(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構成で被検面の形状を高速に計測可能な計測装置を提供する。【解決手段】光周波数が互いに異なる２つの光合成した第１光及び第２光を含む光を参照面及び被検面に照射し、第１光及び第２光によりそれぞれ生成された干渉光の第１干渉信号及び第２干渉信号を含む干渉信号を検出する撮像素子と、検出された干渉信号と窓関数とから第１干渉信号及び第２干渉信号それぞれの位相を求める。周波数をｆとし、第１干渉信号及び第２干渉信号の周波数をそれぞれｆｓ1及びｆｓ２とし、窓関数をｗｎとし、撮像素子による干渉信号の検出回数をＮとするとき、2014134399.tif 000013で表される、窓関数をフーリエ変換した関数Ｗ（ｆ）のｆ＝ｆＳ１、２ｆＳ１、ｆＳ２、２ｆＳ２、｜ｆＳ１−ｆＳ２｜、ｆＳ１＋ｆＳ２における値がすべて許容範囲内となるように、ｆＳ１とｆＳ２とが設定される。【選択図】図１
2014134399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の光と該光を第１光周波数だけシフトさせた光とを合成した第１光と、第２波長の光と該光を第２光周波数だけシフトさせた光とを合成した第２光とを含む光を参照面及び被検面にそれぞれ照射し、前記参照面で反射された参照光と前記被検面で反射された被検光との干渉光の信号から前記被検面の形状を計測する計測装置であって、
前記第１光により生成された干渉光の第１干渉信号と前記第２光により生成された干渉光の第２干渉信号とを含む干渉信号を検出する撮像素子と、
検出された前記干渉信号と窓関数とから前記第１干渉信号の第１位相及び前記第２干渉信号の第２位相を求める処理部と、を含み、
周波数をｆとし、前記第１干渉信号及び前記第２干渉信号の周波数をそれぞれｆｓ1及びｆｓ２とし、前記窓関数をｗｎとし、前記撮像素子による前記干渉信号の検出回数をＮとするとき、
2014134399.tif 000012
で表される、前記窓関数をフーリエ変換した関数Ｗ（ｆ）のｆ＝ｆＳ１、ｆ＝２ｆＳ１、ｆ＝ｆＳ２、ｆ＝２ｆＳ２、ｆ＝｜ｆＳ１−ｆＳ２｜、ｆ＝ｆＳ１＋ｆＳ２における値がすべて許容範囲内となるように、ｆＳ１とｆＳ２とが設定されている、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
２つの整数Ｐ１、Ｐ２を用いてｆＳ１：ｆＳ２をＰ１：Ｐ２で表すとき、Ｐ１及びＰ２は、（Ｐ１／Ｐ２）＞１１／１０又は（Ｐ２／Ｐ１）＞１１／１０を満たすように、ｆＳ１とｆＳ２とが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記窓関数は、矩形窓関数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記撮像素子のサンプリングレートをＦＲ、前記第１光周波数をｄｆ１、前記第２光周波数をｄｆ２とするとき、ｄｆ１×（Ｎ／ＦＲ）＝ｆｓ１及びｄｆ１×（Ｎ／ＦＲ）＝ｆｓ１を満たすように、ｄｆ１とｄｆ２とが設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記第１光は、前記第１波長が第１基準波長と第１’基準波長との間で走査される光であり、前記第２光は、固定された第２波長を持つ光であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
第１基準波長をλ１、第１’基準波長をλ１’、第２波長をλ２とするとき、
前記処理部は、
前記第１波長をλ１からλ１’へ走査したときの第１干渉信号の位相の変化を用いて、（λ１・λ１’／｜λ１−λ１’｜）で表される第１の合成波長Λ１１’を用いた前記被検面の形状を示す第１データを算出し、
前記第１波長がλ１’のときの第１干渉信号の位相と第２干渉信号の位相との差と第１データの干渉次数とを用いて、（λ１’・λ２／｜λ１’−λ２｜）で表される第２の合成波長Λ１’２を用いた前記被検面の形状を示す第２データを算出し、
