JP2016164557A - Surface shape measurement device and surface shape measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は表面形状測定装置及び表面形状測定方法に係り、特に白色光を光源とする走査型白色干渉計を用いて測定対象物の被測定面の3次元形状を非接触により測定する表面形状測定装置及び表面形状測定方法に関する。 The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method, and in particular, surface shape measurement for measuring a three-dimensional shape of a measurement target surface in a non-contact manner using a scanning white interferometer that uses white light as a light source. The present invention relates to an apparatus and a surface shape measuring method.
表面形状測定装置は、測定対象物の被測定面の3次元形状を測定する装置であり、走査型白色干渉計を用いたものが知られている。 The surface shape measuring device is a device for measuring a three-dimensional shape of a measurement target surface of a measurement object, and one using a scanning white interferometer is known.
走査型白色干渉計は、特許文献1に記載されているように、波長幅が広い白色光(可干渉性の少ない低コヒーレンス光)を光源として用い、マイケルソン型やミロー型などの干渉計を用いて測定対象物の被測定面の3次元形状を非接触により測定する。
As described in
特許文献1に記載のように、マイケルソン型の走査型白色干渉計は、測定対象物(試料)の被測定面に対向して配置されるマイケルソン型干渉計と、被測定面を照明する白色光を出射する白色光源と、マイケルソン型干渉計により生成された干渉光を撮影するCCDカメラ等を備える。
As described in
マイケルソン型干渉計は、光学顕微鏡の構成要素としての対物レンズと、対物レンズと被測定面との間に配置されるビームスプリッタと、参照ミラーとを有する。白色光源からマイケルソン干渉計に入射した白色光は、対物レンズを透過してビームスプリッタにより物体光と参照光とに分割され、物体光は被測定面に照射され、参照光は参照ミラーに照射される。そして、被測定面から戻る物体光と参照ミラーから戻る参照光とが重ね合わされて干渉光が生成され、その干渉光が対物レンズを通過してマイケルソン干渉計からCCDカメラへと出射される。 The Michelson interferometer includes an objective lens as a component of an optical microscope, a beam splitter disposed between the objective lens and a surface to be measured, and a reference mirror. White light incident on the Michelson interferometer from the white light source passes through the objective lens and is divided into object light and reference light by the beam splitter, the object light is irradiated on the surface to be measured, and the reference light is irradiated on the reference mirror. Is done. The object light returning from the surface to be measured and the reference light returning from the reference mirror are superimposed to generate interference light, which passes through the objective lens and is emitted from the Michelson interferometer to the CCD camera.
これにより、CCDカメラの撮像面には、干渉像が結像され、その干渉像が干渉画像としてCCDカメラの撮像素子により取得される。そして、マイケルソン型干渉計を被測定面に対して高さ方向に変位させながら干渉画像を順次取得し、取得した干渉画像から被測定面の各点(画素)ごとのインターフェログラム(干渉縞曲線)を求め、各点ごとのインターフェログラムに基づいて被測定面の各点の相対的な高さが測定される。 Thereby, an interference image is formed on the imaging surface of the CCD camera, and the interference image is acquired as an interference image by the imaging device of the CCD camera. The interference image is sequentially acquired while the Michelson interferometer is displaced in the height direction with respect to the surface to be measured, and an interferogram (interference fringe) for each point (pixel) on the surface to be measured is obtained from the acquired interference image. Curve) and the relative height of each point on the surface to be measured is measured based on the interferogram for each point.
ところで、上述のような走査型白色干渉計において、測定対象物の被測定面が、例えば平面部と斜面部を有するような複雑な形状を有する場合等のように反射率が一定でない場合、反射率の大きい箇所で適正となるように白色光の発光量を調整すると、反射率の小さな箇所のインターフェログラムの波形振幅が小さく、測定が正しく行えない場合がある。逆に反射率の小さい箇所で適正となるように白色光の発光量を調整すると、反射率の大きい箇所のインターフェログラムが飽和してしまい(即ち、予め設定された測定レンジを超えてしまい)、測定が正しく行えない場合がある。 By the way, in the scanning white interferometer as described above, when the reflectivity is not constant, such as when the measurement target surface of the measurement object has a complicated shape such as a flat portion and a slope portion, If the amount of white light emission is adjusted so as to be appropriate at a location with a high rate, the waveform amplitude of the interferogram at a location with a low reflectivity may be small, and measurement may not be performed correctly. Conversely, if the amount of white light emitted is adjusted so that it is appropriate at locations with low reflectivity, the interferogram at locations with high reflectivity will be saturated (ie, exceeding the preset measurement range). Measurement may not be performed correctly.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定対象物の被測定面が複雑な形状を有する場合等のように反射率が一定でない場合でも、被測定面の表面形状(3次元形状)を高感度かつ高精度に測定することができる表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when the reflectance is not constant as in the case where the surface to be measured of the measurement object has a complicated shape, the surface shape (3 An object of the present invention is to provide a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method capable of measuring (dimensional shape) with high sensitivity and high accuracy.
上記目的を達成するため、本発明の第1態様に係る表面形状測定装置は、白色光を出射する光源部と、光源部からの白色光を物体光と参照光とに分割して物体光を測定対象物の被測定面に照射し、被測定面から戻る物体光と参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部と、測定対象物に対して干渉部を物体光の光軸方向に相対的に移動する走査手段と、干渉部からの干渉光を撮像し、干渉光による干渉画像を生成する撮像部と、走査手段により測定対象物に対して干渉部を光軸方向に相対的に移動させながら撮像部から干渉画像を順次取得し、取得した干渉画像に基づいて被測定面の各点ごとのインターフェログラムを求め、各点ごとのインターフェログラムに基づいて被測定面の各点の光軸方向の位置を検出する処理部と、光源部又は撮像部の動作を制御する制御手段と、を備え、処理部は、制御手段により光源部又は撮像部の動作を制御することによって撮像部から少なくとも相対的に光量が大きい第1の干渉画像と相対的に光量が小さい第2の干渉画像とをそれぞれ取得し、第1の干渉画像及び第2の干渉画像のそれぞれに基づき各点ごとに複数のインターフェログラムを求め、複数のインターフェログラムの中から予め設定された測定レンジ内のインターフェログラムを各点ごとに選択し、選択した各点ごとのインターフェログラムに基づいて被測定面の各点の光軸方向の位置を検出する。 In order to achieve the above object, a surface shape measuring apparatus according to a first aspect of the present invention includes a light source unit that emits white light, and the white light from the light source unit is divided into object light and reference light. An interference unit that generates interference light by irradiating the measurement target surface of the measurement object and causing the object light returning from the measurement surface to interfere with the reference light, and the optical axis direction of the object light with respect to the measurement target. A scanning unit that moves relative to the imaging unit, an imaging unit that captures interference light from the interference unit and generates an interference image using the interference light, and a scanning unit that moves the interference unit relative to the measurement target in the optical axis direction. Interferograms are sequentially acquired from the imaging unit while being moved to, and an interferogram for each point of the measured surface is obtained based on the acquired interference image, and each of the measured surfaces is determined based on the interferogram for each point. A processing unit for detecting the position of the point in the optical axis direction, a light source unit or an imaging A control unit that controls the operation of the image processing unit, and the processing unit controls the operation of the light source unit or the image capturing unit by the control unit, thereby relative to the first interference image having a relatively large amount of light from the image capturing unit. And obtaining a plurality of interferograms for each point based on each of the first interference image and the second interference image, and from among the plurality of interferograms. An interferogram within a preset measurement range is selected for each point, and the position in the optical axis direction of each point on the measured surface is detected based on the selected interferogram for each point.
本発明の第2態様に係る表面形状測定装置は、第1態様において、処理部は、測定レンジ内のインターフェログラムが複数ある場合には、測定レンジ内のインターフェログラムの中から波形振幅の最大値が最も大きいインターフェログラムを選択する。 In the surface shape measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, when there are a plurality of interferograms within the measurement range, the processing unit determines the waveform amplitude from the interferogram within the measurement range. Select the interferogram with the largest maximum value.
本発明の第3態様に係る表面形状測定装置は、第1態様又は第2態様において、処理部は、制御手段により光源部又は撮像部の動作を制御することによって測定対象物に対する測定条件を互いに異ならせて測定対象物に対して複数回の測定を行い、複数回の測定によって各点ごとに複数のインターフェログラムを求め、複数のインターフェログラムの中から予め設定された測定レンジ内のインターフェログラムを各点ごとに選択し、選択した各点ごとのインターフェログラムに基づいて被測定面の各点の光軸方向の位置を検出する。 In the surface shape measurement apparatus according to the third aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect, the processing unit controls the measurement condition for the measurement object by controlling the operation of the light source unit or the imaging unit by the control unit. The measurement object is measured multiple times, multiple interferograms are obtained for each point by multiple measurements, and an interferogram within a preset measurement range is selected from the multiple interferograms. A ferrogram is selected for each point, and the position in the optical axis direction of each point on the surface to be measured is detected based on the interferogram for each selected point.
本発明の第4態様に係る表面形状測定装置は、第3態様において、測定条件は、光源部から出射される白色光の発光量である。 In the surface shape measurement apparatus according to the fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the measurement condition is the amount of white light emitted from the light source unit.
本発明の第5態様に係る表面形状測定装置は、第3態様又は第4態様において、測定条件は、撮像部のゲイン、露光時間、及び絞り値の少なくともいずれかである。 In the surface shape measuring apparatus according to the fifth aspect of the present invention, in the third aspect or the fourth aspect, the measurement condition is at least one of a gain of the imaging unit, an exposure time, and an aperture value.
本発明の第6態様に係る表面形状測定装置は、第1態様又は第2態様において、光源部はパルス状の白色光を出射するパルス光源を有し、制御手段は、パルス光源の発光と撮像部の画像取得とが一定の相関関係を保ちながらそれぞれ周期的に行われるように制御する。 In the surface shape measuring apparatus according to the sixth aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect, the light source unit has a pulse light source that emits pulsed white light, and the control means emits light and images the pulse light source. Control is performed so that the image acquisition of each part is periodically performed while maintaining a certain correlation.
