(57)【要約】【課題】光路長差のスキャン範囲の幅を縮小して測定の効率化を図るのに適した構成の低コヒーレンス干渉計を提供する。【解決手段】本発明を例示する低コヒーレンス干渉計の一態様は、測定対象となる距離範囲を低コヒーレンス干渉法で測定するための光周波数幅を有し、かつその光周波数方向にかけて強度変調された広帯域変調光を生成する光源部（１、２１）と、前記光源部が生成した広帯域変調光を分岐して測定対象物（１２）と参照物（１５）との双方へ導くと共に、前記測定対象物からの測定光と前記参照物からの参照光とを干渉させて干渉信号を生成する光学系（９、１８）とを備える。【選択図】    図１
2010122043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる距離範囲を低コヒーレンス干渉法で測定するための光周波数幅を有し、かつその光周波数方向にかけて強度変調された広帯域変調光を生成する光源部と、
前記光源部が生成した広帯域変調光を分岐して測定対象物と参照物との双方へ導くと共に、前記測定対象物からの測定光と前記参照物からの参照光とを干渉させて干渉信号を生成する光学系と、
を備えたことを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項２】
請求項１に記載の低コヒーレンス干渉計において、
前記広帯域変調光の強度変調量は、
光周波数の周期関数である
ことを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の低コヒーレンス干渉計において、
前記広帯域変調光の強度変調量は、
光周波数の正弦関数である
ことを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の低コヒーレンス干渉計において、
前記広帯域変調光の強度変調量は、
光周波数の周期パルス関数である
ことを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の低コヒーレンス干渉計において、
前記光源部は、
前記測定対象となる距離範囲を低コヒーレンス干渉法で測定するための光周波数幅を有した広帯域光を生成する広帯域光源と、
前記広帯域光源が生成した広帯域光を、その光周波数方向にかけて強度変調することにより、前記広帯域変調光を生成する干渉フィルタと、
を備えたことを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項６】
請求項５に記載の低コヒーレンス干渉計において、
前記干渉フィルタは、
ファブリペロエタロン型の干渉フィルタである
ことを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の低コヒーレンス干渉計において、
前記広帯域光源は、
前記干渉信号の１回の生成期間中に前記波長走査型光源の出射波長を時間変調することにより前記広帯域光と同等の光を生成する波長走査型光源である
を備えることを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項８】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の低コヒーレンス干渉計において、
前記光源部は、
前記干渉信号の１回の生成期間中に前記波長走査型光源の出射波長を時間変調することにより前記広帯域変調光と同等の光を生成する波長走査型光源を含む
ことを特徴とする低コヒーレンス干渉計。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の低コヒーレンス干渉計と、
前記測定光と前記参照光との光路長差を所定パターンでスキャンしながら前記光学系が生成する干渉信号を繰り返し取り込む測定手段と、
前記測定手段が取り込んだ干渉信号のエンベロープのピークに対応するスキャン位置を、前記測定対象物の距離情報として算出する演算手段とを備え、
前記測定手段は、
前記光路長差のスキャン範囲の幅を、前記測定対象となる距離範囲の幅より狭く制限し、
前記演算手段は、
前記測定手段が取り込んだ干渉信号のエンベロープのピークの種類を判別し、その種類に応じたオフセット補正を前記距離情報へ施す
ことを特徴とする低コヒーレンス干渉測定装置。
【請求項１０】
測定対象となる距離範囲を低コヒーレンス干渉法で測定するための光周波数幅を有し、かつその光周波数方向にかけて強度変調された広帯域変調光を生成する生成手順と、
前記生成手順で生成された広帯域変調光を分岐して測定対象物と参照物との双方へ導くと共に、前記測定対象物からの測定光と前記参照物からの参照光とを干渉させて干渉信号を生成する干渉手順と、
前記測定光と前記参照光との光路長差を所定パターンでスキャンしながら前記干渉手順で生成される干渉信号を繰り返し取り込む測定手順と、
前記測定手順で取り込まれた干渉信号のエンベロープのピークに対応するスキャン位置を、前記測定対象物の距離情報として算出する演算手順とを含み、
前記測定手順では、
前記光路長差のスキャン範囲の幅を、前記測定対象となる距離範囲の幅より狭く制限し、
前記演算手順は、
前記測定手順で取り込まれた干渉信号のエンベロープのピークの種類を判別し、その種類に応じたオフセット補正を前記距離情報へ施す
