JP3493329B2 - Planar shape measuring device, planar shape measuring method, and storage medium storing program for executing the method - Google Patents

Planar shape measuring device, planar shape measuring method, and storage medium storing program for executing the method

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JP3493329B2 JP36016999A JP36016999A JP3493329B2 JP 3493329 B2 JP3493329 B2 JP 3493329B2 JP 36016999 A JP36016999 A JP 36016999A JP 36016999 A JP36016999 A JP 36016999A JP 3493329 B2 JP3493329 B2 JP 3493329B2
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、平面形状計測装
置、平面形状計測方法及び該方法を実行するプログラム
を記憶した記憶媒体、特に、位相シフト法を用いて被計
測物の平面形状を計測する平面形状計測装置、平面形状
計測方法及び該方法を実行するプログラムを記憶した記
憶媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar shape measuring apparatus, a planar shape measuring method, and a storage medium storing a program for executing the method, and more particularly to measuring the planar shape of an object to be measured using a phase shift method. The present invention relates to a planar shape measuring device, a planar shape measuring method, and a storage medium that stores a program for executing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、被計測物の平面形状の計測方法に
は、被計測物の平面形状を位相シフト法を用いて非接触
方式で計測する方法がある。この位相シフト法は、光源
から出射した光の一部を参照面で反射させると共に、当
該光の他の部分を被計測物の被検面で反射させ、参照面
からの反射像と被計測物の被検面からの反射像とを干渉
させることにより干渉縞を生起させ、次いで、所定の位
相シフト量で位相シフトを行いながら撮像装置により被
計測物の被検面から少なくとも3つの干渉縞画像情報を
取得するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for measuring the plane shape of an object to be measured, there is a method of measuring the plane shape of the object to be measured by a non-contact method using a phase shift method. In this phase shift method, a part of the light emitted from the light source is reflected by the reference surface, and the other part of the light is reflected by the surface to be measured of the object to be measured, and the reflected image from the reference surface and the object to be measured Interference with the reflection image from the surface to be inspected causes interference fringes, and then the imaging device performs at least three interference fringe images from the surface to be inspected while performing phase shift by a predetermined phase shift amount. It is to get information.

【0003】これらの干渉縞画像情報は干渉縞の光強度
I(x,y) で表すことができ、具体的には、x, y を被検
面のx−y座標、φ(x,y) を位相、δi を位相シフト量
として、一般式、 Ii(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y) + δi] で表され、干渉縞画像情報は、位相シフト量 δi に対
して正弦関数的に変化する。ここで、位相シフトが初期
位置(δ1 = 0)に対して、α、βだけ行われたとし
て、上式の δi に δ1 = 0,δ2 = α,δ3 = β を代
入すると、 I1(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y)] I2(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y) + α] I3(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y) + β] が得られる。このとき、位相 φ(x,y) は、
The interference fringe image information is the light intensity of the interference fringes.
It can be represented by I (x, y). Specifically, x, y are x-y coordinates of the surface to be inspected, φ (x, y) is a phase, and δ i is a phase shift amount. I i (x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y) + δ i ], and the interference fringe image information is the phase shift amount δ i Changes sinusoidally with respect to. Here, assuming that the phase shift is performed only for α and β with respect to the initial position (δ 1 = 0), substituting δ 1 = 0, δ 2 = α, δ 3 = β for δ i in the above equation , I 1 (x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y)] I 2 (x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y) + α] I 3 (x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y) + β ] Is obtained. At this time, the phase φ (x, y) is

【0004】[0004]

【数1】 [Equation 1]

【0005】で表される。It is represented by

【0006】被計測物の平面形状は、上記のように位相
シフト法によって取得された少なくとも3つの干渉縞画
像情報I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)を公知の平面形状解
析手法を用いて解析することにより算出される。
The plane shape of the object to be measured is at least three pieces of interference fringe image information I 1 (x, y), I 2 (x, y), and I 3 (x, which are obtained by the phase shift method as described above. It is calculated by analyzing y) using a known plane shape analysis method.

【0007】上記位相シフトを行う方法としては、1)
参照面を移動させることにより物理的に光路長を微小量
変化させる光路長可変方式、2)光路長一定のまま光源
の波長を微小量変化させる波長可変方式、3)複数の撮
像装置による撮像系の光路中に位相シフト手段を設ける
複数分光方式等があり、光路長可変方式では参照面の移
動誤差、波長可変方式では光源波長の設定誤差、複数分
光方式では波長板の製造又は配置誤差のような物理的要
因によって位相シフト量 δi に対して位相シフト誤差
Δφ が発生しがちである。いずれの場合もこれらの位
相シフト誤差Δφによって平面形状計測時に所望の精度
を得ることができない。
As a method of performing the above phase shift, 1)
Optical path length variable method for physically changing the optical path length by a minute amount by moving the reference surface, 2) Wavelength variable method for minutely changing the wavelength of the light source while keeping the optical path length constant, 3) Imaging system using a plurality of imaging devices There are multiple spectroscopic methods etc. in which phase shift means is provided in the optical path of the optical path. Phase shift error due to various physical factors δ i
Δφ tends to occur. In either case, due to these phase shift errors Δφ, desired accuracy cannot be obtained when measuring the planar shape.

【0008】具体的には、位相シフト量 δi に対する
位相シフト誤差Δφは、a,bをアルゴリズムと位相シ
フト誤差の量に応じた定数として、近似的に、 Δφ = a + b・cos(2φ) になることが知られている ("Linear approximation fo
r measurement errorsin phase shifting interferomet
ry" Johannes van Wingerden et al.,Applied Optics,
30, 2728-2729(1991))。このように、1/2の周期と振
幅bで変動する位相シフト誤差 Δφ が位相シフト量
δi に解析誤差として加算される。
Specifically, the phase shift error Δφ with respect to the phase shift amount δ i is approximately Δφ = a + b · cos (2φ, where a and b are constants according to the algorithm and the amount of phase shift error. ) Is known ("Linear approximation fo
r measurement errorsin phase shifting interferomet
ry "Johannes van Wingerden et al., Applied Optics,
30, 2728-2729 (1991)). In this way, the phase shift error Δφ that fluctuates with the cycle of 1/2 and the amplitude b is the phase shift amount.
It is added to δ i as an analysis error.

【0009】上記位相シフト誤差 Δφ は、図6に示す
ように、 Ii(x,y) 式で位相シフト量δi が解析に必要
な量だけあるとした場合、位相シフト量 δi がα,2
α,3αと増えるにつれて位相シフト誤差ε,2ε,3
εのように比例して増加する。
[0009] The phase shift error Δφ, as shown in FIG. 6, when the I i (x, y) phase shift [delta] i in formula is an amount necessary for analysis, phase shift [delta] i is α , 2
Phase shift error ε, 2ε, 3 as α, 3α increases
It increases proportionally like ε.

