JP2608744B2 - 干渉計のアライメント検出装置 - Google Patents

干渉計のアライメント検出装置

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JP2608744B2
JP2608744B2 JP63011094A JP1109488A JP2608744B2 JP 2608744 B2 JP2608744 B2 JP 2608744B2 JP 63011094 A JP63011094 A JP 63011094A JP 1109488 A JP1109488 A JP 1109488A JP 2608744 B2 JP2608744 B2 JP 2608744B2
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正人 野口
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、モニターにモアレ縞を形成させてこのモ
アレ縞から干渉計のアライメントを検出するアライメン
ト検出装置に関する。
(従来の技術) 一般に、光の波長以下のオーダで物体の変形量等の測
定を行うには、例えば第7図に示す干渉計が使用され
る。図において、1はレーザ光源、2はリレーレンズ、
3は結像レンズ、4はハーフミラー、5は被検面、6は
傾き調整可能な参照面、7は干渉縞を受光するイメージ
センサ、8は干渉縞を表示するモニターである。
いま、レーザ光源1からレーザ光を射出すると、該レ
ーザ光はリレーレンズ2を介してハーフミラー4に達し
ここで二つに分割される。この分割された一方のレーザ
光が被検面5に達しここで反射されて再度ハーフミラー
4に達する。他方、分割された他方のレーザ光が参照面
6に達しここで反射されて再度ハーフミラー4に達す
る。この参照面6で反射されたレーザ光と被検面5で反
射されたレーザ光とが干渉し、この干渉による干渉縞が
結像レンズ3を介してテレビカメラのCCD7上に形成さ
れ、モニター8に干渉縞が表示される。このときに、参
照面6に傾きを与えると、モニター8に第8図に示すよ
うな多数の干渉縞Rが得られる。そして、このような場
合、高精度縞解析アルゴリズムの一つである空間縞走査
法が適用可能となり、この干渉縞Rから物体の変形量を
波長以下のオーダで求めている。
ところで、干渉縞の数は縞解析のアルゴリズムとテレ
ビカメラの画素数の関係で64本に設定しており、この干
渉縞が64本になるように参照面6の傾きθを調整して干
渉計のアライメントを行っている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記装置にあっては、モニター8に表
示される干渉縞の縞数が64本であるか否かにより、すな
わちモニター8に表示される干渉縞の縞数を一本づつ数
えて干渉計のアライメントを検出しているので、その検
出作業は非常に厄介であり、作業効率が悪いという問題
があった。
(発明の目的] そこで、この発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、簡単な作業でアライメントを検出することのでき
るアライメント検出装置を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) この発明は、上記問題点を解決するために、干渉計の
被検面からの反射光と傾き調整可能の参照面からの反射
光との干渉に基づき形成されて参照面の傾きにより変化
する干渉縞を受像して干渉縞画像信号を出力するイメー
ジセンサと、演算処理に適した干渉縞に相当する基準縞
画像データが記憶される画像記憶手段と、前記基準縞画
像信号と前記干渉縞画像信号とが入力され、前記基準縞
画像信号と前記干渉縞画像信号とを重ねてモアレ縞信号
を形成する演算制御手段と、前記モアレ縞信号が入力さ
れ、前記参照面の傾き調整に応じて変化するモアレ縞の
周期が最大か否かを判断して前記干渉計をアライメント
するためにモアレ縞を表示するモニターとを備えたもの
である。
(作 用) 演算制御手段がイメージセンサから出力される干渉縞
画像信号と画像記憶手段に記憶される基準縞画像データ
とを重ねてモアレ縞信号を形成し、モニターがそのモア
レ縞信号によるモアレ縞を表示する。
(実施例) 以下、この発明に係わる干渉計のアライメント検出装
置の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図はアライメント検出装置の構成を示したブロッ
