JPH11194011A - Interference apparatus - Google Patents

Interference apparatus

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JPH11194011A
JPH11194011A JP10011918A JP1191898A JPH11194011A JP H11194011 A JPH11194011 A JP H11194011A JP 10011918 A JP10011918 A JP 10011918A JP 1191898 A JP1191898 A JP 1191898A JP H11194011 A JPH11194011 A JP H11194011A
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JP
Japan
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interference
light
measured
light wave
lightwave
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JP10011918A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichi Kamiya
誠一 神谷
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an interference apparatus by which the face shape of an object to be measured can be measured with high accuracy, by a method wherein a background component which is detected in advance is removed from interference light waves. SOLUTION: A shielding plate 15a is changed over to the outside of an optical path, and a shielding plate 15b is changed over to the inside of the optical path. Only measuring light waves which contain a background component (interference fringes or the like generated due to dust particles stuck to an object to be measured and to an optical element, due to an irregularity in a coating or the like or due to the optical element other than the object to be measured) are detected by a CCD camera 11 so as to be stored in a frame memory 13b for background. Then, the shielding plate 15a is changed over to the inside of the optical path, and the shielding plate 15b is changed over to the outside of the optical path. Only reference light waves which contain the background component are detected by the camera 11 so as to be stored in the memory 13b. Then, both shielding plates 15a, 15b are changed over to the outside of the optical path, and interference light waves are photographed by the camera 11 so as to be stored in a frame memory 13a for interference light waves. Then, the interference light waves and the detected background component are computed between frames. Information on the light-wave face of the object to be measured from which the background component is removed by a subtracter 16, is adjusted by a level regulator 17 so as to be output to a monitor 12.

Description

【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】本発明は干渉計を用いて光学
部品の形状や屈折率分布を測定する干渉装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interferometer for measuring the shape and refractive index distribution of an optical component using an interferometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】干渉計は光の干渉現象を利用して光の波
面形状を干渉縞のパターンとして検知するものであり、
レンズやミラー等の光学部品形状を精密に測定したり、
ガラスの屈折率分布を精密に測定する方法として、広く
工業用に使用されている。干渉計を利用して比較的高精
度にレンズの形状を測定できる干渉装置として、フリン
ジスキャン干渉装置が知られている。
2. Description of the Related Art An interferometer detects a wavefront shape of light as a pattern of interference fringes by utilizing a light interference phenomenon.
Precise measurement of optical component shapes such as lenses and mirrors,
As a method for precisely measuring the refractive index distribution of glass, it is widely used for industrial purposes. A fringe scan interferometer is known as an interferometer capable of measuring the shape of a lens with relatively high accuracy using an interferometer.

【0003】図3に従来のフリンジスキャン干渉装置の
光学系の要部概略図を示す。
FIG. 3 is a schematic view of a main part of an optical system of a conventional fringe scan interference device.

【0004】同図において1は可干渉性の光束を放射す
るレーザ光源であり、2は入射する光束径を拡大させて
射出するビームエキスパンダであり、3は入射光束の偏
光状態に応じて反射または透過させる偏光ビームスプリ
ッタ、4a、4bは直線偏光と円偏光の変換を行ってい
るλ/4板、5は入射光束を集光し後述する被測定物6
に入射させるコリメータレンズ、6は凹面の被測定物で
あり、ここでは面形状6aを計測している。7は参照光
波を作り出す参照平面ミラーであり、8は参照平面ミラ
ー7を光軸方向に移動させる手段となる圧電素子、9は
直交する二つの直線偏光成分を持つ光波のうち、特定の
偏光成分を抽出し干渉させる45゜方位の偏光板であ
り、10は干渉光波をCCDカメラ11に取り込ませる
役を行なっている集光レンズであり、12はCCDカメ
ラ11で取り込まれた像を(干渉像)表示するモニタで
ある。13は干渉光波の光波面情報を記憶するフレーム
メモリ、14はコンピュータである。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser light source that emits a coherent light beam, 2 denotes a beam expander that expands the diameter of the incident light beam and emits the light beam, and 3 denotes a reflection according to the polarization state of the incident light beam. Alternatively, the polarizing beam splitters 4a and 4b that transmit light are λ / 4 plates that convert between linearly polarized light and circularly polarized light.
Is a collimator lens to be incident on the object, and 6 is an object to be measured having a concave surface. Here, the surface shape 6a is measured. Reference numeral 7 denotes a reference plane mirror for generating a reference light wave, 8 denotes a piezoelectric element serving as means for moving the reference plane mirror 7 in the optical axis direction, and 9 denotes a specific polarization component among light waves having two orthogonal linear polarization components. Is a polarizing plate having a 45 ° azimuth for extracting and interfering light, 10 is a condensing lens that plays a role of capturing the interference light wave into the CCD camera 11, and 12 is an image captured by the CCD camera 11 (an interference image). ) Monitor to display. 13 is a frame memory for storing light wavefront information of the interference lightwave, and 14 is a computer.

