JP2006349534A - 動体測定用干渉計装置および動体測定用光干渉計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象となる部分が順次移動するような被検体を光干渉計測し得る動体測定用干渉計装置および動体測定用光干渉計測方法を得る。
【解決手段】撮像面３３の受光許容期間内に含まれるように瞬間的撮像期間を設定する同期信号生成部４３と、半導体レーザ光源１１から出射された測定用光束が、この瞬間的撮像期間にのみ被検体７に照射されるためのＡＯＭ１３およびＡＯＭドライバ１４とを備える。撮像カメラ３２は、瞬間的撮像期間に撮像面３３で受光した干渉光により、該瞬間的撮像期間における被検体７の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検面の形状や透明被検体の屈折率分布等の位相情報を求めるための干渉計装置および光干渉計測方法に関し、特に、干渉計装置に対して移動する（空間的な位置の変動や回転運動等の他、被検面の変形や屈折率分布の変化等を含む）被検体を光干渉計測するのに好適な動体測定用干渉計装置および動体測定用光干渉計測方法に関する。

従来、動きを伴う被検体を光計測するものとしては、被検体の経時的な変形を測定するためのスペックル干渉計装置が一般的であるが、モアレ縞測定装置において、移動する被検体を間欠的にストロボ照射して各照射時間のモアレ縞画像を得るようにした例も知られている。

また、周期運動する被検体の運動周期に同期させて短パルス光を間欠照射し、各照射で得られる反射光を多重露光することにより、被検体の同一位置における干渉縞画像を撮像するようにした干渉計装置の提案もなされている（下記特許文献１参照）。

特開２００３−２２２５０８号公報 特開昭５９−１０５５０８号公報

近年、製造ラインを移動する被検体を、インライン（オンプロセス）状態で光干渉計測したいという要望が高まっている。例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等で使用されるフィルム材（ＰＥＴやＰＥＮ等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アモルファスポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂等で形成される）の製造業界においては、フィルム材料が流れるように移動する製造ラインの所定位置において、製造環境や製造条件等に左右されるフィルム材料の厚みむら等を所定時間間隔ごとにインライン計測し、その計測結果を製造条件等の制御にフィードバックしたいという要望がある。

従来、透明性の高いフィルム状の被検体の厚みむら等を光干渉計測する方法としては、上記特許文献２に記載されたものなどが知られているが、これまでのものは、いずれもオフラインでの計測を想定したものであり、移動する被検体を光干渉計測し得るようには構成されていない。

また、上記特許文献１に記載されたものは、周期性を持って反復運動する被検体を対象としたものであるので、上述したフィルム材料のように測定対象となる部分が順次移動するために、同一箇所を何度も撮像することが困難な被検体に対しては、適用できないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、測定対象となる部分が順次移動するような被検体を光干渉計測し得る動体測定用干渉計装置および動体測定用光干渉計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明では、撮像面の受光許容期間内に設定した瞬間的撮像期間にのみ撮像面に干渉光が入射するようにして、瞬間的撮像期間における被検体の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得るようにしている。

すなわち、本発明に係る動体測定用干渉計装置は、移動する被検体を光干渉計測する干渉計装置であって、測定用光束を出力する光束出力手段と、当該干渉計装置に対して移動する前記被検体に前記測定用光束を照射し、該被検体から反射される反射被検光または該被検体を透過した透過被検光を、基準光と干渉させて干渉光を得る干渉光学系と、前記干渉光を撮像面で受光して画像情報を得る撮像手段と、前記被検体が当該干渉計装置に対して略静止しているとみなせる瞬間的撮像期間を、前記撮像面の受光許容期間内に含まれるように設定するとともに、該瞬間的撮像期間にのみ前記干渉光が前記撮像面に入射するように制御する撮像タイミング制御手段と、を備え、前記撮像手段は、前記瞬間的撮像期間に前記撮像面で受光した前記干渉光により、該瞬間的撮像期間における前記被検体の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得るように構成されている、ことを特徴とするものである。

本発明の動体測定用干渉計装置において、撮像タイミング制御手段は、瞬間的撮像期間にのみ被検体に測定用光束が照射されるように、測定用光束の出射方向を切り替えるように構成されたものとすることができ、その場合、音響光学効果により測定用光束の出射方向を切り替える光偏向手段を備えてなるものとすることが好ましい。

また、瞬間的撮像期間は、該瞬間的撮像期間における被検体の移動量が前記撮像面上において該撮像面の画素寸法の２分の１以下に相当するような期間とされていることが好ましい。

