JP3466713B2 - Measuring device - Google Patents

Measuring device

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JP3466713B2
JP3466713B2 JP14877394A JP14877394A JP3466713B2 JP 3466713 B2 JP3466713 B2 JP 3466713B2 JP 14877394 A JP14877394 A JP 14877394A JP 14877394 A JP14877394 A JP 14877394A JP 3466713 B2 JP3466713 B2 JP 3466713B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉を利用して物
体の三次元的な形状を計測する計測装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device for measuring the three-dimensional shape of an object by utilizing the interference of light.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から光の干渉を利用してレンズ、ミ
ラー等の光学部材の形状を比較的に高精度に計測する計
測装置として、例えば Applied Optics Vol.19 No.1(1
980) P154 〜P160に紹介されているような光へテロダイ
ン干渉装置が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Applied Optics Vol. 19 No. 1 (1) has been used as a measuring device that relatively accurately measures the shapes of optical members such as lenses and mirrors by utilizing the interference of light.
980) Optical heterodyne interferometers such as those introduced in P154 to P160 are known.

【0003】この光へテロダイン干渉装置は、極く僅か
に周波数が互いに異なる2つの光波を、被測定物と参照
平面ミラーにそれぞれ照射する。そして、被測定物での
反射光と参照平面ミラーでの反射光とを干渉し、イメー
ジディセクタカメラ等の走査型光検出手段において、こ
の干渉光を撮像素子で受光し、撮像素子を二次元的に走
査することにより測定点毎にビート信号を検出し、この
ビート信号の位相を解析して物体の形状を求めている。
This optical heterodyne interferometer irradiates two light waves whose frequencies are slightly different from each other to an object to be measured and a reference plane mirror, respectively. Then, the reflected light from the object to be measured and the reflected light from the reference plane mirror interfere with each other, and in the scanning type light detection means such as an image dissector camera, the interference light is received by the image sensor, and the image sensor is two-dimensionally The beat signal is detected at each measurement point by scanning the object, and the phase of the beat signal is analyzed to obtain the shape of the object.

【0004】しかしながら、全ての測定点からビート信
号を検出するまでに、多くの場合に数秒〜数10秒の時
間を要し、この間に被測定物や参照平面ミラー等がずれ
ると、ビート信号の位相のずれとして検出されるため、
測定精度が低下してしまう。
However, in many cases, it takes several seconds to several tens of seconds until the beat signal is detected from all the measurement points. If the object to be measured or the reference plane mirror is displaced during this time, the beat signal Since it is detected as a phase shift,
The measurement accuracy will decrease.

【0005】このような測定誤差を除去し、高精度な測
定を可能にした光へテロダイン干渉装置が特開平5−5
610号公報に開示されている。図5はこの従来例の光
へテロダイン干渉装置の構成図であり、レーザー光源1
から出射した光波は、ミラー2で反射してビームスプリ
ッター3で2分割される。このうち透過光(以下、被検
光波という)はブラックセルドライバ4により駆動され
たブラックセル5において周波数f1だけ偏移され、ミラ
ー6で反射されて(λ/2)板7により偏光面が90゜
回転されて偏光ビームスピリッタ8に入射する。一方、
ビームスプリッタ3での反射光束(以下、参照光波とい
う)はブラックセルドライバ4により駆動されるブラッ
クセル9により周波数f2だけ偏移され、ミラー10で反
射されて偏光ビームスプリッタ8に入射する。偏光ビー
ムスプリッタ8において被検光波と参照光波とが合波さ
れ、ビームエキスパンダ11により光束径が拡大され、
偏光ビームスプリッタ12で被検光波と参照光波とに再
び分離される。
An optical heterodyne interferometer which eliminates such measurement error and enables highly accurate measurement is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-5.
No. 610 is disclosed. FIG. 5 is a block diagram of this conventional optical heterodyne interferometer.
The light wave emitted from is reflected by the mirror 2 and split into two by the beam splitter 3. Of these, the transmitted light (hereinafter referred to as the test light wave) is shifted by the frequency f1 in the black cell 5 driven by the black cell driver 4, is reflected by the mirror 6, and is polarized by the (λ / 2) plate 7 to have a polarization plane of 90 °. The light beam is rotated by a degree and enters the polarized beam splitter 8. on the other hand,
A light beam reflected by the beam splitter 3 (hereinafter referred to as a reference light wave) is shifted by a frequency f2 by a black cell 9 driven by a black cell driver 4, reflected by a mirror 10 and incident on a polarization beam splitter 8. In the polarization beam splitter 8, the test light wave and the reference light wave are combined, and the beam expander 11 expands the beam diameter,
The polarization beam splitter 12 separates the test light wave and the reference light wave again.

【0006】被検光波は(λ/4)板13で円偏光とさ
れて、コリメータレンズ14を通り被測定物Bに照射さ
れる。被測定物Bで反射された被検光波は、入射時とは
逆回りの円偏光とされ、(λ/4)板13で偏光面が入
射時とは90゜回転される。この偏光状態のため、被検
光波は偏光ビームスプリッタ12により上方に反射され
る。一方、参照光波は偏光ビームスプリッタ12で反射
されて(λ/4)板15で円偏光とされ、参照平面ミラ
ー16で反射されて入射時とは逆回りの円偏光とされ
て、(λ/4)板15により入射時とは偏光面が90゜
回転した直線偏光とされる。これにより、偏光ビームス
プリッタ12を透過するようになるため、ここで上方に
反射される被検光波と合波され、偏光板17によって被
検光波と参照光波との波面が一致されて干渉するように
なり、ビームスプリッタ18で2分割される。
The test light wave is circularly polarized by the (λ / 4) plate 13, passes through the collimator lens 14, and is irradiated onto the object B to be measured. The test light wave reflected by the device under test B is circularly polarized in the opposite direction to that at the time of incidence, and the plane of polarization of the (λ / 4) plate 13 is rotated by 90 ° from that at the time of incidence. Due to this polarization state, the test light wave is reflected upward by the polarization beam splitter 12. On the other hand, the reference light wave is reflected by the polarization beam splitter 12 to be circularly polarized by the (λ / 4) plate 15, is reflected by the reference plane mirror 16 and is circularly polarized in the opposite direction to the incident light, and (λ / 4) The plate 15 converts the plane of polarization into a linearly polarized light which is rotated by 90 °. As a result, since the light beam passes through the polarization beam splitter 12, it is combined with the test light wave reflected upward here, so that the wavefronts of the test light wave and the reference light wave are matched by the polarizing plate 17 and interfere with each other. And is split into two by the beam splitter 18.

【0007】ビームスプリッタ18を透過した光束は、
干渉縞像Pとしてイメージディセクタカメラ(以下、I
Dカメラという)19の撮像素子19aで受光されて、
ビート信号に変換される。一方、ビームスプリッタ18
で反射された光束は、図6に示すピンボール板20のピ
ンホール20a〜20cを通り、3つの参照点像Ra〜Rc
として、それぞれ光検出器21a〜21cに受光されビ
ート信号に変換される。光検出器21aの出力は位相計
22a〜22cのそれぞれに入力され、光検出器21
b、21cの出力はそれぞれ位相計22b、22cに入
力される。
The luminous flux transmitted through the beam splitter 18 is
An image dissector camera (hereinafter, I
The light is received by the image pickup device 19a of the D camera 19),
Converted to beat signal. On the other hand, the beam splitter 18
The light flux reflected by the light passes through the pinholes 20a to 20c of the pinball plate 20 shown in FIG. 6 and the three reference point images Ra to Rc.
As a result, the light is received by each of the photodetectors 21a to 21c and converted into a beat signal. The output of the photodetector 21a is input to each of the phase meters 22a to 22c, and the photodetector 21a
The outputs of b and 21c are input to the phase meters 22b and 22c, respectively.