本発明の第7態様に係る表面形状測定装置は、第6態様において、パルス光源の発光周期は撮像部の画像取得周期よりも長く、かつパルス光源の1周期あたりの発光時間は撮像部の1周期あたりの画像取得時間よりも長い。 In the sixth aspect of the surface shape measuring apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the light emission period of the pulsed light source is longer than the image acquisition period of the imaging unit, and the light emission time per period of the pulsed light source is 1 of the imaging unit. It is longer than the image acquisition time per cycle.
本発明の第8態様に係る表面形状測定装置は、第7態様において、パルス光源の発光周期は撮像部の画像取得周期の2倍である。 In the surface shape measuring apparatus according to the eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the light emission period of the pulse light source is twice the image acquisition period of the imaging unit.
本発明の第9態様に係る表面形状測定方法は、白色光を出射する光源部と、光源部からの白色光を物体光と参照光とに分割して物体光を測定対象物の被測定面に照射し、被測定面から戻る物体光と参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部と、測定対象物に対して干渉部を物体光の光軸方向に相対的に移動する走査手段と、干渉部からの干渉光を撮像し、干渉光による干渉画像を生成する撮像部と、走査手段により測定対象物に対して干渉部を光軸方向に相対的に移動させながら撮像部から干渉画像を順次取得し、取得した干渉画像に基づいて被測定面の各点ごとのインターフェログラムを求め、各点ごとのインターフェログラムに基づいて被測定面の各点の光軸方向の位置を検出する処理部と、光源部又は撮像部の動作を制御する制御手段と、を備える表面形状測定装置における表面形状測定方法であって、制御手段により光源部又は撮像部の動作を制御することによって撮像部から相対的に光量が大きい第1の干渉画像と相対的に光量が小さい第2の干渉画像とをそれぞれ取得し、第1の干渉画像及び第2の干渉画像のそれぞれに基づき各点ごとに複数のインターフェログラムを求める取得ステップと、複数のインターフェログラムの中から予め設定された測定レンジ内のインターフェログラムを各点ごとに選択する選択ステップと、選択ステップにより選択した各点ごとのインターフェログラムに基づいて被測定面の各点の光軸方向の位置を検出する検出ステップと、を備える。 A surface shape measurement method according to a ninth aspect of the present invention includes a light source unit that emits white light, and the white light from the light source unit is divided into object light and reference light so that the object light is measured on the surface to be measured. An interference unit that generates interference light that interferes with the object light returning from the measurement surface and the reference light, and scanning that moves the interference unit relative to the measurement target in the direction of the optical axis of the object light. An imaging unit that captures interference light from the interference unit and generates an interference image by the interference light, and from the imaging unit while moving the interference unit relative to the measurement object by the scanning unit in the optical axis direction. Interferograms are acquired sequentially, an interferogram for each point on the measured surface is obtained based on the acquired interference image, and the position of each point on the measured surface in the optical axis direction is determined based on the interferogram for each point. And a control unit that controls the operation of the light source unit or the imaging unit. A surface shape measuring method in a surface shape measuring apparatus comprising: a step; relative to a first interference image having a relatively large amount of light from the imaging unit by controlling an operation of the light source unit or the imaging unit by a control unit; And obtaining a plurality of interferograms for each point based on the first interference image and the second interference image, respectively, and a plurality of interferograms. A selection step for selecting an interferogram within a preset measurement range for each point, and the optical axis direction of each point on the surface to be measured based on the interferogram for each point selected in the selection step And a detecting step for detecting the position of.
本発明の第10態様に係る表面形状測定装置は、第9態様において、選択ステップは、測定レンジ内のインターフェログラムが複数ある場合には、測定レンジ内のインターフェログラムの中から波形振幅の最大値が最も大きいインターフェログラムを選択する。 The surface shape measuring apparatus according to the tenth aspect of the present invention is the surface shape measuring apparatus according to the ninth aspect, wherein the selecting step includes the step of measuring the waveform amplitude from the interferogram within the measurement range when there are a plurality of interferograms within the measurement range. Select the interferogram with the largest maximum value.
本発明の第11態様に係る表面形状測定装置は、第9態様又は第10態様において、取得ステップは、制御手段により光源部又は撮像部の動作を制御することによって測定対象物に対する測定条件を互いに異ならせて測定対象物に対して複数回の測定を行い、複数回の測定によって各点ごとに複数のインターフェログラムを求める。 In the surface shape measuring apparatus according to the eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect or the tenth aspect, the acquisition step sets the measurement conditions for the measurement object to each other by controlling the operation of the light source unit or the imaging unit by the control unit. A plurality of measurements are performed on an object to be measured in a different manner, and a plurality of interferograms are obtained for each point by a plurality of measurements.
本発明の第12態様に係る表面形状測定装置は、第11態様において、測定条件は、光源部から出射される白色光の発光量である。 In the surface shape measuring apparatus according to the twelfth aspect of the present invention, in the eleventh aspect, the measurement condition is the amount of white light emitted from the light source unit.
本発明の第13態様に係る表面形状測定装置は、第11態様又は第12態様において、前測定条件は、撮像部のゲイン、露光時間、及び絞り値の少なくともいずれかである。 In the surface shape measurement apparatus according to the thirteenth aspect of the present invention, in the eleventh aspect or the twelfth aspect, the pre-measurement condition is at least one of a gain of the imaging unit, an exposure time, and an aperture value.
本発明の第14態様に係る表面形状測定装置は、第9態様又は第10態様において、光源部は白色光を周期的に出射するパルス光源を有し、制御手段は、パルス光源の発光と撮像部の画像取得とが一定の相関関係を保ちながらそれぞれ周期的に行われるように制御する。 The surface shape measuring apparatus according to the fourteenth aspect of the present invention is the surface shape measuring apparatus according to the ninth aspect or the tenth aspect, wherein the light source unit has a pulsed light source that periodically emits white light, and the control means emits and images the pulsed light source. Control is performed so that the image acquisition of each part is periodically performed while maintaining a certain correlation.
本発明の第15態様に係る表面形状測定装置は、第14態様において、パルス光源の発光周期は撮像部の画像取得周期よりも長く、かつパルス光源の1周期あたりの発光時間は撮像部の1周期あたりの画像取得時間よりも長い。 The surface shape measuring apparatus according to the fifteenth aspect of the present invention is the surface shape measuring apparatus according to the fourteenth aspect, wherein the light emission cycle of the pulse light source is longer than the image acquisition cycle of the image pickup unit, and the light emission time per cycle of the pulse light source is one of the image pickup unit. It is longer than the image acquisition time per cycle.
本発明の第16態様に係る表面形状測定装置は、第15態様において、パルス光源の発光周期は撮像部の画像取得周期の2倍である。 The surface shape measurement apparatus according to the sixteenth aspect of the present invention is the fifteenth aspect, wherein the light emission cycle of the pulsed light source is twice the image acquisition cycle of the imaging unit.
本発明によれば、測定対象物の被測定面が複雑な形状を有する場合等のように反射率が一定でない場合でも、被測定面の表面形状(3次元形状)を高感度かつ高精度に測定することができる。 According to the present invention, the surface shape (three-dimensional shape) of the surface to be measured is highly sensitive and accurate even when the reflectance is not constant, such as when the surface to be measured has a complicated shape. Can be measured.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described.
図1は、第1の実施の形態に係る表面形状測定装置の全体構成を示した構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment.
図1に示すように、第1の実施形態に係る表面形状測定装置1は、ミロー型の干渉計を用いて測定対象物の表面形状等を非接触により3次元測定する所謂、ミロー型の走査型白色干渉計(顕微鏡)であり、測定対象物Pの干渉画像を取得する光学部2と、測定対象物Pが載置されるステージ10と、光学部2の各種制御や光学部2により取得された干渉画像に基づいて各種演算処理を行うパーソナルコンピュータ等の演算処理装置からなる処理部18等を備える。
As shown in FIG. 1, a surface
なお、測定対象物Pが配置される測定空間において、互いに直交する水平方向の2つの座標軸をx軸(紙面に平行する軸)とy軸(紙面に直交する軸)とし、x軸及びy軸に直交する鉛直方向の座標軸をz軸とする。 In the measurement space where the measurement object P is arranged, the two coordinate axes in the horizontal direction orthogonal to each other are the x axis (axis parallel to the paper surface) and the y axis (axis orthogonal to the paper surface), and the x axis and the y axis. A vertical coordinate axis orthogonal to the z axis is defined as z-axis.
