JP2009186191A - Dimension measuring device and method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dimension measuring device and a dimension measuring method capable of accurately detecting a peak position of interference fringe and precisely measuring a dimension in dimension measurement using white interference. <P>SOLUTION: The dimension measuring device 1 includes a first interferometer 3 diverging light from a white light source 2 into a first luminous flux and a second luminous flux and causing a first optical path difference corresponding to a measured object dimension of a measured object between the two luminous fluxes; a second interferometer 4 diverging the luminous flux emitted from the first interferometer 3 into a third luminous flux and a fourth luminous flux and causing a second optical path difference between the two luminous fluxes; a detector 5b receiving the third and fourth luminous fluxes and detecting an interference signal; a phase shift signal-generating sections 44, 5a generating an interference signal having a phase different by 90 degrees from that of the interference signal; and a controller 6 calculating a Lissajous waveform based on the two interference signals, obtaining the peak position of interference fringe corresponding to the measured object from the maximum value, and obtaining a measured object dimension from the second optical path difference corresponding to the peak position. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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、加工部品など、被測定物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。このような方法では、白色光源から放射された測定光を、二つの光束に分割し、一方を被測定物で反射させ、他方を参照鏡で反射させて、それら光束を一つに合わせて干渉を生じさせる。このとき、二つの光束間の光路長が略等しいときに、白色干渉縞が観測される。その白色干渉縞では、二つの光束間の光路差が0となる場合に最も振幅が大きくなり、光路差が大きくなるにつれて急激に振幅が減少する。また白色干渉縞は、測定光の中心波長に依存した周期(例えば、中心波長の1/2倍の周期)で振動する。そこで、白色干渉縞の振幅が最大となるピーク位置を測定することにより、被測定物の測定対象寸法が求められる。したがって、この測定方法では、被測定物の測定対象寸法を正確に測定するために、観測される白色干渉縞のピーク位置を正確に求めることが必要となる。そのために、観測された白色干渉縞の包絡線を求め、求めた包絡線の最大値となる位置を、白色干渉縞のピーク位置とすることが知られている(特許文献1参照)。   Conventionally, a method using the principle of white interference has been proposed as a method for accurately measuring the dimension or surface roughness of an object to be measured, such as a machined part, in a non-contact manner. In such a method, the measurement light emitted from the white light source is divided into two light beams, one is reflected by the object to be measured, and the other is reflected by the reference mirror. Give rise to At this time, white interference fringes are observed when the optical path lengths between the two light beams are substantially equal. The white interference fringe has the largest amplitude when the optical path difference between the two light fluxes becomes zero, and the amplitude sharply decreases as the optical path difference increases. Further, the white interference fringe vibrates at a period depending on the center wavelength of the measurement light (for example, a period that is 1/2 times the center wavelength). Therefore, the measurement target dimension of the object to be measured is obtained by measuring the peak position where the amplitude of the white interference fringe is maximum. Therefore, in this measurement method, it is necessary to accurately obtain the peak position of the observed white interference fringes in order to accurately measure the measurement target dimension of the object to be measured. For this purpose, it is known that the envelope of the observed white interference fringes is obtained and the position where the maximum value of the obtained envelope is the peak position of the white interference fringes (see Patent Document 1).

米国特許第6597460号明細書US Pat. No. 6,597,460

白色干渉縞の包絡線を求める際、測定光の波長に依存した干渉縞の振動成分を除去するために、干渉縞を検出器で電気信号に変換した干渉信号をローパスフィルタに通して、その高周波成分を除去する。しかし、ローパスフィルタのカットオフ周波数を、干渉縞の周期及び干渉縞を取得する際のサンプリングピッチに対して適切に設定しなければ、干渉信号から高周波成分を除去しきれない。図1に、そのような場合の干渉信号を示す。図1において、横軸は光路差を表し、縦軸は、干渉縞の強度を表す。図1に示すように、検出された白色干渉信号100に対し、理想的な包絡線101は、白色干渉縞の振幅の増減にのみに依存して、信号値が変動する。そのため、包絡線101の最大信号値の位置は、光路差が0となる位置と非常に精度よく一致する。しかし、ローパスフィルタのカットオフ周波数を適切に設定することは困難であった。そしてカットオフ周波数を適切に設定できなかったために、白色干渉縞の高周波成分が除去しきれない場合の包絡線102は、白色干渉縞の振動周期にも依存して信号値が変動する。そのため、このような包絡線102から、精度よく光路差が0となる位置を求めることは困難であった。   When obtaining the envelope of the white interference fringe, in order to remove the vibration component of the interference fringe depending on the wavelength of the measurement light, the interference signal obtained by converting the interference fringe into an electric signal is passed through a low-pass filter and its high frequency Remove ingredients. However, unless the cut-off frequency of the low-pass filter is appropriately set with respect to the period of interference fringes and the sampling pitch for acquiring the interference fringes, high-frequency components cannot be removed from the interference signals. FIG. 1 shows an interference signal in such a case. In FIG. 1, the horizontal axis represents the optical path difference, and the vertical axis represents the interference fringe intensity. As shown in FIG. 1, the signal value of the ideal envelope 101 varies with respect to the detected white interference signal 100 only depending on the increase or decrease of the amplitude of the white interference fringes. For this reason, the position of the maximum signal value of the envelope 101 coincides with the position where the optical path difference becomes 0 with very high accuracy. However, it has been difficult to appropriately set the cutoff frequency of the low-pass filter. Since the cut-off frequency cannot be set appropriately, the signal value of the envelope 102 when the high-frequency component of the white interference fringes cannot be removed varies depending on the vibration period of the white interference fringes. For this reason, it has been difficult to accurately obtain the position where the optical path difference is 0 from such an envelope 102.

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、干渉縞のピーク位置を正確に検出して、精度よく寸法を測定することが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 apparatus capable of accurately detecting a peak position of interference fringes and measuring a dimension accurately in dimension measurement using white interference. It is to provide a method.

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、第2の干渉計であって、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、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の光束に分岐させる光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、その白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器と、第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成する位相シフト信号生成部と、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、第1の干渉信号及び第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、リサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡の位置を白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、そのピーク位置に対する第2の光路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 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 reference mirror whose position is fixed, a movable mirror movable along the optical path, and a light beam emitted from the first interferometer, and a third light beam directed to the reference mirror. A second beam interferometer that includes a beam splitting unit that splits the beam into a fourth beam traveling toward the movable mirror, and that generates a second optical path difference between the third beam and the fourth beam, A white interference fringe generated when the first light path difference and the second optical path difference are approximately equal is detected by receiving the light flux and the fourth light flux, A detector that outputs a corresponding first interference signal, a phase shift signal generation unit that generates a second interference signal that is 90 degrees out of phase with the first interference signal, and a controller that determines a measurement target dimension of the object to be measured Have
The controller includes a signal synthesis unit that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal, and the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as a peak position of the white interference fringes. And a dimension determining unit that calculates a measurement target dimension of the object to be measured by calculating a second optical path difference with respect to the peak position.

また、本発明において、位相シフト信号生成部は、参照鏡と光束分割部の間に配置され、第3の光束の一部を透過させて、その光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、位相が90度遅れた第3の光束の一部と第4の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有することが好ましい。   In the present invention, the phase shift signal generation unit is disposed between the reference mirror and the light beam splitting unit, transmits a part of the third light beam, and delays the phase of a part of the light beam by 90 degrees. And a second detector for detecting, as a second interference signal, an interference signal corresponding to a white interference fringe generated between a part of the third light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the fourth light beam. It is preferable to have.

あるいは、本発明において、位相シフト信号生成部は、移動鏡と光束分割部の間に配置され、第4の光束の一部を透過させて、その光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、位相が90度遅れた第4の光束の一部と第3の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有することが好ましい。   Alternatively, in the present invention, the phase shift signal generation unit is disposed between the moving mirror and the light beam splitting unit, transmits a part of the fourth light beam, and delays the phase of a part of the light beam by 90 degrees. And a second detector for detecting, as a second interference signal, an interference signal corresponding to a white interference fringe generated between a part of the fourth light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the third light beam. It is preferable to have.

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、干渉計であって、光路に沿って移動可能な移動鏡と、白色光源から放射された光を、被測定物に向かう第1の光束と移動鏡に向かう第2の光束に分岐する光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、その白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器と、第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成する位相シフト信号生成部と、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、第1の干渉信号及び第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、リサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡の位置を白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、ピーク位置に対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、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 white light source, an interferometer, a movable mirror that can move along an optical path, and a light beam emitted from the white light source toward the first light beam and the movable mirror that are directed to the object to be measured. An interferometer that includes a light beam splitting unit that branches into a second light beam, reflects the first light beam by an object to be measured, and generates an optical path difference between the first light beam and the second light beam; The first light flux and the second light flux emitted from the meter are received, and a white interference fringe 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. A detector that outputs a first interference signal corresponding to an interference fringe, a phase shift signal generation unit that generates a second interference signal that is 90 degrees out of phase with the first interference signal, and a measurement target dimension of the object to be measured A controller for determining
The controller includes a signal synthesis unit that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal, and the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as a peak position of the white interference fringes. And a dimension determining unit that calculates a measurement target dimension by calculating a difference between the position of the movable mirror with respect to the peak position and a predetermined reference position of the movable mirror.