【0005】図3に示すレーザ1から出射した光束はビ
ームエキスパンダ2で光束を拡大された後、偏光ビーム
スプリッタ3で反射光と透過光に分けられる。反射光は
λ/4板4aを通ることで直線偏光から円偏光へ変わ
り、基準となる球面波を作り出すコリメータレンズ5を
介して被測定物6へ入射し、測定光波となって反射す
る。この測定光波は、被測定物6の面形状情報6aを持
つことになる。反射した測定光波は、元の光路を戻り、
再びλ/4板4aを通ることで往きと比べて90゜回転
した直線偏光となって、偏光ビームスプリッタ3で今度
は透過することになる。もう一方の透過光は、λ/4板
4bを通って直線偏光から円偏光へ変わって参照平面ミ
ラー7に入射し、参照光波となって反射する。反射した
参照光波は、再びλ/4板4bを通ることで往きとくら
べて90゜回転した直線偏光となり、偏光ビームスプリ
ッタ3で今度は反射することになる。偏光ビームスプリ
ッタ3で測定光波と参照光波が再び重なり合い、45゜
方位の偏光板9を通ることで干渉光波となる。この干渉
光波は集光レンズ10を介してCCDカメラ11で撮像
され、モニタ12で干渉縞の様子を観察できる。モニタ
12に写し出される干渉縞を見ながらヌル状態になるよ
うに被測定物6を動かし、位置決めする。この状態でC
CDカメラ11から取り込んだ干渉光波の光波面情報を
フレームメモリ13に記憶する。次に圧電素子を使い、
参照平面ミラー7をλ/4だけ光軸方向に動かし、同様
にフレームメモリ13に記録する。この後、もう一度同
じ動作を行い、計三回の光波面情報をフレームメモリ1
3に記録させておく。
A light beam emitted from a laser 1 shown in FIG. 3 is expanded by a beam expander 2 and then divided by a polarization beam splitter 3 into reflected light and transmitted light. The reflected light changes from linearly polarized light to circularly polarized light by passing through the λ / 4 plate 4a, enters the DUT 6 via the collimator lens 5 that creates a reference spherical wave, and is reflected as a measurement light wave. This measurement light wave has surface shape information 6a of the DUT 6. The reflected measurement light wave returns to the original optical path,
The light again passes through the λ / 4 plate 4a, becomes linearly polarized light rotated by 90 ° as compared with the outgoing light, and is transmitted by the polarization beam splitter 3 this time. The other transmitted light changes from linearly polarized light to circularly polarized light through the λ / 4 plate 4b, enters the reference plane mirror 7, and is reflected as a reference light wave. The reflected reference light wave passes through the λ / 4 plate 4b again, becomes linearly polarized light rotated by 90 ° as compared with the normal direction, and is reflected by the polarization beam splitter 3 this time. The measuring light wave and the reference light wave overlap again by the polarizing beam splitter 3 and pass through the polarizing plate 9 in the 45 ° direction to become an interference light wave. This interference light wave is imaged by the CCD camera 11 via the condenser lens 10, and the state of the interference fringes can be observed on the monitor 12. The object 6 is moved and positioned so as to be in a null state while observing the interference fringes projected on the monitor 12. In this state, C
The light wavefront information of the interference lightwave captured from the CD camera 11 is stored in the frame memory 13. Next, using a piezoelectric element,
The reference plane mirror 7 is moved in the optical axis direction by λ / 4, and is similarly recorded in the frame memory 13. Thereafter, the same operation is performed once again, and the light wavefront information for a total of three times is stored in the frame memory 1.
Record it in 3.

【0006】この三つの波面情報の位相は、一般に良く
知られているバケット法を用いて計算できる。
The phases of the three pieces of wavefront information can be calculated by using a well-known bucket method.

【0007】 V1=V0(1+cosφ) ・・・数式1 V2=V0(1−sinφ) ・・・数式2 V3=V0(1−cosφ) ・・・数式3 これらの式を展開すると φ=tan-1((V3−V2)/(V1−V2))・・・数式4 となる。V1 = V0 (1 + cosφ) Expression 1 V2 = V0 (1−sinφ) Expression 2 V3 = V0 (1−cosφ) Expression 3 When these expressions are expanded, φ = tan − 1 ((V3−V2) / (V1−V2))...