ステージ10は、x軸及びy軸に略平行する平坦な上面であって測定対象物Pを載置するステージ面10aを有する。
The
ステージ面10aに対向する位置、即ち、ステージ10の上側には、不図示の筐体により一体的に収容保持された光学部2が配置される。
At a position facing the
光学部2は、x軸に平行な光軸L1を有する光源部12と、z軸に平行な光軸L0を有する干渉部14及び撮像部16とを有する。光源部12の光軸L1は、干渉部14及び撮像部16の光軸L0に対して直交し、干渉部14と撮像部16との間において光軸L0と交差する。なお、光軸L1は、必ずしもx軸と平行でなくてもよい。
The
光源部12は、測定対象物Pを照明する照明光として波長幅が広い白色光(可干渉性の少ない低コヒーレンス光)を出射する光源40と、光源40から拡散して出射された照明光を略平行な光束に変換するコレクタレンズ42とを有する。光源40及びコレクタレンズ42の各々の中心とする軸は光源部12の光軸L1として同軸上に配置される。
The
また、光源40としては、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンランプ、高輝度放電ランプなど、任意の種類の発光体を用いることができる。
Further, as the
この光源部12から出射された照明光は、干渉部14と撮像部16との間に配置され、光軸L1と光軸L0とが交差する位置に配置されたハーフミラー等のビームスプリッタ44に入射する。そして、ビームスプリッタ44(ビームスプリッタ44の平坦な光分割面(反射面))で反射した照明光が光軸L0に沿って進行して干渉部14に入射する。
The illumination light emitted from the
干渉部14は、周知のミロー型干渉計により構成され、光源部12から入射した照明光を物体光と参照光とに分割し、物体光をz軸方向(第1方向)を光軸として測定対象物Pに照射して測定対象物Pから戻る物体光を参照光により干渉させた干渉光を生成する。
The
干渉部14は、集光作用を有する対物レンズ50と、光を反射する平坦な反射面を有する参照ミラー52と、光を分割する平坦な光分割面を有するビームスプリッタ54を有する。対物レンズ50、参照ミラー52、及びビームスプリッタ54の各々の中心とする軸は干渉部14の光軸L0として同軸上に配置される。参照ミラー52は例えば対物レンズ50の中心表面部分に設置される。
The
光源部12からこの干渉部14に入射した照明光は、対物レンズ50により集光作用を受けた後、ビームスプリッタ54に入射する。
The illumination light incident on the
ビームスプリッタ54は、例えばハーフミラーであり、ビームスプリッタ54に入射した照明光は、ビームスプリッタ54を透過する物体光と、ビームスプリッタ54の光分割面で反射する参照光とに分割される。
The
ビームスプリッタ54を透過した物体光は、測定対象物Pの被測定面Sに照射された後、被測定面Sから干渉部14へと戻り、再度、ビームスプリッタ54に入射する。そして、ビームスプリッタ54を透過した物体光が対物レンズ50に入射する。
The object light that has passed through the
一方、ビームスプリッタ54で反射した参照光は、参照ミラー52の光反射面で反射した後、再度、ビームスプリッタ54に入射する。そして、ビームスプリッタ54で反射した参照光が対物レンズ50に入射する。
On the other hand, the reference light reflected by the
これによって、干渉部14から被測定面Sに照射されて干渉部14に戻る物体光と、参照ミラー52で反射した参照光とが重ね合わされた干渉光が生成され、その干渉光が対物レンズ50により集光作用を受けた後、干渉部14から撮像部16に向けて出射される。
As a result, interference light is generated by superimposing the object light irradiated on the measurement surface S from the
また、ビームスプリッタ54(光分割面)は、対物レンズ50の焦点面(対物レンズ50の焦点を通り、光軸L0に垂直な平面)に対して距離hだけ対物レンズ50側に近くなる位置、即ち、対物レンズ50の焦点面に対して距離hだけ高い位置に配置される。
Further, the beam splitter 54 (light splitting surface) is a position close to the
参照ミラー52(反射面)は、ビームスプリッタ54(光分割面)に対して距離hだけ対物レンズ50側に近くなる位置、即ち、ビームスプリッタ54に対して距離hだけ高い位置に配置される。
The reference mirror 52 (reflection surface) is disposed at a position that is closer to the
したがって、ビームスプリッタ54と参照ミラー52とは、対物レンズ50の焦点面の位置で反射した物体光の光路長と参照光の光路長とが等しくなるように配置される。
Therefore, the
なお、対物レンズ50の焦点距離をHsとすると、距離hを2倍した値2h、即ち、対物レンズ50の焦点面から参照ミラー52までの距離2hは、対物レンズ50の焦点距離Hsよりも小さい。
When the focal length of the
また、照明光が物体光と参照光とに分割された後、物体光と参照光とが重ね合わされるまでの物体光と参照光の各々が通過した光路の光学的距離を、物体光の光路長及び参照光の光路長といい、それらの差を物体光と参照光の光路長差というものとする。 Further, after the illumination light is divided into the object light and the reference light, the optical distance of the optical path through which each of the object light and the reference light passes until the object light and the reference light are superimposed is expressed as the optical path of the object light. The length and the optical path length of the reference light are referred to as the optical path length difference between the object light and the reference light.
また、干渉部14は、光学部2においてz軸方向に直線移動可能に設けられる。そして、干渉部アクチュエータ56の駆動により干渉部14がz軸方向に移動する。これにより、対物レンズ50の焦点面の位置(高さ)がz軸方向に移動すると共に、被測定面Sとビームスプリッタ54との距離が変化することで物体光の光路長が変化し、物体光と参照光との光路長差が変化する。なお、干渉部アクチュエータ56は、走査手段の一例である。
The
撮像部16は、干渉部14からの干渉光を受光して干渉光による干渉画像を生成する撮像部であり、例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラに相当し、CCD型の撮像素子60と、結像レンズ62とを有する。撮像素子60と結像レンズ62の各々の中心とする軸は撮像部16の光軸L0と同軸上に配置される。なお、撮像素子60は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の撮像素子等、任意の撮像手段を用いる
ことができる。
The
干渉部14から出射された干渉光は、上述のビームスプリッタ44に入射し、ビームスプリッタ44を透過した干渉光が撮像部16に入射する。
The interference light emitted from the
撮像部16に入射した干渉光は、結像レンズ62により撮像素子60の撮像面60aに干渉像を結像する。ここで、結像レンズ62は、測定対象物Pの被測定面Sの光軸L0周辺の領域に対する干渉像を高倍率に拡大して撮像素子60の撮像面60aに結像する。
The interference light incident on the
また、結像レンズ62は、干渉部14の対物レンズ50の焦点面上における点を、撮像素子60の撮像面上の像点として結像する。即ち、撮像部16は、対物レンズ50の焦点面の位置にピントが合うように(合焦するように)設計されている。なお、以下において、測定対象物Pの焦点面のz軸方向の位置を単に「ピント位置」、又は、「撮像部16のピント位置」というものとする。
In addition, the
撮像素子60の撮像面60aに結像された干渉像は、撮像素子60により電気信号に変換されて干渉画像として取得される。そして、その干渉画像は、処理部18に与えられる。
The interference image formed on the
以上のように光源部12、干渉部14、及び撮像部16等により構成される光学部2は、全体が一体的としてz軸方向に直進移動可能に設けられる。例えば、光学部2は、z軸方向に沿って立設された不図示のz軸ガイド部に直進移動可能に支持される。そして、zアクチュエータ70の駆動により光学部2全体がz軸方向に直進移動する。これにより、干渉部14をz軸方向に移動させる場合よりも、撮像部16のピント位置をz軸方向に大きく移動させることができ、例えば、測定対象物Pの厚さ等に応じて撮像部16のピント位置を適切な位置に調整することができる。
As described above, the
処理部18は、測定対象物Pの被測定面Sの表面形状を測定する際に、干渉部アクチュエータ56を制御して光学部2の干渉部14をz軸方向(第1方向)に移動させながら撮像部16の撮像素子60から干渉画像を順次取得する。そして、取得した干渉画像に基づいて被測定面Sの各点ごとのインターフェログラム(以下、「干渉縞曲線」ともいう。)を求め、各点ごとのインターフェログラムに基づいて被測定面の各点のz軸方向に関する位置を求め、被測定面Sの表面形状を示す3次元形状データを取得する。
When the
被測定面Sの3次元形状データを取得する処理について説明すると、撮像部16の撮像素子60は、x軸及びy軸からなるxy平面(水平面)に沿って2次元的に配列された多数の受光素子(画素)からなり、各画素において受光される干渉像の輝度値、即ち、撮像素子60により取得される干渉画像の各画素の輝度値は、各画素に対応する被測定面Sの各点で反射した物体光と参照光との光路長差に応じた干渉光の強度(輝度情報)を示す。
The processing for acquiring the three-dimensional shape data of the surface S to be measured will be described. The
ここで、図2に示すように、干渉画像(撮像素子60の撮像面)のm列目、n行目の画素を(m,n)と表すものとする。そして、画素(m,n)のx軸方向に関する位置(以下、x軸方向に関する位置を「x位置」という)を示すx座標値をx(m,n)と表し、y軸方向に関する位置(以下、y軸方向に関する位置「y位置」という)を示すy座標値をy(m,n)と表すものとする。 Here, as shown in FIG. 2, the pixels in the m-th column and the n-th row of the interference image (the imaging surface of the imaging device 60) are represented as (m, n). An x coordinate value indicating the position of the pixel (m, n) in the x-axis direction (hereinafter, the position in the x-axis direction is referred to as “x position”) is represented by x (m, n), and the position in the y-axis direction ( Hereinafter, a y coordinate value indicating a position “y position” in the y-axis direction) is expressed as y (m, n).
また、画素(m,n)に対応する測定対象物Pの被測定面S上の点のx位置を示すx座標値をX(m,n)と表し、y位置を示すy座標値をY(m,n)と表すものとし、また、その点をxy座標値により(X(m,n),Y(m,n))と表すものとする。なお、画素(m,n)に対応する被測定面S上の点とは、ピントが合っている状態において画素(m,n)の位置に像点が結像される被測定面S上の点を意味する。 Further, the x coordinate value indicating the x position of the point on the measured surface S of the measurement object P corresponding to the pixel (m, n) is represented as X (m, n), and the y coordinate value indicating the y position is represented as Y. It is assumed that (m, n) is represented, and the point is represented by (X (m, n), Y (m, n)) by an xy coordinate value. The point on the measured surface S corresponding to the pixel (m, n) is on the measured surface S where the image point is formed at the position of the pixel (m, n) in the focused state. Means a point.
このとき、撮像素子60により取得される干渉画像の画素(m,n)の輝度値は、画素(m,n)に対応する被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))に照射された物体光と参照光との光路長差に応じた大きさを示す。そして、その光路長差が0となる場合に最も大きな値を示す。
At this time, the luminance value of the pixel (m, n) of the interference image acquired by the
即ち、図1の干渉部アクチュエータ56により干渉部14をz軸方向に移動させて光学部2(撮像部16)に対する干渉部14の相対的なz軸方向の位置(以下、「z位置」という)を変位させると、撮像部16のピント位置(対物レンズ50の焦点面)もz軸方向に移動し、ピント位置も干渉部14と同じ変位量で変位する。また、ピント位置が変位すると、被測定面Sの各点に照射される物体光の光路長も変化する。
That is, the
そして、干渉部14をz軸方向に移動させてピント位置を変位させながら、即ち、物体光の光路長を変化させながら、撮像素子60から干渉画像を順次取得して干渉画像の任意の画素(m,n)の輝度値を検出すると、ピント位置のz座標値に対して図3のような干渉縞曲線(インターフェログラム)Qに沿った輝度値が得られる。
Then, while moving the
ここで、処理部18は、干渉部14の所定の基準位置からの変位量(干渉部14のz位置)を、ポテンショメータやエンコーダなどの不図示の位置検出手段からの検出信号により検出することができ、または、位置検出手段を使用することなく干渉部14のz位置を制御する場合、例えば、干渉部アクチュエータ56に与える駆動信号により一定変位量ずつ干渉部14を移動させる場合には、その総変位量により検出することができる。そして、干渉部14が基準位置のときのピント位置のz位置を測定空間におけるz座標の基準位置(原点位置)として、かつ、干渉部14の基準位置からの変位量をピント位置のz座標値として取得することができる。なお、z座標値は、原点位置よりも高い位置(撮像部16に近づく位置)を正側、低い位置(ステージ面10aに近づく位置)を負側とする。また、干渉部14の基準位置、即ち、z座標の原点位置は任意のz位置に設定、変更することができる。
Here, the
任意の画素(m,n)における干渉縞曲線Qは、その画素(m,n)に対応する被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))に照射された物体光と参照光との光路長差が所定値より大きい場合には略一定の輝度値を示し、光路長差がその所定値より小さいときには、光路長差が減少するにつれて輝度値が振動すると共にその振幅が大きくなる。 The interference fringe curve Q at an arbitrary pixel (m, n) is irradiated to a point (X (m, n), Y (m, n)) on the measured surface S corresponding to the pixel (m, n). When the optical path length difference between the object light and the reference light is larger than a predetermined value, the luminance value is substantially constant. When the optical path length difference is smaller than the predetermined value, the luminance value oscillates as the optical path length difference decreases. As the amplitude increases.