【0008】図7は測定時のIDカメラ19の撮像素子
19aの正面図であり、撮像素子19aはアドレス
(X,Y)で指定される画素をX方向に、Nx個、Y方向
にNy個ずつ配列したものであり、ここに受光されている
干渉縞像Pの各アドレス(X,Y)の位相が被測定物B
の形状を表している。
FIG. 7 is a front view of the image pickup device 19a of the ID camera 19 at the time of measurement. The image pickup device 19a has Nx pixels designated by an address (X, Y) in the X direction and Ny pixels in the Y direction. Are arranged one by one, and the phase of each address (X, Y) of the interference fringe image P received here is the object to be measured B.
Represents the shape of.

【0009】また、図中には干渉縞像Pと共に光検出器
21a〜21cでそれぞれ受光される参照点像Ra、Rb、
Rcも表示してあり、これらの参照点像Ra、Rb、Rcは、図
6に示すピンホール板20のピンホール20a〜20c
により干渉縞像Pから抽出したものに相当し、それぞれ
光検出器22a〜22cにおいて受光される。この従来
例ではヘテロダイン干渉法の原理を用いて、参照点像Ra
を基準点とし、この基準点と干渉縞像Pのアドレス
(X,Y)の位相差を求めることにより、干渉縞像Pの
位相を決定し、光検出器21aで得られるビート信号を
参照信号Rとし、IDカメラ19で得られるビート信号
を測定信号Sとし、位相計22aにおいて参照信号Rと
測定信号Sとの位相差φa を検出している。
Also, in the figure, reference point images Ra, Rb, respectively received by the photodetectors 21a to 21c together with the interference fringe image P are shown.
Rc is also shown, and these reference point images Ra, Rb, and Rc are pinholes 20a to 20c of the pinhole plate 20 shown in FIG.
Corresponding to the image extracted from the interference fringe image P, and is received by the photodetectors 22a to 22c, respectively. In this conventional example, the reference point image Ra is used by using the principle of the heterodyne interferometry.
As the reference point, the phase of the interference fringe image P is determined by obtaining the phase difference between this reference point and the address (X, Y) of the interference fringe image P, and the beat signal obtained by the photodetector 21a is used as the reference signal. Let R be the beat signal obtained by the ID camera 19 be the measurement signal S, and the phase meter 22a detects the phase difference φa between the reference signal R and the measurement signal S.

【0010】コンピュータ23はアドレス(X,Y)を
指定することにより、IDカメラ19から1画素毎に測
定信号Rを検出し、位相計22aに入力する。位相計2
2aはIDカメラ19と、光検出器21aの出力に基づ
いて、アドレス(X,Y)と参照点像Raとの位相差φa
(X,Y) を算出し、バッファメモリ24に記憶する。
ここで、参照平面ミラー16を理想平面とする等の他の
光学要素に誤差要因がなく、被測定物Bにも形状誤差の
ない状態では、測定信号Sと参照信号Rとの位相差φa
(X,Y)が全てのアドレス(X,Y)に関して0にな
る。即ち、位相差φa(X,Y)はコリメータレンズ14
によって形成され、球面波からのずれを表し、被測定物
Bの形状誤差を直接表している。
The computer 23 detects the measurement signal R for each pixel from the ID camera 19 by designating the address (X, Y) and inputs it to the phase meter 22a. Phase meter 2
2a is a phase difference φa between the address (X, Y) and the reference point image Ra based on the output of the ID camera 19 and the photodetector 21a.
(X, Y) is calculated and stored in the buffer memory 24.
Here, in a state where there is no error factor in other optical elements such as making the reference plane mirror 16 an ideal plane and the measured object B has no shape error, the phase difference φa between the measurement signal S and the reference signal R is
(X, Y) becomes 0 for all addresses (X, Y). That is, the phase difference φa (X, Y) is calculated by the collimator lens 14
And the deviation from the spherical wave, and directly represents the shape error of the object to be measured B.

【0011】全てのアドレス(X,Y)について、位相
差φa(X,Y)がバッファメモリ24に記憶されると、
コンピュータ23はこの位相差φa(X,Y)の二次元的
な分布を解析し、波面収差として被測定物Bの形状を求
める。
When the phase difference φa (X, Y) is stored in the buffer memory 24 for all addresses (X, Y),
The computer 23 analyzes the two-dimensional distribution of this phase difference φa (X, Y) and obtains the shape of the object B to be measured as a wavefront aberration.

【0012】しかしながら、IDカメラ19において撮
像素子19aを二次元的に走査して1画素毎に測定信号
Rを検出している間に、被測定物Bや参照平面ミラー1
6等が振動したり傾いたりすると、ビート信号の位相が
ずれて測定誤差が生ずる。このため、参照点像Raと参照
点像Rb、Rcとの位相差をそれぞれ検出し、この位相のず
れを補正している。参照点像RaとRb間の位相差は、光検
出器21aと21bのビート信号の位相差φabとして位
相計22bより検出され、参照点像Ra、Rc間の位相差は
光検出器22aと光検出器21cのビート信号の位相差
φacとして、位相計22cにより検出されている。これ
らの位相差φab、φacはバッファメモリ24に記憶さ
れ、コンピュータ23において位相補正量C(X,Y)
が求められる。
However, while the image pickup device 19a is two-dimensionally scanned in the ID camera 19 to detect the measurement signal R pixel by pixel, the object to be measured B and the reference plane mirror 1 are detected.
If 6 or the like vibrates or tilts, the phase of the beat signal shifts and a measurement error occurs. Therefore, the phase difference between the reference point image Ra and the reference point images Rb and Rc is detected, and the phase shift is corrected. The phase difference between the reference point images Ra and Rb is detected by the phase meter 22b as the phase difference φab between the beat signals of the photodetectors 21a and 21b, and the phase difference between the reference point images Ra and Rc is detected by the photodetector 22a. The phase difference 22ac of the beat signal of the detector 21c is detected by the phase meter 22c. These phase differences φab and φac are stored in the buffer memory 24, and the phase correction amount C (X, Y) is stored in the computer 23.
Is required.

【0013】図7に示すように、撮像素子19aにおけ
る参照点像Ra〜Rcは直角三角形を形成しているので、φ
abはY方向の被測定物Bと参照ミラー6との相対的な変
位に相当する位相差を表すことになり、φacはX方向の
被測定物Bと参照ミラー6との相対的な変位に相当する
位相差を表している。φa(X,Y)の検出時に、位相計
22b、22cで検出された位相差を、それぞれφab
(X,Y)、φac(X,Y)とすると、IDカメラ19
の撮像素子19aのアドレス(X,Y)における位相補
正量C(X,Y)は次式のように表すことができる。 C(X,Y)=φab(X,Y)Y・dw/Ly −φac(X,Y)X・dw/Lx …(1)
As shown in FIG. 7, since the reference point images Ra to Rc on the image pickup device 19a form a right triangle, φ
ab represents a phase difference corresponding to the relative displacement between the measured object B and the reference mirror 6 in the Y direction, and φac represents the relative displacement between the measured object B and the reference mirror 6 in the X direction. It represents the corresponding phase difference. At the time of detecting φa (X, Y), the phase difference detected by the phase meters 22b and 22c is calculated as φab
(X, Y) and φac (X, Y), the ID camera 19
The phase correction amount C (X, Y) at the address (X, Y) of the image pickup device 19a can be expressed by the following equation. C (X, Y) = φab (X, Y) Y · dw / Ly −φac (X, Y) X · dw / Lx (1)

