JP2007071685A - 界面の位置測定方法および位置測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】白色光源からの光を参照面および被測定物に照射して反射光を干渉させ、参照面を移動させたときの干渉縞を撮像し、界面を1つもつ基準面による干渉強度信号から直流成分を減じたスペクトルの複素共役データと、被測定物の複数の界面による干渉距度信号から直流成分を減じたスペクトルの積をとり逆フーリエ変換し相関を求めることで被測定物の界面の位置を求められる。
【選択図】図1
Description
空間フィルタにより制限した前記白色光源の発光径と、波長フィルタで制限した前記白色光源の波長帯域から干渉強度信号のサンプリング周期Tを求める第1の工程と、前記参照面と1つの界面(基準面と呼ぶ)を持つ測定基準物間の相対距離を前記第1の工程で求めたサンプリング周期Tに対し、mを自然数としたときに、サンプリング周期をT/mで干渉強度信号を測定し、得られた干渉強度信号から直流成分を減じたあと、フーリエ変換してスペクトルの複素共役データを求める第2の工程と、前記参照面と複数の界面を持つ被測定物間の相対距離を前記第1の工程で求めたサンプリング周期で変化させたときの干渉強度信号を測定し、得られた干渉強度信号から直流成分を減じたあとのデータ列に対し、データ間に値が0となるデータをm−1個追加し前記第2の工程とサンプリング周期が等しくなるように再サンプリングしたあと、フーリエ変換してスペクトルを求める第3の工程と前記第2の工程で得られた基準面による干渉強度信号のスペクトルの複素共役データと、前記第3の工程で得られた被測定物の複数の界面による干渉強度信号のスペクトルとの積をとり、逆フーリエ変換して得られる前記基準面による干渉強度信号と前記被測定物の界面による干渉強度信号との相関から被測定物の界面の位置を求める第4の工程とを有することを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1における界面の位置測定装置の模式図である。
K(ν)=∫η(ε)g(2πν/ε)dεが値を持つスペクトル座標νの範囲は、
式14を満たし、mを整数(m=0,1,2,3,...)としたときに、式12または式13を満たすようなサンプリング周期Tを選ぶ。
式16において、スペクトルK(ν)は実関数であり、νが
ω1ε1/2π < ν < ω2ε2/2πでのみ値を持つので、
K(ν)K(−ν)=0となり、|K(ν)+K(−ν)|2=K(ν)2+K(−ν)2
となる。
ω1ε1/2π <ν <ω2ε2/2π、の領域において値を持つ点は同じであり、大部分の領域で一致する。特に、スペクトルK(ν)が中心νcを軸に対称形状であるとき、両者は一致する。この特性は、K(ν)を自乗したK(ν)2においても同じである。そこで、K(ν)2=W(ν)、 W(x)=F-1[W(ν)]とおき、フーリエ変換の特性W(x)cos(2πνc×x)=F-1[W(ν+νc)+W(ν―νc)]
を用いて、式16を書き換えると、
式19に示すように、cos成分が乗ぜられるため、振動成分となるが関数K(ν)がν=νcを軸に対称なときは、相関の最大値とcosの最大値とは一致するので、相関の最大値から被測定物の界面の光学的な位置を求められる。
図8は、本発明の実施の形態2における界面の位置測定装置の模式図である。
2 コリメータレンズ
3 ビームスプリッタ
4 参照平面ミラー
5 圧電素子
6 測長センサ
7 第1のレンズ
8 第2のレンズ
9 CCDカメラ
10 波長フィルタ
11 空間フィルタ
12 制御コンピュータ
13 被測定物
Claims (6)
- 白色光源からの射出光を、表面を含みこれと平行な複数の界面を持つ被測定物と参照面とに照射し、前記被測定物と前記参照面間の相対距離を変化させたときの前記被測定物の各界面の反射光と前記参照面の反射光による干渉強度信号を測定して得られる前記被測定物の界面の位置を測定する界面の位置測定方法において、