【0008】したがって干渉光波の各測定点毎に、位相
を数式4から計算し、面として復元させれば、被測定物
の面形状情報6aを測定できることになる。
Therefore, if the phase is calculated from Equation 4 for each measurement point of the interference light wave and is restored as a surface, the surface shape information 6a of the measured object can be measured.

【0009】またバックグラウンド領域の識別方法とし
ては、特開平2−12001号公報や特開平4−695
05号公報に記載されている。
As a method of identifying a background area, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
No. 05.

【0010】ここでは特開平2−12001号公報を例
に挙げ、簡単な説明を行なう。
Here, a brief description will be given by taking JP-A-2-12001 as an example.

【0011】図4にバックグラウンド領域の識別フロー
チャートを示す。なお、干渉縞はフリンジスキャン干渉
装置から作り出すことにする。まず先述した方法で複数
の光波面情報を検出し、フレームメモリに格納する。
(先述例では三つの光波面情報を検出したが、できるだ
け数多くの光波面情報を検出した方がよい。)次に各画
素毎に光波面情報の最大値と最小値を検出し、 S=最大値−最小値 H=((最大値+最小値)/2)/X (X=係数) を求める。
FIG. 4 is a flowchart for identifying a background area. The interference fringes are generated by a fringe scan interference device. First, a plurality of light wavefront information is detected by the method described above and stored in the frame memory.
(Three pieces of light wavefront information are detected in the above-described example, but it is better to detect as many light wavefront information as possible.) Next, the maximum value and the minimum value of the lightwave front information are detected for each pixel, and S = maximum. Value−minimum value H = ((maximum value + minimum value) / 2) / X (X = coefficient)

【0012】各画素毎にSとHの大きさを比較し、S<
Hが真なら、その画素は信号領域、偽なら、その画素は
バックグラウンド領域と識別する。
The magnitudes of S and H are compared for each pixel, and S <
If H is true, the pixel is identified as a signal area; if false, the pixel is identified as a background area.

【0013】このような方法は、オフセットレベルを基
準とした数値と正弦波状の信号の変化量を比較し、信号
領域とバックグラウンド領域とを識別するため、オフセ
ットレベルの小さな画素に対しても、誤りなく識別でき
る特徴がある。
According to such a method, a numerical value based on the offset level is compared with the amount of change in the sinusoidal signal to discriminate the signal region from the background region. There are features that can be identified without errors.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】先述した従来の干渉装
置は、測定エリア内の信号領域とバックグラウンド領域
を識別することを目的としていた。しかし通常、干渉光
波はCCDカメラで検出し直接モニタで観察するため、
信号領域とバックグラウンド領域の明確な識別ができ
ず、干渉光波のアライメントに悪影響を及ぼしかねなか
った。また信号領域内であっても被測定物の光波面情報
に依存しない成分、例えば被測定物や参照平面ミラー、
光学素子の表面についたゴミおよびコーティングのム
ラ、レーザパワーのムラ、被測定物以外の光学素子が原
因で発生した干渉縞なども被測定物の光波面情報として
一緒に検出され、位相成分の測定に影響を与えていた。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-described conventional interference apparatus has an object to distinguish a signal area and a background area in a measurement area. However, interference light waves are usually detected by a CCD camera and observed directly on a monitor.
The signal region and the background region could not be clearly distinguished, which could adversely affect the alignment of the interference light waves. Also, components that do not depend on the optical wavefront information of the device under test even within the signal area, such as the device under test and a reference plane mirror,
Dust and coating irregularities on the optical element surface, irregularities in laser power, interference fringes caused by optical elements other than the measured object, etc. are also detected as light wavefront information of the measured object, and phase components are measured. Was affecting.

【0015】本発明は被測定物の光波面情報の位相分布
を測定する際、悪影響を及ぼすバックグラウンド成分を
光波面情報から除去し、これによって被測定物の面形状
を高精度に測定することができる干渉装置の提供を目的
としている。
According to the present invention, when measuring the phase distribution of light wavefront information of an object to be measured, a background component which has an adverse effect is removed from the lightwave front information, whereby the surface shape of the object to be measured is measured with high accuracy. The purpose of the present invention is to provide an interference device capable of performing the above-described operations.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の干渉装置は、
(1−1)被測定物の光波面情報を含む測定光波と参照
光波の干渉光波を検出して、被測定物の光波面情報の位
相分布を測定する干渉装置において、予め検出済みのバ
ックグラウンド成分を干渉光波から除去することを特徴
としている。
An interference device according to the present invention comprises:
(1-1) In an interferometer that detects an interference light wave between a measurement light wave including light wavefront information of an object to be measured and a reference lightwave and measures a phase distribution of the light wavefront information of the object to be measured, a background that has been detected in advance. It is characterized in that components are removed from the interference light wave.