第２干渉信号の位相と第２データの干渉次数とを用いて、第２波長を用いた前記被検面の形状を示す第３データを算出し、
算出された第３データを前記被検面の形状として決定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の形状を計測する計測装置に関する
【背景技術】
【０００２】
絶対距離を計測する従来の計測装置として、波長走査型の干渉計測装置が知られている。一般に、波長走査による絶対距離の計測は精度が低いため、固定波長による相対距離の計測と組み合わせて精度を改善する方法が用いられる。特許文献１の計測装置は、波長が走査される波長可変光源と波長固定光源とを用い、波長可変光源の波長を走査した際に得られた干渉位相の変化量と波長可変光源の走査前後の波長値と波長固定波長光源の干渉位相と波長固定光源の波長値とから絶対距離を算出する。波長が走査される波長可変レーザと波長固定レーザとから生成される２つの合成波長を繋ぎ合わせることにより、干渉次数を決定することができる。このため、波長可変レーザの波長走査量が大幅に低減される。これにより、レーザの電流変調による波長走査が可能となり、高速な絶対測長が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７９９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の計測装置は、被検面上の点毎にその位置を計測している。したがって、特許文献１の計測装置を用いて被検面の形状を計測するためには、被検物を搭載するステージを駆動し被検光の照射される被検面の計測位置を変化させる必要がある。また、特許文献１の計測装置は、固定波長の光による干渉縞と可変波長の光による干渉縞とを分離して検出するために分光素子と複数の検出器とを必要とする。その為、特許文献１の計測装置は、装置が複雑となると共に、計測に時間がかかる。
【０００５】
そこで、本発明は、簡素な構成で被検面の形状を高速に計測可能な計測装置を提供することを例示目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１波長の光と該光を第１光周波数だけシフトさせた光とを合成した第１光と、第２波長の光と該光を第２光周波数だけシフトさせた光とを合成した第２光とを含む光を参照面及び被検面にそれぞれ照射し、前記参照面で反射された参照光と前記被検面で反射された被検光との干渉光の信号から前記被検面の形状を計測する計測装置であって、前記第１光により生成された干渉光の第１干渉信号と前記第２光により生成された干渉光の第２干渉信号とを含む干渉信号を検出する撮像素子と、検出された前記干渉信号と窓関数とから前記第１干渉信号の第１位相及び前記第２干渉信号の第２位相を求める処理部と、を含み、前記第１干渉信号及び前記第２干渉信号の周波数をそれぞれｆｓ1及びｆｓ２とし、前記窓関数をｗｎとし、前記撮像素子による前記干渉信号の検出回数をＮとするとき、
2014134399.tif 000003
で表される、前記窓関数をフーリエ変換した関数Ｗ（ｆ）のｆ＝ｆＳ１、ｆ＝２ｆＳ１、ｆ＝ｆＳ２、ｆ＝２ｆＳ２、ｆ＝｜ｆＳ１−ｆＳ２｜、ｆ＝ｆＳ１＋ｆＳ２における値がすべて許容範囲内となるように、ｆＳ１とｆＳ２とが設定されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡素な構成で被検面の形状を高速に計測可能な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】計測装置を示した図である。
【図２】波長走査のタイミングを示す図である。
【図３】被検面の形状データを算出するためのフローチャートである。
【図４】窓関数によるデータ数と周波数との関係を示す表である。
【図５】窓関数によるデータ数と周波数との関係を示す表である。