また、本発明において、位相シフト信号生成部は、被測定物と光束分割部の間に配置され、第1の光束の一部を透過させて、その第1の光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、位相が90度遅れた第1の光束の一部と第2の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有することが好ましい。   In the present invention, the phase shift signal generation unit is disposed between the DUT and the light beam splitting unit, transmits a part of the first light beam, and changes the phase of a part of the first light beam to 90. And a second wave plate for detecting an interference signal corresponding to a white interference fringe generated between a part of the first light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the second light beam, as a second interference signal. It is preferable to have a detector.

あるいは、本発明において、位相シフト信号生成部は、移動鏡と光束分割部の間に配置され、第2の光束の一部を透過させて、その第2の光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、位相が90度遅れた第2の光束の一部と第1の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有することが好ましい。   Alternatively, in the present invention, the phase shift signal generation unit is disposed between the movable mirror and the light beam splitting unit, transmits a part of the second light beam, and sets the phase of a part of the second light beam to 90 degrees. Second detection for detecting, as a second interference signal, a wave plate to be delayed and an interference signal corresponding to a white interference fringe generated between a part of the second light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the first light beam. It is preferable to have a container.

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、第1の干渉計であって、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、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の光束に分岐する光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、その白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器と、第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成する位相シフト信号生成部と、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、第1の干渉信号及び第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、リサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡の位置を白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、そのピーク位置に対する第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 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 includes a white light source, a first interferometer, a reference mirror having a fixed position, a movable mirror movable along an optical path, and light emitted from the white light source. A first beam that splits into a first beam that travels toward the moving mirror and a second beam that travels toward the moving mirror, and a first optical path difference is generated between the first beam and the second beam. The interferometer, 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 directed to the object to be measured, and the third light beam is divided into the object to be measured. The second optical path difference corresponding to the measurement target size of the object to be measured is generated between the first light beam and the fourth light beam, and the third light beam and the fourth light beam are emitted in accordance with one light beam. 2 interferometer, 3rd light beam and 4th light beam are received, and white interference fringes generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal are detected. A detector that outputs a first interference signal corresponding to the white interference fringe, a phase shift signal generation unit that generates a second interference signal that is 90 degrees out of phase with the first interference signal, It has a controller that determines the dimensions to be measured. The controller includes a signal synthesis unit that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal, and the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as a peak position of the white interference fringes. And a dimension determining unit for determining a measurement target dimension by calculating a first optical path difference with respect to the peak 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、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、その第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、第2の干渉計であって、参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡と、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の光束に分岐させる光束分割部とを有し、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、参照鏡に取り付けられ、参照鏡を前記第3の光束に沿って前後に振動させる変調器と、変調器と接続され、所定の発振周波数を有する発振信号を変調器へ入力して、その所定の発振周波数で変調器を振動させる高周波発振器と、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白色干渉縞を検出し、その白色干渉縞が所定の発振周波数で高周波変調された高周波変調干渉信号を出力する検出器と、検出器及び高周波発振器と接続され、検出器から入力された高周波変調干渉信号の位相と、高周波発振器から入力された発振信号の位相を比較することにより、白色干渉縞に対応し、互いに対して位相が90度ずれた第1及び第2の干渉信号を出力する位相検波器と、第1及び第2の干渉信号に基づいて被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラとを有する。そのコントローラは、第1の干渉信号及び第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、リサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡の位置を白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、ピーク位置に対する第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 still another 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 by the object to be measured. A first interferometer that causes a first optical path difference corresponding to the measurement target dimension of the object to be measured between the second light flux and emits the first light flux and the second light flux according to one light flux. And a second interferometer, a reference mirror, a movable mirror movable along the optical path, and a light beam emitted from the first interferometer toward a third light beam toward the reference mirror and the movable mirror A second beam interferometer that includes a beam splitting unit that splits the beam into a fourth beam, and that generates a second optical path difference between the third beam and the fourth beam, and is attached to a reference mirror. A modulator that vibrates the mirror back and forth along the third light flux; and an oscillation signal connected to the modulator and having a predetermined oscillation frequency. A high-frequency oscillator that inputs to the tuner and vibrates the modulator at the predetermined oscillation frequency, and receives the third light beam and the fourth light beam, and the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal. The white interference fringes generated in the case are detected, and the white interference fringes are connected to the detector and the high frequency oscillator, which outputs a high frequency modulation interference signal in which the high frequency modulation is performed at a predetermined oscillation frequency. By comparing the phase of the high-frequency modulation interference signal with the phase of the oscillation signal input from the high-frequency oscillator, the first and second interference signals corresponding to the white interference fringe and shifted by 90 degrees from each other are output. And a controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured based on the first and second interference signals. The controller includes a signal synthesis unit that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal, and the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as a peak position of the white interference fringes. And a dimension determining unit that calculates a second optical path difference with respect to the peak position to obtain a measurement target dimension.

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、第1の干渉計であって、参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡と、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の光束に分岐する光束分割部とを有し、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、参照鏡に取り付けられ、参照鏡を前記第1の光束に沿って前後に振動させる変調器と、変調器と接続され、所定の発振周波数を有する発振信号を変調器へ入力して、その所定の発振周波数で変調器を振動させる高周波発振器と、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白色干渉縞を検出し、その白色干渉縞が所定の発振周波数で高周波変調された高周波変調干渉信号を出力する検出器と、検出器及び高周波発振器と接続され、検出器から入力された高周波変調干渉信号の位相と、高周波発振器から入力された発振信号の位相を比較することにより、白色干渉縞に対応し、互いに対して位相が90度ずれた第1及び第2の干渉信号を出力する位相検波器と、第1及び第2の干渉信号に基づいて被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラとを有する。そのコントローラは、第1の干渉信号及び第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、リサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡の位置を白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、ピーク位置に対する第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 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 a white light source, a first interferometer, a reference mirror, a movable mirror movable along the optical path, and a light emitted from the white light source toward the reference mirror. A first interferometer that includes a light beam and a light beam splitting part that branches into a second light beam that is directed to the movable mirror, and that generates 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 directed to the object to be measured, and the third light beam is reflected by the object to be measured. A second interferometer that generates a second optical path difference corresponding to the measurement target dimension of the object to be measured between the fourth light flux and emits the third light flux and the fourth light flux in accordance with one light flux. And a modulator that is attached to the reference mirror and vibrates back and forth along the first light flux, and is connected to the modulator and has a predetermined oscillation frequency A high-frequency oscillator that inputs the oscillation signal to the modulator and vibrates the modulator at the predetermined oscillation frequency, and receives the third and fourth light beams, and the first optical path difference and the second optical path difference. Is connected to a detector that detects a white interference fringe generated when the white interference fringes are substantially equal, and outputs a high-frequency modulation interference signal in which the white interference fringe is high-frequency modulated at a predetermined oscillation frequency. By comparing the phase of the high frequency modulation interference signal input from the high frequency oscillator with the phase of the oscillation signal input from the high frequency oscillator, the first and second phases corresponding to the white interference fringes are shifted by 90 degrees with respect to each other. A phase detector that outputs an interference signal; and a controller that determines a measurement target dimension of the object to be measured based on the first and second interference signals. The controller includes a signal synthesis unit that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal, and the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as a peak position of the white interference fringes. And a dimension determining unit that calculates a second optical path difference with respect to the peak position to obtain a measurement target dimension.

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、第2の干渉計であって、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、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の光束に分岐する光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、その白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器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、第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成するステップと、第1の干渉信号及び第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出するステップと、リサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡の位置を白色干渉縞のピーク位置として決定するステップと、そのピーク位置に対する第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。
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. Interferometer, a second interferometer, a reference mirror having a fixed position, a movable mirror movable along the optical path, and a light beam emitted from the first interferometer toward the reference mirror A second interferometer that includes a third light beam and a light beam splitting unit that branches into a fourth light beam that travels toward the movable mirror, and that generates a second optical path difference between the third light beam and the fourth light beam. , Receiving the third light beam and the fourth light beam, and detecting a white interference fringe generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal to each other. Dimension measuring method of the object to be measured is provided in the measurement system having a detector which outputs a first interference signal corresponding to Watarushima.
The dimension measuring method includes a step of generating a second interference signal whose phase is 90 degrees different from that of the first interference signal, and a step of calculating a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal. Determining the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as the peak position of the white interference fringe, and calculating the second optical path difference with respect to the peak position, Have
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、干渉縞のピーク位置を正確に検出して、精度よく寸法を測定することが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。   According to the present invention, it is possible to provide a dimension measuring apparatus and a dimension measuring method capable of accurately detecting a peak position of an interference fringe and measuring a dimension accurately in dimension measurement using white interference. It became.

