JP2008309638A - Dimension measuring device and dimension measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、寸法測定装置及び寸法測定方法に関し、特に、白色干渉を用いた寸法測定装置及び寸法測定方法に関する。 The present invention relates to a dimension measuring apparatus and a dimension measuring method, and more particularly to a dimension measuring apparatus and a dimension measuring method using white interference.
従来より、加工部品の寸法又は表面粗さを、非接触で精密に測定する方法として、白色干渉の原理を用いた方法が提案されている。例えば、白色干渉を用いて、デジタルカメラのフランジバックを測定する測定装置が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に記載された測定装置では、白色光源から放射された光を、ビームスプリッタで第1の光路と第2の光路に分割する。そして、第1の光路に向かった光は、第1の光路に沿って移動可能な長さ測定用の参照鏡で反射される。一方、第2の光路に向かった光は、カメラのフランジと接触可能な基準面に、固定的に取り付けられたカメラの撮像素子で反射される。参照鏡及び撮像素子で反射された光は、ビームスプリッタで一つに合わせられ、検出器で検出される。ここで、参照鏡を第1の光路に沿って移動させることにより、第1の光路を通った光と第2の光路を通った光の白色干渉縞の最大光量、すなわち、白色干渉がピークとなる参照鏡の位置を検出する。そして、その参照鏡の位置に基づいて、フランジから撮像素子までの長さを検出する。
Conventionally, a method using the principle of white interference has been proposed as a method for accurately measuring the dimension or surface roughness of a processed part in a non-contact manner. For example, a measuring apparatus that measures the flange back of a digital camera using white light interference is known (see Patent Document 1). In the measuring apparatus described in
このように、白色干渉を用いて、被測定物の測定対象寸法を正確に求めるためには、干渉縞のピーク位置を正確に求めることが必要となる。そのため、干渉縞の測定の際、二つの光路の光路差を僅かずつ変化させ、干渉信号を取得することが必要であった。例えば、上記の測定装置では、干渉縞の周期は、参照鏡の位置に関して白色光源から放射される光の中心波長の略1/2となるため、サンプリング定理を考慮すると、その中心波長の1/4以下の間隔で参照鏡を移動させつつ干渉信号を取得することが必要となる。しかし、このような非常に短いサンプリング間隔で干渉信号を取得すると、1回当たりの測定時間が非常に長くなってしまう。そこで、干渉信号の包絡線に相当する特性関数を想定し、その特定関数のピーク位置を求めるために必要十分な数の干渉信号のみを測定することにより、短時間で測定対象面の形状を測定する方法が開発されている(特許文献2参照)。 Thus, in order to accurately determine the measurement target dimension of the object to be measured using white interference, it is necessary to accurately determine the peak position of the interference fringes. Therefore, when measuring the interference fringes, it is necessary to change the optical path difference between the two optical paths little by little to acquire the interference signal. For example, in the measurement apparatus described above, the period of the interference fringes is approximately ½ of the center wavelength of light emitted from the white light source with respect to the position of the reference mirror. It is necessary to acquire the interference signal while moving the reference mirror at intervals of 4 or less. However, if an interference signal is acquired at such a very short sampling interval, the measurement time per time becomes very long. Therefore, assuming the characteristic function corresponding to the envelope of the interference signal, the shape of the measurement target surface can be measured in a short time by measuring only a sufficient number of interference signals to determine the peak position of the specific function. A method has been developed (see Patent Document 2).
しかし、例えば、製品の検査工程に白色干渉の原理を用いた測定装置を導入して、被測定物の測定対象寸法を測定するような場合、大量の製品を短時間で検査することがもとめられるので、1回あたりの測定に要する時間は短いほど望ましい。 However, for example, when a measuring device using the principle of white interference is introduced into the product inspection process to measure the measurement target dimension of the object to be measured, it is required to inspect a large number of products in a short time. Therefore, the shorter the time required for one measurement, the better.
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、白色干渉を用いた寸法測定において、被測定物の測定対象寸法を、短時間で測定可能な寸法測定装置及び寸法測定方法を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a dimension measuring apparatus and a dimension measuring method capable of measuring a measurement target dimension of an object to be measured in a short time in dimension measurement using white interference. .
本発明の一つの実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置が提供される。係る寸法測定装置は、白色光源と、白色光源から放射された光を、被測定物に向かう第1の光束と第2の光束に分岐し、第1の光束を被測定物で反射させて第2の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第1の光路差を生じさせ、第1の光束と第2の光束を一つの光束に合わせて出射させる第1の干渉計と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第2の干渉計であって、第1の干渉計から出射した光束を、参照鏡に向かう第3の光束と、移動鏡に向かう第4の光束に分岐して、第3の光束と第4の光束との間に第2の光路差を生じさせる第2の干渉計と、第3の光束と第4の光束を受光し、第1の光路差と第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、被測定物として基準用被測定物を用い、その基準用被測定物について検出された干渉信号から得られる干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を記憶した記憶部と、被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラを有する。
そのコントローラは、移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得する干渉信号取得部と、サンプル干渉信号群に対して、マスタ特性曲線をフィッティングして、サンプル干渉信号群とマスタ特性曲線とが最も一致するときのマスタ特性曲線のピークを、被測定物についての干渉信号のピークと推定するピーク推定部と、ピーク推定部で推定されたピークに対応する移動鏡の位置に対する第2の光路差を計算することにより、測定対象寸法を求める寸法決定部とを有する。
According to one embodiment of the present invention, a dimension measuring device for measuring a dimension of an object to be measured is provided. Such a dimension measuring apparatus splits a white light source and light emitted from the white light source into a first light beam and a second light beam directed to the object to be measured, and reflects the first light beam on the object to be measured. A first interferometer that generates a first optical path difference corresponding to the measurement target dimension of the object to be measured between the two light beams and emits the first light beam and the second light beam according to one light beam; A second interferometer having a reference mirror whose position is fixed and a movable mirror movable along the optical path, wherein the light beam emitted from the first interferometer is directed to the reference mirror. And a second interferometer for branching into a fourth light beam traveling toward the movable mirror to generate a second optical path difference between the third light beam and the fourth light beam, and the third light beam and the fourth light beam. Is detected, an interference signal generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a signal corresponding to the interference signal is output. A detector and a storage unit storing a master characteristic curve representing a period and amplitude variation of an interference signal obtained from the interference signal detected for the reference measurement object, using the reference measurement object as the measurement object; A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured;
The controller includes an interference signal acquisition unit that acquires, as a sample interference signal group, interference signals at a plurality of sampling points related to the position of the moving mirror, and a sample interference signal by fitting a master characteristic curve to the sample interference signal group. A peak estimation unit that estimates the peak of the master characteristic curve when the group and the master characteristic curve are the best match, and a peak estimation unit that estimates the peak of the interference signal for the object to be measured; and a mobile mirror that corresponds to the peak estimated by the peak estimation unit And a dimension determining unit that calculates a measurement target dimension by calculating a second optical path difference with respect to the position.