【図６】窓関数によるデータ数と位相誤差との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付する。図１は、本実施形態における計測装置１００の構成図である。計測装置１００は、図１に示されるように、波長が走査される波長可変レーザ１と波長が固定された波長固定レーザ２とを有する。
【００１０】
波長可変レーザ１は、処理部１７によってコヒーレントな光の波長（第１波長）を第１基準波長λ１から第１’基準波長λ１’のとの間で走査させる。波長可変レーザ１から射出される光は、ビームスプリッタ３ａにより分割される。分割された光の一方は、光周波数をシフトさせる周波数シフタ４ａに入射する。周波数シフタ４ａに入射した光は、不図示の音響光学素子を用いて第１光周波数ｄｆ１だけ光周波数がシフトした光に変換され、反射ミラー５ａにより進行方向を変えられた後ビームスプリッタ６ａで反射される。
【００１１】
一方、ビームスプリッタ３ａにより分割され、反射ミラー７ａにより進行方向を変えられた光は、ビームスプリッタ６ａを透過し、光周波数がシフトされた光と合成される。この合成後の光を第１光とする。また第１光周波数のシフト量ｄｆ１は第１光のビート信号の周波数に相当し、干渉光の信号を正しく取得するために２次元撮像素子（撮像素子）１６の撮像レートの１／２以下である必要がある。
【００１２】
波長固定レーザ２から射出される固定された第２波長λ２のコヒーレントな光は、ビームスプリッタ３ｂにより分割される。分割された光の一方は、周波数シフタ４ｂに入射する。周波数シフタ４ｂに入射した光は、第２光周波数ｄｆ２だけ光周波数がシフトされた光に変換され、反射ミラー５ｂにより進行方向を変えられた後ビームスプリッタ６ｂで反射される。
【００１３】
一方、ビームスプリッタ３ｂにより分割され、反射ミラー７ｂにより進行方向を変えられた光は、ビームスプリッタ６ｂにより、光周波数がシフトされた光と合成される。この合成後の光を第２光とする。第２光周波数のシフト量ｄｆ２は第２光２のビート信号の周波数に相当し、干渉光の信号を正しく取得するために２次元撮像素子１６の撮像レートの１／２以下である必要がある。第２波長λ２は波長λ１〜λ１’の範囲外の波長であり、第１光周波数ｄｆ１は第２光周波数ｄｆ２と異なる周波数とする。
【００１４】
第１光と第２光とは、ビームスプリッタ９により合成された後に、拡大レンズ１０とコリメータレンズ１１によりビーム径を拡大される。拡大後の第１光及び第２光は、ビームスプリッタ１２により参照面１３に照射される参照光と、搭載台１４に載せられた被検物１５の表面（被検面）に照射される被検光とに分割される。参照光は、参照面１３にて反射され、ビームスプリッタ１２を透過する。一方、被検光は、被検物１５で反射され、ビームスプリッタ１２で反射される。
【００１５】
２次元撮像素子１６は、被検光と参照光とで形成される干渉縞を撮像する。２次元撮像素子１６上では、光周波数がｆ１と（ｆ１+ｄｆ１）との光が合成された第１光による干渉光の第１干渉信号と、光周波数がｆ２と（ｆ２+ｄｆ２）との光が合成された第２光による干渉光の第２干渉信号とを含む干渉信号が生成される。第１波長λ１の光の光周波数をｆ１とし、第２波長λ２の光の光周波数をｆ２とする。本実施形態で、第１干渉信号と第２干渉信号とを同一の２次元撮像素子１６で検出することで装置の簡素化が図れる。しかし、第１干渉信号及び第２干渉信号が他方の検出に影響を及ぼさない様にするために、第１干渉信号及び第２干渉信号それぞれの周波数ｆｓ１、ｆｓ２と２次元撮像素子１６による干渉信号の検出回数（データ数）Ｎとある条件を満たす必要がある。この条件については、被検面の形状データの算出フローに沿って詳述する。
【００１６】
２次元撮像素子１６は、第１干渉信号及び第２干渉信号を図２に示す時刻ｔ０から検出し、波長可変レーザ１の波長を時刻ｔ１〜ｔ２の間にλ１〜λ１’まで走査させつつ、干渉信号を複数回（Ｎ回）検出する。処理部１７は、検出された複数個の干渉信号から各画素における干渉信号の位相を算出し、被検物の光軸方向に投影された面における各点のＺ方向の位置すなわち被検面の形状を計測する。