【0010】このように、位相シフト法における干渉縞
画像情報 Ii(x,y) の式中に代入する位相シフト量 δi
は、上記0、α、βのように予め設定された固定値であ
るため、その値は、光源の波長が不安定な場合や温度ド
リフトの発生等により、実際の位相シフト量との間に誤
差を生じ、これが結果的に位相シフト誤差 Δφ が発生
する原因となっている。
Thus, the phase shift amount δ i to be substituted in the equation of the interference fringe image information I i (x, y) in the phase shift method.
Is a preset fixed value such as 0, α, and β, so that the value is between the actual phase shift amount due to the unstable wavelength of the light source or the occurrence of temperature drift. An error occurs, which causes the phase shift error Δφ to occur as a result.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、上記位相シフト量 δi を取得するのに専用のハー
ドウェアを用いており、また、該ハードウェアにより測
定された位相シフト量 δiは望ましい精度を有するもの
ではなかった。ここに云う専用のハードウェアは、例え
ば、1)光路長可変方式位相シフト法では、参照ミラー
(参照面)の変位機構制御装置が参照ミラー微小変位機
構に印加する電圧を測定する電圧測定装置、2)波長可
変方式位相シフト法では、波長制御装置が光源に印加す
る電圧を測定する電圧装置、3)複数分光方式位相シフ
ト法では、光源からの光が複数の分光光学系により夫々
個別の光路に分光され、各光路中で相対的な位相差を取
得する位相差検出装置である。
However, conventionally, dedicated hardware is used to acquire the phase shift amount δ i , and the phase shift amount δ i measured by the hardware is desirable. It did not have accuracy. The dedicated hardware referred to here is, for example, 1) in the optical path length variable phase shift method, a voltage measuring device that measures the voltage applied to the reference mirror micro displacement mechanism by the displacement mechanism control device of the reference mirror (reference plane), 2) In the wavelength tunable phase shift method, a voltage device that measures the voltage applied to the light source by the wavelength control device. 3) In the multiple spectroscopic phase shift method, the light from the light source passes through individual optical paths by multiple spectroscopic optical systems. It is a phase difference detection device that obtains a relative phase difference in each optical path.

【0012】発明の目的は、専用のハードウェアを用い
ることなく位相シフト法における位相シフト量を高精度
で取得して平面形状を正確に計測することができる平面
形状計測装置、平面形状計測方法及び該方法のプログラ
ムを記憶した記憶媒体を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a plane shape measuring apparatus, a plane shape measuring method, and a plane shape measuring apparatus capable of accurately measuring a plane shape by accurately acquiring a phase shift amount in a phase shift method without using dedicated hardware. It is to provide a storage medium storing a program of the method.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の平面形状計測装置は、被計測物の観
測面からの第1の光学的反射像と参照面からの第2の光
学的反射像とを干渉させる干渉光学系と、前記干渉によ
り生じた干渉縞画像の光学的位相の位相シフトを少なく
とも3つの位相シフト量で行う位相シフト手段と、当該
少なくとも3つの位相シフト量で位相シフトされた少な
くとも3つの干渉縞画像を取得する干渉縞画像取得手段
と、前記干渉縞画像取得手段により取得された当該少な
くとも3つの干渉縞画像から前記観測面の形状を算出す
る算出手段とを備える平面形状計測装置において、前記
算出手段は、前記取得された干渉縞画像の1つから位相
の位相の1周期分(2π)の位相を計測する第1の計測
手段と、少なくとも、前記取得された干渉縞画像の1つ
と他の1つとの間の第1の相対的移動量を計測する第2
の計測手段と、少なくとも、前記取得された干渉縞画像
の1つとさらに他の1つとの間の第2の相対的移動量を
計測する第3の計測手段と、少なくとも、前記取得され
た干渉縞画像の1つと他の1つとの間の位相シフト量を
前記計測された位相の1周期分(2π)の位相と前記計
測された第1の相対的移動量とから算出する第1の算出
手段と、少なくとも、前記取得された干渉縞画像の1つ
とさらに他の1つとの間の位相シフト量を前記計測され
た位相の1周期分(2π)の位相と前記計測された第2
の相対的移動量とから算出する第2の算出手段とを備え
ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the plane shape measuring apparatus according to claim 1 has a first optical reflection image from the observation surface of the object to be measured and a second optical reflection image from the reference surface. An interference optical system that interferes with the optical reflection image, a phase shift unit that performs a phase shift of the optical phase of the interference fringe image generated by the interference with at least three phase shift amounts, and the at least three phase shift amounts. an interference fringe image acquiring means for acquiring at least three interference fringe images whose phase is shifted, the interference fringe image acquired by the acquisition means the least three interference Shimaga image or al calculation means for calculating the shape of the observation surface in planar shape measuring apparatus including bets, said calculating means comprises first measuring means for measuring the phase of one cycle of the phase of (2 [pi) from one of the acquired interference fringe image, at least Second for measuring a first relative movement amount between one another one of the acquired interference fringe image
Measuring means, and at least third measuring means for measuring a second relative movement amount between one of the acquired interference fringe images and the other one, and at least the acquired interference fringes. First calculating means for calculating a phase shift amount between one of the images and another one from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the measured first relative movement amount. And at least a phase shift amount between one of the acquired interference fringe images and another one of the acquired interference fringe images and a phase of one cycle (2π) of the measured phase and the second measured value.
And a second calculating means for calculating the relative movement amount of the second moving amount.

【0018】 請求項1記載の平面形状計測装置によれ
ば、位相シフト量の異なる少なくとも3つの干渉縞画像
を取得し、この取得された干渉縞画像の1つから位相の
1周期分(2π)の位相と、少なくとも、取得された干
渉縞画像の1つと他の1つとの間の第1の相対的移動量
と、少なくとも、取得された干渉縞画像の1つとさらに
他の1つとの間の第2の相対的移動量とを計測し、少な
くとも、取得された干渉縞画像の1つと他の1つとの間
の位相シフト量を計測された位相の1周期分(2π)の
位相と第1の相対的移動量とから算出し、少なくとも、
取得された干渉縞画像の1つとさらに他の1つとの間の
位相シフト量を計測された位相の1周期分(2π)の位
相と第2の相対的移動量とから算出するので、専用のハ
ードウェアを用いることなく位相シフト法における位相
シフト量を高精度で取得して平面形状を正確に計測する
ことができる。
According to the planar shape measuring apparatus of the first aspect, at least three interference fringe images having different phase shift amounts are acquired, and one cycle (2π) of the phase is acquired from one of the acquired interference fringe images. , And at least a first amount of relative movement between one of the acquired fringe images and one of the other, and at least between one of the acquired fringe images and one of the other. a second relative movement amount is measured, small
At least, the phase shift amount between one of the obtained interference fringe images and the other one is calculated from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the first relative movement amount, and at least ,
Since the phase shift amount between one of the obtained interference fringe images and the other one is calculated from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the second relative movement amount, The planar shape can be accurately measured by acquiring the phase shift amount in the phase shift method with high accuracy without using hardware.