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第1の実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本発明の第1の実施形態に係る内径測定装置は、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振幅が最大となる位置、すなわち白色干渉縞のピーク位置を検出して第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、第2の干渉縞において互いに位相が90度ずれた二つの干渉縞を生成し、それら二つの干渉縞からリサージュ波形信号を求める。そして、そのリサージュ波形信号の最大値に対応する位置を白色干渉縞のピーク位置として、被測定物の内径寸法を求める。
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to an inner diameter measuring apparatus that measures the inner diameter of a cylindrical object to be measured, such as a ring gauge or a cylinder, will be described with reference to the drawings.
The inner diameter measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention causes light from a white light source to enter a first interferometer, and the first interferometer has an optical path difference corresponding to the inner diameter of the object to be measured. Produces two luminous fluxes. 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. The detector detects the position where the amplitude of the white interference fringe is maximum, that is, the peak position of the white interference fringe, and measures the optical path difference between the two optical paths of the second interferometer. Find the inner diameter. At that time, the inner diameter measuring device generates two interference fringes whose phases are shifted from each other by 90 degrees in the second interference fringe, and obtains a Lissajous waveform signal from the two interference fringes. Then, the position corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal is set as the peak position of the white interference fringe, and the inner diameter dimension of the object to be measured is obtained.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る内径測定装置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、互いに位相が90度ずれた二つの白色干渉縞を発生させる第2の干渉計4と、それぞれの白色干渉縞を検出する検出器5a及び5bと、各部の制御を行い、かつ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. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the inner diameter measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The inner diameter measuring device 1 includes a white light source 2, a first interferometer 3 that generates an optical path difference corresponding to twice the inner diameter of the object to be measured, and an optical path difference generated by the first interferometer 3. A second interferometer 4 that generates an optical path difference and generates two white interference fringes that are 90 degrees out of phase with each other; detectors 5a and 5b that detect the respective white interference fringes; A controller 6 is provided for determining the inner diameter of the object to be measured from the detected interference fringes. Further, the inner diameter measuring device 1 includes an optical fiber 7 that transmits light from the white light source 2 to the first interferometer 3 and an optical fiber 8 that transmits light emitted from the first interferometer 3 to the second interferometer. Have.

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 white light source 2 is a light source that has a short coherence length and can emit light having a broad wavelength. As the white light source 2, for example, an LED, an SLD (super luminescent diode), an SOA (Semiconductor Optical Amplifier) light source, an ASE (Amplified Spontaneous Emission) light source, or the like can be used. The center wavelength of the light emitted from the white light source 2 can be set to 750 nm, 1300 nm, 1550 nm, and the like, for example. In the present embodiment, an infrared LED having a center wavelength of 1550 nm is used as the white light source 2.

図3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. 3 shows a schematic configuration diagram of the first interferometer 3. In the first interferometer 3, two light beams B 1 and B 2 having an optical path difference corresponding to twice the inner diameter of the DUT 10 arranged on the XYZ stage 36 are generated. For this purpose, in the first interferometer 3, the light incident from the white light source 2 through the first optical fiber 7 is converted into parallel light by the collimator lens 31, and the first position for adjusting the output position with respect to the incident parallel light is adjusted. To the wedge prism 32. Then, the light emitted from the wedge prism 32 is incident on a beam splitter 33 disposed substantially at the center of the inner diameter of the DUT 10. The incident light is reflected by the beam splitter 33 and branched into a light beam traveling toward the inner surface S1 of the DUT 10 and a light beam B2 that passes through the beam splitter 33 and travels straight. The light beam traveling toward the inner surface S1 of the device under test 10 returns to the beam splitter 33 after being reflected by the inner surface S1 of the device under test 10. A part of the light beam returned to the beam splitter 33 passes through the beam splitter 33 and travels to the inner surface S2 opposite to the inner surface S1 of the DUT 10. Then, the light beam directed toward S2 is reflected by the inner surface S2 and returns to the beam splitter 33 again. A part of the light beam returned to the beam splitter 33 is reflected by the beam splitter 33. This light beam is called B1. The light beam B1 and the light beam B2 are emitted together when emitted from the beam splitter 33. The light beam B1 and the light beam B2 are emitted from the beam splitter 33, then enter the second wedge prism 34 for position adjustment, and the position is adjusted so as to enter the condenser lens 35. Then, the light beam B 1 and the light beam B 2 are collected through the condensing lens 35, exit from the first interferometer 3, and enter the optical fiber 8.

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 first interferometer 3 reciprocates between the inner surfaces S1 and S2 of the object to be measured 10, if the inner diameter of the object to be measured 10 is D, the light beam B1 and the light beam B2 2D, a 2D optical path difference occurs. A light beam B 1 and a light beam B 2 having a 2D optical path difference are incident on the second interferometer 4 through the optical fiber 8.

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 XYZ stage 36 has an axial direction of the device under test 10 (that is, a direction parallel to the light beam B2), a direction parallel to the light beam B1 and a direction perpendicular to the light beam B1 within a cylindrical cross section orthogonal to the axial direction of the device under test 10. It can be moved in three directions, and is driven by the stage controller 37. The stage controller 37 is electrically connected to the controller 6 and is controlled by the controller 6.

図4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. 4 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 beam splitter 42. The light beams B1 and B2 are reflected by the beam splitter 42 and branched into light beams B11 and B21 that travel toward the first optical path, and light beams B12 and B22 that pass through the beam splitter 42 and travel toward the second optical path. A light beam B11 represents a light beam that travels to the first optical path of the second interferometer 4 among the light beams B1 emitted from the first interferometer 3, and the light beam B21 emitted from the first interferometer 3. Of the light beam B2, the light beam traveling toward the first optical path of the second interferometer 4 is represented. Similarly, a light beam B12 represents a light beam that travels to the second optical path of the second interferometer 4 among the light beams B1 emitted from the first interferometer 3, and a light beam B22 is emitted from the first interferometer 3. Of the measured light beams B2, the light beams traveling toward the second optical path of the second interferometer 4 are represented.

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。また、参照鏡43とビームスプリッタ42の間に、光束B11及びB21の一部のみが透過するように、1/8波長板44が配置される。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。その際、光束B11、B21の一部は、1/8波長板44を2度透過することにより、1/8波長板44を透過しない光束B11、B21の他の一部に対して、位相が90度ずれる。なお、図4では、理解を容易にするために、1/8波長板44を透過する光束と、1/8波長板44を透過しない光束とを分けて図示した。
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45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45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5a、5bへ向かう。
A reference mirror 43 whose position is fixed is installed in the first optical path. A 1/8 wavelength plate 44 is arranged between the reference mirror 43 and the beam splitter 42 so that only a part of the light beams B11 and B21 are transmitted. The light beams B <b> 11 and B <b> 21 going to the first optical path are reflected by the reference mirror 43 and return to the beam splitter 42, and part of the light passes through the beam splitter 42 and goes to the detector 5. At this time, a part of the light beams B11 and B21 is transmitted through the 1/8 wavelength plate 44 twice, so that the phase of the light beams B11 and B21 is different from that of the other light beams B11 and B21 that do not transmit the 1/8 wavelength plate 44. 90 degrees off. In FIG. 4, for easy understanding, the light beam that passes through the 1/8 wavelength plate 44 and the light beam that does not pass through the 1/8 wavelength plate 44 are shown separately.
On the other hand, a movable mirror 45 that can move along the optical path is provided in the second optical path. The light beams B12 and B22 traveling toward the second optical path are reflected by the moving mirror 45 and returned to the beam splitter 42, and a part of the light beams B12 and B22 are reflected by the beam splitter 42 and travel to the detectors 5a and 5b together with B11 and B21. .

移動鏡45は、支持部材46に取り付けられる。そして、移動鏡45及び支持部材46は、移動範囲が狭いものの、移動鏡45の位置の微調整が可能なピエゾ微動ステージ47の上に設置される。また、移動鏡45及び支持部材46は、ピエゾ微動ステージ47とともに、移動範囲が相対的に大きく、移動鏡45の位置を大まかに決定する粗動ステージ48上に設置される。ピエゾ微動ステージ47及び粗動ステージ48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47及び粗動ステージ48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45を第2の光路に沿って移動させる。
なお、移動鏡45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47及びピエゾコントローラ51を省略してもよい。
The movable mirror 45 is attached to the support member 46. The movable mirror 45 and the support member 46 are installed on a piezo fine movement stage 47 in which the position of the movable mirror 45 can be finely adjusted although the movement range is narrow. The movable mirror 45 and the support member 46 are installed on a coarse movement stage 48 that, together with the piezo fine movement stage 47, has a relatively large movement range and roughly determines the position of the movement mirror 45. The piezo fine movement stage 47 and the coarse movement stage 48 are electrically connected to the piezo controller 51 and the stage controller 52, respectively. Then, the piezo fine movement stage 47 and the coarse movement stage 48 move the movable mirror 45 along the second optical path based on control signals from the piezo controller 51 and the stage controller 52.
In the case where the interference signal is continuously measured during the movement while moving the movable mirror 45, the piezo fine movement stage 47 and the piezo controller 51 may be omitted.

また、支持部材46の背面には、コーナーキューブ49が取り付けられる。さらに、支持部材46よりも後方(すなわち、支持部材46を中心として、ビームスプリッタ42の反対側)には、移動鏡45の位置計測用干渉計50が設置される。そして、位置計測用干渉計50は、コーナーキューブ49へ向けて照射され、コーナーキューブ49で反射されて位置計測用干渉計50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45の移動量を計測することができる。   A corner cube 49 is attached to the back surface of the support member 46. Further, a position measurement interferometer 50 for the movable mirror 45 is installed behind the support member 46 (that is, on the opposite side of the beam splitter 42 with the support member 46 as the center). The position measurement interferometer 50 is irradiated to the corner cube 49, reflected by the corner cube 49, and returned to the position measurement interferometer 50, and the interference observed between the reference light and the reference light. The amount of movement of the movable mirror 45 can be measured by counting the number of moving stripes.