ことを特徴とする低コヒーレンス干渉測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色干渉顕微鏡など、広帯域光源を用いた低コヒーレンス干渉計、低コヒーレンス干渉装置、及び低コヒーレンス干渉測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
段差構造を含む測定対象面など、高低差の大きな測定対象面の形状を測定する場合や、物体の距離を測定する場合には、測定対象となる距離範囲の幅（要求ダイナミックレンジ）に対してコヒーレント長の短い光源（広帯域光源）を用いた低コヒーレンス干渉計が有効である（特許文献１等を参照）。
【０００３】
低コヒーレンス干渉計では、測定対象物からの測定光と参照物からの参照光との光路長差がゼロとなったときにしか干渉信号のエンベロープにピークが現れないので、光源波長を越えた距離範囲の幅を測定可能である（つまりダイナミックレンジが広い。）。なお、本明細書では、各種の距離を、測定対象物からの測定光と参照物からの参照光との光路長差によって表す。
【０００４】
因みに、低コヒーレンス干渉計で干渉信号の位相情報を検出すれば、レーザ光源を用いた高コヒーレンス干渉計（ダイナミックレンジは光源波長以下である。）に近い精度で微小距離を測定することも可能である（特許文献２等を参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８６４７号公報
【特許文献２】特許第２６７９８７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
但し、低コヒーレンス干渉計では、エンベロープのピークを探索するために、干渉信号を繰り返し取得しながら光路長差をスキャンする必要があり、そのスキャン範囲の幅は、最低でも要求ダイナミックレンジと同じだけ確保される。このため低コヒーレンス干渉計は、大ストロークの移動機構を要すると共に、測定時間が長期化する傾向にある。
【０００６】
そこで本発明は、光路長差のスキャン範囲の幅を縮小して測定の効率化を図るのに適した構成の低コヒーレンス干渉計を提供すること、並びに、測定を高効率に行うことのできる低コヒーレンス干渉測定装置及び低コヒーレンス干渉測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を例示する低コヒーレンス干渉計の一態様は、測定対象となる距離範囲を低コヒーレンス干渉法で測定するための光周波数幅を有し、かつその光周波数方向にかけて強度変調された広帯域変調光を生成する光源部と、前記光源部が生成した広帯域変調光を分岐して測定対象物と参照物との双方へ導くと共に、前記測定対象物からの測定光と前記参照物からの参照光とを干渉させて干渉信号を生成する光学系とを備える。
【０００８】
また、本発明を例示する低コヒーレンス干渉測定装置の一態様は、本発明を例示する低コヒーレンス干渉計の一態様と、前記測定光と前記参照光との光路長差を所定パターンでスキャンしながら前記光学系が生成する干渉信号を繰り返し取り込む測定手段と、前記測定手段が取り込んだ干渉信号のエンベロープのピークに対応するスキャン位置を、前記測定対象物の距離情報として算出する演算手段とを備え、前記測定手段は、前記光路長差のスキャン範囲の幅を、前記測定対象となる距離範囲の幅より狭く制限し、前記演算手段は、前記測定手段が取り込んだ干渉信号のエンベロープのピークの種類を判別し、その種類に応じたオフセット補正を前記距離情報へ施すものである。
【０００９】
また、本発明を例示する低コヒーレンス干渉測定方法は、測定対象となる距離範囲を低コヒーレンス干渉法で測定するための光周波数幅を有し、かつその光周波数方向にかけて強度変調された広帯域変調光を生成する生成手順と、前記生成手順で生成された広帯域変調光を分岐して測定対象物と参照物との双方へ導くと共に、前記測定対象物からの測定光と前記参照物からの参照光とを干渉させて干渉信号を生成する干渉手順と、前記測定光と前記参照光との光路長差を所定パターンでスキャンしながら前記干渉手順で生成される干渉信号を繰り返し取り込む測定手順と、前記測定手順で取り込まれた干渉信号のエンベロープのピークに対応するスキャン位置を、前記測定対象物の距離情報として算出する演算手順とを含み、前記測定手順では、前記光路長差のスキャン範囲の幅を、前記測定対象となる距離範囲の幅より狭く制限し、前記演算手順は、前記測定手順で取り込まれた干渉信号のエンベロープのピークの種類を判別し、その種類に応じたオフセット補正を前記距離情報へ施すものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光路長差のスキャン範囲の幅を縮小して測定の効率化を図るのに適した構成の低コヒーレンス干渉計、並びに、測定を高効率に行うことのできる低コヒーレンス干渉測定装置及び低コヒーレンス干渉測定方法が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、面形状などの３次元情報を取得するための干渉測定装置の実施形態である。
【００１２】