また、本発明の動体測定用干渉計装置は、測定用光束の光路上に配置された透過型基準板を備え、該透過型基準板の基準面において、該基準面に入射した測定用光束を、逆向きに反射して基準光となす光束と、透過して被検体を照射する光束とに分離するように構成することができ、その際、被検体が、測定用光束に対して透明性を有するものである場合には、記被検体を挟んで透過型基準板と略対向するように配置された反射板を備え、該反射板の反射面に、被検体を透過して入射した測定用光束を、透過型基準板に向けて反射するように構成されていることが好ましい。

また、その際、透過型基準板の基準面に対しては、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とが前記基準板から見てこの順に積層されてなり、基準面側から入射する測定用光束に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を被検体に向けて射出する機能を有するとともに、被検体側から入射する反射板からの戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を透過被検光として基準面の方向に射出する機能を有する光量比調整膜が着設され、反射板の反射面には、測定用光束に対する反射率の高い高反射膜が着設されていることが好ましい。

一方、このような態様に替えて、透過型基準板の基準面と被検体との間に光量比調整フィルタが挿脱自在に配され、反射板の反射面に、測定用光束に対する反射率の高い高反射膜が着設されており、光量比調整フィルタは、透明基板の前記被検体対向面あるいは基準面対向面のいずれか一方の面に、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とが基準面から見てこの順に積層されてなる多層膜構造の光量比調整膜が着設されてなり、該光量比調整膜は、透明基板の基準面対向面側からの入射光に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を被検体に向けて射出する機能を有するとともに、被検体対向面側から入射する被検体からの戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を被検光として基準面方向に射出する機能を有する膜構成とされてなるものである、とすることができる。

また、本発明の動体測定用干渉計装置は、干渉縞画像情報に基づく縞解析を行ない、前記位相情報を求める解析手段を備えたものとすることができ、その際、瞬間的撮像期間が所定時間内に複数設定されている場合には、この解析手段は、各瞬間的撮像期間で得られた干渉縞画像情報それぞれに基づく各縞解析を、並列的に処理し得るように構成されたものとすることが好ましい。

また、この解析手段は、縞解析をフーリエ変換解析法により行なうものとすることができ、その場合、干渉光学系は、フーリエ変換解析法に必要な空間キャリア縞が干渉光に重畳されるように配置されていることが好ましい。

また、被検体が、互いに略平行に延びる縞状パターンを有するものである場合には、干渉光学系は、前記空間キャリア縞が前記縞状パターンと略直交するように配置されていることが好ましく、被検体が、光学的異方性を有するものである場合には、測定用光束は直線偏光とされ、該直線偏光の電場の振動方向が、被検体の光学軸の方向に応じて、複屈折を抑制する方向に調整されていることが好ましい。

また、本発明に係る動体測定用光干渉計測方法は、干渉計装置を用いて、移動する被検体を光干渉計測する方法であって、測定用光束を出力する光束出力手順と、前記干渉計装置に対して移動する前記被検体に前記測定用光束を照射し、該被検体から反射される反射被検光または該被検体を透過した透過被検光を、基準光と干渉させて干渉光を得る干渉光生成手順と、前記被検体が当該干渉計装置に対して略静止しているとみなせる瞬間的撮像期間を、前記撮像面の受光許容期間内に含まれるように設定するとともに、該瞬間的撮像期間にのみ前記干渉光が前記撮像面に入射するように制御する撮像タイミング制御手順と、を行ない、前記瞬間的撮像期間に前記撮像面で受光した前記干渉光により、該瞬間的撮像期間における前記被検体の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得、この得られた干渉縞画像情報に基づく縞解析を行なうことにより、前記位相情報を求めることを特徴とするものである。

本発明において、上記「撮像面の受光許容期間」とは、例えば、撮像面がＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像面で構成される場合においては、シャッタスピードや電荷の読み出し方式等によって規定される電荷の１蓄積期間（例えば、ＮＴＳＣ規格におけるフィールド読み出し方式に従う固体撮像素子の場合は１／６０秒の期間を、静止画像用としてシャッタスピードが所定期間（例えば１／１２０秒）に設定された場合はその期間を指す）に相当するものである。

また、上記「移動する」とは、被検体全体が空間的に位置を移動させることや、長尺状の被検体が一方向に流れるように移動することの他、被検体が回転することや変形すること、およびこれらを複合した動きを伴うことや透明な被検体の内部の特性（例えば、屈折率分布）が変化することなどを含む。

なお、本発明は、様々な移動形態を伴う種々の被検体を測定対象とすることが可能であるが、特に、一方向に延びる長尺状のもの（例えば透明なフィルム材）で、その延伸方向に移動するような被検体を、所定時間間隔で定点計測するような場合に好適である。

