KR101011925B1 - An apparatus for measuring three-dimensional shape - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 측정시간을 짧게 하여 삼차원 측정을 실시할 수 있는 기술을 제공한다.The present invention provides a technique capable of performing three-dimensional measurement with a short measurement time.
광로형성부(5)가, 광대역 광원(1)으로부터의 광대역광을 받아, 참조광로와 측정광로에 분기하여 입사시켜, 참조거울로부터의 반사광과 피측정물로부터의 반사광을 합파하여 촬상수단(10)으로 출력한다. 한편, 광로장 가변수단(8)이 측정광로의 광로장을 변화시킨다. 촬상수단은, 그 광로장의 변화에 대해서 앨리어싱(aliasing)이 발생하는 타이밍으로 광로형성부로부터의 출력을 촬상하는 것에 의해서, 간섭무늬를 포함한 간섭무늬 데이터를 취득한다. 광로장 검출수단(20)은, 촬상수단에 의해 취득된 간섭무늬 데이터로부터 앨리어싱에 의해서 발생한 주파수 성분을 제외하여, 간섭무늬의 특징치를 나타내는 특정 광로장을 구하는 구성으로 하였다.The optical path forming unit 5 receives the broadband light from the broadband light source 1, branches into the reference light path and the measurement light path, and enters the light path forming unit 5 to combine the reflected light from the reference mirror and the reflected light from the object under test to capture the light. ) On the other hand, the optical path varying means 8 changes the optical path length of the measurement optical path. The imaging means acquires interference fringe data including an interference fringe by imaging the output from the optical path forming portion at a timing at which aliasing occurs for the change in the optical path length. The optical path length detecting means 20 is configured to obtain a specific optical path length indicating a characteristic value of the interference fringe, excluding a frequency component generated by aliasing from the interference fringe data acquired by the imaging means.
Description
본 발명은, 복수의 스펙트럼(이하, 파장으로 설명한다.)을 갖는 광대역광(예를 들면, 백색광)에 의한 간섭 현상을 이용하여 피측정물의 형상을 입체적으로 측정하는 삼차원 형상 측정장치에 관한 것이다. 특히, 광대역광의 한쪽을 먼 끝단에 참조거울을 갖는 참조광로에 입사하고, 광대역광의 다른쪽을 먼 끝단에 피측정물을 갖는 측정광로에 입사하고, 참조거울(반사거울) 및 피측정물로부터의 각 복귀광에 의한 간섭을 발생시키는 간섭부(간섭계)에 있어서, 참조광로 또는 측정광로 중 어느 하나의 광로장을 변화하여 얻어진 간섭무늬가 발생하는 광로장을 기초로, 피측정물의 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정장치로서, 그 간섭무늬가 발생하는 광로장을 구하는 시간을 단축하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device for three-dimensionally measuring the shape of an object to be measured using interference phenomena caused by broadband light (for example, white light) having a plurality of spectra (hereinafter, referred to as wavelengths). . In particular, one side of the broadband light is incident on a reference optical path having a reference mirror at a far end, and the other side of the broadband light is incident on a measurement optical path having a measurement object at a far end, and from the reference mirror (reflected mirror) and the object to be measured. In the interference section (interferometer) which generates interference by each returning light, the shape of the object to be measured is measured based on the optical path length in which the interference fringe obtained by changing the optical path length of either the reference optical path or the measurement optical path. A three-dimensional shape measuring apparatus, which relates to a technique for shortening the time for obtaining an optical path length in which an interference fringe occurs.
일반적으로, 상기의 간섭현상을 이용한 형상 측정장치에 있어서는, 참조광로와 측정광로의 쌍방의 광로장이 동일해졌을 때에, 간섭무늬가 최대의 휘도를 나타내는 것을 이용하고 있다. 즉, 참조광로 또는 측정광로 중의 어느 하나의 광로장을 변화시켜(이하, 참조광로의 광로장을 고정하고, 측정광로의 광로장을 변화시킨 다고 하여 설명한다.), 그 때 발생하는 간섭무늬가 최대의 휘도를 나타내는 위치의 광로장(광로장의 변화량 : 이하 '특정 광로장'이라고 한다.)을, 광로장의 변화방향에 있어서의 피측정물의 변위로서 측정하고 있다(특허문헌 1).In general, in the shape measuring apparatus using the above-mentioned interference phenomenon, when the optical path lengths of both the reference optical path and the measurement optical path become the same, the interference fringe shows the maximum luminance. In other words, by changing the optical path length of either the reference optical path or the measurement optical path (hereinafter, the optical path length of the reference optical path is fixed and the optical path length of the measurement optical path is changed). The optical path length (the amount of change in the optical field: hereinafter referred to as the 'specific optical path length') at the position where the maximum luminance is measured is measured as the displacement of the measured object in the direction of change of the optical path length (Patent Document 1).
특허문헌 1에 있어서는, 시간 변화와 함께 광로장을 변화시켜 얻어진 간섭광을 기초로, B성분(블루색 대역성분), G성분(그린색 대역성분) 및 R성분(레드색 대역성분)에 분파하고, 각각 광로장의 변화에 대한 간섭무늬의 위상 변화를 검출하여, 3자의 위상이 일치하는 부분의 광로장을 간섭무늬가 최대의 휘도를 나타내는 위치의 특정 광로장으로 인정하고 있다. 인정된 특정 광로장으로부터 형상 측정을 실시하고 있다.In
[특허문헌 1][Patent Document 1]
일본 특허출원 2006-371632Japanese Patent Application 2006-371632
일반적으로, 형상 측정장치는, 많은 수의 피측정물의 측정을 실시하기 때문에, 조금이라도 측정시간의 단축을 요망하고 있다. 단축하는 것에 있어서, 개선의 대상 요소로서는, 광로장의 가변시간(혹은 속도), 카메라의 촬상시간, 촬상회수 등이 있지만, 촬상시간은, 카메라의 촬상소자의 고유의 최소 노광시간의 제약을 받는다.Generally, since the shape measuring apparatus measures a large number of objects to be measured, it is desired to shorten the measurement time even a little. In shortening, there are variable time (or speed) of the optical path length, the imaging time of the camera, the number of imaging times, and the like. However, the imaging time is limited by the minimum exposure time inherent to the imaging device of the camera.
