Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0625644B2 - Optical micro displacement measuring device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0625644B2 - Optical micro displacement measuring device - Google Patents

Optical micro displacement measuring device

Info

Publication number
JPH0625644B2
JPH0625644B2 JP61180739A JP18073986A JPH0625644B2 JP H0625644 B2 JPH0625644 B2 JP H0625644B2 JP 61180739 A JP61180739 A JP 61180739A JP 18073986 A JP18073986 A JP 18073986A JP H0625644 B2 JPH0625644 B2 JP H0625644B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacement
white light
interferogram
light source
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61180739A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6337202A (en
Inventor
哲郎 岩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jasco Corp
Original Assignee
Nihon Bunko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Bunko KK filed Critical Nihon Bunko KK
Priority to JP61180739A priority Critical patent/JPH0625644B2/en
Publication of JPS6337202A publication Critical patent/JPS6337202A/en
Publication of JPH0625644B2 publication Critical patent/JPH0625644B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、顕微鏡等のX−Yステージの位置決め機構,
半導体製造装置のステッパーやフーリエ分光器の移動鏡
の位置決め機構等において使用される光学的微小変位測
定装置に関するものであり、特に一波長以下の測定精度
を有する光学的微小変位測定装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a positioning mechanism for an XY stage such as a microscope,
The present invention relates to an optical micro-displacement measuring device used in a stepper of a semiconductor manufacturing apparatus or a positioning mechanism of a moving mirror of a Fourier spectrometer, and more particularly to an optical micro-displacement measuring device having a measurement accuracy of one wavelength or less.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光学的微小変位の測定技術の一つとして、He−Neレーザ
ー等の単色光を光源とした干渉計を利用してサイン波状
の干渉縞を像面に形成し、その像面に置いたイメージセ
ンサの出力信号の位相情報に基づいてサブフリンジの精
度で移動鏡の変位を測定する技術が知られている。ま
た、白色光源を用いてセンターバーストの変位量を測定
することにより微小変位量を得る方法もある。
As one of the optical minute displacement measurement techniques, an image sensor that forms a sinusoidal interference fringe on the image plane using an interferometer that uses a monochromatic light source such as a He-Ne laser, and places it on the image plane There is known a technique of measuring the displacement of the movable mirror with sub-fringe accuracy based on the phase information of the output signal of the. There is also a method of obtaining a minute displacement amount by measuring the displacement amount of the center burst using a white light source.

第1図は、従来の光学的微小変位測定装置の一例を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional optical micro displacement measuring device.

1は白色光源で、小型電球又は発光ダイオード等の特定
波長域で連続スペクトルを有する光源である。20は固定
反射鏡26を微小角θだけ傾けたマイケルソン干渉計で、
白色光源1に対して受光立体角を制限するアパーチャー
21と、平行光束を振幅分割して2光束に分離するビーム
スプリッタ23と、一方の光路において変位を測定すべき
移動体24に垂直に取付けた移動反射鏡25と、他方の光路
において光軸の垂直方向に対して傾角θをもたせて設け
られた固定反射鏡26と、両光束によって固定反射鏡26の
近傍に局在化した干渉縞を結像する結像レンズ27とから
構成されている。
Reference numeral 1 denotes a white light source, which is a light source having a continuous spectrum in a specific wavelength range such as a small light bulb or a light emitting diode. 20 is a Michelson interferometer in which the fixed reflecting mirror 26 is tilted by a small angle θ,
Aperture that limits the light receiving solid angle for the white light source 1.
21, a beam splitter 23 for amplitude-splitting a parallel light beam to separate it into two light beams, a movable reflecting mirror 25 mounted vertically on a moving body 24 whose displacement is to be measured in one optical path, and an optical axis of an optical axis in the other optical path. It is composed of a fixed reflecting mirror 26 provided with an inclination angle θ with respect to the vertical direction, and an image forming lens 27 for forming an interference fringe localized by the both light beams in the vicinity of the fixed reflecting mirror 26.