本発明の動体測定用干渉計装置および動体測定用光干渉計測方法によれば、上記構成を備えたことにより、特に瞬間的撮像期間を撮像面の受光許容期間内に含まれるように設定することにより、汎用的な動画用のイメージセンサを用いた場合においても、被検体が静止した状態で撮像されたのと同様の干渉縞画像情報を確実に得ることができるので、測定対象となる部分が順次移動するような被検体をインライン計測することが可能である。

また、撮像タイミング制御手段として、瞬間的撮像期間にのみ被検体に測定用光束が照射されるように、測定用光束の出射方向を切り替えるように構成されたもの、特に音響光学効果により測定用光束の出射方向を切り替える光偏向手段を備えてなるものを用いた態様のものでは、高価なパルスレーザを用いることなく、汎用的なレーザ光源等を用いて測定用光束の瞬間的な照射が可能となるので、装置の低コスト化を図ることが可能となる。

また、透過型基準板と反射板とを備えた態様のものにおいて、透過型基準板の基準面に光量比調整膜を着設し、反射板の反射面に高反射膜を着設したもの、または透過型基準板の基準面と被検体との間に、光量比調整膜を着設された光量比調整フィルタが挿脱自在に配され、反射板の反射面に、測定用光束に対する反射率の高い高反射膜が着設されたものでは、撮像する干渉縞画像のコントラストを高めることができるので、高精度な測定を行なうことが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る動体測定用干渉計装置の主要部の構成を概略的に示す図であり、図２はそのインライン計測時の配置例を示している。

図２に示すように本実施形態の動体測定用干渉計装置（以下「本実施形態装置」と称することがある）は、測定光束に対して透明性を有する長尺のフィルム材（例えばＰＥＴやＰＥＮ等のポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アモルファスポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂等で形成される）である被検体７を、その製造工程中においてインライン計測するものであり、干渉計装置１と、コンピュータ装置等からなる解析装置４と、画像表示装置５と、マウスやキーボード等からなる入力装置６とにより構成されている。

干渉計装置１は、製造ライン上を例えば秒速略１ｍ／ｓの速度で搬送される被検体７を、２つの搬送ローラ８Ａ，８Ｂ間において所定時間間隔ごとに定点計測し、被検体７の厚みむら等の位相情報を担持した干渉縞画像情報を間欠的に得るように構成されており、図中右方より左方に略水平に搬送される被検体７を、装置筺体１ａと平面反射板２８とが挟むように、かつ装置筺体１ａから出射される測定用光束の軸線（図中一点鎖線で示す）が被検体７に対して斜交する（被検体７からの反射光がノイズ光となるのを防止するための措置）ように配置されている。

図１に示すように干渉計装置１は、装置筺体１ａの内部に、測定用光束を出力する光束出力手段１０と、当該干渉計装置１に対して移動する被検体７に測定用光束を照射し、被検体７を透過して平面反射板２８から反射された透過被検光を、基準光と干渉させて干渉光を得るフィゾー型の干渉光学系２０と、干渉光を撮像面で受光して画像情報を得る撮像手段３０とを備えている。

これらのうち光束出力手段１０は、高可干渉性の光束を出射する半導体レーザ光源１１と、該半導体レーザ光源１１から出射された光束をコリメートして測定用光束となすコリメータレンズ１２と、該コリメータレンズ１２からの測定用光束の出射方向を音響光学効果により切り替える光偏向手段としてのＡＯＭ（音響光学変調器）１３と、該ＡＯＭ１３を駆動させるＡＯＭドライバ１４と、ＡＯＭ１３からの測定用光束（詳しくはその１次回折光）を干渉光学系２０に向けて反射する反射ミラー１５と、該反射ミラー１５と上記ＡＯＭ１３との光路上に配されたスリット板１６（ＡＯＭ１３から反射ミラー１５に向けて出射される測定用光束の１次回折光のみを通過させるスリット１６ａを有する）とを備えてなる。ＡＯＭ１３およびＡＯＭドライバ１４は、被検体７が干渉計装置１に対して略静止しているとみなせる瞬間的撮像期間（例えば、１０μｓ）のみ、被検体７に測定用光束が照射されるように該測定用光束の出射方向を切り替える撮像タイミング制御手段を、後述する同期信号生成部４３とともに構成するものであり、反射ミラー１５に測定用光束が入射するのは、この瞬間的撮像期間にのみとされている。