光線分割鏡53は、ビームスプリッタ42に対して頂点を向けた三角プリズム状の形状を有しており、ビームスプリッタ42と検出器5a、5bの間に配置される。光線分割鏡53は、頂点を挟んで二つの反射面53a、53bを有している。そして光線分割鏡53は、一方の反射面53aにて、光束B11、B21の一部の光束のうち、1/8波長板44を透過した光束と、光束B12、B22の一部を検出器5aへ向けて反射する。また、光線分割鏡53は、他方の反射面53bにて、1/8波長板44を透過しなかった光束B11、B21の他の一部と、光束B12、B22の他の一部を検出器5bへ向けて反射する。   The beam splitting mirror 53 has a triangular prism shape whose apex is directed to the beam splitter 42, and is disposed between the beam splitter 42 and the detectors 5a and 5b. The beam splitting mirror 53 has two reflecting surfaces 53a and 53b across the apex. The light splitting mirror 53 detects, on one reflection surface 53a, a part of the light beams B11 and B21 that has passed through the 1/8 wavelength plate 44 and a part of the light beams B12 and B22 as a detector 5a. Reflect towards The beam splitting mirror 53 detects the other part of the light beams B11 and B21 and the other part of the light beams B12 and B22 that did not pass through the 8 wavelength plate 44 on the other reflecting surface 53b. Reflects toward 5b.

検出器5a及び5b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5a及び5b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5a及び5b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5a及び5b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。そして検出器5aは、光束B11、B21の一部の光束のうち、1/8波長板44を透過した光束と、光束B12、B22の間で生じる白色干渉縞を検出する。一方、検出器5bは、光束B11、B21の一部の光束のうち、1/8波長板44を透過しなかった光束と、光束B12、B22の間で生じる白色干渉縞を検出する。ここで上記のように、1/8波長板44を透過した光束B11、B21の一部は、1/8波長板44を透過しない光束B11、B21の他の一部に対して、位相が90度ずれる。そのため、検出器5aにて検出される白色干渉縞と、検出器5bにて検出される白色干渉縞とは、互いに位相が90度ずれたものとなる。このように、1/8波長板44と検出器5aは、位相シフト信号生成部として機能する。
The detectors 5a and 5b output the detected light amount as an electrical signal. As the detectors 5a and 5b, for example, a semiconductor detection element such as a photodiode, CCD, or C-MOS can be used. In this embodiment, the detectors 5a and 5b are CCD elements arranged in a two-dimensional array.
The detectors 5 a and 5 b are electrically connected to the controller 6, and transmit an electrical signal corresponding to the detected light amount to the controller 6. Then, the detector 5a detects white interference fringes generated between the light beams transmitted through the 1/8 wavelength plate 44 and the light beams B12 and B22 among the light beams B11 and B21. On the other hand, the detector 5b detects a white interference fringe generated between the light fluxes B11 and B22 and the light flux that has not passed through the 1/8 wavelength plate 44 among the partial light fluxes B11 and B21. Here, as described above, a part of the light beams B11 and B21 transmitted through the 8 wavelength plate 44 has a phase of 90 relative to the other part of the light beams B11 and B21 that do not transmit through the 8 wavelength plate 44. Deviate. Therefore, the white interference fringes detected by the detector 5a and the white interference fringes detected by the detector 5b are out of phase with each other by 90 degrees. Thus, the 1/8 wavelength plate 44 and the detector 5a function as a phase shift signal generation unit.

図5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検出器5a及び検出器5bでそれぞれ取得された白色干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部63と、そのリサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡45の位置を、白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部64と、そのピーク位置から被測定物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50、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5a、5b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. 5 shows a functional block diagram of the controller 6.
The controller 6 is configured by a so-called PC, and is in accordance with a storage unit 61 including an electrically rewritable nonvolatile memory, a magnetic disk, an optical disk, and a reading device thereof, and communication standards such as RS232C and Ethernet (registered trademark). The communication unit 62 includes software such as the configured electronic circuit and device driver.
Further, the controller 6 includes a white interference signal acquired by the detector 5a and the detector 5b as functional modules realized by a CPU, ROM, RAM and peripheral circuits (not shown) and a computer program executed on the CPU. , A signal synthesizer 63 for calculating the Lissajous waveform signal, a peak position determining unit 64 for determining the position of the movable mirror 45 corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as the peak position of the white interference fringes, A dimension determining unit 65 for obtaining the inner diameter D of the object to be measured 10 from the peak position, each part of the controller 6, an interferometer for position measurement 50, a piezo controller 51, a stage controller 52, and detectors 5a and 5b are connected to the controller 6. And a control unit 66 for controlling the devices.

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45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、干渉縞の振幅が最大となる。そして、(L2−L1)とDとの差が大きくなるにつれて、干渉縞の振幅の大きさは急激に低下する。したがって、干渉縞の振幅が最大となるときの(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 DUT 10 by the inner diameter measuring apparatus 1 will be described.
Since the light from the white light source 2 has a short coherence length, interference fringes are generated only when the optical path differences are substantially equal. Here, the distance from the beam splitter 42 to the reference mirror 43 in the first optical path of the second interferometer 4 is L1, and the distance from the beam splitter 42 to the movable mirror 45 in the second optical path is L2. If there is, an optical path difference of 2 (L2−L1) is generated between the third light flux and the fourth light flux (where L2> L1). At this time, if (L2−L1) and D are equal, the first interferometer 3 uses the first interferometer 4 out of the light beams B1 reflected by the inner surfaces S1 and S2 of the DUT 10. The optical path difference between the light beam B11 passing through the optical path and the light beam B2 passing through the beam splitter 33 in the first interferometer 3 and the light beam B22 passing through the second optical path in the second interferometer 4 is 0. It becomes. Therefore, the amplitude of the interference fringe is maximized. As the difference between (L2−L1) and D increases, the amplitude of the interference fringes rapidly decreases. Therefore, the inner diameter D of the DUT 10 can be obtained by measuring (L2-L1) when the amplitude of the interference fringes is maximized.

また、移動鏡45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縞の振幅が最大となる移動鏡45の位置と、光束B12と光束B21との間で生じる干渉縞の振幅が最大となる移動鏡45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 movable mirror 45 is brought closer to the beam splitter 42, the optical path difference 2 (L1-L2) generated between the third light beam and the fourth light beam is twice the inner diameter D of the DUT 10. Interference fringes can be observed even at equal points (however, L1> L2). In this case, among the light beams B1 reflected by the inner surfaces S1 and S2 of the object to be measured 10 in the first interferometer 3, the light beams B12 that have passed through the second optical path in the second interferometer 4 and the first This is because, in the second interferometer 4, the optical path difference between the light beam B 2 that has passed through the beam splitter 33 in the interferometer 3 and the light beam B 21 that has passed through the first optical path becomes zero. Therefore, the position of the movable mirror 45 where the amplitude of the interference fringe generated between the light beams B11 and B22 is maximized, and the position of the movable mirror 45 where the amplitude of the interference fringe generated between the light beams B12 and B21 is maximized. The inner diameter D of the object to be measured 10 can be obtained by dividing the difference by 2 by 2.

以下、図6に示したフローチャートを参照しつつ、白色干渉縞の振幅が最大となるときの移動鏡45の位置を求める手順について説明する。
まず、コントローラ6の信号合成部63は、白色干渉縞の振幅が最大となる移動鏡45の位置、すなわち白色干渉縞のピーク位置を正確に検出するために、検出器5aから得た干渉信号Ia(x)と検出器5bから得た干渉信号Ib(x)とに基づいて、リサージュ波形信号Ilis(x)を求める(ステップS101)。なお、各信号Ia(x)、Ib(x)、Ilis(x)において、xは移動鏡45の位置を表す変数である。それら二つの干渉信号Ia(x)、Ib(x)は、互いに対して位相が90度ずれているが、周期及び振幅に関しては同一である。そのため、信号合成部63は、以下の式により、リサージュ波形信号Ilis(x)を求めることができる。

Figure 2009186191
移動鏡45を移動しつつ検出器5a、5bで干渉信号を検出する際、各検出器の信号取得周期と白色干渉縞の周期または位相のずれにより、白色干渉縞の強度が最大であるときの干渉信号を取得できない場合がある。特に、移動鏡45を高速に移動させるほど、白色干渉縞に対する各信号取得点間の間隔が大きくなるので、白色干渉縞の強度が最大であるときの干渉信号を取得できない可能性が高くなる。しかし、リサージュ波形信号Ilis(x)は、そのような周期または位相のずれとは無関係に、移動鏡45の各位置における白色干渉縞の振幅に相当する値をとる。そのため、リサージュ波形信号Ilis(x)の最大値は、正確に白色干渉縞の最大値と一致する。 Hereinafter, the procedure for obtaining the position of the movable mirror 45 when the amplitude of the white interference fringe is maximized will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, the signal synthesizer 63 of the controller 6 detects the interference signal I obtained from the detector 5a in order to accurately detect the position of the movable mirror 45 where the amplitude of the white interference fringe is maximum, that is, the peak position of the white interference fringe. A Lissajous waveform signal I lis (x) is obtained based on a (x) and the interference signal I b (x) obtained from the detector 5b (step S101). In each of the signals I a (x), I b (x), and I lis (x), x is a variable that represents the position of the moving mirror 45. The two interference signals I a (x) and I b (x) are 90 degrees out of phase with each other, but are the same in terms of period and amplitude. Therefore, the signal synthesis unit 63 can obtain the Lissajous waveform signal I lis (x) by the following equation.
Figure 2009186191
When the interference signal is detected by the detectors 5a and 5b while moving the movable mirror 45, when the intensity of the white interference fringes is maximum due to a shift in the signal acquisition period of each detector and the period or phase of the white interference fringes. Interference signal may not be acquired. In particular, as the moving mirror 45 is moved at a higher speed, the interval between the signal acquisition points with respect to the white interference fringe becomes larger, so that there is a higher possibility that the interference signal cannot be obtained when the intensity of the white interference fringe is maximum. However, the Lissajous waveform signal I lis (x) takes a value corresponding to the amplitude of the white interference fringes at each position of the movable mirror 45 regardless of such a period or phase shift. Therefore, the maximum value of the Lissajous waveform signal I lis (x) exactly matches the maximum value of the white interference fringes.

