fringes with sufficiently high contrast can be obtained on the entire surface of the polygon mirror 1.
In the interference fringes in FIG. 4, the number of interference fringes is the smallest when the optical axis of the reflected light on the polygon mirror 1 surface and the optical axis of the reference light are substantially the same. In order to obtain the surface shape, spatial modulation is applied to the interference fringes.
That is, many interference fringes are generated by tilting the optical axes of the polygon mirror 1 surface reflection light and the reference light. If the surface of the polygon mirror 1 is uneven, the light / dark distribution of the interference fringes changes due to the unevenness, so that the surface shape of the polygon mirror 1 surface can be obtained by detecting the change. Such a shape measuring method is called a spatial modulation method.
When measuring the polygon mirror 1, the inclination of the polygon mirror 1 surface reflected light and the reference light in the direction perpendicular to the plane of rotation of the polygon mirror 1 (referred to herein as the Y direction) is either the reference mirror 8 or the polygon mirror 1. Either can be given by tilting in the Y direction.
In addition, the inclination of the polygon mirror 1 surface reflected light and the reference light in a direction parallel to the plane of rotation of the polygon mirror 1 (referred to herein as the X direction) causes the signal supplied to the polygon mirror 1 and the semiconductor laser light source 2 to emit light. Can be provided by adjusting the timing of the signal. The greater the inclination between the polygon mirror one-surface reflected light and the optical axis of the reference light, the greater the number of interference fringes.

干渉縞画像から形状を求める計算処理方法について、空間変調した干渉縞の強度分布は次の式(2)にて表される。式(2)において、x、yはCCDカメラ7の撮像面上での座標を表している。
I(x,y)は干渉縞強度分布、a(x,y)は干渉縞のバックグラウンド強度分布、b(x,y)は干渉縞の振幅分布、φ(x,y)はポリゴンミラー1面形状に対応した干渉縞の位相分布を表す。

Figure 2005331349
・・・(2)
式(2)において、形状測定に不要な項a(x,y)、b(x,y)を除去し、ポリゴンミラー1面反射光の位相φ(x,y)を抽出して、それを形状に変換することにより、表面形状が求められる。
空間変調法では参照光と物体反射光との間に傾きをあたえた状態で両者を干渉させることにより、式(3)に示されるような空間キャリヤ周波数fX0とfY0を有する干渉縞を得る。
Figure 2005331349
・・・(3) Regarding the calculation processing method for obtaining the shape from the interference fringe image, the intensity distribution of the spatially modulated interference fringe is expressed by the following equation (2). In Expression (2), x and y represent coordinates on the imaging surface of the CCD camera 7.
I (x, y) is an interference fringe intensity distribution, a (x, y) is an interference fringe background intensity distribution, b (x, y) is an interference fringe amplitude distribution, and φ (x, y) is a polygon mirror 1. This represents the phase distribution of interference fringes corresponding to the surface shape.
Figure 2005331349
... (2)
In the expression (2), the terms a (x, y) and b (x, y) unnecessary for the shape measurement are removed, the phase φ (x, y) of the polygon mirror 1 surface reflection light is extracted, By converting into a shape, the surface shape is determined.
In the spatial modulation method, interference fringes having spatial carrier frequencies fX0 and fY0 as shown in Expression (3) are obtained by causing the reference light and the object reflected light to interfere with each other with an inclination.
Figure 2005331349
... (3)

式(3)の干渉画像を変数x、yについてフーリエ変換すると、式(4)に示すような二次元空間周波数スペクトルが得られる。ここで*は複素共役、A(fX,fY)はa(x,y)のフーリエスペクトルを表し、C(fX,fY)は、式(5)で表される干渉縞の複素振幅分布c(x,y)のフーリエスペクトルを表す。

Figure 2005331349
・・・(4)
Figure 2005331349
・・・(5)
空間キャリヤ周波数fX0とfY0に対してバックグラウンド強度分布a(x,y)や干渉縞の複素振幅分布c(x,y)の変化が緩やかであれば、各スペクトルがキャリヤ周波数により分離される。
このため、式(4)における第2項の成分のみを抽出し、フーリエスペクトル座標における原点の位置に移動することにより空間キャリヤ周波数fX0とfY0を取り除き、C(fX,fY)を得ることができる。
空間キャリヤ周波数fX0とfY0は、干渉縞画像をフーリエ変換したときのX方向、Y方向のピーク波数からそれぞれ求めることができる。スペクトルC(fX,fY)の逆フーリエ変換により式(5)の複素振幅分布が得られる。
得られた複素振幅の虚部と実部の比のアークタンジェントをとることにより式(6)のように位相φ(x,y)を求めることができ、式(6)の位相を形状に変換することにより被測定物の表面形状を求めることができる。
Figure 2005331349
・・・(6) When the interference image of Equation (3) is Fourier transformed with respect to the variables x and y, a two-dimensional spatial frequency spectrum as shown in Equation (4) is obtained. Here, * is a complex conjugate, A (fX, fY) is the Fourier spectrum of a (x, y), and C (fX, fY) is the complex amplitude distribution c () of the interference fringes expressed by Equation (5). x, y) represents the Fourier spectrum.
Figure 2005331349
... (4)
Figure 2005331349
... (5)
If the background intensity distribution a (x, y) and the interference amplitude complex amplitude distribution c (x, y) change gradually with respect to the spatial carrier frequencies fX0 and fY0, the respective spectra are separated by the carrier frequency.
Therefore, by extracting only the component of the second term in Equation (4) and moving to the position of the origin in the Fourier spectrum coordinates, the spatial carrier frequencies fX0 and fY0 can be removed, and C (fX, fY) can be obtained. .
Spatial carrier frequencies fX0 and fY0 can be obtained from peak wavenumbers in the X and Y directions when the interference fringe image is Fourier transformed. The complex amplitude distribution of Expression (5) is obtained by inverse Fourier transform of the spectrum C (fX, fY).
By taking the arc tangent of the ratio between the imaginary part and the real part of the obtained complex amplitude, the phase φ (x, y) can be obtained as in equation (6), and the phase in equation (6) is converted into a shape. By doing so, the surface shape of the object to be measured can be obtained.
Figure 2005331349
... (6)