【0014】なお、定数dwはIDカメラ19の撮像素子
の画素のX及びY方向の間隔であり、定数Lyは参照点像
RaとRb間の距離であって、定数Lxは参照点像RaとRcの間
の距離を表している。この式(1) を用いると、真の波面
収差φ(X,Y)は次式から求められる。 φ(X,Y)=φa(X,Y)−C(X,Y) …(2)
The constant dw is the distance between the pixels of the image sensor of the ID camera 19 in the X and Y directions, and the constant Ly is the reference point image.
A constant Lx, which is the distance between Ra and Rb, represents the distance between the reference point images Ra and Rc. Using this equation (1), the true wavefront aberration φ (X, Y) can be obtained from the following equation. φ (X, Y) = φa (X, Y) -C (X, Y) (2)

【0015】従って、位相差φa(X,Y)を検出しなが
ら、位相補正量C(X,Y)を求めているため、被測定
物Bが傾く等の物理的な変位により生ずる測定誤差を除
去することができる。
Therefore, since the phase correction amount C (X, Y) is calculated while detecting the phase difference φa (X, Y), the measurement error caused by the physical displacement of the object B to be measured is caused. Can be removed.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示す光へテロダイン干渉装置は、被測定物Bが例えば球
面レンズの場合に、測定面二次元走査中に球面レンズが
光軸方向に平行移動すると、ビート信号の位相にデフォ
ーカス変動が生じ、また被測定物Bがシリンドリカルレ
ンズの場合に、シリンドリカルレンズが光軸の回りに回
転すると、ビート信号の位相に回転変動が生じ、これら
の変動は測定誤差の原因であるが、これらの変動に対す
る補正は実施されていない。
However, in the optical heterodyne interferometer shown in FIG. 5, when the object B to be measured is, for example, a spherical lens, the spherical lens moves parallel to the optical axis during two-dimensional scanning of the measuring surface. Then, defocus fluctuations occur in the phase of the beat signal, and when the object to be measured B is a cylindrical lens, when the cylindrical lens rotates around the optical axis, rotational fluctuations occur in the phase of the beat signal, and these fluctuations occur. Although it is a cause of measurement error, correction for these fluctuations has not been implemented.

【0017】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
干渉情報に生ずる物理的な変位による傾き変動のみでな
く、デフォーカス変動、光軸の回りの回転変動をも補正
し、被測定物の形状を高精度に測定することを可能にし
た計測装置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above problems,
A measuring device that can accurately measure the shape of an object to be measured by correcting not only tilt fluctuations due to physical displacement that occurs in interference information but also defocus fluctuations and rotation fluctuations around the optical axis. To provide.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る計測装置は、被測定物の測定領域上に可
干渉性の被検光波を照射する照射手段と、前記測定領域
で反射された被検光波と干渉情報を得る際に参照とする
参照光とを干渉する干渉手段と、前記被検光波と参照光
波との干渉情報を検出する干渉情報検出手段とを有し、
干渉情報検出手段の信号に基づいて前記被測定物の形状
を測定する計測装置において、前記干渉情報を検出して
いる間に前記被測定物の傾き変動情報を検出する傾き変
動情報検出手段と、前記被測定物のデフォーカス変動情
報を検出するデフォーカス変動情報検出手段と、前記被
測定物の光軸回りの回転変動情報を検出する回転変動情
報検出手段と、前記傾き変動情報、デフォーカス変動情
報及び回転変動情報に基づいて前記干渉情報を補正する
補正手段とを有することを特徴とする。
Means for Solving the Problems A measuring device according to the present invention for achieving the above object comprises an irradiating means for irradiating a measurement area of an object to be measured with a coherent light wave to be measured, and An interference unit that interferes with the reference light used as a reference when obtaining interference information and a reflected test light wave, and an interference information detection unit that detects interference information between the test light wave and the reference light wave,
In a measuring device for measuring the shape of the object to be measured based on a signal of the interference information detecting means, an inclination variation information detecting means for detecting inclination variation information of the object to be measured while detecting the interference information, Defocus variation information detecting means for detecting defocus variation information of the object to be measured, rotation variation information detecting means for detecting rotation variation information about the optical axis of the object to be measured, tilt variation information, defocus variation A correction unit that corrects the interference information based on the information and the rotation variation information.

【0019】[0019]

【作用】上述の構成を有する計測装置は、干渉情報に生
じた被測定物や傾き変動情報、デフォーカス変動情報、
光軸回りの回転変動情報をそれぞれ検出し、これらの変
動情報に基づいて干渉情報を補正する。
The measuring device having the above-mentioned structure is provided with the object to be measured and the tilt variation information, the defocus variation information, which are generated in the interference information,
The rotation variation information about the optical axis is detected, and the interference information is corrected based on the variation information.

【0020】[0020]

【実施例】本発明を図1〜図4に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図1は第1の実施例の構成図であ
り、可干渉性の光束を出射するレーザー光源31の出射
光路上にはミラー32が配置され、ミラー32の反射方
向の光路上には、ビームスプリッタ33、ブラックセル
34、ミラー35が配置され、ミラー35の反射方向の
光路上には、(λ/2)板36、偏光ビームスプリッタ
37が配列されている。また、ビームスプリッタ33の
反射方向の光路上には、ブラックセル38、ミラー39
が順次に配列され、ミラー39で反射されることにより
光束が偏光ビームスプリッタ37に入射するようにされ
ている。なお、ブラックセル34、36はブラックセル
ドライバ40により駆動され、入射光の周波数を音響光
学効果により所定の大きさに偏移する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of the first embodiment, in which a mirror 32 is arranged on the emission optical path of a laser light source 31 that emits a coherent light beam, and a beam splitter is provided on the optical path in the reflection direction of the mirror 32. 33, a black cell 34, and a mirror 35 are arranged, and a (λ / 2) plate 36 and a polarization beam splitter 37 are arranged on the optical path in the reflection direction of the mirror 35. The black cell 38 and the mirror 39 are provided on the optical path in the reflection direction of the beam splitter 33.
Are sequentially arranged and reflected by the mirror 39 so that the light beam enters the polarization beam splitter 37. The black cells 34 and 36 are driven by the black cell driver 40, and the frequency of incident light is shifted to a predetermined value by the acousto-optic effect.

【0021】更に、偏光ビームスプリッタ40の後方の
光路上には、ビームエキスパンダ41、偏光ビームスプ
リッタ42、(λ/4)板43、コリメータレンズ4
4、被測定物Bが順次に配列されている。偏光ビームス
プリッタ42の下方の反射方向の光路上には、(λ/
4)板45、参照平面ミラー46が順次に配列され、偏
光ビームスプリッタ42の上方の反射方向の光路上に
は、偏光板47、ビームスプリッタ49、IDカメラ5
0が順次に配置されている。また、ビームスプリッタ4
9の反射方向には、ピンホール51aを中心に周囲に等
角度で配置した3個のピンホール51b〜51dを有す
るピンホール板51が配置され、このピンホール板51
から出射した4つの光束は、それぞれ光検出器52a〜
52dで受光されるようになっている。
Further, on the optical path behind the polarization beam splitter 40, a beam expander 41, a polarization beam splitter 42, a (λ / 4) plate 43, and a collimator lens 4 are provided.
4. The device under test B is sequentially arranged. On the optical path in the reflection direction below the polarization beam splitter 42, (λ /
4) A plate 45 and a reference plane mirror 46 are sequentially arranged, and a polarizing plate 47, a beam splitter 49, an ID camera 5 are provided on the optical path in the reflection direction above the polarization beam splitter 42.
0s are sequentially arranged. Also, the beam splitter 4
In the reflection direction of 9, a pinhole plate 51 having three pinholes 51b to 51d arranged at equal angles around the pinhole 51a is arranged.
The four light beams emitted from the
The light is received at 52d.