次に、コントローラ6のピーク位置決定部64は、信号合成部63で得られたリサージュ波形信号の最大値を求める(ステップS102)。なお、リサージュ波形信号Ilis(x)は、各検出器で取得された白色干渉信号が離散的であれば、そのサンプリング間隔と同一の離散的な信号となる。そこでピーク位置決定部64は、リサージュ波形信号に対してスプライン補間などの補間演算をおこなって、補間された波形信号に対して最大信号値を求めるようにしてもよい。そしてピーク位置決定部64は、リサージュ波形信号の最大値となったときの移動鏡45の位置を、位置計測用干渉計50から取得する(ステップS103)。そしてピーク位置決定部64は、取得した移動鏡45の位置を、白色干渉縞のピーク位置とする。 Next, the peak position determination unit 64 of the controller 6 obtains the maximum value of the Lissajous waveform signal obtained by the signal synthesis unit 63 (step S102). The Lissajous waveform signal I lis (x) is a discrete signal having the same sampling interval as long as the white interference signal acquired by each detector is discrete. Therefore, the peak position determination unit 64 may perform an interpolation operation such as spline interpolation on the Lissajous waveform signal to obtain a maximum signal value for the interpolated waveform signal. Then, the peak position determination unit 64 acquires the position of the movable mirror 45 when the Lissajous waveform signal reaches the maximum value from the position measurement interferometer 50 (step S103). The peak position determination unit 64 sets the acquired position of the movable mirror 45 as the peak position of the white interference fringes.

図7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。
測定が開始されると、最初に初期化手順として、移動鏡45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45の位置を決定する(ステップS201)。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45までの距離L2との差が0のとき、観測される干渉縞の振幅は最大となる。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47を駆動し、移動鏡45を移動させる。このとき、コントローラ6は、検出器5a及び5bから、白色干渉縞に対応する干渉信号をそれぞれ取得する。そして、上記の手順にしたがってリサージュ波形信号を生成する。コントローラ6は、リサージュ波形信号が最大値となったときの移動鏡45の位置を、位置計測用干渉計50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。なお、この基準位置は、一度測定すればよく、2回目以降の測定時にはステップS201の手順を省略してもよい。
In FIG. 7, the operation | movement flowchart of the internal diameter measuring apparatus 1 at the time of measuring the internal diameter D of the to-be-measured object 10 is shown.
When the measurement is started, first, as an initialization procedure, the reference position of the movable mirror 45, that is, the movable mirror 45 in which the optical path difference between the first optical path and the second optical path of the second interferometer 4 becomes zero. Is determined (step S201). Therefore, the position where the object to be measured 10 is not installed in the first interferometer 3 of the inner diameter measuring device 1 and the interference fringe is detected by the second interferometer 4 is obtained. At this time, since there is no light beam reflected by the inner surface of the DUT 10, all the light beams emitted from the first interferometer 3 are B2. Therefore, in the second interferometer 4, the difference between the distance L1 from the beam splitter 42 to the reference mirror 43 in the first optical path and the distance L2 from the beam splitter 42 to the movable mirror 45 in the second optical path is zero. Sometimes the amplitude of the observed interference fringes is maximized. Therefore, the controller 66 of the controller 6 drives the piezo fine movement stage 47 through the piezo controller 51 to move the movable mirror 45. At this time, the controller 6 acquires interference signals corresponding to the white interference fringes from the detectors 5a and 5b. Then, a Lissajous waveform signal is generated according to the above procedure. Controller 6, the position of the moving mirror 45 when the Lissajous waveform signal becomes maximum value, received from the position measurement interferometer 50, as a position X 0 of the L1 = L2, stored in the storage unit 61 of the controller 6 To do. The reference position may be measured once and the procedure of step S201 may be omitted at the second and subsequent measurements.

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48を駆動し、第2の干渉計4の移動鏡45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、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47を駆動し、移動鏡45を移動させる。また、コントローラ6は、検出器5a及び5bから、白色干渉縞に対応する干渉信号をそれぞれ取得する(ステップS202)。   Next, the DUT 10 is installed on the first interferometer 3 of the inner diameter measuring device 1. At this time, as described above, the white interference fringes are observed at a position where the inner diameter D of the DUT 10 and (L2−L1) are substantially equal. Therefore, the control unit 66 of the controller 6 drives the coarse movement stage 48 through the stage controller 52 to retract the moving mirror 45 of the second interferometer 4 by a distance substantially equal to the inner diameter D of the DUT 10. Thereafter, the controller 66 of the controller 6 drives the piezo fine movement stage 47 through the piezo controller 51 to move the movable mirror 45 in the same manner as described above. Further, the controller 6 acquires interference signals corresponding to the white interference fringes from the detectors 5a and 5b (step S202).

各干渉信号値を取得すると、コントローラ6は、図6に示した手順に従って、白色干渉縞のピーク位置に対応する移動鏡45の位置Xpを求める(ステップS203)。
白色干渉縞のピーク位置に対応する移動鏡45の位置Xpが求まると、コントローラ6の寸法決定部65は、記憶部61からL1=L2のときの移動鏡45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S204)。
When acquiring the respective interference signal values, the controller 6, in accordance with the procedure shown in FIG. 6, determine the position X p of the moving mirror 45 corresponding to the peak position of the white light interference fringes (step S203).
If the position X p of the moving mirror 45 that corresponds to a peak position of the white light interference fringe is obtained, the dimension determining unit 65 of the controller 6 reads the position X 0 of the moving mirror 45 in the case of the storage unit 61 L1 = L2 X The value of p− X 0 is calculated, and the measured value of the inner diameter D of the device under test 10 is obtained (step S204).

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 first interferometer 3, when the position of the beam splitter 33 does not exactly coincide with the center of the inner diameter of the device under test 10, the light beam B 1 is shifted from the diameter of the inner diameter of the device under test 10. The measured value is not accurate. In order to solve the problem, the measurement of the inner diameter is repeated by shifting the positional relationship between the beam splitter 33 and the DUT 10 in the direction perpendicular to the light beam B1 within the cylindrical cross section orthogonal to the axial direction of the DUT 10. Then, the value at which the obtained measurement value is maximum is taken as the inner diameter of the DUT 10.

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 controller 6 obtains the measured value of the inner diameter by the above procedure, it stores it in the storage unit 61. Next, the controller 6 transmits a control signal to the stage controller 37 of the first interferometer 3 to drive the XYZ stage 36, and the measured object 10 is changed to the light beam B1 by a predetermined amount (for example, 0.1 μm). It is moved in a direction perpendicular to the direction. Then, the inner diameter is measured again to obtain a measured value. The obtained measurement value is compared with the measurement value stored in the storage unit 61 of the controller 6. If the newly obtained measurement value is larger than the stored measurement value, the measurement value stored in the storage unit 61 is updated with the newly obtained measurement value. Thereafter, the DUT 10 is moved again in the same direction, and the measurement of the inner diameter is repeated. And when the measured value memorize | stored in the memory | storage part 61 becomes more than the newly measured value, let the measured value memorize | stored in the memory | storage part 61 be the internal diameter D of the to-be-measured object 10. FIG.

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 controller 6 moves the DUT 10 in the direction opposite to the direction in which the measured object 10 is first moved. Then, the measurement is repeated in the same manner as described above, and when the measured value stored in the storage unit 61 becomes equal to or greater than the newly measured value, the measured value stored in the storage unit 61 is used as the measured object 10. The inner diameter D of
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 beam splitter 33, the inner diameter measuring apparatus 1 accurately sets the beam splitter 33 to the center of the object to be measured 10. Since the inner diameter measurement result in the state of being placed in the position can be obtained, the inner diameter of the DUT 10 can be measured with high accuracy.

なお、ステップS201で移動鏡45の基準位置X0を測定する代わりに、移動鏡45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との間で生じる白色干渉縞のピーク位置となる移動鏡45の位置Xp'を、図6に示した手順にしたがって求めてもよい。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、光束B1と光束B2の光量の差のために大きく異なる。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5a、5b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、白色干渉縞の振幅が最大となる移動鏡45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 moving mirror 45 at step S201, as close to the beam splitter 42 than the reference mirror 43 to move mirror 45, the peak of the white light interference fringes generated between the light beam B12 and the light beam B21 The position X p ′ of the movable mirror 45 serving as the position may be obtained according to the procedure shown in FIG. Then, a value of (X p −X p ′) / 2 is calculated, and the value may be used as the inner diameter D of the DUT 10. The intensity of the interference signal observed at the reference position X 0 and the intensity of the interference signal observed at the position X p are greatly different due to the difference in the light amount between the light beam B1 and the light beam B2. On the other hand, the interference signal observed at the position X p and the interference signal observed at the position X p ′ have substantially the same intensity. Therefore, when the measured value of the inner diameter of the DUT 10 is obtained based on the difference between the position X p and the position X p ′, the measured inner diameter value is obtained based on the difference between the reference position X 0 and the position X p. Since the change in the output signal with respect to the change in the amount of light received by the detectors 5a and 5b can be increased, the position of the movable mirror 45 where the amplitude of the white interference fringe is maximum can be specified more accurately.

