JP3453483B2 - Interference fringe phase detection method and interference measurement apparatus using the same - Google Patents
Interference fringe phase detection method and interference measurement apparatus using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は干渉縞位相検出方法
およびそれを用いた干渉計測装置に関し、特に干渉計を
用いて光学部品の形状や屈折率の分布等を測定する際に
好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interference fringe phase detecting method and an interference measuring apparatus using the same, and is particularly suitable for measuring the shape of optical components and the distribution of refractive index using an interferometer. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】干渉計は光の干渉現象を利用して光の波
面形状を干渉縞のパターンとして検知するものであり、
レンズやミラー等の光学部品形状を精密に測定したり、
ガラスの屈折率分布を精密に測定する方法として、広く
工業用に使用されている。2. Description of the Related Art An interferometer detects the wavefront shape of light as an interference fringe pattern by utilizing the interference phenomenon of light.
You can precisely measure the shape of optical parts such as lenses and mirrors,
It is widely used for industrial purposes as a method for precisely measuring the refractive index distribution of glass.
【0003】特に、最近では干渉縞のパターンを画素ご
との位相情報として数値化することにより、非常に精密
な測定が可能になっている。Particularly, recently, a very precise measurement has become possible by digitizing the pattern of interference fringes as phase information for each pixel.
【0004】干渉縞パターンを位相情報として数値化す
る手法のひとつとして、1992年度精密工学会春季大会論
文集p.371-372 に開示されたような位相シフト電子モア
レ法がある。As one of the methods of digitizing the interference fringe pattern as phase information, there is a phase shift electronic moire method as disclosed in the 1992 Precision Engineering Society Spring Meeting, p.371-372.
【0005】図5 は従来の位相シフト電子モアレ法を用
いた干渉計測装置の要部構成図である。同図において10
0 は干渉計であり、例えばフィゾー型干渉計で構成し、
干渉計の参照面と被測定面から干渉縞を発生する。1は
2 次元画像検出手段であり、例えば電荷結合素子(CCD)
を2 次元撮像デバイスとするCCD カメラで構成し、干渉
縞画像を入力する。2 は1 画面分のビデオ信号を抽出す
る画像入力手段、3a、3b、3cは1 画面分の参照画像情報
を記憶する参照画像メモリ、4a、4b、4cは2 つの画像間
の乗算を行う乗算器、5a、5b、5cは画像中の空間周波数
の高いものを除去し、低いものだけを通過させる特性を
持つローパスフィルター(LPF) 、6a、6bは2 つの画像間
の減算を行う減算器、7 は2 つの画像間の除算を行う除
算器、 8はtan-1 を演算する非線形演算器である。FIG. 5 is a configuration diagram of a main part of an interferometric measuring apparatus using a conventional phase shift electronic moire method. In the figure, 10
0 is an interferometer, which is composed of, for example, a Fizeau interferometer,
Interference fringes are generated from the reference surface of the interferometer and the measured surface. 1 is
Two-dimensional image detection means, such as charge coupled device (CCD)
It is composed of a CCD camera, which is a two-dimensional imaging device, and inputs an interference fringe image. 2 is an image input means for extracting a video signal for one screen, 3a, 3b, 3c are reference image memories for storing reference image information for one screen, and 4a, 4b, 4c are multiplications for multiplying two images. , 5a, 5b, 5c are low-pass filters (LPFs) that have the characteristic of removing high spatial frequencies in the image and passing only low spatial frequencies, and 6a, 6b are subtractors that perform subtraction between two images, 7 is a divider that divides two images, and 8 is a non-linear calculator that calculates tan -1 .
【0006】干渉計100 で発生させる干渉縞像は、干渉
計の被測定面又は参照面を傾けることにより、故意に多
数の縞を生じさせた上で、適当な結像レンズを用いて2
次元画像検出手段1 にて撮像され、画像入力手段2 で1
画面分の情報が抽出される。一方参照画像メモリ3a,3b,
3cにはあらかじめ多数の縞の参照画像に相当する画像情
報を書き込んである。ただし、各参照画像メモリ3a,3b,
3cに記録している参照画像の縞の初期位相はそれぞれπ
/4、3π/4、5π/4ずれている。The interference fringe image generated by the interferometer 100 is intentionally caused to have a large number of fringes by inclining the surface to be measured or the reference surface of the interferometer.
The image is picked up by the three-dimensional image detection means 1 and the image is input by the image input means 2.
Information for the screen is extracted. On the other hand, reference image memories 3a, 3b,
Image information corresponding to a large number of striped reference images is written in advance in 3c. However, each reference image memory 3a, 3b,
The initial phase of the fringes of the reference image recorded in 3c is π
/ 4, 3π / 4, 5π / 4 offset.
【0007】2 次元画像検出手段1 で撮像した被測定画
像信号は参照画像メモリ3a,3b,3cの参照画像信号とそれ
ぞれ乗算器4a,4b,4cで画像間の乗算演算がおこなわれ
る。この演算により空間周波数の低い一種のモアレ縞が
発生するが、このモアレ縞は被測定画像の縞の曲がり具
合を表わしている。したがって、ローパスフィルター5
a,5b,5cにてキャリアである多数の縞の信号をカットす
れば、干渉計で参照面を傾けないで正確にアライメント
を行って粗く干渉縞を出した状態と等価な画像が得られ
る。The measured image signals picked up by the two-dimensional image detecting means 1 are multiplied by the reference image signals of the reference image memories 3a, 3b and 3c by the multipliers 4a, 4b and 4c, respectively. A kind of moire fringe having a low spatial frequency is generated by this calculation, and the moire fringe represents the degree of fringe bending of the image to be measured. Therefore, the low-pass filter 5
If signals of a large number of fringes, which are carriers, are cut at a, 5b, and 5c, an image equivalent to a state in which interference fringes are roughly produced by accurately performing alignment without tilting the reference surface with an interferometer can be obtained.
【0008】このとき基準としている画像メモリ3a,3b,
3cの参照画像中の縞の初期位相が先述したようにπ/4、3
π/4、5π/4ずれているために、ローパスフィルター5a,5
b,5cを通って得られた粗く干渉縞を出した状態に相当す
る画像も初期位相がπ/4、3π/4、5π/4ずれている。At this time, the reference image memories 3a, 3b,
The initial phase of the stripes in the reference image of 3c is π / 4, 3 as described above.
Low-pass filters 5a, 5 due to π / 4, 5π / 4 offset
An image corresponding to a state in which interference fringes are roughly obtained obtained through b and 5c also has an initial phase shift of π / 4, 3π / 4, 5π / 4.
【0009】求めたい干渉縞の位相分布をφ(x,y) とす
ればそれぞれの画像はIf the phase distribution of the interference fringes to be obtained is φ (x, y), each image is
【0010】[0010]
【数1】
と表わされるから、
(S1-S2)/(S2-S3)=Sinφ(x,y)/Cos φ(x,y)=Tan φ(x,y) ・・・(4)
φ(x,y) = Tan-1{(S1-S2)/(S2-S3)} ・・・(5)
の演算を行うことにより位相分布が計算出来る。したが
って、(4) 式の演算を減算器6a,6b と除算器7 で行い、
(5) 式の演算を非線形演算器 8で行えば求めたい位相分
布φ(x,y) が出力として得られることになる。[Equation 1] Therefore, (S 1 -S 2 ) / (S 2 -S 3 ) = Sin φ (x, y) / Cos φ (x, y) = Tan φ (x, y) ・ ・ ・ (4) φ (x, y) = Tan -1 {(S 1 -S 2 ) / (S 2 -S 3 )} ・ ・ ・ The phase distribution can be calculated by performing the operation of (5). Therefore, the operation of Eq. (4) is performed by subtractors 6a, 6b and divider 7,
If the nonlinear calculator 8 is used to calculate Eq. (5), the desired phase distribution φ (x, y) will be obtained as an output.