ク図である。なお、第7図に示す要素と同一要素には同
一符号を付したのでその説明は省略する。第1図におい
て、12はイメージセンサ(CCD)7から画素毎に順次出
力される干渉縞画像信号をデジタル信号に変換するA/D
変換器、13はA/D変換器12から順次出力される干渉縞画
像信号をCCD7の画素に対応したアドレスに順次記憶して
いくフレームメモリ、14は第2図に示すように64本の周
期的な縞画像である基準縞画像が黒レベルデータと白レ
ベルデータとして記憶されているオーバレイメモリであ
る。15はフレームメモリ13に記憶されている干渉縞画像
データとオーバレイメモリ14に記憶されている基準縞画
像データとを読み出してこれらデータを重ねてモアレ縞
信号を形成する演算制御装置で、これは、また、CCD7か
ら各画素に蓄積された信号電荷(画像信号)を順次出力
させたり、A/D変換器12の動作の制御を行ったりするも
のである。16は演算制御装置15で形成されたモアレ縞信
号をアナログ信号に変換するD/A変換器、17はD/A変換器
16から出力されるモアレ縞信号によるモアレ縞を表示す
るモニターである。ところで、オーバレイメモリとは、
画像メモリ装置に備えられる補助表示用メモリのこと
で、これは入力画像に文字等を重ねて表示するためのも
のである。
次に、上記実施例に係わる干渉計のアライメント検出
装置の作用について説明する。
レーザ光源1からレーザ光を射出すると、該レーザ光
はリレーレンズ2を介してハーフミラー4に達しここで
二つに分割される。この分割された一方のレーザ光が被
検面5に達しここで反射されて再度ハーフミラー4に達
する。他方、分割された他方のレーザ光が参照面6に達
しここで反射されて再度ハーフミラー4に達する。この
参照面6で反射されたレーザ光と被検面5で反射された
レーザ光とが干渉し、この干渉による干渉縞が結像レン
ズ3を介してCCD7上に形成される。そして、従来と同様
に参照面6を少し傾けて第2図に示すような干渉縞をCC
D7上に形成させる。CCD7は演算制御装置15により各画素
に蓄積された信号電荷(干渉縞画像信号)を順次出力
し、A/D変換器12がその干渉縞画像信号をデジタル信号
に変換し、そして、このデジタル信号(干渉縞画像デー
タ)が前記画素に対応したフレームメモリ13のアドレス
に記憶されていく。
この記憶終了後、演算制御装置15は、フレームメモリ
23,オーバレイメモリ24に記憶されている干渉縞画像デ
ータ,基準縞画像データを順次読み出し、これら読み出
した画像データを重ねてモアレ縞信号を形成する。この
モアレ縞信号がD/A変換器16によってアナログ信号に変
換されてモニター17に入力される。ところで、干渉縞画
像データの空間周波数と基準縞画像データの空間周波数
とが一致していない場合、すなわち、干渉計のアライメ
ントが完了していない場合、第3図に示すようにモアレ
縞が表示される。そして、このモアレ縞を見ながらモア
レ縞の周期が最大となるように参照面6の傾きθを調整
する。モアレ縞の周期が最大になったときは、干渉縞画
像データの空間周波数と基準縞画像データの空間周波数
とが一致したとき(干渉縞の縞数が64本となったと
き)、すなわち、モアレ縞が現れなくなったときであ
り、干渉計のアライメントが完了したときである。した
がって、モニター17に表示されるモアレ縞の周期が最大
か否かで干渉計のアライメントを検出することができ、
そのモアレ縞の周期が最大か否かの判断はモアレ縞が現
れているか否かの判断であるから一目瞭然であり、従来
のように、干渉縞の数を一本づつ数える必要がなく、簡
単にアライメントを検出することができる。
次に、モアレ縞のコントラスト(ビジビリティ)につ
いて説明する。
(I)第3図に示すモアレ縞は、第4図の(A)に示す
ように、明部Tで基準縞画像データと比較縞画像データ
とが互いに逆位相の状態になっており、暗部Pでは同位
相の状態になっている。
オーバレイメモリ24は通常1ビットで構成され、これ
に記憶される画像データは黒レベルに相当する「0」と
白レベルに相当する「1」の2値であり、これに対して
比較縞画像データは多値であるが、ここでは説明の便宜
上2値に規格化して説明する。
モアレ縞の明部Tでは、基準縞画像データと比較縞画
像データとが互いに逆位相の状態になっているので、こ
れら画像データが重ねられたモアレ縞信号の平均強度
(平均信号値)Imaxは第4図の(B)に示すように1と
なる。他方、暗部Pでは、基準縞画像データと比較縞画