以上説明してきたように、本発明の第1の実施形態に係る内径測定装置1は、位相が互いに対して90度ずれた二つの干渉信号を取得し、その二つの干渉信号のリサージュ波形信号を求め、そのリサージュ波形信号の最大信号値に対応する移動鏡45の位置に基づいて被測定物10の内径を測定する。そのため、白色干渉縞のサンプリング位置にかかわらず、白色干渉縞のピーク位置となる移動鏡45の位置を正確に求めることができるので、精度よく被測定物の内径を測定することができる。また内径測定装置1は、干渉信号取得時における移動鏡45の移動速度(すなわち、干渉信号の取得周期)を変えても、上記の構成を変更することなくリサージュ波形信号を算出することができるので、移動鏡45の移動速度を速くして、被測定物10の内径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 diameter measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention acquires two interference signals whose phases are shifted by 90 degrees with respect to each other, and obtains a Lissajous waveform signal of the two interference signals. The inner diameter of the DUT 10 is measured based on the position of the movable mirror 45 corresponding to the maximum signal value of the Lissajous waveform signal. Therefore, the position of the movable mirror 45 that is the peak position of the white interference fringes can be accurately obtained regardless of the sampling position of the white interference fringes, so that the inner diameter of the object to be measured can be accurately measured. Further, the inner diameter measuring apparatus 1 can calculate the Lissajous waveform signal without changing the above-described configuration even if the moving speed of the movable mirror 45 at the time of acquiring the interference signal (that is, the interference signal acquisition cycle) is changed. By increasing the moving speed of the movable mirror 45, the time required for measuring the inner diameter of the DUT 10 can be shortened.

次に、本発明の第2の実施形態に係る内径測定装置1'について説明する。本発明の第2の実施形態に係る内径測定装置1'では、光学的に位相が互いに対して90度ずれた二つの干渉信号を生成する代わりに、電気的にそのような二つの干渉信号を生成する。なお、以下では、第1の実施形態と相違する点についてのみ説明する。
図8に、本発明の第2の実施形態に係る内径測定装置1'の第2の干渉計4の概略構成図を示す。なお、図8において、図4に示された各部と同一の参照番号を有するものは、図4においてその同一の参照番号を有するものと同一の機能を有する。また、図8に示されていない内径測定装置1'の他の構成(白色光源2、第1の干渉計3など)については、第1の実施形態に係る内径測定装置1と同様の構成を有し、かつ同様の機能を果たすので、以下では説明を省略する。
Next, an inner diameter measuring device 1 ′ according to the second embodiment of the present invention will be described. In the inner diameter measuring device 1 ′ according to the second embodiment of the present invention, instead of generating two interference signals whose phases are optically shifted by 90 degrees from each other, two such interference signals are electrically generated. Generate. In the following, only differences from the first embodiment will be described.
FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of the second interferometer 4 of the inner diameter measuring device 1 ′ according to the second embodiment of the present invention. 8 having the same reference numbers as those shown in FIG. 4 have the same functions as those having the same reference numbers in FIG. Further, other configurations (such as the white light source 2 and the first interferometer 3) of the inner diameter measuring device 1 ′ not shown in FIG. 8 have the same configuration as the inner diameter measuring device 1 according to the first embodiment. Since it has this and performs the same function, description is abbreviate | omitted below.

図8に示すように、内径測定装置1'は、白色干渉縞を検出するために、一つの検出器5を使用する。また、内径測定装置1'は、高周波発振器54と位相検波器55と変調器56をさらに有する。また、内径測定装置1'では、1/8波長板及び光線分割鏡は省略される。   As shown in FIG. 8, the inner diameter measuring device 1 ′ uses one detector 5 to detect white interference fringes. The inner diameter measuring device 1 ′ further includes a high frequency oscillator 54, a phase detector 55, and a modulator 56. Further, in the inner diameter measuring device 1 ′, the 1/8 wavelength plate and the beam splitting mirror are omitted.

高周波発振器54は、コントローラ6からの制御信号にしたがって、参照鏡43に取り付けられた変調器56へ向けて高周波発振信号を出力する。そして、変調器56は、白色干渉縞の測定中、その高周波発振信号の発信周波数で参照鏡43を前後に移動させる。このとき、高周波発振信号の発信周波数は、検出器5で観測される白色干渉縞が、その干渉縞の形成周波数よりも高い周波数で高周波変調されるように設定される。例えば、移動鏡45が白色光源2の中心波長λの半分に相当する距離を移動する間に、参照鏡43が数回〜数十回程度前後に往復するよう、その発振周波数は設定される。また参照鏡43の移動範囲は、λ/4〜λ/20程度に設定される。なお、変調器56は、例えば、ピエゾ素子などで構成される。
また、位相検波器55は、二つの入力端子を有する。一方の入力端子には、検出器5から出力された高周波変調された白色干渉縞に対応する干渉信号が入力される。他方の入力端子には、高周波発振器54から出力された高周波発振信号が参照信号として入力される。このとき、位相検波器55は、干渉信号の位相と参照信号の位相を比較することにより、参照信号と同じ周波数を有する信号成分のみを抽出し、その正弦波と余弦波を出力する。そこで、コントローラ6は、位相検波器55からそれら二つの出力信号を受け取って、二乗平均することにより、白色干渉縞に対応するリサージュ波形信号を得る。
The high frequency oscillator 54 outputs a high frequency oscillation signal toward the modulator 56 attached to the reference mirror 43 in accordance with a control signal from the controller 6. Then, the modulator 56 moves the reference mirror 43 back and forth at the transmission frequency of the high-frequency oscillation signal during measurement of white interference fringes. At this time, the transmission frequency of the high-frequency oscillation signal is set so that the white interference fringe observed by the detector 5 is high-frequency modulated at a frequency higher than the formation frequency of the interference fringe. For example, the oscillation frequency is set so that the reference mirror 43 reciprocates around several times to several tens of times while the moving mirror 45 moves a distance corresponding to half the center wavelength λ of the white light source 2. The moving range of the reference mirror 43 is set to about λ / 4 to λ / 20. The modulator 56 is composed of, for example, a piezo element.
The phase detector 55 has two input terminals. One input terminal receives an interference signal corresponding to the white interference fringe modulated from the detector 5 and subjected to high frequency modulation. A high frequency oscillation signal output from the high frequency oscillator 54 is input to the other input terminal as a reference signal. At this time, the phase detector 55 extracts only the signal component having the same frequency as the reference signal by comparing the phase of the interference signal and the phase of the reference signal, and outputs the sine wave and the cosine wave. Therefore, the controller 6 receives the two output signals from the phase detector 55 and averages the squares to obtain a Lissajous waveform signal corresponding to the white interference fringes.

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、1/8波長板44を、ビームスプリッタ42と参照鏡43の間に配置する代わりに、ビームスプリッタ42と移動鏡45の間に配置してもよい。また、白色光源2から放出された光が直線偏光である場合、あるいは、第1の光束及び第2の光束が第2の干渉計4に入射する前に、直線偏光器を配置して、第2の干渉計4に入射する第1及び第2の光束を直線偏光とした場合には、光線分割鏡の代わりに、偏光ビームスプリッタを使用することができる。さらに、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。フィゾー型の干渉計を使用する場合、第2の干渉計で分割される光束のうちの一方のみが通る光路上に、その光束の一部のみが透過するように1/8波長板を配置すればよい。   In addition, this invention is not limited to said embodiment. For example, the 1/8 wavelength plate 44 may be disposed between the beam splitter 42 and the movable mirror 45 instead of being disposed between the beam splitter 42 and the reference mirror 43. In addition, when the light emitted from the white light source 2 is linearly polarized light, or before the first light beam and the second light beam are incident on the second interferometer 4, a linear polarizer is disposed, When the first and second light beams incident on the second interferometer 4 are linearly polarized light, a polarization beam splitter can be used instead of the light beam splitting mirror. Furthermore, 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. When using a Fizeau interferometer, place a 1/8 wavelength plate on the optical path through which only one of the light beams split by the second interferometer passes so that only a part of the light beam is transmitted. That's fine.