したがって、干渉縞曲線Qは、物体光と参照光との光路長が一致したときに(光路長差が0のときに)、最大値を示すと共に、その干渉縞曲線Qの包絡線における最大値を示す。 Therefore, the interference fringe curve Q shows the maximum value when the optical path lengths of the object light and the reference light match (when the optical path length difference is 0), and the maximum value in the envelope of the interference fringe curve Q Indicates.
また、被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))に照射された物体光と参照光との光路長は、撮像部16のピント位置が被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))のz位置に一致したときに一致する。
Further, the optical path length between the object light and the reference light irradiated to the point (X (m, n), Y (m, n)) on the measured surface S is such that the focus position of the
したがって、干渉縞曲線Qが最大値を示すとき(又は干渉縞曲線Qの包絡線が最大値を示すとき)のピント位置は、被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))のz位置に一致しており、そのときのピント位置のz座標値は、被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))のz座標値を示す。 Therefore, when the interference fringe curve Q shows the maximum value (or when the envelope of the interference fringe curve Q shows the maximum value), the focus position is a point (X (m, n), Y ( The z coordinate value of the focus position at that time is the z coordinate of the point (X (m, n), Y (m, n)) on the measured surface S. Indicates the value.
以上のことから、処理部18は、干渉部アクチュエータ56により干渉部14をz軸方向(第1方向)に移動させてピント位置をz軸方向に移動させながら(物体光の光路長を変化させながら)、撮像素子60から干渉画像を順次取得し、各画素(m,n)の輝度値をピント位置のz座標値に対応付けて取得する。即ち、ピント位置をz軸方向に走査しながら干渉画像の各画素(m,n)の輝度値を取得する。そして、各画素(m,n)について、図3のような干渉縞曲線Qの輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を、各画素(m,n)に対応する被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))のz座標値Z(m,n)として検出する。
From the above, the
なお、Z(m,n)は、画素(m,n)に対応する被測定面S上の点(X(m,n),Y(m,n))のz座標値を示す。 Z (m, n) represents the z coordinate value of the point (X (m, n), Y (m, n)) on the measured surface S corresponding to the pixel (m, n).
また、干渉縞曲線Qの輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を検出する方法は周知であり、どのような方法を採用してもよい。例えば、ピント位置の微小間隔ごとのz座標値において干渉画像を取得することで、各画素(m,n)について、図3のような干渉縞曲線Qを実際に描画することができる程度に輝度値を取得することができ、取得した輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を検出することで、干渉縞曲線Qの輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を検出することができる。または、ピント位置の各z座標値において取得した輝度値に基づいて最小二乗法等により干渉縞曲線Qを推測し、又は、干渉縞曲線Qの包絡線を推測し、その推測した干渉縞曲線Q又は包絡線に基づいて輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を検出することで、干渉縞曲線Qの輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を検出することができる。 Also, a method of detecting the z coordinate value of the focus position when the luminance value of the interference fringe curve Q shows the maximum value is well known, and any method may be adopted. For example, by acquiring an interference image at z coordinate values for every minute interval at the focus position, the luminance is such that an interference fringe curve Q as shown in FIG. 3 can be actually drawn for each pixel (m, n). The z-coordinate of the focus position when the luminance value of the interference fringe curve Q shows the maximum value by detecting the z-coordinate value of the focus position when the acquired luminance value shows the maximum value. The value can be detected. Alternatively, the interference fringe curve Q is estimated by the least square method or the like based on the luminance value acquired at each z coordinate value of the focus position, or the envelope of the interference fringe curve Q is estimated, and the estimated interference fringe curve Q Alternatively, the z coordinate value of the focus position when the luminance value shows the maximum value based on the envelope is detected, thereby detecting the z coordinate value of the focus position when the luminance value of the interference fringe curve Q shows the maximum value. be able to.
以上のようにして、処理部18は、干渉画像(撮像素子60の撮像面60a)の各画素(m,n)に対応する被測定面S上の各点(X(m,n),Y(m,n))のz座標値Z(m,n)を検出することで、被測定面S上の各点(X(m,n),Y(m,n))の相対的な高さを検出することができる。そして、被測定面S上の各点のx座標値X(m,n)、y座標値Y(m,n)、及びz座標値Z(m,n)を被測定面Sの3次元形状データ(表面形状を示すデータ)として取得することができる。例えば、図4に示すようにx軸方向に並ぶ3つの画素に対応する被測定面S上の3点におけるz座標値Z1、Z2、Z3が相違する場合に、ピント位置をz軸方向に走査しながら干渉画像のそれらの画素の輝度値を取得すると、それらの画素の各々に関してピント位置がz座標値Z1、Z2、Z3のときに輝度値が最大値を示す干渉縞曲線Q1、Q2、Q3が取得される。したがって、それらの干渉縞曲線Q1、Q2、Q3の輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を検出することで、それらの画素に対応する被測定面S上の3点におけるz座標値Z1、Z2、Z3を検出することができる。
As described above, the
ところで、測定対象物Pの被測定面Sが、例えば平面部と斜面部を有するような複雑な形状を有する場合、反射率の大きい箇所で適正となるように白色光の発光量を調整すると、反射率の小さな箇所の干渉縞曲線の波形振幅が小さく、測定が正しく行えない場合がある。逆に反射率の小さい箇所で適正となるように白色光の発光量を調整すると、反射率の大きい箇所の干渉縞曲線が飽和してしまい(即ち、予め設定された測定レンジを超えてしまい)、測定が正しく行えない場合がある。 By the way, when the surface to be measured S of the measurement object P has a complicated shape having, for example, a flat portion and a slope portion, the amount of white light emitted is adjusted so as to be appropriate in a portion having a large reflectance, There are cases where the waveform amplitude of the interference fringe curve at a portion having a low reflectance is small and measurement cannot be performed correctly. Conversely, if the amount of white light emission is adjusted so as to be appropriate at a location where the reflectivity is low, the interference fringe curve at the location where the reflectivity is high is saturated (ie, exceeds a preset measurement range). Measurement may not be performed correctly.
これに対し、第1の実施の形態の表面形状測定装置1では、上記課題を解決するために、白色光の発光量が互いに異なる測定条件で2回の測定を行い、各々の測定によって第1干渉縞曲線及び第2干渉縞曲線を各点ごとに求め、第1干渉縞曲線及び第2干渉縞曲線の中から各点ごとに適した干渉縞曲線を選択し、選択した各点ごとの干渉縞曲線に基づいて被測定面の各点の相対的な高さ(z座標値)を検出する処理を行う。
On the other hand, in the surface
このような処理を実現するため、第1の実施の形態の表面形状測定装置1は、図1に示すように、制御手段の一例として光源制御部72を備えている。光源制御部72は、光源40から出射される白色光の発光量(光源光量)を制御する。具体的には、光源制御部72は、処理部18により測定対象物に対する測定条件を互いに異ならせて2回の測定が行われる際、1回目の測定における発光量(第1発光量)と、2回目の測定における発光量(第2発光量)とを決定し、それぞれの測定において決定した発光量となるように光源40の発光量を制御する。第1発光量と第2発光量は互いに異なる発光量である。例えば、第1発光量は被測定面Sの反射率が低い場合に適正な大光量であり、第2発光量は被測定面Sの反射率が高い場合に適正な小光量である。
In order to realize such processing, the surface
図5は、第1の実施の形態に係る表面形状測定装置による表面形状測定方法の一例を示したフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing an example of a surface shape measuring method by the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment.