【0011】本方式は1 枚の干渉縞原画像から位相分布
が求まるため、測定中の機械振動、空気揺らぎなどに強
いという特徴をもっている。Since this method can obtain the phase distribution from one original image of the interference fringes, it has a characteristic that it is strong against mechanical vibration and air fluctuation during measurement.
【0012】また、本方式は参照画像メモリ3a,3b,3cに
単純な直線の縞ではなく、所定の演算によって計算され
た曲線パターンを記録しておけば非球面形状のヌルテス
トも可能となる特徴を持っている。Further, in this method, it is possible to perform a null test of an aspherical shape by recording in the reference image memories 3a, 3b, 3c not a simple linear stripe but a curved pattern calculated by a predetermined calculation. have.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上記従来例ではリアル
タイムに最終的な位相出力を得るために、画像間の演算
を平行して行う必要があり、また各演算は1/30秒程度の
高速演算を必要とする。In the above-mentioned conventional example, in order to obtain the final phase output in real time, it is necessary to perform calculation between images in parallel, and each calculation is a high-speed calculation of about 1/30 second. Need.
【0014】したがって、複数の専用画像処理手段を用
意しなければならず、構成が複雑となり、高価なシステ
ムになると言う問題があった。Therefore, a plurality of dedicated image processing means must be prepared, and the structure becomes complicated and the system becomes expensive.
【0015】本発明は、測定時の機械振動や空気揺らぎ
等の外乱に強いという位相シフト電子モアレ法の特長や
測定精度を損なうことなく、装置構成が極めて簡潔で且
つ汎用の機器で構成可能となって大幅なコストダウンと
省スペースが可能な干渉縞位相検出方法及びそれを用い
た干渉計測装置の提供を目的とする。According to the present invention, the structure of the apparatus is extremely simple and can be constituted by general-purpose equipment without impairing the measurement accuracy and the characteristics of the phase shift electronic moire method, which is strong against disturbances such as mechanical vibration and air fluctuation during measurement. Therefore, it is an object of the present invention to provide an interference fringe phase detection method capable of significantly reducing cost and space and an interference measuring apparatus using the same.
【0016】その他、
(1−1) 複数の参照画像データとの演算を汎用コン
ピュータによりシリアルに行うため、ハード構成を変更
することなく、任意のn バケット法がソフトウェアで指
定可能であり、高精度な位相演算が安価に実現できる。
(1−2) 演算時のビット数増加を抑え、処理の負担
を小さくすることが可能である。
(1−3) データ量が減少し、演算手段の負荷を小さ
くすることができる。
(1−4) 処理の負担をより小さくすることが可能で
ある。
等の少なくとも1 つの効果を有する干渉縞位相検出方法
及びそれを用いた干渉計測装置の提供を目的とする。Others (1-1) Since arithmetic operations with a plurality of reference image data are serially performed by a general-purpose computer, any n-bucket method can be specified by software without changing the hardware configuration, and high precision is achieved. Phase calculation can be realized at low cost. (1-2) It is possible to suppress an increase in the number of bits during calculation and reduce the processing load. (1-3) The amount of data is reduced, and the load on the calculation means can be reduced. (1-4) It is possible to further reduce the processing load. It is an object of the present invention to provide an interference fringe phase detection method having at least one of the above effects, and an interference measurement apparatus using the same.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の干渉縞位相検出
方法は、
(2−1) 干渉計によって多数の干渉縞を発生させて
空間的な搬送波を生じせしめた被測定干渉縞画像と、該
搬送波の空間周波数とほぼ等しい周波数の干渉縞をも
ち、且つ夫々初期位相の異なる複数の参照画像との画像
間演算によって該被測定干渉縞画像の位相分布を検出す
る位相シフト電子モアレ法を用いた干渉縞位相検出方法
において、該干渉計からの干渉縞画像と1 つの参照画像
との画像間演算をビデオレートで行い、それより得られ
る画像信号の高周波成分をカットしてモニタ画面上に出
力して該干渉計のアライメントを行うアライメントユニ
ットと、1 画面分の該被測定干渉縞画像を一旦記憶保持
して、該被測定干渉縞画像と複数の参照画像との画像間
演算を行う演算ユニットとを用い、これらのユニットを
切り替えて該被測定干渉縞画像の位相分布を検出するこ
と等を特徴としている。An interference fringe phase detection method according to the present invention comprises: (2-1) a measured interference fringe image in which a large number of interference fringes are generated by an interferometer to generate a spatial carrier wave; A phase shift electronic moire method is used for detecting the phase distribution of the measured interference fringe image by inter-image calculation with a plurality of reference images having interference fringes having a frequency substantially equal to the spatial frequency of the carrier wave and having different initial phases. In the interference fringe phase detection method that was previously used, the inter-image calculation between the interference fringe image from the interferometer and one reference image is performed at the video rate, and the high frequency components of the resulting image signal are cut and output on the monitor screen. Then, an alignment unit for performing alignment of the interferometer and an image for interfering the measured interference fringe image and a plurality of reference images are temporarily stored and held for one screen. Using the unit, by switching these units are characterized by that detects the phase distribution of 該被 measured interference fringe image.
【0018】特に、
(2−1−1) 前記演算ユニットに前記複数の参照画
像を順次呼び出してシリアルに演算を実行させる。
(2−1−2) 前記アライメントユニットにおいて、
前記干渉縞画像と前記参照画像との画像間演算は加算ま
たは減算である。
(2−1−3) 前記アライメントユニットにおいて、
2 値化した前記干渉縞画像と2 値化した前記参照画像と
をAND 論理演算又はOR論理演算によって画像間演算を行
う。
こと等を特徴としている。In particular, (2-1-1) causing the arithmetic unit to sequentially call the plurality of reference images to serially execute the arithmetic operation. (2-1-2) In the alignment unit,
The inter-image calculation between the interference fringe image and the reference image is addition or subtraction. (2-1-3) In the alignment unit,
Inter-image operation is performed by AND logic operation or OR logic operation between the binarized interference fringe image and the binarized reference image. It is characterized by such things.