따라서, 이하, 측정시간이라고 하는 관점으로부터 종래 기술을 고찰한다. 특허문헌 1의 경우는, 간섭광의 데이터를 기초로 간섭무늬의 위상을 특정하고, 특정 광로장을 구하고 있지만, 이 때, 간섭광의 아날로그 데이터로부터, 간섭광을 표시하는 디지털 데이터로 변환하고, 시간영역(광로장 영역)의 데이터를 FFT 처리로 변경하고, 주파수 영역상에서 각 대역성분으로 분리하여, 다시 시간영역에서 각 대역성분의 간섭무늬를 얻어, 그 위상의 일치점을 구한다. 이 때, 취득한 디지털 데이터로부터 간섭무늬를 재현하기 위해서는, 일반적으로는 샘플링 정리 등으로 하여, 그 재현하려고 하는 간섭무늬의 1주기에 있어서 적어도 3포인트의 데이터를 취득할 수 있는 반복의 취득 타이밍으로 디지털 데이터로 변환할 필요가 있다.Therefore, below, the prior art is considered from the viewpoint of measurement time. In the case of
일반적으로, 형상 측정장치에 있어서 간섭법에 의해 측정된 간섭무늬는, 그 디지털 데이터에 의해 모델적으로는 도 7(A)과 같이 변화한 광로장에 대한 휘도의 변화로 표시되어, 그 스펙트럼 분포는 도 7(B)과 같이 주파수대 진폭의 좌표상으로 표시된다. 이 때 도 7(A)의 간섭무늬의 포락선(包絡線)폭 Δt(예를 들면, 반값 폭 : 피크의 휘도치가 1/2가 된 부분의 가로축의 폭)는 도 7(B)의 주파수의 대역폭 ΔF(예를 들면, 반값폭 : 피크의 진폭이 1/2이 된 부분의 가로축의 폭)와 상관을 갖는 것이 알려져 있다. 따라서, 포락선폭 Δt에 의해서는, 도 7(B)과 같이 대역폭 ΔF는 좁아져, 하부의 주파수대역에 ΔFc의 스페이스가 있는 조건을 얻을 수 있다. 즉, 대역폭 ΔF가 도 7(B)의 2점쇄선으로 나타나는 바와 같이 주파수가 0에(직류성분) 가까워질 때까지의 광대역이 되지 않는다고 하는 조건을 얻을 수 있다.In general, an interference fringe measured by an interference method in a shape measuring device is represented by a change in luminance with respect to an optical path length changed in the model as shown in FIG. 7 is represented on the coordinate of the frequency band amplitude as shown in FIG. At this time, the envelope width Δt (for example, half-value width: width of the horizontal axis of the portion where the peak luminance value is 1/2) of the interference fringe of FIG. 7 (A) is the frequency of FIG. It is known to have a correlation with the bandwidth ΔF (for example, half width: width of the horizontal axis of the portion where the peak amplitude is 1/2). Therefore, according to the envelope width Δt, as shown in Fig. 7B, the bandwidth ΔF is narrowed, whereby a condition in which the space of ΔFc exists in the lower frequency band can be obtained. In other words, as shown by the dashed-dotted line in Fig. 7B, a condition that the broadband does not become until the frequency approaches zero (direct current component) can be obtained.
샘플링의 정리로 하면, 샘플링 주파수 Fs가, 간섭무늬에 포함되는 최고 주파수 성분보다 충분히 높은 주파수이면, 도 7(B)과 같이 본래의 간섭무늬가 갖는 주파수 성분을 재현할 수 있지만, 그 샘플링 주파수 Fs를 낮게 하는 것에 따라서, 앨리어싱(aliasing)이 발생한다. 즉, 도 7(C)에 나타내는 바와 같이, 본래의 원하는 주파수 성분(실선 부분)과 앨리어싱에 의한 꺾임 주파수성분(점선 부분)이, 재현되는 주파수가 내려가는(분주되어 있는 것과 같이 된다.) 것과 함께, 도 7(D)과 같이 서로 가까워져, 그리고 도(E)와 같이 높낮이가 뒤집히는 상태가 된다.In summarizing the sampling, if the sampling frequency Fs is a frequency sufficiently higher than the highest frequency component included in the interference fringe, the frequency component of the original interference fringe can be reproduced as shown in Fig. 7B, but the sampling frequency Fs As lowering, aliasing occurs. That is, as shown in Fig. 7C, the original desired frequency component (solid line portion) and the bending frequency component (dashed line portion) due to aliasing are lowered (as if being divided). As shown in Fig. 7 (D), they are close to each other, and as shown in Fig. (E), the height is inverted.
따라서, 본 발명자는, 다음의 것에 착안하였다. 즉, 도 7(B)에 나타내는 바와 같이 간섭무늬 자신의 대역 특성에 ΔFc의 스페이스가 있기 때문에, 샘플링 주파수 Fs를 선택하는 것에 의해, 도 7(E)에 나타내는 바와 같이 원하는 주파수 성분과 꺾임 주파수성분이 주파수적으로 분리한 상태로 할 수 있다. 따라서, 도 7(F)과 같이 꺾임 주파수성분을 필터로 제외하는 것과 함께, 샘플링 주파수를 더 내린 것에 의해 주파수를 낮아진 만큼만, 주파수축을 신장하는 것에 의해, 재현이 가능하다.Therefore, the present inventors paid attention to the following. That is, since there is a space of ΔFc in the band characteristic of the interference fringe itself as shown in Fig. 7B, by selecting the sampling frequency Fs, the desired frequency component and the bending frequency component are shown in Fig. 7E. The frequency can be separated. Therefore, as shown in Fig. 7F, the frequency component is removed by the filter, and the frequency axis is extended only as long as the frequency is lowered by further lowering the sampling frequency.
그렇게 하면, 샘플링정리를 만족하는 주파수보다 낮은 주파수에서도 간섭무늬의 원하는 주파수 성분을 얻을 수 있다. 결국은, 샘플링 주파수 Fs를 내린 만큼, 데이터 취득 회수를 줄이는 것에 의해, 측정시간의 단축을 도모할 수 있는 것에 착안하였다. By doing so, a desired frequency component of the interference fringe can be obtained even at a frequency lower than the frequency satisfying the sampling theorem. In the end, the inventors focused on reducing the measurement time by reducing the data acquisition frequency by lowering the sampling frequency Fs.
본 발명은, 측정시간을 짧게 하여 삼차원 측정을 실시할 수 있는 기술을 제공한다.The present invention provides a technique capable of performing three-dimensional measurement with a short measurement time.
상기 목적으로 달성하기 위해서는, 간섭무늬의 포락선폭 Δt, 대역폭 ΔF, 및 그 최고 주파수 Fh와의 관계를 고찰할 필요가 있지만, 일반적으로는, 간섭무늬의 주기는, 원래의 간섭을 발생시키는 근원이 되는 광대역 광원의 광원의 중심 파장의 주기 λ의 약 1/2이다. 그 때의 간섭무늬의 포락선폭 Δt는 상기한 바와 같이 그 광대역 광원의 대역폭 ΔF에 의존한다. 일반적으로는, ΔF≪[1/(λ/2)]<Fh를 만족하므로, 충분히 도 7(B)과 같이 하부의 주파수대역에 스페이스 ΔFc(=Fh-ΔF)를 가질 수 있다.In order to achieve the above object, it is necessary to consider the relationship between the envelope width Δt, the bandwidth ΔF, and the highest frequency Fh of the interference fringe, but in general, the period of the interference fringe is a source of generating original interference. It is about 1/2 of the period? Of the center wavelength of the light source of the broadband light source. The envelope width Δt of the interference fringe at that time depends on the bandwidth ΔF of the broadband light source as described above. In general, since ΔF < [1 / (λ / 2)] < Fh is satisfied, the space ΔFc (= Fh-ΔF) can be sufficiently provided in the lower frequency band as shown in Fig. 7B.
