JPH04295709A - 干渉測定装置及び干渉縞画像情報取り込み方法 - Google Patents

干渉測定装置及び干渉縞画像情報取り込み方法

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JPH04295709A
JPH04295709A JP3060118A JP6011891A JPH04295709A JP H04295709 A JPH04295709 A JP H04295709A JP 3060118 A JP3060118 A JP 3060118A JP 6011891 A JP6011891 A JP 6011891A JP H04295709 A JPH04295709 A JP H04295709A
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JP
Japan
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interference
light
image data
capturing
interference fringes
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Application number
JP3060118A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Izeki
敏之 井関
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非球面形状の測定等、
物体の表面形状を測定するための干渉測定装置及び干渉
縞画像情報取り込み方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、非球面形状の測定等に用いられる
装置として、測定物体の表面に光を照射し、該光と別の
光の両波面により生じる干渉縞をテレビカメラで撮像し
、該干渉縞を画像処理することによって上記物体の表面
形状を特定する干渉測定装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、干渉測
定法による欠点は、干渉縞をCCD(Charge C
oupledDevices)等のイメージセンサーで
読み取るため、センサーの分解能の制約を受けることで
ある。以下、この点について詳しく説明する。干渉縞の
縞間隔に対応する位相差は、λ(レーザー光の波長)に
等しい。例えば、図6(a)に示すような干渉縞の断面
形状を求めるためには、まず断面AA’と干渉縞ピーク
の交点を求め、図6(b)のように、これを予め高さを
波長で目盛られたグラフに表示し、滑らかな曲線で結べ
ばよい。しかし、この方法は、干渉縞本数が少ない場合
には測定点が少なくなり、精度がおちる。つまりこの方
法では、測定点と測定点の間の情報が干渉縞画像から全
く読み取ることができないことが問題なのである。そこ
で、情報密度を高めるためには、図7のようにティルト
成分を導入する方法が一般に行なわれる。この方法では
、図6(a)の場合と比較すればかなり情報密度は高く
なるが、あまりティルト成分を多く導入すると、CCD
画素の分解能に対して縞の密度が高くなり過ぎるという
新たな問題が生ずる。言い替えると、CCD画素の受光
エリアはある幅をもっているために、干渉縞ピーク位置
をその画素の幅以上の精度で特定するのは不可能である
【0004】また、近年では、縞解析方法はいわゆるサ
ブフリンジ解析法が主流になっている。サブフリンジ解
析法は上記のような干渉縞ピークを求める方法とは異な
り、干渉縞のピーク点以外のポイントにおいても干渉縞
の位相角が決定できるものであり、一例として、縞走査
法があげられる。この方法は、参照光の光路をλ/Mき
ざみでM段階に変化させて得られるM個の干渉縞データ
から被検波面形状を求めるものである。通常、測定時間
を短縮するために、M=4として縞走査を行なうことが
多い。この場合、位相角φは次式より計算される。但し
I1〜I4は参照光の光路長をλ/4きざみで4段階に
変化させたときのあるポイントにおける縞強度である。 tan φ={(I2−I4)/(I1−I3)}ここ
で、φは−π/2〜π/2の間の値をとるため、CCD
画素に対応するポイント毎に求まるφの値は、通常、と
ころどころで不連続となる。これを連続的になるように
つなぎ合わせることが必要であるが、そのためには干渉
縞一周期をCCD画素4個以上で受光しなければならな