先ず、干渉測定装置の構成を説明する。図１は、干渉測定装置の概略構成図である。図１に示すとおり干渉測定装置には、広帯域光源１、変調用フィルタ２１、偏光板２、１６、偏光ピームスプリッ夕（ＰＢＳ）９、１／４波長板１０、１３、対物光学系１１、１４、測定対象物１２、参照物１５、結像光学系１７、２次元画像検出器１８、ピエゾ素子などの移動機構２２、制御装置２３、コンピュータ２４などが配置される。なお、コンピュータ２４には不図示のモニタや入力器などが接続されている。
【００１３】
測定対象物１２は、例えば、光学部品や金属部品、プラスチック部品等であり、不図示のステージによって支持されている。ここでは、測定対象物１２の測定対象面１２ａが有する高低差を、光路長差にして４００μｍとする。よって、本実施形態で高さ方向に要求されるダイナミックレンジは４００μｍである。なお、測定対象面１２ａの形状の基準となるのは、参照物１５の参照面１５ａであって、その形状は平面である。
【００１４】
広帯域光源１から射出した光は、変調用フィルタ２１及び偏光板２を経て、ＰＢＳ９へ入射する。
【００１５】
ＰＢＳ９に入射した光束のうち、ＰＢＳ９に対してＳ偏光となる成分は、ＰＢＳ９で反射して、１／４波長板１０、対物光学系１１を経て、測定対象面１２ａに到達する。測定対象面１２ａで反射した光（測定光）は、対物光学系１１にもどり、１／４波長板１０、ＰＢＳ９を透過し、偏光板１６、結像光学系１７を経て、２次元画像検出器１８に到達する。この２次元画像検出器１８上には、対物光学系１１及び結像光学系１７による測定対象面１２ａの像が形成される。
【００１６】
一方、ＰＢＳ９に入射した光束のうち、ＰＢＳ９に対してＰ偏光となる成分は、ＰＢＳ９を透過して、１／４波長板１３、対物光学系１４を経て、参照面１５ａに到達する。参照面１５ａで反射した光（参照光）は、対物光学系１４にもどり、１／４波長板１３を透過し、ＰＢＳ９を反射し、偏光板１６、結像光学系１７を経て、２次元画像検出器１８に到達する。よって、２次元画像検出器１８上には、測定光と参照光とによる干渉像が形成される。
【００１７】
ここで、制御装置２３は、移動機構２２を駆動することにより、参照物１５を光軸方向に移動させ、測定光と参照光との光路長差をスキャンする。これによって、２次元画像検出器１８上に形成された干渉像の位相が変化する。
【００１８】
制御装置２３は、光路長差のスキャンを所定パターン（例えば等速）で行いながら２次元画像検出器１８を一定のフレームレートで駆動し、複数フレーム分の干渉画像を取得すると、それらの干渉画像を取得順にコンピュータ２４へ送出する。
【００１９】
コンピュータ２４は、制御装置２３から送出される干渉画像をメモリ（ＲＡＭなど）へ逐次に蓄積する。さらにコンピュータ２４は、メモリに蓄積された複数フレーム分の干渉画像が示す各画素の干渉信号（スキャン位置−画素値の変化カーブ）を解析し、測定対象面１２ａの各位置の高さ情報を取得すると、測定対象面１２ａの形状を計算する。
【００２０】
次に、干渉測定装置の構成上の特徴を説明する。
【００２１】
広帯域光源１は、例えばスーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）であり、その光周波数幅は、測定対象面１２ａの形状を低コヒーレンス干渉法で測定するのに適した幅である。ここでは、広帯域光源１の発光スペクトルを、図２に示すとおり中心波長６８０ｎｍのガウス型とし、その半値全幅を約１５．４ｎｍとする。
【００２２】
変調用フィルタ２１は、広帯域光源１から射出した広帯域光を光周波数方向（波長方向）にかけて強度変調する特性を有した干渉フィルタである。変調用フィルタ２１による強度変調量は、図３に示すとおり光周波数の周期関数であって、ここでは正弦関数とする。この場合、広帯域光源１及び変調用フィルタ２１からなる光源部の発光スペクトルは、図４に示すとおりになる。
【００２３】
次に、各画素の干渉信号の振る舞い（スキャン範囲が十分に広かった場合）を説明する。
【００２４】
先ず、変調用フィルタ２１が無かった場合、図５に示すとおり干渉信号のエンベロープには、光路長差がゼロであるときにのみピークが現れる。しかし、本実施形態では変調用フィルタ２１が配置されるので、図６に示すとおり干渉信号のエンベロープには、光路長差がゼロであるときにピーク（メインピークＡ）が現れるだけでなく、光路長差が所定値であるときにもピーク（サブピークＢ）が現れる。
【００２５】
サブピークＢの強度は、メインピークＡの強度より低く、メインピークＡとサブピークＢとの間隔は、変調用フィルタ２１による強度変調の周期によって一義的に決まり、本実施形態においては２００μｍである。
【００２６】
次に、制御装置２３による光路長差のスキャン範囲を説明する。
【００２７】
図７は、光路長差のスキャン範囲を説明する模式図である。ここでは、個々のスキャン位置を、測定対象物１２の高さ位置によって説明する。
【００２８】
前述したとおり、本実施形態の高さ方向の要求ダイナミックレンジは、測定対象面１２ａのベース面ｓ１からトップ面ｓ２までの距離（４００μｍ）である。
【００２９】
従来例のスキャン範囲ａ１の幅は、要求ダイナミックレンジにマージンを加えた程度（４００μｍ＋２α）に設定されていた。例えば、従来例のスキャン開始位置は、ベース位置ｓ１よりも若干低い位置ｓ０に設定され、従来例のスキャン停止位置は、トップ位置ｓ２よりも若干高い位置ｓ３に設定されていた（なお、大凡のベース位置ｓ１及び大凡のトップ位置ｓ２は、測定者が予め入力した測定対象物１２の設計データに基づき識別される。）。