ステージ10のステージ面10aに測定対象物Pが載置され、例えば、図1の入力部22により測定開始が指示されると、まず、図5のステップS10の工程(第1測定条件設定工程)として、光源制御部72は、光源40から出射される白色光の発光量が第1発光量(大光量)となるように制御を行う。
When the measurement object P is placed on the
次に、ステップS12の工程(第1インターフェログラム取得工程)として、処理部18は、干渉部アクチュエータ56を制御して光学部2の干渉部14をz軸方向に移動させてピント位置をz軸方向に移動させながら撮像素子60から干渉画像を順次取得し、取得した干渉画像に基づいて被測定面Sの各点(即ち、干渉画像の各画素)ごとに第1干渉縞曲線(第1インターフェログラム)を取得する。
Next, as the process of Step S12 (first interferogram acquisition process), the
次に、ステップS14の工程(第2測定条件設定工程)として、光源制御部72は、光源40から出射される白色光の発光量が第2発光量(小光量)となるように制御を行う。
Next, as the process of Step S14 (second measurement condition setting process), the light
次に、ステップS16の工程(第2インターフェログラム取得工程)として、ステップS12(第1インターフェログラム取得工程)の工程と同様に、処理部18は、干渉部アクチュエータ56を制御して光学部2の干渉部14をz軸方向に移動させてピント位置をz軸方向に移動させながら撮像素子60から干渉画像を順次取得し、取得した干渉画像に基づいて被測定面Sの各点(即ち、干渉画像の各画素)ごとに第2干渉縞曲線(第2インターフェログラム)を取得する。
Next, as the process of Step S16 (second interferogram acquisition process), similarly to the process of Step S12 (first interferogram acquisition process), the
次に、ステップS18の工程(第1選択工程)として、処理部18は、第1干渉縞曲線(第1インターフェログラム)及び第2干渉縞曲線(第2インターフェログラム)の中から予め設定された測定レンジ内にある干渉縞曲線を選択し、この処理を全ての点(画素)に対して行う。
Next, as the process of Step S18 (first selection process), the
図6は、被測定面Sの任意の点(干渉画像における任意の画素)に対する第1干渉縞曲線Qaと第2干渉縞曲線Qbの一例を示した図である。本例において、第1干渉縞曲線Qaは白色光の発光量が第1発光量(大光量)であるときに取得されたものである。そのため、被測定面Sの任意の点における反射率が高い箇所である場合には、図6の(a)に示すように第1干渉縞曲線Qaは予め設定された測定レンジを超えてしまい、第1干渉縞曲線Qaの輝度値が最大値(波形振幅の最大値)を示すときのピント位置のz座標値を検出することが困難となる場合がある。一方、第2干渉縞曲線Qbは、第1干渉縞曲線Qaを取得するときの測定条件とは異なる測定条件、即ち、第1干渉縞曲線Qaを取得するときの白色光の第1発光量(大光量)よりも少ない第2発光量(小光量)で取得されたものであるため、図6の(b)に示すように第2干渉縞曲線Qbは予め設定された測定レンジ内におさまり、第2干渉縞曲線Qbの輝度値が最大値(波形振幅の最大値)を示すときのピント位置のz座標値を安定かつ正確に検出することが可能となる。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the first interference fringe curve Qa and the second interference fringe curve Qb with respect to an arbitrary point (arbitrary pixel in the interference image) on the surface S to be measured. In this example, the first interference fringe curve Qa is acquired when the amount of white light emitted is the first amount of light (large amount of light). Therefore, in the case where the reflectance at an arbitrary point on the measurement surface S is high, the first interference fringe curve Qa exceeds the preset measurement range as shown in FIG. It may be difficult to detect the z-coordinate value of the focus position when the luminance value of the first interference fringe curve Qa shows the maximum value (maximum value of the waveform amplitude). On the other hand, the second interference fringe curve Qb is a measurement condition different from the measurement condition when obtaining the first interference fringe curve Qa, that is, the first emission amount of white light (when obtaining the first interference fringe curve Qa ( Since the second light emission amount (small light amount) is less than the large light amount), the second interference fringe curve Qb falls within a preset measurement range as shown in FIG. It becomes possible to stably and accurately detect the z coordinate value of the focus position when the luminance value of the second interference fringe curve Qb shows the maximum value (maximum value of the waveform amplitude).
そこで、第1の実施の形態においては、被測定面Sの任意の点(干渉画像における任意の画素)に対して得られた第1干渉縞曲線及び第2干渉縞曲線の中から測定レンジ内にある干渉縞曲線を選択し、選択した干渉縞曲線(図6に示した例の場合、第2干渉縞曲線Qb)の輝度値が最大値(波形振幅の最大値)を示すときのピント位置のz座標値を被測定面の点におけるz座標値Zとして検出する。 Therefore, in the first embodiment, within the measurement range from the first interference fringe curve and the second interference fringe curve obtained for an arbitrary point (arbitrary pixel in the interference image) of the measurement surface S. The focus position when the luminance value of the selected interference fringe curve (the second interference fringe curve Qb in the example shown in FIG. 6) shows the maximum value (maximum value of the waveform amplitude). Is detected as a z-coordinate value Z at a point on the surface to be measured.
次に、ステップS20の工程(第2選択工程)として、処理部18は、上述したステップS18(第1選択工程)において被測定面Sの任意の点に対して複数の干渉縞曲線が選択された場合(即ち、第1干渉縞曲線と第2干渉縞曲線がいずれも測定レンジ内である場合)には、これらの干渉縞曲線の中から波形振幅の最大値が最も大きい干渉縞曲線を選択し、この処理を全ての点(画素)に対して行う。
Next, as a process of Step S20 (second selection process), the
図7は、被測定面Sの任意の点(画素)に対する第1干渉縞曲線Qaと第2干渉縞曲線Qbがいずれも予め設定された測定レンジ内にある場合を示した図である。図7に示した例の場合、ステップS18の工程(第1選択工程)では、第1干渉縞曲線Qaと第2干渉縞曲線Qbがいずれも予め設定された測定レンジ内にあるので、第1干渉縞曲線Qaと第2干渉縞曲線Qbとの両方が選択される。このような場合、干渉縞曲線が測定レンジ内であってもその波形振幅が小さすぎると、輝度値が最大値を示すときのピント位置のz座標値を正確に検出できない場合がある。そこで、第1の実施の形態では、図7に示した例の場合には、ステップS20の工程(第2選択工程)として、測定レンジ内にある第1干渉縞曲線Qaと第2干渉縞曲線Qbの中から波形振幅の最大値が最も大きい干渉縞曲線Qaを選択する。 FIG. 7 is a diagram showing a case where both the first interference fringe curve Qa and the second interference fringe curve Qb with respect to an arbitrary point (pixel) on the measurement surface S are within a preset measurement range. In the case of the example shown in FIG. 7, in the process of Step S18 (first selection process), the first interference fringe curve Qa and the second interference fringe curve Qb are both within the preset measurement range. Both the interference fringe curve Qa and the second interference fringe curve Qb are selected. In such a case, even if the interference fringe curve is within the measurement range, if the waveform amplitude is too small, the z coordinate value of the focus position when the luminance value shows the maximum value may not be detected accurately. Therefore, in the first embodiment, in the case of the example shown in FIG. 7, the first interference fringe curve Qa and the second interference fringe curve in the measurement range are used as the step (second selection step) in step S20. The interference fringe curve Qa having the largest waveform amplitude maximum is selected from Qb.
図8は、干渉画像の各画素(被測定面の各点に相当)に対して選択された干渉縞曲線の分布の一例を示した図である。図8に示した例において、干渉画像の中央部に対応する被測定面Sの部分は反射率の低い箇所であり、この部分に対応する各点(画素)は白色光の発光量が第1発光量(大光量)であるときに取得された第1干渉縞曲線(第1インターフェログラム)Qaが選択される。また、干渉画像の周辺部に対応する被測定面Sの部分は反射率の高い箇所であり、この部分に対応する各点(画素)は白色光の発光量が第1発光量よりも小さい第2発光量(小光量)であるときに取得された第2干渉縞曲線(第2インターフェログラム)Qbが選択される。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the distribution of interference fringe curves selected for each pixel (corresponding to each point on the surface to be measured) of the interference image. In the example shown in FIG. 8, the portion of the measured surface S corresponding to the central portion of the interference image is a portion having a low reflectance, and each point (pixel) corresponding to this portion has a first emission amount of white light. The first interference fringe curve (first interferogram) Qa acquired when the light emission amount (large light amount) is selected. Further, the portion of the measured surface S corresponding to the peripheral portion of the interference image is a portion having a high reflectance, and each point (pixel) corresponding to this portion has a white light emission amount smaller than the first light emission amount. The second interference fringe curve (second interferogram) Qb acquired when the amount of light emission is two (small amount of light) is selected.
次に、ステップS22の工程(検出工程)として、処理部18は、被測定面Sの各点ごとに選択した干渉縞曲線に基づき、被測定面Sの表面形状を示す3次元形状データを取得する。即ち、被測定面S上の各点のx座標値X(m,n)、y座標値Y(m,n)、及びz座標値Z(m,n)を被測定面Sの3次元形状データとして取得する。被測定面Sの3次元形状データを取得する処理については上述のとおりである。
Next, as a process of step S22 (detection process), the
以上の処理が終了すると、測定対象物Pの表面形状の測定が終了となる。 When the above process is completed, the measurement of the surface shape of the measurement object P is completed.
なお、図5に示したステップS10(第1測定条件設定工程)、ステップS12(第1インターフェログラム取得工程)、ステップS14(第2測定条件設定工程)、及びステップS16(第2インターフェログラム取得工程)が本発明の「取得ステップ」に相当する。また、ステップS18(第1選択工程)及びステップS20(第2選択工程)が本発明の「選択ステップ」に相当する。また、ステップS22(検出工程)が本発明の「検出ステップ」に相当する。 Note that step S10 (first measurement condition setting step), step S12 (first interferogram acquisition step), step S14 (second measurement condition setting step), and step S16 (second interferogram) shown in FIG. (Acquisition step) corresponds to the “acquisition step” of the present invention. Step S18 (first selection process) and step S20 (second selection process) correspond to the “selection step” of the present invention. Step S22 (detection step) corresponds to the “detection step” of the present invention.
このように第1の実施の形態においては、被測定面Sの各点(画素)ごとに、第1干渉縞曲線と第2干渉縞曲線の中から予め設定された測定レンジ内であり、かつ波形振幅の最大値が最も大きい干渉縞曲線が選択される。即ち、被測定面Sの形状、材質などによる反射率の違いに応じて適正な干渉縞曲線が被測定面の各点ごとに選択されるので、被測定面Sが複雑な形状を有する場合等のように反射率が一定でない場合でも、被測定面Sの表面形状(3次元形状)を高感度かつ高精度に測定することが可能となる。 As described above, in the first embodiment, each point (pixel) of the measurement surface S is within the measurement range set in advance from the first interference fringe curve and the second interference fringe curve, and The interference fringe curve having the largest waveform amplitude is selected. That is, since an appropriate interference fringe curve is selected for each point on the surface to be measured according to the difference in reflectance depending on the shape and material of the surface to be measured S, the surface to be measured S has a complicated shape, etc. Thus, even when the reflectance is not constant, the surface shape (three-dimensional shape) of the measurement surface S can be measured with high sensitivity and high accuracy.