一方、干渉光学系２０は、発散レンズ２１およびコリメータレンズ２２からなるビームエキスパンダと、コリメータレンズ２２からの測定用光束を収束させる収束レンズ２３と、該収束レンズ２３により収束せしめられた測定用光束の収束点に配置されたピンホール２４ａを有するピンホール板２４とを備えている。また、干渉光学系２０は、ピンホール２４ａからの測定用光束の一部をその余の部分と分離して図中下方に反射するビームスプリッタ２５と、該ビームスプリッタ２５からの測定用光束をコリメートするコリメータレンズ２６と、該コリメータレンズ２６からの測定用光束の光路上に配置され、コリメータレンズ２６からの測定用光束をその基準面２７ａにおいて、逆向きに反射して基準光となす光束と、透過して被検体７を照射する光束とに分離する透過型基準板２７と、上述の平面反射板２８、すなわち被検体７を挟んで透過型基準板２７と略対向するように配置され、被検体２７を透過した測定用光束をその反射面２８ａ（入射した光束の波面を維持し得るように高精度に平滑化されている）において、透過型基準板２７に向けて反射する平面反射板２８と、を備えている。

上記透過型基準板２７の基準面２７ａには、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とからなる光量比調整膜が着設されており、上記平面反射板２８の反射面２８ａには、測定用光束に対する反射率の高い高反射膜（例えば、アルミニューム等の金属膜やダイクロイック膜等で形成される）が着設されている。ここで、上記光量比調整膜とは、上記透過型基準板２７の裏面（上記基準面２７ａと対向する側の面）から入射する測定用光束に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を被検体７に向けて射出する機能を有するとともに、被検体７側から入射する平面反射板２８からの戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を上記透過型基準板２７の裏面の方向に射出する機能を有するものであり、その詳細は、特願２００４−２７６４３４号明細書に記載されている。なお、この明細書に記載されているように、光量比調整膜を透過型基準板２７の基準面２７ａに着設するのではなく、透過型基準板２７と被検体７との間の光路上に、上述のような機能を有する光量比調整膜が着設された光量比調整フィルタを、挿脱自在に配するようにしてもよい。

この干渉光学系２０において、透過型基準板２７の基準面２７ａを透過した測定用光束は、該基準面２７ａと平面反射板２８の反射面２８ａとの間を往復する間に被検体７を２度透過する。その際に測定用光束は、被検体７の厚みむら等により波面が乱され透過被検光として透過型基準板２７の基準面２７ａに戻る。この透過被検光は、基準面２７ａを透過して基準光と干渉し、これにより被検体７の厚みむら等の位相情報を担持した干渉光が得られる。得られた干渉光は、コリメータレンズ２６により収束せしめられてビームスプリッタ２５に入射し、その一部が該ビームスプリッタ２５を透過して上記撮像手段３０に入射するようになっている。

撮像手段３０は、結像レンズ３１と撮像カメラ３２とを備えてなる。撮像カメラ３２は、例えば、結像レンズ３１の結像位置に配置された撮像面３３を備えている。この撮像面３３は、例えば、受光した光の強さに応じた電荷を発生させるフォトダイオードや、該フォトダイオードに蓄積された電荷を転送するＣＣＤ等（いずれも図示略）からなるＣＣＤイメージセンサの撮像面からなり、上記瞬間的撮像期間に撮像面３３で受光した干渉光により、該瞬間的撮像期間における被検体７の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得、該干渉縞画像情報を、例えば、ＮＴＳＣ（National Television System）規格のインタレース走査方式のビデオ信号に変換して出力するように構成されている。

また、上述の解析装置４は、図１に示すように、撮像カメラ３２からのビデオ信号に基づき干渉縞画像を生成する画像生成部４１と、該画像生成部４１で生成された干渉縞画像を縞解析し、上記瞬間的撮像期間における上記被検体７の厚みむら等の位相情報を求める複数の縞解析部４２と、撮像カメラ３２からのビデオ信号に基づき、撮像面３３の受光許容期間内に含まれるように上記瞬間的撮像期間を設定し、上記ＡＯＭ１３を駆動させるタイミングを制御するための同期信号を生成して、これを上記ＡＯＭドライバ１４に出力する同期信号生成部４３とを備えてなる。

この同期信号生成部４３から出力された同期信号に基づき、上記ＡＯＭドライバ１４からＡＯＭ駆動パルス信号が出力される。このＡＯＭ駆動パルス信号は、上述の瞬間的撮像期間を規定するものであり、上記ＡＯＭ１３は該パルス信号が出力された期間にのみ、上記コリメータレンズ１２からの測定用光束の出射方向を切替え、該測定用光束を（詳しくは、測定用光束の１次回折光を発生させ、この１次回折光を）、上記反射ミラー１５に入射せしめるようになっている。