【0017】特に、 (1−1−1)前記バックグラウンド成分の除去を、測
定光波及び参照光波をそれぞれ単独で検出し、記憶した
フレームメモリと、測定の際に検出した干渉光波を記憶
したフレームメモリ、そして減算器を用いてフレーム間
の演算をして行っていること。
In particular, (1-1-1) the above-mentioned background component is removed by detecting a measurement lightwave and a reference lightwave independently and storing them in a frame memory and a frame storing an interference lightwave detected in the measurement. Computing between frames using a memory and a subtractor.

【0018】(1−1−2)前記干渉装置は非共通光路
中に遮蔽を可能にする遮蔽手段を有しており、該遮蔽手
段で測定光波もしくは参照光波のいずれか一方の光波を
さえぎること。
(1-1-2) The interferometer has shielding means for shielding in the non-common optical path, and the shielding means blocks either the measuring light wave or the reference light wave. .

【0019】(1−1−3)前記干渉装置は被測定物も
しくは参照光源を形成する参照平面ミラーのいずれか一
方を大きく傾け、測定光波もしくは参照光波の光路を大
きくずらしてバックグラウンド成分の検出を行っている
こと。
(1-1-3) The interference device detects a background component by greatly tilting one of an object to be measured and a reference plane mirror forming a reference light source, and greatly shifting the optical path of the measurement light wave or the reference light wave. That you are doing.

【0020】(1−1−4)前記バックグラウンド成分
を除去した光波面情報は、レベル調整してモニタへ出力
させていること等を特徴としている。
(1-1-4) The wavefront information from which the background component has been removed is characterized in that the level is adjusted and output to a monitor.

【0021】これにより被測定物の光波面情報の信号成
分のみをモニタで観察できるようになって、干渉縞のア
ライメントがしやすくなり、また誤差となるバックグラ
ウンド成分を除去でき、高精度な測定を可能としてい
る。
As a result, only the signal component of the light wavefront information of the object to be measured can be observed on the monitor, the alignment of the interference fringes can be easily performed, and the background component causing an error can be removed, so that the measurement can be performed with high accuracy. Is possible.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の要部
概略図である。本実施形態が図3に示した従来例と大き
く異なる点は、参照光波と測定光波を独立して検出させ
るために、それぞれの光路中に遮蔽機能を設けたこと、
バックグラウンド用と干渉光波用のフレームメモリを備
え、干渉光波のバックグラウンド成分を減算器を使って
除去し、レベル調整を行なった後、モニタ及びコンピュ
ータに出力することである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention. This embodiment is significantly different from the conventional example shown in FIG. 3 in that a shielding function is provided in each optical path in order to detect the reference light wave and the measurement light wave independently.
A background memory and a frame memory for an interference light wave are provided, a background component of the interference light wave is removed using a subtractor, the level is adjusted, and then output to a monitor and a computer.