なお、第1の実施の形態では、制御手段の一例として光源制御部72を備える態様を示したが、これに限らず、例えば、図9に示すように、撮像制御部74を備えていてもよい。撮像制御部74は、撮像部16における撮像素子60のゲイン、露光時間、図示しない絞り手段の絞り値などを制御する。この態様においても、第1の実施の形態における態様と同様に、互いに異なる測定条件(即ち、撮像部16のゲイン、露光時間、絞り値など)で取得された第1干渉縞曲線と第2干渉縞曲線の中から被測定面Sの形状、材質などによる反射率の違いに応じて適正な干渉縞曲線を被測定面Sの各点ごとに選択することにより、被測定面Sが複雑な形状を有する場合でも、被測定面Sの表面形状(3次元形状)を高感度かつ高精度に測定することが可能となる。
In the first embodiment, a mode in which the light
また、図示は省略するが、制御手段の一例として図1の光源制御部72と図9の撮像制御部74の両方を備える態様であってもよい。この場合、測定対象物Pに対する測定条件として、光源40から出射される白色光の発光量、撮像部16におけるゲイン、露光時間、絞り値などを組み合わせて測定条件を設定することにより、測定対象物Pの被測定面Sの形状、材質などによる反射率の違いに応じて最適化を図ることが可能となる。
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, the aspect provided with both the light
また、第1の実施の形態では、測定対象物Pに対する測定条件を変更して2回の測定を行い、測定条件が互いに異なる第1干渉縞曲線と第2干渉縞曲線を各点ごとに取得しているが、測定対象物Pに対する測定回数は3回以上であってもよい。この場合、測定条件が高いに異なる複数(即ち、3つ以上)の干渉縞曲線が取得されるが、複数の干渉縞曲線の中から測定レンジ内であり、かつ波形振幅の最大値が最も大きい干渉縞曲線を選択すればよい。これにより、被測定面Sがより複雑な形状を有する場合でも、被測定面Sの表面形状(3次元形状)を安定かつ確実に測定することが可能となる。 In the first embodiment, the measurement condition for the measurement object P is changed and measurement is performed twice, and a first interference fringe curve and a second interference fringe curve having different measurement conditions are obtained for each point. However, the number of measurements for the measurement object P may be three or more. In this case, a plurality of interference fringe curves with different measurement conditions (that is, three or more) are acquired, but the measurement range is within the plurality of interference fringe curves and the maximum value of the waveform amplitude is the largest. An interference fringe curve may be selected. Thereby, even when the measured surface S has a more complicated shape, the surface shape (three-dimensional shape) of the measured surface S can be measured stably and reliably.
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、測定対象物Pの被測定面Sが複雑な形状を有する場合等のように反射率が一定でない場合でも、被測定面Sの表面形状(3次元形状)を高感度かつ高精度に測定できるようにしたものであるが、測定対象物Pに対する測定条件(例えば、白色光の発光量)が互いに異なる測定条件で複数回(少なくとも2回)測定する必要があるため、測定時間がかかるという新たな問題が生ずる。また、複数回測定を行うためには、干渉部14をz軸方向に移動させる走査処理を繰り返し行わなければならず、この走査処理の繰り返しによる誤差が大きくなると測定精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the surface shape (three-dimensional shape) of the measurement surface S is highly sensitive even when the reflectance is not constant, such as when the measurement surface S of the measurement object P has a complicated shape. Although it is possible to measure with high accuracy, it is necessary to measure multiple times (at least twice) under different measurement conditions for the measurement object P (for example, the amount of white light emission), A new problem arises that it takes a long time to measure. In addition, in order to perform measurement a plurality of times, the scanning process for moving the
第2の実施形態は、第1の実施の形態における課題を解決すべく、測定対象物Pに対して複数回測定を行わなくても一度の測定だけで、第1の実施の形態と同様な効果を得ることができ、さらに、第1の実施の形態に比べて測定時間の短縮化を図ることができるとともに、走査処理の繰り返しによる誤差の影響をなくして測定精度を向上させたものである。以下、第2の実施形態について詳細を説明する。なお、第1の実施の形態と共通する部分については説明を省略し、第2の実施の形態の特徴的部分を中心に説明する。 In order to solve the problem in the first embodiment, the second embodiment is the same as the first embodiment, with only one measurement without performing measurement on the measurement object P a plurality of times. As a result, the measurement time can be shortened compared to the first embodiment, and the measurement accuracy is improved by eliminating the influence of errors caused by repeated scanning processes. . Details of the second embodiment will be described below. In addition, description is abbreviate | omitted about the part which is common in 1st Embodiment, and it demonstrates focusing on the characteristic part of 2nd Embodiment.
図10は、第2の実施の形態に係る表面形状測定装置の全体構成を示した構成図である。図10中、図1又は図9と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 10 is a configuration diagram showing the overall configuration of the surface shape measuring apparatus according to the second embodiment. In FIG. 10, components that are the same as or similar to those in FIG. 1 or FIG. 9 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図10に示すように、第2の実施の形態に係る表面形状測定装置1Aの光源部12には、パルス状の白色光(パルス光)を周期的に出射するパルス光源からなる光源40を備えている。
As shown in FIG. 10, the
また、この表面形状測定装置1Aは、光源制御部72及び撮像制御部74を有するとともに、処理部18には、同期信号生成部80と、発光タイミング信号生成部82と、画像取得タイミング信号生成部84とが設けられている。なお、図10では、同期信号生成部80、発光タイミング信号生成部82、及び画像取得タイミング信号生成部84が処理部18の構成要素の一部である場合を一例として示したが、これに限らず、これらの一部又は全部が処理部18とは別に構成されていてもよい。
The surface
同期信号生成部80は、図示しないクロック信号生成部から出力されたクロック信号に基づいて同期信号TG0を生成する。同期信号生成部80で生成された同期信号TG0は、発光タイミング信号生成部82、及び画像取得タイミング信号生成部84に対して出力される。
The
発光タイミング信号生成部82は、同期信号生成部80から出力された同期信号TG0に同期して所定時間の間(走査処理が行われている間)一定の周期で光源40への発光タイミング信号TG1を出力する。
The light emission timing
画像取得タイミング信号生成部84は、同期信号生成部80から出力された同期信号に同期して所定時間の間(走査処理が行われている間)一定の周期で撮像素子60への画像取得タイミング信号TG2を出力する。
The image acquisition timing
光源制御部72は、発光タイミング信号生成部82から出力された発光タイミング信号TG1に基づいて光源40の駆動を制御する。すなわち、光源制御部72は、発光タイミング信号TG1がオンのときに光源40を発光させ、発光タイミング信号TG1がオフのときに光源40の発光を停止させる。これにより、光源40は、同期信号TG0に同期した所定周期(後述する発光周期T1)でパルス光を発光する。
The
撮像制御部74は、画像取得タイミング信号生成部84から出力された画像取得タイミング信号TG2に基づいて撮像素子60の駆動を制御する。すなわち、撮像制御部74は、画像取得タイミング信号TG2がオンのときに撮像素子60による画像取得(画像読み出し)を実行し、画像取得タイミング信号TG2がオフのときに撮像素子60による画像読み出しを停止する。これにより、撮像素子60は、同期信号TG0に同期した所定周期(後述する画像取得周期T2)で画像取得を行う。
The
ここで、光源40の発光タイミングと撮像素子60の画像取得タイミングとの関係について図11を参照して説明する。図11は、光源40の発光タイミングと撮像素子60の画像取得タイミングとの関係を示したタイミングチャート図である。図11において、(a)は発光タイミング信号TG1、(b)は画像取得タイミング信号TG2、(c)は1周期あたりの画像取得で得られた干渉画像(1フレームあたりの画像)の露光量をそれぞれ示したものである。なお、図11の(b)においてドットハッチングで示した発光対応領域は光源40が発光しているときに画像取得が行われる領域(時間帯)を表したものである。
Here, the relationship between the light emission timing of the
第2の実施の形態においては、図11の(a)、(b)に示すように、光源40の発光周期(発光間隔)T1が撮像素子60の画像取得周期(画像読み出し間隔)T2に対して2倍となるように設定されている。また、光源40の1周期あたりの発光時間Taが撮像素子60の1周期あたりの画像取得時間Tbよりも長くなるように設定されている。この関係により、図11の(c)に示すように、相対的に露光量が大きい干渉画像(大光量画像、第1の干渉画像の一例)と、相対的に露光量が小さい干渉画像(小光量画像、第2の干渉画像の一例)とが交互に得られる。すなわち、フレーム番号が0,2,4,6,・・・である偶数フレーム画像は大光量画像となり、フレーム番号が1,3,5,7,・・・である奇数フレーム画像は小光量画像となる。
In the second embodiment, as shown in FIGS. 11A and 11B, the light emission period (light emission interval) T1 of the
このように第2の実施の形態では、撮像素子60における画像取得タイミングとの間に一定の相関関係を保って、一定間隔で光源40が発光するようになっている。すなわち、光源40の発光と撮像素子60の画像取得とが一定の相関関係を保ちながらそれぞれ周期的に行われるように制御される。これによって、干渉部14をz軸方向に移動させてピント位置を変位させながら、撮像素子60から干渉画像を順次取得する際、相対的に露光量が大きい(すなわち、画像取得時間に対して光照射時間が相対的に大きい)干渉画像(大光量画像)と、相対的に露光量が小さい(すなわち、画像取得時間に対して光照射時間が相対的に小さい)干渉画像(低光量画像)を交互に取得することが可能となる。したがって、1回の測定で、光量が互いに異なる干渉画像(大光量画像及び小光量画像)を順次取得することができ、各干渉画像から第1干渉縞曲線(第1インターフェログラム)及び第2干渉縞曲線(第2インターフェログラム)を取得することが可能となる。その結果、第1の実施の形態と同様に、測定対象物Pの被測定面Sが複雑な形状を有する場合等のように反射率が一定でない場合でも、被測定面Sの表面形状(3次元形状)を高感度かつ高精度に測定できる。
As described above, in the second embodiment, the
次に、第2の実施の形態に係る表面形状測定装置1Aによる表面形状測定方法について図12を参照して説明する。図12は、第2の実施の形態に係る表面形状測定装置による表面形状測定方法の一例を示したフローチャートである。なお、図12において、図5に示した処理と共通する処理には同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略する。