図３に瞬間的撮像期間の設定例、すなわちＡＯＭ駆動パルス信号の発生タイミングの一例を示す。図３に示す例は、撮像カメラ３２の撮像面３３がＣＣＤイメージセンサにより構成されるとともに、該ＣＣＤイメージセンサからの信号電荷の転送がインターライン・トランスファ方式で行なわれ、その読み出しがＮＴＳＣ規格のインタレース方式に適合するフレーム読み出しで行なわれる場合を想定したものである。すなわち、図３に示す例では、奇数（ＯＤＤ）フィールドと偶数（ＥＶＥＮ）フィールドの各電荷蓄積期間（受光許容期間）が１／３０秒で、かつ各フィールドの電荷蓄積期間が１／６０秒ずつオーバーラップしている。また、奇数フィールド、偶数フィールドの順に交互に読み出され、１組の奇数フィールド、偶数フィールドにより１つのフレームが構成される。ＡＯＭ駆動パルス信号は、１フレームを構成する１組の奇数および偶数フィールドの各々の電荷蓄積期間が互いにオーバーラップした期間内の略中央の位置において、１０μｓ幅で１回のみ発生されるようになっている。

すなわち１／３０秒周期で読み出される各フレームに対して、１０μｓの瞬間的撮像期間がそれぞれ１回ずつ設定されており、各フレームを構成する各１組の奇数および偶数フィールドには、この瞬間的撮像期間においてのみ同時に電荷が蓄積されるようになっている。したがって、各フレームにおいて滲みの無い干渉縞画像を得ることが可能となる。なお、１０μｓという期間は、この期間における被検体７の移動量が、撮像面３３上において該撮像面３３の画素寸法の２分の１以下に相当する期間である。

一方、上記画像生成部４１は、例えば、画像処理プログラムや処理すべき映像信号データが置かれるメモリや、画像処理演算を行なうＣＰＵ等により構成され、上記各縞解析部４２は、縞解析プログラムや処理すべき干渉縞画像データが置かれるメモリや、縞解析演算を行なうＣＰＵ等により構成されている。複数の縞解析部４２は、上記瞬間的撮像期間が比較的短い所定時間内に複数設定される場合などにおいて、各瞬間的撮像期間で得られた干渉縞画像情報それぞれに基づく各縞解析を、並列的に処理し得るように構成されている。なお、複数の縞解析を１つの解析装置により並列的に処理し得ない場合には、画像処理用の解析装置と縞解析用の複数の解析装置とを用い、各縞解析を複数の解析装置（複数台のコンピュータ装置）により別個並列的に処理するようにしてもよい。

上記各縞解析部４２における縞解析処理は、例えば、フーリエ変換解析法により行なわれる。このフーリエ変換解析法は、１つの干渉縞画像情報に基づきサブフリンジ干渉計測が可能になる解析手法として知られているものであり、その詳細は、例えば、「光学」第１３巻第１号（１９８４年２月）第５５頁〜第６５頁の「サブフリンジ干渉計測基礎論」に記載されている。このフーリエ変換解析法を用いる場合には、高周波の空間キャリア縞（空間キャリア周波数）を干渉光に重畳させる必要があり、本実施形態装置においては、上記平面反射板２８の反射面２８ａを上記透過型基準板２７の基準面２７ａに対して、所定の微小角度εだけ傾くように配置することにより、空間キャリア縞の導入が図られている。

なお、被検体７が上述のようなフィルム材であるような場合、互いに略平行に延びる縞状パターンが被検体７に形成される場合がある。このような縞状パターンは、フィルム材の材質や製造方法により出現するものであるが、例えば、フィルム材の長手方向に略平行に延びるように発生するものが知られている。このような縞状パターンは比較的高周波の成分として干渉縞画像に現れるので、上記空間キャリア縞の周波数パターンと近似する場合も考えられる。空間キャリア縞は解析の過程において除去されるが、フィルム材が有する縞状パターンと空間キャリア縞の周波数パターンとが近似していると、空間キャリア縞の除去が困難となり解析結果に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、フィルム材の縞状パターンと空間キャリア縞の周波数パターンとを明確に区別するため、本実施形態装置では、空間キャリア縞がフィルム材の縞状パターンと略直交するように、透過型基準板２７の基準面２７ａに対する平面反射板２８の反射面２８ａの傾斜方向が決められている（例えば、フィルム材の長手方向に略平行に延びる縞状パターンが生じている場合には、平面反射板２８の反射面２８ａの傾斜方向を、フィルム材の長手方向と略平行にする）。

また、上述のようなフィルム材においては、その分子構造の光学的異方性により複屈折の現象を示すものが知られている。複屈折が生じると干渉縞のコントラストが低下し計測に悪影響を及ぼす虞があるので、本実施形態装置においては、被検体７が光学的異方性を有する場合には、測定用光束の光路上に直線偏光フィルタを配置するなどして測定用光束を直線偏光とするとともに、直線偏光フィルタの透過軸の方向を調整すること等により、被検体７の光学軸の方向に応じて直線偏光の電場の振動方向を調整し、複屈折を抑制するようにしている。