ところで、移動反射鏡25で反射した光束と固定反射鏡26
で反射した光束はビームスプリッタ23で重ね合わされ、
像面には光路差を変数とするインターフェログラム(干
渉光の強度パターン)が空間的に作成されるが、光源が
単色光の場合にはサインカーブ的な干渉縞のパターンで
あるのに対し、本例のように光源に各種波長成分が含ま
れている場合には、各種波長のサインカーブ的な干渉縞
が線型に重ね合わされる結果、第2図に示すように、イ
ンターフェログラムは光路差零でセンターバースト(ピ
ーク値)を有しその左右に振動減衰する干渉縞のパター
ンとなる。
By the way, the light beam reflected by the moving reflecting mirror 25 and the fixed reflecting mirror 26
The light flux reflected by is superposed by the beam splitter 23,
An interferogram (intensity pattern of coherent light) with the optical path difference as a variable is spatially created on the image plane, but when the light source is monochromatic light, it is a sine curve-like interference fringe pattern. When the light source includes various wavelength components as in this example, the sinusoidal interference fringes of various wavelengths are linearly superposed, and as a result, as shown in FIG. It has a center burst (peak value) with a difference of zero, and has an interference fringe pattern in which vibration is damped to the left and right.

ここで、今、移動体25即ち移動反射鏡25が右方向へ変位
量dだけ変位したとする。変位前のセンターバーストの
位置をL1とし、変位後のセンターバーストの位置をL
2とすると、センターバーストは右方向へ変位量L=L
2−L1の変位を行なう。従って、センターバーストの
変位方向を測定することにより、移動反射鏡25の変位方
向を識別できる。移動反射鏡25の変位量dとセンターバ
ーストの変位量Lとの間には、センターバースト位置は
光路差零になる場合であるから、次の式が成立する。
Here, it is assumed that the moving body 25, that is, the moving reflecting mirror 25 is displaced rightward by the displacement amount d. The position of the center burst before displacement is L1, and the position of the center burst after displacement is L
2, the center burst is displaced to the right by L = L
2-L1 displacement is performed. Therefore, the displacement direction of the moving reflecting mirror 25 can be identified by measuring the displacement direction of the center burst. Between the displacement amount d of the movable reflecting mirror 25 and the displacement amount L of the center burst, since the center burst position has a zero optical path difference, the following equation is established.

d= tanθ・L … (1) ここで、目印としてのセンターバーストの変位量Lを測
定することにより、既知の傾角θの正接と変位量Lとの
積を以って移動反射鏡25の変位量dを決定できることに
なる。傾角θを微調整した場合には、移動反射鏡25の変
位量dの測定領域を可変することができ、傾角θはスケ
ールファクターとしての意義がある。したがって、広範
囲の測定領域における変位測定が可能となる。
d = tan θ · L (1) Here, by measuring the displacement amount L of the center burst as a mark, the displacement of the movable reflecting mirror 25 is calculated by the product of the tangent of the known tilt angle θ and the displacement amount L. It will be possible to determine the quantity d. When the tilt angle θ is finely adjusted, the measurement region of the displacement amount d of the movable reflecting mirror 25 can be changed, and the tilt angle θ is significant as a scale factor. Therefore, it is possible to measure the displacement in a wide measurement area.

干渉計20の像面にはインターフェログラムの横断方向に
多数の光電変換部を有するイメージセンサ30が設けられ
ている。イメージセンサ30は所定の周期毎に順次その光
電変換部を走査してインターフェログラムの強度分布を
シリアル信号として出力するもので、例えば自己走査型
のフォトダイオードアレー等が用いられる。31はプリア
ンプで、イーメージセンサ30の出力信号を増幅するもの
である。32はアナログ/ディジタル変換器で、そのイン
ターフェログラムの増幅アナログ信号をディジタルへ変
換して出力するものである。40は信号処理部で、ディジ
タル化されたインターフェログラムのデータを処理し、
移動反射鏡25の変位の算出に利用される。この信号処理
部40の機能を破線内に各ブロックとして示した。
An image sensor 30 having a large number of photoelectric conversion units in the transverse direction of the interferogram is provided on the image plane of the interferometer 20. The image sensor 30 sequentially scans the photoelectric conversion unit at a predetermined cycle and outputs the intensity distribution of the interferogram as a serial signal. For example, a self-scanning photodiode array or the like is used. Reference numeral 31 is a preamplifier that amplifies the output signal of the image sensor 30. An analog / digital converter 32 converts the amplified analog signal of the interferogram into a digital signal and outputs it. 40 is a signal processing unit, which processes the digitized interferogram data,
It is used to calculate the displacement of the moving reflecting mirror 25. The function of this signal processing unit 40 is shown as each block in the broken line.