【００１７】
被検面の形状（Ｚ方向の位置）を算出する方法について以下で詳細を説明する。図３は形状データの算出フローである。処理部１７は、Ｓ１０１にて時刻ｔ０〜ｔ１の間に検出された複数個の干渉信号Ｉｎ（ｘ，ｙ）を取得し、離散フーリエ変換の計算を行い、第１光の第１干渉信号の画素毎の位相（第１位相）φ１（ｘ，ｙ）を算出する。
【００１８】
ビート信号である第１干渉信号の光周波数のシフト量（ビート周波数）をｆｓ1、被検光と参照光によるバイアス成分をＡ１（ｘ、ｙ）、強度の変調成分をＢ１（ｘ、ｙ）とする。また、ビート信号である第２干渉信号の光周波数のシフト量（ビート周波数）をｆｓ２、被検光と参照光によるバイアス成分をＡ２（ｘ、ｙ）、強度の変調成分をＢ２（ｘ、ｙ）、干渉信号の検出回数（データ数）をＮとする。そうすると、Ｉｎ（ｘ，ｙ）は、式１で表わすことができる。ここでｘは２次元撮像素子１６の画素の行方向の番号、ｙは２次元撮像素子１６の画素の列方向の番号を表す。
Ｉｎ（ｘ，ｙ）＝Ａ１（ｘ，ｙ）＋Ｂ１ｃｏｓ｛φ１（ｘ，ｙ）＋２πｆｓ１（ｎ／Ｎ）｝＋Ａ２（ｘ，ｙ）＋Ｂ２ｃｏｓ｛φ２（ｘ，ｙ）＋２πｆｓ２（ｎ／Ｎ）｝・・・（１）
【００１９】
次に干渉信号の位相φ（ｘ，ｙ）は、Ｉｎ（ｘ，ｙ）と窓関数ｗｎから式２、式３を用いて算出することができる。ｆは、干渉信号の周波数である。Ｉｍ［ＧＳ（ｘ，ｙ；ｆ）］、Ｒｅ［ＧＳ（ｘ，ｙ；ｆ）］はそれぞれＧＳ（ｘ，ｙ；ｆ）の虚部、実部である。第１干渉信号第１位相φ１（ｘ，ｙ）及び第２干渉信号の第２位相φ２（ｘ，ｙ）は、式２、式３においてｆ＝ｆｓ１、ｆｓ２と置くことで求められる。
2014134399.tif 000004
φ（ｘ，ｙ）＝Ｉｍ［ＧＳ（ｘ，ｙ；ｆ）］／Ｒｅ［ＧＳ（ｘ，ｙ；ｆ）］・・・（３）
【００２０】
このとき、２次元撮像素子１６から得られた各画素の干渉信号は、第１光の第１干渉信号と第２光の第２干渉信号との合成された干渉信号であるが後述の条件を満足することで各干渉信号の周波数毎に選択的に位相を算出することができる。式１を複素表示すると式４となる。
2014134399.tif 000005
【００２１】
式４を式２に代入すると式５となる。
2014134399.tif 000006
【００２２】
ここでＷｆは、次式６で表される、窓関数ｗｎをフーリエ変換した関数である。
2014134399.tif 000007
【００２３】
ｆ＝ｆｓ１における強度Ｇｓ（ｘ、ｙ；ｆｓ１）は式７で表わされる。
2014134399.tif 000008
・・・（７）
【００２４】
窓関数をフーリエ変換した関数Ｗｆでｆ＝ｆｓ１、２ｆｓ１、ｆｓ１−ｆｓ２、ｆｓ１+ｆｓ２の成分が０、つまり、次式８〜１１となる周波数の条件で強度Ｇｓ（ｘ、ｙ；ｆｓ１）から第１位相φ１を求めることが可能である。
2014134399.tif 000009
【００２５】
同様にφ２を求めるための、ｆ＝ｆｓ２における強度の式Ｇｓ（ｘ、ｙ；ｆｓ２）は、式１２で表わされる。
2014134399.tif 000010
【００２６】
式１２で窓関数をフーリエ変換した関数Ｗｆでｆ＝ｆｓ２、２ｆｓ２、ｆｓ２−ｆｓ1、ｆｓ１+ｆｓ２の成分が０、つまり、次式１３〜１６となる周波数の条件で強度Ｇｓ（ｘ、ｙ；ｆｓ２）から第２位相φ２を求めることが可能である。
2014134399.tif 000011
【００２７】
以上、窓関数をフーリエ変換した関数Ｗｆにおいて以下の条件を満たすようにｆｓ１、ｆｓ２を設定することで第１干渉信号及び第２干渉信号の位相を算出することが可能となる。条件：ｆ＝ｆＳ１、ｆ＝２ｆＳ１、ｆ＝ｆＳ２、ｆ＝２ｆＳ２、ｆ＝｜ｆＳ１−ｆＳ２｜、ｆ＝ｆＳ１＋ｆＳ２におけるＷ（ｆ）の値がすべて許容範囲内（例えば、ゼロや、所定の有限値の範囲内など）
【００２８】