また、本発明の他の実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置が提供される。係る寸法測定装置は、白色光源と、位置が固定された参照鏡と光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第1の干渉計であって、白色光源から放射された光を、参照鏡に向かう第1の光束と、移動鏡に向かう第2の光束に分岐して、第1の光束と第2の光束との間に第1の光路差を生じさせる第1の干渉計と、第1の干渉計から出射された第1の光束及び第2の光束を、被測定物に向かう第3の光束と第4の光束に分岐し、第3の光束を被測定物で反射させて第4の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第2の光路差を生じさせ、第3の光束と第4の光束を一つの光束に合わせて出射させる第2の干渉計と、第3の光束と第4の光束を受光し、第1の光路差と第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、被測定物として基準用被測定物を用い、その基準用被測定物について検出された干渉信号から得られる干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を記憶した記憶部と、被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラを有する。
そのコントローラは、移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得する干渉信号取得部と、サンプル干渉信号群に対して、マスタ特性曲線をフィッティングして、サンプル干渉信号群とマスタ特性曲線とが最も一致するときのマスタ特性曲線のピークを、被測定物についての干渉信号のピークと推定するピーク推定部と、ピーク推定部で推定されたピークに対応する移動鏡の位置に対する第1の光路差を計算することにより、測定対象寸法を求める寸法決定部とを有する。
According to another embodiment of the present invention, a dimension measuring device for measuring a dimension of an object to be measured is provided. The dimension measuring apparatus is a first interferometer having a white light source, a reference mirror whose position is fixed, and a movable mirror movable along the optical path, and the light emitted from the white light source is converted into the reference mirror. A first interferometer for branching into a first light beam directed toward the second light beam and a second light beam directed toward the movable mirror to produce a first optical path difference between the first light beam and the second light beam; The first light beam and the second light beam emitted from one interferometer are branched into a third light beam and a fourth light beam that are directed to the object to be measured, and the third light beam is reflected by the object to be measured. A second interferometer that causes a second optical path difference corresponding to the measurement target dimension of the object to be measured between the four light beams and emits the third light beam and the fourth light beam according to one light beam. , Receiving the third light flux and the fourth light flux, detecting an interference signal generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal, A master characteristic curve that represents the fluctuation and period of the interference signal obtained from the interference signal detected for the reference measurement object using the detector that outputs the corresponding signal and the reference measurement object as the measurement object A storage unit that stores the data and a controller that calculates the measurement target dimensions of the object to be measured are included.
The controller includes an interference signal acquisition unit that acquires, as a sample interference signal group, interference signals at a plurality of sampling points related to the position of the moving mirror, and a sample interference signal by fitting a master characteristic curve to the sample interference signal group. A peak estimation unit that estimates the peak of the master characteristic curve when the group and the master characteristic curve are the best match, and a peak estimation unit that estimates the peak of the interference signal for the object to be measured; and a mobile mirror that corresponds to the peak estimated by the peak estimation unit A dimension determining unit for calculating a measurement target dimension by calculating a first optical path difference with respect to the position;
また、本発明のさらに他の実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置が提供される。係る寸法測定装置は、白色光源と、光路に沿って移動可能な移動鏡を有する干渉計であって、白色光源から放射された光を、被測定物に向かう第1の光束と移動鏡に向かう第2の光束に分岐して、第1の光束を被測定物で反射させて第1の光束と第2の光束との間に光路差を生じさせる干渉計と、干渉計から出射した第1の光束と第2の光束を受光し、第1の光束についての光路長と第2の光束についての光路長とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、被測定物として基準用被測定物を用い、その基準用被測定物について検出された干渉信号から得られる干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を記憶した記憶部と、被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラを有する。そのコントローラは、移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得する干渉信号取得部と、サンプル干渉信号群に対して、マスタ特性曲線をフィッティングして、サンプル干渉信号群とマスタ特性曲線とが最も一致するときのマスタ特性曲線のピークを、被測定物についての干渉信号のピークと推定するピーク推定部と、ピーク推定部で推定されたピークに対応する移動鏡の位置と、予め定められた移動鏡の基準位置との差を計算することにより、被測定物の測定対象寸法を求める寸法決定部とを有する。 According to still another embodiment of the present invention, a dimension measuring device for measuring a dimension of an object to be measured is provided. The dimension measuring apparatus is an interferometer having a white light source and a movable mirror that can move along the optical path, and the light emitted from the white light source is directed to the first light beam and the movable mirror that are directed to the object to be measured. An interferometer that branches into a second light beam and reflects the first light beam by the object to be measured to cause an optical path difference between the first light beam and the second light beam, and a first light emitted from the interferometer And the second light flux are received, an interference signal generated when the optical path length for the first light flux and the optical path length for the second light flux are substantially equal is detected, and a signal corresponding to the interference signal is output. A detector and a storage unit storing a master characteristic curve representing a period and amplitude variation of an interference signal obtained from the interference signal detected for the reference measurement object, using the reference measurement object as the measurement object; A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured; The controller includes an interference signal acquisition unit that acquires, as a sample interference signal group, interference signals at a plurality of sampling points related to the position of the moving mirror, and a sample interference signal by fitting a master characteristic curve to the sample interference signal group. A peak estimation unit that estimates the peak of the master characteristic curve when the group and the master characteristic curve are the best match, and a peak estimation unit that estimates the peak of the interference signal for the object to be measured; and a mobile mirror that corresponds to the peak estimated by the peak estimation unit A dimension determining unit that obtains a measurement target dimension of the object to be measured by calculating a difference between the position and a predetermined reference position of the movable mirror.
また、本発明によれば、複数のサンプリング点のうちの隣接するサンプリング点間のサンプリング間隔が、白色光源から放射される光の中心波長の1/4の略整数倍とならないように設定されることが好ましい。 Further, according to the present invention, the sampling interval between adjacent sampling points among the plurality of sampling points is set so as not to be substantially an integral multiple of 1/4 of the center wavelength of the light emitted from the white light source. It is preferable.
また、本発明のさらに他の実施態様によれば、白色光源から放射された光を、被測定物に向かう第1の光束と第2の光束に分岐し、第1の光束を被測定物で反射させて第2の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第1の光路差を生じさせ、第1の光束と第2の光束を一つの光束に合わせて出射させる第1の干渉計と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第2の干渉計であって、第1の干渉計から出射した光束を、参照鏡に向かう第3の光束と、移動鏡に向かう第4の光束に分岐して、第3の光束と第4の光束との間に第2の光路差を生じさせる第2の干渉計と、第3の光束と第4の光束を受光し、第1の光路差と第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、被測定物として基準用被測定物を用い、その基準用被測定物について検出された干渉信号から得られる干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を記憶した記憶部とを有する測定システムにおける被測定物の寸法測定方法が提供される。
係る寸法測定方法は、移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得するステップと、サンプル干渉信号群に対して、マスタ特性曲線をフィッティングして、サンプル干渉信号群とマスタ特性曲線とが最も一致するときのマスタ特性曲線のピークを、被測定物についての干渉信号のピークと推定するステップと、推定されたピークに対応する移動鏡の位置に対する第2の光路差を計算することにより、測定対象寸法を求めるステップとを有することを特徴とする。
なお、上記の各実施態様において、白色光源とは、可視光域において広帯域発光する光源に限られず、所定の波長を中心波長とした一定の波長帯域の光を放射する光源をいう。
According to still another embodiment of the present invention, the light emitted from the white light source is branched into a first light beam and a second light beam that are directed toward the object to be measured, and the first light beam is divided by the object to be measured. A first optical path difference corresponding to the measurement target dimension of the object to be measured is generated between the reflected light and the second light flux, and the first light flux and the second light flux are emitted in accordance with one light flux. The interferometer, a reference mirror whose position is fixed, and a movable mirror movable along the optical path, and directs the light beam emitted from the first interferometer to the reference mirror A second interferometer for branching into a third light flux and a fourth light flux directed toward the movable mirror to produce a second optical path difference between the third light flux and the fourth light flux; An interference signal generated when the first light path difference and the second light path difference are approximately equal is detected by receiving the light beam and the fourth light beam, and a signal corresponding to the interference signal is detected. That stores a master characteristic curve representing a period and amplitude variation of an interference signal obtained from an interference signal detected for the reference measurement object. There is provided a method for measuring a dimension of an object to be measured in a measurement system having a section.
According to the dimension measuring method, the interference signal at a plurality of sampling points related to the position of the movable mirror is obtained as a sample interference signal group, and a master characteristic curve is fitted to the sample interference signal group to obtain a sample interference signal group. Estimating the peak of the master characteristic curve when the master characteristic curve and the master characteristic curve are the best match, and the second optical path difference with respect to the position of the movable mirror corresponding to the estimated peak And calculating a measurement target dimension by calculating.