【0019】又、本発明の干渉計測装置は、
(2−2)干渉計によって多数の干渉縞を発生させて空
間的な搬送波を生じせしめた被測定干渉縞画像と、該搬
送波の空間周波数とほぼ等しい周波数の干渉縞をもち、
且つ夫々初期位相の異なる複数の参照画像との画像間演
算によって該被測定干渉縞画像の位相分布を検出する位
相シフト電子モアレ法を用いた干渉計測装置において、
該干渉計により形成される被測定干渉縞画像を検出する
2次元画像検出手段と、該2次元画像検出手段が出力す
る信号より1画面分の該被測定干渉縞画像を抽出する画
像入力手段と、該1画面分の被測定干渉縞画像の出力先
を切り替えるスイッチ手段とを有し、該スイッチ手段の
一方の出力先には1つの参照画像を記録する参照画像メ
モリと、該1画面分の被測定干渉縞画像と該1つの参照
画像との画像間演算を行う演算器と、該画像間演算より
得られる信号の高周波成分をカットするローパスフィル
ターと、該高周波成分をカットした画像信号により画像
を表示するモニタが配置され、該スイッチ手段の他方の
出力先には該被測定干渉縞画像を一旦記憶保持する入力
画像メモリと、該被測定干渉縞画像とデータ保存手段に
保存している複数の参照画像との画像間演算を行うコン
ピュータとが配置されていることを特徴としている。Further, the interference measuring apparatus of the present invention comprises (2-2) an interference fringe image to be measured in which a large number of interference fringes are generated by an interferometer to generate a spatial carrier, and a spatial frequency of the carrier. It has interference fringes of almost equal frequency,
And in the interferometric device using the phase shift electronic moire method for detecting the phase distribution of the measured interference fringe image by inter-image calculation with a plurality of reference images each having a different initial phase,
Two-dimensional image detecting means for detecting an interference fringe image to be measured formed by the interferometer, and image input means for extracting one measured interference fringe image for one screen from a signal output from the two-dimensional image detecting means. , Output destination of the measured interference fringe image for the one screen
Switch means for switching between
At one output destination, a reference image memory for recording one reference image, an arithmetic unit for performing an inter-image calculation between the interference fringe image to be measured for the one screen and the one reference image, and the inter-image calculation A low-pass filter that cuts the high-frequency component of the obtained signal and a monitor that displays an image by the image signal that cuts the high-frequency component are arranged, and the other of the switch means is arranged.
At the output destination, an input image memory for temporarily storing and holding the measured interference fringe image, and a computer for performing inter-image calculation between the measured interference fringe image and a plurality of reference images stored in the data storage means are arranged. It is characterized by being.
【0020】特に、
(2−2−1) 前記演算器は画像間の乗算を行う乗算
器である。
(2−2−2) 前記演算器は画像間の加算を行う加算
器又は減算を行う減算器である。
(2−2−3) 前記演算器はAND 論理演算器又はOR論
理演算器であり、前記参照画像メモリには2 値化した前
記参照画像を記録しており、2 値化手段により前記干渉
縞画像を2 値化して該2 値化した参照画像と該AND 論理
演算器又は該OR論理演算器によって画像間演算を行う。
(2−2−4) 前記コンピュータは前記データ保存手
段より前記複数の参照画像を順次呼び出してシリアルに
演算を実行する。
こと等を特徴としている。In particular, (2-2-1) the arithmetic unit is a multiplier that multiplies between images. (2-2-2) The arithmetic unit is an adder that performs addition between images or a subtractor that performs subtraction. (2-2-3) The arithmetic unit is an AND logical arithmetic unit or an OR logical arithmetic unit, the binarized reference image is recorded in the reference image memory, and the interference fringes are generated by the binarizing unit. The image is binarized, and the inter-image calculation is performed by the binarized reference image and the AND logical operation unit or the OR logical operation unit. (2-2-4) The computer sequentially calls the plurality of reference images from the data storage unit to serially execute the operation. It is characterized by such things.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】本発明の干渉縞位相検出方法は、
3 つのステップを切り替えて位相を検出することにより
位相を検出することを特徴としている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The interference fringe phase detection method of the present invention comprises:
The feature is that the phase is detected by switching the three steps and detecting the phase.
【0022】すなわち、本発明の干渉縞位相検出方法
は、(1) 干渉計のアライメントを行うために、画像入力
手段から入力された干渉縞画像データと、あらかじめ用
意された1 つの参照画像データとの差または積の演算お
よびフィルタリングのみをビデオレート(約1/30秒)程
度で行い、アライメント結果をモニタ画面に表示するア
ライメントステップ、(2) 画像入力手段から入力された
1 画面分の被測定干渉縞画像を一旦入力画像メモリに蓄
える画像記憶ステップ、(3) 該入力画像メモリに蓄えた
被測定干渉縞画像のデータと、あらかじめ用意され、デ
ータ保存手段に保存している複数の参照画像データとの
演算を汎用コンピュータを用いてシリアルに処理し、位
相分布を求める演算ステップ、を有することを特徴とし
ている。That is, the interference fringe phase detection method of the present invention comprises: (1) Interference fringe image data input from the image input means and one reference image data prepared in advance in order to perform alignment of the interferometer. Alignment step in which the difference or product is calculated and filtered only at a video rate (approximately 1/30 second) and the alignment result is displayed on the monitor screen. (2) Input from image input means
An image storage step of temporarily storing one screen of the measured interference fringe image in the input image memory, (3) Data of the measured interference fringe image stored in the input image memory, and prepared in advance and stored in the data storage means. It is characterized in that it has an operation step of serially processing an operation with a plurality of reference image data existing therein using a general-purpose computer to obtain a phase distribution.
【0023】以下、干渉計測装置の実施形態について説
明する。図1 は本発明の干渉計測装置の実施形態1 の要
部概略図である。同図において100 は干渉計であり、例
えばフィゾー型干渉計で構成し、干渉計の参照面と被測
定面から干渉縞を発生する。1は2 次元画像検出手段で
あり、例えば電荷結合素子(CCD) を2 次元撮像デバイス
とするCCD カメラで構成し、干渉縞画像を入力する。2
は1 画面分のビデオ信号を抽出する画像入力手段、11は
時間的平均、空間的平均、背景ノイズ除去、カメラ感度
ムラ補正等の前処理を行うところの前処理手段、12は測
定時のステップを切り替える切り替えスイッチである。
301 は参照画像メモリ手段であり、予め計算もしくは撮
像しておいた細かい縞の参照画像を1 つ記憶しており、
この参照画像は適宜ビデオレートで読み出し可能であ
る。13は入力、前処理された位相分布を測ろうとする被
測定干渉縞画像を一旦記憶しておく所の入力画像メモリ
手段、14は予め複数(n個) の参照画像データを保存して
いる所のデータ保存手段、401 は画像入力手段より入力
された干渉縞画像と参照画像メモリ中の参照画像との画
像間の乗算を高速に行う乗算器 (演算器) 、5 は画像中
の低い周波数成分の縞のみを通過させるローパスフィル
ター(LPF) 、9 は処理画像を表示するモニタ、10は画像
間の演算をシリアルに処理する汎用のコンピュータであ
る。An embodiment of the interference measuring device will be described below. FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of the interference measuring apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 100 denotes an interferometer, which is composed of, for example, a Fizeau interferometer, and generates an interference fringe from the reference surface and the measured surface of the interferometer. Reference numeral 1 is a two-dimensional image detecting means, which is composed of, for example, a CCD camera having a charge-coupled device (CCD) as a two-dimensional image pickup device and inputs an interference fringe image. 2
Is an image input means for extracting a video signal for one screen, 11 is a preprocessing means for performing preprocessing such as temporal averaging, spatial averaging, background noise removal, and camera sensitivity unevenness correction, and 12 is a step at the time of measurement. Is a changeover switch for changing over.
301 is a reference image memory means, which stores one reference image with fine stripes calculated or imaged in advance,
This reference image can be read out at an appropriate video rate. 13 is an input image memory means for temporarily storing the interference fringe image to be measured for which the input and preprocessed phase distribution is to be measured, and 14 is a place where a plurality (n) of reference image data are stored in advance. Data storage means, 401 is a multiplier (calculator) that performs high-speed multiplication between the interference fringe image input from the image input means and the reference image in the reference image memory, and 5 is the low frequency component in the image. Is a low-pass filter (LPF) that passes only the stripes, 9 is a monitor that displays processed images, and 10 is a general-purpose computer that serially processes calculations between images.