まず、変位前のインターフェログラムはイメージセンサ
30上に第2図(A)に示す強度分布をもつ。今、そのセ
ンターバーストの位置が左からi番目の光電変換部にあ
るとすれば、変位前ピーク値判別手段41がこのi番目の
光電変換部を判別する。具体的には、変位前のインター
フェログラムの強度信号をそのイメージセンサ30の光電
変換部の順番毎に対応させたアドレス番に一旦格納し、
各アドレス番のうち最大の内容を有するアドレス番(=
i番目)を記憶する。次に、変位後におけるセンターバ
ーストの位置が左からj番目の光電変換部にあるとすれ
ば、スイッチSW1 を切替え、ピーク値判別手段42がこの
j番目の光電変換部を判別する。なお、かかる光電変換
部の判別は、時分割で実行できるから、単一のピーク値
判別手段で実現できる。演算手段43は、i番とj番目の
差をとり、この差(i−j)と外部から入力されるイメ
ージセンサ30の光電変換部のピッチPとに基づいて、セ
ンターバーストの変位(i−j)Pを算出し、外部から
入力される傾角θから tanθを算出し、しかる後、 tan
θ(i−j)Pを算出して、これを出力装置44へ出力す
る。(i−j)の正の場合は右方向の変位を、負の場合
は左方向の変位を表わしており、その絶対値は変位量
(移動量)を表わしている。ただし、ここでは結像レン
ズ27の倍率は簡単のために1としてあるが、一般にその
倍率をkとした場合には、上記演算結果にkを掛ければ
よい。
First, the interferogram before displacement is the image sensor
30 has the intensity distribution shown in FIG. Now, assuming that the position of the center burst is at the i-th photoelectric conversion unit from the left, the pre-displacement peak value determination means 41 determines this i-th photoelectric conversion unit. Specifically, the intensity signal of the interferogram before displacement is temporarily stored in an address number corresponding to each order of the photoelectric conversion units of the image sensor 30,
The address number with the largest content of each address number (=
i-th) is memorized. Next, assuming that the position of the center burst after displacement is at the j-th photoelectric conversion section from the left, the switch SW1 is switched, and the peak value determination means 42 determines the j-th photoelectric conversion section. Since the determination of the photoelectric conversion unit can be performed in a time division manner, it can be realized by a single peak value determination unit. The calculation means 43 takes the difference between the i-th and the j-th difference, and based on this difference (i-j) and the pitch P of the photoelectric conversion portion of the image sensor 30 input from the outside, the displacement (i-) of the center burst. j) P is calculated, tan θ is calculated from the tilt angle θ input from the outside, and then tan
θ (i−j) P is calculated and output to the output device 44. The positive value of (i-j) represents the displacement in the right direction, and the negative value represents the displacement in the left direction, and the absolute value thereof represents the displacement amount (movement amount). However, here, the magnification of the imaging lens 27 is set to 1 for the sake of simplicity, but generally, when the magnification is k, the above calculation result may be multiplied by k.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら、上記測定技術によれば、次の問題点があ
る。即ち、単色光源を用いて位相情報から変位量を求め
る方法や白色光源を用いてセンターバーストの位置から
変位量を求める方法では、1測定で1観測値を得ること
ができるのみで、複数の波長エレメント毎に関しての変
位量測定値(観測値)を得ることはできない。また固定
反射鏡の傾角の値を予め知る必要があり、その誤差が変
位量に紛れ込み、高精度測定に悪影響する。従って、上
記従来のいずれの方法も、測定精度の信頼性に欠けると
いう問題点がある。
However, the above measurement technique has the following problems. That is, in the method of obtaining the displacement amount from the phase information using the monochromatic light source or the method of obtaining the displacement amount from the position of the center burst using the white light source, only one observation value can be obtained in one measurement, It is not possible to obtain displacement measurement values (observation values) for each element. Further, it is necessary to know the value of the tilt angle of the fixed reflecting mirror in advance, and the error is included in the displacement amount, which adversely affects the high precision measurement. Therefore, any of the above-mentioned conventional methods has a problem that the measurement accuracy is unreliable.