【0019】請求項記載の平面形状計測装置は、請求
記載の平面形状計測装置において、前記計測された
第1の相対的移動量及び前記計測された第2の相対的移
動量の各々は、前記取得された干渉縞画像における干
縞上の複数の観測位置において夫々取得された複数の移
量の平均値から成ることを特徴とする。
The planar shape measuring apparatus according to claim 2 wherein the claim in the planar shape measuring apparatus according 1, wherein the relative movement amount of the measured <br/> first and second relative to the measured Transfer
Each momentum, a plurality of transfer which are respectively acquired at a plurality of observation positions on Watarushima that interference put on the obtained interference fringe image
Characterized in that it consists of the mean value of the rotation amount.

【0020】請求項記載の平面形状計測装置によれ
ば、第1の相対的移動量及び第2の相対的移動量の各々
は、取得された干渉縞画像における干渉縞上の複数の観
測位置において夫々取得された複数の移動量の平均値か
ら成るので、取得された干渉縞画像が互いに平行でない
場合等であっても、精度良く所定の位相シフト量を取得
することができる。
According to the planar shape measuring apparatus according to claim 2, wherein each of the first relative movement amount and the second relative movement amount is more on Watarushima interference that put the acquired interference fringe image The interference fringe images obtained are not parallel to each other because they consist of the average value of multiple movements obtained at each observation position.
Even in such a case, the predetermined phase shift amount can be acquired accurately.

【0021】 請求項3記載の平面形状計測方法は、被
計測物の観測面からの第1の光学的反射像と参照面から
の第2の光学的反射像とを干渉させる干渉工程と、前記
干渉により生じた干渉縞画像の光学的位相の位相シフト
を少なくとも3つの位相シフト量で行う位相シフト工程
と、当該少なくとも3つの位相シフト量で位相シフトさ
れた少なくとも3つの干渉縞画像を取得する干渉縞画像
取得工程と、前記干渉縞画像取得工程により取得された
当該少なくとも3つの干渉縞画像から前記観測面の形状
を算出する算出工程とを含む平面形状計測方法におい
て、前記算出工程は、前記取得された干渉縞画像の1つ
から位相の1周期分(2π)の位相を計測する第1の計
測工程と、少なくとも、前記取得された干渉縞画像の1
つと他の1つとの間の第1の相対的移動量を計測する第
2の計測工程と、少なくとも、前記取得された干渉縞画
像の1つとさらに他の1つとの間の第2の相対的移動量
を計測する第3の計測工程と、少なくとも、前記取得さ
れた干渉縞画像の1つと他の1つとの間の位相シフト量
を前記計測された位相の1周期分(2π)の位相と前記
計測された第1の相対的移動量とから算出する第1の算
出工程と、少なくとも、前記取得された干渉縞画像の1
つとさらに他の1つとの間の位相シフト量を前記計測さ
れた位相の1周期分(2π)の位相と前記計測された第
2の相対的移動量とから算出する第2の算出工程とを備
えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a planar shape measuring method, which comprises an interference step of causing a first optical reflection image from an observation surface of an object to be measured and a second optical reflection image from a reference surface to interfere with each other. Phase shift step of performing phase shift of the optical phase of the interference fringe image caused by interference with at least three phase shift amounts, and interference for obtaining at least three interference fringe images phase-shifted with the at least three phase shift amounts. a fringe image acquiring step, the planar shape measuring method and a calculation step of calculating the interference fringe image corresponding acquired by the acquiring step at least three interference Shimaga image or et shape of the observation surface, the calculating step, A first measurement step of measuring a phase of one cycle (2π) of a phase from one of the acquired interference fringe images, and at least one of the acquired interference fringe images.
Second measuring step of measuring a first relative movement amount between the one and another one, and at least a second relative step between one of the acquired interference fringe images and still another one. A third measurement step of measuring a movement amount, and at least a phase shift amount between one of the acquired interference fringe images and another one of the measured phase and a phase of one cycle (2π) of the measured phase. A first calculation step of calculating from the measured first relative movement amount, and at least 1 of the acquired interference fringe image
A second calculation step of calculating a phase shift amount between one and another one from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the measured second relative movement amount. It is characterized by being provided.

【0022】請求項記載の平面形状計測方法によれ
ば、請求項記載の平面形状計測装置と同様の効果を奏
することができる。
According to the plane shape measuring method of the third aspect , the same effect as that of the plane shape measuring apparatus of the first aspect can be obtained.

【0023】請求項記載の平面形状計測方法は、請求
記載の平面形状計測方法において、前記計測された
第1の相対的移動量及び前記計測された第2の相対的移
動量の各々は、前記取得された干渉縞画像における干
縞上の複数の観測位置において夫々取得された複数の移
量の平均値から成ることを特徴とする。
A planar shape measuring method according to a fourth aspect is the planar shape measuring method according to the third aspect , wherein the measured first relative movement amount and the measured second relative amount. Transfer
Each momentum, a plurality of transfer which are respectively acquired at a plurality of observation positions on Watarushima that interference put on the obtained interference fringe image
Characterized in that it consists of the mean value of the rotation amount.

【0024】請求項記載の平面形状計測方法によれ
ば、請求項記載の平面形状計測装置と同様の効果を奏
することができる。
According to the plane shape measuring method of the fourth aspect , the same effect as that of the plane shape measuring apparatus of the second aspect can be obtained.

【0025】 請求項5記載の記憶媒体は、平面形状計
測方法を実行するプログラムを記憶した機械的に読み出
し可能な記憶媒体であって、前記平面形状計測方法は、
平面形状計測方法を実行するプログラムを記憶した機械
的に読み出し可能な記憶媒体であって、前記平面形状計
測方法は、被計測物の観測面からの第1の光学的反射像
と参照面からの第2の光学的反射像とを干渉させる干渉
ステップと、前記干渉により生じた干渉縞画像の光学的
位相の位相シフトを少なくとも3つの位相シフト量で行
う位相シフトステップと、当該少なくとも3つの位相シ
フト量で位相シフトされた少なくとも3つの干渉縞画像
を取得する干渉縞画像取得ステップと、前記干渉縞画像
取得ステップにより取得された当該少なくとも3つの干
渉縞画像から前記観測面の形状を算出する算出ステップ
とを含み、前記算出ステップは、前記取得された干渉縞
画像の1つから位相の1周期分(2π)の位相を計測す
る第1の計測ステップと、少なくとも、前記取得された
干渉縞画像の1つと他の1つとの間の第1の相対的移動
量を計測する第2の計測ステップと、少なくとも、前記
取得された干渉縞画像の1つとさらに他の1つとの間の
第2の相対的移動量を計測する第3の計測ステップと、
少なくとも、前記取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の位相シフト量を前記計測された位相の1周期
分(2π)の位相と前記計測された第1の相対的移動量
とから算出する第1の算出ステップと、少なくとも、
記取得された干渉縞画像の1つとさらに他の1つとの間
の位相シフト量を前記計測された位相の1周期分(2
π)の位相と前記計測された第2の相対的移動量とから
算出する第2の算出ステップとを備えることを特徴とす
る。
A storage medium according to a fifth aspect is a mechanically readable storage medium that stores a program for executing the planar shape measuring method, and the planar shape measuring method comprises:
A mechanically readable storage medium storing a program for executing a planar shape measuring method, wherein the planar shape measuring method comprises a first optical reflection image from an observation surface of an object to be measured and a reference surface. An interference step of causing the second optical reflection image to interfere with each other, a phase shift step of performing a phase shift of the optical phase of the interference fringe image generated by the interference by at least three phase shift amounts, and the at least three phase shifts calculating an interference fringe image acquiring step of acquiring at least three interference fringe images whose phase is shifted, the interference fringe image acquiring step by acquired the at least three interference Shimaga image or et shape of the observation surface in an amount A first measurement step for measuring the phase of one cycle (2π) of the phase from one of the acquired interference fringe images. And flop, at least a second measurement step of measuring a first relative movement amount between one another one of the acquired interference fringe image, at least, the obtained interference fringe image 1 A third measurement step of measuring a second relative movement amount between one and the other one;
At least one of the acquired interference fringe images and the other one
A first calculation step of calculating a phase shift amount between the bracts and a phase as a first relative movement amount the measured for one period of the measured phase (2 [pi), at least, is the acquisition The amount of phase shift between one of the interference fringe images and the other one is determined by one period (2
The second calculation step of calculating from the phase of π) and the measured second relative movement amount.

