白色干渉計測

2022.09.09 By 筑波大学

数理科学

技術概要

白色干渉信号のエンペロープ情報を高精度に抽出できる信号解析装置・プログラム。比較的少ない個数のデータに基づいて、測定個所の高さを短時間で求めることで、測定対象面の表面形状を高速に測定することができる。

用途・応用

光学計測装置

背景

 従来、被測定物の測定対象箇所の高さ、長さ等を含め表面形状を測定する白色干渉計装置は周知である(特許文献1~3、非特許文献1等参照)。

【先行技術文献】
【特許文献】

【特許文献1】米国特許第5133601号明細書
【特許文献2】特開2002-107118号公報
【特許文献3】特開2012-154931号公報
【非特許文献】

【 非 特 許 文 献 1 】 Reter de Groot and Leslie Deck, “Three dimensional imaging by sub‑Nyquist sampling of white light interferograms”, Optics Letters, vol.18, No.17, 1462(1993)

課題

 従来、白色干渉計装置で得られる白色干渉信号は、複数からなる単色波長の干渉パターンの合成波と考えられ、各干渉パターンが同じ位相となるポイントで最大の光強度を持つ。白色干渉計の光源のスペクトル分布がガウス分布であれば、白色干渉信号が振幅変調波で表せる。

 この変調波は、光源のスペクトルによって決まり、ガウス分布波形(正規分布波形)である。そして、搬送波はコサイン波形である。このコサイン波形の周期が白色干渉計の白色光源の中心波長の半分である。サンプルの高さにより、振幅変調波の位置だけを変わる。

 ところで、従来、測定対象面の高さを十分な精度で測定するためには、振幅変調波のガウス分布波形(ガウス変調波形)が再現できる程度にまで、被測定物の測定対象箇所を細かくサンプリング(例えば、参照鏡を移動して参照光の光路長を細かく変えて選択する)する必要がある。

 その結果、サンプリング時間が長くなり、取得するデータ量が膨大になる。それらのデータを記憶するための記憶容量が増えるので、白色干渉計装置の製造コストが増大する。さらに、膨大なデータを処理するための演算時間がかかり、表面形状の測定が長時間化するという問題が生じる。

 本発明は、上記従来の白色干渉計装置の問題を解決することを目的とするものであり、比較的少ない個数のデータに基づいて、被測定物の測定対象表面の高さを短時間で高精度で測定することができ、また、そのような測定によって測定対象表面の表面形状を、高速および高精度で測定することができる白色干渉計装置による被測定物の表面形状の測定方法を実現することを課題とする。 

手段

 本発明は上記課題を解決するために、白色干渉計装置で被測定物を測定するサンプリング間隔を設定し、被測定物における測定対象表面の特定箇所を、設定したサンプリング間隔で複数回撮像し、該複数回の撮像で得た画像データを、偶数番目の画像データの偶数データセットと奇数番目の画像データの奇数データセットに分け、偶数データセットにおけるサンプリング毎の前記特定箇所の濃度値に基づき変調波形を取得し、 奇 数 データセットにおけるサンプリング毎の前記特定箇所の濃度値に基づき変調波形を取得し、偶数データセットと奇数データセットから得た変調波形のうち、コントラストの高い方の変調波形を選択し、選択した変調波形を、フーリエ変換を行って補間し、補間された変調波形のピーク位置から被測定物の測定対象表面の特定箇所の高さに係るデータを求めることを特徴とする白色干渉計装置による表面形状の測定方法を提供する。

 補間アルゴリズムには、高速フーリエ変換を使用することが好ましい。選択した変調波は、フーリエ変換を行い、空間周波数領域に変換される。空間周波数の両側により多くのゼロ点を入れ、空間周波数の範囲を拡大する。拡大された空間周波数領域関数を逆フーリエ変換し、補間された変調波関数を得る。

 補間された変調波形をアンチエイリアシングすることが好ましい。アンチエイリアシングは、選択した変調波形のサンプリング間隔を、コサイン関数で示される搬送波の周期の倍数にすることによって、搬送波の周波数を遮断する。

 被測定物における測定対象表面の特定箇所の高さに係るデータを、複数の特定箇所について求めることにより被測定物における測定対象表面の表面形状を測定することが好ましい 。

効果

 本発明に係る白色干渉計装置による被測定物の表面形状の測定方法よると、比較的少ない個数のデータに基づいて、測定箇所の高さを短時間で求めることで、測定対象面の表面形状を測定することが可能となる。

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特許情報

特許6257072 号

JPB 006257072-000000