本発明は、上記問題点を解決するものであり、測定精度
の信頼性の高い光学的微小変位測定装置を提供すること
を目的とするものである。
The present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical micro-displacement measuring device with high measurement accuracy and reliability.

〔問題点の解決手段〕[Means for solving problems]

上記問題点を解決するため、本発明に係る光学的微小変
位測定装置は、次の6つの構成要件からなる。
In order to solve the above problems, the optical micro-displacement measuring device according to the present invention has the following six constituent requirements.

白色光源があること。There is a white light source.

「白色光源」とは、単色光源に対する意で、例えば特定
波長域で連続スペクトルを有する光源でも良い。
The "white light source" means a monochromatic light source, and may be, for example, a light source having a continuous spectrum in a specific wavelength range.

その白色光を受け光路差を変数とするセンターバース
トを有するインターフェログラムを像面に空間的に作成
する2光束干渉計があること。
There must be a two-beam interferometer that spatially creates an interferogram having a center burst that receives the white light and has an optical path difference as a variable on the image plane.

該インターフェログラムの横断方向に多数の光電変換
部を有するイメージセンサがあること。
There is an image sensor having a large number of photoelectric conversion units in the transverse direction of the interferogram.

該光路差を付与する光学要素の変位前及び変位後の白
色光インターフェログラムを収集する手段があること。
There is a means for collecting the white light interferogram before and after displacement of the optical element that imparts the optical path difference.

それらインターフェログラムをフーリエ変換する手段
があること。
There must be a means to Fourier transform those interferograms.

夫々のフーリエ変換した結果の実部の頂及び虚部の項
を用いて、各波数エレメント毎に位相を求め、変位前後
の位相スペクトルの差から各波数エレメント毎に変位量
を算出し、それらを統計処理して最終的な変位量を求め
る演算手段があること。
Using the terms of the real part and the imaginary part of the result of each Fourier transform, determine the phase for each wave number element, calculate the displacement amount for each wave number element from the difference in the phase spectrum before and after the displacement, and calculate them. There must be a calculation method that statistically processes and obtains the final displacement amount.

〔実施例〕〔Example〕

第3図は、本発明に係る光学的微小変位測定装置の一実
施例を示すブロック図である。この実施例は、傾角θを
測定することなしに変位を高精度で測定するものであ
る。なお、第3図中、第1図に示す部分と同一の部分に
は同一参照符号を付してあり、その説明を省略する。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of an optical micro displacement measuring device according to the present invention. In this embodiment, the displacement is measured with high accuracy without measuring the tilt angle θ. In FIG. 3, the same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

まず、測定原理を説明するに、今、白色光源1に含まれ
ているある1つの単色光の波数をσとすると、像面に
形成されるサインカーブ的な干渉縞の強度G(x) は、 G(x) =b(σ)cos {2πfx+φ(σ)}+a…
(2) ここで、a;直流バイアス成分、b(σ);波数σ
単色光スペクトル強度、f;干渉縞の空間周波数、φ
);波数σに対応する位相項、x;イメージセン
サ30の走査方向の座標。
First, to explain the measurement principle, assuming that the wave number of one monochromatic light included in the white light source 1 is σ 0 , the intensity G (x) of the sinusoidal interference fringe formed on the image plane is given. Is G (x) = b (σ 0 ) cos {2πf 0 x + φ (σ 0 )} + a ...
(2) where: a: DC bias component, b (σ 0 ): monochromatic spectrum intensity of wave number σ 0 , f 0 : spatial frequency of interference fringes, φ
0 ); phase term corresponding to wave number σ 0 , x: coordinates in the scanning direction of the image sensor 30.

また、干渉縞の空間周波数fと傾角θとの間には次式が
成立する。
Further, the following equation holds between the spatial frequency f of the interference fringes and the tilt angle θ.

= 2σtan θ … (3) よって、(2)式に(3)を代入すると、 G(x) =b(σ)cos {4πσtan θ・x+φ(σ)}+a… (4) 従って、白色光源1の全波数についての干渉縞の強度L
(x)即ちインターフェログラムは、(4)式を全波数領
域に亘って積分した次式で与えられる。
f 0 = 2σ 0 tan θ (3) Therefore, substituting (3) into the expression (2), G (x) = b (σ 0 ) cos {4πσ 0 tan θ · x + φ (σ 0 )} + a ... (4) Therefore, the intensity L of the interference fringes for all the wave numbers of the white light source 1
(X), that is, the interferogram, is given by the following expression obtained by integrating the expression (4) over the entire wave number region.