구체적으로는, 청구항 1에 기재의 발명은, 복수 스펙트럼을 갖는 광대역광을 출력하는 광대역 광원(1)과, 상기 광대역광을, 참조거울을 갖는 참조광로와 피측정물을 배치한 측정광로에 분기하여 입사시키고, 상기 참조거울로부터의 반사광과 조사된 상기 피측정물의 조사 범위의 조사 위치로부터의 각 반사광을 합파하여 출력하는 광로형성부(5)와, 상기 참조광로 또는 상기 측정광로의 어느 한쪽의 광로장을 변화시키는 광로장 가변수단(8)과, 상기 광로장 가변수단에 의한 상기 광로장의 변 화에 대해서, 소정의 샘플링 타이밍으로 상기 광로형성부로부터의 출력을 촬상하는 것에 의해서, 간섭무늬를 포함한 간섭무늬 데이터를 취득하는 촬상수단(10)과, 상기 촬상수단으로부터 출력되는 상기 간섭무늬 데이터로부터 상기 간섭무늬의 특징치를 나타낼 때의 특정 광로장을 구하는 광로장 검출수단(14)을 구비하고, 구한 상기 특정 광로장을 기초로, 상기 피측정물의 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정장치에 있어서,Specifically, the invention described in
상기 촬상수단이 촬상할 때의 상기 소정의 샘플링 타이밍은, 광로형성부의 출력에 포함되는 간섭무늬에 대해서 앨리어싱이 발생하는 타이밍으로서, 주파수 영역에 있어서, 구하는 실제 주파수 성분과 상기 앨리어싱에 의해서 발생하는 주파수 성분으로 분리할 수 있는 타이밍으로 되고 있고, 또한,The predetermined sampling timing at the time of imaging by the imaging means is a timing at which aliasing occurs for an interference fringe included in the output of the optical path forming portion, and is obtained by the actual frequency component to be obtained in the frequency domain and the frequency generated by the aliasing. It becomes the timing which can be separated into a component, and,
상기 광로장 검출수단은, 상기 촬상수단에 의해 상기 소정의 샘플링 타이밍으로 취득된 간섭무늬 데이터를 주파수 영역의 데이터로 변환하고, 상기 앨리어싱에 의한 불필요성분을 제외하여 상기 실제 주파수 성분에 의한 새로운 간섭무늬 데이터를 선택하는 간섭무늬 데이터 선택부(14a)와, 상기 새로운 간섭무늬 데이터를 기초로, 상기 간섭무늬의 특징치를 나타내는 상기 특정 광로장을 구하는 광로장 산출부(14c)를 구비하였다.The optical path length detecting means converts the interference fringe data acquired by the imaging means at the predetermined sampling timing into data in the frequency domain, and removes the unnecessary interference due to the aliasing, thereby creating a new interference fringe by the actual frequency component. An interference fringe
청구항 2에 기재의 발명은, 청구항 1에 기재의 발명에 있어서, 상기 간섭무늬 데이터 선택부는, 상기 촬상수단으로부터 출력되는 간섭무늬 데이터를, 상기 샘플링 타이밍에 기초하는 샘플링 데이터수로 푸리에 변환함으로써 상기 주파수 영역의 데이터 변환하고, 상기 주파수 영역상에서 상기 앨리어싱에 의한 불필요 성분을 제외하는 것에 의해서 상기 주파수 영역의 새로운 간섭무늬 데이터를 선택하고,In the invention according to
상기 광로장 검출수단은, 상기 주파수 영역의 새로운 간섭무늬 데이터의 상기 샘플링 데이터수를 샘플링정리에 기초하는 샘플링 데이터수로 변환한 후에, 상기 주파수 영역의 새로운 간섭무늬 데이터를 역푸리에 변환함으로써 시간영역의 새로운 간섭무늬의 포락선 데이터로 변환하고, 상기 시간영역의 새로운 간섭무늬 데이터에 기초하여, 상기 간섭무늬의 특징치를 나타내는 상기 특정 광로장을 구하는 구성으로 하였다.The optical path detection means converts the number of sampling data of the new interference fringe data in the frequency domain into the number of sampling data based on the sampling theorem, and then inversely transforms the new interference fringe data in the frequency domain. The specific optical path length indicating the characteristic value of the interference fringe is obtained by converting the envelope data of the new interference fringe into envelope data of the new interference fringe.
청구항 3에 기재의 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재의 발명에 있어서, 상기 광로장 가변수단에 의한 상기 광로장의 변화에 대해서, 상기 앨리어싱이 발생하는 타이밍이란, 상기 광로장 가변수단에 의한 상기 광로장의 변화가, 상기 광대역광의 중심파장을 λ로 했을 때, λ/6를 넘는 간격인 구성으로 하였다.In the invention according to
청구항 4에 기재의 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재의 발명에 있어서, 상기 촬상수단은, 고유의 최소 노광시간에 촬상하고, 또한 상기 광로장 가변수단이 상기 광로장을 변화시키는 속도를 v로 했을 때, 상기 광로장의 변화가λ/(6v)를 넘는 시간간격을 상기 타이밍으로서 촬상하는 구성으로 하였다.In the invention according to
청구항 5에 기재의 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재의 발명에 있어서, 상기 광로장 검출수단은, 상기 간섭무늬 데이터 선택부에서 선택된 상기 새로운 간섭무늬 데이터로부터 적어도 2개의 파장 성분을 추출하는 파장 선택부(14d)를 갖고, 상기 광로장 산출부는, 상기 추출된 적어도 2개의 파장 성분의 위상차가 거의 제로가 되는 상기 광로장을 상기 특정 광로장으로서 구하는 구성으로 하였다.In the invention as set forth in
본 발명에 의하면, 앨리어싱이 발생하는 타이밍으로 간섭무늬 데이터를 취득(샘플링)하여, 그 앨리어싱에 기인하여 발생한 불필요 주파수 성분을 제거하고, 변위를 측정하는 구성이기 때문에, 앨리어싱이 발생하도록 데이터 취득 타이밍의 기간을 길게 하여, 즉 데이터 취득 회수를 줄여, 그만큼의 광학적 처리시간을 줄일 수 있어, 측정시간을 단축할 수 있다. 즉, 주된 측정시간으로 하여, [광로장 가변시간+데이터 취득회수×(노광시간+취득처리시간)]로 표시되는 것으로 하면, 데이터 취득 회수가 줄어드는 분만큼, 측정시간을 단축할 수 있다.According to the present invention, since the interference fringe data is acquired (sampled) at the timing at which aliasing occurs, the unnecessary frequency component generated due to the aliasing is removed, and the displacement is measured. It is possible to lengthen the period, that is, reduce the number of times of data acquisition, reduce the optical processing time by that amount, and reduce the measurement time. That is, if it is expressed as [the optical field variable time + data acquisition frequency x (exposure time + acquisition process time)] as a main measurement time, a measurement time can be shortened only by the time to which the frequency of data acquisition is reduced.