【0022】光検出器52aの出力は位相計53a〜5
3dのそれぞれに接続され、光検出器52b〜52dの
出力は位相計53b〜53dにそれぞれ接続されてい
る。また、位相計53aにはIDカメラ50の出力も接
続されている。位相計53a〜53dの出力はそれぞれ
バッファメモリ54を経てコンピュータ55に接続さ
れ、コンピュータ55の出力はIDカメラ50に接続さ
れている。なお、IDカメラ50の代りにランダムアク
セスカメラを用いることもできる。
The output of the photodetector 52a is the phase meters 53a-5.
3d, and the outputs of the photodetectors 52b to 52d are connected to the phase meters 53b to 53d, respectively. The output of the ID camera 50 is also connected to the phase meter 53a. The outputs of the phase meters 53a to 53d are connected to the computer 55 via the buffer memory 54, and the output of the computer 55 is connected to the ID camera 50. A random access camera may be used instead of the ID camera 50.

【0023】レーザー光源31から出射した光波は、ミ
ラー32で反射されてビームスプリッタ33で2分割さ
れる。このうち、透過光は被検光波としてブラックセル
34によりf1だけ周波数が偏移され、(λ/2)板36
により偏光面が90゜回転されてビームスプリッタ37
に入射する。一方、ビームスプリッタ33での反射光束
は、参照光波としてブラックセル38によりf2だけ周波
数が偏移され、ミラー37で反射されて偏光ビームスプ
リッタ37に入射する。偏光ビームスプリッタ37にお
いて被検光波と参照光波とが合波され、ビームエキスパ
ンダ41により光束径が拡大され、偏光ビームスプリッ
タ42に入射する。
The light wave emitted from the laser light source 31 is reflected by the mirror 32 and split into two by the beam splitter 33. Of these, the frequency of the transmitted light is shifted by f1 by the black cell 34 as the test light wave, and the (λ / 2) plate 36
The plane of polarization is rotated by 90 ° by the beam splitter 37
Incident on. On the other hand, the reflected light beam from the beam splitter 33 has its frequency shifted by f2 by the black cell 38 as a reference light wave, is reflected by the mirror 37, and enters the polarization beam splitter 37. In the polarization beam splitter 37, the test light wave and the reference light wave are combined, the beam diameter is expanded by the beam expander 41, and the light beam enters the polarization beam splitter 42.

【0024】被検光波と参照光波は極く僅かな周波数差
のヘテロダイン信号f1−f2となる光波であり、偏光面は
互いに直交しているために、偏光ビームスプリッタ42
で再び分離される。被検光波は偏光ビームスプリッタ4
2を透過して(λ/4)板43で円偏光とされ、コリメ
ータレンズ44を通って被測定物Bを照射する。被測定
物Bで反射された被検光波は、入射時とは逆回りの円偏
光となって同じ光路を戻り、(λ/4)板43により偏
光面が入射時とは90゜回転した直線偏光とされる。こ
の偏光状態のため、偏光ビームスプリッタ42により上
方に反射される。
The test light wave and the reference light wave are light waves which become the heterodyne signals f1-f2 with a very slight frequency difference, and the polarization planes are orthogonal to each other, so the polarization beam splitter 42
Will be separated again. The test light wave is the polarization beam splitter 4
After passing through 2, the (λ / 4) plate 43 converts the light into circularly polarized light, passes through the collimator lens 44, and illuminates the object to be measured B. The test light wave reflected by the device under test B returns to the same optical path as circularly polarized light having a reverse rotation to that at the time of incidence, and the polarization plane is rotated by 90 degrees from that at the time of incidence by the (λ / 4) plate 43. It is polarized. Due to this polarization state, it is reflected upward by the polarization beam splitter 42.

【0025】一方、参照光波は偏光ビームスプリッタ4
2で下方に反射されて(λ/4)板45で円偏光とさ
れ、参照平面ミラー46で反射されて同じ光路を戻る。
この状態では、参照光波は入射光波とは逆回りの円偏光
であるので、(λ/4)板45において偏光面が90゜
回転した直線偏光とされ、偏光ビームスプリッタ42を
透過するようになる。これらにより、偏光ビームスピリ
ッタ42において被検光波と参照光波は再び合波され、
偏光板47を経て被検光波と参照光波との波面が一致し
て干渉するようになり、ビームスプリッタ49で2分割
される。
On the other hand, the reference light wave is the polarization beam splitter 4
The light is reflected downward by 2 and is circularly polarized by the (λ / 4) plate 45, is reflected by the reference plane mirror 46, and returns on the same optical path.
In this state, the reference light wave is circularly polarized in the opposite direction to the incident light wave, so that the (λ / 4) plate 45 is made into linearly polarized light whose polarization plane is rotated by 90 °, and is transmitted through the polarization beam splitter 42. . As a result, the test light wave and the reference light wave are combined again in the polarized beam splitter 42,
After passing through the polarizing plate 47, the wavefronts of the test light wave and the reference light wave coincide with each other and interfere with each other, and are split into two by the beam splitter 49.

【0026】ビームスプリッタ49を透過した光束は、
干渉縞像PとしてIDカメラ50の撮像素子50aで受
光されてビート信号に変換される。一方、ビームスピリ
ッタ49で反射された光束は、ピンボール板51のピン
ホール51a〜51dを通って4本の光束に分離され、
参照点像Ra〜Rdとしてそれぞれ光検出器52a〜52d
に受光され、ビート信号として検出される。
The luminous flux transmitted through the beam splitter 49 is
The interference fringe image P is received by the image pickup device 50a of the ID camera 50 and converted into a beat signal. On the other hand, the light beam reflected by the beam splitter 49 passes through the pinholes 51a to 51d of the pinball plate 51 and is separated into four light beams.
Photodetectors 52a to 52d as reference point images Ra to Rd, respectively.
The light is received by and is detected as a beat signal.

【0027】図2は計測時のIDカメラ50の撮像素子
50aの正面図であり、撮像素子50aの画素はX方向
にNx個、Y方向にNy個配列されている。ここに受光され
ている干渉縞像Pは、コリメータレンズ44により形成
される球面波の位相を表し、この位相は被測定物Bの形
状を直接的に表している。また、図中には撮像素子50
aで受光される干渉縞像Pと共に、光検出器51a〜5
1dで受光される参照点像Ra〜Rdも表している。これら
の参照点像Ra〜Rdは、ピンホール板51のピンホール5
1a〜51dにより干渉縞像Pから抽出されたものであ
る。
FIG. 2 is a front view of the image pickup device 50a of the ID camera 50 at the time of measurement. The image pickup device 50a has Nx pixels arranged in the X direction and Ny pixels arranged in the Y direction. The interference fringe image P received here represents the phase of the spherical wave formed by the collimator lens 44, and this phase directly represents the shape of the measured object B. Further, in the figure, the image sensor 50
Photodetectors 51a-5a together with the interference fringe image P received by a
The reference point images Ra to Rd received at 1d are also shown. These reference point images Ra to Rd are the pinholes 5 of the pinhole plate 51.
It is extracted from the interference fringe image P by 1a to 51d.

【0028】実際の計測時には、検者は光検出器52a
の光軸と入射光の光軸と合致し、更に入射光の径の大き
さを調節して光検出器52b〜52dの受光レベルがビ
ート信号を得られるレベルになるようにする。撮影素子
50a上の幾何学的位置から、光検出器52a〜52d
はIDカメラ50の撮像素子50aのそれぞれアドレス
(0,0)、(N, 0)、(√3N/2,−N/2)、
(−√3N/2,−N/2)にある画素と等しいビート
信号を検出することになる。
At the time of actual measurement, the examiner uses the photodetector 52a.
And the optical axis of the incident light are matched with each other, and the diameter of the incident light is adjusted so that the light receiving levels of the photodetectors 52b to 52d become the levels at which the beat signal can be obtained. From the geometrical position on the imaging element 50a, the photodetectors 52a to 52d are detected.
Are addresses (0, 0), (N, 0), (√3N / 2, -N / 2) of the image sensor 50a of the ID camera 50,
A beat signal equal to the pixel at (−√3N / 2, −N / 2) is detected.