空間フィルタにより制限した前記白色光源の発光径と、波長フィルタで制限した前記白色光源の波長帯域から干渉強度信号のサンプリング周期Tを求める第1の工程と、
前記参照面と1つの界面(基準面と呼ぶ)を持つ測定基準物間の相対距離を前記第1の工程で求めたサンプリング周期Tに対し、mを自然数としたときに、サンプリング周期をT/mで干渉強度信号を測定し、得られた干渉強度信号から直流成分を減じたあと、フーリエ変換してスペクトルの複素共役データを求める第2の工程と、
前記参照面と複数の界面を持つ被測定物間の相対距離を前記第1の工程で求めたサンプリング周期で変化させたときの干渉強度信号を測定し、得られた干渉強度信号から直流成分を減じたあとのデータ列に対し、データ間に値が0となるデータをm−1個追加し前記第2の工程とサンプリング周期が等しくなるように再サンプリングしたあと、フーリエ変換してスペクトルを求める第3の工程と、
前記第2の工程で得られた基準面による干渉強度信号のスペクトルの複素共役データと、前記第3の工程で得られた被測定物の複数の界面による干渉強度信号のスペクトルとの積をとり、逆フーリエ変換して得られる前記基準面による干渉強度信号と前記被測定物の界面による干渉強度信号との相関から被測定物の界面の位置を求める第4の工程とを有することを特徴とする界面の位置測定方法。 - 前記第4の工程において、
前記第2の工程で得られた基準面による干渉強度信号のスペクトルの複素共役データと、前記第3の工程で得られた被測定物の複数の界面による干渉強度信号のスペクトルとの積をとり、正、または負のいずれか一方のスペクトルを取り出し逆フーリエ変換して得られる前記基準面による干渉強度信号と前記被測定物の界面による干渉強度信号との相関から被測定物の界面の位置を求めることを特徴とする請求項1に記載の界面の位置測定方法。 - 光源と、
前記光源からの射出光を参照面および被測定物に照射し、前記参照面および前記被測定物からの反射光を干渉させる手段と、
前記被測定物と前記参照面間の相対距離を変化させる移動手段と、
前記移動手段による前記被測定物と前記参照面間距離の変化を測定する測長手段と、
前記移動手段により前記被測定物と前記参照面間の相対距離が変化することで生じる干渉縞の変化を前記測長手段を用い、空間フィルタによる発光径の制限と、波長フィルタによる波長帯域の制限から求められるサンプリング周期ごとに撮像する撮像手段と、
前記光源と前記撮像手段の間に配置された前記光源の発光径を制限する前記空間フィルタおよび前記光源の波長帯域を制限する前記波長フィルタと、
1つの界面(基準面と呼ぶ)を持つ測定基準物を測定し干渉強度信号から直流成分を減じてフーリエ変換したスペクトルの複素共役データを予め計算して保持し、被測定物の複数の界面による干渉距度信号から直流成分を減じてフーリエ変換したスペクトルと、予め求めておいた基準面の干渉強度信号の複素共役スペクトルとの積をとり、逆フーリエ変換した結果より被測定物の界面の位置を求める演算手段とを備えたことを特徴とする界面の位置測定装置。 - 前記光源は、白色光源であり、少なくとも1つ以上の発光体を集積したことを特徴とする請求項3記載の界面の位置測定装置。
- 前記光源は、白色光源であり、複数の光ファイバー束の一端にそれぞれ発光体からの射出光を入射し、ファイバー束の他端より射出させたことを特徴とする請求項3記載の界面の位置測定装置。
- 前記光源は、発光面が空間的にインコヒーレントな単色光光源であり、
前記単色光光源は、半導体レーザと、半導体レーザの射出光を光ファイバー束に入射する集光レンズと、射出端において隣接する光ファイバー間の長さの差が少なくとも半導体レーザの可干渉距離より大きな光ファイバー束とを備え、光ファイバー束の射出端を前記光源の発光面とすることを特徴とする請求項3記載の界面の位置測定装置。
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