【００３０】
しかし、本実施形態のスキャン範囲ａ２の幅は、従来例のそれよりも光路長差にして２００μｍだけ短い幅（２００μｍ＋２α）に設定される。従来例との差（２００μｍ）は、図６に示したメインピークＡとサブピークＢとの間隔に一致する。例えば、本実施形態のスキャン開始位置は、ベース位置ｓ１よりも若干低い位置ｓ０に設定され、本実施形態のスキャン停止位置は、従来例のスキャン停止位置ｓ３よりも２００μｍだけ低い位置ｓ４に設定される（なお、大凡のベース位置ｓ１及び大凡のトップ位置ｓ２は、測定者が予め入力した測定対象物１２の設計データに基づき識別される。）。
【００３１】
したがって、本実施形態と従来例との間でフレームレート及びスキャンパターンを共通にしたならば、本実施形態の制御装置２３が取得すべき干渉画像のフレーム数は、従来例のそれよりも２００μｍ分だけ低減される。
【００３２】
次に、本実施形態のコンピュータ２４による解析処理を説明する。
【００３３】
図８は、本実施形態のコンピュータ２４による解析処理の手順を示すフローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。
【００３４】
ステップＳ１：コンピュータ２４は、着目画素の画素番号を初期値に設定する。
【００３５】
ステップＳ２：コンピュータ２４は、現在の着目画素の干渉信号をメモリから読み出す。因みに、測定対象面１２ａ上で着目画素に対応する箇所がスキャン開始位置より５０μｍだけ高い箇所であった場合、図９に示すような干渉信号が読み出される。この干渉信号のエンベロープは、スキャン位置が５０μｍであるときにピークとなる。また、測定対象面１２ａ上で着目画素に対応する箇所がスキャン開始位置より２５０μｍだけ高い箇所であった場合、図１１に示すような干渉信号が読み出される。この干渉信号のエンベロープも、スキャン位置が５０μｍであるときにピークとなる。但し、このピークは、メインピークではなくサブピークであるので、そのピーク強度は、図９のそれよりも低い。
【００３６】
ステップＳ３：コンピュータ２４は、読み出した干渉信号をフーリエ変換し、その干渉信号の１次フーリエスペクトル（位相成分及び強度成分を含む）を求める。なお、図９に示した干渉信号の１次フーリエスペクトルは図１０に示すとおりであり、図１１に示した干渉信号の１次フーリエスペクトルは図１２に示すとおりである。
【００３７】
続いてコンピュータ２４は、求めた１次フーリエスペクトルから、その強度成分がピークをとるときにおける位相スロープの情報を抽出し、その位相スロープの情報に基づき、干渉信号のエンベロープがピークをとるときのスキャン位置を算出し、そのスキャン位置を着目画素の高さデータとしてメモリへ書き込む。よって、着目画素から送出された干渉信号が図９、図１１の何れであった場合にも、高さデータは「５０μｍ」となる。
【００３８】
ステップＳ４：コンピュータ２４は、着目画素の干渉信号のうち前述したスキャン位置の近傍における信号強度の最大値を閾値と比較し、閾値より大きかった場合には、前述したピークがメインピークＡであったとみなしてステップＳ６へ移行し、閾値より小さかった場合には、前述したピークがサブピークＢであったとみなしてステップＳ５へ移行する。なお、本ステップで使用される閾値は、図６に示したメインピークＡの強度とサブピークＢの強度との中間値（又はその近傍）に予め設定されている。したがって、図９に示した干渉信号のピークはメインピークＡとみなされ、図１１に示した干渉信号のピークはサブピークとみなされる。
【００３９】
ステップＳ５： コンピュータ２４は、着目画素の高さデータに対して所定のオフセット量を加算することにより、オフセット補正を施す。このオフセット量は、図６に示したメインピークＡとサブピークＢとの間隔（ここでは２００μｍ）である。したがって、着目画素から送出された干渉信号が図１１に示すとおりであった場合には、本ステップにおいて高さデータが「５０μｍ」から「２５０μｍ」へとオフセット補正される。
【００４０】
ステップＳ６：コンピュータ２４は、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４が全ての画素について実行済みであるか否かを判別し、実行済みであった場はステップＳ８へ移行し、実行済みでなかった場合にはステップＳ７へ移行する。
【００４１】
ステップＳ７：コンピュータ２４は、着目画素の画素番号を１だけインクリメントしてからステップＳ２へ戻る。
【００４２】
ステップＳ８：コンピュータ２４は、メモリに格納された全ての画素の高さデータに基づき測定対象面１２ａの形状を求め、それを不図示のモニタなどへ出力し、フローを終了する。
【００４３】
以上、本実施形態の干渉測定装置は、変調用フィルタ２１を配置することにより、光路長差がゼロであるときの干渉信号にピーク（メインピークＡ）を発生させるだけでなく、光路長差が所定値であるときの干渉信号にもピーク（サブピークＢ）を発生させ（図６参照）、測定対象面１２ａの比較的高い部分については、メインピークＡではなくサブピークＢによって測定を行う。
【００４４】
したがって、本実施形態では、メインピークＡとサブピークＢとの間隔の分だけスキャン範囲を狭めることにより、測定時間及び解析時間を短縮することができる。
【００４５】