In each of the above embodiments, the white light source is not limited to a light source that emits light in a broad band in the visible light range, but a light source that emits light in a certain wavelength band with a predetermined wavelength as a center wavelength.
本発明によれば、白色干渉を用いた寸法測定において、被測定物の測定対象寸法を、短時間で測定可能な寸法測定装置及び寸法測定方法を提供することが可能となった。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it became possible to provide the dimension measuring apparatus and dimension measuring method which can measure the measuring object dimension of a to-be-measured object in a short time in the dimension measurement using white interference.
以下、本発明を、リングゲージ、シリンダなど、円筒状の被測定物の内径を計測する内径測定装置に適用した実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本発明を適用した内径測定装置は、白色光源からの光を第1の干渉計に入射させ、第1の干渉計で、被測定物の内径に対応する光路差を有する二つの光束を生成する。その二つの光束を第2の干渉計に入射して、上記光路差とほぼ等しい光路差を生じる二つの光路に光束を分割して干渉させることにより、白色干渉縞を生じさせる。そして、検出器で白色干渉縞の最大信号値を検出して第2の干渉計の二つの光路間の光路差を測定することにより、被測定物の内径を求める。その際、内径測定装置は、被測定物の基準品であるマスタについて取得した干渉信号から、予め干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を求めておき、そのマスタ特性曲線を比較的少ない数のサンプリング点において取得した干渉信号群に対してフィッティングして、被測定物に対する干渉信号のピークを推定する。そして、その推定されたピークに基づいて被測定物の内径寸法を求める。
Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to an inner diameter measuring device that measures the inner diameter of a cylindrical object to be measured, such as a ring gauge and a cylinder, will be described with reference to the drawings.
An inner diameter measuring apparatus to which the present invention is applied causes light from a white light source to enter a first interferometer, and the first interferometer generates two light beams having an optical path difference corresponding to the inner diameter of the object to be measured. . The two light beams are incident on the second interferometer, and the light beams are divided and interfered with each other in two optical paths that generate an optical path difference substantially equal to the optical path difference, thereby generating white interference fringes. Then, the inner diameter of the object to be measured is obtained by detecting the maximum signal value of the white interference fringe with a detector and measuring the optical path difference between the two optical paths of the second interferometer. At that time, the inner diameter measuring device obtains a master characteristic curve representing the period and amplitude fluctuation of the interference signal in advance from the interference signal acquired for the master which is the reference product of the object to be measured, and the master characteristic curve is relatively small. The interference signal group acquired at several sampling points is fitted to estimate the peak of the interference signal with respect to the object to be measured. Then, the inner diameter dimension of the object to be measured is obtained based on the estimated peak.
図1は、本発明を適用した内径測定装置1の概略構成を示す図である。内径測定装置1は、白色光源2と、被測定物の内径の2倍に相当する光路差を生じさせる第1の干渉計3と、第1の干渉計3で生じた光路差と同程度の光路差を生じさせて白色干渉縞を発生させる第2の干渉計4と、第2の干渉計4で発生した干渉縞を検出する検出器5と、各部の制御及び検出された干渉縞から被測定物の内径を求めるコントローラ6を有する。さらに、内径測定装置1は、白色光源2からの光を第1の干渉計3に伝える光ファイバ7と、第1の干渉計3から出射した光を第2の干渉計へ伝える光ファイバ8を有する。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an inner
白色光源2は、コヒーレンス長が短く、広帯域な波長の光を放射可能な光源である。白色光源2として、例えば、LED、SLD(スーパールミネッセントダイオード)、SOA(Semiconductor Optical Amplifier)光源、ASE(Amplified Spontaneous Emission)光源などを用いることができる。また、白色光源2から出射される光の中心波長は、例えば750nm、1300nm、1550nmなどに設定することができる。本実施形態では、白色光源2として、中心波長1550nmの赤外LEDを用いた。
The
図2に、第1の干渉計3の概略構成図を示す。第1の干渉計3では、XYZステージ36の上に配置された被測定物10の内径の2倍に対応する光路差を有する二つの光束B1、B2を生成する。そのために、第1の干渉計3では、白色光源2から第1の光ファイバ7を経て入射した光をコリメータレンズ31で平行光とし、入射した平行光に対して出射する位置を調整する第1のウェッジプリズム32に入射させる。そして、ウェッジプリズム32から出射した光は、被測定物10の内径の略中心に配置されたビームスプリッタ33に入射する。その入射光は、ビームスプリッタ33で反射され、被測定物10の内面S1に向かう光束と、ビームスプリッタ33を透過して直進する光束B2に分岐される。被測定物10の内面S1に向かう光束は、被測定物10の内面S1で反射された後、ビームスプリッタ33に戻る。ビームスプリッタ33に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ33を透過し、被測定物10の内面S1と反対側の内面S2へ向かう。そして、S2へ向かった光束は、内面S2で反射され、再びビームスプリッタ33に戻る。ビームスプリッタ33に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ33で反射される。この光束をB1と呼ぶ。光束B1と光束B2とは、ビームスプリッタ33から出射する際に合わさって出射する。光束B1と光束B2は、ビームスプリッタ33から出射した後、位置調整用の第2のウェッジプリズム34に入射し、集光レンズ35に入射するように位置調整される。そして、光束B1と光束B2は、集光レンズ35を透過して集光されて第1の干渉計3から出射し、光ファイバ8に入射する。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the
このとき、第1の干渉計3から出射する光束B1は、被測定物10の内面S1とS2の間を往復するので、被測定物10の内径をDとすれば、光束B1と光束B2との間に、2Dの光路差が生じる。そして、2Dの光路差を有する光束B1と光束B2は、光ファイバ8を通じて第2の干渉計4に入射する。
At this time, since the light beam B1 emitted from the
なお、XYZステージ36は、被測定物10の軸方向(すなわち、光束B2に平行な方向)、被測定物10の軸方向に直交する円筒断面内で光束B1に平行な方向及び光束B1に垂直な方向の3方向に移動可能であり、ステージコントローラ37により駆動される。またステージコントローラ37は、コントローラ6と電気的に接続され、コントローラ6によって制御される。
Note that the