【0026】請求項記載の記憶装置によれば、請求項
記載の平面形状計測装置と同様の効果を奏することが
できる。
According to the storage device of claim 5 ,
The same effect as that of the planar shape measuring device described in 1 can be obtained.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】図1は、本発明の第1の実施の形態に係る
平面形状計測装置であって、位相シフト方法として光路
長可変方式を用いた平面形状計測装置の概略構成を示す
構成図である。
FIG. 1 shows a planar shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention, which uses an optical path as a phase shift method.
It is a block diagram which shows schematic structure of the planar shape measuring device using a length variable system .

【0029】図1において、本実施の形態に係る平面形
状計測装置10は、主として、赤色半導体レーザより成
る光源11と、ビームスプリッタ12と、参照ミラー1
3と、参照ミラー13を支持し、ピエゾ素子から成る参
照ミラー微小変位機構14と、該変位機構14に接続さ
れた変位機構制御装置15と、撮像装置16とから成
る。
In FIG. 1, a planar shape measuring apparatus 10 according to the present embodiment mainly comprises a light source 11 composed of a red semiconductor laser, a beam splitter 12, and a reference mirror 1.
3, a reference mirror micro-displacement mechanism 14 that supports the reference mirror 13 and includes a piezo element, a displacement mechanism control device 15 connected to the displacement mechanism 14, and an imaging device 16.

【0030】光源11から出射したレーザ光は、対物レ
ンズ17を介してビームスプリッタ12に入射される。
このビームスプリッタ12を透過した光は、コリメート
レンズ18により平行光とされて参照ミラー13を照射
し、参照ミラー13の表面で一部の光が反射されると共
に、参照ミラー13を透過した光は、被計測物19の被
検面(観測面)で反射される。
The laser light emitted from the light source 11 enters the beam splitter 12 via the objective lens 17.
The light that has passed through the beam splitter 12 is collimated by the collimator lens 18 and illuminates the reference mirror 13. Part of the light is reflected on the surface of the reference mirror 13, and the light that has passed through the reference mirror 13 is , Is reflected by the surface to be measured (observation surface) of the object to be measured 19.

【0031】この結果、参照ミラー13の表面で反射さ
れた光と被計測物19の被検面で反射された光は、参照
ミラー13により再び重ね合わされて干渉光を形成す
る。そして、再度コリメータレンズ18を介してビーム
スプリッタ12で図中下方に導かれる。この光は、結像
レンズ20により撮像装置16の受光面に結像される。
As a result, the light reflected by the surface of the reference mirror 13 and the light reflected by the surface to be measured of the object to be measured 19 are superimposed again by the reference mirror 13 to form interference light. Then, it is guided again downward in the figure by the beam splitter 12 via the collimator lens 18. This light is imaged on the light receiving surface of the imaging device 16 by the imaging lens 20.

【0032】撮像装置16による撮像結果は、制御コン
ピュータ21に設けられた画像処理装置22に送られ、
モニタ23により目視観察することができる。
The image pickup result of the image pickup device 16 is sent to the image processing device 22 provided in the control computer 21,
It can be visually observed by the monitor 23.

【0033】また、変位機構制御装置15は、参照ミラ
ー微小変位機構14に所望の電圧を印加し、この参照ミ
ラー微小変位機構14は、ピエゾ素子に印加される電圧
に応じて参照ミラー13を変位させることにより位相シ
フトを行う。
Further, the displacement mechanism control device 15 applies a desired voltage to the reference mirror micro displacement mechanism 14, and the reference mirror micro displacement mechanism 14 displaces the reference mirror 13 according to the voltage applied to the piezo element. By doing so, the phase shift is performed.

【0034】以下、上述した構成の本発明の第1の実施
の形態に係る平面形状計測装置による平面形状計測処理
を説明する。
The plane shape measuring process by the plane shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention having the above-mentioned structure will be described below.

【0035】被計測物の平面形状は、少なくとも3つの
干渉縞画像情報 Ii(x,y) を公知の平面形状解析手法を
用いて解析することにより算出される。
The plane shape of the object to be measured is calculated by analyzing at least three pieces of interference fringe image information I i (x, y) using a known plane shape analysis method.

【0036】これらの干渉縞画像情報は干渉縞の光強度
I(x,y) で表すことができ、具体的には、x, y を被検
面のx−y座標、φ(x,y) を位相、δi を位相シフト量
として、一般式、 Ii(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y) + δi] …(1) で表され、干渉縞画像情報は、位相シフト量 δi に対
して正弦関数的に変化する。
The interference fringe image information is the light intensity of the interference fringes.
It can be represented by I (x, y). Specifically, x, y are x-y coordinates of the surface to be inspected, φ (x, y) is a phase, and δ i is a phase shift amount. I i (x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y) + δ i ] ... (1) It changes sinusoidally with respect to the shift amount δ i .

【0037】(1)式に位相シフト量として、δ1 =
0,δ2 = α,δ3 = βを代入すると、 I1(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y)] I2(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y) + α] …(2) I3(x,y) = IB(x,y) + IA(x,y)cos[φ(x,y) + β] が得られる。このとき、位相 φ(x,y) は、
In the equation (1), δ 1 =
0, δ 2 = α, by substituting δ 3 = β, I 1 ( x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y)] I 2 ( x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y) + α] (2) I 3 (x, y) = I B (x, y) + I A (x, y) cos [φ (x, y) + β] is obtained. At this time, the phase φ (x, y) is

【0038】[0038]

【数2】 [Equation 2]

【0039】で表される。It is represented by

【0040】図2は、本発明の実施の形態に係る平面形
状計測装置による平面形状計測処理のフローチャートで
ある。
FIG. 2 is a flowchart of the plane shape measuring process by the plane shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.