次に、本発明の一実施形態に係る動体測定用光干渉計測方法（以下「本実施形態法」と称することがある）について説明する。本実施形態方法は、上述した動体測定用干渉計装置を用いて、以下の手順で行なわれる。

（１）上記動体測定用干渉計装置を図１および図２に示すように設置する。

（２）半導体レーザ光源１１よりレーザ光束を出射し、その光束をコリメータレンズ１２によりコリメートして測定用光束となし、ＡＯＭ１３に入射させる（光束出力手順）。この段階ではＡＯＭ１３は駆動されない。したがって、ＡＯＭ１３に入射した測定用光束は干渉光学系２０には入射せず、被検体７にも照射されない。

（３）撮像カメラ３２を駆動し、ビデオ信号を得る。この段階では、被検体７に測定用光束が照射されていないので、干渉縞画像情報は得られない。

（４）撮像カメラ３２からのビデオ信号に基づき、同期信号生成部４３において同期信号を生成し、これをＡＯＭドライバ１４に出力する。これにより、ＡＯＭドライバ１４から、図３に示すようにＡＯＭ駆動パルス信号が出力され、このＡＯＭ駆動パルス信号が出力された瞬間的撮像期間にのみ、ＡＯＭ１３、スリット板１６および反射ミラー１５を経由して測定用光束が干渉光学系２０に入射される（撮像タイミング制御手順）。

（５）瞬間的撮像期間に干渉光学系２０に入射した測定用光束は、発散レンズ２１、コリメータレンズ２２、収束レンズ２３、ピンホール２４ａ、ビームスプリッタ２５、およびコリメータレンズ２６を経由して、透過型基準板２７に入射する。そして、透過型基準板２７の基準面２７ａにおいて、逆向きに反射して基準光となす光束と、透過して被検体７を照射する光束とに分離される。被検体７を照射する光束は、被検体７を透過した後、平面反射板２８の反射面２８ａにおいて反射され、再度被検体７を透過した後、透過被検光として透過型基準板２７に戻り、さらに基準面２７ａを透過して基準光と合波され干渉光が得られる（干渉光生成手順）。

（６）撮像カメラ３２を用いて、上記瞬間的撮像期間に撮像面３３で受光した上記干渉光により、該瞬間的撮像期間における被検体７の厚みむらや縞状パターン等の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得（撮像手順）、それをビデオ信号に変換して画像生成部４１に出力する。

（７）画像生成部４１において、入力されたビデオ信号に基づき、各瞬間的撮像期間に対応した干渉縞画像を順次生成し、それらを複数の縞解析部４２に順次出力する。

（８）各縞解析部４２において、入力された各干渉縞画像をフーリエ変換解析法により縞解析し、各瞬間的撮像期間における被検体７の厚みむらや縞状パターン等の位相情報を求める。

なお、求められた位相情報により、被検体７の製品としての合否判定を行ない、不合格となる部分が生じた場合には、干渉縞画像の撮像タイミングによりその不合格となった部分を特定し、その部分を後に廃棄するようにしたり、計測結果を被検体７の製造条件等の制御にフィードバックして製造条件等を変更したりすることも可能である。

以上説明した動体測定用干渉計装置および動体測定用光干渉計測方法によれば、各瞬間的撮像期間を撮像面３３の各受光許容期間内に含まれるように設定していることにより、汎用的な動画用のＣＣＤイメージセンサを用いた場合においても、被検体７が静止した状態で撮像されたのと同様の干渉縞画像情報を所定時間間隔ごとに確実に得ることができるので、製造ライン上を流れるように移動する被検体７をインライン計測することが可能となっている。

また、ＡＯＭ１３を用いることにより、汎用的な半導体レーザ光源１１から継続的に出力される測定用光束を、各瞬間的撮像期間にのみ被検体７に照射することができるので、高価なパルスレーザを用いた場合に比べて、装置を低コストで実現することが可能となっている。

また、透過型基準板２７の基準面２７ａに光量比調整膜を着設し、平面反射板２８の反射面２８ａに高反射膜を着設していることにより、撮像する干渉縞画像のコントラストを高めることができるので、高精度な測定を行なうことが可能となっている。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態の態様に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、上記実施形態では、撮像タイミング制御手段として、音響光学効果により測定用光束の出射方向を切り替えるＡＯ素子を備えた光偏向手段（ＡＯＭ１３）を用いているが、電気光学効果により測定用光束の出射方向を切り替えるＥＯ素子を備えた光偏向手段を用いることや、反射ミラー１５の角度を圧電素子等により変化させて、測定用光束の出射方向を切り替える光偏向手段を用いること、あるいは瞬間的撮像期間にのみ測定用光束の光路を開放して、その他の期間は遮断するような機械式チョッパや液晶シャッタを用いることも可能である。もちろん、パルスレーザや高速度撮像カメラおよびそれらの駆動ドライバを、撮像タイミング制御手段として用いることも可能である。