【0024】以上の各要素のうち、参照画像メモリ301
,乗算器401 ,LPF5 ,モニタ9 等はアライメントユニ
ットの一要素を構成しており、入力画像メモリ13 ,デ
ータ保存手段14 ,コンピュータ10 等は演算ユニットの
一要素を構成している。Of the above elements, the reference image memory 301
, The multiplier 401, the LPF 5, the monitor 9 and the like constitute one element of the alignment unit, and the input image memory 13, the data storage means 14, the computer 10 and the like constitute one element of the arithmetic unit.
【0025】本実施形態の作用を説明する。干渉計100
で作られた多数の縞を含む干渉縞画像は2 次元画像検出
手段1 で検知され、画像入力手段2 において1 画面分の
デジタルデータに変換された後、前処理手段11において
必要に応じて時間的平均、空間的平均、背景ノイズ除
去、カメラ感度ムラ補正、不要領域マスキング等の前処
理が行われる。The operation of this embodiment will be described. Interferometer 100
The interference fringe image containing a large number of fringes is detected by the two-dimensional image detection means 1, converted into digital data for one screen by the image input means 2, and then the preprocessing means 11 outputs the time as necessary. Preprocessing such as dynamic averaging, spatial averaging, background noise removal, camera sensitivity unevenness correction, and unnecessary area masking is performed.
【0026】以降のデータの流れは測定ステップによっ
て異なるため各ステップごとに説明する。The subsequent data flow differs depending on the measurement step, and therefore each step will be described.
【0027】まず、最初に干渉計100 において参照面と
被測定面のアライメントを行わなければならぬ為、切り
替えスイッチ12をa 側に接続することにより装置をアラ
イメントステップにセットしてアライメントを行う。First, since the reference surface and the surface to be measured must be aligned in the interferometer 100, the device is set in the alignment step by connecting the changeover switch 12 to the a side to perform the alignment.
【0028】通常の干渉計のアライメントでは干渉縞を
粗く出すことを目的としているのに対し、位相シフト電
子モアレ法では、予め定めておいた空間周波数に相当す
る多数の縞を出さねばならぬため、特別な処理を行う必
要がある。In the normal alignment of the interferometer, the purpose is to roughly produce interference fringes, whereas in the phase shift electronic moire method, a large number of fringes corresponding to a predetermined spatial frequency must be produced. , Special treatment is needed.
【0029】切り替えスイッチ12をa 側に接続すること
により入力後、前処理の完了した干渉縞画像は順次乗算
器401 において参照画像メモリ301 の参照画像データと
ビデオレートで対応する画素毎の乗算を行う。After inputting by connecting the changeover switch 12 to the side a, the pre-processed interference fringe image is sequentially multiplied in the multiplier 401 for each pixel corresponding to the reference image data in the reference image memory 301 at the video rate. To do.
【0030】2 次元画像検出手段1 のCCD の水平方向を
x ,垂直方向をy としたとき、参照画像メモリ301 中に
x 方向に高い空間周波数V をもつ参照画像を用意してい
るとすれば、参照画像の輝度信号IR、入力した干渉縞画
像の輝度信号ISはそれぞれ
IR=A・sin(Vx+P)+R・・・(6)
IS=B・sin(Wx+Q)+S・・・(7)
と表される。但し、A,B はそれぞれ参照画像、入力した
干渉縞画像の輝度振幅、V,W はそれぞれ参照画像、干渉
縞画像のx 方向の空間周波数、P,Q はそれぞれ参照画
像、干渉縞画像の初期位相、R,S はそれぞれ参照画像、
干渉縞画像のバイアス成分である。The horizontal direction of the CCD of the two-dimensional image detecting means 1
In the reference image memory 301, where x is the vertical direction and y is
If a reference image with a high spatial frequency V in the x direction is prepared, the reference image luminance signal I R and the input interference fringe image luminance signal I S are I R = A ・ sin (Vx + P ) + R ・ ・ ・ (6) I S = B ・ sin (Wx + Q) + S ・ ・ ・ (7) Where A and B are the reference image and the brightness amplitude of the input interference fringe image, V and W are the reference image and the spatial frequency in the x direction of the interference fringe image, and P and Q are the reference image and the initial fringe image, respectively. Phase, R and S are reference images,
It is the bias component of the interference fringe image.
【0031】乗算器401 にて式(6),(7) の乗算を行うと
I=IR×IS=ABsin(Vx+P)sin(Wx+Q)+ASsin(Vx+P)+BRsin(Wx+Q)+RS
=(AB/2)[cos{(V-W)x+P-Q}-cos{(V+W)x+P+Q}]+ASsin(Vx+P)+BRsin(Wx+Q)+RS
・・・(8)
と計算され、V-W,V+W,V,W の4 つの空間周波数を含む画
像となる。ところが、ローパスフィルター5 のカットオ
フ周波数を例えば縞50本程度に設定すれば、このフィル
ターの作用により差周波数(V-W) の信号のみが通過する
ことになり、結局モニタ9 で観察される画像は
Im=(AB/2)[cos{(V-W)x+P-Q}]+RS ・・・(9)
となり、モニタ9 上で最も縞を粗く出すように干渉計を
調整すれば、入力した干渉縞画像の空間周波数V を参照
画像の空間周波数 Wに一致させたことになり、位相シフ
ト電子モアレ法におけるアライメントの目的が達成され
る。この操作はモニタ9 の映像を見ている限りにおいて
は作業者はあたかも通常の干渉計で干渉縞を粗く出すよ
うにアライメントする作業とほぼ同じであり違和感のな
い操作で実行できる。When the multiplication of the equations (6) and (7) is performed by the multiplier 401, I = I R × I S = ABsin (Vx + P) sin (Wx + Q) + ASsin (Vx + P) + BRsin (Wx + Q) + RS = (AB / 2) [cos {(VW) x + PQ} -cos {(V + W) x + P + Q}] + ASsin (Vx + P) + BRsin (Wx + Q) + RS ・ ・ ・ (8) is calculated, and it becomes an image containing four spatial frequencies of VW, V + W, V, W. However, if the cutoff frequency of the low-pass filter 5 is set to, for example, about 50 stripes, only the signal of the difference frequency (VW) will pass by the action of this filter, and the image observed on the monitor 9 will be m = (AB / 2) [cos {(VW) x + PQ}] + RS becomes (9), and if the interferometer is adjusted so that the fringes appear most coarsely on the monitor 9, the input interference fringes Since the spatial frequency V of the image matches the spatial frequency W of the reference image, the purpose of alignment in the phase shift electronic moire method is achieved. As long as the image on the monitor 9 is being viewed, this operation is almost the same as the operation of aligning the interference fringes with a normal interferometer so that the operator can perform the operation without any discomfort.
【0032】また式(9) において差周波数V-W が0 に近
くなると、入力画像と参照画像の位相差P-Q が縞となっ
て現れるため、縞模様から概略の波面誤差や屈折率分布
が視覚的に認識できる。以上でアライメントステップに
よるアライメントが完了する。Further, when the difference frequency VW becomes close to 0 in the equation (9), the phase difference PQ between the input image and the reference image appears as stripes, so that the approximate wavefront error and refractive index distribution are visually recognized from the stripe pattern. Can be recognized. With the above, the alignment by the alignment step is completed.
【0033】アライメントが完了した段階で切り替えス
イッチ12をb 側に切り替え、画像記憶ステップに入る。
画像記憶ステップでは前処理の完了した位相分布を測ろ
うとする被測定干渉縞画像を1 画面分だけ入力画像メモ
リ13に保存する。1 画面のシャッタースピードは通常の
CCD カメラで1/30〜1/1000秒程度であり、特殊なカメラ
やパルス発光レーザ光源を用いれば、1/1000000 秒以下
の短い時間で干渉縞を凍結させて検出することが可能で
ある。以上が画像記憶ステップである。When the alignment is completed, the changeover switch 12 is changed over to the b side to enter the image storing step.