【0023】同図において1は可干渉性の光束を放射す
るレーザ光源であり、2は入射する光束径を拡大させて
射出するビームエキスパンダであり、3は入射光束の偏
光状態に応じて反射または透過させる偏光ビームスプリ
ッタ、15a、15bは光波を遮断する役割を持つ遮蔽
板、4a、4bは直線偏光と円偏光の変換を行なってい
るλ/4板、5は入射光束を集光し後述する被測定物6
に入射させるコリメータレンズ、6は凹面の被測定物で
あり、ここでは面形状を計測していることになる。7は
参照光波を作りだす参照平面ミラーであり、8は参照平
面ミラー7を光軸方向に移動させる手段となる圧電素
子、9は直交する二つの直線偏光成分を持つ光波のう
ち、特定の偏光成分を抽出し干渉させる45゜方位の偏
光板であり、10は干渉光波をCCDカメラ11に取り
込ませる役割を行なっている集光レンズであり、12は
CCDカメラ11で取り込まれた像を表示するモニタで
ある。13a、13bは干渉光波及びバックグラウンド
成分の光波面情報を記憶しているフレームメモリ、13
は位相をずらして取り込んだ複数の干渉光波を記憶する
フレームメモリであり、ここでは、既にバックグラウン
ド成分は除去済となる。16は干渉光波からバックグラ
ウンド成分を除去する減算器、17は減算器16から出
力されるバックグラウンド除去済みの光波面情報のレベ
ルを調整し、モニタ12に出力するレベル調整器であ
る。14は複数のバックグラウンド除去済みの光波面情
報から被測定物の位相分布を計算するコンピュータであ
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a laser light source that emits a coherent light beam, 2 denotes a beam expander that expands the diameter of the incident light beam and emits the light beam, and 3 denotes a reflection according to the polarization state of the incident light beam. Alternatively, a polarizing beam splitter for transmitting light, 15a and 15b are shielding plates having a role of blocking light waves, 4a and 4b are λ / 4 plates for converting linearly polarized light and circularly polarized light, and 5 is for condensing an incident light beam to be described later. DUT 6
The collimator lens 6 is a concave object to be measured. Here, the surface shape is measured. Reference numeral 7 denotes a reference plane mirror for generating a reference light wave, 8 denotes a piezoelectric element serving as a means for moving the reference plane mirror 7 in the optical axis direction, and 9 denotes a specific polarization component among light waves having two orthogonal linear polarization components. Is a 45 ° azimuth polarizer for extracting and interfering light, 10 is a condensing lens which plays a role of causing the interference light wave to be captured by the CCD camera 11, and 12 is a monitor for displaying an image captured by the CCD camera 11. It is. 13a and 13b are frame memories for storing light wavefront information of the interference lightwave and the background component;
Is a frame memory for storing a plurality of interference light waves taken out of phase. Here, the background component has already been removed. Reference numeral 16 denotes a subtractor that removes a background component from the interference light wave, and reference numeral 17 denotes a level adjuster that adjusts the level of the background-removed light wavefront information output from the subtractor 16 and outputs the information to the monitor 12. Reference numeral 14 denotes a computer that calculates a phase distribution of the DUT from a plurality of pieces of light wavefront information from which background has been removed.

【0024】図1に示すレーザ光源1から出射した光束
は、ビームエキスパンダ2で光束を拡大された後、偏光
ビームスプリッタ3で反射光と透過光に分けられる。反
射光はλ/4板4aを通ることで直線偏光から円偏光へ
変わり、基準となる球面波を作り出すコリメータレンズ
5を介して被測定物6へ入射し、測定光波となって反射
する。(この時の遮蔽板15aは光路外の状態である)
この測定光波は、被測定物6の面形状情報6aを持つこ
とになる。反射した測定光波は、元の光路を戻り、再び
λ/4板4aを通ることで、往きと比べて90゜回転し
た直線偏光となって、偏光ビームスプリッタ3で今度は
透過することになる。もう一方の透過光は、λ/4板4
bを通って直線偏光から円偏光へ変わって参照平面ミラ
ー7に入射し、参照光波となって反射する。(この時の
遮蔽板15bは光路外の状態である)反射した参照光波
は、再びλ/4板4bを通ることで往きとくらべて90
゜回転した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ3で
今度は反射することになる。偏光ビームスプリッタ3で
測定光波と参照光波が再び重なり合い、45゜方位の偏
光板9を通ることで干渉光波となる。この干渉光波は集
光レンズ10を介してCCDカメラ11で撮像される。
The light beam emitted from the laser light source 1 shown in FIG. 1 is expanded by a beam expander 2 and then divided by a polarization beam splitter 3 into reflected light and transmitted light. The reflected light changes from linearly polarized light to circularly polarized light by passing through the λ / 4 plate 4a, enters the DUT 6 via the collimator lens 5 that creates a reference spherical wave, and is reflected as a measurement light wave. (At this time, the shielding plate 15a is out of the optical path.)
This measurement light wave has surface shape information 6a of the DUT 6. The reflected measurement light wave returns to the original optical path, passes through the λ / 4 plate 4a again, becomes linearly polarized light rotated by 90 ° as compared with the outgoing light, and is transmitted through the polarization beam splitter 3 this time. The other transmitted light is a λ / 4 plate 4
The light passes through b, changes from linearly polarized light to circularly polarized light, enters the reference plane mirror 7, and is reflected as a reference light wave. (The shielding plate 15b at this time is in a state outside the optical path.) The reflected reference light wave passes through the λ / 4 plate 4b again, and is 90 times larger than the normal light wave.
と な り The light becomes the rotated linearly polarized light, and is reflected by the polarization beam splitter 3 this time. The measuring light wave and the reference light wave overlap again by the polarizing beam splitter 3 and pass through the polarizing plate 9 in the 45 ° direction to become an interference light wave. This interference light wave is imaged by the CCD camera 11 via the condenser lens 10.