また、上記実施形態では、フーリエ変換解析法により縞解析処理を行なうようにしているが、特許第２８２１６８５号公報に記載された、偏光を用いて位相をずらし１つの波面情報からフリンジスキャン解析を行なえるようにした縞解析手法を、用いることも可能である。

また、上記実施形態では、撮像面３３を構成する例としてＣＣＤイメージセンサを挙げ、また、電荷の転送方式や読み出し方式、走査方式についてもそれぞれ例示しているが、これらは例示されたものに限定されない。例えば、電荷の転送方式として、フレーム・トランスファ方式やフレーム・インターライン・トランスファ方式を、読み出し方式として、フィールド読み出し方式や全画素読み出し方式を、走査方式としてプログレッシブ走査方式を、それぞれ用いることが可能であり、撮像面３３をＣＭＯＳイメージセンサ等の他の撮像素子を用いて構成することも可能である。

また、上記実施形態では、長尺なフィルム材を被検体としているが、本発明は移動する種々の被検体の計測、例えば、互いに分離された複数の被検体が順次移動していくような場合の計測等に適用することが可能である。また、測定用光束に対して不透明な被検体の計測にも適用することができ、その場合、平面反射板２８を備える必要はない。また、被検体の形状も平面状のものに限定されない。例えば、ボールベアリングや光学レンズ等の球状被検面を有する被検体の計測にも適用することが可能である。

また、上記実施形態では、フィゾー型の干渉計装置を用いているが、本発明は、マイケルソン型やマッハツェンダ型、アブラムソン型斜入射干渉計等の他の干渉計装置にも適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る動体測定用干渉計装置の主要部の概略構成図 図１に示す動体測定用干渉計装置のインライン計測時の配置例を示す図 瞬間的撮像期間の設定例を示す図

符号の説明

１ 干渉計装置
１ａ 装置筺体
４ 解析装置
５ 画像表示装置
６ 入力装置
７ 被検体
８Ａ，８Ｂ 搬送ローラ
１０ 光束出力手段
１１ 半導体レーザ光源
１２，２２，２６ コリメータレンズ
１３ ＡＯＭ（音響光学変調器）
１４ ＡＯＭドライバ
１５ 反射ミラー
１６ スリット板
１６ａ スリット
２０ 干渉光学系
２１ 発散レンズ
２３ 収束レンズ
２４ ピンホール板
２４ａ ピンホール
２５ ビームスプリッタ
２７ 透過型基準板
２７ａ 基準面
２８ 平面反射板
２８ａ 反射面
３０ 撮像手段
３１ 結像レンズ
３２ 撮像カメラ
３３ 撮像面
４１ 画像生成部
４２ 縞解析部
４３ 同期信号生成部
ε 微小角度

Claims (14)