さらに、本発明は、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9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15に向かう第2の光束とに分割する。また、ビームスプリッタ13と被測定物10'の間には、1/8波長板14が配置される。そして、第1の光束の一部は、ビームスプリッタ13から被測定物10'へ向かう際と、被測定物10'で反射されて逆にビームスプリッタ13へ向かう際の2度に渡って1/8波長板14を透過する。第1の光束の他の一部は、1/8波長板14を透過しない。なお、図4と同様に、図9についても、理解を容易にするために、1/8波長板14を透過する光束と1/8波長板14を透過しない光束とを分けて図示した。そのため、第1の光束には、互いに位相が90度ずれた二つの光束が含まれる。この第1の光束と移動鏡15で反射された第2の光束とを、ビームスプリッタ13で再度一つの光束とする。そして、ビームスプリッタ13を出射した光束は、光線分割鏡16により、第1の光束のうちの1/8波長板14を透過した光束及び第2の光束の一部と、第1の光束のうちの1/8波長板14を透過しなかった光束及び第2の光束の他の一部とに分岐される。それぞれの光束は、検出器17a、検出器17bで検出され、互いに位相が90度ずれた干渉信号が検出される。検出器17a、17bから出力された信号は、それぞれコントローラ18に送信される。コントローラ18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。そして、コントローラ18は、上記の第1の実施形態について説明したように、各干渉信号からリサージュ波形信号を求める。そしてコントローラ18は、そのリサージュ波形信号の最大値に対応する移動鏡15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15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。
Furthermore, the present invention can be applied to a configuration in which only one Michelson interferometer is used.
FIG. 9 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 beam splitter 13 and a second light beam directed to the movable mirror 15 movable along the optical path. To divide. In addition, a 8 wavelength plate 14 is disposed between the beam splitter 13 and the DUT 10 ′. Then, a part of the first light flux is 1/2 twice when going from the beam splitter 13 to the object to be measured 10 ′ and when reflected from the object to be measured 10 ′ and conversely going to the beam splitter 13. The light passes through the 8-wavelength plate 14. The other part of the first light flux does not pass through the 1/8 wavelength plate 14. As in FIG. 4, FIG. 9 also shows a light beam that passes through the 1/8 wavelength plate 14 and a light beam that does not transmit through the 1/8 wavelength plate 14 for ease of understanding. Therefore, the first light flux includes two light fluxes that are 90 degrees out of phase with each other. This first light beam and the second light beam reflected by the movable mirror 15 are again made into one light beam by the beam splitter 13. Then, the light beam emitted from the beam splitter 13 is transmitted by the beam splitting mirror 16 to a part of the light beam and the second light beam transmitted through the 1/8 wavelength plate 14 out of the first light beam and the first light beam. The light beam that has not passed through the 1/8 wavelength plate 14 and the other part of the second light beam are branched. The respective light beams are detected by the detectors 17a and 17b, and interference signals whose phases are shifted by 90 degrees are detected. Signals output from the detectors 17a and 17b are transmitted to the controller 18, respectively. The controller 18 has the same configuration as the controller 6 in the above embodiment. And controller 18 calculates | requires a Lissajous waveform signal from each interference signal as demonstrated about said 1st Embodiment. The controller 18 estimates at the position X p of the moving mirror 15 that corresponds to the maximum value of the Lissajous waveform signal, the optical path difference between the first beam and the second light flux is zero. Finally, by calculating the difference between the reference position X 0 of the movable mirror 15 predetermined in relation to the measured object 10 ′ and the obtained position X p of the movable mirror 14, the measured object 10 ′ is measured. Determine the dimensions (eg surface height, etc.).

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。その際、検出器にロックインアンプを接続して、互いに対して位相が90度ずれた二つの干渉信号を取得することができる。または、ビームスプリッタ33から被測定物10へ向かう光路上に、光束の一部のみが透過するように1/8波長板を配置し、その1/8波長板を透過した光束とビームスプリッタ33を直進する光束との間で生成される白色干渉縞と、1/8波長板を透過しない光束とビームスプリッタ33を直進する光束との間で生成される白色干渉縞とをそれぞれ別の検出器で取得して、互いに対して位相が90度ずれた二つの干渉信号を取得するようにしてもよい。そして、上記の実施形態と同様にリサージュ波形信号を求めて、その最大信号値に基づいて内径Dを測定することができる。
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 first interferometer 3 side and the detector arranged on the second interferometer 4 side may be interchanged. . In this case, two light beams having an optical path difference corresponding to the measurement target dimension of the object to be measured are generated in advance on the second interferometer 4 side, and these light beams are sent to the first interferometer 3 side through the optical fiber. In the first interferometer 3, the received two light beams are further divided into a light beam reflected by the inner surfaces S 1 and S 2 of the object to be measured 10 and two light beams traveling straight through the beam splitter 33, and one of them. The white interference fringes are observed by detecting with a detector. Also in this case, the measured value of the inner diameter D of the DUT 10 can be obtained by measuring the optical path difference generated on the second interferometer 4 side. At that time, by connecting a lock-in amplifier to the detector, two interference signals whose phases are shifted from each other by 90 degrees can be acquired. Alternatively, a 1/8 wavelength plate is arranged on the optical path from the beam splitter 33 to the DUT 10 so that only a part of the light beam is transmitted, and the light beam transmitted through the 1/8 wavelength plate and the beam splitter 33 are arranged. The white interference fringes generated between the light beam traveling straight and the white interference fringes generated between the light beam not transmitted through the 1/8 wavelength plate and the light beam traveling straight through the beam splitter 33 are respectively provided by different detectors. It is also possible to acquire two interference signals that are 90 degrees out of phase with respect to each other. And a Lissajous waveform signal can be calculated | required similarly to said embodiment, and the internal diameter D can be measured based on the maximum signal value.
As described above, various modifications can be made within the scope of the present invention according to the embodiment to be implemented.

白色干渉縞及びその包絡線の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a white interference fringe and its envelope. 本発明の第1の実施形態に係る内径測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the internal diameter measuring apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 内径測定装置を構成する第1の干渉計の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the 1st interferometer which comprises an internal diameter measuring apparatus. 内径測定装置を構成する第2の干渉計の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the 2nd interferometer which comprises an internal diameter measuring apparatus. 内径測定装置のコントローラの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the controller of an internal diameter measuring device. 白色干渉縞の最大振幅に対応する移動鏡の位置を求める手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure which calculates | requires the position of the movable mirror corresponding to the maximum amplitude of a white interference fringe. 内径測定装置の動作フローチャートである。It is an operation | movement flowchart of an internal diameter measuring apparatus. 本発明を適用した第2の実施形態による寸法測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the dimension measuring apparatus by 2nd Embodiment to which this invention is applied. 本発明を適用した第3の実施形態による寸法測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the dimension measuring apparatus by 3rd Embodiment to which this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1、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、5a、5b、17a、17b 検出器
6、18 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 1/8波長板
45、15 移動鏡
46 支持部材
47 ピエゾ微動ステージ
48 粗動ステージ
49 コーナーキューブ
50 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
53、16 光線分割鏡
54 高周波発振器
55 位相検波器
56 変調器
61 記憶部
62 通信部
63 信号合成部
64 ピーク位置決定部
65 寸法決定部
66 制御部
7,8 光ファイバ
1, 1 'inner diameter measuring device (dimension measuring device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Dimension measurement apparatus 10, 10 'Measured object 2, 12 White light source 3, 4 Interferometer 5, 5a, 5b, 17a, 17b Detector 6, 18 Controller 31, 41 Collimator lens 32, 34 Wedge prism 33, 42, 13 Beam splitter 35 Condensing lens 36 XYZ stage 37 Stage controller 43 Reference mirror 44, 14 1/8 wavelength plate 45, 15 Moving mirror 46 Support member 47 Piezo fine movement stage 48 Coarse movement stage 49 Corner cube 50 Position measurement interferometer 51 Piezo controller 52 Stage controller 53, 16 Beam splitting mirror 54 High frequency oscillator 55 Phase detector 56 Modulator 61 Storage unit 62 Communication unit 63 Signal synthesis unit 64 Peak position determination unit 65 Size determination unit 66 Control unit 7, 8 Optical fiber

Claims (10)