【0041】図2において、まず、位相0°において干
渉縞画像I1を撮像し(ステップS1)、位相の周期
分(2π)の位相aを計測する(図3(a))(ステッ
プS2)。
In FIG. 2, first, an interference fringe image I 1 is picked up at a phase of 0 ° (step S1), and the phase a for one cycle (2π) of the phase is measured (FIG. 3 (a)) (step S2). ).

【0042】次いで、位相シフトを微小量行った(ステ
ップS3)後、干渉縞画像I2を撮像し(ステップS
4)、干渉縞画像I1と干渉縞画像I2との相対的移動量
bを計測する(図3(b))(ステップS5)。本ステ
ップにおいて、干渉縞画像I1と干渉縞画像I2とが互い
に平行でない場合等は、干渉縞上の複数の観測位置にお
いて前記相対的移動量bを計測し、それらの平均値をと
るのが好ましい。
Then, after performing a small amount of phase shift (step S3), the interference fringe image I 2 is picked up (step S3).
4) The relative movement amount b between the interference fringe image I 1 and the interference fringe image I 2 is measured (FIG. 3B) (step S5). In this step, when the interference fringe image I 1 and the interference fringe image I 2 are not parallel to each other, the relative movement amount b is measured at a plurality of observation positions on the interference fringe, and an average value thereof is taken. Is preferred.

【0043】続くステップS6では、位相シフトを微小
量行う。その後、干渉縞画像I3を撮像し(ステップS
7)、干渉縞画像I1と干渉縞画像I3との相対的移動量
cを計測する(図3(c))(ステップS8)。本ステ
ップにおいて、干渉縞画像I 1と干渉縞画像I3とが互い
に平行でない場合等は、干渉縞上の複数の観測位置にお
いて前記相対的移動量cを計測し、それらの平均値をと
るのが好ましい。
In the following step S6, the phase shift is made small.
Do the amount. After that, the interference fringe image I3(Step S
7), interference fringe image I1And interference fringe image I3Relative movement amount to
c is measured (FIG. 3C) (step S8). Book
Interference fringe image I 1And interference fringe image I3And each other
If it is not parallel to the
Then, the relative movement amount c is measured, and the average value thereof is calculated.
Is preferred.

【0044】ステップS9では、 α=2πb/a により、位相シフト量αを算出し、次いで、ステップS
10で、 β=2πc/a により、位相シフト量βを算出し、これらのα値及びβ
値を(2)式に代入して、3つの干渉縞画像情報I1(x,
y)、I2(x,y)、I3(x,y)を算出する(ステップS11)。
In step S9, the phase shift amount α is calculated by α = 2πb / a, and then step S
At 10, the phase shift amount β is calculated by β = 2πc / a, and these α value and β
Substituting the value into equation (2), the three interference fringe image information I 1 (x,
y), I 2 (x, y), and I 3 (x, y) are calculated (step S11).

【0045】ステップS12では、上記3つの干渉縞画
像情報I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)を位相接続処理及び
位相−平面変換処理等の公知の平面形状解析手法により
平面形状を算出する。
In step S12, the three pieces of interference fringe image information I 1 (x, y), I 2 (x, y), and I 3 (x, y) are publicly known such as phase connection processing and phase-plane conversion processing. The plane shape is calculated by the plane shape analysis method.

【0046】図2の処理によれば、位相0°における干
渉縞画像I1から位相の周期分(2π)の位相aを計
測し(ステップS2)、次いで、位相シフトを微小量行
った(ステップS3)際の干渉縞画像I2に基づいて干
渉縞画像I1と干渉縞画像I2との相対的移動量bを計測
し(ステップS5)、さらに位相シフトを微小量行った
(ステップS6)際の干渉縞画像I3に基づいて干渉縞
画像I1と干渉縞画像I3との相対的移動量cを計測し
(ステップS8)、α=2πb/aにより位相シフト量
αを算出し(ステップS9)、次いで、β=2πc/a
により位相シフト量βを算出する(ステップS10)の
で、専用のハードウェアを用いることなく位相シフト法
における位相シフト量を高精度で取得して平面形状を正
確に計測することができる。
According to the processing of FIG. 2, the phase a for one cycle (2π) of the phase is measured from the interference fringe image I 1 at the phase 0 ° (step S2), and then the phase shift is performed by a small amount ( The relative movement amount b between the interference fringe image I 1 and the interference fringe image I 2 is measured based on the interference fringe image I 2 at the time of step S3) (step S5), and the phase shift is further minutely performed (step S6). ) relative moving amount c of the interference fringe image I 1 on the basis of the interference fringe image I 3 and the interference fringe image I 3 is measured at the time (step S8), and calculates the amount of phase shift alpha by α = 2πb / a (Step S9), then β = 2πc / a
Since the phase shift amount β is calculated by (step S10), the phase shift amount in the phase shift method can be acquired with high accuracy and the planar shape can be accurately measured without using dedicated hardware.

【0047】図4は、本発明の第2の実施の形態に係る
平面形状計測装置であって、位相シフト方法として波長
可変方式を用いた装置の概略構成を示す構成図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a planar shape measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, which uses a wavelength variable system as a phase shift method.

【0048】本装置は、図1の装置における参照ミラー
微小変位機構14及び変位機構制御装置15に代えて、
波長可変式の光源31及び波長可変装置32を設け、こ
れ以外の構成は、図1の装置と同じである。
This apparatus is replaced with the reference mirror micro-displacement mechanism 14 and the displacement mechanism controller 15 in the apparatus shown in FIG.
A wavelength variable light source 31 and a wavelength variable device 32 are provided, and the rest of the configuration is the same as the device of FIG.

【0049】図4において、本実施の形態に係る平面形
状計測装置30は、主として、波長可変式赤色半導体レ
ーザよりなる光源31と、光源31に接続された波長制
御装置32と、ビームスプリッタ12と、参照ミラー1
3と、撮像装置16とから成る。
In FIG. 4, a planar shape measuring apparatus 30 according to the present embodiment mainly includes a light source 31 composed of a wavelength tunable red semiconductor laser, a wavelength control device 32 connected to the light source 31, and a beam splitter 12. , Reference mirror 1
3 and the image pickup device 16.

【0050】図4の装置では、図1の装置と同様にし
て、参照ミラー13の表面で反射された光と被計測物1
9の被検面(観測面)で反射された光とが参照ミラー1
3により再び重ね合わされて形成された干渉光は、結像
レンズ20により撮像装置16の受光面に結像され、撮
像装置16による撮像結果は画像処理装置22に送ら
れ、モニタ23により目視観察することができる。
In the apparatus of FIG. 4, similarly to the apparatus of FIG. 1, the light reflected on the surface of the reference mirror 13 and the DUT 1 are measured.
The light reflected by the test surface (observation surface) 9 is the reference mirror 1
The interference light formed by being superposed again by 3 is imaged on the light receiving surface of the imaging device 16 by the imaging lens 20, the imaging result by the imaging device 16 is sent to the image processing device 22, and is visually observed by the monitor 23. be able to.