【0029】IDカメラ50及び光検出器52a〜52
dで得られたビート信号は、被測定物Bでの反射光であ
る被検光波と、理想的な平面を有する参照平面ミラー4
6で反射された参照光とが干渉することにより生ずる周
波数|f1−f2|のビート信号である。位相計53aに
は、IDカメラ50の出力が測定信号Sとして入力され
ると共に光検出器52aのビート信号が参照信号Rとし
て入力され、測定信号Sと参照信号Rとの間の位相差φ
a が検出され、この位相差φa に基づいて被測定物Bの
形状が求められる。また、位相計53bには光検出器5
2a、52bのビート信号が入力され、位相計53cに
は光検出器52a、52cのビート信号が入力され、こ
の位相差計53b〜53dのおいて入力されたビート信
号間の位相差φab〜φadが検出され、これらの位相差に
基づいて測定結果が補正される。
ID camera 50 and photodetectors 52a to 52
The beat signal obtained in d is the test light wave that is the light reflected by the object to be measured B and the reference plane mirror 4 having an ideal plane.
It is a beat signal of frequency | f1-f2 | generated by the interference with the reference light reflected at 6. The output of the ID camera 50 is input as the measurement signal S and the beat signal of the photodetector 52a is input as the reference signal R to the phase meter 53a, and the phase difference φ between the measurement signal S and the reference signal R is input.
a is detected, and the shape of the object B to be measured is obtained based on this phase difference φa. The phase detector 53b has a photodetector 5
The beat signals of 2a and 52b are input, the beat signals of the photodetectors 52a and 52c are input to the phase meter 53c, and the phase differences φab to φad between the beat signals input in the phase difference meters 53b to 53d. Is detected, and the measurement result is corrected based on these phase differences.

【0030】コンピュータ55はアドレス(X,Y)を
指定することにより、IDカメラ50において撮像素子
50aを二次元的に走査して1画素毎に測定信号Sを検
出し、位相計53aに入力する。位相計53aはアドレ
ス(X,Y)での測定信号Sと光検出器52aで得られ
たアドレス(0,0)での参照信号Rとの位相差φa
(X,Y)を算出し、バッファメモリ54に記憶する。
By specifying the address (X, Y), the computer 55 two-dimensionally scans the image pickup device 50a in the ID camera 50 to detect the measurement signal S for each pixel and input it to the phase meter 53a. . The phase meter 53a detects the phase difference φa between the measurement signal S at the address (X, Y) and the reference signal R at the address (0, 0) obtained by the photodetector 52a.
(X, Y) is calculated and stored in the buffer memory 54.

【0031】本実施例において、参照平面ミラー46を
理想平面とする等の他の光学要素の誤差成分がないもの
とし、被測定物Bに形状誤差のない状態では、IDカメ
ラ50で検出される測定信号Sと参照信号Rとの位相差
φa は全てのアドレス(X,Y)に関して0になる。即
ち、この位相差φa はコリメータレンズ44によって形
成される球面波からのずれを表し、被測定物Bの形状誤
差を直接的に表している。コンピュータ55はバッファ
メモリ54に記憶された位相差φa(X,Y)により、従
来例で述べたようにヘテロダイン干渉法の原理を用いて
被測定物Bの形状を球面収差として求めている。
In the present embodiment, it is assumed that there is no error component of other optical elements such as the reference plane mirror 46 being an ideal plane, and the object to be measured B has no shape error and is detected by the ID camera 50. The phase difference φa between the measurement signal S and the reference signal R becomes 0 for all addresses (X, Y). That is, this phase difference φa represents the deviation from the spherical wave formed by the collimator lens 44, and directly represents the shape error of the object B to be measured. The computer 55 uses the phase difference φa (X, Y) stored in the buffer memory 54 to obtain the shape of the object to be measured B as spherical aberration using the principle of the heterodyne interferometry as described in the conventional example.

【0032】更に、コンピュータ55は位相差φa(X,
Y)を検出している間に、この位相差φa(X,Y)の検
出と同時に、或いは機械的な振動の周期と比較して十分
に短い周期で、位相計53b〜53dにおいてビート信
号間の位相差φab〜φadを検出させ、バッファメモリ5
4に記憶し、この記憶した位相差φab〜φadに基づい
て、被測定物Bがずれることにより生ずる位相差φa
(X,Y)の位相補正量C(X,Y)を求める。
Further, the computer 55 uses the phase difference φa (X,
Y) while detecting the phase difference φa (X, Y), or at a cycle sufficiently shorter than the cycle of mechanical vibration, the phase meters 53b to 53d are arranged between the beat signals. Of the phase difference φab to φad of the buffer memory 5
4 and the phase difference φa generated when the measured object B is displaced based on the stored phase differences φab to φad.
The phase correction amount C (X, Y) of (X, Y) is obtained.

【0033】この位相補正量C(X,Y)は従来例の式
(2) に球面に関する補正項が加わり、次式のように表す
ことができる。 C(X,Y)=a1・X・dw/N+a2・Y・dw/N +a3・( X2 +Y2)dw2 /N2 …(3)
This phase correction amount C (X, Y) is the expression of the conventional example.
A correction term for the sphere is added to (2), and it can be expressed as the following equation. C (X, Y) = a1 · X · dw / N + a2 · Y · dw / N + a3 · (X 2 + Y 2) dw 2 / N 2 ... (3)

【0034】ここで、定数dwは撮像素子50aの画素間
隔を表し、Nは図2における円Mの半径を表している。
式(3) の右辺の第1項、第2項は被測定物Bと参照平面
ミラー46等の相対的な変位を補正する項であり、第3
項は干渉光のデフォーカス変動を補正する項である。更
に、変数a1は被測定物Bと参照平面ミラー46とのX方
向の相対的ずれ量に相当する位相差であり、変数a2は被
測定物Bと参照平面ミラー46とのY方向の相対的ずれ
量に相当する位相差であって、変数a3は円Mの円周の法
線方向のずれ量に相当する位相差である。
Here, the constant dw represents the pixel interval of the image sensor 50a, and N represents the radius of the circle M in FIG.
The first and second terms on the right side of the equation (3) are terms for correcting relative displacement between the object to be measured B and the reference plane mirror 46, and the third term
The term is a term for correcting the defocus fluctuation of the interference light. Further, the variable a1 is the phase difference corresponding to the relative displacement amount between the object to be measured B and the reference plane mirror 46 in the X direction, and the variable a2 is the relative difference between the object to be measured B and the reference plane mirror 46 in the Y direction. The variable a3 is the phase difference corresponding to the shift amount, and the variable a3 is the phase difference corresponding to the shift amount in the normal direction of the circumference of the circle M.