上述の方法において、半導体レーザ2によるパルス光の発光周期とポリゴンミラー1の回転周期がほぼ一致すれば干渉縞はほぼ静止状態となるが、実際にはポリゴンミラー1の回転の非周期的な運動成分により回転周期が僅かにずれて、キャリヤ干渉縞のX方向のピーク波数が回転に伴い変動するため、干渉縞が静止しない場合が多い。
またキャリヤ干渉縞のピーク波数が大きくなると、光学系収差等の影響により干渉縞の強度分布に歪みが生じるため、測定誤差が大きくなる。そのため、要求される測定精度に対して許容できる干渉縞のピーク波数を予め求めておき、測定のときに、干渉縞画像を収録したのち二次元フーリエ変換する。
この二次元フーリエ変換により検出したX方向、Y方向のピーク波数を、許容干渉縞ピーク波数と比較することによって、収録した干渉縞を測定に使用できるか否かを判定し、使用可能と判定された干渉縞のみ形状演算に使用する。
使用可能な干渉縞を収録できるまで、干渉縞収録操作を繰り返す。許容干渉縞ピーク波数以下の干渉縞を測定に用いることにより干渉縞ピーク波数の変動の影響を受けずに安定した測定精度を得ることができる。
許容干渉縞ピーク波数の求め方は、例えば被測定物(ポリゴンミラー)1反射光、あるいは参照光の傾きを変化させて干渉縞のピーク波数を変化させながら静止状態のポリゴンミラー1を測定して測定精度を求め、許容測定精度を満たす干渉縞ピーク波数の上限を求めておけばよい。
In the above method, the interference fringes are almost stationary if the light emission period of the pulsed light from the semiconductor laser 2 and the rotation period of the polygon mirror 1 substantially coincide with each other. The rotation period slightly shifts depending on the component, and the peak wave number in the X direction of the carrier interference fringe varies with the rotation.
Further, when the peak wave number of the carrier interference fringe is increased, the intensity distribution of the interference fringe is distorted due to the influence of optical system aberrations and the like, so that the measurement error increases. Therefore, a peak wave number of interference fringes that can be allowed for the required measurement accuracy is obtained in advance, and after the interference fringe image is recorded at the time of measurement, two-dimensional Fourier transform is performed.
By comparing the peak wave numbers in the X and Y directions detected by the two-dimensional Fourier transform with the allowable interference fringe peak wave number, it is determined whether or not the recorded interference fringes can be used for measurement. Only interference fringes are used for shape calculation.
Repeat interference fringe recording operation until usable interference fringes can be recorded. By using an interference fringe having an allowable interference fringe peak wave number or less for measurement, stable measurement accuracy can be obtained without being affected by fluctuations in the interference fringe peak wave number.
The method of obtaining the allowable interference fringe peak wave number is, for example, by measuring the stationary polygon mirror 1 while changing the peak wave number of the interference fringe by changing the inclination of the object to be measured (polygon mirror) 1 or the reference light. What is necessary is just to obtain | require measurement accuracy and to obtain | require the upper limit of the interference fringe peak wave number which satisfy | fills permissible measurement accuracy.

図6は干渉縞の使用可否判定処理フローを示すフローチャートである。図6におけるKx、Kyはそれぞれキャリヤ干渉縞のX方向、Y方向におけるピーク波数であり、Ktはピーク波数の許容値である。
図6において、干渉縞を収録し(S1)、Kx、Kyを検出する(S2)。その後、Kx≦KtおよびKy≦であるかどうかを判断し(S3)、そうであれば、形状測定演算を行う(S4)。ステップ(S3)でKx≦KtおよびKy≦でないならば、ステップ(S1)および(S2)を繰り返す。
第1の実施の形態では、ポリゴンミラー1を回転させる信号と半導体レーザ2を発光させる信号を各々のドライバ12、13に供給するパルス発生器11のチャンネル間位相調整により干渉縞のピーク波数を調整し、その後収録した干渉画像における干渉縞のピーク波数を検出して、検出したピーク波数と許容ピーク波数を比較した。
比較の結果、収録した干渉縞画像が測定に使用できなければ再度干渉画像を収録して上述の操作を繰り返したため、測定者が熟練しないと所定のピーク波数の干渉画像を得るのに時間が掛かった。
FIG. 6 is a flowchart showing a process flow for determining whether or not to use interference fringes. In FIG. 6, Kx and Ky are peak wave numbers in the X direction and Y direction of the carrier interference fringes, respectively, and Kt is an allowable value of the peak wave number.
In FIG. 6, interference fringes are recorded (S1), and Kx and Ky are detected (S2). Thereafter, it is determined whether or not Kx ≦ Kt and Ky ≦ (S3), and if so, shape measurement calculation is performed (S4). If Kx ≦ Kt and Ky ≦ are not satisfied in step (S3), steps (S1) and (S2) are repeated.
In the first embodiment, the peak wave number of the interference fringes is adjusted by adjusting the phase between channels of the pulse generator 11 that supplies a signal for rotating the polygon mirror 1 and a signal for emitting the semiconductor laser 2 to the drivers 12 and 13. Then, the peak wave number of the interference fringes in the recorded interference image was detected, and the detected peak wave number was compared with the allowable peak wave number.
As a result of comparison, if the recorded interference fringe image cannot be used for measurement, the interference image is recorded again and the above operation is repeated. Therefore, it takes time to obtain an interference image having a predetermined peak wave number unless the measurer is skilled. It was.