본 발명과 관련되는 실시 형태를, 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은, 제 1 실시형태의 기능구성을 나타내는 도면이다. 도 2는, 간섭무늬를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은, 도 1의 광로장 검출수단을 바꾼 제 2 실시형태를 나타내는 도면이다. 도 4는, 도 3의 간섭무늬 데이터 선택부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5, 도 6은, 도 3의 광로장 가변수단의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는, 각 주파수 성분의 간섭무늬를 나타내고, 도 6은, 그 위상 특성을 나타낸다. 도 7은, 도 1의 실시형태에 대해 앨리어싱의 영향을 제외하고 간섭무늬를 구하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 7은 '해결하고자 하는 과제'의 란에서 본 발명의 배경을 설명하기 위한 도면이기도 하다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment which concerns on this invention is described using drawing. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of the first embodiment. 2 is a diagram for explaining an interference fringe. FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment in which the optical path length detecting means of FIG. 1 is changed. FIG. 4 is a diagram for explaining an operation of the interference fringe data selection unit of FIG. 3. 5 and 6 are diagrams for explaining the operation of the optical path varying means of FIG. 3, FIG. 5 shows an interference fringe of each frequency component, and FIG. 6 shows its phase characteristics. FIG. 7 is a diagram for explaining an operation of obtaining an interference fringe except for the effect of aliasing in the embodiment of FIG. 1. On the other hand, Figure 7 is also a view for explaining the background of the present invention in the column of the problem to be solved.
[1. 제 1 실시형태의 전체 구성][One. Whole structure of 1st Embodiment]
제 1 실시형태는, 상기한 바와 같이, 샘플링정리를 만족하는 타이밍보다 늦 은 타이밍, 즉 앨리어싱이 발생하는 타이밍으로 촬상수단으로서의 카메라(10)에 의해 촬상하여 얻어지는 각각의 데이터로부터, 앨리어싱에 의해 발생한 불필요 성분을 제외하여, 본래의 샘플링정리를 만족하는 타이밍으로 얻어지는 간섭무늬와 동등의 데이터를 추출한다. 그리고, 그 추출된 간섭무늬의 강도의 피크치가 발생하는 광로장(광로장을 간섭무늬가 발생하기까지 광로장을 변화시켰을 때의 변화량에서도 좋다.)을 특정 광로장(변위)을 구하는 구성이다.As described above, in the first embodiment, aliasing is generated from the respective data obtained by imaging by the
이하의 설명으로, 측정광로의 광로장을 변화시켰을 때에, 간섭무늬가 발생하는 광로장(광로장을 간섭무늬가 발생하기까지 광로장을 변화시켰을 때의 변화량)을 '특정 광로장'이라고 하는 경우가 있어, 이것이 그 피측정물의 형상의 변위를 나타낸다.In the following description, when the optical path length in which the interference fringe is generated when the optical path length of the measurement optical path is changed (the amount of change when the optical path length is changed until the interference fringe is generated in the optical path length) is called a specific optical path length. This indicates the displacement of the shape of the object under test.
도 1에서, 광원(1)은, 간섭을 일으키게 하기 위해서 광대역에 걸쳐서 다수의 파장 성분을 갖는, 코히렌스(coherency)가 낮은 빛을 출사하는 백색광원을 이용한다. 콜리미터 렌즈(2)는, 광원(1)으로부터의 백색광(광대역광)을 집광하여 빔 스플리터(3)에 보낸다. 빔 스플리터(3)는, 백색광의 방향을 변환하여 대물렌즈(4)에 보낸다. 대물렌즈(4)는, 백색광을 평행광으로 하여 빔 스플리터(5)(광로형성부)에 보낸다. 빔 스플리터(5)는, 대물렌즈(4)로부터 받은 백색광을 2방향으로 분기하여, 하나는 측정광으로서 피측정물(7)에 보내고{빔 스플리터(5)로부터 피측정물(7)에의 광로를 측정광로로 한다.}, 다른 하나는 참조광으로서 참조거울(6)에 보낸다(빔 스플리터(5)로부터 참조거울(6)에의 광로를 참조광로로 한다.). 이 예에서는, 빔 스플리터(5)와 참조거울(6)과의 사이는 고정, 즉 참조광로의 광로장은 일정한 고정 길이로 되어 있다. 빔 스플리터(5) 대신에, 반투명경으로 구성할 수도 있다.In Fig. 1, the
측정광로는, 피측정물(7)의 표면상의 측정하고 싶은 원하는 조사 범위를 동시에 백색광으로 조사되는 구성으로 되어 있다.The measurement optical path is configured to irradiate the desired irradiation range on the surface of the
피측정물(7)은, 광로장 가변수단으로서의 피에조(8)의 위에 탑재되어 있다. 피에조(8)는, 압전소자로 구성되어, 광로장 제어수단(16)으로부터의 지시에 의해, 연속적으로, 피측정물(7)을 XY평면(도 1의 지면에 직교하는 면)에 대해서 Z축방향(도 1의 지면의 상하방향)으로 변위(이동)시키는 것에 의해 측정광로의 광로장을 소정 속도로 가변 제어한다.The object to be measured 7 is mounted on the piezo 8 as the optical path variable means. The piezo 8 is constituted by a piezoelectric element, and the Z to be measured is continually moved to the XY plane (surface orthogonal to the surface of FIG. 1) by the instruction from the optical path control means 16. The optical path length of the measurement optical path is variably controlled at a predetermined speed by displacing (moving) in the axial direction (up and down direction of the paper in Fig. 1).
한편, 여기에서는, 본 발명에 있어서의 광로장을 변화시키는 가변 방법으로서는, 연속적인 가변이며, 가변속도를 일정하게 하여 설명하지만, 뒤에 기술하는 카메라 등에 의한 데이터 취득 타이밍에 비해 세세한 스텝형상으로 가변해도 좋다.On the other hand, here, as the variable method for changing the optical path length in the present invention, it is continuous variable, and the variable speed is described to be constant, but it is variable even in the fine step shape compared to the data acquisition timing by a camera or the like described later. good.