また、本実施形態の変調用フィルタ２１によると、サブピークＢの強度がメインピークＡの強度より低くなるので、コンピュータ２４が個々の画素の干渉信号に発現したピークがメインピークＡとサブピークＢとの何れであるかを自動的に判別することができる。
【００４６】
さらに、本実施形態のコンピュータ２４は、その判別の結果に応じて画素の高さデータを適切にオフセット補正するので、測定対象面１２ａの形状は正しく測定される。
【００４７】
［第１実施形態の補足］
第１実施形態において、メインピークＡの強度とサブピークＢの強度との中間値（又はその近傍）に設定される前述した閾値は、上述した測定に先立ち取得された実測データから導出可能である。その実測データは、スキャン範囲の幅を十分に広く設定した状態で代表画素から取得された干渉信号などである。
【００４８】
また、メインピークＡとサブピークＢとの間隔と同じ値に設定される前述したオフセット量は、変調用フィルタ２１の設計値（具体的には強度変調の周期）から導出することも可能だが、変調用フィルタ２１の製造誤差などを想定し、前述した実測データから導出されてもよい。
【００４９】
また、前述した閾値の算出及び前述したオフセット量の算出の一部又は全部は、干渉測定装置が自動的に行ってもよい。
【００５０】
また、測定対象面１２ａの反射率が非一様であった場合には、上述した閾値が画素によって異なる可能性があるので、その場合は、測定対象面１２ａの反射率分布（設計データ）をコンピュータ２４へ測定者が予め入力し、コンピュータ２４がその分布に応じて各画素の閾値を規格化すればよい。
【００５１】
また、本実施形態の変調用フィルタ２１には、ファブリペロエタロンを用いることができる。ファブリペロエタロンは、ガラス基板などのスペーサの両面に、適切な反射率のコーティングを施したものである。ファブリペロエタロンを用いた変調用フィルタ２１の設計例は、図１３に示すとおりである。図１３に示す例では、変調用フィルタ２１の強度変調量が光周波数の正弦関数から若干ずれているので、広帯域光源１及び変調用フィルタ２１からなる光源部の発光スペクトルは、図１４のようになる。
【００５２】
この場合、干渉信号のエンベロープに現れるサブピークの個数は、図１５に示すとおり１ではなく複数となる。しかし、本実施形態のスキャン範囲の幅は、前述したとおり（２００μｍ＋２α）に設定されるので、２番目以降のサブピーク（サブピークＣなど）が測定に影響を与える可能性は無い。
【００５３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は第１実施形態の変形例であるので、第１実施形態との相違点のみ説明する。
【００５４】
本実施形態では、広帯域光源１及び変調用フィルタ２１からなる光源部の発光スペクトルは、図１４に示すとおりに設定される。この場合の干渉信号の振る舞いは、図１５に示すとおりとなる。
【００５５】
また、本実施形態では、高さ方向の要求ダイナミックレンジを、第１実施形態のそれ（４００μｍ）よりも広い６００μｍとする。但し、本実施形態におけるスキャン範囲の幅は、第１実施形態と同じ（２００μｍ＋２α）に設定される。
【００５６】
図１６は、本実施形態のコンピュータ２４による解析処理の手順を示すフローチャートである。図１６において図８と相違するステップは太線で示した。
【００５７】
ステップＳ１：コンピュータ２４は、着目画素の画素番号を初期値に設定する。
【００５８】
ステップＳ２：コンピュータ２４は、現在の着目画素の干渉信号をメモリから読み出す。
【００５９】
ステップＳ３：コンピュータ２４は、読み出した干渉信号をフーリエ変換し、その干渉信号の１次フーリエスペクトル（位相成分及び強度成分を含む）を求める。続いてコンピュータ２４は、求めた１次フーリエスペクトルから、その強度成分がピークをとるときにおける位相スロープの情報を抽出し、その位相スロープの情報に基づき、干渉信号のエンベロープがピークをとるときのスキャン位置を算出し、そのスキャン位置を着目画素の高さデータとしてメモリへ書き込む。
【００６０】
ステップＳ４−１：コンピュータ２４は、着目画素の干渉信号のうち前述したスキャン位置の近傍における信号強度の最大値を第１閾値と比較し、第１閾値より大きかった場合には、前述したピークがメインピークＡであったとみなしてステップＳ６へ移行し、第１閾値より小さかった場合には、前述したピークがサブピークＢ又はサブピークＣであるとみなしてステップＳ４−２へ移行する。なお、本ステップで使用される第１閾値は、図１５に示したメインピークＡの強度と１番目のサブピークＢの強度との中間値（又はその近傍）に予め設定されている。
【００６１】
ステップＳ４−２：コンピュータ２４は、前述した最大値を第２閾値と比較し、第２閾値より大きかった場合には、前述したピークが1番目のサブピークＢであったとみなしてステップＳ５−１へ移行し、第２閾値より小さかった場合には、前述したピークが２番目のサブピークＣであったとみなしてステップＳ５−２へ移行する。なお、本ステップで使用される第２閾値は、図１５に示した１番目のサブピークＢの強度と２番目のサブピークＣの強度との中間値（又はその近傍）に予め設定されている。
【００６２】