【0035】一方、φabはアドレス(0,0)と(N,
0)との位相差であり、φacはアドレス(0,0)と
(√3N/2,−N/2)との位相差であり、φadはア
ドレス(0,0)と(−√3N/2,−N/2)との位
相差である。φa(X,Y)を検出した時点で各位相計5
3b〜53dで検出される位相差を、それぞれφab
(X,Y)〜φad(X,Y)とする。位相差φab(X,
Y)〜φad(X,Y)は、変数a1〜a3の一次結合で表現
でき、次式のように表すことができる。 Ax=Z …(4)
On the other hand, φab is the address (0,0) and (N,
0), φac is the phase difference between addresses (0,0) and (√3N / 2, −N / 2), and φad is the address (0,0) and (−√3N /). 2, −N / 2). Each phase meter 5 when φa (X, Y) is detected
The phase difference detected at 3b to 53d is φab
(X, Y) to φad (X, Y). Phase difference φab (X,
Y) to φad (X, Y) can be expressed by a linear combination of variables a1 to a3, and can be expressed by the following equation. Ax = Z (4)

【0036】ここで、xは変数a1〜a3を成分とする1×
3の縦行列であり、Zは位相差φab(X,Y)、φac
(X,Y)、φad(X,Y)を成分とする1×3の縦行
列であって、行列Aの成分は位相差φab(X,Y)、φ
ac(X,Y)、φad(X,Y)の係数である。式(4) を
行列xについて解くと、次式を得る。 x=(AT A)-1T Z …(5)
Here, x is 1 × whose components are variables a1 to a3.
3 is a vertical matrix, and Z is the phase difference φab (X, Y), φac
It is a 1 × 3 vertical matrix having (X, Y) and φad (X, Y) as components, and the components of the matrix A have phase differences φab (X, Y) and φ.
These are the coefficients of ac (X, Y) and φad (X, Y). By solving the equation (4) for the matrix x, the following equation is obtained. x = (A T A) -1 A T Z (5)

【0037】図2に示す参照点像Ra〜Rdは、それぞれ光
検出器52a〜52dにより受光されるので、行列Aは
三次元の正方行列になるため、式(4) は次式で示すよう
に簡単化することができる。 x=A-1Z …(6)
Since the reference point images Ra to Rd shown in FIG. 2 are received by the photodetectors 52a to 52d, respectively, the matrix A is a three-dimensional square matrix, and therefore the equation (4) is expressed by the following equation. Can be simplified to x = A -1 Z (6)

【0038】半径Nの円Mを単位円としてN=1とする
と、行列Aの成分が決定され、式(4) は式(7) に示すよ
うに表現できる。
If N = 1 with a circle M having a radius N as a unit circle, the components of the matrix A are determined, and equation (4) can be expressed as shown in equation (7).

【0039】[0039]

【式7】 [Formula 7]

【0040】式(5) は√3=1.732とすると、式
(8) に示すように表現できる。
Equation (5) is defined as √3 = 1.732,
It can be expressed as shown in (8).

【0041】[0041]

【式8】 [Formula 8]

【0042】従って、位相差φab(X,Y)、φac
(X,Y)、φad(X,Y)を測定することにより、変
数a1〜a3を求めることができる。式(8) を用いて式(3)
を変形すると、位相補正量C(X,Y)は次式のように
なる。 C(X,Y)=(φac−φad)X・dw/(3N) +√3(2φab−φac−φad)Y・dw/(3N) +(φab+φac+φad)・(X +Y )dw /(3N) …(9)
Therefore, the phase difference φab (X, Y), φac
The variables a1 to a3 can be obtained by measuring (X, Y) and φad (X, Y). Using equation (8), equation (3)
When is modified, the phase correction amount C (X, Y) is given by the following equation. C (X, Y) = ( φac-φad) X · dw / (3N) + √3 (2φab-φac-φad) Y · dw / (3N) + (φab + φac + φad) · (X 2 + Y 2) dw 2 / (3N 2 ) (9)

【0043】なお、式(9) の右辺において、位相差に付
されるアドレス(X,Y)を省略し、行列Aの成分の√
3は無理数で表した。式(9) により、被測定物Bの形状
に基づく真の波面収差φ(X,Y)は次式に示すように
なる。 φ(X,Y)= φa(X,Y)−C(X,Y) …(10)
In the right side of the equation (9), the address (X, Y) given to the phase difference is omitted, and the matrix A element √
3 is an irrational number. From the equation (9), the true wavefront aberration φ (X, Y) based on the shape of the object B to be measured becomes as shown in the following equation. φ (X, Y) = φa (X, Y) -C (X, Y) (10)

【0044】コンピュータ55は式(9) 、式(10)に従っ
て、アドレス(X,Y)毎に真の波面収差φ(X,Y)
を算出し、被測定物Bの三次元的な形状を求める。な
お、被測定物Bの形状に誤差がない状態での位相差φa
(X,Y)は、予めシステムエラーとしてコンピュータ
55に記憶されており、φa(X,Y)の測定値からこの
システムエラーφa(X,Y)が減じられた後に、式(10)
に代入される。
The computer 55 calculates the true wavefront aberration φ (X, Y) for each address (X, Y) according to the equations (9) and (10).
Is calculated and the three-dimensional shape of the measured object B is obtained. In addition, the phase difference φa when there is no error in the shape of the measured object B
(X, Y) is previously stored in the computer 55 as a system error, and after the system error φa (X, Y) is subtracted from the measured value of φa (X, Y), the equation (10) is obtained.
Is assigned to.

【0045】図3は第2の実施例の構成図であり、被測
定物や参照平面ミラーの傾き変動情報、被測定物のデフ
ォーカス変動情報と共に、被測定物の光軸回りの回転変
動情報等を検出することが可能であり、第1の実施例と
同一の符号は同一の部材を表している。被測定物Bはシ
リンドリカルレンズであり、コリメータレンズ44の代
りに、シリンドリカル波面を発生するシリンドリカルコ
リメータレンズ61が配置されている。
FIG. 3 is a block diagram of the second embodiment, in which tilt variation information of the object to be measured and the reference plane mirror, defocus variation information of the object to be measured, and rotation fluctuation information about the optical axis of the object to be measured. Etc. can be detected, and the same reference numerals as those in the first embodiment represent the same members. The device under test B is a cylindrical lens, and instead of the collimator lens 44, a cylindrical collimator lens 61 that generates a cylindrical wavefront is arranged.

【0046】また、ビームスプリッタ49の反射方向の
光路上には、ピンホール62aを中心に周囲に等角度で
4個のピンホール64b〜62e有するピンホール板6
2が配置され、ピンホール62a〜62eから出射した
光束は、それぞれ5つの光検出器63a〜63eに受光
されるようになっている。光検出器63a〜63eの出
力はそれぞれ位相計64a〜64eに接続され、更に光
検出器63aの出力は位相計64b〜64eにもそれぞ
れ接続されている。更に、IDカメラ50の出力は位相
計64aに接続されている。各位相計64a〜64eの
出力は、バッファメモリ54を介してコンピュータ55
に入力され、位相計64aの出力に基づいて被測定物B
の形状が求められ、位相計64b〜64eの出力に基づ
いて測定結果が補正される。
Further, on the optical path in the direction of reflection of the beam splitter 49, the pinhole plate 6 having four pinholes 64b to 62e at an equal angle around the pinhole 62a at the center.
2 are arranged, and the light fluxes emitted from the pinholes 62a to 62e are received by the five photodetectors 63a to 63e, respectively. The outputs of the photodetectors 63a to 63e are connected to the phase meters 64a to 64e, respectively, and the outputs of the photodetector 63a are also connected to the phase meters 64b to 64e, respectively. Further, the output of the ID camera 50 is connected to the phase meter 64a. The outputs of the phase meters 64a to 64e are sent to the computer 55 via the buffer memory 54.
To the object to be measured B based on the output of the phase meter 64a.
Is obtained, and the measurement result is corrected based on the outputs of the phase meters 64b to 64e.

【0047】図4は計測時のIDカメラ50の撮像素子
50aの正面図であり、ここに受光されている干渉縞像
Pはシリンドリカルコリメータレンズ61により形成さ
れるシリンドリカル波面の位相を表し、この位相は被測
定物Bの形状誤差を直接的に表している。また図中に
は、撮像素子50aで受光される干渉縞像Pと共に、光
検出器63a〜63eで受光される参照点像Ra〜Reも表
している。これらの参照点像Ra〜Reは、ピンホール板6
2のピンホール62a〜62eにより、干渉縞像Pから
抽出されたものである。
FIG. 4 is a front view of the image pickup device 50a of the ID camera 50 at the time of measurement. The interference fringe image P received here represents the phase of the cylindrical wavefront formed by the cylindrical collimator lens 61. Indicates the shape error of the object B to be measured directly. Further, in the figure, the reference fringe images Ra to Re received by the photodetectors 63a to 63e are also shown together with the interference fringe image P received by the image sensor 50a. These reference point images Ra to Re are pinhole plates 6
The two pinholes 62a to 62e extract the interference fringe image P.