図3に、第2の干渉計4の概略構成図を示す。光ファイバ8から出射した光束B1及びB2は、第2の干渉計4のコリメータレンズ41を経て、平行光となる。そして、ビームスプリッタ42に入射する。光束B1及びB2は、ビームスプリッタ42で反射されて第1の光路へ向かう光束B11、B21と、ビームスプリッタ42を透過して第2の光路へ向かう光束B12、B22に分岐する。なお、光束B11は、第1の干渉計3から出射した光束B1のうち、第2の干渉計4の第1の光路へ向かう光束を表し、光束B21は、第1の干渉計3から出射した光束B2のうち、第2の干渉計4の第1の光路へ向かう光束を表す。同様に、光束B12は、第1の干渉計3から出射した光束B1のうち、第2の干渉計4の第2の光路へ向かう光束を表し、光束B22は、第1の干渉計3から出射した光束B2のうち、第2の干渉計4の第2の光路へ向かう光束を表す。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the second interferometer 4. The light beams B1 and B2 emitted from the optical fiber 8 pass through the collimator lens 41 of the second interferometer 4 and become parallel light. Then, the light enters the
第1の光路には、位置が固定された参照鏡43が設置される。そして、第1の光路へ向かう光束B11、B21は、参照鏡43で反射されてビームスプリッタ42へ戻り、その一部はビームスプリッタ42を透過して検出器5へ向かう。一方、第2の光路には、その光路に沿って移動可能な移動鏡44が設けられる。そして、第2の光路へ向かう光束B12、B22は、移動鏡44で反射されてビームスプリッタ42へ戻り、その一部はビームスプリッタ42で反射されて、B11、B21とともに検出器5へ向かう。
A
移動鏡44は、支持部材45に取り付けられる。そして、移動鏡44及び支持部材45は、移動範囲が狭いものの、移動鏡44の位置の微調整が可能なピエゾ微動ステージ46の上に設置される。また、移動鏡44及び支持部材45は、ピエゾ微動ステージ46とともに、移動範囲が相対的に大きく、移動鏡44の位置を大まかに決定する粗動ステージ47上に設置される。ピエゾ微動ステージ46及び粗動ステージ47は、それぞれピエゾコントローラ51及びステージコントローラ52と電気的に接続される。そして、ピエゾ微動ステージ46及び粗動ステージ47は、ピエゾコントローラ51及びステージコントローラ52からの制御信号に基づいて、移動鏡44を第2の光路に沿って移動させる。
なお、移動鏡44を移動させつつ、その移動の間に連続的に干渉信号を測定する場合には、ピエゾ微動ステージ46及びピエゾコントローラ51を省略してもよい。
The
If the interference signal is continuously measured during the movement while moving the
また、支持部材45の背面には、コーナーキューブ48が取り付けられる。さらに、支持部材45よりも後方(すなわち、支持部材45を中心として、ビームスプリッタ42の反対側)には、移動鏡44の位置計測用干渉計49が設置される。そして、位置計測用干渉計49は、コーナーキューブ48へ向けて照射され、コーナーキューブ48で反射されて位置計測用干渉計49に戻ってきたコヒーレント光と、参照光との間で観測される干渉縞の移動本数を計数することにより、移動鏡44の移動量を計測することができる。
A
検出器5は、検出した光量を電気信号として出力するものである。検出器5として、例えば、フォトダイオード、CCDまたはC−MOSなどの半導体検出素子を使用することができる。本実施形態では、検出器5として、CCD素子を2次元アレイ状に並べたものを用いた。
また、検出器5は、コントローラ6と電気的に接続され、検出した光量に対応する電気信号を、コントローラ6へ送信する。
The detector 5 outputs the detected light quantity as an electrical signal. As the detector 5, for example, a semiconductor detection element such as a photodiode, CCD, or C-MOS can be used. In this embodiment, a detector in which CCD elements are arranged in a two-dimensional array is used as the detector 5.
The detector 5 is electrically connected to the
図4に、コントローラ6の機能ブロック図を示す。
コントローラ6は、いわゆるPCで構成され、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ、磁気ディスク、光ディスク及びそれらの読取装置等からなる記憶部61と、RS232C、イーサネット(登録商標)などの通信規格にしたがって構成された電子回路及びデバイスドライバなどのソフトウェアからなる通信部62を有する。
さらにコントローラ6は、図示していないCPU、ROM、RAM及びその周辺回路と、CPU上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして、移動鏡44の任意の複数のサンプリング点において、検出器5から干渉信号を取得し、その取得した干渉信号をサンプリング点の位置とともに関連付けて、サンプル干渉信号群とする干渉信号取得部63と、干渉信号取得部63で取得したサンプル干渉信号群から、干渉信号のピークを推定するピーク推定部64と、推定された干渉信号のピークに対応する移動鏡44の位置から、被測定物10の内径Dを求める寸法決定部65と、コントローラ6の各部、位置計測用干渉計49、ピエゾコントローラ51、ステージコントローラ52及び検出器5など、コントローラ6に接続された機器を制御する制御部66とを有する。
FIG. 4 shows a functional block diagram of the
The
Further, the
以下、内径測定装置1による被測定物10の内径を測定する動作について説明する。
白色光源2からの光は、コヒーレンス長が短いため、光路差がほぼ等しい場合にのみ干渉縞を生じる。ここで、第2の干渉計4の第1の光路における、ビームスプリッタ42から参照鏡43までの距離がL1であり、第2の光路における、ビームスプリッタ42から移動鏡44までの距離がL2であるとすると、第3の光束と第4の光束との間に、2(L2−L1)の光路差が生じる(ただし、L2>L1とする)。このとき、(L2−L1)とDが等しければ、第1の干渉計3において、被測定物10の内面S1、S2で反射された光束B1のうち、第2の干渉計4において、第1の光路を通った光束B11と、第1の干渉計3においてビームスプリッタ33を素通りした光束B2のうち、第2の干渉計4において、第2の光路を通った光束B22との光路差が0となる。そのため、最大の干渉信号を観測することができる。そして、(L2−L1)とDとの差が大きくなるにつれて、干渉信号の大きさは急激に低下する。したがって、干渉信号が最大となるとき、すなわち、干渉信号がピークとなるときの(L2−L1)を計測することにより、被測定物10の内径Dを求めることができる。
Hereinafter, an operation for measuring the inner diameter of the
Since the light from the
また、移動鏡44をビームスプリッタ42に近づけていくと、第3の光束と第4の光束との間に生じる光路差2(L1−L2)が、被測定物10の内径Dの2倍と等しいところでも干渉縞を観測することができる(ただし、L1>L2である)。この場合、第1の干渉計3において、被測定物10の内面S1、S2で反射された光束B1のうち、第2の干渉計4において、第2の光路を通った光束B12と、第1の干渉計3においてビームスプリッタ33を素通りした光束B2のうち、第2の干渉計4において、第1の光路を通った光束B21との光路差が0となるためである。そこで、光束B11と光束B22との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡44の位置と、光束B12と光束B21との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡44の位置との差を2で割ることにより、被測定物10の内径Dを求めることができる。
Further, when the moving
しかし、干渉信号がピークとなる移動鏡44の位置を正確に求めるためには、上記のように、移動鏡44を非常に短いサンプリング間隔で移動させつつ、干渉信号を取得することが必要となる。本実施形態では、白色光源2から放射される光の中心波長をλとすると、移動鏡44をλ/2移動すれば、光束B11と光束B22との光路差がλだけ変動するので、干渉縞の周期は約λ/2となる。また、サンプリング定理を考慮すると、サンプリングピッチは、少なくとも干渉縞の周期の半分以下でなければならない。本実施形態では、白色光源2から放射される光の中心波長が1550nmであるので、サンプリングピッチは、387nm以下でなければならない。このように、非常に短いサンプリングピッチで干渉信号を取得すると、1回当たりの測定に長時間を要してしまう。
However, in order to accurately obtain the position of the
ここで、干渉信号の周期及び振幅は、被測定物10の内面S1、S2の表面精度、測定条件などがほぼ同じであれば、その内径Dが若干異なるものについてもほぼ同一となる。そして、干渉信号のピークが観察される移動鏡44の位置のみが、内径Dに応じて変動する。そこで、予め、被測定物10の基準品であるマスタについて、移動鏡44を十分に小さいサンプリングピッチで移動させつつ干渉信号を取得して、干渉信号の周期と振幅変動とを正確に表すマスタ特性曲線を求めておく。そして、被測定物10の内径Dを測定する際には、比較的大きなサンプリングピッチで移動鏡44を移動させつつ取得した、複数のサンプリング点についての干渉信号群に対して、上記のマスタ特性曲線をフィッティングすることによって、その被測定物10についての干渉信号のピークを推定することができる。
Here, if the surface accuracy and measurement conditions of the inner surfaces S1 and S2 of the object to be measured 10 are substantially the same, the period and amplitude of the interference signal are substantially the same even if the inner diameter D is slightly different. Only the position of the