図2におけるパソコン10とパルス発生器11を、デジタル出力ボードを介して接続し、収録した干渉画像から干渉縞のX方向のピーク波数を求め、ピーク波数に応じてパルス発生器11に所定の位相調整信号を入力する。
干渉縞収録→X方向のピーク波数計算→位相調整信号演算→位相調整信号をパルス発生器11に入力→干渉縞収録、という一連の動作を、干渉縞のX方向のピーク波数が閾値以下になるまで自動的に繰り返す。自動調整されるため、測定者の熟練を要さず所定のピーク波数の干渉縞を取得できる。
上記では、干渉縞のX方向ピーク波数の調整しかできないが、本来は一方向に動作する被測定物であっても任意の誤差要因によって他の方向への動きを伴うことがある。例えばポリゴンミラー1では本来回転に伴ってミラー面がおじぎする方向に動くことはないが、面倒れや回転偏心などにより実際には動いて、干渉縞のY方向のピーク波数を変化させることがある。
その場合には、図2におけるポリゴンミラー1か参照ミラー8かのどちらかをあおり機構付きのステージに搭載して、Y方向の干渉縞ピーク波数も調整可能とした。
モータを取り付けてステージに自動調整機能をもたせ、ステージ用のパルスコントローラを介してパソコンと接続して、収録した干渉画像から干渉縞のY方向のピーク波数を求め、ピーク波数に応じてステージにあおり調整信号を入力する。
干渉縞収録→X方向のピーク波数計算→位相調整信号演算→位相調整信号をパルス発生器11に入力→Y方向のピーク波数計算→あおり調整信号演算→あおり調整信号をステージに入力→干渉縞収録、という一連の動作を、干渉縞のX方向、Y方向のピーク波数がともに閾値以下になるまで自動的に繰り返す。自動調整されるため、測定者の熟練を要さず所定のピーク波数の干渉縞を取得できる。
The personal computer 10 and the pulse generator 11 in FIG. 2 are connected via a digital output board, the peak wave number in the X direction of the interference fringes is obtained from the recorded interference image, and a predetermined phase is applied to the pulse generator 11 according to the peak wave number. Input the adjustment signal.
Interference fringe recording → Calculation of peak wave number in X direction → Phase adjustment signal calculation → Input of phase adjustment signal to pulse generator 11 → Interference fringe recording Repeats automatically until Since automatic adjustment is performed, interference fringes having a predetermined peak wave number can be acquired without requiring skill of the measurer.
In the above description, only the peak wave number in the X direction of the interference fringes can be adjusted, but even a device to be measured that originally operates in one direction may be moved in another direction due to an arbitrary error factor. For example, the polygon mirror 1 originally does not move in the direction in which the mirror surface bows with rotation, but may actually move due to surface tilt or rotational eccentricity, and may change the peak wavenumber of the interference fringes in the Y direction. .
In that case, either the polygon mirror 1 or the reference mirror 8 in FIG. 2 is mounted on a stage with a tilt mechanism so that the peak frequency of interference fringes in the Y direction can be adjusted.
A motor is attached and the stage has an automatic adjustment function. The stage is connected to a personal computer via a pulse controller for the stage, and the peak wave number in the Y direction of the interference fringes is obtained from the recorded interference image. Input the adjustment signal.
Interference fringe recording → X direction peak wave calculation → Phase adjustment signal calculation → Phase adjustment signal input to pulse generator 11 → Y direction peak wave number calculation → tilt adjustment signal calculation → tilt adjustment signal input to stage → Interference fringe recording A series of operations are automatically repeated until the peak wave numbers of the interference fringes in the X and Y directions are both equal to or less than the threshold value. Since automatic adjustment is performed, interference fringes having a predetermined peak wave number can be acquired without requiring skill of the measurer.