피에조(8)는, 광로장 제어수단(16)의 제어에 의해서, 빔 스플리터(5)의 고정 위치에 대해서 측정광로의 광로장을 변화시키는 수단(광로장 가변수단)이다. 한편, 여기에서는, 참조광로의 광로장을 고정, 측정광로의 광로장을 변화시킴으로써 설명하지만, 간섭무늬를 생성하기 위해서는, 피에조(8)를 참조거울(6)에 부착하여, 측정광로를 고정하여, 참조광로의 광로장을 가변하는 구성으로 해도 가능하다.The piezo 8 is a means (optical-field variable means) which changes the optical-field length of a measurement optical path with respect to the fixed position of the
참조거울(6) 및 피측정물(7)의 각각으로부터 반사되어 온 백색광(이하, '복귀광'이라고 하는 경우가 있다.)은, 빔 스플리터(5)로 합파(합성)되어, 대물렌즈(4)로 더 집광된다. 복귀광은, 빔 스플리터(3)를 통과하여 결상렌즈(9)에 의해 평행광으로 되어 카메라(10)에 입력된다.The white light reflected from each of the reference mirror 6 and the measurement target object 7 (hereinafter sometimes referred to as a "return light") is combined (synthesized) by the
이 때, 광로장 제어수단(16)으로부터의 지시로, 피에조(8)가 측정광로의 광로장을 변화시키는 거리(혹은 변화시킬 때의 시간간격)에 따라서, 카메라(10)가 복귀광을 촬상하는 것에 의해, 복귀광에 의한 간섭무늬가 촬상된다(실제는, 촬상은, 복귀광을 촬상하고 있는 것뿐이지만, 그중에는 나중에 촬상 데이터를 전개했을 때에 나타나는 복귀광에 의한 간섭무늬를 포함하므로, '간섭무늬를 촬상'이라고 표현하고 있다). 촬상된 간섭무늬는, 메모리(13)에 기억된다. 이 때, 측정광로는, 상기와 같이 피측정물(7)의 원하는 조사 범위 전체를 백색광에 의해 동시에 조사하는 구성으로 되고 있으므로, 조사 범위의 각 조사 위치, 즉 측정하고 싶은 위치(이하, '측정위치'라고 한다.)로부터의 복귀광에 대응하는 간섭무늬가 촬상된다.At this time, according to the instruction from the optical path control means 16, the
한편, 도 1의 광학계의 변형으로서는, 대물렌즈(4)의 위치를 도 1의 위치 대신에, 측정광로와 참조광로의 각각에 대물렌즈를 배치하는 광학계를 구성할 수도 있으므로, 본 발명은, 도 1의 광학계에 한정되지 않는다. 다만, 이하의 설명은, 도 1을 따라서 설명한다.On the other hand, as a modification of the optical system of FIG. 1, an optical system in which the
카메라(10)에 의한 촬영의 타이밍 및 메모리(13)에 의한 기억의 타이밍은, 본 발명의 데이터의 취득 타이밍으로서, 모두 광로장 제어수단(16)에 의해 동기하여 출력된다. 즉, 광로장 제어수단(16)이 소정속도로 피에조(8)에 광로장을 가변 지시하는 한편, 소정 시간간격의 타이밍 신호를 생성하여 카메라(10) 및 메모리(13)에 보내, 그 타이밍으로 데이터의 취득을 실시하게 한다. 즉, 카메라(10) 및 메모리(13)는, 그 타이밍 신호의 타이밍으로 복귀광의 촬상 데이터(복귀광의 휘도를 나타내는 휘도 데이터가 된다.)를 넣어, 기억한다.The timing of the photographing by the
일반적으로, 광대역광에 의한 간섭무늬는, 광대역광의 중심 파장 λ의 반의 반복 주기를 갖는다. 이 λ/2주기의 파형을 취득하여 재현하기 위해서는, 앨리어싱의 발생을 방지하기 위해, 통상이면, 그 주기에 3개의 데이터가 요구되므로, λ/(2×3)보다 빠른 반복의 타이밍으로 데이터 취득을 할 필요가 있다.Generally, the interference fringe by broadband light has a repetition period of half of the center wavelength (lambda) of broadband light. In order to acquire and reproduce the waveform of this λ / 2 cycle, in order to prevent aliasing from occurring, three data are normally required for the cycle, so that data is acquired at a repetition timing faster than λ / (2 × 3). It is necessary to do
본 발명에서는 앨리어싱이 발생하는 타이밍으로 데이터를 취득하고 있으므로, 카메라(10)에 의한 촬영의 타이밍 및 메모리(13)의 기억 타이밍은, λ/6 보다 늦은(긴) 반복 주기(이하, '샘플링 타이밍 Fs'라고 하는 경우가 있다.)에 있다. 구체적으로는, 광로장 제어수단(16)이 피에조(8)를 구동하여 광로장을 가변하는 속도를 v로 하면, 광로장 제어수단(16)은 λ/6v보다 늦은 시간간격의 제어 신호를 카메라(10) 및 메모리(13)에 보내, 그 제어 신호의 타이밍으로 데이터를 취득시킨다. 광로장 제어수단(16)이 피에조(8)를 아날로그가 아니라 스텝으로 구동시킬 때는, λ/6v에 비해 빠른 시간간격의 타이밍 신호를 생성하여 피에조(8)에 광로장의 가변 지시를 한다.In the present invention, since data is acquired at the timing at which aliasing occurs, the timing of photographing by the
결국, 메모리(13)는, 그 타이밍 신호의 시간간격을 어드레스로 하여 촬상 데이터를 기억한다. 이들 타이밍 진행방향(즉 어드레스방향)이, 광로장방향(Z축방향)을 표시하게 된다. 그 때, 그 촬상 데이터를 측정위치(Xm,Yp)와 합하여 기억한다. 측정 위치(Xm,Yp)의 정보는, 카메라(10)의 촬상소자의 위치에 대응한 XY방향의 화소의 위치이다. 도 2에, 메모리(13)에 기억된 데이터로부터 다음에 설명하는 신호처리수단(20)의 처리에 의해서 얻어진 간섭무늬의 예를 나타낸다.As a result, the
신호처리수단(20)은, 광로장 검출수단(14)과 변위 연산수단(15)을 구비하고 있다.The signal processing means 20 includes an optical path
광로장 검출수단(14)은, 도 1과 같이, 간섭무늬 데이터 선택부(14a), 광로장 산출부(14c)로 구성된다. 간섭무늬 데이터 선택부(14a)는, 메모리(13)로부터의 촬상 데이터, 예를 들면, 측정위치(Xm,Yp)의 데이터를 받아, FFT(푸리에 변환)에 의해 주파수 영역의 데이터로 변환한다. 그렇게 하면, 도 7(E)에 나타내는 바와 같이 앨리어싱에 의한 주파수 성분{도 7(E) 점선부분}과 본래의 간섭무늬의 주파수 성분의 각 데이터가 존재하므로, 필터에 의해 분리하여, 앨리어싱에 의한 주파수 성분을 제외하여, 간섭무늬의 성분{도 7(E) 실선부분}을 분리해 꺼낸다.The optical path length detection means 14 is comprised from the interference fringe
그 후, 도 7(F)에 나타내는 바와 같이, 간섭무늬 데이터 선택부(14a)는, 주파수축을 본래의 주파수축, 즉, 샘플링정리에 따라 앨리어싱이 발생하지 않는 것과 같은 샘플링 타이밍으로 샘플링했을 때의 주파수 영역의 주파수 축으로 축척을 되돌려(본래의 샘플링 주파수보다 낮은 주파수로 앰프링하고 있기 때문에, 말하자면 주파수축이 분주된 형태로 표시되므로, 그것을 되돌린다.), 시간영역의 데이터로 재변환하고, 즉 간섭무늬 데이터로서 광로장 산출부(14c)에 보낸다(도 2는, 그 때의 간섭무늬의 데이터이다.).Subsequently, as shown in Fig. 7F, the interference fringe