この交流項をI(x)とおくと、 ここで、b(σ)を偶関数b(σ)と、奇関数b
(σ)の成分に分けると、 b(σ)=b(σ)+b(σ) … (7) (7)式を(6)式に代入して整理すると、 φ(σ)=−φ(−σ)なので、 ここで、b(σ)を新たに白色光源1のスペクトルB
(σ)とおき、4πtanθ・x=Xとおくと、 (9)式より、B(σ)exp{jφ(σ)}は、I
(X)の逆フーリエ変換で与えられることが分かるか
ら、 ここで、 とおくと、(10)式は、 B(σ)cosφ(σ)+jB(σ)sinφ(σ)=C(σ)−jS(σ)
…(11) よって、tanφ(σ)=−S(σ)/C(σ)即ち、各
波数毎の位相、すなわち位相スペクトルφ(σ)は、次
式で与えられる。
If this AC term is I (x), Here, b (σ) is an even function b e (σ) and an odd function b
Separating the components o (σ), b (σ ) = b e (σ) + b o (σ) ... (7) (7) and rearranging by substituting expression (6) below, phi (sigma) = Since −φ (−σ), Where b e (σ) is newly set to the spectrum B of the white light source 1.
If (σ) and 4πtan θ · x = X, From equation (9), B (σ) exp {jφ (σ)} is I
Since it can be seen that it is given by the inverse Fourier transform of (X), here, Then, the equation (10) is as follows: B (σ) cosφ (σ) + jB (σ) sinφ (σ) = C (σ) −jS (σ)
(11) Therefore, tan φ (σ) = − S (σ) / C (σ), that is, the phase for each wave number, that is, the phase spectrum φ (σ) is given by the following equation.

φ(σ)=tan-1{−S(σ)/C(σ)}…(12) ところで、変位量dと位相項φ(σ)の間には次式が成
立している。
φ (σ) = tan −1 {−S (σ) / C (σ)} (12) By the way, the following equation is established between the displacement amount d and the phase term φ (σ).

φ(σ)=4πdσ …(13) (12)式及び(13)式より、dがσの関数d(σ)として求
まる。
φ (σ) = 4πdσ (13) From equations (12) and (13), d is obtained as a function d (σ) of σ.

d(σ) =tan-1{−S(σ)/C(σ)}/4πσ…(14) d(σ)は各種波数σに対して論理的には一義的に決定
されるはずであるが、イメージセンサ30の光電変換部の
感度のバラツキ等の理由により、すべての波数σ(i
=1,2,・・・N,Nはイメージセンサのエレメント
数であり離散的フーリエ変換の点数)について一義的と
はならない場合も生じる。そこで、各波数エレメント毎
に変位量dを求める。仮に、白色光源1がN個の波数
エレメントからなり、一様な強度を有していると考える
場合には、各変位量dの相加平均をとることによっ
て、S/N比(標準偏差)は光源が単色光源のときと比
較してN1/2に比例して改善されることとなる。また白
色光源1の分光特性を考慮して{C(σ)+S(σ)
1/2で与えられるパワースペクトルを求め、その各
波数エレメント毎の強度分布を考慮した重みつき平均を
とることも考えられる。
d (σ) = tan −1 {−S (σ) / C (σ)} / 4πσ ... (14) d (σ) should be logically uniquely determined for various wave numbers σ However, due to variations in the sensitivity of the photoelectric conversion unit of the image sensor 30, etc., all wave numbers σ i (i
= 1, 2, ... N, N is the number of elements of the image sensor and may not be unique with respect to the discrete Fourier transform score). Therefore, the displacement amount d i is calculated for each wave number element. If it is considered that the white light source 1 is composed of N wave number elements and has uniform intensity, the S / N ratio (standard deviation) is calculated by taking the arithmetic mean of the respective displacement amounts d i. ) Is improved in proportion to N 1/2 as compared with the case where the light source is a monochromatic light source. In addition, considering the spectral characteristics of the white light source 1, {C (σ) 2 + S (σ)
It is also conceivable to obtain a power spectrum given by 2 } 1/2 and take a weighted average considering the intensity distribution of each wave number element.