1. 移動する被検体を光干渉計測する干渉計装置であって、
   測定用光束を出力する光束出力手段と、
   当該干渉計装置に対して移動する前記被検体に前記測定用光束を照射し、該被検体から反射される反射被検光または該被検体を透過した透過被検光を、基準光と干渉させて干渉光を得る干渉光学系と、
   前記干渉光を撮像面で受光して画像情報を得る撮像手段と、
   前記被検体が当該干渉計装置に対して略静止しているとみなせる瞬間的撮像期間を、前記撮像面の受光許容期間内に含まれるように設定するとともに、該瞬間的撮像期間にのみ前記干渉光が前記撮像面に入射するように制御する撮像タイミング制御手段と、
   を備え、
   前記撮像手段は、前記瞬間的撮像期間に前記撮像面で受光した前記干渉光により、該瞬間的撮像期間における前記被検体の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得るように構成されている、
   ことを特徴とする動体測定用干渉計装置。
2. 前記撮像タイミング制御手段は、前記瞬間的撮像期間にのみ前記被検体に前記測定用光束が照射されるように、前記測定用光束の出射方向を切り替えるように構成されたものであることを特徴とする請求項１記載の動体測定用干渉計装置。
3. 前記撮像タイミング制御手段が、音響光学効果により前記測定用光束の出射方向を切り替える光偏向手段を備えてなることを特徴とする請求項２記載の動体測定用干渉計装置。
4. 前記瞬間的撮像期間は、該瞬間的撮像期間における前記被検体の移動量が前記撮像面上において該撮像面の画素寸法の２分の１以下に相当するような期間とされていることを特徴とする請求項１〜３までのうちいずれか１項記載の動体測定用干渉計装置。
5. 前記測定用光束の光路上に配置された透過型基準板を備え、該透過型基準板の基準面において、該基準面に入射した前記測定用光束を、逆向きに反射して前記基準光となす光束と、透過して前記被検体を照射する光束とに分離するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４までのうちいずれか１項記載の動体測定用干渉計装置。
6. 前記被検体が、前記測定用光束に対して透明性を有するものである場合において、
   前記被検体を挟んで前記透過型基準板と略対向するように配置された反射板を備え、該反射板の反射面に、前記被検体を透過して入射した前記測定用光束を、前記透過型基準板に向けて反射するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の動体測定用干渉計装置。
7. 前記透過型基準板の前記基準面に対して、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とが前記基準板から見てこの順に積層されてなり、前記基準面側から入射する前記測定用光束に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を前記被検体に向けて射出する機能を有するとともに、前記被検体側から入射する前記反射板からの戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を前記透過被検光として前記基準面の方向に射出する機能を有する光量比調整膜が着設され、
   前記反射板の前記反射面に、前記測定用光束に対する反射率の高い高反射膜が着設されていることを特徴とする請求項６記載の動体測定用干渉計装置。
8. 前記透過型基準板の前記基準面と前記被検体との間に光量比調整フィルタが挿脱自在に配され、
   前記反射板の前記反射面に、前記測定用光束に対する反射率の高い高反射膜が着設されており、
   前記光量比調整フィルタは、透明基板の前記被検体対向面あるいは前記基準面対向面のいずれか一方の面に、少なくとも１層の光反射吸収層と少なくとも１層の誘電体反射防止層とが前記基準面から見てこの順に積層されてなる多層膜構造の光量比調整膜が着設されてなり、該光量比調整膜は、前記透明基板の前記基準面対向面側からの入射光に対してはその一部を反射し、残余の一部を吸収した後にその余を前記被検体に向けて射出する機能を有するとともに、前記被検体対向面側から入射する前記被検体からの戻り光に対してはその一部を吸収する一方で反射は抑制し残余を前記被検光として前記基準面方向に射出する機能を有する膜構成とされてなるものであることを特徴とする請求項６記載の動体測定用干渉計装置。
9. 前記干渉縞画像情報に基づく縞解析を行ない、前記位相情報を求める解析手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８までのうちいずれか１項記載の動体測定用干渉計装置。
10. 前記瞬間的撮像期間が所定時間内に複数設定されており、前記解析手段は各瞬間的撮像期間で得られた前記干渉縞画像情報それぞれに基づく各縞解析を、並列的に処理し得るように構成されていることを特徴とする請求項９記載の動体測定用干渉計装置。
11. 前記解析手段は、前記縞解析をフーリエ変換解析法により行なうものであり、
    前記干渉光学系は、前記フーリエ変換解析法に必要な空間キャリア縞が前記干渉光に重畳されるように配置されていることを特徴とする請求項９または１０記載の動体測定用干渉計装置。
12. 前記被検体が、互いに略平行に延びる縞状パターンを有するものである場合において、
    前記干渉光学系は、前記空間キャリア縞が前記縞状パターンと略直交するように配置されていることを特徴とする請求項１１記載の動体測定用干渉計装置。
13. 前記被検体が、光学的異方性を有するものである場合において、
    前記測定用光束は直線偏光とされ、該直線偏光の電場の振動方向が、前記被検体の光学軸の方向に応じて、複屈折を抑制する方向に調整されていることを特徴とする請求項６〜１２までのうちいずれか１項記載の動体測定用干渉計装置。
14. 干渉計装置を用いて、移動する被検体を光干渉計測する方法であって、
    測定用光束を出力する光束出力手順と、
    前記干渉計装置に対して移動する前記被検体に前記測定用光束を照射し、該被検体から反射される反射被検光または該被検体を透過した透過被検光を、基準光と干渉させて干渉光を得る干渉光生成手順と、
    前記干渉光を撮像面で受光して画像情報を得る撮像手順と、
    前記被検体が当該干渉計装置に対して略静止しているとみなせる瞬間的撮像期間を、前記撮像面の受光許容期間内に含まれるように設定するとともに、該瞬間的撮像期間にのみ前記干渉光が前記撮像面に入射するように制御する撮像タイミング制御手順と、
    を行ない、
    前記瞬間的撮像期間に前記撮像面で受光した前記干渉光により、該瞬間的撮像期間における前記被検体の位相情報を担持した干渉縞画像情報を得、この得られた干渉縞画像情報に基づく縞解析を行なうことにより、前記位相情報を求めることを特徴とする動体測定用光干渉計測方法。
    

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