In the image storing step, the interference fringe image to be measured for which the preprocessing is completed is to be measured and is stored in the input image memory 13 for one screen. 1 Screen shutter speed is normal
The CCD camera takes 1/30 to 1/1000 seconds, and if a special camera or pulsed laser light source is used, it is possible to freeze and detect interference fringes in a short time of 1/1000000 seconds or less. The above is the image storing step.
【0034】このようにして画像記憶ステップにおいて
測定すべき画像さえ瞬間的に捉えれば、後の演算処理
(演算ステップ) はゆっくり行ってもなんら差し支えな
い。In this way, if only the image to be measured is instantaneously captured in the image storing step, the subsequent arithmetic processing is performed.
(Calculation step) can be done slowly without any problem.
【0035】演算ステップは入力画像メモリ13に保存し
た1 画面分の被測定干渉縞画像のデータと、あらかじめ
用意してデータ保存手段14に保存してある複数の参照画
像データi との演算処理を汎用のコンピュータ10によっ
てシリアルに処理するステップであり、図2 に演算処理
のフローを示す。In the calculation step, the calculation processing of the data of the interference fringe image to be measured for one screen stored in the input image memory 13 and the plurality of reference image data i previously prepared and stored in the data storage means 14 is performed. This is a step for serial processing by the general-purpose computer 10. FIG. 2 shows a flow of arithmetic processing.
【0036】まず入力画像メモリ13からそのメモリした
被測定干渉縞画像のデータをロードし(s21) 、次に参照
画像データ1 をデータ保存手段14からロードする(s22)
。このとき、参照画像データ1 にはアライメントステ
ップで用いた参照画像メモリ301 に記録している参照画
像と同じ空間周波数V を持った縞模様の参照画像が記録
されている。First, the data of the interference fringe image to be measured stored in the input image memory 13 is loaded (s21), and then the reference image data 1 is loaded from the data storage means 14 (s22).
. At this time, the striped reference image having the same spatial frequency V as the reference image recorded in the reference image memory 301 used in the alignment step is recorded in the reference image data 1.
【0037】参照画像データ1 、入力画像メモリ13のデ
ータの輝度信号はそれぞれ式(1),(2) と同様に
IR1=Asin(Vx+P1)+R ・・・(10)
IS =Bsin(Wx+Q )+S ・・・(11)
と表されており、続いて画像間の乗算(s23) 、ローパス
フィルター処理(s24) を行えば、式(6)〜(9) と同じ計
算が成り立つから、輝度分布画像Im1:
Im1=(AB/2)[cos{(V-W)x+P1-Q}]+RS ・・・(12)
が得られる。The luminance signals of the reference image data 1 and the data of the input image memory 13 are I R1 = Asin (Vx + P 1 ) + R (10) I S , respectively, as in equations (1) and (2). = Bsin (Wx + Q) + S ・ ・ ・ (11), then if the multiplication between images (s23) and the low-pass filter processing (s24) are performed, the equations (6) to (9) are obtained. Since the same calculation holds, the brightness distribution image I m1 : I m1 = (AB / 2) [cos {(VW) x + P 1 -Q}] + RS (12) is obtained.
【0038】x方向の空間周波数(V-W) は先述のアライ
メントステップにより0 もしくは十分小さい状態に調整
されているので、結局
Im1=(AB/2)[cos(P1-Q)]+RS ・・・(13)
なる輝度分布画像が得られる。この輝度分布画像Im1 の
データはコンピュータ10の中に一時的に保存する(s25)
。Since the spatial frequency (VW) in the x direction is adjusted to 0 or a sufficiently small state by the alignment step described above, I m1 = (AB / 2) [cos (P 1 -Q)] + RS after all.・ A brightness distribution image of (13) is obtained. The data of this brightness distribution image I m1 is temporarily stored in the computer 10 (s25).
.
【0039】データ保存手段14には、あらかじめ複数の
参照画像データを用意しており、それぞれのデータは同
じ空間周波数分布の縞パターンであるが初期位相が少し
ずつずれたデータとなっている。すなわち、参照画像デ
ータi としては
IR1=Asin(Vx+P1)+R
IR2=Asin(Vx+P2)+R
・
・
IRn=Asin(Vx+Pn)+R ・・・(14)
のようなデータが記録されている。A plurality of reference image data are prepared in advance in the data storage means 14, and each data is a stripe pattern having the same spatial frequency distribution, but the initial phase is slightly shifted. That is, as the reference image data i, I R1 = Asin (Vx + P 1 ) + RI R2 = Asin (Vx + P 2 ) + R ・ ・ I Rn = Asin (Vx + P n ) + R ・ ・ ・ (14 ) Is recorded.
【0040】S26 において全ての参照画像データとの計
算が終了したか否かの判定を行い、もし終了していなけ
れば、次ぎの参照画像データIRi を入力し(s27) 、s23
〜s26のループにより処理すれば式(13)と同様の結果が
得られ、夫々
Im1=(AB/2)[cos(P1-Q)]+RS
Im2=(AB/2)[cos(P2-Q))+RS
・
・
Imn=(AB/2)[cos(Pn-Q)]+RS ・・・(15)
なる複数の輝度分布画像がコンピュータ10に保存され
る。In S26, it is determined whether or not the calculation with all the reference image data has been completed. If not completed, the next reference image data I Ri is input (s27), s23
When processed by the loop of ~ s26, the same result as Eq. (13) is obtained, and I m1 = (AB / 2) [cos (P 1 -Q)] + RS I m2 = (AB / 2) [cos (P 2 -Q)) + RS ··· I mn = (AB / 2) [cos (P n -Q)] + RS (15) A plurality of brightness distribution images are stored in the computer 10.
【0041】ところで、干渉縞の初期位相分布を計算す
る手法としてバケット法が広く知られている。バケット
法は正弦波状に変化する信号の初期位相を3 点以上の代
表点データから計算する手法であり、代表点データの位
相差を適切に選ぶことにより簡単な四則演算で初期位相
を求めることができる。The bucket method is widely known as a method for calculating the initial phase distribution of interference fringes. The bucket method is a method of calculating the initial phase of a signal that changes in a sinusoidal shape from three or more representative point data, and the initial phase can be obtained by simple four arithmetic operations by appropriately selecting the phase difference of the representative point data. it can.
【0042】いま各代表点のデータを次のように表わ
す。The data of each representative point is now represented as follows.
【0043】
I1=Kcos(θ+ φ1)+L
I2=Kcos(θ+ φ2)+L
・
・
In=Kcos(θ+ φn)+L ・・・(16)
ただし、K は信号の振幅、L は信号のオフセット、φn
は位相差、θは求めたい初期位相である。たとえばn=3
、φ1=π/4、φ2= 3π/4、φ3= 5π/4と選べば、I 1 = Kcos (θ + φ 1 ) + L I 2 = Kcos (θ + φ 2 ) + L I n = Kcos (θ + φ n ) + L (16) where K is Signal amplitude, L is signal offset, φ n
Is a phase difference, and θ is an initial phase to be obtained. For example n = 3
, Φ 1 = π / 4, φ 2 = 3π / 4, φ 3 = 5π / 4,
【0044】[0044]
【数2】
であるから
θ=Tan-1(sinθ/cosθ)=Tan-1{(I3-I2)/(I1-I2)} ・・・(19)
となり、うまく振幅K とオフセットL の影響を消去して
初期位相θが求まる。[Equation 2] Therefore, θ = Tan -1 (sin θ / cos θ) = Tan -1 {(I 3 -I 2 ) / (I 1 -I 2 )} ・ ・ ・ (19), and the effect of amplitude K and offset L is good. Is deleted to obtain the initial phase θ.