図7は本発明による動的形状測定装置の構成の第2の実施の形態を示す概略図である。この第2の実施の形態ではポリゴンミラー1に光を照射するための第2の半導体レーザ15、ポリゴンミラー1からの反射光を受光するためのフォトダイオード16を備えている。
第2の半導体レーザ15からの光は図示しないビーム整形レンズとコリメートレンズにより平行化されている。演算器17はフォトダイオード出力を電流電圧変換し、ポリゴンミラーの各面からの反射光出力をカウントして、所定回カウント後にパルスを出力するために設けられる。
ポリゴンミラー1の面数が6面の場合、6回のカウントで1周期となるため、反射光出力を6回カウントすると1パルスを出力する。演算器17からの出力はパルス発生器11に入力され、演算器17からの信号入力に同期して半導体レーザドライバ13にトリガ信号が出力される。パルス発生器11からのトリガ信号により第2の半導体レーザ15が発光する。
フォトダイオード16からの出力タイミングと光学系光軸に対するポリゴンミラー1面の角度との整合を図っておけば、フォトダイオード16の出力の検出により測定光学系光軸に対するポリゴンミラー面の角度が把握できる。
このため、ポリゴンミラー1の回転が突発的に高周波で変動しても、フォトダイオード16の出力検出に同期したパルス光照射により干渉縞の突発的な高周波変動を抑制することができる。それにより容易に干渉縞ピーク波数を所定の閾値以下に調整することができる。
ポリゴンミラー1に回転周波数変動検出のために照射する第2の半導体レーザ15のスポットが干渉画像に観察される場合は、干渉縞観察用とは異なる波長の光源を用いて、CCDカメラ7の手前に、干渉縞観察用の波長のみ透過可能な帯域フィルタを設置することにより、回転周波数変動検出のために照射する第2の半導体レーザ15のスポットを干渉画像から除去することができる。
また、干渉縞のピーク波数検出を画像処理による干渉縞の本数検出により行うようにしてもよいが、フーリエ変換によってピーク波数を求めると、より高速な演算が可能となる。
FIG. 7 is a schematic view showing a second embodiment of the configuration of the dynamic shape measuring apparatus according to the present invention. In the second embodiment, a second semiconductor laser 15 for irradiating light to the polygon mirror 1 and a photodiode 16 for receiving reflected light from the polygon mirror 1 are provided.
Light from the second semiconductor laser 15 is collimated by a beam shaping lens and a collimating lens (not shown). The arithmetic unit 17 is provided for converting the output of the photodiode into current and voltage, counting the reflected light output from each surface of the polygon mirror, and outputting a pulse after counting a predetermined number of times.
When the number of surfaces of the polygon mirror 1 is 6, since one cycle is obtained by counting 6 times, one pulse is output when the reflected light output is counted 6 times. The output from the calculator 17 is input to the pulse generator 11, and a trigger signal is output to the semiconductor laser driver 13 in synchronization with the signal input from the calculator 17. The second semiconductor laser 15 emits light in response to a trigger signal from the pulse generator 11.
If the output timing from the photodiode 16 is matched with the angle of the polygon mirror 1 surface relative to the optical axis of the optical system, the angle of the polygon mirror surface relative to the optical axis of the measuring optical system can be grasped by detecting the output of the photodiode 16. .
For this reason, even if the rotation of the polygon mirror 1 suddenly fluctuates at a high frequency, the sudden high frequency fluctuation of the interference fringes can be suppressed by the pulsed light irradiation synchronized with the output detection of the photodiode 16. Thereby, the interference fringe peak wave number can be easily adjusted to a predetermined threshold value or less.
When the spot of the second semiconductor laser 15 irradiated to the polygon mirror 1 for detecting the rotational frequency fluctuation is observed in the interference image, a light source having a wavelength different from that for the interference fringe observation is used, and the CCD camera 7 is in front. In addition, by installing a bandpass filter that can transmit only the wavelength for observing interference fringes, the spot of the second semiconductor laser 15 that is irradiated for detecting the rotational frequency fluctuation can be removed from the interference image.
Further, the peak wave number detection of the interference fringes may be performed by detecting the number of interference fringes by image processing. However, if the peak wave number is obtained by Fourier transform, higher speed calculation is possible.