Next, a surface shape measuring method by the surface
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様にして測定開始が指示されると、まず、図12のステップS30の工程(制御工程)として、光源40の発光と撮像素子60の画像取得とが同期するように制御を行う。具体的には、光源制御部72は、発光タイミング信号生成部82から出力された発光タイミング信号TG1に基づいて光源40の駆動を制御する。これにより、光源40は同期信号TG0に同期した発光周期T1でパルス光を発光する。また、撮像制御部74は、画像取得タイミング信号生成部84から出力された画像取得タイミング信号TG2に基づいて撮像素子60の駆動を制御する。これにより、撮像素子60は同期信号TG0に同期した画像取得周期T2で画像取得を行う。なお、発光周期T1は画像取得周期T2の2倍となるように設定されている。
In the second embodiment, when the start of measurement is instructed in the same manner as in the first embodiment, first, as the process (control process) of step S30 in FIG. Control is performed so that image acquisition is synchronized. Specifically, the light
次に、ステップS32の工程(画像取得工程)として、処理部18は、干渉部アクチュエータ56を制御して光学部2の干渉部14をz軸方向に移動させてピント位置をz軸方向に移動させながら撮像素子60から干渉画像を順次取得する。これにより、相対的に露光量が大きい(すなわち、画像取得時間に対して光照射時間が相対的に大きい)干渉画像(大光量画像)と、相対的に露光量が小さい(すなわち、画像取得時間に対して光照射時間が相対的に小さい)干渉画像(低光量画像)とが交互に取得される。なお、取得した干渉画像は、大光量画像(偶数フレーム画像)と小光量画像(奇数フレーム画像)とに分けて画像メモリ(不図示)に保存される。
Next, as the process of step S32 (image acquisition process), the
次に、ステップS34の工程(第1インターフェログラム取得工程)として、処理部18は、メモリに保存された複数の大光量画像(偶数フレーム画像)に基づいて被測定面Sの各点(即ち、干渉画像の各画素)ごとに第1干渉縞曲線(第1インターフェログラム)を取得する。
Next, as a process of Step S34 (first interferogram acquisition process), the
次に、ステップS36の工程(第2インターフェログラム取得工程)として、処理部18は、メモリに保存された複数の小光量画像(奇数フレーム画像)に基づいて被測定面Sの各点(即ち、干渉画像の各画素)ごとに第2干渉縞曲線(第2インターフェログラム)を取得する。その後の処理は第1の実施の形態と同様である。
Next, as a process of Step S36 (second interferogram acquisition process), the
このように第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態において複数回測定が必要だった測定対象物Pに対して、1回の測定(走査処理)で大光量画像と小光量画像が交互に取得されるので、これらの画像から被測定面Sの各点(画素)ごとに第1干渉縞曲線と第2干渉縞曲線を取得することができ、第1の実施の形態と同様な効果を得ることが可能となり、さらに第1の実施の形態よりも測定時間の短縮化を図ることができるとともに、複数回の測定による走査処理の繰り返しによる誤差も生じないので測定精度を向上させることができる。 As described above, according to the second embodiment, a large light image and a small light amount are measured in one measurement (scanning process) for the measurement object P that needs to be measured a plurality of times in the first embodiment. Since the images are obtained alternately, the first interference fringe curve and the second interference fringe curve can be obtained for each point (pixel) on the surface S to be measured from these images. The same effect can be obtained, and the measurement time can be shortened compared to the first embodiment, and the measurement accuracy is improved because there is no error due to repeated scanning processing by a plurality of measurements. Can be made.
なお、第2の実施の形態では、好ましい態様の一例として、光源40の発光周期T1が撮像素子60の画像取得周期T2よりも長く、かつ光源40の1周期あたりの発光時間Taが撮像素子60の画像取得時間Tbよりも長く設定された構成を示したが、本発明の実施に際しては、1回の測定(走査処理)で光量が互いに異なる複数種類の干渉画像が交互に繰り返し取得できるように、光源40の発光と撮像素子60の画像取得とが一定の相関関係を保ちながらそれぞれ周期的に行われるものであればよい。
In the second embodiment, as an example of a preferred mode, the light emission period T1 of the
図13は、第2の実施の形態の変形例を示した図であり、光源40の発光タイミングと撮像素子60の画像取得タイミングとの関係を示したタイミングチャート図である。
FIG. 13 is a diagram showing a modification of the second embodiment, and is a timing chart showing the relationship between the light emission timing of the
図13に示した変形例では、光源40の発光周期T1が撮像素子60の画像取得周期T2の3倍となるように設定されている。また、光源40の1周期あたりの発光時間Taが撮像素子60の1周期あたりの画像取得時間Tbよりも長くなるように設定されている。この関係により、図13の(c)に示すように、相対的に露光量が大きい干渉画像(大光量画像)と、相対的に露光量が小さい干渉画像(小光量画像)とが交互に得られる。すなわち、フレーム番号が0,1,3,4,6,7・・・であるフレーム画像は大光量画像となり、フレーム番号が2,5,・・・であるフレーム画像は小光量画像となる。
In the modification shown in FIG. 13, the light emission period T1 of the
したがって、干渉部14をz軸方向に移動させてピント位置を変位させながら、撮像素子60から干渉画像を順次取得する際、大光量画像、大光量画像、小光量画像の順で、各画像が周期的に取得される。すなわち、1回の測定で、光量が互いに異なる干渉画像(大光量画像及び小光量画像)を取得することができ、各干渉画像から第1干渉縞曲線(第1インターフェログラム)及び第2干渉縞曲線(第2インターフェログラム)を取得することが可能となり、これらの干渉縞曲線の中から予め設定された測定レンジ内であり、かつ波形振幅の最大値が最も大きい干渉縞曲線を選択することにより、上述した第2の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
Therefore, when acquiring the interference image sequentially from the
また、第2の実施の形態では、発光タイミング信号TG1と画像取得タイミング信号TG2との位相が一致している場合を示したが、本発明はこれに限らない。すなわち、本発明においては、1回の測定で少なくとも大光量画像と小光量画像が周期的に取得できように、撮像素子60における画像取得タイミングとの間に一定の相関関係を保って、一定間隔で光源40が発光するようになっていればよく、例えば、図示しない位相調整回路により、発光タイミング信号TG1と画像取得タイミング信号TG2との位相がずれるように調整されていてもよい。
In the second embodiment, the case where the phases of the light emission timing signal TG1 and the image acquisition timing signal TG2 coincide with each other has been described. However, the present invention is not limited to this. In other words, in the present invention, a constant correlation is maintained between the image acquisition timing in the
図14は、第2の実施の形態の他の変形例を示した図であり、光源40の発光タイミングと撮像素子60の画像取得タイミングとの関係を示したタイミングチャート図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating another modification of the second embodiment, and is a timing chart illustrating a relationship between the light emission timing of the
図14に示した変形例では、光源40の発光周期T1が撮像素子60の画像取得周期T2の1.5倍となるように設定されている。また、光源40の1周期あたりの発光時間Taが撮像素子60の1周期あたりの画像取得時間Tbよりも長くなるように設定されている。さらに、発光タイミング信号TG1に対して画像取得タイミング信号TG2が遅延時間Tcだけ位相がすれるように設定されている。この関係により、図14の(c)に示すように、相対的に露光量が大きい干渉画像(大光量画像)と、相対的に露光量が小さい干渉画像(小光量画像)と、相対的に露光量が中くらいの干渉画像(中光量画像)とが交互に得られる。すなわち、フレーム番号が0,3,・・・であるフレーム画像は大光量画像となり、フレーム番号が2,5,・・・であるフレーム画像は中光量画像となり、フレーム番号が1,4,・・・であるフレーム画像は小光量画像となる。
In the modification shown in FIG. 14, the light emission period T <b> 1 of the
したがって、干渉部14をz軸方向に移動させてピント位置を変位させながら、撮像素子60から干渉画像を順次取得する際、大光量画像、小光量画像、中光量画像の順で、各画像が周期的に取得される。すなわち、1回の測定で、光量が互いに異なる干渉画像(大光量画像、中光量画像、及び小光量画像)を取得することができ、各干渉画像から第1干渉縞曲線(第1インターフェログラム)、第2干渉縞曲線(第2インターフェログラム)、及び第3干渉縞曲線(第3インターフェログラム)を取得することが可能となり、これらの干渉縞曲線の中から予め設定された測定レンジ内であり、かつ波形振幅の最大値が最も大きい干渉縞曲線を選択することにより、上述した第2の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
Therefore, when sequentially acquiring the interference images from the
(その他)
上記各実施の形態では、ミロー型の干渉計を用いて測定対象物の被測定面の3次元形状を非接触による構成を一例として示したが、本発明はこれに限らず、例えば、マイケルソン型の干渉計などを採用することも可能である。
(Other)
In each of the above-described embodiments, the configuration in which the three-dimensional shape of the measurement target surface of the measurement object is non-contacted using a Millo interferometer is shown as an example. However, the present invention is not limited to this, for example, Michelson It is also possible to adopt a type of interferometer.
また、上記各実施の形態では、測定対象物Pの被測定面Sの反射率が一定でない場合の一例として被測定面Sが複雑な形状を有する場合を示したが、これに限らず、例えば、測定対象物Pからの反射率の変化が激しい光沢部や傾斜部を有する場合、異種材料で構成される場合、あるいはこれらの組み合わせからなる場合に対しても本発明は効果的に用いることができる。 Moreover, in each said embodiment, although the case where the to-be-measured surface S had a complicated shape was shown as an example when the reflectance of the to-be-measured surface S of the measuring object P is not constant, it is not restricted to this, For example, In addition, the present invention can be effectively used even in the case where a glossy part or an inclined part having a sharp change in reflectance from the measurement object P is included, a case where the reflectance is made of different materials, or a combination thereof. it can.