ステップＳ５−１： コンピュータ２４は、着目画素の高さデータに対し第１オフセット量を加算することにより、オフセット補正を施す。この第１オフセット量は、図１５に示したメインピークＡと１番目のサブピークＢとの間隔（ここでは２００μｍ）である。
【００６３】
ステップＳ５−２： コンピュータ２４は、着目画素の高さデータに対して第２オフセット量を加算することにより、オフセット補正を施す。この第２オフセット量は、図１５に示したメインピークＡと２番目のサブピークＣとの間隔（ここでは４００μｍ）である。
【００６４】
ステップＳ６：コンピュータ２４は、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４−１が全ての画素について実行済みであるか否かを判別し、実行済みであった場はステップＳ８へ移行し、実行済みでなかった場合にはステップＳ７へ移行する。
【００６５】
ステップＳ７：コンピュータ２４は、着目画素の画素番号を１だけインクリメントしてからステップＳ２へ戻る。
【００６６】
ステップＳ８：コンピュータ２４は、メモリに格納された全ての画素の高さデータに基づき測定対象面１２ａの形状を求め、それを不図示のモニタなどへ出力し、フローを終了する。
【００６７】
以上、本実施形態の干渉測定装置は、干渉信号に複数のサブピーク（１番目のサブピークＢ、２番目のサブピークＣ）を発生させるので（図１５参照）、スキャン範囲を拡大せずに高さ方向のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００６８】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態は第２実施形態の変形例であるので、第２実施形態との相違点のみ説明する。
【００６９】
本実施形態では、広帯域光源１及び変調用フィルタ２１からなる光源部の発光スペクトルが図１７に示すとおりに設定される。因みに、光源部の発光スペクトルが図１７に示すとおりになるのは、変調用フィルタ２１による強度変調量が光周波数のパルス関数となっていた場合である。この場合の干渉信号の振る舞いは図１８に示すとおりとなり、メインピークＡ、サブピークＢ、Ｃ、…の強度に差異は殆ど無くなる。この場合、ピークの種類の判別を、ピーク強度に基づき行うことはできないので、測定対象物１２の設計データに基づき行う必要がある。なお、測定対象物１２の設計データは、測定者がコンピュータ２４へ予め入力したものである。
【００７０】
図１９は、本実施形態のコンピュータ２４による解析処理の手順を示すフローチャートである。図１９において図１６と相違するステップは太線で示した。
【００７１】
ステップＳ０：コンピュータ２４は、測定者から予め入力された測定対象物１２の設計データと、測定に先立ち取得された実測データ（スキャン範囲の幅を十分に広く設定した状態で代表画素から取得された干渉信号）とに基づき、２次元画像検出器１８の撮像面を以下に説明する第１領域、第２領域、第３領域に領域分けする。
【００７２】
第１領域は、測定対象面１２ａの最も低い部分に対応する画素の存在領域であって、それら画素の干渉信号に現れるピークは、メインピークＡである。
【００７３】
第２領域は、測定対象面１２ａの次に高い部分に対応する画素の存在領域であって、それら画素の干渉信号に現れるピークは、１番目のサブピークＢである。
【００７４】
第３領域は、測定対象面１２ａの最も高い部分に対応する画素の存在領域であって、それら画素の干渉信号に現れるピークは、２番目のサブピークＣである。
【００７５】
ステップＳ１：コンピュータ２４は、着目画素の画素番号を初期値に設定する。
【００７６】
ステップＳ２：コンピュータ２４は、現在の着目画素の干渉信号をメモリから読み出す。
【００７７】
ステップＳ３：コンピュータ２４は、読み出した干渉信号をフーリエ変換し、その干渉信号の１次フーリエスペクトル（位相成分及び強度成分を含む）を求める。続いてコンピュータ２４は、求めた１次フーリエスペクトルから、その強度成分がピークをとるときにおける位相スロープの情報を抽出し、その位相スロープの情報に基づき、干渉信号のエンベロープがピークをとるときのスキャン位置を算出し、そのスキャン位置を着目画素の高さデータとしてメモリへ書き込む。
【００７８】
ステップＳ４’−１：コンピュータ２４は、着目画素が第１領域に属するか否かを判別し、第１領域に属する場合には、前述したピークがメインピークＡであったとみなしてステップＳ６へ移行し、第１領域に属さなかった場合には、前述したピークがサブピークＢ又はサブピークＣであったとみなしてステップＳ４’−２へ移行する。
【００７９】
ステップＳ４’−２：コンピュータ２４は、着目画素が第２領域に属するか否かを判別し、第２領域に属する場合には、前述したピークがサブピークＢであったとみなしてステップＳ５−１へ移行し、第２領域に属さなかった場合には、前述したピークがサブピークＣであったとみなしてステップＳ５−２へ移行する。
【００８０】
ステップＳ５−１： コンピュータ２４は、着目画素の高さデータに対し第１オフセット量を加算することにより、オフセット補正を施す。この第１オフセット量は、図１８に示したメインピークＡと１番目のサブピークＢとの間隔（ここでは２００μｍ）である。
【００８１】
ステップＳ５−２： コンピュータ２４は、着目画素の高さデータに対して第２オフセット量を加算することにより、オフセット補正を施す。この第２オフセット量は、図１８に示したメインピークＡと２番目のサブピークＣとの間隔（ここでは４００μｍ）である。