測定装置につに説明するに、第3図に示す信号処理部50
の収集手段51が変位前のインターフェログラムを収集す
る。収集手段51は一種の記憶装置で、イメージセンサ30
の光電変換部の個数に相当するアドレス数を有する。フ
ーリエ変換手段としての周波数分析器53は変位前のイン
ターフェログラムにフーリエ変換を施し、演算装置55に
より、フーリエ変換した結果の実部の頂及び虚部の頂を
用いて、第4図(A)に示すようなパワースペクトル
(振幅スペクトル)A1と、第4図(B)に示すような
位相スペクトルP1が求められる。基準点をイメージセ
ンサ30の中央にとると、理想的な場合には、位相スペク
トルP1は測定領域σ〜σの間で0となっている。
もっとも基準点の位置は任意でよい。次に、変位後にお
いてスイッチSW2を切替え、収集手段52が変位後のイ
ンターフェログラムを収集し、周波数分析器54はこれに
フーリエ変換を施し、演算装置55により、フーリエ変換
した結果の実部の頂及び虚部の項を用いて第4図(A)
に示すようなパワースペクトルA2と、第4図(B)に
示すような位相スペクトルP2が求められる。パワース
ペクトルは白色光源1の分光特性によるため、パワース
ペクトルA1とA2は重なっている。なお、かかるイン
ターフェログラムの収集及びフーリエ変換は、時分割で
実行できるから、単一の収集手段及び周波数分析器で実
現できる。次に、演算装置55は変位前後の位相スペクト
ルの差から各波数エレメント毎の変位量を算出し、それ
らを統計処理して最終的な変位量を出力装置56に供給す
る。すなわち、変位前の位相スペクトルP1と変位後の
スペクトルP2の差が変位に伴なう位相項φ(σ)であ
るから、 (13)式、d=φ(σ)/4πσを用いて、パワース
ペクトルA1とA2を考慮して、重みつき平均が算出さ
れる。
The signal processing unit 50 shown in FIG.
The collecting means 51 collects the interferogram before displacement. The collecting means 51 is a kind of storage device, and the image sensor 30
The number of addresses is equal to the number of photoelectric conversion units. The frequency analyzer 53 as a Fourier transform means performs a Fourier transform on the interferogram before displacement, and the arithmetic unit 55 uses the apex of the real part and the apex of the imaginary part of the result of the Fourier transform to generate the result shown in FIG. The power spectrum (amplitude spectrum) A1 as shown in FIG. 4) and the phase spectrum P1 as shown in FIG. 4B are obtained. When the reference point is located at the center of the image sensor 30, in an ideal case, the phase spectrum P1 is 0 between the measurement areas σ 1 and σ 2 .
However, the position of the reference point may be arbitrary. Next, after the displacement, the switch SW2 is switched, the collecting means 52 collects the interferogram after the displacement, the frequency analyzer 54 performs the Fourier transform on the interferogram, and the arithmetic unit 55 calculates the real part of the result of the Fourier transform. Figure 4 (A) using the terms of sum and imaginary part
The power spectrum A2 as shown in Fig. 4 and the phase spectrum P2 as shown in Fig. 4B are obtained. Since the power spectrum depends on the spectral characteristics of the white light source 1, the power spectra A1 and A2 overlap. Since the collection and Fourier transform of such interferograms can be executed in a time-division manner, they can be realized by a single collecting means and frequency analyzer. Next, the computing device 55 calculates the displacement amount for each wave number element from the difference between the phase spectra before and after the displacement, statistically processes them, and supplies the final displacement amount to the output device 56. That is, since the difference between the phase spectrum P1 before the displacement and the spectrum P2 after the displacement is the phase term φ (σ) associated with the displacement, the power is calculated using the equation (13), d = φ (σ) / 4πσ. A weighted average is calculated in consideration of the spectra A1 and A2.