第1の実施の形態の構成において、ポリゴンミラー1のかわりに基準ミラーを被測定物として設置する。基準ミラー(図示せず)は別途一般の形状測定装置により形状B(x,y)が測定されている。x、yはそれぞれCCDカメラ7撮像面上におけるそれぞれx方向、y方向の位置を表す座標である。
基準ミラーは可動物であっても非可動物(静止物体)であってもどちらでもよいが、可動物の場合は、その動作により形状変形を生じない物体、例えば厚みが十分あるミラー等がよい。
装置に要求される精度に対して面精度が十分保証されたミラーであれば、形状誤差B(x,y)が0である理想平面として扱ってもよい。ここでは基準ミラーが非可動物であるとして説明する。
基準ミラーを被測定物として装置にセットしたのち干渉縞を発生させる。基準ミラーか参照ミラー8のどちらかを傾けて干渉縞に所定ピーク波数の空間変調をかけて、第1の実施の形態について前述した方法で基準ミラーの形状S(x,y)を求める。
{S(x,y)−B(x,y)}が空間変調に伴う形状測定誤差E(x,y)となるため、それを保存しておく。x方向の干渉縞空間変調には基準ミラーを傾け、y方向の干渉縞空間変調には参照ミラー8を傾けて測定を実施すると、実際の測定に近い状態になるため都合がよい。
ポリゴンミラーを被測定物として測定装置にセットした後測定を実施してポリゴンミラー形状P(x,y)を取得する。P(x,y)からE(x,y)を差し引くことにより、空間変調に伴う形状誤差を補正した測定結果が得られる。
空間変調に伴う形状誤差を補正することができると、測定における干渉縞ピーク波数の閾値を大きくすることができるため、それにより測定で使用できる干渉縞の取得確率が高くなり、測定時間の短縮、測定操作性の向上が図れる。さらに測定の面内空間分解能を向上させることができる。
In the configuration of the first embodiment, a reference mirror is installed as an object to be measured instead of the polygon mirror 1. The reference mirror (not shown) has a shape B (x, y) measured by a separate general shape measuring device. x and y are coordinates representing the positions in the x and y directions on the imaging surface of the CCD camera 7, respectively.
The reference mirror may be either a movable object or a non-movable object (stationary object), but in the case of a movable object, an object that does not deform due to its operation, for example, a mirror with sufficient thickness, etc., is preferable. .
As long as the surface accuracy is sufficiently guaranteed with respect to the accuracy required for the apparatus, the mirror may be treated as an ideal plane having a shape error B (x, y) of zero. Here, a description will be given assuming that the reference mirror is a non-movable object.
After setting the reference mirror as an object to be measured, an interference fringe is generated. Either the reference mirror or the reference mirror 8 is tilted and the interference fringes are spatially modulated with a predetermined peak wavenumber, and the shape S (x, y) of the reference mirror is obtained by the method described above for the first embodiment.
Since {S (x, y) −B (x, y)} is a shape measurement error E (x, y) accompanying spatial modulation, it is stored. If the measurement is performed with the reference mirror tilted for the interference fringe spatial modulation in the x direction and the reference mirror 8 tilted for the interference fringe spatial modulation in the y direction, it is convenient because the state becomes close to the actual measurement.
After setting the polygon mirror as the object to be measured in the measuring apparatus, the measurement is performed to obtain the polygon mirror shape P (x, y). By subtracting E (x, y) from P (x, y), a measurement result in which a shape error associated with spatial modulation is corrected is obtained.
If the shape error associated with spatial modulation can be corrected, the interference fringe peak wave number threshold in measurement can be increased, thereby increasing the probability of obtaining interference fringes that can be used in measurement and reducing measurement time. Measurement operability can be improved. Furthermore, the in-plane spatial resolution of measurement can be improved.

上述した方法では空間変調に伴う形状測定誤差を実測で取得し、測定結果の補正に使用したが、被測定物の形状以外による干渉縞の空間変調のレベルが推定できれば形状測定誤差を推定値として取得することができる。そのために測定光学系で使用される光学部品をモデル化して光線追跡シミュレーションを実施する。
被測定物の形状以外で干渉縞を空間変調させる要因には測定光学系の収差の成分が大きいため、測定光学系の収差による干渉縞の空間変調のレベルを推定し、そこから形状測定誤差を推定することにより、測定の際の空間変調に伴う形状測定誤差を取得することができる。その後は前述した方法により、測定における空間変調に伴う形状測定誤差を補正することができる。
前述した方法では、空間変調に伴う形状誤差を、単一の所定干渉縞ピーク波数においてのみ取得したが、複数の干渉縞ピーク波数ごとで形状測定誤差を取得しておいたほうが、補正の精度を向上させ、適用範囲を拡大することができる。
前述した所定ピーク波数における形状測定誤差取得方法を複数の干渉縞ピーク波数において実施し、ピーク波数ごとで形状測定誤差を取得しておく。測定のとき収録した干渉縞のピーク波数に応じて形状測定誤差を選択し、補正に使用することにより本発明の方法を実施できる。
In the method described above, the shape measurement error due to spatial modulation was obtained by actual measurement and used to correct the measurement result.However, if the level of spatial modulation of interference fringes other than the shape of the object to be measured can be estimated, the shape measurement error is used as the estimated value. Can be acquired. For this purpose, a ray tracing simulation is performed by modeling optical components used in the measurement optical system.
The reason for the spatial modulation of interference fringes other than the shape of the object being measured is that the aberration component of the measurement optical system is large. By estimating, it is possible to obtain a shape measurement error accompanying spatial modulation during measurement. Thereafter, the shape measurement error associated with the spatial modulation in the measurement can be corrected by the method described above.
In the method described above, the shape error associated with the spatial modulation is acquired only at a single predetermined interference fringe peak wave number. However, if the shape measurement error is acquired for each of the plurality of interference fringe peak wave numbers, the correction accuracy is improved. The range of application can be expanded.
The above-described shape measurement error acquisition method at a predetermined peak wave number is performed for a plurality of interference fringe peak wave numbers, and the shape measurement error is acquired for each peak wave number. The method of the present invention can be implemented by selecting a shape measurement error according to the peak wave number of the interference fringes recorded at the time of measurement and using it for correction.