【0048】アライメントを行って撮像素子50aの中
心と光軸を一致させると、撮影素子50a上の幾何学的
条件から、光検出器63a〜63eはそれぞれアドレス
(0,0)、(N/√2,N/√2)、(N/√2,−
N/√2)、(−N/√2,−N/√2)、(−N/√
2,N/√2)から得られるビート信号を検出すること
になる。
When the center of the image sensor 50a is aligned with the optical axis by performing alignment, the photodetectors 63a to 63e are assigned addresses (0, 0) and (N / √) due to the geometrical conditions on the image sensor 50a. 2, N / √2), (N / √2,-
N / √2), (-N / √2, -N / √2), (-N / √2
2, the beat signal obtained from N / √2) will be detected.

【0049】コンピュータ55はアドレス(X,Y)を
指定することにより、IDカメラ50において撮像素子
50aを二次元的に走査して、その1画素毎に測定信号
Sを検出し位相計64aに入力する。位相計64aにお
いて、アドレス(X,Y)の測定信号とアドレス(0,
0)での参照信号Rとの位相差φa(X,Y)を算出し、
バッファメモリ54に記憶する。更に、コンピュータ5
5はバッファメモリ54に記憶された位相差φa(X,
Y)から、被測定物Bの形状を波面収差として求めてい
る。
The computer 55 two-dimensionally scans the image sensor 50a in the ID camera 50 by designating the address (X, Y), detects the measurement signal S for each pixel, and inputs it to the phase meter 64a. To do. In the phase meter 64a, the measurement signal of the address (X, Y) and the address (0,
0) and the phase difference φa (X, Y) with the reference signal R,
It is stored in the buffer memory 54. Furthermore, the computer 5
5 is the phase difference φa (X,
From Y), the shape of the measured object B is obtained as the wavefront aberration.

【0050】本実施例において、参照平面ミラー46を
理想平面とする等の他の光学要素の誤差成分がなく、被
測定物Bに形状誤差のない状態では、IDカメラ50で
検出される測定信号Sと参照信号Rとの位相差φa は全
てのアドレス(X,Y)に関して0になる。従って、位
相差φa はシリンドリカルコリメータレンズ61によっ
て形成されるシリンドリカル波面からのずれを表し、被
測定物Bの形状の誤差を直接的に表していることにな
る。
In the present embodiment, the measurement signal detected by the ID camera 50 when there is no error component of other optical elements such as the reference plane mirror 46 being an ideal plane and the object B to be measured has no shape error. The phase difference φa between S and the reference signal R becomes 0 for all addresses (X, Y). Therefore, the phase difference φa represents a deviation from the cylindrical wavefront formed by the cylindrical collimator lens 61, and directly represents an error in the shape of the object B to be measured.

【0051】また、位相計63b〜63eは位相差φa
(X,Y)の検出と同時に、或いは機械的な変動の周期
と比較して十分に短い周期で、光検出器62aで得られ
た参照信号Rと光検出器63b〜63eで得られたビー
ト信号との位相差φab、φac、φad、φaeをそれぞれ検
出し、バッファメモリ54に記憶し、コンピュータ55
において位相差φa(X,Y)の位相補正量C(X,Y)
を検出している。この位相補正量C(X,Y)は被測定
物Bがシリンドリカルレンズの場合に、式(9) の右辺に
光軸の回りの回転変動に関する項が付加され、次式のよ
うに表すことができる。 C(X,Y)=a1・X・dw/N+a2・Y・dw/N +a3・ (X2 +Y2)dw2 /N2 +a4・X・Y・dw2 /N2 …(11)
Further, the phase meters 63b to 63e have a phase difference φa.
Simultaneously with the detection of (X, Y), or at a cycle sufficiently shorter than the cycle of mechanical fluctuation, the reference signal R obtained by the photodetector 62a and the beats obtained by the photodetectors 63b to 63e. The phase differences φab, φac, φad, and φae with the signal are detected, stored in the buffer memory 54, and stored in the computer 55.
At C, the phase correction amount C (X, Y) of the phase difference φa (X, Y)
Is being detected. This phase correction amount C (X, Y) is expressed by the following equation when the object to be measured B is a cylindrical lens and a term regarding the rotational fluctuation around the optical axis is added to the right side of equation (9). it can. C (X, Y) = a1 · X · dw / N + a2 · Y · dw / N + a3 · (X 2 + Y 2) dw 2 / N 2 + a4 · X · Y · dw 2 / N 2 ... (11)

【0052】ここで、式(11)の右辺の第1項、第2項は
被測定物Bと参照平面ミラー46との相対的な変位を補
正する項であり、第3項はデフォーカス変動を補正する
項であって、第4項は光軸の回りの変動を補正する項で
ある。また、変数a1は被測定物Bと参照平面ミラー46
とのX方向の相対的ずれ量に相当する位相差であり、変
数a2は被測定物Bと参照平面ミラー46とのY方向の相
対的ずれ量に相当する位相差であり、変数a3は円Mの円
周の法線方向のずれ量に相当する位相差であって、変数
a4は光軸の回りの回転に相当する円Mの動径方向の位相
差を表している。
Here, the first and second terms on the right side of the equation (11) are terms for correcting the relative displacement between the object to be measured B and the reference plane mirror 46, and the third term is the defocus fluctuation. The fourth term is a term for correcting fluctuations around the optical axis. The variable a1 is the object to be measured B and the reference plane mirror 46.
Is a phase difference corresponding to the amount of relative deviation in the X direction, and variable a2 is a phase difference corresponding to the amount of relative deviation between the object to be measured B and the reference plane mirror 46 in the Y direction, and variable a3 is a circle. A phase difference corresponding to the amount of deviation of the circumference of M in the normal direction,
a4 represents the phase difference in the radius direction of the circle M corresponding to the rotation around the optical axis.

【0053】一方、φabはアドレス(0,0)と(N/
1/2 ,N/21/2 )との位相差であり、φacはアドレ
ス(0,0)と(N/21/2 ,−N/21/2 )との位相
差であり、φadはアドレス(0,0)と(−N/2
1/2 ,−N/21/2 )との位相差であり、φaeはアドレ
ス(0,0)と(−N/21/2 ,N/21/2 )との位相
差である。
On the other hand, φab is the address (0,0) and (N /
2 1/2 , N / 2 1/2 ) and φac is the phase difference between address (0, 0) and (N / 2 1/2 , -N / 2 1/2 ). , Φad are addresses (0, 0) and (-N / 2
1/2 , -N / 21/2 ), and φae is the phase difference between address (0,0) and (-N / 21/2 , N / 21/2 ). .