【0045】このほかにもn=4、5・・・に対応して、適切な
位相差φn を与えることにより、簡単な四則演算とTan
-1 の演算で初期位相θが計算できることが知られてお
り、一般にn が大きいほど測定精度は高くなる。In addition to this, by giving an appropriate phase difference φ n corresponding to n = 4, 5, ...
It is known that the initial phase θ can be calculated by the operation of -1 , and generally, the larger n is, the higher the measurement accuracy becomes.
【0046】したがって、式(15)で表わされる本実施形
態の中間データ (輝度分布画像) に上記のバケット法を
応用して位相分布Q を計算する(s28) 。Therefore, the phase distribution Q is calculated by applying the above-mentioned bucket method to the intermediate data (luminance distribution image) of this embodiment represented by the equation (15) (s28).
【0047】Tan-1 の演算で計算された位相分布Q は±
π/2の範囲しか表現できないのでこの範囲を超える位相
分布があると本来滑らかなデータが不連続なデータとし
て得られる。そこでs29 において、位相つなぎ処理と言
われる不連続解消の処理を行い、滑らかなデータに変換
する。The phase distribution Q calculated by the calculation of Tan −1 is ±
Since only the range of π / 2 can be expressed, if there is a phase distribution that exceeds this range, originally smooth data can be obtained as discontinuous data. Therefore, in s29, the discontinuity elimination process called the phase connection process is performed to convert to smooth data.
【0048】さらに、必要に応じて立体図、等高線図、
任意断面表示などの視覚化処理、直交多項式フィットな
どのデータ縮小処理を行うことで測定者に理解できる情
報としてコンピュータ10の画面に表示する(s31) 。Furthermore, if necessary, a three-dimensional drawing, a contour map,
The information is displayed on the screen of the computer 10 as information that can be understood by the measurer by performing visualization processing such as arbitrary cross-section display and data reduction processing such as orthogonal polynomial fitting (s31).
【0049】以上が実施形態1 の説明であるが、本実施
形態の2 次元画像検出手段1 はCCDカメラの他に、ビジ
コンなどの光電撮像管、1 次元CCD をスキャンする手
段、などであっても構わない。The above is the description of the first embodiment, but the two-dimensional image detecting means 1 of the present embodiment is not only a CCD camera but also a photoelectric imaging tube such as a vidicon, a means for scanning a one-dimensional CCD, and the like. I don't mind.
【0050】又アライメントが完了したあとの画像記憶
ステップでは、これらの光電変換手段をもって撮像され
た干渉縞画像を記録したビデオ装置から被測定干渉縞画
像を入力しても良いし、又銀塩カメラで撮像された干渉
縞画像をスキャナ装置で読み取って電気信号に変換され
たものから被測定干渉縞画像を入力しても良い。In the image storing step after the alignment is completed, the interference fringe image to be measured may be input from a video device which records the interference fringe image picked up by these photoelectric conversion means, or a silver halide camera. The interference fringe image to be measured may be input from an image obtained by reading the interference fringe image captured by the scanner device with a scanner device and converting it into an electric signal.
【0051】画像入力手段2 はさまざまな撮像手段に対
して信号の整合を取るインターフェース機能を含んでも
良い。The image input means 2 may include an interface function for matching signals with various image pickup means.
【0052】切り替えスイッチ12は必ずしも信号回路を
切り替える必要はなく入力画像をアライメント側と検出
側の両方に分配する分配器でも構わない。The changeover switch 12 does not necessarily need to switch the signal circuit, and may be a distributor that distributes the input image to both the alignment side and the detection side.
【0053】参照画像メモリ手段301 はビデオレートよ
りも遅い読み出し速度の記憶装置でも構わない。The reference image memory means 301 may be a storage device having a reading speed slower than the video rate.
【0054】乗算器 (演算器) 401 は加算器または減算
器で置き換えてもモアレ縞を観測するだけなら使用可能
である。The multiplier (calculator) 401 can be used even if it is replaced with an adder or a subtractor as long as it observes moire fringes.
【0055】参照画像データを保存しているデータ保存
手段14は、半導体メモリ装置、ハードディスク装置、光
磁気記憶装置、磁気テープ記録装置などが使用可能であ
る。As the data storage means 14 storing the reference image data, a semiconductor memory device, a hard disk device, a magneto-optical storage device, a magnetic tape recording device or the like can be used.
【0056】ローパスフィルター5 はコンデンサ、抵
抗、OPアンプからなるアナログフィルター、高速計算機
によるデジタルフィルターなどが使用可能であり、カッ
トオフ周波数は固定でも可変でも構わない。As the low-pass filter 5, an analog filter including a condenser, a resistor, an OP amplifier, a digital filter by a high speed computer, etc. can be used, and the cutoff frequency may be fixed or variable.
【0057】図3 は本発明の干渉計測装置の実施形態2
の要部概略図である。実施形態2 は、実施形態1 の乗算
器401 をAND 論理演算器403 に置き換えている点と、参
照画像メモリ301 を2 値化参照画像メモリ302 に置き換
えている点と、アライメントステップにおいて前処理の
完了した干渉縞画像を2 値化する2 値化手段15を付加し
ている点が異なる以外は全て実施形態1 と同じである。
したがってアライメントステップにおける作用の違いだ
けを説明する。FIG. 3 shows a second embodiment of the interferometer according to the present invention.
FIG. In the second embodiment, the multiplier 401 of the first embodiment is replaced with an AND logical operation unit 403, the reference image memory 301 is replaced with a binarized reference image memory 302, and the preprocessing in the alignment step is performed. All are the same as the first embodiment except that a binarizing means 15 for binarizing the completed interference fringe image is added.
Therefore, only the difference in operation in the alignment step will be described.
【0058】なお、本実施形態では2 値化手段15 ,2
値化参照画像メモリ302 ,AND 論理演算器403 ,LPF5
,モニタ9 等はアライメントユニットの一要素を構成
している。又演算ユニットは実施形態1 と同じである。In the present embodiment, the binarizing means 15, 2
Quantized reference image memory 302, AND logical operation unit 403, LPF5
The monitor 9 and the like form one element of the alignment unit. The arithmetic unit is the same as that of the first embodiment.
【0059】本実施形態のアライメントステップは図3
の切り替えスイッチ12をa 側に接続することにより実行
される。アライメントステップにおいては入力後、前処
理の完了した干渉縞画像は2 値化手段15において画素毎
に一定のスライスレベルと輝度レベルを比較し2 値化し
た干渉縞画像に変換する。The alignment step of this embodiment is shown in FIG.
This is executed by connecting the changeover switch 12 of the above to the a side. In the alignment step, after the input, the interference fringe image that has been preprocessed is converted into a binarized interference fringe image by comparing a constant slice level and luminance level for each pixel in the binarizing means 15.