【0025】しかしながらこのようにして取り込んだ干
渉光波は、CCDカメラで検出し直接モニタで観察する
ため、信号領域とバックグラウンド領域の明確な識別が
できず、干渉縞のアライメントに悪影響を及ぼしかねな
かった。また信号領域内であっても被測定物の光波面情
報に依存しない成分、例えば被測定物や参照平面ミラ
ー、光学素子の表面についたゴミおよびコーティングの
ムラ、レーザパワーのムラ、被測定物以外の光学素子が
原因で発生した干渉縞なども、被測定物の光波面情報と
していっしょに検出され、位相分布の測定に影響を与え
ていた。そこで被測定物の光波面情報の位相分布を測定
する際、悪影響を及ぼすバックグラウンド成分を光波面
情報から除去すれば、高精度測定が実現できることにな
る。
However, since the interference light wave thus captured is detected by a CCD camera and directly observed by a monitor, the signal region and the background region cannot be clearly distinguished, which may adversely affect the alignment of interference fringes. Was. Even in the signal area, components that do not depend on the light wavefront information of the device under test, such as the device under test, the reference plane mirror, dust and coating on the surface of the optical element, unevenness in the laser power, and other than the device under test. The interference fringes generated by the optical element are detected together as the light wavefront information of the object to be measured, which affects the measurement of the phase distribution. Therefore, when measuring the phase distribution of the light wavefront information of the device under test, high-accuracy measurement can be realized by removing background components that adversely affect the wavefront information.

【0026】まずバックグラウンド成分の検出方法につ
いて述べる。図1に示す遮蔽板15bを光路中へ、遮蔽
板15aを光路外へ切り替えておく。この状態でCCD
カメラ11から取り込まれる光波は測定光波のみであ
る。したがってこの時の測定光波の光波面情報は、被測
定物や光学素子についたゴミおよびコーティングのム
ラ、レーザパワーのムラ、被測定物以外の光学素子が原
因で発生した干渉縞などである。CCDカメラが11で
検出した測定光波はバックグラウンド用フレームメモリ
13b に格納しておく。次に遮蔽板15aを光路中へ、
遮蔽板15bを光路外へ切り替える。この状態でCCD
カメラ11から取り込まれる光波は参照光波のみであ
る。したがってこの時の参照光波の光波面情報は、参照
平面ミラーや光学素子についたゴミおよびコーティング
のムラ、レーザパワーのムラ、被測定物以外の光学素子
が原因で発生した干渉縞などである。CCDカメラ11
で検出した測定光波はまたバックグラウンド用フレーム
メモリ13bに格納しておく。このようにして検出した
測定光波及び参照光波の光波面情報はそれぞれバックグ
ラウンド成分であり、後に被測定物の光波面情報を検出
する際、干渉光波からここで検出したバックグラウンド
成分を除去することになる。
First, a method of detecting a background component will be described. The shielding plate 15b shown in FIG. 1 is switched into the optical path, and the shielding plate 15a is switched out of the optical path. CCD in this state
The light wave taken in from the camera 11 is only the measurement light wave. Accordingly, the light wavefront information of the measurement lightwave at this time includes dust and unevenness of the coating on the measured object and the optical element, unevenness of the laser power, interference fringes generated by optical elements other than the measured object, and the like. The measurement lightwave detected by the CCD camera 11 is stored in the background frame memory 13b. Next, the shielding plate 15a is moved into the optical path,
The shielding plate 15b is switched out of the optical path. CCD in this state
The light wave taken in from the camera 11 is only the reference light wave. Therefore, the light wavefront information of the reference lightwave at this time includes dust and unevenness of the coating on the reference plane mirror and the optical element, unevenness of the laser power, interference fringes generated by the optical element other than the measured object, and the like. CCD camera 11
The measurement lightwave detected in step 3 is also stored in the background frame memory 13b. The light wavefront information of the measurement lightwave and the reference lightwave detected in this way are background components, respectively, and when the lightwavefront information of the device under test is detected later, the background component detected here is removed from the interference light wave. become.