被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
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、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の光束に分岐させる光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、該白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器と、
前記第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成する位相シフト信号生成部と、
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、
前記第1の干渉信号及び前記第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、
前記リサージュ波形信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を前記白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、
前記ピーク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 reference mirror having a fixed position, a movable mirror movable along the optical path, a light beam emitted from the first interferometer, a third light beam directed toward the reference mirror, and a fourth beam directed toward the movable mirror A second interferometer that includes a light beam splitting unit that branches the light beam, and that generates a second optical path difference between the third light beam and the fourth light beam;
A white interference fringe generated when the third light flux and the fourth light flux are received and the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a first interference fringe corresponding to the white interference fringe is detected. A detector that outputs one interference signal;
A phase shift signal generating unit that generates a second interference signal that is 90 degrees out of phase with the first interference signal;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
A signal synthesizer that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal;
A peak position determination unit that determines the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as the peak position of the white interference fringes;
By calculating the second optical path difference with respect to the peak position to obtain the measurement target dimension;
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
前記位相シフト信号生成部は、前記参照鏡と前記光束分割部の間に配置され、前記第3の光束の一部を透過させて、該光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、該位相が90度遅れた第3の光束の一部と前記第4の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を前記第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有する、請求項1に記載の寸法測定装置。   The phase shift signal generation unit is disposed between the reference mirror and the light beam splitting unit, transmits a part of the third light beam, and delays the phase of a part of the light beam by 90 degrees, A second detector for detecting, as the second interference signal, an interference signal corresponding to a white interference fringe generated between a part of the third light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the fourth light beam; The dimension measuring device according to claim 1, comprising: 前記位相シフト信号生成部は、前記移動鏡と前記光束分割部の間に配置され、前記第4の光束の一部を透過させて、該光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、該位相が90度遅れた第4の光束の一部と前記第3の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を前記第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有する、請求項1に記載の寸法測定装置。   The phase shift signal generation unit is disposed between the movable mirror and the light beam splitting unit, transmits a part of the fourth light beam, and delays the phase of a part of the light beam by 90 degrees, A second detector for detecting, as the second interference signal, an interference signal corresponding to a white interference fringe generated between a part of the fourth light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the third light beam; The dimension measuring device according to claim 1, comprising: 被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
白色光源と、
光路に沿って移動可能な移動鏡と、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の光束と前記移動鏡に向かう第2の光束に分岐する光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、該白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器と、
前記第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成する位相シフト信号生成部と、
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、
前記第1の干渉信号及び前記第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、
前記リサージュ波形信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を前記白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、
前記ピーク位置に対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,
A movable mirror movable along the optical path; and a light beam splitting unit that splits the light emitted from the white light source into a first light beam directed to the object to be measured and a second light beam directed to 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;
White interference fringes generated when the first light flux and the second light flux emitted from the interferometer are received, and the optical path length for the first light flux and the optical path length for the second light flux are substantially equal. And detecting a first interference signal corresponding to the white interference fringes,
A phase shift signal generating unit that generates a second interference signal that is 90 degrees out of phase with the first interference signal;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
A signal synthesizer that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal;
A peak position determination unit that determines the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as the peak position of the white interference fringes;
A dimension determining unit for obtaining the measurement target dimension by calculating a difference between the position of the movable mirror with respect to the peak position and a predetermined reference position of the movable mirror;
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
前記位相シフト信号生成部は、前記被測定物と前記光束分割部の間に配置され、前記第1の光束の一部を透過させて、該第1の光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、該位相が90度遅れた第1の光束の一部と前記第2の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を前記第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有する、請求項4に記載の寸法測定装置。   The phase shift signal generation unit is disposed between the device under test and the light beam splitting unit, transmits a part of the first light beam, and delays the phase of a part of the first light beam by 90 degrees. A second interference signal corresponding to a white interference fringe generated between the wave plate and a part of the first light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the second light beam is detected as the second interference signal. The dimension measuring apparatus according to claim 4, further comprising: 前記位相シフト信号生成部は、前記移動鏡と前記光束分割部の間に配置され、前記第2の光束の一部を透過させて、該第2の光束の一部の位相を90度遅らせる波長板と、該位相が90度遅れた第2の光束の一部と前記第1の光束との間に生じた白色干渉縞に対応する干渉信号を前記第2の干渉信号として検出する第2の検出器とを有する、請求項4に記載の寸法測定装置。   The phase shift signal generation unit is disposed between the movable mirror and the light beam splitting unit, transmits a part of the second light beam, and delays the phase of a part of the second light beam by 90 degrees. A second interference signal corresponding to a white interference fringe generated between the plate and a part of the second light beam whose phase is delayed by 90 degrees and the first light beam is detected as the second interference signal. The dimension measuring apparatus according to claim 4, further comprising a detector. 被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
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、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の光束に分岐する光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、該白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器と、
前記第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成する位相シフト信号生成部と、
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、
前記第1の干渉信号及び前記第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、
前記リサージュ波形信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を前記白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、
前記ピーク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 reference mirror having a fixed position, a movable mirror movable along an optical path, a first light beam directed toward the reference mirror, and a second light beam directed toward the movable mirror. And a first interferometer that generates a first optical path difference between the first light flux and the second light flux;
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,
A white interference fringe generated when the third light flux and the fourth light flux are received and the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and a first interference fringe corresponding to the white interference fringe is detected. A detector that outputs one interference signal;
A phase shift signal generating unit that generates a second interference signal that is 90 degrees out of phase with the first interference signal;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
A signal synthesizer that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal;
A peak position determination unit that determines the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as the peak position of the white interference fringes;
By calculating the first optical path difference with respect to the peak position, thereby determining the measurement target dimension; and
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
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、
参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡と、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の光束に分岐させる光束分割部とを有し、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、
前記参照鏡に取り付けられ、前記参照鏡を前記第3の光束に沿って前後に振動させる変調器と、
前記変調器と接続され、所定の発振周波数を有する発振信号を前記変調器へ入力して、該所定の発振周波数で前記変調器を振動させる高周波発振器と、
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白色干渉縞を検出し、該白色干渉縞が前記所定の発振周波数で高周波変調された高周波変調干渉信号を出力する検出器と、
前記検出器及び前記高周波発振器と接続され、前記検出器から入力された前記高周波変調干渉信号の位相と、前記高周波発振器から入力された前記発振信号の位相を比較することにより、前記白色干渉縞に対応し、互いに対して位相が90度ずれた第1及び第2の干渉信号を出力する位相検波器と、
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、
前記第1の干渉信号及び前記第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、
前記リサージュ波形信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を前記白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、
前記ピーク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 reference mirror, a movable mirror movable along the optical path, and a light beam that splits the light beam emitted from the first interferometer into a third light beam directed toward the reference mirror and a fourth light beam directed toward the movable mirror A second interferometer that includes a splitting unit and that generates a second optical path difference between the third light flux and the fourth light flux;
A modulator attached to the reference mirror for vibrating the reference mirror back and forth along the third light flux;
A high-frequency oscillator that is connected to the modulator, inputs an oscillation signal having a predetermined oscillation frequency to the modulator, and vibrates the modulator at the predetermined oscillation frequency;
The third light flux and the fourth light flux are received, a white interference fringe generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and the white interference fringe is A detector that outputs a high-frequency modulated interference signal that is high-frequency modulated at an oscillation frequency;
The white interference fringes are connected to the detector and the high-frequency oscillator by comparing the phase of the high-frequency modulation interference signal input from the detector with the phase of the oscillation signal input from the high-frequency oscillator. Corresponding phase detectors for outputting first and second interference signals that are 90 degrees out of phase with each other;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
A signal synthesizer that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal;
A peak position determination unit that determines the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as the peak position of the white interference fringes;
By calculating the second optical path difference with respect to the peak position to obtain the measurement target dimension;
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
白色光源と、
参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡と、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の光束に分岐する光束分割部とを有し、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、
前記参照鏡に取り付けられ、前記参照鏡を前記第1の光束に沿って前後に振動させる変調器と、
前記変調器と接続され、所定の発振周波数を有する発振信号を前記変調器へ入力して、該所定の発振周波数で前記変調器を振動させる高周波発振器と、
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白色干渉縞を検出し、該白色干渉縞が前記所定の発振周波数で高周波変調された高周波変調干渉信号を出力する検出器と、
前記検出器及び前記高周波発振器と接続され、前記検出器から入力された前記高周波変調干渉信号の位相と、前記高周波発振器から入力された前記発振信号の位相を比較することにより、前記白色干渉縞に対応し、互いに対して位相が90度ずれた第1及び第2の干渉信号を出力する位相検波器と、
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、
前記第1の干渉信号及び前記第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出する信号合成部と、
前記リサージュ波形信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を前記白色干渉縞のピーク位置として決定するピーク位置決定部と、
前記ピーク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,
A reference mirror, a movable mirror movable along an optical path, and a light beam splitting light emitted from the white light source into a first light beam traveling toward the reference mirror and a second light beam traveling toward the movable mirror A first interferometer that generates a first optical path difference between the first light flux and the second light flux;
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,
A modulator attached to the reference mirror for vibrating the reference mirror back and forth along the first light flux;
A high-frequency oscillator that is connected to the modulator, inputs an oscillation signal having a predetermined oscillation frequency to the modulator, and vibrates the modulator at the predetermined oscillation frequency;
The third light flux and the fourth light flux are received, a white interference fringe generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal is detected, and the white interference fringe is A detector that outputs a high-frequency modulated interference signal that is high-frequency modulated at an oscillation frequency;
The white interference fringes are connected to the detector and the high-frequency oscillator by comparing the phase of the high-frequency modulation interference signal input from the detector with the phase of the oscillation signal input from the high-frequency oscillator. Corresponding phase detectors for outputting first and second interference signals that are 90 degrees out of phase with each other;
A controller for obtaining a measurement target dimension of the object to be measured,
A signal synthesizer that calculates a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal;
A peak position determination unit that determines the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as the peak position of the white interference fringes;
By calculating the second optical path difference with respect to the peak position to obtain the measurement target dimension;
A controller having
A dimension measuring apparatus comprising:
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、該第1の光束を該被測定物で反射させて該第2の光束との間に該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、第2の干渉計であって、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、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の光束に分岐する光束分割部とを有し、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白色干渉縞を検出し、該白色干渉縞に対応する第1の干渉信号を出力する検出器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であって、
前記第1の干渉信号と位相が90度異なる第2の干渉信号を生成するステップと、
前記第1の干渉信号及び前記第2の干渉信号に基づいて、リサージュ波形信号を算出するステップと、
前記リサージュ波形信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を前記白色干渉縞のピーク位置として決定するステップと、
前記ピーク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 flux and the second light flux according to one light flux; A reference mirror having a fixed position; a movable mirror movable along the optical path; a light beam emitted from the first interferometer; a third light beam directed toward the reference mirror; A second beam interferometer that includes a beam splitting unit that branches into a fourth beam directed to the mirror, and that generates a second optical path difference between the third beam and the fourth beam, 3 and the fourth light beam are detected, white interference fringes generated when the first optical path difference and the second optical path difference are substantially equal are detected, and the white interference is detected. A dimension measuring method of an object to be measured in the measurement system having a detector which outputs a first interference signal which corresponds to,
Generating a second interference signal that is 90 degrees out of phase with the first interference signal;
Calculating a Lissajous waveform signal based on the first interference signal and the second interference signal;
Determining the position of the movable mirror corresponding to the maximum value of the Lissajous waveform signal as a peak position of the white interference fringes;
Calculating the measurement target dimension by calculating the second optical path difference with respect to the peak position;
A dimension measuring method characterized by comprising:
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