図5は、被測定物10について求めた各サンプリング点における干渉信号に対して、マスタについて求めたマスタ特性曲線を、移動鏡44の位置に関してずらしつつフィッティングを行う様子を示す図である。図5において、横軸は移動鏡44の位置を表し、縦軸は干渉信号強度を表す。各点501〜509は、被測定物10について求めた各サンプリング点での干渉信号強度を表す。また、実線520及び破線530は、マスタ特性曲線であり、実線520と破線530とでは、移動鏡44の位置に関してマスタ特性曲線の位置を変えている。
図5に示すように、各サンプリング点における干渉信号501〜509は、実線520に示すマスタ特性曲線とよく一致するのに対し、破線530に示すマスタ特性曲線とは、大きくずれてしまう。このように、マスタ特性曲線の位置を、各サンプリング点に対して少しずつずらしていけば、ある一点で干渉信号501〜509と良好に一致する。そして、干渉信号501〜509と良好に一致する実線520に示すマスタ特性曲線が、被測定物10の干渉信号の挙動をよく表していると考えられるので、実線520に示すマスタ特性曲線のピーク位置XPを、被測定物について測定した干渉信号のピーク位置と推定できる。
FIG. 5 is a diagram showing how fitting is performed while shifting the master characteristic curve obtained for the master with respect to the interference signal at each sampling point obtained for the
As shown in FIG. 5, the interference signals 501 to 509 at the respective sampling points are in good agreement with the master characteristic curve indicated by the
図6に、被測定物10の内径Dを測定する際の内径測定装置1の動作フローチャートを示す。
まず、事前準備として、被測定物10のマスタについて、十分に小さいサンプリングピッチで移動鏡44を移動させつつ干渉信号を取得し、干渉信号の周期及び移動鏡44の位置変化に対する振幅変動を表すマスタ特性曲線を求め、記憶部61に保存しておく。サンプリングピッチは、白色光源2から放射される光の中心波長の1/4以下(本実施形態では、387nm以下)とする。得られたマスタ特性曲線は、各サンプリング点において取得した干渉信号の値を、ビームスプリッタ42に近い方のサンプリング点から順に並べて格納した一次元の配列として、記憶部61に保存される。なお、サンプリング点間の干渉信号値を、線形補間、3次スプライン補間などの公知の補間方法によって求め、マスタ特性曲線を格納する配列中に含めるようにしてもよい。
また、そのマスタ特性曲線から、干渉信号の最大値、すなわち、干渉信号のピークを求める。そして、そのピークに対応する位置を、配列の最初の要素に対応する移動鏡44の位置からの距離に換算して、記憶部61に記憶しておく。
FIG. 6 shows an operation flowchart of the inner
First, as a preliminary preparation, an interference signal is acquired for the master of the
Further, the maximum value of the interference signal, that is, the peak of the interference signal is obtained from the master characteristic curve. Then, the position corresponding to the peak is converted into the distance from the position of the
さらに、被測定物10について干渉信号を取得する際の、移動鏡44の位置についてのサンプリングピッチを決定する。このサンプリングピッチは、マスタ特性曲線を取得するためにマスタについて干渉信号を取得したときのサンプリングピッチよりも広く設定できる。例えば、本実施形態では、サンプリングピッチを、原則としてマスタ特性曲線において、干渉縞が観察される移動鏡44の位置の範囲を8等分した値とした。ただし、全てのサンプリング点について取得された干渉信号が、振幅の中心近傍とならないように(すなわち、干渉信号が観察されない場合の検出器5の出力信号とならないように)、サンプリングピッチを設定することが好ましい。上述したように、白色光源2から放射される光の中心波長をλとすると、干渉縞の周期はλ/2となる。そのため、サンプリングピッチをλ/4の整数倍に設定すると、場合によっては各サンプリング点について取得した干渉信号が、ほぼ一定となってしまう。このような場合、各サンプリング点での干渉信号群に対してマスタ特性曲線を高い精度でフィッティングすることは難しい。そこで、上記のように定めたサンプリングピッチが、λ/4の整数倍と略等しい場合には、そのサンプリングピッチに一定の補正値αを加えた値を、改めてサンプリングピッチとする。なお、補正値αは、例えば、λ/6、λ/7、λ/8といった、λ/4の整数倍以外の値とすることができる。
また、干渉縞が観察される移動鏡44の位置の範囲は、検出器5からの出力信号が、所定の閾値以上となる範囲に設定することができる。この所定の閾値は、例えば、第1干渉計3に被測定物10を配置しない状態で予め干渉縞を測定した場合における、検出器5からの出力信号の略最大値Smaxとし、干渉縞が検出されていない状態における検出器5からの出力信号値S0として、S0+(Smax−S0)/4とすることができる。あるいは上記の位置範囲を、移動鏡44の移動に伴い、白色光源2の中心波長の略1/2の周期で検出器5からの出力信号の増減を観測できる範囲としてもよい。
Further, the sampling pitch for the position of the
The range of the position of the
なお、サンプリングピッチの決定方法は、上記に限られない。寸法測定の要求精度、要求処理速度に応じて、サンプリング点の数をもっと増やしたり、減らすようにしてもよい。例えば、上記のように、干渉縞が観察される移動鏡44の位置範囲を8等分した値をサンプリングピッチとする代わりに、10等分した値あるいは5等分した値をサンプリングピッチとしてもよい。さらに、サンプリングピッチを、白色光源2からの中心波長λに基づいて、λ/4の整数倍以外の値として固定的に定めてもよい。
決定されたサンプリングピッチは、記憶部61に記憶される。
The method for determining the sampling pitch is not limited to the above. The number of sampling points may be increased or decreased depending on the required accuracy of dimension measurement and the required processing speed. For example, as described above, a value obtained by dividing the position range of the
The determined sampling pitch is stored in the
測定が開始されると、最初に初期化手順として、移動鏡44の基準位置、すなわち、第2の干渉計4の第1の光路と第2の光路間の光路差が0となる移動鏡44の位置を決定する(ステップS101)。そのために、内径測定装置1の第1の干渉計3に、被測定物10を設置せず、第2の干渉計4で干渉縞の検出される位置を求める。このとき、被測定物10の内面で反射される光束は存在しないから、第1の干渉計3から出射する光束は、全てB2となる。そのため、第2の干渉計4では、第1の光路におけるビームスプリッタ42から参照鏡43までの距離L1と、第2の光路におけるビームスプリッタ42から移動鏡44までの距離L2との差が0のとき、干渉信号は最大となる。そこで、コントローラ6の制御部66は、ピエゾコントローラ51を通じてピエゾ微動ステージ46を駆動し、移動鏡44を移動させる。そして、コントローラ6の干渉信号取得部63は、複数の測定点で検出器5で検出される光量を観測し、検出光量が最大、すなわち、干渉信号が最大値となる位置を見つける。そして、出力信号値の最大値、すなわち干渉信号の最大値を求める。コントローラ6は、干渉信号が最大値となったときの移動鏡44の位置を、位置計測用干渉計49から受信し、L1=L2となる位置X0として、コントローラ6の記憶部61に記憶する。
When the measurement is started, first, as an initialization procedure, the reference position of the
次に、内径測定装置1の第1の干渉計3に、被測定物10を設置する。このとき、上述したように、白色干渉縞は、被測定物10の内径Dと、(L2−L1)がほぼ等しい位置でのみ観測される。そこで、コントローラ6の制御部66は、ステージコントローラ52を通じて粗動ステージ47を駆動し、第2の干渉計4の移動鏡44を、被測定物10の内径Dとほぼ等しい距離だけ後退させる。その後、コントローラ6の制御部66は、記憶部61からサンプリングピッチを取得する。そして、制御部66は、上記と同様に、ピエゾコントローラ51を通じてピエゾ微動ステージ46を駆動し、移動鏡44をそのサンプリングピッチずつ移動させる。また、コントローラ66の干渉信号取得部63は、各サンプリング点において、検出器5で検出された光量に対応する信号値、すなわち干渉信号値を取得する(ステップS102)。
Next, the
各サンプリング点における干渉信号値を取得すると、コントローラ6のピーク推定部64は、マスタ特性曲線を記憶部61から読み出す(ステップS103)。そして、ピーク推定部64は、マスタ特性曲線の位置を各サンプリング点に対して相対的にずらしつつ、各サンプリング点において取得された干渉信号値群と、マスタ特性曲線とのフィッティングを行い、最も一致するマスタ特性曲線の位置を求める(ステップS104)。具体的には、ピーク推定部64は、マスタ特性曲線を所定位置に配置した場合の、一致度合いを評価するために、干渉信号群とマスタ特性曲線とのずれ量を表す誤差二乗和を求める。そのために、ピーク推定部64は、サンプリング点の一点を基準点とし、その基準点を上記のマスタ特性曲線が格納されている配列(以下マスタ配列という)の何れかの要素に対応させる。例えば、各サンプリング点のうち、取得された干渉信号値が最も大きいサンプリング点を基準点とする。また、その基準点を、マスタ配列の1番最初の要素に対応させる。そして、その基準点における干渉信号と、マスタ配列中の対応要素に格納されている干渉信号(以下、マスタ信号という)との差の2乗値を計算する。以下同様に、その他のサンプリング点についても、マスタ配列から、対応する要素(すなわち、基準点に対応する要素からの距離が、着目するサンプリング点から基準点までの距離と等しい要素)のマスタ信号を取得して、干渉信号とマスタ信号の差の2乗値を計算する。全てのサンプリング点について、干渉信号とマスタ信号の差の2乗値を求めると、ピーク推定部64は、それらを合計して、干渉信号群とマスタ特性曲線とのずれ量を表す誤差二乗和ess1を求める。