한편, 도 2의 간섭무늬의 파형으로, 간섭무늬의 특징값인 간섭무늬의 거의 중앙의 피크 위치는, 참조광로의 광로장과 측정광로의 광로장이 동일하게 된 경우이다. 또한, 백색광에 의한 간섭무늬의 파장은, 광대역광의 요소가 되는 각 파장의 합성으로 만들어져, 그들 대역의 거의 중앙의 파장 λ의 1/2이 된다. 또한, 도 2의 백색광에 의한 간섭무늬의 광로장 방향으로의 넓이, 즉 간섭무늬의 포락선의 폭 Δt는, 백색광의 코히렌스의 정도(코히렌스장), 바꾸어 말하면 주파수 영역에 있어서의 주파수 성분의 폭 ΔF에 의한다. 코히렌스가 낮을수록(코히렌스장이 길수록), 즉 ΔF가 클수록, 폭 Δt는 좁아진다{도 7(A), (B)를 참조}. 간섭무늬의 주파수 성분의 최고 주파수를 Fh라고 하면, 주파수 성분의 폭 ΔF는, ΔF≪[1/(λ/2)]<Fh를 충족하고, 그리고, 폭 ΔF를 작게 하는{코히렌시를 좋게 하면(코히렌스장을 짧게 하면)}, 간섭무늬의 진폭이 거의 일정하게 되어 피크가 없어지므로, 간섭무늬의 피크치를 파악할 수 있는 정도의 간섭무늬의 폭 Δt가 되도록 폭 ΔF를 결정한다. 예를 들면, 모델적인 설명이면서, 폭 ΔF를 최고주파수 Fh/2를 밑돌도록, 광원(1)의 대역폭을 결정하면, 도 7(E)에 나타내는 바와 같이, 샘플링 후의 주파수대역중의 오른쪽 반에 간섭무늬의 실제 주파수 성분, 왼쪽 반에 앨리어싱에 의한 주파수 성분(꺾임 주파수성분)에 배분되고, 또한 Fh/2를 컷으로 하는 하이 패스 필터에 의해 간섭무늬의 실제 주파수 성분만을 추출할 수 있다. 즉 불필요성분인, 꺾임 성분을 제외한 주파수수성분을 얻을 수 있다.On the other hand, in the waveform of the interference fringe of FIG. 2, the peak position of the center of the interference fringe, which is the characteristic value of the interference fringe, is the case where the optical path length of the reference optical path and the optical path length of the measurement optical path are the same. In addition, the wavelength of the interference fringe by white light is made by the synthesis | combination of each wavelength used as an element of broadband light, and becomes 1/2 of the wavelength (lambda) of the substantially center of those bands. In addition, the width of the interference fringe by the white light in the direction of the optical path length, that is, the width Δt of the envelope of the interference fringe is the degree of coherence of the white light (coherence length), that is, the frequency component in the frequency domain. It depends on the width ΔF. The lower the coherence (the longer the coherence length), that is, the larger the ΔF, the narrower the width Δt (see Fig. 7 (A), (B)). If the maximum frequency of the frequency component of the interference fringe is Fh, the width ΔF of the frequency component satisfies ΔF < [1 / (λ / 2)] < Fh, and improves coherence. Lower surface (shorter coherence length)}, since the amplitude of the interference fringe becomes substantially constant and the peak disappears, the width ΔF is determined so that the width Δt of the interference fringe is such that the peak value of the interference fringe can be grasped. For example, in the model description, when the bandwidth of the
광로장 검출수단(14)은, 앨리어싱에 의한 주파수 성분(꺾임 성분)을 제외한 실제 주파수 성분을 역FFT 처리하여 시간 영역의 새로운 간섭무늬로 변환하여, 그 새로운 간섭무늬의 피크 위치를 구하여, 그 위치의 광로장을 결정한다(특정 광로장). '피크위치' (혹은, '피크의 위치')란, 백색광에 의한 간섭무늬의 휘도(진폭)가 최대(이하, '피크'라고 한다.)가 되는 가로축상의 위치로서, 도 2에서, 가로축은, 측정광로의 광로장방향(Z축방향 : 도 1의 지면의 상하방향)이며, 또한 광로장 가변할 때의 시간축방향(카메라(10)에 의해 소정 시간간격으로 촬상될 때의 시간축 방향)이다.The optical path
한편, 메모리(13)에 기억되는 촬상 데이터는, 메모리(13)에 기억된 타이밍(샘플링 타이밍)으로 기억되므로(도 2는, 그것들을 묶어 연속적으로 표현한 것이다.), 광로장 검출수단(14)은, 간섭무늬 데이터 선택부(14a)에서는, 간섭무늬에 대한 이산적인 데이터를 받는다. 이와 같이 이산적이기 때문에, 진폭의 극대점과 포락선의 피크 위치가 일치하지 않는 것이 있지만, 매끄러운 특성이기 때문에 전후의 진폭의 극대점으로부터 보간 연산에 의해, 포락선의 피크 위치를 구해도 좋다. 예를 들면, 이산적인 촬상 데이터로부터 간섭무늬의 피크를 구하는 방법으로서는, 광로장을 단계적으로 변화시켜, 그 변화한 소정의 광로장마다 촬상한 이산적인 촬상 데이터를 기초로 다음의 처리를 실시하는 기술이 있다. 촬상 데이터로부터 얻어지는 간섭무늬의 데이터로부터 디지털·하이패스 필터에 의해 직류성분을 제외한다. 교류성분이 된 데이터를 2승하여 정류한다. 정류된 반복성분에 비해 낮은 반복성분을 통과시키는 디지털·로우패스 필터를 통해 적분하여, 간섭무늬의 포락선 데이터를 산출한다. 즉, 통상의 포락선 검파를 실시한다. 이 때, 피크 위치의 섬세함의 요구에 따라서, 정류된 반복성분의 사이를 예를 들면 2승 특성으로 보간하여, 보간된 반복성분을 적분하여 포락선 데이터를 구한다. 이 포락선 데이터의 피크가 되는 위치를 구한다. 한편, 촬상 데이터의 타이밍(시간간격)과 간섭무늬의 주기에 관계없이, 신호처리수단(20)은, 일본특허공개공보 평성9-318329호에 기재와 같이, 이산적 처리로 피크 위치를 구해도 좋다.On the other hand, since the captured image data stored in the
변위 연산수단(15)은, 피측정물(7)의 측정범위의 각 측정위치에 있어서의 간 섭무늬의 피크 위치의 광로장, 즉 각 특정 광로장으로서, 도 2의 예를 들면 측정 위치(Xm,Yp)에 있어서의 특정파장 t1과, 마찬가지로 하여 구한, 기준 측정위치(Xs,Ys)에 있어서의 특정 파장 ts와의 차이 ts-t1로부터, 기준 측정위치에 대한 측정치에 있어서의 피측정물의 형상의 변위를 구한다.The displacement calculating means 15 is an optical path length of the peak position of the interference fringe at each measurement position of the measurement range of the
[제 2 실시형태]Second Embodiment