本発明によれば、干渉縞のピーク波数検出と、被測定物動作−光源発光のタイミング調整と、干渉縞画像の撮像とを連携動作させる連動手段を構成に付加し、それらを協働させることにより、設定した閾値以下に干渉縞のピーク波数を低減させる。測定時間を短縮し、操作性を向上させることができる。
被測定物の動作平面と略垂直な方向における被測定物反射光と参照光との相対的な傾きを調整する手段を構成に付加することにより、被測定物の動作平面と略垂直な方向における干渉縞のピーク波数を調整可能とする。それにより設定した閾値以下に干渉縞のピーク波数を低減させることができ、測定時間を短縮し、操作性を向上させることができる。
本発明によれば、被測定物の動作と光源発光のタイミング調整を、光源と受光素子と前記受光素子出力をもとに光源発光タイミングを求める演算器とから構成することにより、被測定物の動作と光源発光のタイミング調整を自動化、高速化する。それにより所定閾値以下のピーク波数の干渉縞取得を容易とする。本発明は、被測定物の非周期運動成分が高周波であっても測定の操作性を向上させ、測定時間を短縮させることができる。
本発明によれば、被測定物形状以外に起因した前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を予め求めておき、動的形状測定値から差し引いて誤差を補正することにより、大きい閾値でも測定精度変動を抑制可能とする。それにより測定時間を短縮し、測定操作性を向上させ、さらには測定の面内空間分解能を向上させることができる。
本発明によれば、干渉縞のピーク波数ごとで補正データを取得しておき、測定のさい収録した干渉縞のピーク波数に応じて最適な補正データを用いたほうが、測定精度変動を抑制することができ、ピーク波数の閾値も大きい値を設けることができるので、撮像した干渉縞のピーク波数に応じた補正データを用いることにより測定時間を短縮し、測定操作性を向上させることできる。
According to the present invention, the interlocking means for cooperatively operating the interference fringe peak wave number detection, the measured object operation-light source light emission timing adjustment, and the interference fringe image capturing is added to the configuration, and these are cooperated. Thus, the peak wave number of the interference fringes is reduced below the set threshold value. Measurement time can be shortened and operability can be improved.
By adding a means for adjusting the relative inclination between the reflected light of the object to be measured and the reference light in the direction substantially perpendicular to the operation plane of the object to be measured, in the direction substantially perpendicular to the operation plane of the object to be measured. The peak wave number of the interference fringes can be adjusted. Thereby, the peak wave number of the interference fringes can be reduced below the set threshold value, the measurement time can be shortened, and the operability can be improved.
According to the present invention, the operation of the object to be measured and the timing adjustment of the light source emission are configured by the light source, the light receiving element, and the arithmetic unit for obtaining the light source light emission timing based on the light receiving element output. Automates and speeds up operation and timing adjustment of light emission. This facilitates acquisition of interference fringes having a peak wave number below a predetermined threshold. The present invention can improve the operability of measurement and shorten the measurement time even if the non-periodic motion component of the object to be measured is a high frequency.
According to the present invention, a shape measurement error due to the spatial distortion of the interference fringes caused by other than the shape of the object to be measured is obtained in advance, and the error is corrected by subtracting from the dynamic shape measurement value. Measurement accuracy fluctuation can be suppressed. As a result, the measurement time can be shortened, the measurement operability can be improved, and further, the in-plane spatial resolution of the measurement can be improved.
According to the present invention, the correction data is acquired for each peak wave number of the interference fringes, and the measurement data fluctuation is suppressed by using the optimum correction data according to the peak wave number of the interference fringes recorded during the measurement. Since the peak wave number threshold value can be set to a large value, the measurement time can be shortened and the measurement operability can be improved by using correction data corresponding to the peak wave number of the captured interference fringes.

本発明において測定対象となる可動物の一例を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows an example of the movable object used as a measuring object in this invention. 本発明による動的形状測定装置の構成の第1の実施の形態を示す概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic which shows 1st Embodiment of a structure of the dynamic shape measuring apparatus by this invention. ポリゴンミラーへの信号と半導体レーザドライバへの信号の位相調整を説明する図。The figure explaining the phase adjustment of the signal to a polygon mirror, and the signal to a semiconductor laser driver. 図2の光学系により観測されるポリゴンミラー面の像とポリゴンミラー面上に発生した干渉縞の様子を示す図。The figure which shows the mode of the interference fringe which generate | occur | produced on the image of the polygon mirror surface observed with the optical system of FIG. ポリゴンミラーにおける回転に伴う面外変位の様子を示す図。The figure which shows the mode of the out-of-plane displacement accompanying rotation in a polygon mirror. 干渉縞の使用可否判定処理フローを示すフローチャート。The flowchart which shows the usability determination processing flow of an interference fringe. 本発明による動的形状測定装置の構成の第2の実施の形態を示す概略図。Schematic which shows 2nd Embodiment of the structure of the dynamic shape measuring apparatus by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 被測定物(ポリゴンミラー)、2 パルス光源(半導体レーザ)、3 照射光学系(NDフィルタ)、4 照射光学系(ビームエキスパンダ)、5 干渉光学系(ビームスプリッタ)、6 結像光学系(レンズ)、7 撮像手段(CCDカメラ)、8 干渉光学系(参照ミラー)、10 コンピュータ(干渉縞のピーク波数検出手段)、10a コンピュータのモニタ、11 タイミング調整手段(パルス発生器、ピーク波数検出手段)、12 ポリゴンミラードライバ、13 半導体レーザドライバ、14 CCDカメラドライバ、15 第2の光源(第2の半導体レーザ)、16 受光素子(フォトダイオード、ピーク波数検査手段)、17 演算器(タイミング調整手段、干渉縞のピーク波数検出手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measured object (polygon mirror), 2 pulse light source (semiconductor laser), 3 irradiation optical system (ND filter), 4 irradiation optical system (beam expander), 5 interference optical system (beam splitter), 6 imaging optical system (Lens), 7 imaging means (CCD camera), 8 interference optical system (reference mirror), 10 computer (interference fringe peak wave number detection means), 10a computer monitor, 11 timing adjustment means (pulse generator, peak wave number detection) Means), 12 polygon mirror driver, 13 semiconductor laser driver, 14 CCD camera driver, 15 second light source (second semiconductor laser), 16 light receiving element (photodiode, peak wave number inspection means), 17 computing unit (timing adjustment) Means, interference fringe peak wave number detection means)