When the interference signal value at each sampling point is acquired, the
次に、ピーク推定部64は、干渉信号群に対してマスタ特性曲線の位置を上記の所定位置からずらしていった場合の一致度合いを評価するために、基準点と対応する配列の要素を一つずつずらしつつ、上記と同様の処理を行って誤差二乗和ess2〜essn(nは2以上の自然数)を求める。そして、求めた誤差二乗和ess1〜essnを比較して、誤差二乗和の最小値を決定する。この誤差二乗和が最小となるときの、基準点と対応する配列の要素番号が、各サンプリング点について取得された干渉信号値群と、最も一致するマスタ特性曲線の位置を表す。
なお、フィッティングの方法は、上記に限られない。例えば、各サンプリング点について取得された干渉信号値を通る曲線を推定し、マスタ特性曲線との相互相関演算を行って、最も相関値が高くなるときのマスタ特性曲線の位置を求めることにより、フィッティングを行ってもよい。さらに、他のフィッティング方法を用いてもよい。
Next, in order to evaluate the degree of coincidence when the position of the master characteristic curve is shifted from the predetermined position with respect to the interference signal group, the
The fitting method is not limited to the above. For example, fitting is performed by estimating a curve that passes through the interference signal value acquired for each sampling point, performing a cross-correlation operation with the master characteristic curve, and determining the position of the master characteristic curve when the correlation value is highest. May be performed. Furthermore, other fitting methods may be used.
各サンプリング点について取得された干渉信号値群と、最も一致するマスタ特性曲線の位置が求まると、ピーク推定部64は、その位置に基づいて、被測定物10について測定された干渉信号のピークを推定し、その位置を求める(ステップS105)。具体的には、ピーク推定部64は、誤差二乗和が最小となるときの、基準点に対応するマスタ特性曲線中の位置から、マスタ特性曲線中の干渉信号のピーク位置までの距離を求める。その距離は、記憶部61から読み出したマスタ特性曲線のピークの位置(上述したように、最初の要素に対応する位置からの距離で表される)から、基準点に対応する要素とマスタ配列の最初の要素間に相当する距離を引くことによって算出される。そして基準点に対応するマスタ特性曲線中の位置からピーク位置までの距離を、基準点における移動鏡44の位置に加えた値を、被測定物10の干渉縞のピーク位置Xpとする。
When the position of the master characteristic curve that most closely matches the interference signal value group acquired for each sampling point is obtained, the
干渉縞のピーク位置Xpが推定されると、コントローラ6の寸法決定部64は、記憶部61からL1=L2のときの移動鏡44の位置X0を読み出してXp−X0の値を計算し、被測定物10の内径Dの測定値を得る(ステップS106)。
When the peak position X p of the interference fringes is estimated, the
なお、干渉信号を取得する際、空気擾乱などによるノイズを除去するために、コントローラ6は、移動鏡44を、各サンプリング点で所定時間停止させ、その間に検出器5で検出した光量に対応する信号を時間平均することにより、干渉信号としてもよい。ノイズ成分は、時間平均することによってほぼ0となるため、上記のように干渉信号を求めることにより、正確に干渉信号を求めることができる。
When acquiring the interference signal, the
さらに、第1の干渉計3において、ビームスプリッタ33の位置が、被測定物10の内径の中心に正確に一致していない場合、光束B1は、被測定物10の内径の直径とずれた位置を通るので、測定された値は正確ではない。係る問題を解決するために、ビームスプリッタ33と被測定物10の位置関係を、被測定物10の軸方向に直交する円筒断面内で光束B1と直交する方向にずらして内径の測定を繰り返す。そして、得られた測定値が最大となる値を、被測定物10の内径とする。
Further, in the
そのために、コントローラ6は、上記の手順で一旦内径の測定値を得ると、記憶部61に記憶する。次に、コントローラ6は、第1の干渉計3のステージコントローラ37に制御信号を送信してXYZステージ36を駆動し、所定量(例えば、0.1μm)だけ、被測定物10を光束B1に対して直交する方向に移動させる。そして、再度内径の測定を行って、測定値を得る。得られた測定値を、コントローラ6の記憶部61に記憶された測定値と比較する。そして、新たに得られた測定値の方が、記憶された測定値よりも大きい場合、記憶部61に記憶された測定値をその新たに得られた測定値で更新する。その後、再度同方向に被測定物10を移動し、内径の測定を繰り返す。そして、記憶部61に記憶された測定値の方が、新たに測定された測定値以上となる場合、その記憶部61に記憶された測定値を、被測定物10の内径Dとする。
Therefore, once the
一方、最初に測定された内径の測定値が、次に測定された測定値以上の場合、コントローラ6は、被測定物10を最初に移動させた方向と逆方向に移動させる。そして、上記と同様に測定を繰り返し、記憶部61に記憶された測定値が、新たに測定された測定値以上となったとき、その記憶部61に記憶された測定値を、被測定物10の内径Dとする。
このように、被測定物10とビームスプリッタ33の位置関係を変化させながら、内径Dの最大測定値を探索することにより、内径測定装置1は、ビームスプリッタ33を正確に被測定物10の中心に配置した状態の内径測定結果を得られるので、高精度で被測定物10の内径を測定することができる。
On the other hand, when the measured value of the inner diameter measured first is equal to or larger than the measured value measured next, the
In this way, by searching for the maximum measured value of the inner diameter D while changing the positional relationship between the object to be measured 10 and the
なお、ステップS101で移動鏡44の基準位置X0を測定する代わりに、移動鏡44を参照鏡43よりもビームスプリッタ42に近づけて、光束B12と光束B21との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡44の位置Xp'を、上記のステップS102〜S105と同様の処理を行って求めてもよい。そして、(Xp−Xp')/2の値を計算し、その値を、被測定物10の内径Dとしてもよい。基準位置X0で観測される干渉信号の強度と、位置Xpで観測される干渉信号の強度は、大きく異なる。一方、位置Xpで観測される干渉信号と、位置Xp'で観測される干渉信号とは、ほぼ同程度の強度となる。そのため、位置Xpと位置Xp'の差に基づいて被測定物10の内径の測定値を求める場合、基準位置X0と位置Xpの差に基づいて内径の測定値を求める場合よりも、検出器5の受光量の変化に対する出力信号の変化を大きくすることができるので、干渉信号が最大値となる移動鏡44の位置をより正確に特定することができる。
Instead of measuring the reference position X 0 of the
以上説明してきたように、本発明を適用した内径測定装置1は、被測定物10のマスタについて取得した干渉信号から、予め干渉信号の周期と振幅変動を表すマスター特性曲線を求めておき、実際に被測定物10の内径を測定する場合には、移動鏡44の位置に関して粗いサンプリングピッチで求めた干渉信号群に対して、そのマスタ特性曲線をフィッティングして、干渉信号のピークの位置を推定する。そのため、比較的少ないサンプリング点に対して干渉信号を取得するだけで、干渉信号のピークの位置を正確に推定できるので、1回当たりの測定に要する時間を短縮することができる。
As described above, the inner
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、被測定物は、円筒状のものに限られない。上記の実施形態の測定装置は、被測定物の向かい合った2面間の距離を測定したい場合、そのまま適用することができる。また、上記の実施形態の測定装置において、第2の干渉計をフィゾー型の干渉計としてもよい。 In addition, this invention is not limited to said embodiment. For example, the device under test is not limited to a cylindrical one. The measuring apparatus of the above embodiment can be applied as it is when measuring the distance between two opposing surfaces of an object to be measured. In the measurement apparatus of the above embodiment, the second interferometer may be a Fizeau interferometer.