도 3, 도 4 및 도 5를 기초로 설명한다(다만, 도 4는, 동작 원리를 설명하기 위한 도면이기도 하다.). 제 2 실시형태는, 도 1의 제 1 실시형태가 간섭무늬의 피크위치를 진폭으로부터 구하고 있던 것에 있어서, 복수 주파수 성분, 예를 들면, 레드의 성분의 파장에 있어서의 위상과 그린 성분의 파장의 위상이 일치한 광로장을 특정 광로장으로서 구하는 형태이다. 도 1의 신호처리수단(20)을 도 3의 신호처리수단(20a)으로 바꾸어 놓고, 또한 도 5의 카메라(10)를 칼라 카메라로 한 것이다. 따라서, 도 1에서, 광원(1)은, 광대역에 걸치는 다수의 파장 성분에 적어도 2파의 파장 대역의 성분을 포함한 광원으로서, 여기에서는, 예를 들면, 레드, 그린의 각 색 파장대를 포함한 광원을 이용한다. 레드, 그린의 각 색 파장의 빛을 합성하여 이용해도 좋다. 신호처리수단(20a) 이외의 다른 구성, 동작, 타이밍 등은, 도 1과 같다. 이하, 신호처리수단(20a)에 대해 설명한다.It demonstrates based on FIG.3, FIG.4 and FIG.5 (However, FIG.4 is a figure for demonstrating an operation principle.). In the second embodiment, in which the first embodiment of FIG. 1 obtains the peak position of the interference fringe from the amplitude, the wavelengths of the phase and the wavelength of the green component and the wavelength of the plurality of frequency components, for example, the red component, are obtained. It is a form to obtain | require the optical path length with which phase corresponded as a specific optical path field. The signal processing means 20 of FIG. 1 is replaced with the signal processing means 20a of FIG. 3, and the
도 3에서 간섭무늬 데이터 선택부(14e)는, 도 1의 간섭무늬 데이터 선택부(14a)와 기본적으로 같지만, 본 발명의 메인의 구성의 하나라도 있으므로, 도 4를 이용하여 설명한다. 간섭무늬 데이터 선택부(14e)는, 카메라(10)나 메모리(13)가, 상기와 같이 앨리어싱을 발생시키는 샘플링 타이밍(λ/6보다 긴 기간의 타이 밍)으로 데이터를 취득하고 있으므로, 메모리(13)로부터의 시간 영역 데이터를 FFT로 주파수 영역 데이터로 변환하고, 그 앨리어싱에 의한 불필요 성분을 필터링하여, 간섭무늬의 주파수 성분을 취득하고, 파장 선택부(14d)에 보내, 파장 선택부(14d)에서, 주파수축을 원래의 시간축상의 간섭무늬로 되돌린다.In FIG. 3, the interference fringe
간섭무늬 데이터 선택부(14e)는, FFT에 의해서, 얻어진 도 4(D)의 데이터 중, 오른쪽 반의 데이터{도 4(D)에서 엷은 회색으로 나타내는 데이터}를 원하는 데이터로서 필터로 선택하여 남기고, 그 전의 주파수대에 있는 불필요 성분을 제거한다. 그리고 도 4(D)의 주파수축을 신장하여{도 4(E)의 회색의 영역으로 나타내는 오른쪽 반} 바탕으로 되돌려 파장 선택부(14d)에 보낸다.The interference fringe
여기서, 도 4를 이용하여, 전반적인 원리적인 설명을 해둔다. 도 4(A)는, 레드, 그린의 각 파장 성분에 의한 간섭무늬이며, 샘플링정리를 만족하는 샘플링 타이밍 T0(상기λ/6 v보다 빠른 타이밍)으로 측정한 경우에서의 예이다. 도 4(B)는, 도 4(A)의 주파수 영역으로 변환한 데이터이다. 그리고, 이 경우는, 필터에 의해 왼쪽 반의 데이터가 선택되어, 그리고 이용된다. 본 발명에 의하면, 예를 들면, 샘플링정리를 만족하는 샘플링 타이밍의 T0의 반으로, 또한 앨리어싱이 발생하는 타이밍으로 데이터 취득(샘플링)하면, 도 4(A)를 대신하여 도 4(C)와 같은 시간 영역의 데이터에 얻을 수 있다. 주파수 영역의 데이터로서는, 도 4(B)의 데이터를 대신하여, 도 4(D)와 같이 도 4(B) 주파수 성분의 분포에 비하여, 좌우의 분포가 바뀐 데이터를 얻을 수 있다. 즉 도 4(B)의 오른쪽의 불필요한 성분이 앨리어싱에 의해 도 4(D)의 왼쪽의 주파수 위치에 나타나고, 도 4(B)의 왼쪽의 본래의 간섭무 늬의 성분이 도 4(D)의 오른쪽의 주파수 위치에 나타난다. 그리고, 도 4(D)의 주파수축은, 도 4(B)의 주파수축에 비하여, 샘플링 주파수의 관계에서 반이 되고 있다. 따라서, 도 4(B)의 왼쪽의 성분 파형과 도 4(D)의 오른쪽의 성분 파형이 같으므로, 이것을 필터로 분리하고, 또한 도 4(E)와 같이 축척을 바꾸면, 본래 얻고 싶은 도 4(B)의 왼쪽 반의 주파수 성분의 데이터를 얻을 수 있다.Here, using Fig. 4, a general principle explanation will be made. Fig. 4A is an example of the case where the interference fringes are formed by the wavelength components of red and green, and are measured at sampling timing T0 (timing faster than λ / 6v) that satisfies the sampling theorem. Fig. 4B is data converted into the frequency domain of Fig. 4A. In this case, the left half of data is selected and used by the filter. According to the present invention, for example, when data is acquired (sampled) at half of T0 of sampling timing that satisfies sampling theorem and at a timing at which aliasing occurs, instead of FIG. Can be obtained for data in the same time domain. As the data of the frequency domain, instead of the data of FIG. 4 (B), as shown in FIG. 4 (D), the data in which the distribution of left and right is changed as compared with the distribution of the frequency component of FIG. 4 (B) can be obtained. That is, unnecessary components on the right side of FIG. 4B appear at the frequency position on the left side of FIG. 4D by aliasing, and components of the original interference region on the left side of FIG. 4B are shown in FIG. 4D. It appears at the frequency position on the right. And the frequency axis of FIG. 4 (D) is half in relationship with a sampling frequency compared with the frequency axis of FIG. 4 (B). Therefore, since the component waveforms on the left side of FIG. 4 (B) and the component waveforms on the right side of FIG. 4 (D) are the same, if this is separated by a filter and the scale is changed as shown in FIG. Data of the frequency component of the left half of (B) can be obtained.