Claims (10)

所定の時間幅のパルス光を所定の周期で発光するパルス光源と、略一定周期で動作する可動被測定物に前記パルス光源からの光を照射するための照射光学系と、前記被測定物からの反射光と参照光との干渉縞を発生させるための干渉光学系と、前記被測定物の干渉縞画像を撮像するための撮像手段と、前記干渉縞画像における干渉縞のピーク波数を検出する検出手段と、前記撮像手段による被測定物の干渉縞画像と前記干渉縞のピーク波数を基に干渉縞の位相スペクトルを求め、位相スペクトルから前記被測定物の動作中における形状を求めるための演算手段と、前記干渉縞を発生させるために前記被測定物の動作と前記パルス光源の発光とのタイミングを調整するタイミング調整手段とからなる可動物の動的形状測定装置において、前記干渉縞のピーク波数が所定の値の範囲内にあるか否かを判定するためのピーク波数検査手段を備えていることを特徴とする動的形状測定装置。   A pulsed light source that emits pulsed light of a predetermined time width at a predetermined period, an irradiation optical system for irradiating light from the pulsed light source to a movable measured object that operates at a substantially constant period, and the measured object An interference optical system for generating an interference fringe between the reflected light and the reference light, an imaging means for capturing an interference fringe image of the object to be measured, and detecting a peak wave number of the interference fringe in the interference fringe image Calculation for obtaining the phase spectrum of the interference fringe based on the interference fringe image of the object to be measured and the peak wave number of the interference fringe by the detection means and the shape of the object under operation from the phase spectrum In the apparatus for measuring a dynamic shape of a movable object comprising: means for adjusting the timing of the operation of the object to be measured and the light emission of the pulse light source in order to generate the interference fringes. Dynamic shape measuring apparatus in which the peak wavenumber, characterized in that it comprises a peak wavenumber inspection means for determining whether or not within a predetermined value range of stripes. 前記干渉縞の波数を所定の値以下に抑制するために、前記干渉縞の波数検出と、前記被測定物動作−パルス光源発光のタイミング調整と、干渉縞画像の撮像とを連動させる連動手段を備えることを特徴とする請求項1記載の動的形状測定装置。   In order to suppress the wave number of the interference fringe to a predetermined value or less, interlocking means for linking the detection of the wave number of the interference fringe, the timing adjustment of the measurement object operation-pulse light source emission, and the imaging of the interference fringe image. The dynamic shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: 前記干渉縞のピーク波数検出と前記被測定物動作−パルス光源発光のタイミング調整と、干渉縞画像の撮像と前記被測定物反射光と参照光との相対的傾きの調整とを連動させる連動手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の動的形状測定装置。   Interlock means for interlocking detection of the peak wave number of the interference fringe, operation of the object to be measured-pulse light source emission, imaging of the interference fringe image, and adjustment of the relative inclination of the object reflected light and the reference light The dynamic shape measuring apparatus according to claim 1, wherein: 前記照射光学系の光軸以外の方向から前記被測定物に光を照射するための第2の光源と、この第2の光源からの光の前記被測定物による反射光を検出するための受光素子と、この受光素子出力をもとに光源発光タイミングを求めるための演算手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の動的形状測定装置。   A second light source for irradiating the object to be measured from a direction other than the optical axis of the irradiation optical system, and light reception for detecting light reflected by the object to be measured from the second light source. 2. The dynamic shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: an element; and a calculation means for obtaining a light source emission timing based on the output of the light receiving element. 前記干渉縞のピーク波数検出手段がフーリエ変換演算器であることを特徴とする請求項1記載の動的形状測定装置。   2. The dynamic shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the interference fringe peak wave number detecting means is a Fourier transform calculator. 所定の時間幅のパルス光を所定の周期で発光するパルス光源と、略一定周期で動作する可動被測定物に前記パルス光源からの光を照射するための照射光学系と、前記被測定物からの反射光と参照光との干渉縞を発生させるための干渉光学系と、前記被測定物の干渉縞画像を撮像するための撮像手段と、前記干渉縞画像における干渉縞のピーク波数を検出する検出手段と、前記撮像手段による被測定物の干渉縞画像と前記干渉縞のピーク波数を基に干渉縞の位相スペクトルを求め、位相スペクトルから前記被測定物の動作中における形状を求めるための演算手段と、前記干渉縞を発生させるために前記被測定物の動作と前記パルス光源の発光とのタイミングを調整するタイミング調整手段とからなる動的形状測定装置を用いて可動物の動的形状を測定する動的形状測定方法において、前記被測定物が回転多面体であるとき、前記被測定物の動作と前記被測定物へのパルス光照射とのタイミングを調整することにより、前記回転多面体における所定の面を被測定面として選択し、被測定面の干渉縞画像を撮像することを特徴とする動的形状測定方法。   A pulsed light source that emits pulsed light of a predetermined time width at a predetermined period, an irradiation optical system for irradiating light from the pulsed light source to a movable measured object that operates at a substantially constant period, and the measured object An interference optical system for generating an interference fringe between the reflected light and the reference light, an imaging means for capturing an interference fringe image of the object to be measured, and detecting a peak wave number of the interference fringe in the interference fringe image A calculation means for obtaining a phase spectrum of the interference fringe based on the interference fringe image of the object to be measured by the detecting means and the