【００８２】
ステップＳ６：コンピュータ２４は、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４が全ての画素について実行済みであるか否かを判別し、実行済みであった場合はステップＳ８へ移行し、実行済みでなかった場合にはステップＳ７へ移行する。
【００８３】
ステップＳ７：コンピュータ２４は、着目画素の画素番号を１だけインクリメントしてからステップＳ２へ戻る。
【００８４】
ステップＳ８：コンピュータ２４は、メモリに格納された全ての画素の高さデータに基づき測定対象面１２ａの形状を求め、それを不図示のモニタなどへ出力し、フローを終了する。
【００８５】
以上、本実施形態の干渉測定装置は、複数のピーク強度に差異が発生しないものの、測定対象物１２の設計データに基づきピークの種類を自動判別するので、第２実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００８６】
［各実施形態の補足］
上述した各実施形態のステップＳ３では、高さデータの算出方法として特許第２６７９８７６号に記載の方法を採用したが、他の方法を採用してもよい。因みに、位相スロープの情報を利用せずに高さデータを算出する方法を採用する場合は、広帯域光源１の光周波数幅を、図２に示したものより広く設定してもよい。その場合、広帯域光源１としては、ハロゲンランプなどを使用することできる。
【００８７】
また、上述した各実施形態では広帯域光源１として波長不変の光源を使用したが、波長走査型の狭帯域光源（波長走査型レーザ光源）を使用してもよい。波長走査型レーザ光源は、例えば、リットマン型外部共振器を用いた半導体レーザ光源などである。
【００８８】
この波長走査型レーザ光源の発光波長及び発光強度を高速に変化させ、１フレーム分の電荷蓄積期間内における波長走査型レーザ光源の積算発光スペクトルを、図２に示すものと同じに設定すれば、上述した何れかの実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００８９】
また、上述した各実施形態では、光源部として広帯域光源１と変調用フィルタ２１との組み合わせを使用したが、強度変調された光を自発的に発光可能な光源があれば、それを光源部として使用してもよい。
【００９０】
例えば、光源部として波長走査型レーザ光源を使用し、その波長走査型レーザ光源に対して広帯域光源１の機能と変調用フィルタ２１の機能との双方を担わせてもよい。つまり、１フレーム分の電荷蓄積期間内における波長走査型レーザ光源の積算発光スペクトルを、図４、図１４、図１７の何れかに示すものと同じに設定してもよい。この場合も、上述した何れかの実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００９１】
また、波長走査型レーザ光源に変調用フィルタ２１の機能を担わせる場合、光周波数方向にわたる強度変調の周期を切り替え、ピーク同士の間隔を切り替えることができるので、例えば、高さ方向の要求ダイナミックレンジが広いときにはピーク同士の間隔を広く設定し、高さ方向の要求ダイナミックレンジが狭いときにはピーク同士の間隔を狭く設定する、などの柔軟な設定を行うこともできる（但し、ピーク同士の間隔が変化した場合には、前述したオフセット量も変更される。）。
【００９２】
また、波長走査型レーザ光源に変調用フィルタ２１の機能を担わせる場合、光周波数方向にわたる強度変調の周期をシフトさせ、サブピークの位置を光周波数方向にシフトさせることができるので、移動機構２２を使用せずに光路長差のスキャンを行うことも可能である。
【００９３】
また、上述した各実施形態では、面形状を測定する白色干渉顕微鏡の例を説明したが、物体の間隔、距離を測定する干渉計装置にも本発明は適用可能である。
【００９４】
［各実施形態の原理］
以下、数式を用いて各実施形態の原理の概略を説明する。
【００９５】
一般に、低コヒーレンス干渉法による干渉信号は式（１）のように表される。
【００９６】
【数１】
2010122043.tif 000003
【００９７】
式（１）においてｋは、光の波数、Ｓ（ｋ）は広帯域光源のスペクトル強度、Ｍ（ｋ）は広帯域光源の光周波数方向の強度変調量、ｚ０はスキャン開始時における光路長差、ｚは光路長差のスキャン量である。
【００９８】
従来例では、変調用フィルタ２１が配置されないので、Ｍ（ｋ）＝１である。よって、従来例の干渉信号は、式（２）で表される。
【００９９】
【数２】
2010122043.tif 000004
【０１００】
式（２）においてｋｃは中心波数である。また、Ｇ（ｚ）はエンベロープを表す関数であり、ｚ＝０においてピークを有する。式（２）から明らかなとおり、ｚ−ｚ０＝０、すなわち、測定光と参照光の光路長差がゼロのときにエンベロープはピークとなる。
【０１０１】
一方、第１実施形態では、強度変調量が光周波数の正弦関数なので、式（３）で表される。
【０１０２】
【数３】
2010122043.tif 000005
【０１０３】
式（３）においてδは強度変調の周期である。よって、第１実施形態の干渉信号は、式（４）で表される。
【０１０４】
【数４】