타이밍 관계를 구체적으로 설명하면, 예를 들면, 카메라(10)에 의해 샘플링정리에 기초하는 샘플링 타이밍 T0의 x배{상기 도 4(c)에서는 2배}의 타이밍에 의한 샘플링 데이터수 m으로 시간영역의 간섭무늬 데이터를 FTT처리에 의해 주파수 영역 데이터로 변환한 것으로 하면, 샘플링정리에 기초하는 샘플링 타이밍 T0에 기초하는 샘플 데이터수 n으로 하면, m=n/x가 되어, 그 만큼 주파수축상의 눈금이 줄어들어서 취급된다. 즉, 상기한 바와 같이 분주된 형태로 나타난다. 따라서, 간섭무늬 데이터 선택부(14e)는, 도 4(D)의 주파수축의 축척을 바꾸어, 도 4(E)와 같이 샘플링정리에 기초하는 주파수축{도 4(B)로 같다}과 동일하게 처리하기 위해서는, FFT 처리에 있어서 취급하는 샘플 데이터수를, m개에 더하여, 수 Δn=n-m=n(x-1)/x만, 값 0의 데이터로 보충하는(0패딩) 처리를 한다. 즉, 샘플링 데이터수가 적어져 빈 n-m의 주파수 영역을 0의 데이터로 메운다. 한편, 이론적으로는 주파수축이 n/x만 축척되므로, 샘플링 데이터수를 변경하는 일 없이 이것 주파수축상의 눈금을 x배로 바꿔 읽어 취급해도 좋다. 또한, 이 FFT에 의한 샘플 데이터수와 주파수축과의 관계는, 상기의 실시형태 1에서도 같다.The timing relationship will be described in detail. For example, the time is determined by the number of sampling data m based on the timing of x times the sampling timing T0 based on the sampling theorem by the camera 10 (two times in FIG. 4C). If the interference fringe data of the area is converted into frequency domain data by FTT processing, the number of sample data n based on the sampling timing T0 based on the sampling theorem is m = n / x. The scale is reduced and treated. That is, it appears in a divided form as described above. Accordingly, the interference fringe
도 3에서, 파장 선택부(14d)는, 간섭무늬 데이터 선택부(14e)로부터 보내져 온 주파수 영역의 데이터를 받아 필터에 의해, 예를 들면, 주파수가, 블루(B) 성분, 그린(G) 성분, 레드(R) 성분의 3개로 분류하여, 각각의 성분을 광로장 산출부(14f)에 보낸다. 광로장 산출부(14f)내에서는, 각각의 성분을 받아 역푸리에 변환하여 얻어진 시간영역의 간섭무늬 데이터에 있어서 B위상 산출부(14f1), G위상 산출부(14f2), R위상 산출부(14f1m)의 각각이, 해당하는 성분의 위상 변화를 구한다(예를 들면, 직교 복조하여 위상을 구한다.). 도 5가 광로장의 변화(가로축)에 대한 그들의 각 위상변화(세로축)를 나타낸다. 그리고, 광로장 결정수단(14f4)이, 도 6에 나타내는 바와 같이, 3성분의 위상이 일치한 광로장을 그 측정위치에 있어서의 특정 광로장으로서 결정한다. 이 때, 데이터가 이산적인 것으로부터, 위상의 일치점의 광로장을 특정하기 어려운 경우는, 상기와 같이 보간하는 등의 방법을 이용한다.In Fig. 3, the
상기 구성 중, 신호처리수단(20,20a) 및 광로장 제어수단(16)은, CPU 및 메모리로 구성할 수 있다.In the above configuration, the signal processing means 20 and 20a and the optical path control means 16 can be constituted by a CPU and a memory.
이상과 같이, 앨리어싱이 발생하는 타이밍으로 데이터를 취득하여 측정할 수 있으므로, 데이터 취득회수를 줄일 수 있다. 따라서, 주된 측정시간으로서[광로장 가변시간+데이터 취득회수×(노광시간+취득처리시간)]으로 표시되는 것으로 하면, 데이터 취득회수가 줄어드는 분만큼, 측정시간이 단축할 수 있다.As described above, since data can be acquired and measured at the timing at which aliasing occurs, the data acquisition frequency can be reduced. Therefore, if it is expressed as [the optical field variable time + data acquisition frequency x (exposure time + acquisition process time)] as a main measurement time, a measurement time can be shortened only by the time whose data acquisition frequency is reduced.
도 1은 제 1 실시형태의 기능 구성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a functional configuration of the first embodiment.
도 2는 간섭무늬를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining an interference fringe.
도 3은 도 1의 광로장 검출수단을 바꾼 제 2 실시형태를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows 2nd Embodiment which changed the optical path length detection means of FIG.
도 4는 도 3의 간섭무늬 데이터 선택부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram for describing an operation of the interference fringe data selector of FIG. 3.
도 5는 도 3의 광로장 결정수단의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 각 주파수 성분의 간섭무늬를 나타낸다.FIG. 5 is a view for explaining the operation of the optical path length determining means of FIG. 3, and shows the interference fringe of each frequency component.
도 6은 도 3의 광로장 결정 수단의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 각 주파수 성분의 위상 특성을 나타낸다.FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the optical path length determining means of FIG. 3 and shows the phase characteristics of each frequency component.
도 7은 제 1 실시형태에 있어서 앨리어싱의 영향을 제외하고 간섭무늬를 구하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 또한, '발명이 해결하려고 하는 과제'의 란에서 본 발명의 배경을 설명하기 위한 도면이기도 하다.FIG. 7 is a diagram for explaining an operation of obtaining an interference fringe except for the effect of aliasing in the first embodiment. Moreover, it is also a figure for demonstrating the background of this invention in the column of the problem which this invention tries to solve.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 광원 2 : 콜리미터 렌즈 1: light source 2: collimator lens
3 : 빔 스플리터 4 : 대물렌즈 3: beam splitter 4: objective lens
5 : 빔 스플리터 6 : 참조거울5: beam splitter 6: reference mirror
7 : 피측정물 8 : 피에조 7: measuring object 8: piezo
9 : 결상렌즈 10 : 카메라9: imaging lens 10: camera
13 : 메모리 14 : 광로장 검출수단13
14a,14e : 간섭무늬 데이터 선택부 14d : 파장 선택부14a, 14e: Interference pattern
14, 14f : 광로장 산출부 15 : 변위 연산수단14, 14f: optical field calculation unit 15: displacement calculation means
16 : 광로장 제어수단 18 : 유저 인터페이스 16: optical path control means 18: user interface
20,20a : 신호처리수단20,20a: signal processing means
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