像データとが同位相の状態になっているので、モアレ縞
信号は「0」と「1」を繰り返したものとなり、この部
分の平均強度Iminは0.5となる。このモアレ縞のビジビ
リティγは、 Imax=1,Imin=0.5により、 γ=(Imax−Imin)/(Imax+Imin) =(1−0.5)/(1+0.5)=1/3 となる。
(II)次に、演算制御装置15が干渉縞画像データを基準
縞画像データに基づいて処理した場合のモアレ縞のビジ
ビリティについて説明する。
演算制御装置15がフレームメモリ13の緩衝縞画像デー
タおよびオーバレイメモリ14の基準縞画像データを読み
出して基準縞画像データが黒レベル信号のとき前記比較
縞画像データをそのまま出力し、前記基準縞画像データ
が白レベル信号のとき黒レベル信号を出力してモアレ縞
信号を形成した場合、第4図の明部Tでは、基準縞画像
データと干渉縞画像データとが互いに逆位相の状態にな
っているので、演算制御装置15が出力するモアレ縞信号
は、第4図の(C)に示すように、「0」と「1」を繰
り返すモアレ縞信号となり、この部分の平均強度I2max
は0.5となる。また、暗部Pでは、基準縞画像データと
干渉縞画像データとが同位相になっているので、モアレ
縞信号の信号値は「0」になり、この部分の平均強度I2
minは0となる。したがって、この場合のビジビリティ
γは、 I2max=0.5,I2min=0より、 γ=(I2max−I2min)/(I2max+I2min) =(0.5−0)/(0.5+0)=1 となり、第5図に示すように最高のビジビリティを得る
ことができ、モアレ縞は見易いものとなる。
演算制御装置15が、フレームメモリ13の干渉縞画像デ
ータおよびオーバレイメモリ14の基準縞画像データを読
み出して基準縞画像データが黒レベル信号のとき前記干
渉縞画像データをそのまま出力し、基準縞画像信号が白
レベル信号のとき干渉縞画像信号の明暗レベルを反転し
た反転信号(1−干渉縞画像信号値)を出力してモアレ
縞信号を形成し、このモアレ縞信号をモニター17に表示
すると、第6図に示すモアレ縞を得ることができる。
このモアレ縞の明部Tでは、基準縞画像データと比較
縞画像データとが互いに逆位相の状態になっているの
で、演算制御装置15が出力するモアレ縞信号は、第4図
の(D)に示すように「1」となり、平均強度I3maxが
1となる。また、暗部Pでは、基準縞画像データと干渉
縞画像データとが同位相になっているので、「0」にな
り、この部分の平均強度I3minは0となる。したがっ
て、ビジビリティγは I3max=1,I3min=0により、 γ=(I3max−I3min)/(I3max+I3min) =(1−0)/(1+0)=1 となり、最高のビジビリティを維持しつつ最強強度1を
得ることができ、の場合よりも明るく鮮明なモアレ縞
を得ることができ、モアレ縞は非常に見易いものとな
る。
(発明の効果) この発明は、干渉計の被検面からの反射光と傾き調整
可能の参照面からの反射光との干渉に基づき形成されて
参照面の傾きにより変化する干渉縞を受像して干渉縞画
像信号を出力するイメージセンサと、演算処理に適した
干渉縞に相当する基準縞画像データが記憶される画像記
憶手段と、前記基準縞画像信号と前記干渉縞画像信号と
が入力され、前記基準縞画像信号と前記干渉縞画像信号
とを重ねてモアレ縞信号を形成する演算制御手段と、前
記モアレ縞信号が入力され、前記参照面の傾き調整に応
じて変化するモアレ縞の周期が最大か否かを判断して前
記干渉計をアライメントするためにモアレ縞を表示する
モニターとを備え、または、演算処理に適した干渉縞に
相当する基準縞画像データが黒レベルデータと白レベル
データとして記憶される画像記憶手段と、前記基準縞画
像信号と前記干渉縞画像信号とが入力され、前記基準縞
画像信号が黒レベル信号のとき前記干渉縞画像信号をそ
のまま出力し、前記基準縞画像信号が白レベル信号のと
き黒レベル信号を出力してモアレ縞信号を形成する演算
制御手段とを備え、または、前記基準縞画像信号と前記
緩衝縞画像信号とが入力され、前記基準縞画像信号が黒
レベル信号のとき前記干渉縞画像信号をそのまま出力
し、前記基準縞画像信号が白レベル信号のとき干渉縞画
像信号の明暗レベルを反転した反転信号を出力してモア
レ縞信号を形成する演算制御手段とを備えたものである
から、演算制御手段がイメージセンサから出力される干
渉縞画像信号と画像記憶手段に記憶される基準縞画像デ
ータとによりモアレ縞信号を形成し、モニターがそのモ