imaging means and the peak wave number of the interference fringe, and obtaining the shape of the object under operation from the phase spectrum Dynamic shape of a movable object using a dynamic shape measuring device comprising: means; and timing adjusting means for adjusting timing of operation of the object to be measured and light emission of the pulse light source to generate the interference fringes In the dynamic shape measuring method to be measured, when the object to be measured is a rotating polyhedron, by adjusting the timing of the operation of the object to be measured and pulsed light irradiation to the object to be measured, a predetermined in the rotating polyhedron A dynamic shape measuring method comprising: picking an interference fringe image of a surface to be measured by selecting the surface of the surface to be measured. 所定の時間幅のパルス光を所定の周期で発光するパルス光源と、略一定周期で動作する可動被測定物に前記パルス光源からの光を照射するための照射光学系と、前記被測定物からの反射光と参照光との干渉縞を発生させるための干渉光学系と、前記被測定物の干渉縞画像を撮像するための撮像手段と、前記干渉縞画像における干渉縞のピーク波数を検出する検出手段と、前記撮像手段による被測定物の干渉縞画像と前記干渉縞のピーク波数を基に干渉縞の位相スペクトルを求め、位相スペクトルから前記被測定物の動作中における形状を求めるための演算手段と、前記干渉縞を発生させるために前記被測定物の動作と前記パルス光源の発光とのタイミングを調整するタイミング調整手段とからなる動的形状測定装置を用いて可動物の動的形状の測定誤差を補正する動的形状の測定誤差補正方法において、前記被測定物形状以外に起因した前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を予め求めておき、被測定物の動的形状測定値から差し引くことにより、前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を補正することを特徴とする動的形状の測定誤差補正方法。   A pulsed light source that emits pulsed light of a predetermined time width at a predetermined period, an irradiation optical system for irradiating light from the pulsed light source to a movable measured object that operates at a substantially constant period, and the measured object An interference optical system for generating an interference fringe between the reflected light and the reference light, an imaging means for capturing an interference fringe image of the object to be measured, and detecting a peak wave number of the interference fringe in the interference fringe image Calculation for obtaining the phase spectrum of the interference fringe based on the interference fringe image of the object to be measured and the peak wave number of the interference fringe by the detection means and the shape of the object under operation from the phase spectrum Dynamic shape of a movable object using a dynamic shape measuring device comprising: means; and timing adjusting means for adjusting timing of the operation of the object to be measured and light emission of the pulse light source to generate the interference fringes In the dynamic shape measurement error correction method for correcting the measurement error, the shape measurement error due to the spatial distortion of the interference fringes caused by other than the shape of the measurement object is obtained in advance, and the dynamic shape measurement of the measurement object is performed. A dynamic shape measurement error correction method, wherein a shape measurement error due to spatial distortion of the interference fringes is corrected by subtracting from a value. 前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を、形状が既知である任意の面を前記動的形状測定装置により測定することによって取得することを特徴とする請求項7記載の動的形状の測定誤差補正方法。   The shape measurement error due to the spatial distortion of the interference fringes is obtained by measuring an arbitrary surface with a known shape by the dynamic shape measurement device. Measurement error correction method. 前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を、前記結像光学系による被測定物反射光の軌跡を光線追跡シミュレーションすることにより取得することを特徴とする請求項7記載の動的形状の測定誤差補正方法。   8. The dynamic shape of claim 7, wherein a shape measurement error due to a spatial distortion of the interference fringes is obtained by performing a ray tracing simulation of a trajectory of reflected light of the object measured by the imaging optical system. Measurement error correction method. 前記干渉縞の空間的な歪みによる形状測定誤差を、前記干渉縞のピーク波数ごとで予め取得しておき、前記被測定物を動的形状測定する際に撮像した干渉縞のピーク波数に応じて、前記干渉縞のピーク波数ごとで取得した形状測定誤差を用いて補正することを特徴とする請求項7記載の動的形状の測定誤差補正方法。
The shape measurement error due to the spatial distortion of the interference fringes is acquired in advance for each peak wave number of the interference fringes, and according to the peak wave number of the interference fringes imaged when the object to be measured is subjected to dynamic shape measurement. 8. The dynamic shape measurement error correction method according to claim 7, wherein correction is performed using a shape measurement error acquired for each peak wave number of the interference fringes.
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WO2008147098A1 (en) * 2007-05-29 2008-12-04 Intekplus Co., Ltd Apparatus for measurement of three-dimensional shape
JP2012237659A (en) * 2011-05-12 2012-12-06 Yokogawa Meters & Instruments Corp Bidirectional optical module and optical pulse tester

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