2010122043.tif 000006
【０１０５】
式（４）からは、メインピークのほかにサブピークが現れることがわかる。また、メインピークとサブピークとの間隔は、２π／δで与えられることもわかる。
【０１０６】
なお、第３実施形態では、強度変調量が光周波数の等間隔のパルス関数（ｃｏｍｂ形）であるので、干渉信号は式（５）のようになり、２π／δの間隔で多数のピークが現れることがわかる。
【０１０７】
【数５】
2010122043.tif 000007
【０１０８】
なお、干渉信号が以上の振る舞いをするのは、エンベロープ関数と光源部のスペクトル強度分布がフーリエ変換の関係にあることに起因する。そして、第２実施形態又は第３実施形態において高次のサブピークが現れていたのは、光周波数に対する強度変調量が正弦関数からずれており、光源部のスペクトル強度分布に高調波成分が重畳していたためである。
【０１０９】
［前述した態様への補足］
前述した低コヒーレンス干渉計の一態様において、前記広帯域変調光の強度変調量は、  光周波数の周期関数であってもよい。
【０１１０】
また、前記広帯域変調光の強度変調量は、光周波数の正弦関数であってもよい。
【０１１１】
また、前記広帯域変調光の強度変調量は、光周波数の周期パルス関数であってもよい。
【０１１２】
また、前記光源部は、前記測定対象となる距離範囲を低コヒーレンス干渉法で測定するための光周波数幅を有した広帯域光を生成する広帯域光源と、前記広帯域光源が生成した広帯域光を、その光周波数方向にかけて強度変調することにより、前記広帯域変調光を生成する干渉フィルタとを備えてもよい。
【０１１３】
また、前記干渉フィルタは、ファブリペロエタロン型の干渉フィルタであってもよい。
【０１１４】
また、前記広帯域光源は、前記干渉信号の１回の生成期間中に前記波長走査型光源の出射波長を時間変調することにより前記広帯域光と同等の光を生成する波長走査型光源であってもよい。
【０１１５】
また、前記光源部は、前記干渉信号の１回の生成期間中に前記波長走査型光源の出射波長を時間変調することにより前記広帯域変調光と同等の光を生成する波長走査型光源を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】第１実施形態の干渉測定装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の広帯域光源１の発光スペクトルである。
【図３】第１実施形態の変調用フィルタ２１の透過率の波長依存特性である。
【図４】第１実施形態の光源部の発光スペクトルである。
【図５】従来の干渉信号の光路長差依存特性である。
【図６】第１実施形態の干渉信号の光路長差依存特性である。
【図７】第１実施形態のスキャン範囲を説明する模式図である。
【図８】第１実施形態の解析処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態の或る画素が出力した干渉信号である。
【図１０】図９に示した干渉信号の１次フーリエスペクトルである。
【図１１】第１実施形態の別の画素が出力した干渉信号である。
【図１２】図１１に示した干渉信号の１次フーリエスペクトルである。
【図１３】変調用フィルタ２１の透過率の波長依存特性（設計例）である。
【図１４】光源部の発光スペクトル（設計例）である。
【図１５】干渉信号の光路長差依存特性（設計例）である。
【図１６】第２実施形態の解析処理の手順を示すフローチャートである。
【図１７】第３実施形態の光源部の発光スペクトルである。
【図１８】第３実施形態の干渉信号の光路長差依存特性である。
【図１９】第３実施形態の解析処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１７】
１・・・広帯域光源、２１・・・変調用フィルタ、２、１６・・・偏光板、９・・・偏光ピームスプリッ夕（ＰＢＳ）、１０、１３・・・１／４波長板、１１、１４・・・対物光学系、１２・・・測定対象物、１５・・・参照物、１７・・・結像光学系、１８・・・２次元画像検出器、２２・・・移動機構、２３・・・制御装置、２４・・・コンピュータ
【図１】
2010122043.tif 000008
【図２】
2010122043.tif 000009
【図３】
2010122043.tif 000010
【図４】
2010122043.tif 000011
【図５】
2010122043.tif 000012
【図６】
2010122043.tif 000013
【図７】
2010122043.tif 000014
【図８】
2010122043.tif 000015
【図９】
2010122043.tif 000016
【図１０】
2010122043.tif 000017
【図１１】
2010122043.tif 000018
【図１２】
2010122043.tif 000019
【図１３】
2010122043.tif 000020
【図１４】
2010122043.tif 000021
【図１５】
2010122043.tif 000022
【図１６】
2010122043.tif 000023
【図１７】
2010122043.tif 000024
【図１８】
2010122043.tif 000025
【図１９】
2010122043.tif 000026