かかる装置によれば、最も条件が良い場合には波数エレ
メント数及びイメージセンサ30の光電変換部数の平方根
に比例してS/N比が改善され、波長の1/100以下
のオーダの高精度の変位測定が可能となる。かかる変位
dの算出では、白色光源1から発せられるすべての波数
エレメントを用いるため、フーリエ変換の演算には高速
フーリエ変換(FET)のアルゴリズムが用いられる。
しかしながら、波数エレメントを数個に限定した場合に
は、計算時間の観点から離散的フーリエ変換(DFT)
を用いることが望ましい。
According to such an apparatus, the S / N ratio is improved in proportion to the number of wavenumber elements and the square root of the number of photoelectric conversion units of the image sensor 30 under the best conditions, and the high accuracy of the order of 1/100 or less of the wavelength is obtained. Displacement measurement is possible. Since all the wave number elements emitted from the white light source 1 are used in the calculation of the displacement d, the fast Fourier transform (FET) algorithm is used in the calculation of the Fourier transform.
However, when the number of wave number elements is limited to a few, discrete Fourier transform (DFT) is performed from the viewpoint of calculation time.
Is preferred.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明に係る光学的微小変位測定
装置は、波数エレメント毎の位相から変位を測定するも
のであり、簡単な統計処理を施すことにより精度の高い
変位量を求めることができ、また固定反射鏡の傾角誤差
も排除できるので、高信頼性の変位測定が可能である。
As described above, the optical micro-displacement measuring device according to the present invention measures the displacement from the phase of each wave number element, and it is possible to obtain a highly accurate displacement amount by performing simple statistical processing. Also, since the tilt error of the fixed reflecting mirror can be eliminated, highly reliable displacement measurement is possible.

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

第1図は、従来の光学的微小変位測定装置の一例を示す
ブロック図である。 第2図(A),(B)は同従来例における変位前のイン
ターフェログラムと変位後のインターフェログラムを示
す波形図である。 第3図は、本発明に係る光学的微小変位測定装置の一実
施例を示すブロック図である。 第4図(A),(B)は、同実施例におけるインターフ
ェログラムのパワースペクトルと位相スペクトルを示す
グラフ図である。 〔符号の説明〕 1……白色光源 20……固定反射鏡を傾けたマイケルソン干渉計 θ……固定反射鏡26の傾角 25……移動反射鏡 26……固定反射鏡 30……イメージセンサー 31……プリアンプ 32……アナログ/ディジタル変換器 40,50……信号処理部 41,42……判別手段 43,55……演算手段 44,56……出力装置 51,52……収集手段 53,54……周波数分析器。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional optical micro displacement measuring device. 2 (A) and 2 (B) are waveform diagrams showing an interferogram before displacement and an interferogram after displacement in the conventional example. FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of an optical micro displacement measuring device according to the present invention. FIGS. 4A and 4B are graphs showing the power spectrum and phase spectrum of the interferogram in the same example. [Description of symbols] 1 …… White light source 20 …… Michelson interferometer with a fixed reflecting mirror θ …… Tilt angle of fixed reflecting mirror 26 …… Moving reflecting mirror 26 …… Fixed reflecting mirror 30 …… Image sensor 31 ...... Preamplifier 32 …… Analog / digital converter 40,50 …… Signal processing unit 41,42 …… Determination means 43,55 …… Computing means 44,56 …… Output device 51,52 …… Collection means 53,54 ...... Frequency analyzer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】白色光源と、その白色光を受け光路差を変
数とするセンターバーストを有するインターフェログラ
ムを像面に空間的に作成する2光束干渉計と、該インタ
ーフェログラムの横断方向に多数の光電変換部を有する
イメージセンサと、該光路差を付与する光学要素の変位
前及び変位後の白色光インターフェログラムを収集する
手段と、それらインターフェログラムをフーリエ変換す
る手段と、夫々のフーリエ変換した結果の実部の項及び
虚部の項を用いて、各波数エレメント毎に位相を求め、
変位前後の位相スペクトルの差から各波数エレメント毎
に変位量を算出し、それらを統計処理して最終的な変位
量を求める演算手段と、からなることを特徴とする光学
的微小変位測定装置。
1. A white light source, a two-beam interferometer for spatially creating an interferogram having a center burst that receives the white light and has an optical path difference as a variable on an image plane, and in a transverse direction of the interferogram. An image sensor having a large number of photoelectric conversion units, a means for collecting white light interferograms before and after displacement of an optical element that imparts the optical path difference, a means for performing Fourier transform on these interferograms, and Using the terms of the real part and the imaginary part of the result of the Fourier transform, the phase is obtained for each wave number element,
An optical micro-displacement measuring device comprising: a calculating unit that calculates a displacement amount for each wave number element from a difference between phase spectra before and after displacement, and statistically processes them to obtain a final displacement amount.
JP61180739A 1986-07-31 1986-07-31 Optical micro displacement measuring device Expired - Lifetime JPH0625644B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61180739A JPH0625644B2 (en) 1986-07-31 1986-07-31 Optical micro displacement measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61180739A JPH0625644B2 (en) 1986-07-31 1986-07-31 Optical micro displacement measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6337202A JPS6337202A (en) 1988-02-17
JPH0625644B2 true JPH0625644B2 (en) 1994-04-06