【0027】バックグラウンド成分を検出後、被測定物
の光波面情報を検出する。すなわち図1に示す遮蔽板1
5a、15bを光路外に切り替え、CCDカメラ11に
て干渉光波を撮影し、干渉光波用フレームメモリ13a
に格納する。この後、減算器16にて、先ほど取り込ん
だ干渉光波と、バックグラウンド用フレームメモリ13
bに格納されている検出済みのバックグラウンド成分を
フレーム間演算する。なお、このとき並列な画像処理を
行なうとリアルタイムで演算処理が可能となる。この後
バックグラウンド成分を除いた被測定物の光波面情報を
モニタ12の入力レベルにレベル調整器17で調整し、
モニタへ出力させる。したがってバックグラウンド成分
を取り除いた被測定物の光波面情報をリアルタイムでモ
ニタ12から観察することができる。モニタ12に写し
出される干渉縞を見ながらヌル状態になるように被測定
物6を動かし、位置決めする。この状態で減算器13か
ら出力されるバックグラウンド成分を除去した被測定物
の光波面情報をフレームメモリ13に記憶する。次に圧
電素子8を使い、参照平面ミラー7をλ/4だけ光軸方
向に動かし、同様にフレームメモリ13に記録する。こ
の後、もう一度同じ動作を行い、計三回の光波面情報を
フレームメモリ13に記録させておく。
After detecting the background component, light wavefront information of the device under test is detected. That is, the shielding plate 1 shown in FIG.
5a and 15b are switched out of the optical path, the interference light wave is photographed by the CCD camera 11, and the interference light wave frame memory 13a
To be stored. Thereafter, the subtractor 16 compares the interference light wave captured earlier with the background frame memory 13.
The detected background component stored in b is calculated between frames. At this time, if parallel image processing is performed, arithmetic processing can be performed in real time. Thereafter, the light wavefront information of the device under test excluding the background component is adjusted to the input level of the monitor 12 by the level adjuster 17,
Output to monitor. Therefore, the light wavefront information of the device under test from which the background component has been removed can be observed from the monitor 12 in real time. The object 6 is moved and positioned so as to be in a null state while observing the interference fringes projected on the monitor 12. In this state, the light wavefront information of the DUT from which the background component output from the subtractor 13 has been removed is stored in the frame memory 13. Next, the reference plane mirror 7 is moved in the optical axis direction by λ / 4 using the piezoelectric element 8, and is similarly recorded in the frame memory 13. Thereafter, the same operation is performed once again, and the light wavefront information for a total of three times is recorded in the frame memory 13.

【0028】この三つの波面情報の位相は、一般に良く
知られているバケット法を用いて計算できる。
The phases of these three pieces of wavefront information can be calculated by using a well-known bucket method.

【0029】V1=V0(1+cosφ) V2=V0(1−sinφ) V3=V0(1−cosφ) これらの式を展開すると φ=tan-1((V3−V2)/(V1−V2)) となる。V1 = V0 (1 + cosφ) V2 = V0 (1−sinφ) V3 = V0 (1−cosφ) When these equations are expanded, φ = tan −1 ((V3−V2) / (V1−V2)). Become.

【0030】したがって干渉光波の各測定点毎に位相を
数式4から計算し、面として復元させれば被測定物の面
形状情報6aを測定できることになる。
Accordingly, the phase shape information 6a of the object to be measured can be measured by calculating the phase for each measurement point of the interference light wave from Equation 4 and restoring it as a plane.

【0031】このように本実施形態は、被測定物の光波
面情報の信号成分のみをモニタで観察できるために、干
渉光波のアライメントがしやすくなり、また誤差成分と
なるバックグラウンド成分を取り除いているため、高精
度な測定が可能となる。
As described above, in this embodiment, since only the signal component of the light wavefront information of the device under test can be observed on the monitor, the alignment of the interference lightwaves is facilitated, and the background component which is an error component is removed. Therefore, highly accurate measurement is possible.

【0032】次に本発明の実施形態2について説明す
る。本実施形態において、バックグラウンド成分の検出
は次のようにしてもよい。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the detection of the background component may be performed as follows.

【0033】先述した実施形態1は、測定光波あるいは
参照光波をそれぞれ単独に検出する際、 参照光波あるい
は測定光波を遮断するように光路中に遮蔽板を挿入して
行なった。しかし測定光波あるいは参照光波の検出は、
一方の光波の光路を大きくずらすことでも実現でき、そ
れには参照平面ミラーもしくは被測定物を大きく傾けれ
ば良い。この方法は光波を遮断するための遮蔽機能を備
える必要がない、という利点がある。
In the first embodiment described above, when detecting the measurement lightwave or the reference lightwave independently, the shielding plate is inserted into the optical path so as to block the reference lightwave or the measurement lightwave. However, the detection of the measurement lightwave or the reference lightwave
This can also be realized by greatly shifting the optical path of one of the light waves, which can be achieved by inclining the reference plane mirror or the object under test. This method has an advantage that it is not necessary to provide a shielding function for blocking light waves.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明は被測定物の光波面情報を含む測
定光波と参照光波を干渉させて、発生した干渉光波を検
出して被測定物の光波面情報の位相分布を測定する干渉
装置において、予め測定光波及び参照光波をそれぞれ単
独で検出することでバックグラウンド成分を把握し、測
定時に検出した干渉光波からバックグラウンド成分を取
り除くようにしたものである。このため被測定物の光波
面情報はの信号成分のみをモニタで観察できるようにな
って干渉縞のアライメントがしやすくなり、また誤差と
なるバックグラウンド成分を除去できるので高精度な測
定が可能となる。
According to the present invention, there is provided an interferometer for interfering a measurement light wave including light wavefront information of an object to be measured with a reference lightwave, detecting the generated interference lightwave, and measuring the phase distribution of the lightwavefront information of the object to be measured. In, the background component is grasped by previously detecting the measurement lightwave and the reference lightwave independently, and the background component is removed from the interference lightwave detected at the time of measurement. As a result, only the signal components of the light wavefront information of the device under test can be observed on the monitor, making it easier to align the interference fringes. Also, it is possible to remove background components that cause errors, thus enabling highly accurate measurement. Become.