また、本発明は、特許文献1に記載された測定装置のように、マイケルソン型の干渉計を一つのみ使用する構成に対しても適用できる。
図7に、マイケルソン型の干渉計を一つのみ使用する寸法測定装置11の構成の概略構成図を示す。この構成では、白色光源12から出射された測定光を、ビームスプリッタ13で被測定物10’に向かう第1の光束と、光路に沿って移動可能な移動鏡14に向かう第2の光束とに分割する。そして、被測定物10’で反射された第1の光束と移動鏡14で反射された第2の光とを、ビームスプリッタ13で再度一つの光束とし、検出器15でその干渉信号を検出する。検出器15から出力された信号は、コントローラ16に送信される。コントローラ16は、上記の実施形態におけるコントローラ6と同様の構成を有する。また、コントローラ16の記憶部には、上記の実施形態と同様に、被測定物10’の基準品であるマスタについて取得した干渉信号から求めた、マスタ特性曲線が保存される。
コントローラ16は、被測定物10’を測定する際、比較的粗いサンプリングピッチで、移動鏡14を移動させ、各サンプリング点における干渉信号を取得する。そして、コントローラ16は、各サンプリング点における干渉信号群に対して、マスタ特性曲線をフィッティングすることによって、干渉信号のピークを推定する。そして、そのピークに対応する移動鏡14の位置Xpで、第1の光束と第2の光束との光路差が0となると推定する。最後に、被測定物10’との関係で予め定められた移動鏡14の基準位置X0と、求めた移動鏡14の位置Xpとの差を計算することにより、被測定物10’の寸法(例えば、表面高さなど)を求める。
The present invention can also be applied to a configuration in which only one Michelson interferometer is used as in the measurement apparatus described in
FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of a configuration of the dimension measuring apparatus 11 that uses only one Michelson interferometer. In this configuration, the measurement light emitted from the white light source 12 is converted into a first light beam directed to the object to be measured 10 ′ by the
When measuring the
さらに、上記の干渉計を二つ使用する構成の実施形態において、第1の干渉計3側に配置された白色光源と、第2の干渉計4側に配置された検出器を入れ替えてもよい。この場合、第2の干渉計4側で予め被測定物の測定対象寸法に相当する光路差を有する二つの光束を発生させ、それらの光束を光ファイバを通じて第1の干渉計3側へ送る。そして、第1の干渉計3では、受け取った二つの光束を、被測定物10の内面S1、S2で反射される光束とビームスプリッタ33を直進する二つの光束にさらに分割し、それらを一つに合わせて検出器で検出することにより、白色干渉縞を観察する。この場合も、第2の干渉計4側で発生させた光路差を測定することにより、被測定物10の内径Dの測定値を求めることができる。
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
Furthermore, in the embodiment using two interferometers, the white light source arranged on the
As described above, various modifications can be made within the scope of the present invention according to the embodiment to be implemented.
1 内径測定装置(寸法測定装置)
11 寸法測定装置
10、10’ 被測定物
2、12 白色光源
3、4 干渉計
5、15 検出器
6、16 コントローラ
31、41 コリメータレンズ
32、34 ウェッジプリズム
33、42、13 ビームスプリッタ
35 集光レンズ
36 XYZステージ
37 ステージコントローラ
43 参照鏡
44、14 移動鏡
45 支持部材
46 ピエゾ微動ステージ
47 粗動ステージ
48 コーナーキューブ
49 位置計測用干渉計
51 ピエゾコントローラ
52 ステージコントローラ
61 記憶部
62 通信部
63 干渉信号取得部
64 ピーク推定部
65 寸法決定部
66 制御部
7,8 光ファイバ
1 Inner Diameter Measuring Device (Dimension Measuring Device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (5)
白色光源と、
前記白色光源から放射された光を、前記被測定物に向かう第1の光束と第2の光束に分岐し、該第1の光束を前記被測定物で反射させて該第2の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第1の光路差を生じさせ、該第1の光束と該第2の光束を一つの光束に合わせて出射させる第1の干渉計と、
位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第2の干渉計であって、前記第1の干渉計から出射した光束を、該参照鏡に向かう第3の光束と、該移動鏡に向かう第4の光束に分岐して、該第3の光束と該第4の光束との間に第2の光路差を生じさせる第2の干渉計と、
前記第3の光束と前記第4の光束を受光し、前記第1の光路差と前記第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
前記被測定物として基準用被測定物を用い、該基準用被測定物について検出された前記干渉信号から得られる干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を記憶した記憶部と、
前記被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラであって、
前記移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における前記干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得する干渉信号取得部と、
前記サンプル干渉信号群に対して、前記マスタ特性曲線をフィッティングして、前記サンプル干渉信号群と前記マスタ特性曲線とが最も一致するときの前記マスタ特性曲線のピークを、前記被測定物についての干渉信号のピークと推定するピーク推定部と、
前記ピーク推定部で推定されたピークに対応する前記移動鏡の位置に対する前記第2の光路差を計算することにより、前記測定対象寸法を求める寸法決定部と、
を有するコントローラと、
を有することを特徴とする寸法測定装置。 A dimension measuring device for measuring a dimension of an object to be measured,
A white light source,
The light emitted from the white light source is branched into a first light beam and a second light beam that are directed toward the object to be measured, and the first light beam is reflected by the object to be measured, and the second light beam A first interferometer that causes a first optical path difference corresponding to a measurement target dimension of the object to be measured to emit the first light flux and the second light flux in accordance with one light flux;
A second interferometer having a reference mirror having a fixed position and a movable mirror movable along the optical path, wherein a light beam emitted from the first interferometer is directed to the reference mirror. A second interferometer for branching into a light beam and a fourth light beam directed to the movable mirror to produce a second optical path difference between the third light beam and the fourth light beam;
The third light beam and the fourth light beam are received, an interference signal generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a signal corresponding to the interference signal is output. A detector to
A storage unit storing a master characteristic curve representing a period and amplitude variation of an interference signal obtained from the interference signal detected for the reference measurement object using a reference measurement object as the measurement object;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
An interference signal acquisition unit that acquires the interference signals at a plurality of sampling points related to the position of the movable mirror as a sample interference signal group;
The master characteristic curve is fitted to the sample interference signal group, and the peak of the master characteristic curve when the sample interference signal group and the master characteristic curve most closely match is determined as an interference with the object to be measured. A peak estimator for estimating a signal peak;
A dimension determining unit for obtaining the measurement target dimension by calculating the second optical path difference with respect to the position of the movable mirror corresponding to the peak estimated by the peak estimating unit;
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
白色光源と、
位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第1の干渉計であって、前記白色光源から放射された光を、該参照鏡に向かう第1の光束と、該移動鏡に向かう第2の光束に分岐して、該第1の光束と該第2の光束との間に第1の光路差を生じさせる第1の干渉計と、
前記第1の干渉計から出射された前記第1の光束及び第2の光束を、前記被測定物に向かう第3の光束と第4の光束に分岐し、該第3の光束を前記被測定物で反射させて該第4の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第2の光路差を生じさせ、該第3の光束と該第4の光束を一つの光束に合わせて出射させる第2の干渉計と、
前記第3の光束と前記第4の光束を受光し、前記第1の光路差と前記第2の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
前記被測定物として基準用被測定物を用い、該基準用被測定物について検出された前記干渉信号から得られる干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を記憶した記憶部と、
前記被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラであって、
前記移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における前記干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得する干渉信号取得部と、
前記サンプル干渉信号群に対して、前記マスタ特性曲線をフィッティングして、前記サンプル干渉信号群と前記マスタ特性曲線とが最も一致するときの前記マスタ特性曲線のピークを、前記被測定物についての干渉信号のピークと推定するピーク推定部と、
前記ピーク推定部で推定されたピークに対応する前記移動鏡の位置に対する前記第1の光路差を計算することにより、前記測定対象寸法を求める寸法決定部と、
を有するコントローラと、
を有することを特徴とする寸法測定装置。 A dimension measuring device for measuring a dimension of an object to be measured,
A white light source,
A first interferometer having a reference mirror having a fixed position and a movable mirror movable along an optical path, wherein the light emitted from the white light source is directed to the reference mirror; A first interferometer for branching into a second light beam directed toward the movable mirror and causing a first optical path difference between the first light beam and the second light beam;