Family

ID=16088464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61180739A Expired - Lifetime JPH0625644B2 (en) 1986-07-31 1986-07-31 Optical micro displacement measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0625644B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006068217A1 (en) * 2004-12-22 2006-06-29 The University Of Electro-Communications Three-dimensional shape measuring instrument

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02238306A (en) * 1989-03-13 1990-09-20 Ricoh Co Ltd Apparatus for measuring fine displacement
EP1907788A4 (en) * 2005-07-18 2011-01-26 Univ Ohio State EXTREMELY ACCURATE MEASUREMENT AND CONTROL METHODS AND SYSTEMS FOR SIX-DEGREE MOVEMENT OF OBJECT MOVEMENT BY PROJECTION AND MEASUREMENT OF INTERFERENCE FRANGES
WO2009064670A2 (en) * 2007-11-13 2009-05-22 Zygo Corporation Interferometer utilizing polarization scanning
JP7203529B2 (en) * 2018-08-01 2023-01-13 株式会社ミツトヨ Interferometer and arrangement adjustment method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58111704A (en) * 1981-12-25 1983-07-02 Yokogawa Hokushin Electric Corp Optical measuring device for mechanical quantity
JPS59134005A (en) * 1983-01-20 1984-08-01 Nippon Denso Co Ltd Ventilating device for car
JPS6176902A (en) * 1984-09-25 1986-04-19 Yamazaki Mazak Corp Non-contact probe

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006068217A1 (en) * 2004-12-22 2006-06-29 The University Of Electro-Communications Three-dimensional shape measuring instrument

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6337202A (en) 1988-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6624894B2 (en) Scanning interferometry with reference signal
JP3568297B2 (en) Method and apparatus for measuring surface profile using diffractive optical element
TWI800079B (en) Expediting spectral measurement in semiconductor device fabrication
JPH09503065A (en) Interferometric measuring method and apparatus for measuring surface shape
JP3065374B2 (en) Optical inspection method for an object, optical inspection apparatus for an object, and interferometer for optical inspection of an object
US6624893B1 (en) Correction of scanning errors in interferometric profiling
Gault et al. Divided mirror technique for measuring Doppler shifts with a Michelson interferometer
JPH0625644B2 (en) Optical micro displacement measuring device
JP3960427B2 (en) Method and apparatus for simultaneous measurement of surface shape and film thickness distribution of multilayer film
JP4183220B2 (en) Optical spherical curvature radius measuring device
US7304745B2 (en) Phase measuring method and apparatus for multi-frequency interferometry
JPH08178613A (en) Photodetector for interferometer
JP2533514B2 (en) Depth / thickness measuring device
CN1952594A (en) Shape measurement method and its measuring device
JP2993836B2 (en) Interferometer using coherence degree
US6885461B2 (en) Weighted least-square interferometric measurement of multiple surfaces
US4606639A (en) Broad bandwidth interferometric gauging system
CN110926360A (en) A device for measuring free-form surfaces with full-field heterodyne phase-shifting
JP3714853B2 (en) Planar shape measuring method in phase shift interference fringe simultaneous imaging device
JPH0652162B2 (en) Interferometry method
JP2990266B1 (en) Sinusoidal wavelength scanning interferometer and sinusoidal wavelength scanning light source device
JP6395582B2 (en) Phase singularity evaluation method and phase singularity evaluation apparatus
JPH11237209A (en) High sensitivity space positioning method
JP3396284B2 (en) Phase and amplitude measurement device
JPH0711413B2 (en) Non-contact type surface profile measuring device