アレ縞信号によるモアレ縞を表示し、このモアレ縞の周
期から干渉計のアライメントを検出するものであるか
ら、従来のように、干渉縞の数を一本づつ数える必要が
なく、したがって、アライメントの検出が非常に容易と
なり、その検出作業の効率が向上するという効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係わるアライメント検出装置の構成
を示したブロック図、第2図は干渉縞の説明図、第3
図,第5図および第6図はモアレ縞の説明図、第4図は
モアレ縞と基準縞画像データと干渉縞との関係を示した
説明図、第7図は従来の干渉計の説明図、第8図は参照
面に傾きを与えたときにモニターに現れる干渉縞の説明
図である。 5……被検面 6……参照面 7……イメージセンサ 14……オーバレイメモリ 15……演算制御装置 17……モニター

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】干渉計の被検面からの反射光と傾き調整可
    能の参照面からの反射光との干渉に基づき形成されて参
    照面の傾きにより変化する干渉縞を受像して干渉縞画像
    信号を出力するイメージセンサと、演算処理に適した干
    渉縞に相当する基準縞画像データが記憶される画像記憶
    手段と、前記基準縞画像信号と前記干渉縞画像信号とが
    入力され、前記基準縞画像信号と前記干渉縞画像信号と
    を重ねてモアレ縞信号を形成する演算制御手段と、前記
    モアレ縞信号が入力され、前記参照面の傾き調整に応じ
    て変化するモアレ縞の周期が最大か否かを判断して前記
    干渉計をアライメントするためにモアレ縞を表示するモ
    ニターとを備えていることを特徴とする干渉計のアライ
    メント検出装置。
  2. 【請求項2】干渉計の被検面からの反射光と傾き調整可
    能の参照面からの反射光との干渉に基づき形成されて参
    照面の傾きにより変化する干渉縞を受像して干渉縞画像
    信号を出力するイメージセンサと、演算処理に適した干
    渉縞に相当する基準縞画像データが黒レベルデータと白
    レベルデータとして記憶される画像記憶手段と、前記基
    準縞画像信号と前記干渉縞画像信号とが入力され、前記
    基準縞画像信号が黒レベル信号のとき前記干渉縞画像信
    号をそのまま出力し、前記基準縞画像信号が白レベル信
    号のとき黒レベル信号を出力してモアレ縞信号を形成す
    る演算制御手段と、前記モアレ縞信号が入力され、前記
    参照面の傾き調整に応じて変化するモアレ縞の周期が最
    大か否かを判断して前記干渉計をアライメントするため
    にモアレ縞を表示するモニターとを備えていることを特
    徴とする干渉計のアライメント検出装置。
  3. 【請求項3】干渉計の被検面からの反射光と傾き調整可
    能の参照面からの反射光との干渉に基づき形成されて参
    照面の傾きにより変化する干渉縞を受像して干渉縞画像
    信号を出力するイメージセンサと、演算処理に適した干
    渉縞に相当する基準縞画像データが黒レベルデータと白
    レベルデータとして記憶される画像記憶手段と、前記基
    準縞画像信号と前記干渉縞画像信号とが入力され、前記
    基準縞画像信号が黒レベル信号のとき前記干渉縞画像信
    号をそのまま出力し、前記基準縞画像信号が白レベル信
    号のとき干渉縞画像信号の明暗レベルを反転した反転信
    号を出力してモアレ縞信号を形成する演算制御手段と、
    前記モアレ縞信号が入力され、前記参照面の傾き調整に
    応じて変化するモアレ縞の周期が最大か否かを判断して
    前記干渉計をアライメントするためにモアレ縞を表示す
    るモニターとを備えていることを特徴とする干渉計のア
    ライメント検出装置。
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JP4878229B2 (ja) * 2005-08-24 2012-02-15 Hoya株式会社 光学素子の干渉縞解析方法及び収差測定方法
JP6882651B2 (ja) * 2017-01-19 2021-06-02 株式会社東京精密 表面形状測定装置の測定準備アライメント方法及び表面形状測定装置

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