JPH05141932A - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
- Publication number
- JPH05141932A JPH05141932A JP30148191A JP30148191A JPH05141932A JP H05141932 A JPH05141932 A JP H05141932A JP 30148191 A JP30148191 A JP 30148191A JP 30148191 A JP30148191 A JP 30148191A JP H05141932 A JPH05141932 A JP H05141932A
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- Japan
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- light
- measured
- difference
- interference fringes
- interference
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 外部光による測定精度の低下を防止するこ
と。 【構成】 光強度に応じた電気量に変換する複数の光電
変換素子２１を干渉縞の１／２ピッチ毎に配設して成る
受光手段２と、隣接する該光電変換素子２１から得られ
る電気量の差の電気量を演算出力する差演算手段３を設
け、この差演算手段３の出力信号の位相により被測定物
５の表面の凹凸を検出するようにしたもの。
と。 【構成】 光強度に応じた電気量に変換する複数の光電
変換素子２１を干渉縞の１／２ピッチ毎に配設して成る
受光手段２と、隣接する該光電変換素子２１から得られ
る電気量の差の電気量を演算出力する差演算手段３を設
け、この差演算手段３の出力信号の位相により被測定物
５の表面の凹凸を検出するようにしたもの。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の表面形状を計測
する表面形状測定装置に関する。
する表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】物体の表面形状を計測する方法として、
本発明者は、図３（ａ）に示す移動干渉縞光切断法によ
る装置を提案している。この装置は、干渉投光器１から
移動干渉縞Ｃを生じる２光波Ｂ１，Ｂ２を被測定物５に
照射し、２光波Ｂ１，Ｂ２の差の周期（ヘテロダイン周
期）で干渉縞の１縞分を移動させる。２光波は被測定物
５の平面の垂線に対し角度θを持って照射され、受光器
２は垂線方向から被測定物５の表面を観測する。従っ
て、受光器２には、図３（ｂ）に示すように、被測定物
５の表面形状に応じて湾曲した移動干渉縞が観測され
る。この観測画像中の一点の位置に着目したとき、その
点の光強度の変化はヘテロダイン周期の正弦波となり、
画像中の各点の光強度の変化から位相測定器４で位相を
検出することにより被測定物５の表面の凹凸を検出する
ことができる。
本発明者は、図３（ａ）に示す移動干渉縞光切断法によ
る装置を提案している。この装置は、干渉投光器１から
移動干渉縞Ｃを生じる２光波Ｂ１，Ｂ２を被測定物５に
照射し、２光波Ｂ１，Ｂ２の差の周期（ヘテロダイン周
期）で干渉縞の１縞分を移動させる。２光波は被測定物
５の平面の垂線に対し角度θを持って照射され、受光器
２は垂線方向から被測定物５の表面を観測する。従っ
て、受光器２には、図３（ｂ）に示すように、被測定物
５の表面形状に応じて湾曲した移動干渉縞が観測され
る。この観測画像中の一点の位置に着目したとき、その
点の光強度の変化はヘテロダイン周期の正弦波となり、
画像中の各点の光強度の変化から位相測定器４で位相を
検出することにより被測定物５の表面の凹凸を検出する
ことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来装置
では、ヘテロダイン周波数に近い外光ノイズや、光パル
スが受光器に入射した場合にその影響を受け、位相測定
精度が悪化するという問題がある。本発明は、上記問題
を解消しようとしてなされたもので、外光ノイズの影響
を受け難い表面形状測定装置を提供することを目的とす
る。
では、ヘテロダイン周波数に近い外光ノイズや、光パル
スが受光器に入射した場合にその影響を受け、位相測定
精度が悪化するという問題がある。本発明は、上記問題
を解消しようとしてなされたもので、外光ノイズの影響