P…測定対象物、O…中心軸、Q,Q1,Q2,Q3,Qa,Qb…干渉縞曲線、S…被測定面、L0,L1…光軸、1…表面形状測定装置、2…光学部、10…ステージ、10a…ステージ面、12…光源部、14…干渉部、16…撮像部、18…処理部、20…表示部、22…入力部、40…光源、42…コレクタレンズ、44,54…ビームスプリッタ、50…対物レンズ、52…参照ミラー、56…干渉部アクチュエータ、60…撮像素子、60a…撮像面、62…結像レンズ、70…zアクチュエータ、72…光源制御部、74…撮像制御部、80…同期信号生成部、82…発光タイミング信号生成部、84…画像取得タイミング信号生成部 P ... measurement object, O ... central axis, Q, Q1, Q2, Q3, Qa, Qb ... interference fringe curve, S ... measured surface, L0, L1 ... optical axis, 1 ... surface shape measuring device, 2 ... optical Part, 10 ... stage, 10a ... stage surface, 12 ... light source part, 14 ... interference part, 16 ... imaging part, 18 ... processing part, 20 ... display part, 22 ... input part, 40 ... light source, 42 ... collector lens, 44, 54 ... Beam splitter, 50 ... Objective lens, 52 ... Reference mirror, 56 ... Interference part actuator, 60 ... Imaging element, 60a ... Imaging surface, 62 ... Imaging lens, 70 ... z actuator, 72 ... Light source control part, 74: Imaging control unit, 80 ... Synchronization signal generation unit, 82 ... Light emission timing signal generation unit, 84 ... Image acquisition timing signal generation unit
Claims (16)
前記光源部からの白色光を物体光と参照光とに分割して前記物体光を測定対象物の被測定面に照射し、前記被測定面から戻る前記物体光と前記参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部と、
前記測定対象物に対して前記干渉部を前記物体光の光軸方向に相対的に移動する走査手段と、
前記干渉部からの前記干渉光を撮像し、前記干渉光による干渉画像を生成する撮像部と、
前記走査手段により前記測定対象物に対して前記干渉部を前記光軸方向に相対的に移動させながら前記撮像部から前記干渉画像を順次取得し、取得した前記干渉画像に基づいて前記被測定面の各点ごとのインターフェログラムを求め、前記各点ごとの前記インターフェログラムに基づいて前記被測定面の各点の前記光軸方向の位置を検出する処理部と、
前記光源部又は前記撮像部の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記処理部は、前記制御手段により前記光源部又は前記撮像部の動作を制御することによって前記撮像部から少なくとも相対的に光量が大きい第1の干渉画像と相対的に光量が小さい第2の干渉画像とをそれぞれ取得し、前記第1の干渉画像及び前記第2の干渉画像のそれぞれに基づき前記各点ごとに複数のインターフェログラムを求め、前記複数のインターフェログラムの中から予め設定された測定レンジ内のインターフェログラムを前記各点ごとに選択し、選択した前記各点ごとのインターフェログラムに基づいて前記被測定面の各点の前記光軸方向の位置を検出する表面形状測定装置。 A light source that emits white light;
The white light from the light source unit is divided into object light and reference light, the object light is irradiated onto the measurement target surface of the measurement object, and the object light returning from the measurement target surface interferes with the reference light. An interference unit for generating the interference light,
Scanning means for moving the interference unit relative to the measurement object in the optical axis direction of the object light;
An imaging unit that images the interference light from the interference unit and generates an interference image by the interference light;
The interference image is sequentially acquired from the imaging unit while the interference unit is moved relative to the measurement object in the optical axis direction by the scanning unit, and the surface to be measured is obtained based on the acquired interference image. A processing unit for obtaining an interferogram for each of the points, and detecting a position in the optical axis direction of each point of the measured surface based on the interferogram for each of the points;
Control means for controlling the operation of the light source unit or the imaging unit;
With
The processing unit controls the operation of the light source unit or the imaging unit by the control unit, so that the first interference image having a relatively large amount of light from the imaging unit and the second interference having a relatively small amount of light from the imaging unit. And obtaining a plurality of interferograms for each point based on each of the first interference image and the second interference image, and presetting from the plurality of interferograms A surface shape measuring device that selects an interferogram within a measurement range for each point and detects the position of each point on the surface to be measured in the optical axis direction based on the selected interferogram for each point. .
請求項1に記載の表面形状測定装置。 When there are a plurality of interferograms within the measurement range, the processing unit selects an interferogram having the largest waveform amplitude maximum value from the interferograms within the measurement range.
The surface shape measuring apparatus according to claim 1.
請求項1又は2に記載の表面形状測定装置。 The processing unit performs a plurality of measurements on the measurement object by changing the measurement conditions for the measurement object by controlling the operation of the light source unit or the imaging unit by the control unit, Obtaining a plurality of interferograms for each point by a plurality of measurements, selecting an interferogram within a preset measurement range from the plurality of interferograms for each point, and selecting the selected Detecting the position in the optical axis direction of each point of the measured surface based on an interferogram for each point;
The surface shape measuring apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の表面形状測定装置。 The measurement condition is a light emission amount of white light emitted from the light source unit.
The surface shape measuring apparatus according to claim 3.
請求項3又は4に記載の表面形状測定装置。 The measurement condition is at least one of a gain, an exposure time, and an aperture value of the imaging unit.
The surface shape measuring apparatus according to claim 3 or 4.
前記制御手段は、前記パルス光源の発光と前記撮像部の画像取得とが一定の相関関係を保ちながらそれぞれ周期的に行われるように制御する、
請求項1又は2に記載の表面形状測定装置。 The light source unit has a pulse light source that emits pulsed white light,
The control means controls the light emission of the pulse light source and the image acquisition of the imaging unit to be performed periodically while maintaining a constant correlation.
The surface shape measuring apparatus according to claim 1 or 2.
請求項6に記載の表面形状測定装置。 The light emission cycle of the pulse light source is longer than the image acquisition cycle of the imaging unit, and the light emission time per cycle of the pulse light source is longer than the image acquisition time of the imaging unit.
The surface shape measuring apparatus according to claim 6.
請求項7に記載の表面形状測定装置。 The light emission period of the pulse light source is twice the image acquisition period of the imaging unit.
The surface shape measuring apparatus according to claim 7.
前記光源部からの白色光を物体光と参照光とに分割して前記物体光を測定対象物の被測定面に照射し、前記被測定面から戻る前記物体光と前記参照光とを干渉させた干渉光を生成する干渉部と、
前記測定対象物に対して前記干渉部を前記物体光の光軸方向に相対的に移動する走査手段と、
前記干渉部からの前記干渉光を撮像し、前記干渉光による干渉画像を生成する撮像部と、
前記走査手段により前記測定対象物に対して前記干渉部を前記光軸方向に相対的に移動させながら前記撮像部から前記干渉画像を順次取得し、取得した前記干渉画像に基づいて前記被測定面の各点ごとのインターフェログラムを求め、前記各点ごとの前記インターフェログラムに基づいて前記被測定面の各点の前記光軸方向の位置を検出する処理部と、
前記光源部又は前記撮像部の動作を制御する制御手段と、
を備える表面形状測定装置における表面形状測定方法であって、
前記制御手段により前記光源部又は前記撮像部の動作を制御することによって前記撮像部から少なくとも相対的に光量が大きい第1の干渉画像と相対的に光量が小さい第2の干渉画像とをそれぞれ取得し、前記第1の干渉画像及び前記第2の干渉画像のそれぞれに基づき前記各点ごとに複数のインターフェログラムを求める取得ステップと、
前記複数のインターフェログラムの中から予め設定された測定レンジ内のインターフェログラムを前記各点ごとに選択する選択ステップと、
前記選択ステップにより選択した前記各点ごとのインターフェログラムに基づいて前記被測定面の各点の前記光軸方向の位置を検出する検出ステップと、
を備える表面形状測定方法。 A light source that emits white light;
The white light from the light source unit is divided into object light and reference light, the object light is irradiated onto the measurement target surface of the measurement object, and the object light returning from the measurement target surface interferes with the reference light. An interference unit for generating the interference light,
Scanning means for moving the interference unit relative to the measurement object in the optical axis direction of the object light;
An imaging unit that images the interference light from the interference unit and generates an interference image by the interference light;
The interference image is sequentially acquired from the imaging unit while the interference unit is moved relative to the measurement object in the optical axis direction by the scanning unit, and the surface to be measured is obtained based on the acquired interference image. A processing unit for obtaining an interferogram for each of the points, and detecting a position in the optical axis direction of each point of the measured surface based on the interferogram for each of the points;
Control means for controlling the operation of the light source unit or the imaging unit;
A surface shape measuring method in a surface shape measuring apparatus comprising:
By controlling the operation of the light source unit or the imaging unit by the control unit, at least a first interference image having a relatively large amount of light and a second interference image having a relatively small amount of light are respectively acquired from the imaging unit. And obtaining a plurality of interferograms for each point based on each of the first interference image and the second interference image;
A selection step of selecting, for each of the points, an interferogram within a preset measurement range from the plurality of interferograms;
A detection step of detecting a position in the optical axis direction of each point of the measured surface based on an interferogram for each of the points selected in the selection step;
A surface shape measuring method comprising:
請求項9に記載の表面形状測定方法。 In the selection step, when there are a plurality of interferograms within the measurement range, the interferogram having the largest waveform amplitude maximum value is selected from the interferograms within the measurement range.
The surface shape measuring method according to claim 9.
請求項9又は10に記載の表面形状測定方法。 In the obtaining step, the control means controls the operation of the light source unit or the imaging unit to perform different measurements for the measurement object, and performs measurement for the measurement object multiple times, Obtaining a plurality of interferograms for each point by a plurality of measurements;
The surface shape measuring method according to claim 9 or 10.
前記制御手段は、前記パルス光源の発光と前記撮像部の画像取得とが一定の相関関係を保ちながらそれぞれ周期的に行われるように制御する、
請求項9又は10に記載の表面形状測定方法。 The light source unit has a pulse light source that periodically emits the white light,
The control means controls the light emission of the pulse light source and the image acquisition of the imaging unit to be performed periodically while maintaining a constant correlation.
The surface shape measuring method according to claim 9 or 10.
請求項14に記載の表面形状測定方法。 The light emission cycle of the pulse light source is longer than the image acquisition cycle of the imaging unit, and the light emission time per cycle of the pulse light source is longer than the image acquisition time of the imaging unit.
The surface shape measuring method according to claim 14.
請求項15に記載の表面形状測定方法。 The light emission period of the pulse light source is twice the image acquisition period of the imaging unit.
The surface shape measuring method according to claim 15.
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