【0051】図4の装置では、波長可変制御装置32に
より、光源31に所望の電圧を印加して光源31の波長
を変えることにより位相シフトを行う。
In the apparatus shown in FIG. 4, the wavelength tunable controller 32 applies a desired voltage to the light source 31 to change the wavelength of the light source 31, thereby performing the phase shift.

【0052】図4の装置による平面形状計測処理は、上
述した本発明の第1の実施の形態における図2の処理と
同様に実行されるので、説明を省略する。
Since the planar shape measuring process by the apparatus of FIG. 4 is executed in the same manner as the process of FIG. 2 in the first embodiment of the present invention described above, its explanation is omitted.

【0053】図5は、本発明の第3の実施の形態に係る
平面形状計測装置であって、位相シフト方法として三分
光方式を用いた装置の概略構成を示す構成図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a planar shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention, which uses a trispectral method as a phase shift method.

【0054】図5において、本実施の形態に係る平面形
状計測装置40は、主として、赤色半導体レーザより成
る光源41と、ビームスプリッタ42と、参照ミラー4
3と、λ/4波長板44と、第1の分光光学系45と、
第2の分光光学系46と、第3の分光光学系47とから
成る。
In FIG. 5, the planar shape measuring apparatus 40 according to the present embodiment mainly comprises a light source 41 composed of a red semiconductor laser, a beam splitter 42, and a reference mirror 4.
3, a λ / 4 wave plate 44, a first spectroscopic optical system 45,
It comprises a second spectroscopic optical system 46 and a third spectroscopic optical system 47.

【0055】第1の分光光学系45は、無偏光ビームス
プリッタ45aと、λ/4波長板45bと、偏光板45
cと、減衰板45dと、撮像装置45eとから成り、第
2の分光光学系46は、無偏光ビームスプリッタ46a
と、無偏光ビームスプリッタ46aと、λ/2波長板4
6bと、偏光板46cと、減衰板46dと、撮像装置4
6eとから成り、第3の分光光学系47は、無偏光ビー
ムスプリッタ47aと、偏光板47bと、撮像装置47
cとから成る。
The first spectroscopic optical system 45 includes a non-polarizing beam splitter 45a, a λ / 4 wavelength plate 45b, and a polarizing plate 45.
c, an attenuation plate 45d, and an image pickup device 45e, the second spectroscopic optical system 46 includes a non-polarization beam splitter 46a.
, The non-polarizing beam splitter 46a, and the λ / 2 wave plate 4
6b, a polarizing plate 46c, an attenuating plate 46d, and the imaging device 4
The third spectroscopic optical system 47 includes a non-polarizing beam splitter 47a, a polarizing plate 47b, and an imaging device 47.
It consists of c and.

【0056】光源41から出射したレーザ光は、対物レ
ンズ48を介してビームスプリッタ42に入射される。
このビームスプリッタ42を透過した光は、コリメート
レンズ49により平行光とされて参照ミラー43を照射
し、参照ミラー43の表面で一部の光が反射されると共
に、参照ミラー43を透過した光は、λ/4波長板44
を介して被計測物19の表面で反射される。
The laser light emitted from the light source 41 is incident on the beam splitter 42 via the objective lens 48.
The light transmitted through the beam splitter 42 is collimated by the collimator lens 49, illuminates the reference mirror 43, a part of the light is reflected on the surface of the reference mirror 43, and the light transmitted through the reference mirror 43 is , Λ / 4 wave plate 44
Is reflected by the surface of the object to be measured 19 via.

【0057】この結果、参照ミラー43の表面で反射さ
れた光と被計測物19の被検面で反射されてλ/4波長
板44を経た光は、参照ミラー43により再び重ね合わ
されて干渉光を形成する。そして、再度コリメータレン
ズ49を介してビームスプリッタ42で図中下方に導か
れる。この光は、第1の分光光学系45を介して撮像装
置45eの受光面、第2の分光光学系46を介して撮像
装置46eの受光面、第3の分光光学系47を介して撮
像装置47cの受光面に夫々結像される。
As a result, the light reflected by the surface of the reference mirror 43 and the light reflected by the surface to be measured of the object to be measured 19 and passing through the λ / 4 wave plate 44 are re-superposed by the reference mirror 43 and interfered with each other. To form. Then, it is guided again downward in the figure by the beam splitter 42 via the collimator lens 49. This light passes through the first spectroscopic optical system 45, the light receiving surface of the imaging device 45 e, the second spectroscopic optical system 46, the light receiving surface of the imaging device 46 e, and the third spectroscopic optical system 47, the imaging device. Images are formed on the light receiving surfaces of 47c.

【0058】撮像装置45e,46e,47cによる撮
像結果は、制御コンピュータ51に設けられた画像処理
装置52に送られ、モニタ53により目視観察すること
ができる。
The image pickup results of the image pickup devices 45e, 46e, 47c are sent to the image processing device 52 provided in the control computer 51, and can be visually observed by the monitor 53.

【0059】図5の装置による平面形状計測処理は、三
分光方式位相シフト法により互いに位相シフトされた干
渉縞画像I1,I2,I3を同時に取得した後、図2のス
テップS2,S5,S8と同様に、位相a、相対的移動
量b,cを計測し、次いで図2のステップS9〜S12
の処理を実行する。この場合、干渉縞画像I1,I2,I
3を同時にではなく順に取得してもよい。
In the plane shape measuring process by the apparatus of FIG. 5, the interference fringe images I 1 , I 2 , and I 3 which are mutually phase-shifted by the three-spectral phase shift method are simultaneously acquired, and then the steps S2 and S5 of FIG. , S8, the phase a and the relative movement amounts b and c are measured, and then steps S9 to S12 in FIG.
The process of is executed. In this case, the interference fringe images I 1 , I 2 , I
3 may be acquired sequentially instead of simultaneously.

【0060】上記実施の形態では、位相シフト法を用い
た平面形状計測処理を説明したが、この処理をプログラ
ムして記憶媒体に書き込み、公知の装置で該記憶媒体か
ら上記プログラムを読み出して実行しても、上述した処
理を実行することができる。また、記憶媒体は、フロッ
ピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、CD−R
OM、MO等の様々なものが考えられるが、特定のもの
に限定する必要はなく、上記プログラムを記憶できるも
のであればよい。
In the above embodiment, the planar shape measuring process using the phase shift method has been described. However, this process is programmed and written in a storage medium, and the program is read from the storage medium and executed by a known device. However, the above-described processing can be executed. The storage medium is a floppy (registered trademark) disk, hard disk, or CD-R.
Various types such as OM and MO are conceivable, but it is not limited to a specific type as long as the above program can be stored.