を受け難い表面形状測定装置を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、図１に示すように、２光波Ｂ１，Ｂ２に
より移動干渉縞を生じる干渉光を被測定物５に照射する
干渉光発生手段１と、被測定物５上の移動干渉縞を照射
角度と異る角度から観測し、被測定物５の各点における
光強度変化の位相から被測定物５の表面の凹凸を測定す
る装置において、光強度に応じた電気量に変換する複数
の光電変換素子２１を干渉縞の１／２ピッチ毎に配設し
て成る受光手段２と、隣接する光電変換素子２１から得
られる電気量の差の電気量を演算出力する差演算手段３
を設け、この差演算手段３の出力により被測定物５の表
面の凹凸を検出するように構成する。
め、本発明は、図１に示すように、２光波Ｂ１，Ｂ２に
より移動干渉縞を生じる干渉光を被測定物５に照射する
干渉光発生手段１と、被測定物５上の移動干渉縞を照射
角度と異る角度から観測し、被測定物５の各点における
光強度変化の位相から被測定物５の表面の凹凸を測定す
る装置において、光強度に応じた電気量に変換する複数
の光電変換素子２１を干渉縞の１／２ピッチ毎に配設し
て成る受光手段２と、隣接する光電変換素子２１から得
られる電気量の差の電気量を演算出力する差演算手段３
を設け、この差演算手段３の出力により被測定物５の表
面の凹凸を検出するように構成する。
【０００５】
【作用】干渉光発生手段１から照射された干渉光は被測
定物５の表面に移動干渉縞Ｃとなって表れる。この移動
干渉縞はレンズＬを介して受光手段２に入力され光電変
換素子２１上に結像する。この場合、被測定物５の表面
の干渉縞の間隔の１／２の間隔の位置Ａ点とＢ点におけ
る反射光が隣接する光電変換素子２１に入射され、その
光強度は１８０°の位相差を持って変化する。これが電
気量ＤA ，ＤB として検出され、差演算手段３により差
分（ＤA−ＤB ）が出力される。これによって、外部か
ら侵入する光ノイズはＤA ，ＤB に同相分として検出さ
れるので相殺され、その影響をなくすことができる。
定物５の表面に移動干渉縞Ｃとなって表れる。この移動
干渉縞はレンズＬを介して受光手段２に入力され光電変
換素子２１上に結像する。この場合、被測定物５の表面
の干渉縞の間隔の１／２の間隔の位置Ａ点とＢ点におけ
る反射光が隣接する光電変換素子２１に入射され、その
光強度は１８０°の位相差を持って変化する。これが電
気量ＤA ，ＤB として検出され、差演算手段３により差
分（ＤA−ＤB ）が出力される。これによって、外部か
ら侵入する光ノイズはＤA ，ＤB に同相分として検出さ
れるので相殺され、その影響をなくすことができる。
【０００６】
【実施例】本発明による表面形状測定装置の実施例を図
１に示す。図１において、被測定物５の表面に２光波Ｂ
１，Ｂ２を照射する干渉投光器１と、受光点の光強度の
位相を検出する位相測定器４は従来と同様のものであ
る。受光手段２は複数の光検出画素２１で構成され、各
光検出画素２１に入射した光強度に応じて電気信号に変
換する。差演算手段３は隣接する光検出画素２１により
検出された光強度ＤAとＤB の差を演算して出力するも
のである。
１に示す。図１において、被測定物５の表面に２光波Ｂ
１，Ｂ２を照射する干渉投光器１と、受光点の光強度の
位相を検出する位相測定器４は従来と同様のものであ
る。受光手段２は複数の光検出画素２１で構成され、各
光検出画素２１に入射した光強度に応じて電気信号に変
換する。差演算手段３は隣接する光検出画素２１により
検出された光強度ＤAとＤB の差を演算して出力するも
のである。
【０００７】図１の構成において、受光手段２の光軸は
Ｚ軸（被測定物５の表面の垂線軸）と平行とする。これ
によっても、一般性は失われない。光波Ｂ１は、角周波
数ω1 でｚ軸に対してθ1 傾けて投光する。また、光波
Ｂ２は、角周波数ω2 でｚ軸に対してθ2 傾けて投光す
る。 Δω＝ω2 −ω1 ＜＜ω1 であるので、Ｂ１，Ｂ２の波長は共にλで表す。光波Ｂ
１とＢ２の電界は、 ＥB1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝exp ｉ｛ω1 ｔ＋φ1 （ｘ，ｙ，ｚ）｝ (1) ＥB2（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝exp ｉ｛ω2 ｔ＋φ2 （ｘ，ｙ，ｚ）｝ ただし、 となる。光波Ｂ１とＢ２による干渉縞の光強度は Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝｜ＥB1＋ＥB2｜2 ＝｜ＥB1｜2 ＋｜ＥB1｜2 ＋２cos ｛Δωt ＋（φ2 −φ1 ）｝