【0060】一方2 値化参照画像メモリ302 には、計算
若しくは撮像しておいた細かい縞の参照画像を2 値化し
たデータを予め用意しており、AND 論理演算器403 にお
いてこの2 値化した参照画像データと1 画面分取り込み
2 値化した干渉縞画像のデータをビデオレートで対応す
る画素毎に AND論理演算を行う。On the other hand, in the binarized reference image memory 302, data obtained by binarizing the reference image with fine stripes calculated or imaged is prepared in advance, and the binary data is binarized by the AND logic operation unit 403. Import reference image data and one screen
The AND logic operation is performed on the binarized interference fringe image data for each corresponding pixel at the video rate.
【0061】2 次元画像検出手段1 のCCD の水平方向を
x ,垂直方向をy としたとき、2 値化した参照画像デー
タとしてx 方向に高い空間周波数V をもつものを用意し
ているとすれば、参照画像の輝度信号IR、入力した干渉
縞画像の輝度信号ISはそれぞれ
IR=A・sin(Vx+P)+R ・・・(20)
IS=B・sin(Wx+Q)+S ・・・(21)
と表される。但し、A,B はそれぞれ参照画像、入力した
干渉縞画像の輝度振幅、V,W はそれぞれ参照画像、干渉
縞画像のx 方向の空間周波数、P,Q はそれぞれ参照画
像、干渉縞画像の初期位相、R,S はそれぞれ参照画像、
干渉縞画像のバイアス成分である。In the horizontal direction of the CCD of the two-dimensional image detecting means 1,
If x and the vertical direction are y, and if binarized reference image data with high spatial frequency V in the x direction is prepared, the luminance signal I R of the reference image, the input interference fringe image The luminance signal I S of each is expressed as I R = A · sin (Vx + P) + R (20) I S = B · sin (Wx + Q) + S (21). Where A and B are the reference image and the brightness amplitude of the input interference fringe image, V and W are the reference image and the spatial frequency in the x direction of the interference fringe image, and P and Q are the reference image and the initial fringe image, respectively. Phase, R and S are reference images,
It is the bias component of the interference fringe image.
【0062】両輝度信号を正弦波の中央値をスライスレ
ベルとして2 値化すると
IR2=1 [Asin(Vx+P)≧0 の場合] ,
=0 [Asin(Vx+P)<0 の場合] ・・・(22)
IS2=1 [Bsin(Wx+Q)≧0 の場合] ,
=0 [Bsin(Wx+Q)<0 の場合] ・・・(23)
となるから、1 を白、0 を黒に対応させると2 値化した
参照信号IR2 と2 値化した干渉縞信号IS2 は図4(A),(B)
のようになり、両信号のAND 演算を行うと両方の縞が白
いところだけが白、それ以外は黒となるため、図4(C)に
示すように重なり合う部分が白く浮き出して見える。When both luminance signals are binarized with the median value of the sine wave as the slice level, I R2 = 1 [Asin (Vx + P) ≧ 0], = 0 [Asin (Vx + P) <0 ] ・ ・ ・ (22) I S2 = 1 [Bsin (Wx + Q) ≧ 0], = 0 [Bsin (Wx + Q) <0] ・ ・ ・ (23) When white and 0 correspond to black, the binarized reference signal I R2 and binarized interference fringe signal I S2 are shown in Figs. 4 (A) and (B).
When the AND operation of both signals is performed, only the white parts of both stripes are white, and the other parts are black, so that the overlapping parts appear white as shown in Fig. 4 (C).
【0063】従ってこれも一種のモアレ縞であり、縞パ
ターンは参照画像と入力した干渉縞画像の位相差分布を
表すため、縞パターンを見ながらモニタ9 上で縞が最も
粗くなるように干渉計を調整すれば、入力した干渉縞画
像の空間周波数V を参照画像の空間周波数W に一致させ
たことになり、位相シフト電子モアレ法におけるアライ
メントの目的が達成される。Therefore, this is also a kind of moire fringe, and since the fringe pattern represents the phase difference distribution between the reference image and the input interference fringe image, the interferometer is arranged so that the fringe becomes the coarsest on the monitor 9 while observing the fringe pattern. If is adjusted, the spatial frequency V of the input interference fringe image is made to match the spatial frequency W of the reference image, and the purpose of alignment in the phase shift electronic moire method is achieved.
【0064】なお、本実施形態のAND 論理演算器403 を
OR論理演算器に置き換えても図4(D)に示すように実質的
に同じ結果が得られる。The AND logic operation unit 403 of this embodiment is
Even if it is replaced with an OR logical operation unit, substantially the same result is obtained as shown in FIG.
【0065】[0065]
【発明の効果】本発明は以上の構成により、2 つのユニ
ットを切り替えて干渉縞の位相分布を検出することによ
り、測定時の機械振動や空気揺らぎ等の外乱に強いとい
う位相シフト電子モアレ法の特長や測定精度を損なうこ
となく、装置構成が極めて簡潔で且つ汎用の機器で構成
可能となって大幅なコストダウンと省スペースが可能な
干渉縞位相検出方法及びそれを用いた干渉計測装置を達
成する。According to the present invention, the phase shift electronic moire method which is strong against external disturbances such as mechanical vibrations and air fluctuations at the time of measurement by switching the two units and detecting the phase distribution of the interference fringes has the above-mentioned configuration. Achieves an interference fringe phase detection method and an interferometric measurement device using the method, which allows the device configuration to be extremely simple and to be configured with general-purpose equipment without sacrificing features or measurement accuracy, resulting in significant cost reduction and space saving. To do.
【0066】その他、
(3−1) 複数の参照画像データとの演算を汎用コン
ピュータによりシリアルに行うため、ハード構成を変更
することなく、任意のn バケット法がソフトウェアで指
定可能であり、高精度な位相演算が安価に実現できる。
(3−2) 乗算を加算または減算に置き換えることで
演算時のビット数増加を抑え、処理の負担を小さくする
ことが可能である。
(3−3) 実施形態2 に示したように高速で画像間演
算を行わねばならぬ部分を2 値化データで処理すること
でデータ量が1/8 に減少し、演算手段の負荷を小さくす
ることができる。
(3−4) 乗算器をAND 論理演算器又はOR論理演算器
に置き換えることで処理の負担をより小さくすることが
可能である。等の少なくとも1 つの効果を有する干渉縞
位相検出方法及びそれを用いた干渉計測装置を達成す
る。Others (3-1) Since arithmetic operations with a plurality of reference image data are serially performed by a general-purpose computer, any n-bucket method can be specified by software without changing the hardware configuration, and high precision is achieved. Phase calculation can be realized at low cost. (3-2) By replacing multiplication with addition or subtraction, it is possible to suppress an increase in the number of bits during calculation and reduce the processing load. (3-3) As shown in the second embodiment, the amount of data is reduced to 1/8 by processing the part that has to perform the inter-image calculation at high speed with the binarized data, and the load on the calculation means is reduced. can do. (3-4) By replacing the multiplier with an AND logical operation unit or an OR logical operation unit, the processing load can be further reduced. (EN) An interference fringe phase detection method having at least one effect and an interferometer using the same.
【図1】 本発明の干渉計測装置の実施形態1 の要部概
略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of Embodiment 1 of an interferometer according to the present invention.
【図2】 実施形態1 におけるコンピュータ処理の手順
説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a procedure of computer processing according to the first embodiment.
【図3】 本発明の干渉計測装置の実施形態2 の要部概
略図FIG. 3 is a schematic view of a main part of Embodiment 2 of the interferometer according to the present invention.
【図4】 実施形態2 における2 値化データ処理の説明
図FIG. 4 is an explanatory diagram of binarized data processing according to the second embodiment.
【図5】 従来の電子モアレ法を用いた干渉計測装置の
要部構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a main part of a conventional interferometer using an electronic moire method.