い。したがって、それ以上に縞密度が高くなると、φの
つなぎ合わせができなくなる。また、縞間隔が小さくな
り過ぎないよう、縞画像を光学系を用いて拡大する方法
もあるが、拡大する分、測定範囲が狭くなるという問題
がある。
【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、センサー本体の分解能よりも高い分解能で縞解析
を実現することが可能となる干渉測定装置及び干渉縞画
像情報取り込み方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本願請求項1記載の発明は、測定物体の表面に光を照
射し、該光と別の光の両波面により生じる干渉縞をテレ
ビカメラで撮像し、該干渉縞を画像処理することによっ
て上記物体の表面形状を特定する干渉測定装置において
、前記干渉縞を受像する撮像素子などのセンサー部を光
軸に直交する面内で可動ならしめる機構を有し、上記撮
像素子の画素の並ぶ2方向に段階的に等間隔にセンサー
部を動かしながら縞画像データを複数取り込んだ後に一
つの画像データにつなぎ合わせる手段を備えたことを特
徴とする。
【0007】また、本願請求項2記載の発明は、測定物
体の表面に光を照射し、該光と別の光の両波面により生
じる干渉縞をテレビカメラで撮像し、該干渉縞を画像処
理することによって上記物体の表面形状を特定する干渉
測定装置において、両波面が干渉した後からその干渉光
が位置が固定されたテレビカメラに入射するまでの間の
光路上でミラーあるいは平行平板、レンズ等の光学的な
構成要素を機械的に動かすことによって上記テレビカメ
ラに入射する干渉光を横ずらしできる機構を有し、画素
の並ぶ2方向に沿って段階的に等間隔に干渉光を横ずら
ししながら取り込んだ複数の縞画像データを取り込み後
に一つの画像データにつなぎ合わせる手段を備えたこと
を特徴とする。
【0008】また、本願請求項3記載の発明は、測定物
体の表面に光を照射し、該光と別の光の両波面により生
じる干渉縞をテレビカメラで撮像し、該干渉縞を画像処
理することによって上記物体の表面形状を特定する干渉
測定装置における干渉縞画像情報取り込み方法において
、前記干渉縞を受像する撮像素子などのセンサー部が光
軸に直交する面内で可動ならしめる機構を有し、上記撮
像素子の画素の並ぶ2方向に段階的に等間隔にセンサー
部を動かしながら縞画像データを複数取り込んだ後に一
つの画像データにつなぎ合わせることを特徴とする。
【0009】また、本願請求項4記載の発明は、測定物
体の表面に光を照射し、該光と別の光の両波面により生
じる干渉縞をテレビカメラで撮像し、該干渉縞を画像処
理することによって上記物体の表面形状を特定する干渉
測定装置における干渉縞画像情報取り込み方法において
、両波面が干渉した後からその干渉光が位置が固定され
たテレビカメラに入射するまでの間の光路上でミラーあ
るいは平行平板、レンズ等の光学的な構成要素を機械的
に動かすことによって上記テレビカメラに入射する干渉
光を横ずらしできる機構を有し、画素の並ぶ2方向に沿
って段階的に等間隔に干渉光を横ずらししながら取り込
んだ複数の縞画像データを取り込み後に一つの画像デー
タにつなぎ合わせることを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の干渉測定装置及び干渉縞画像情報取り
込み方法は、何れの場合も、干渉縞の取り込みの際、テ
レビカメラ(または撮像素子)か縞画像のどちらか一方
を光軸と直交する2方向に駆動しながら縞画像を複数回
取り込んで画像メモリに蓄えておき、その後で、互いに
わずかずつずれた複数の縞画像データを一つの画像デー
タにつなぎ合わせる方法を採るため、これによりセンサ
本体の分解能よりも高い分解能で縞解析を実現すること
ができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。先ず、本発明の干渉測定装置における干渉縞画像情
報取り込み方法の原理を図1を用いて説明する。図1は
図6のAA’のラインに沿った干渉縞強度分布と、CC
D各画素の受光量を模式的に表したものであり、また、
図1では干渉縞強度変化の一周期をCCD画素4/3個
で受光している。しかし、このような状態では、もはや
縞のピーク位置を求めることも縞走査法を適用すること
もできない。そこで、CCDを、その画素の並び方向に
画素ピッチの1/5ずつ移動させ、干渉縞データの取り
込みを行なう場合を考えてみる。まず、CCD画素Xに