The first light beam and the second light beam emitted from the first interferometer are branched into a third light beam and a fourth light beam that are directed toward the object to be measured, and the third light beam is divided into the measured light. A second optical path difference corresponding to the measurement object size of the object to be measured is generated between the fourth light flux and the fourth light flux, and the third light flux and the fourth light flux are combined into one light flux. A second interferometer that emits together,
The third light beam and the fourth light beam are received, an interference signal generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a signal corresponding to the interference signal is output. A detector to
A storage unit storing a master characteristic curve representing a period and amplitude variation of an interference signal obtained from the interference signal detected for the reference measurement object using a reference measurement object as the measurement object;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
An interference signal acquisition unit that acquires the interference signals at a plurality of sampling points related to the position of the movable mirror as a sample interference signal group;
The master characteristic curve is fitted to the sample interference signal group, and the peak of the master characteristic curve when the sample interference signal group and the master characteristic curve most closely match is determined as an interference with the object to be measured. A peak estimator for estimating a signal peak;
A dimension determining unit for obtaining the measurement target dimension by calculating the first optical path difference with respect to the position of the movable mirror corresponding to the peak estimated by the peak estimating unit;
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
白色光源と、
光路に沿って移動可能な移動鏡を有する干渉計であって、前記白色光源から放射された光を、前記被測定物に向かう第1の光束と前記移動鏡に向かう第2の光束に分岐して、該第1の光束を前記被測定物で反射させて該第1の光束と該第2の光束との間に光路差を生じさせる干渉計と、
前記干渉計から出射した前記第1の光束と前記第2の光束を受光し、前記第1の光束についての光路長と前記第2の光束についての光路長とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
前記被測定物として基準用被測定物を用い、該基準用被測定物について検出された前記干渉信号から得られる干渉信号の周期及び振幅変動を表すマスタ特性曲線を記憶した記憶部と、
前記被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラであって、
前記移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における前記干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得する干渉信号取得部と、
前記サンプル干渉信号群に対して、前記マスタ特性曲線をフィッティングして、前記サンプル干渉信号群と前記マスタ特性曲線とが最も一致するときの前記マスタ特性曲線のピークを、前記被測定物についての干渉信号のピークと推定するピーク推定部と、
前記ピーク推定部で推定されたピークに対応する前記移動鏡の位置と、予め定められた前記移動鏡の基準位置との差を計算することにより、前記測定対象寸法を求める寸法決定部と、
を有するコントローラと、
を有することを特徴とする寸法測定装置。 A dimension measuring device for measuring a dimension of an object to be measured,
A white light source,
An interferometer having a movable mirror movable along an optical path, wherein the light emitted from the white light source is branched into a first light beam directed toward the object to be measured and a second light beam directed toward the movable mirror. An interferometer that reflects the first light beam by the object to be measured to generate an optical path difference between the first light beam and the second light beam;
An interference signal generated when the first light flux and the second light flux emitted from the interferometer are received, and an optical path length for the first light flux is substantially equal to an optical path length for the second light flux. A detector for detecting and outputting a signal corresponding to the interference signal;
A storage unit storing a master characteristic curve representing a period and amplitude variation of an interference signal obtained from the interference signal detected for the reference measurement object using a reference measurement object as the measurement object;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
An interference signal acquisition unit that acquires the interference signals at a plurality of sampling points related to the position of the movable mirror as a sample interference signal group;
The master characteristic curve is fitted to the sample interference signal group, and the peak of the master characteristic curve when the sample interference signal group and the master characteristic curve most closely match is determined as an interference with the object to be measured. A peak estimator for estimating a signal peak;
A dimension determining unit for obtaining the measurement target dimension by calculating a difference between the position of the movable mirror corresponding to the peak estimated by the peak estimating unit and a predetermined reference position of the movable mirror;
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
前記移動鏡の位置に関する複数のサンプリング点における前記干渉信号を、サンプル干渉信号群として取得するステップと、
前記サンプル干渉信号群に対して、前記マスタ特性曲線をフィッティングして、前記サンプル干渉信号群と前記マスタ特性曲線とが最も一致するときの前記マスタ特性曲線のピークを、前記被測定物についての干渉信号のピークと推定するステップと、
前記推定されたピークに対応する前記移動鏡の位置に対する前記第2の光路差を計算することにより、前記測定対象寸法を求めるステップと、
を有することを特徴とする寸法測定方法。 The light emitted from the white light source is branched into a first light beam and a second light beam that are directed to the object to be measured, and the first light beam is reflected by the object to be measured and is between the second light beam and the second light beam. A first interferometer that generates a first optical path difference corresponding to a measurement target dimension of the object to be measured and emits the first light beam and the second light beam according to one light beam, and a position are fixed. A second interferometer having a reference mirror and a movable mirror movable along the optical path, wherein the light beam emitted from the first interferometer is a third light beam directed to the reference mirror; A second interferometer for branching into a fourth light beam directed toward the movable mirror and causing a second optical path difference between the third light beam and the fourth light beam; and the third light beam; An interference signal generated when the fourth light beam is received and the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a signal corresponding to the interference signal is detected. And a master characteristic curve representing a period and amplitude variation of an interference signal obtained from the interference signal detected for the reference measurement object, and a reference measurement object as the measurement object A measuring method for measuring a dimension of an object to be measured in a measuring system having a storage unit,
Obtaining the interference signals at a plurality of sampling points relating to the position of the movable mirror as a sample interference signal group;
The master characteristic curve is fitted to the sample interference signal group, and the peak of the master characteristic curve when the sample interference signal group and the master characteristic curve most closely match is determined as an interference with the object to be measured. Estimating a signal peak;
Obtaining the measurement target dimension by calculating the second optical path difference with respect to the position of the movable mirror corresponding to the estimated peak;
A dimension measuring method characterized by comprising:
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