1 2次元画像検出手段 2 画像入力手段 3a,3b,3c 画像メモリ 4a,4b,4c 乗算器 5a,5b,5c ローパスフィルター 6a,6b 減算器 7 除算器 8 非線形演算器 9 モニタ 10 コンピュータ 11 前処理手段 12 切替スイッチ 13 入力画像メモリ 14 データ保存手段 15 2値化手段 1 2D image detection means 2 Image input method 3a, 3b, 3c image memory 4a, 4b, 4c multiplier 5a, 5b, 5c low pass filter 6a, 6b subtractor 7 divider 8 Non-linear calculator 9 monitor 10 computers 11 Pretreatment means 12 Changeover switch 13 Input image memory 14 Data storage means 15 Binarization means
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/02 G01B 11/25 G01M 11/00 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/02 G01B 11/25 G01M 11/00
Claims (9)
て空間的な搬送波を生じせしめた被測定干渉縞画像と、
該搬送波の空間周波数とほぼ等しい周波数の干渉縞をも
ち、且つ夫々初期位相の異なる複数の参照画像との画像
間演算によって該被測定干渉縞画像の位相分布を検出す
る位相シフト電子モアレ法を用いた干渉縞位相検出方法
において、 該干渉計からの干渉縞画像と1つの参照画像との画像間
演算をビデオレートで行い、それより得られる画像信号
の高周波成分をカットしてモニタ画面上に出力して該干
渉計のアライメントを行うアライメントユニットと、1
画面分の該被測定干渉縞画像を一旦記憶保持して、該被
測定干渉縞画像と複数の参照画像との画像間演算を行う
演算ユニットとを用い、 これらのユニットを切り替えて該被測定干渉縞画像の位
相分布を検出することを特徴とする干渉縞位相検出方
法。1. An interference fringe image to be measured, in which a large number of interference fringes are generated by an interferometer to generate a spatial carrier wave,
A phase shift electronic moire method is used for detecting the phase distribution of the measured interference fringe image by inter-image calculation with a plurality of reference images having interference fringes having a frequency substantially equal to the spatial frequency of the carrier wave and having different initial phases. In the conventional interference fringe phase detection method, the inter-image calculation between the interference fringe image from the interferometer and one reference image is performed at a video rate, and the high frequency component of the image signal obtained therefrom is cut and output on the monitor screen. And an alignment unit for aligning the interferometer and 1
An arithmetic unit that temporarily stores and holds the measured interference fringe image for the screen and performs inter-image calculation between the measured interference fringe image and a plurality of reference images is used, and these units are switched to change the measured interference fringe. An interference fringe phase detection method characterized by detecting a phase distribution of a fringe image.
を順次呼び出してシリアルに演算を実行させることを特
徴とする請求項1の干渉縞位相検出方法。2. The interference fringe phase detection method according to claim 1, wherein the arithmetic unit sequentially calls the plurality of reference images and serially executes the arithmetic operation.
記干渉縞画像と前記参照画像との画像間演算は加算また
は減算であることを特徴とする請求項1の干渉縞位相検
出方法。3. The interference fringe phase detection method according to claim 1, wherein in the alignment unit, the inter-image calculation between the interference fringe image and the reference image is addition or subtraction.
値化した前記干渉縞画像と2値化した前記参照画像とを
AND論理演算又はOR論理演算によって画像間演算を
行うことを特徴とする請求項1の干渉縞位相検出方法。4. In the alignment unit, 2
2. The interference fringe phase detecting method according to claim 1, wherein the inter-image operation is performed by AND logic operation or OR logic operation between the binarized interference fringe image and the binarized reference image.
て空間的な搬送波を生じせしめた被測定干渉縞画像と、
該搬送波の空間周波数とほぼ等しい周波数の干渉縞をも
ち、且つ夫々初期位相の異なる複数の参照画像との画像
間演算によって該被測定干渉縞画像の位相分布を検出す
る位相シフト電子モアレ法を用いた干渉計測装置におい
て、 該干渉計により形成される被測定干渉縞画像を検出する
2次元画像検出手段と、該2次元画像検出手段が出力す
る信号より1画面分の該被測定干渉縞画像を抽出する画
像入力手段と、該1画面分の被測定干渉縞画像の出力先
を切り替えるス イッチ手段とを有し、該スイッチ手段の
一方の出力先には1つの参照画像を記録する参照画像メ
モリと、該1画面分の被測定干渉縞画像と該1つの参照
画像との画像間演算を行う演算器と、該画像間演算より
得られる信号の高周波成分をカットするローパスフィル
ターと、該高周波成分をカットした画像信号により画像
を表示するモニタが配置され、該スイッチ手段の他方の
出力先には該被測定干渉縞画像を一旦記憶保持する入力
画像メモリと、該被測定干渉縞画像とデータ保存手段に
保存している複数の参照画像との画像間演算を行うコン
ピュータとが配置されていることを特徴とする干渉計測
装置。5. An interference fringe image to be measured, in which a large number of interference fringes are generated by an interferometer to generate a spatial carrier wave,
A phase shift electronic moire method is used for detecting the phase distribution of the measured interference fringe image by inter-image calculation with a plurality of reference images having interference fringes having a frequency substantially equal to the spatial frequency of the carrier wave and having different initial phases. In the interferometer, the two-dimensional image detecting means for detecting the measured interference fringe image formed by the interferometer, and the measured interference fringe image for one screen based on the signal output from the two-dimensional image detection means. Image input means for extraction and output destination of the measured interference fringe image for the one screen
The switches and a switch means, of said switching means
At one output destination, a reference image memory for recording one reference image, an arithmetic unit for performing an inter-image calculation between the interference fringe image to be measured for the one screen and the one reference image, and the inter-image calculation A low-pass filter that cuts the high-frequency component of the obtained signal and a monitor that displays an image by the image signal that cuts the high-frequency component are arranged, and the other of the switch means is arranged.
At the output destination, an input image memory for temporarily storing and holding the measured interference fringe image, and a computer for performing inter-image calculation between the measured interference fringe image and a plurality of reference images stored in the data storage means are arranged. interference measuring apparatus characterized by being.
であることを特徴とする請求項5の干渉計測装置。6. The interference measuring apparatus according to claim 5, wherein the arithmetic unit is a multiplier that multiplies between images.
又は減算を行う減算器であることを特徴とする請求項5
の干渉計測装置。7. The arithmetic unit is an adder for performing addition between images or a subtractor for performing subtraction between images.
Interference measurement device.
R論理演算器であり、前記参照画像メモリには2 値化
した前記参照画像を記録しており、2 値化手段により
前記干渉縞画像を2 値化して該2 値化した参照画像
と該AND論理演算器又は該OR論理演算器によって画
像間演算を行うことを特徴とする請求項5の干渉計測装
置。8. The operator is an AND logic operator or O.
It is an R logic operation unit, the reference image which is binarized is recorded in the reference image memory, and the interference fringe image is binarized by a binarizing means, and the binarized reference image and the AND. The interferometer according to claim 5, wherein the inter-image operation is performed by a logical operation unit or the OR logical operation unit.
より前記複数の参照画像を順次呼び出してシリアルに演
算を実行することを特徴とする請求項5〜8のいずれか
1項に記載の干渉計測装置。9. The interference measuring apparatus according to claim 5, wherein the computer sequentially calls the plurality of reference images from the data storage unit and serially executes an operation.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP27156296A JP3453483B2 (en) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | Interference fringe phase detection method and interference measurement apparatus using the same |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1096602A JPH1096602A (en) | 1998-04-14 |
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