着目すると、その出力値は図2に示すように変化する。 図2に示した画素Xの受光量変化は、図1の干渉縞強度
分布と同一周期で変化する。これは他の全ての画素につ
いても同様であり、画素ピッチの1/5ずつ移動させた
ときのCCD出力値を全画素についてつなぎ合わせれば
、もとの5倍の分解能で干渉縞データの取り込みが可能
となる。すなわち、上記の例に従えば、干渉縞一周期を
画素20/3個で受光する場合と同等のデータを取り込
むことができるわけである。勿論、CCD移動量は画素
ピッチの1/5に限るわけではない。また、この例では
簡単のために一次元で説明したが、2次元のCCDを用
いた場合には、画素の並びに沿った2方向にCCDを移
動させることになる。
【0012】次に、上述のような干渉縞情報取り込み方
法を可能にするための機構について説明する。まず、第
一の方法としては、CCDカメラそのものを動かす。す
なわちCCD画素の並び方向に動くXYステージにCC
Dカメラを設置する。この場合、CCDの画素ピッチは
通常10μm程度であるので、ステージの位置決め精度
はサブミクロンのオーダを満足する必要があるが、この
ような要求を満足する圧電素子内蔵型のXYステージが
市販されている。次に、第二の方法は、CCDカメラは
固定し、干渉縞画像そのものを光軸と直交方向に横ずら
しするものである。例えば図3のように、CCDカメラ
の結像レンズに入射する前に、xz面内に面法線を持つ
ミラー1と、yz面内に面法線を持つミラー2で2回干
渉光を反射させ、それぞれのミラーを図3中の矢印の方
向(z方向)に圧電素子を使って動かす。すなわち、ミ
ラー1をz方向に動かすことによりCCDカメラに入射
する干渉光はx方向に横ずれし、ミラー2をz方向に動
かすことによりCCDカメラに入射する光はz方向に横
ずれする。あるいは、図4(a),(b)に示すように
、ミラー、レンズ、ハーフミラーを組合せ、レンズの結
像位置に置いたミラーをx,y軸回りに回転させること
によって干渉光を横ずらしすることもできる。尚、図3
、図4の何れも干渉光は平行光でなければならない。
【0013】次に、図5は本発明の干渉縞情報取り込み
方法を利用した干渉測定装置の一実施例を示す。この装
置では、PZT圧電素子によって駆動されるXYステー
ジ2上にCCDカメラ1を搭載し、PZTコントローラ
6によってPZT圧電素子を制御してCCD画素ピッチ
の1/N(Nは整数)のステップでXYステージ2を移
動させ、計(N−1)2枚の画像をビデオインターフェ
イス4を介して順次フレームメモリ5に蓄える。その後
、画像データをコンピュータ8のメモリへ転送し、デー
タのつなぎ合わせを行ない、干渉縞画像情報を得る。こ
のように、本発明の干渉測定装置では、平行光とCCD
カメラとを相対的にCCD画素の1/Nステップで横ず
らしさせながら順次データを取り込み、その後で、それ
らのデータを一つの画像データにつなぎ合わせるので、
通常のN倍の分解能が得られる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の干渉測定
装置及び干渉縞画像情報取り込み方法では、何れの場合
も、干渉縞の取り込みの際、テレビカメラ(または撮像
素子)か縞画像のどちらか一方を光軸と直交する2方向
に駆動しながら縞画像を複数回取り込んで画像メモリに
蓄えておき、その後で、互いにわずかずつずれた複数の
縞画像データを一つの画像データにつなぎ合わせる方法
を採るため、これによりセンサ本体の分解能よりも高い
分解能で縞解析を実現することができる。従って本発明
によれば、非球面形状の測定等、物体の表面形状の測定
を精度よく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための図であって、干
渉縞強度分布とCCD画素の受光量を示す図である。
【図2】本発明の原理を説明するための図であって、C
CD画素を画素ピッチの1/5ずつ移動させた時の受光
量変化を示す図である。
【図3】本発明による干渉縞画像情報取り込み方法に適
用される干渉光横ずらし方法の一例を示す図である。
【図4】本発明による干渉縞画像情報取り込み方法に適
用される干渉光横ずらし方法の別の例を示す図である。
【図5】本発明を利用した干渉測定装置の一例を示すシ
ステムブロック図である。
【図6】縞解析の一例を示す図であって、(a)は干渉
縞の一例を示す図、(b)は(a)に示す干渉縞から読
み取った波面形状を示す図である。
【図7】ティルトを導入した場合の干渉縞の例を示す図
である。
【符号の説明】