【0061】[0061]

【0062】[0062]

【0063】[0063]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項1記
載の平面形状計測装置によれば、位相シフト量の異なる
少なくとも3つの干渉縞画像を取得し、この取得された
干渉縞画像の1つから位相の1周期分(2π)の位相
と、少なくとも、取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の第1の相対的移動量と、少なくとも、取得さ
れた干渉縞画像の1つとさらに他の1つとの間の第2の
相対的移動量とを計測し、少なくとも、取得された干渉
縞画像の1つと他の1つとの間の位相シフト量を計測さ
れた位相の1周期分(2π)の位相と第1の相対的移動
量とから算出し、少なくとも、取得された干渉縞画像の
1つとさらに他の1つとの間の位相シフト量を計測され
た位相の1周期分(2π)の位相と第2の相対的移動量
とから算出するので、専用のハードウェアを用いること
なく位相シフト法における位相シフト量を高精度で取得
して平面形状を正確に計測することができる。
As described in detail above, according to the plane shape measuring apparatus of the first aspect, at least three interference fringe images having different phase shift amounts are acquired, and one of the acquired interference fringe images is acquired. From one to one phase (2π), and at least one of the acquired interference fringe images and the other one.
A first relative movement amount between the bracts, at least, the second measures the relative amount of movement between one still another one of the acquired interference fringe image, at least, have been acquired interference The phase shift amount between one of the fringe images and the other one is calculated from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the first relative movement amount, and at least the acquired interference fringe image Of one of the measured phase and the second relative movement amount, the phase shift amount between one of the two and the other one is calculated without using dedicated hardware. It is possible to acquire the phase shift amount in the phase shift method with high accuracy and accurately measure the planar shape.

【0064】請求項記載の平面形状計測装置によれ
ば、第1の相対的移動量及び第2の相対的移動量の各々
は、取得された干渉縞画像における干渉縞上の複数の観
測位置において夫々取得された複数の移動量の平均値か
ら成るので、取得された干渉縞画像が互いに平行でない
場合等であっても、精度良く所定の位相シフト量を取得
することができる。
[0064] According to the planar shape measuring apparatus according to claim 2, wherein each of the first relative movement amount and the second relative movement amount is more on Watarushima interference that put the acquired interference fringe image The interference fringe images obtained are not parallel to each other because they consist of the average value of multiple movements obtained at each observation position.
Even in such a case, the predetermined phase shift amount can be acquired accurately.

【0065】請求項記載の平面形状計測方法によれ
ば、請求項記載の平面形状計測装置と同様の効果を奏
することができる。
According to the plane shape measuring method of the third aspect , the same effect as that of the plane shape measuring apparatus of the first aspect can be obtained.

【0066】請求項記載の平面形状計測方法によれ
ば、請求項記載の平面形状計測装置と同様の効果を奏
することができる。
According to the plane shape measuring method of the fourth aspect , the same effect as that of the plane shape measuring apparatus of the second aspect can be obtained.

【0067】請求項記載の記憶媒体によれば、請求項
記載の平面形状計測装置と同様の効果を奏することが
できる。
According to the storage medium of claim 5 ,
The same effect as that of the planar shape measuring device described in 1 can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る平面形状計測
装置であって、位相シフト方法として光路長可変方式を
用いた装置の概略構成を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a planar shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention, which uses a variable optical path length method as a phase shift method.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係る平面形状計測
装置による平面形状計測処理のフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart of a plane shape measuring process by the plane shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】干渉縞の相対的移動量の説明図であり、(a)
は、干渉縞画像I1の場合(b)は、干渉縞画像I2の場
合、(c)は、干渉縞画像I3の場合である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a relative movement amount of interference fringes, (a)
In the case of the interference fringe image I 1 , (b) is the case of the interference fringe image I 2 , and (c) is the case of the interference fringe image I 3 .

【図4】本発明の第2の実施の形態に係る平面形状計測
装置であって、位相シフト方法として波長可変方式を用
いた装置の概略構成を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a planar shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, which uses a wavelength variable system as a phase shift method.

【図5】本発明の実施の形態に係る平面形状計測装置で
あって、位相シフト方法として三分光方式を用いた装置
の概略構成を示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a planar shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, which uses a trispectral method as a phase shift method.

【図6】線形な位相シフト誤差の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a linear phase shift error.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,30,40 平面形状計測装置 11,31 光源 12, 42 ビームスプリッタ 13, 43 参照ミラー 14 参照ミラー微小変位機構 15 変位機構制御装置 16 撮像装置 19 被計測物 21,51 制御コンピュータ 22,52 画像処理装置 32 波長制御装置 44 λ/4波長板 45 第1の分光光学系 46 第2の分光光学系 47 第3の分光光学系 10, 30, 40 Plane shape measuring device 11,31 light source 12, 42 Beam splitter 13, 43 Reference mirror 14 Reference mirror micro displacement mechanism 15 Displacement mechanism controller 16 Imaging device 19 Object to be measured 21,51 control computer 22,52 Image processing device 32 wavelength control device 44 λ / 4 wave plate 45 First Spectroscopic Optical System 46 Second Spectroscopic Optical System 47 Third Spectroscopic Optical System

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−306006(JP,A) 特開 平9−250907(JP,A) 特開 平11−173808(JP,A) 特開2000−275007(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-7-306006 (JP, A) JP-A-9-250907 (JP, A) JP-A-11-173808 (JP, A) JP-A 2000-275007 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 102