（２） である。即ち、ｘ，ｙ，ｚ点における光強度の位相は、 ψ＝φ２ −φ1 ＝ｋ1 ｙ＋ｋ2 ｚ ただし ｋ1 ＝２π（sin θ2 −sin θ1 ）／λ ｋ2 ＝２π（cos θ2 −cos θ1 ）／λ で与えられる。受光手段２には、光軸がＺ軸と平行なの
で、被測定物５の表面の座標ｘ，ｙ点の高さに応じて位
相の変化した光強度の反射光が入力される。
Ｚ軸（被測定物５の表面の垂線軸）と平行とする。これ
によっても、一般性は失われない。光波Ｂ１は、角周波
数ω1 でｚ軸に対してθ1 傾けて投光する。また、光波
Ｂ２は、角周波数ω2 でｚ軸に対してθ2 傾けて投光す
る。 Δω＝ω2 −ω1 ＜＜ω1 であるので、Ｂ１，Ｂ２の波長は共にλで表す。光波Ｂ
１とＢ２の電界は、 ＥB1（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝exp ｉ｛ω1 ｔ＋φ1 （ｘ，ｙ，ｚ）｝ (1) ＥB2（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝exp ｉ｛ω2 ｔ＋φ2 （ｘ，ｙ，ｚ）｝ ただし、 となる。光波Ｂ１とＢ２による干渉縞の光強度は Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝｜ＥB1＋ＥB2｜2 ＝｜ＥB1｜2 ＋｜ＥB1｜2 ＋２cos ｛Δωt ＋（φ2 −φ1 ）｝
（２） である。即ち、ｘ，ｙ，ｚ点における光強度の位相は、 ψ＝φ２ −φ1 ＝ｋ1 ｙ＋ｋ2 ｚ ただし ｋ1 ＝２π（sin θ2 −sin θ1 ）／λ ｋ2 ＝２π（cos θ2 −cos θ1 ）／λ で与えられる。受光手段２には、光軸がＺ軸と平行なの
で、被測定物５の表面の座標ｘ，ｙ点の高さに応じて位
相の変化した光強度の反射光が入力される。
【０００８】被測定物上の干渉縞の間隔ｄは、式(3) よ
りｚ＝０として、 ｋ1 ｙ＝２πｎ より、 ｄ＝２π／ｋ1 ＝λ／（sin θ2 −sin θ1 ） (4) である。そこで、光検出画素21は、干渉縞の間隔ｄ／２
ピッチで観測するように構成する。いま、Ａ点の座標を （ｘ，ｙ，ｚ） Ｂ点の座標を （ｘ，ｙ＋ｄ／２，ｚ＋Δｚ） Ａ点およびＢ点に入射する外光ノイズを ＥN とすれば、Ａ点の光強度ＩA およびＢ点の光強度Ｉ
B は、式(2) ，(3) より、 ＩA ＝｜ＥB1｜2 ＋｜ＥB1｜2 ＋２cos （Δωt ＋φA ）＋｜ＥN ｜2 ＩB ＝｜ＥB1｜2 ＋｜ＥB1｜2 ＋２cos （Δωt ＋φB ）＋｜ＥN ｜2 (5) ただし φA ＝ｋ1 ｙ＋ｋ2 ｚ φB ＝ｋ1 （ｙ＋ｄ／２）＋ｋ2 （ｚ＋Δｚ） ＝φA ＋π＋ｋ2 Δｚ となる。そこで、Ａ点およびＢ点より検出される光強度
の差は、 ＩA −ＩB ＝２｛cos （Δωt ＋φA ）−cos （Δωt ＋φB ）｝ ＝４cos （Δωt ＋φA ＋ｋ2 Δｚ／２）cos （ｋ2 Δｚ／２） (6) となる。ここで、式(6) から外光ノイズＥN の項が消え
ているのがわかる。
りｚ＝０として、 ｋ1 ｙ＝２πｎ より、 ｄ＝２π／ｋ1 ＝λ／（sin θ2 −sin θ1 ） (4) である。そこで、光検出画素21は、干渉縞の間隔ｄ／２
ピッチで観測するように構成する。いま、Ａ点の座標を （ｘ，ｙ，ｚ） Ｂ点の座標を （ｘ，ｙ＋ｄ／２，ｚ＋Δｚ） Ａ点およびＢ点に入射する外光ノイズを ＥN とすれば、Ａ点の光強度ＩA およびＢ点の光強度Ｉ
B は、式(2) ，(3) より、 ＩA ＝｜ＥB1｜2 ＋｜ＥB1｜2 ＋２cos （Δωt ＋φA ）＋｜ＥN ｜2 ＩB ＝｜ＥB1｜2 ＋｜ＥB1｜2 ＋２cos （Δωt ＋φB ）＋｜ＥN ｜2 (5) ただし φA ＝ｋ1 ｙ＋ｋ2 ｚ φB ＝ｋ1 （ｙ＋ｄ／２）＋ｋ2 （ｚ＋Δｚ） ＝φA ＋π＋ｋ2 Δｚ となる。そこで、Ａ点およびＢ点より検出される光強度
の差は、 ＩA −ＩB ＝２｛cos （Δωt ＋φA ）−cos （Δωt ＋φB ）｝ ＝４cos （Δωt ＋φA ＋ｋ2 Δｚ／２）cos （ｋ2 Δｚ／２） (6) となる。ここで、式(6) から外光ノイズＥN の項が消え
ているのがわかる。
【０００９】検出される位相は、 φA ＋ｋ2 Δｚ／２ で、測定される表面の凹凸値はＡ点とＢ点の平均値とな
る。また、干渉縞の間隔より被測定物の凹凸が十分小さ
いので Δｚ＜＜１ より、 となって、式(5) と式(6) を較べると、振幅は２倍とな
り、電気ノイズなどに対しても有利である。