1    テレビカメラ 2    XYステージ 3    レーザ干渉計 4    ビデオインターフェース 5    フレームメモリ 6    PZTコントローラ 7    入出力インターフェース 8    コンピュータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定物体の表面に光を照射し、該光と別の
    光の両波面により生じる干渉縞をテレビカメラで撮像し
    、該干渉縞を画像処理することによって上記物体の表面
    形状を特定する干渉測定装置において、前記干渉縞を受
    像する撮像素子などのセンサー部を光軸に直交する面内
    で可動ならしめる機構を有し、上記撮像素子の画素の並
    ぶ2方向に段階的に等間隔にセンサー部を動かしながら
    縞画像データを複数取り込んだ後に一つの画像データに
    つなぎ合わせる手段を備えたことを特徴とする干渉測定
    装置。
  2. 【請求項2】測定物体の表面に光を照射し、該光と別の
    光の両波面により生じる干渉縞をテレビカメラで撮像し
    、該干渉縞を画像処理することによって上記物体の表面
    形状を特定する干渉測定装置において、両波面が干渉し
    た後からその干渉光が位置が固定されたテレビカメラに
    入射するまでの間の光路上でミラーあるいは平行平板、
    レンズ等の光学的な構成要素を機械的に動かすことによ
    って上記テレビカメラに入射する干渉光を横ずらしでき
    る機構を有し、画素の並ぶ2方向に沿って段階的に等間
    隔に干渉光を横ずらししながら取り込んだ複数の縞画像
    データを取り込み後に一つの画像データにつなぎ合わせ
    る手段を備えたことを特徴とする干渉測定装置。
  3. 【請求項3】測定物体の表面に光を照射し、該光と別の
    光の両波面により生じる干渉縞をテレビカメラで撮像し
    、該干渉縞を画像処理することによって上記物体の表面
    形状を特定する干渉測定装置における干渉縞画像情報取
    り込み方法において、前記干渉縞を受像する撮像素子な
    どのセンサー部が光軸に直交する面内で可動ならしめる
    機構を有し、上記撮像素子の画素の並ぶ2方向に段階的
    に等間隔にセンサー部を動かしながら縞画像データを複
    数取り込んだ後に一つの画像データにつなぎ合わせるこ
    とを特徴とする干渉縞画像情報取り込み方法。
  4. 【請求項4】測定物体の表面に光を照射し、該光と別の
    光の両波面により生じる干渉縞をテレビカメラで撮像し
    、該干渉縞を画像処理することによって上記物体の表面
    形状を特定する干渉測定装置における干渉縞画像情報取
    り込み方法において、両波面が干渉した後からその干渉
    光が位置が固定されたテレビカメラに入射するまでの間
    の光路上でミラーあるいは平行平板、レンズ等の光学的
    な構成要素を機械的に動かすことによって上記テレビカ
    メラに入射する干渉光を横ずらしできる機構を有し、画
    素の並ぶ2方向に沿って段階的に等間隔に干渉光を横ず
    らししながら取り込んだ複数の縞画像データを取り込み
    後に一つの画像データにつなぎ合わせることを特徴とす
    る干渉縞画像情報取り込み方法。
JP3060118A 1991-03-25 1991-03-25 干渉測定装置及び干渉縞画像情報取り込み方法 Pending JPH04295709A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007046626A1 (en) * 2005-10-19 2007-04-26 Intekplus Co., Ltd. Apparatus for and method of measuring image
JP2008216086A (ja) * 2007-03-06 2008-09-18 Microdent:Kk 定量化規格化(位相差)顕微鏡装置
CN103267494A (zh) * 2013-05-20 2013-08-28 湖北工业大学 一种表面形貌干涉测量的方法及装置
JP2014059312A (ja) * 2013-11-06 2014-04-03 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

Cited By (5)

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