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被計測物の観測面からの第1の光学的反
射像と参照面からの第2の光学的反射像とを干渉させる
干渉光学系と、前記干渉により生じた干渉縞画像の光学
的位相の位相シフトを少なくとも3つの位相シフト量で
行う位相シフト手段と、当該少なくとも3つの位相シフ
ト量で位相シフトされた少なくとも3つの干渉縞画像を
取得する干渉縞画像取得手段と、前記干渉縞画像取得手
段により取得された当該少なくとも3つの干渉縞画像か
ら前記観測面の形状を算出する算出手段とを備える平面
形状計測装置において、前記算出手段は、 前記取得された干渉縞画像の1つから位相の1周期分
(2π)の位相を計測する第1の計測手段と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の第1の相対的移動量を計測する第2の計測手
段と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つとさらに
他の1つとの間の第2の相対的移動量を計測する第3の
計測手段と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の位相シフト量を前記計測された位相の1周期
分(2π)の位相と前記計測された第1の相対的移動量
とから算出する第1の算出手段と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つとさらに
他の1つとの間の位相シフト量を前記計測された位相の
1周期分(2π)の位相と前記計測された第2の相対的
移動量とから算出する第2の算出手段とを備えることを
特徴とする平面形状計測装置。
1. An interference optical system that causes a first optical reflection image from an observation surface of an object to be measured and a second optical reflection image from a reference surface to interfere with each other, and an interference fringe image generated by the interference. Phase shift means for performing phase shift of the optical phase by at least three phase shift amounts, interference fringe image acquisition means for obtaining at least three interference fringe images phase-shifted by the at least three phase shift amounts, and the interference in planar shape measuring apparatus comprising a calculation unit configured to calculated the at least three interference Shimaga image or <br/> et shape of the observation surface acquired by fringe image acquiring means, said calculation means has been the acquisition First measuring means for measuring the phase of one phase (2π) of the phase from one of the interference fringe images, and at least one of the acquired interference fringe images and the other one.
Second measuring means for measuring a first relative movement amount between the two and at least a second relative movement amount between one of the acquired interference fringe images and the other one. And a third measuring means for performing at least one of the acquired interference fringe images and the other one.
At least the first calculation means for calculating the amount of phase shift between the two from the phase for one cycle (2π) of the measured phase and the measured first relative movement amount. Calculating a phase shift amount between one of the interference fringe images and the other one from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the measured second relative movement amount. 2. A plane shape measuring apparatus comprising: two calculating means.
【請求項2】 前記計測された第1の相対的移動量及び
前記計測された第2の相対的移動量の各々は、前記取得
された干渉縞画像における干渉縞上の複数の観測位置に
おいて夫々取得された複数の移動量の平均値から成るこ
とを特徴とする請求項2記載の平面形状計測装置。
2. Each of the measured first relative movement amount and the measured second relative movement amount at a plurality of observation positions on an interference fringe in the acquired interference fringe image, respectively. The planar shape measuring apparatus according to claim 2, wherein the planar shape measuring apparatus comprises an average value of a plurality of acquired movement amounts.
【請求項3】 被計測物の観測面からの第1の光学的反
射像と参照面からの第2の光学的反射像とを干渉させる
干渉工程と、前記干渉により生じた干渉縞画像の光学的
位相の位相シフトを少なくとも3つの位相シフト量で行
う位相シフト工程と、当該少なくとも3つの位相シフト
量で位相シフトされた少なくとも3つの干渉縞画像を取
得する干渉縞画像取得工程と、前記干渉縞画像取得工程
により取得された当該少なくとも3つの干渉縞画像か
前記観測面の形状を算出する算出工程とを含む平面形状
計測方法において、 前記算出工程は、 前記取得された干渉縞画像の1つから位相の1周期分
(2π)の位相を計測する第1の計測工程と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の第1の相対的移動量を計測する第2の計測工
程と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つとさらに
他の1つとの間の第2の相対的移動量を計測する第3の
計測工程と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の位相シフト量を前記計測された位相の1周期
分(2π)の位相と前記計測された第1の相対的移動量
とから算出する第1の算出工程と、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つとさらに
他の1つとの間の位相シフト量を前記計測された位相の
1周期分(2π)の位相と前記計測された第2の相対的
移動量とから算出する第2の算出工程とを備えることを
特徴とする平面形状計測方法。
3. An interference step of causing a first optical reflection image from an observation surface of an object to be measured and a second optical reflection image from a reference surface to interfere with each other, and an optics of an interference fringe image generated by the interference. Phase shift step of performing the phase shift of the target phase by at least three phase shift amounts, an interference fringe image acquisition step of acquiring at least three interference fringe images phase-shifted by the at least three phase shift amounts, and the interference fringes in planar shape measuring method and a calculation step of calculating the acquired said at least three interference Shimaga image or et shape of the observation surface by the image acquisition step, the calculating step, 1 of the acquired interference fringe image A first measurement step of measuring the phase of one cycle (2π) of the phase, and at least one of the acquired interference fringe images and the other one.
A second measurement step of measuring a first relative movement amount between the two and at least a second relative movement amount between one of the acquired interference fringe images and the other one. The third measurement step, and at least one of the acquired interference fringe images and another
A first calculation step of calculating a phase shift amount between the bracts and a phase as a first relative movement amount the measured for one period of the measured phase (2 [pi), at least, is the acquisition Calculating a phase shift amount between one of the interference fringe images and the other one from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the measured second relative movement amount. 2. A plane shape measuring method, comprising:
【請求項4】 前記計測された第1の相対的移動量及び
前記計測された第2の相対的移動量の各々は、前記取得
された干渉縞画像における干渉縞上の複数の観測位置に
おいて夫々取得された複数の移動量の平均値から成るこ
とを特徴とする請求項3記載の平面形状計測方法。
4. The measured first relative movement amount and the measured second relative movement amount are respectively measured at a plurality of observation positions on an interference fringe in the acquired interference fringe image. 4. The planar shape measuring method according to claim 3, comprising an average value of a plurality of acquired movement amounts.
【請求項5】 平面形状計測方法を実行するプログラム
を記憶した機械的に読み出し可能な記憶媒体であって、
前記平面形状計測方法は、被計測物の観測面からの第1
の光学的反射像と参照面からの第2の光学的反射像とを
干渉させる干渉ステップと、前記干渉により生じた干渉
縞画像の光学的位相の位相シフトを少なくとも3つの位
相シフト量で行う位相シフトステップと、当該少なくと
も3つの位相シフト量で位相シフトされた少なくとも3
つの干渉縞画像を取得する干渉縞画像取得ステップと、
前記干渉縞画像取得ステップにより取得された当該少な
くとも3つの干渉縞画像から前記観測面の形状を算出す
る算出ステップとを含み、 前記算出ステップは、 前記取得された干渉縞画像の1つから位相の1周期分
(2π)の位相を計測する第1の計測ステップと、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の第1の相対的移動量を計測する第2の計測ス
テップと、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つとさらに
他の1つとの間の第2の相対的移動量を計測する第3の
計測ステップと、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つと他の1
つとの間の位相シフト量を前記計測された位相の1周期
分(2π)の位相と前記計測された第1の相対的移動量
とから算出する第1の算出ステップと、少なくとも、 前記取得された干渉縞画像の1つとさらに
他の1つとの間の位相シフト量を前記計測された位相の
1周期分(2π)の位相と前記計測された第2の相対的
移動量とから算出する第2の算出ステップとを備えるこ
とを特徴とする記憶媒体。
5. A mechanically readable storage medium storing a program for executing a planar shape measuring method,
The plane shape measuring method is the first method from the observation surface of the measured object.
Interference step of causing the optical reflection image of the second optical reflection image from the second optical reflection image from the reference surface, and a phase shift of the optical phase of the interference fringe image generated by the interference with at least three phase shift amounts. A shift step and at least 3 phase-shifted by the at least 3 phase shift amounts.
Interference fringe image acquisition step of acquiring one interference fringe image,
And a calculation step of calculating the interference fringe image corresponding acquired by the acquiring step at least three interference Shimaga image or et shape of the observation surface, the calculating step, from one of the acquired interference fringe image A first measurement step of measuring a phase for one cycle (2π) of the phase, and at least one of the acquired interference fringe images and another one.
A second measurement step of measuring a first relative movement amount between the two and at least a second relative movement amount between one of the acquired interference fringe images and the other one. And a third measurement step for performing at least one of the acquired interference fringe images and the other one.
A first calculation step of calculating a phase shift amount between the bracts and a phase as a first relative movement amount the measured for one period of the measured phase (2 [pi), at least, is the acquisition Calculating a phase shift amount between one of the interference fringe images and the other one from the phase of one cycle (2π) of the measured phase and the measured second relative movement amount. 2. A storage medium comprising: two calculation steps.
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