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

【図1】本発明の実施形態1の要部概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明のバックグラウンドノイズの除去方法の
フローチャート
FIG. 2 is a flowchart of a method for removing background noise according to the present invention;

【図3】一般的なフリンジスキャン干渉装置の要部概略
FIG. 3 is a schematic view of a main part of a general fringe scan interference device.

【図4】従来のバックグラウンド領域の識別方法のフロ
ーチャート
FIG. 4 is a flowchart of a conventional background area identification method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ 2 ビームエキスパンダ 3 偏光ビームスプリッタ 4a、4bλ/4板 5 コリメータレンズ 6 被測定物(凹面レンズ) 6a 被測定物の面形状 7 参照平面ミラー 8 圧電素子 9 偏光板 10 集光レンズ 11 CCDカメラ 12 モニタ 13、13a、13bフレームメモリ 14 コンピュータ 15a、15b遮蔽板 16 減算器 17 レベル調整器 Reference Signs List 1 laser 2 beam expander 3 polarizing beam splitter 4a, 4bλ / 4 plate 5 collimator lens 6 object to be measured (concave lens) 6a surface shape of object to be measured 7 reference plane mirror 8 piezoelectric element 9 polarizing plate 10 condensing lens 11 CCD Camera 12 Monitor 13, 13a, 13b Frame memory 14 Computer 15a, 15b shielding plate 16 Subtractor 17 Level adjuster

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物の光波面情報を含む測定光波と
参照光波の干渉光波を検出して、被測定物の光波面情報
の位相分布を測定する干渉装置において、予め検出済み
のバックグラウンド成分を干渉光波から除去することを
特徴とする干渉装置。
1. An interferometer for detecting an interference light wave of a measurement light wave including light wavefront information of an object to be measured and a reference light wave and measuring a phase distribution of the light wavefront information of the object to be measured, the background having been detected in advance. An interference device for removing a component from an interference light wave.
【請求項2】 前記バックグラウンド成分の除去を、測
定光波及び参照光波をそれぞれ単独で検出し、記憶した
フレームメモリと、測定の際に検出した干渉光波を記憶
したフレームメモリ、そして減算器を用いてフレーム間
の演算をして行っていることを特徴とする請求項1の干
渉装置。
2. The method according to claim 1, wherein the background component is removed by using a frame memory that independently detects and stores the measurement lightwave and the reference lightwave, a frame memory that stores the interference lightwave detected during the measurement, and a subtractor. 2. The interference apparatus according to claim 1, wherein the calculation is performed between frames.
【請求項3】 前記干渉装置は非共通光路中に遮蔽を可
能にする遮蔽手段を有しており、該遮蔽手段で測定光波
もしくは参照光波のいずれか一方の光波をさえぎること
を特徴とする請求項2の干渉装置。
3. The interferometer according to claim 1, further comprising shielding means for shielding in the non-common optical path, wherein the shielding means blocks one of the measuring lightwave and the reference lightwave. Item 2. The interference device according to Item 2.
【請求項4】 前記干渉装置は被測定物もしくは参照光
源を形成する参照平面ミラーのいずれか一方を大きく傾
け、測定光波もしくは参照光波の光路を大きくずらして
バックグラウンド成分の検出を行っていることを特徴と
する請求項2の干渉装置。
4. The interferometer detects a background component by greatly tilting one of an object to be measured and a reference plane mirror forming a reference light source, and largely shifting an optical path of a measurement light wave or a reference light wave. The interference device according to claim 2, wherein:
【請求項5】 前記バックグラウンド成分を除去した光
波面情報は、レベル調整してモニタへ出力させているこ
とを特徴とする請求項1の干渉装置。
5. The interference apparatus according to claim 1, wherein the light wavefront information from which the background component has been removed is adjusted in level and output to a monitor.
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