【0054】従って、位相差φa(X,Y)を検出した時
点でのこれらの位相差をφac(X,Y)〜φae(X,
Y)とすると、位相差φab(X,Y)〜φae(X,Y)
は、式(2) のように変数a1〜a4の1次式で表現でき、式
(8) のように変数a1〜a4を位相差φab〜φacで表すと、
位相補正量C(X,Y)は次式から求めることができ
る。 C(X,Y)=√2(φab+φac−φad−φae)X・dw/(4N) +√2(φab−φac−φad+φae)Y・dw/(4N) +(φab+φac+φad+φae)・(X2 +Y2 )dw2 /(4N2 ) +(φab−φac+φad−φae) X・Y・dw2 /(2N2 ) …(12)
Therefore, when the phase difference φa (X, Y) is detected, these phase differences are calculated from φac (X, Y) to φae (X,
Y), the phase difference φab (X, Y) to φae (X, Y)
Can be expressed by a linear expression of variables a1 to a4 as in Expression (2),
When the variables a1 to a4 are represented by the phase differences φab to φac as in (8),
The phase correction amount C (X, Y) can be obtained from the following equation. C (X, Y) = √2 (φab + φac-φad-φae) X · dw / (4N) + √2 (φab-φac-φad + φae) Y · dw / (4N) + (φab + φac + φad + φae) · (X 2 + Y 2 ) Dw 2 / (4N 2 ) + (φab−φac + φad−φae) X · Y · dw 2 / (2N 2 ) ... (12)

【0055】従って、被測定物Bに基づく真の波面収差
φ(X,Y)は次式のようになる。 φ(X,Y)= φa(X,Y)−C(X,Y) …(13)
Therefore, the true wavefront aberration φ (X, Y) based on the object to be measured B is given by the following equation. φ (X, Y) = φa (X, Y) -C (X, Y) (13)

【0056】コンピュータ55は式(12)、式(13)に従っ
て、各アドレス(X,Y)毎に波面収差φ(X,Y)を
算出し、被測定物Bの三次元的な形状を求める。なお、
被測定物Bの形状に誤差がない状態での位相差φa(X,
Y)は、予めシステムエラーとしてコンピュータ55に
記憶されており、φa(X,Y)の測定値からこのシステ
ムエラーφa(X,Y)が減じられた後に、式(13)に代入
される。
The computer 55 calculates the wavefront aberration φ (X, Y) for each address (X, Y) according to the equations (12) and (13), and obtains the three-dimensional shape of the object B to be measured. . In addition,
Phase difference φa (X,
Y) is stored in the computer 55 in advance as a system error, and is substituted into the equation (13) after the system error φa (X, Y) is subtracted from the measured value of φa (X, Y).

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、被測定物
が球面レンズやシリンドリカルレンズの場合でも、被測
定物や参照平面ミラー等がずれることにより生ずる相対
的な変位量に相当する傾き変動情報に加えて、デフォー
カス変動情報、及び光軸回りの回転変動情報を検出して
干渉情報を補正しているため、高精度な測定を行うこと
が可能になる。
As described above, according to the present invention, even when the object to be measured is a spherical lens or a cylindrical lens, the inclination variation corresponding to the relative displacement amount caused by the displacement of the object to be measured, the reference plane mirror, or the like. In addition to the information, the defocus fluctuation information and the rotation fluctuation information about the optical axis are detected to correct the interference information, so that highly accurate measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment.

【図2】IDカメラの撮像素子の正面図である。FIG. 2 is a front view of an image pickup element of an ID camera.

【図3】第2の実施例の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment.

【図4】IDカメラの撮像素子の正面図である。FIG. 4 is a front view of an image pickup element of an ID camera.

【図5】従来例の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional example.

【図6】ピンホール板の正面図である。FIG. 6 is a front view of a pinhole plate.

【図7】IDカメラの撮像素子の正面図である。FIG. 7 is a front view of an image pickup element of an ID camera.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 レーザー光源 33、49 ビームスプリッタ 37、42 偏光ビームスプリッタ 36 (λ/2)板 43、45 (λ/4)板 46 参照平面ミラー 47 偏光板 51、62 ピンホール板 52a〜52d、63a〜63e 光検出器 53a〜53d、64a〜64e 位相計 54 バッファメモリ 55 コンピュータ 61 シリンドリカルレンズ 31 laser light source 33,49 Beam splitter 37, 42 Polarizing beam splitter 36 (λ / 2) plate 43, 45 (λ / 4) plate 46 reference plane mirror 47 Polarizer 51,62 Pinhole plate 52a-52d, 63a-63e Photodetector 53a-53d, 64a-64e Phase meter 54 buffer memory 55 Computer 61 Cylindrical lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 G01M 11/00 - 11/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 G01M 11/00-11/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定物の測定領域上に可干渉性の被検
光波を照射する照射手段と、前記測定領域で反射された
被検光波と干渉情報を得る際に参照とする参照光とを干
渉する干渉手段と、前記被検光波と参照光波との干渉情
報を検出する干渉情報検出手段とを有し、干渉情報検出
手段の信号に基づいて前記被測定物の形状を測定する計
測装置において、前記干渉情報を検出している間に前記
被測定物の傾き変動情報を検出する傾き変動情報検出手
段と、前記被測定物のデフォーカス変動情報を検出する
デフォーカス変動情報検出手段と、前記被測定物の光軸
回りの回転変動情報を検出する回転変動情報検出手段
と、前記傾き変動情報、デフォーカス変動情報及び回転
変動情報に基づいて前記干渉情報を補正する補正手段と
を有することを特徴とする計測装置。
1. An irradiation unit for irradiating a measurement area of a measurement object with a coherent test light wave, and a reference light used as a reference when obtaining interference information with the test light wave reflected by the measurement area. A measuring device having interference means for interfering with each other and interference information detecting means for detecting interference information between the test light wave and the reference light wave, and measuring the shape of the object to be measured based on a signal from the interference information detecting means. In, while detecting the interference information, tilt variation information detection means for detecting the tilt variation information of the measured object, defocus variation information detection means for detecting the defocus variation information of the measured object, A rotation fluctuation information detecting unit that detects rotation fluctuation information about the optical axis of the object to be measured, and a correction unit that corrects the interference information based on the tilt fluctuation information, the defocus fluctuation information, and the rotation fluctuation information. Featuring Measuring device.
【請求項2】 前記被検光波と前記参照光波とは互いに
周波数が異なり、前記干渉情報検出手段はビート信号を
検出する第1検出手段と、第2検出手段とを備え、前記
第1検出手段は前記測定領域の全ての測定点からのビー
ト信号を検出し、前記第2検出手段は前記測定領域の同
一直線上にない少なくとも3個所以上の複数点でのビー
ト信号を連続して検出し、前記干渉情報手段は前記第1
検出手段で得られたビート信号と、前記第2検出手段で
得られた複数のビート信号との相互関係に基づいて干渉
光の位相の変化を検出するようにした請求項1に記載の
計測装置。
2. The test light wave and the reference light wave have different frequencies from each other, and the interference information detecting means includes first detecting means for detecting a beat signal and second detecting means, and the first detecting means. Detects the beat signals from all the measurement points in the measurement area, and the second detection means continuously detects the beat signals at a plurality of points not less than the same line in the measurement area. The interference information means is the first
The measuring device according to claim 1, wherein the change in the phase of the interference light is detected based on the mutual relationship between the beat signal obtained by the detecting means and the plurality of beat signals obtained by the second detecting means. .
【請求項3】 前記被測定物が球面レンズである場合
に、前記第2検出手段は前記第1検出手段がビート信号
を検出している間に、前記測定領域内の少なくとも4個
所以上でビート信号を検出して記録手段に記録し、該記
録手段に記録した信号により前記第1検出手段で得られ
たビート信号を補正するようにした請求項2に記載の計
測装置。
3. When the object to be measured is a spherical lens, the second detecting means beats at least four or more points in the measuring area while the first detecting means detects the beat signal. The measuring device according to claim 2, wherein a signal is detected and recorded in a recording means, and the beat signal obtained by the first detecting means is corrected by the signal recorded in the recording means.
【請求項4】 前記被測定物がシリンドリカルレンズで
ある場合に、前記第2検出手段は前記第1検出手段がビ
ート信号を検出している間に、前記測定領域内の少なく
とも5個所以上でビート信号を検出して記録手段に記録
し、該記録手段に記録した信号に基づいて前記第1検出
手段で得られるビート信号を補正するようにした請求項
2に記載の計測装置。
4. When the object to be measured is a cylindrical lens, the second detecting means beats at least five points or more in the measuring area while the first detecting means detects the beat signal. The measuring device according to claim 2, wherein the signal is detected and recorded in the recording means, and the beat signal obtained by the first detecting means is corrected based on the signal recorded in the recording means.
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