る。また、干渉縞の間隔より被測定物の凹凸が十分小さ
いので Δｚ＜＜１ より、 となって、式(5) と式(6) を較べると、振幅は２倍とな
り、電気ノイズなどに対しても有利である。
【００１０】なお、受光手段２および差演算手段３の詳
細構成を図２に示す。このように受光手段２は複数のフ
ォトダイオード、等の光検出画素２１で構成し、差演算
手段３は複数の差演算器３１で隣接する光検出画素２１
の出力ＤA とＤB の差を出力するように構成する。
細構成を図２に示す。このように受光手段２は複数のフ
ォトダイオード、等の光検出画素２１で構成し、差演算
手段３は複数の差演算器３１で隣接する光検出画素２１
の出力ＤA とＤB の差を出力するように構成する。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、移動干渉縞光切断法を
用いた形状計測において、外光ノイズが存在するとき
に、差演算を行なうことでノイズの影響を除去し、高精
度の測定を行うことのできる表面形状測定装置を得るこ
とができる。
用いた形状計測において、外光ノイズが存在するとき
に、差演算を行なうことでノイズの影響を除去し、高精
度の測定を行うことのできる表面形状測定装置を得るこ
とができる。
【図１】本発明の表面形状測定装置の構成図
【図２】本発明の要部（受光手段と差演算手段）の構成
図
図
【図３】従来装置の構成図
１…干渉投光器、 ２…受光手段 ３…差演算手段、 ４…位相測定器 ５…被測定物、 21…光検出画素、31…差演算
器、 B1, B2…光波、Ｃ…移動干渉縞、 Ｌ
…レンズ
器、 B1, B2…光波、Ｃ…移動干渉縞、 Ｌ
…レンズ
Claims (1)
- 【請求項１】 ２光波により移動干渉縞を生じる干渉光
を被測定物に照射する干渉光発生手段と、該被測定物上
の移動干渉縞を照射角度と異る角度から観測し、該被測
定物の各点における光強度変化の位相から該被測定物の
表面の凹凸を測定する装置において、 光強度に応じた電気量に変換する複数の光電変換素子を
干渉縞の１／２ピッチ毎に配設して成る受光手段と、隣
接する該光電変換素子から得られる電気量の差の電気量
を演算出力する差演算手段を設け、この差演算手段の出
力により該被測定物の表面の凹凸を検出することを特徴
とする表面形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30148191A JPH05141932A (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30148191A JPH05141932A (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 表面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05141932A true JPH05141932A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=17897429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30148191A Pending JPH05141932A (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05141932A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117289156A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-26 | 珠海格力电器股份有限公司 | 遥控器的电池电量提示方法、装置、控制器及遥控器 |
-
1991
- 1991-11-18 JP JP30148191A patent/JPH05141932A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117289156A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-26 | 珠海格力电器股份有限公司 | 遥控器的电池电量提示方法、装置、控制器及遥控器 |
| CN117289156B (zh) * | 2023-11-23 | 2024-04-26 | 珠海格力电器股份有限公司 | 遥控器的电池电量提示方法、装置、控制器及遥控器 |
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