図４は、式８〜１１、式１３〜１６の条件を満足するデータ数Ｎと周波数ｆｓ１、ｆｓ２の窓関数ごとの組み合わせの一部である。窓関数は代表的な矩形窓関数、ハン窓関数、ブラックマン窓関数、赤池窓関数を用いた。各窓関数は、窓関数をｗ（ｘ）とするとき以下のように表される。
・矩形窓関数：ｗ（ｘ）＝１（０≦ｘ≦１）、ｗ（ｘ）＝０（ｘ＜０、ｘ＞１）
・ハン窓関数：ｗ（ｘ）＝０．５−０．５ｃｏｓ２πｘ（０≦ｘ≦１）、ｗ（ｘ）＝０（ｘ＜０、ｘ＞１）
・ブラックマン窓関数：ｗ（ｘ）＝０．４２−０．５ｃｏｓ２πｘ＋０．０８ｃｏｓ４πｘ（０≦ｘ≦１）、ｗ（ｘ）＝０（ｘ＜０、ｘ＞１）
・赤池窓関数：ｗ（ｘ）＝０．６３５−０．５ｃｏｓ２πｘ−０．１２５ｃｏｓ４πｘ（０≦ｘ≦１）、ｗ（ｘ）＝０（ｘ＜０、ｘ＞１）
【００２９】
図４より、窓関数ｗｎが矩形窓関数の場合、最小データ数Ｎは５点でその時の第１干渉信号の周波数ｆｓ1は１、第２干渉信号の周波数ｆｓ２は２となるように取得する条件がデータ点数を最少とする。データ数Ｎを少なくすることで２次元撮像素子１６によるデータ取得や位相計算等の時間を短縮することが出来、測定時間を短縮することが出来る。
【００３０】
窓関数ｗｎがハン窓関数の場合、最小データ点数Ｎは１１点であり、データ点数Ｎを取得した際の第１干渉信号の周波数ｆｓ1は２．２、第２干渉信号の周波数ｆｓ２は４．４となる条件がデータ点数を最少とする。窓関数ｗｎがブラックマン窓関数の場合、最小のデータ点数は１６点であり、データ点数を取得した際の第１干渉信号の周波数ｆｓ1は３．２、第２干渉信号の周波数ｆｓ２は６．４となる条件がデータ点数を最少とする。窓関数ｗｎが赤池窓関数の場合、最小のデータ点数は１６点であり、データ点数を取得した際の第１干渉信号の周波数ｆｓ1は３．２、第２干渉信号の周波数ｆｓ２は６．４となる条件がデータ点数を最少とする。
【００３１】
図５は、図４のｆｓ１：ｆｓ２を２つの整数Ｐ１、Ｐ２を用いてＰ１：Ｐ２で表わしたものである。前記４種類の窓関数において、データ数Ｎが２３以下で位相誤差１ｍλ以下を満足するｆｓ１、ｆｓ２の関係は矩形窓関数の組み合わせが最も小さくなる。そのためデータ数Ｎが２３以下において位相誤差が１ｍλ以下で計測するには、（Ｐ１／Ｐ２）＞１１／１０又は（Ｐ２／Ｐ１）＞１１／１０を満たすようにｆｓ１とｆｓ２とを設定すればよい。以上により、少ないデータ数Ｎで位相誤差１ｍλ以下の計測が可能となる。
【００３２】
２次元撮像素子１６のサンプリングレートＦＲと、第１光及び第２光の光周波数のシフト量ｄｆ１、ｄｆ２と、窓関数ｗｎ毎のデータ点数Ｎと、第１干渉信号及び第２干渉信号の周波数ｆｓ１、ｆｓ２との関係は、次式１５、１６を満足するように設定すれば良い。
ｄｆ１×（Ｎ／ＦＲ）＝ｆｓ１・・・（１５）
ｄｆ２×（Ｎ／ＦＲ）＝ｆｓ２・・・（１６）
【００３３】
図６は２次元撮像素子１６で第１干渉信号のピッチ、第２干渉信号のピッチが以下の条件で干渉信号を取得し、矩形窓関数、ハン窓関数、ブラックマン窓関数、赤池窓関数を用いて位相を導出した際のデータ数Ｎと位相誤差の関係である。
・第１干渉信号を２π／３ピッチ、第２干渉信号をπ／３ピッチ。
・第１干渉信号を３π／４ピッチ、第２干渉信号をπ／４ピッチ。
・第１干渉信号を２π／４ピッチ、第２干渉信号を２π／４ピッチ。
・第１干渉信号を３π／４ピッチ。第２干渉信号を２π／４ピッチ。
【００３４】
図６より、どの窓関数ｗｎにおいてもデータ数Ｎを多くとれば位相誤差が小さくなることが分かる。例えばブラックマン窓関数の場合、第１干渉信号を３π／４ピッチ、第２干渉信号を２π／４ピッチで取得すればデータ数Ｎ＝２３以上でデータ数に関係なく位相誤差を１ｍλ以下とすることができる。しかしデータ数が多くなり測定時間が増加してしまうため、データ数は少ないことが望ましい。そこでデータ数Ｎと干渉信号の周波数ｆｓ１とｆｓ２を選択することで計測時間の短縮が可能となる。
【００３５】
処理部１７は、Ｓ１０２にて時刻ｔ１〜ｔ２の間に、波長可変レーザ１から射出される光の波長をλ１からλ１’に連続的に走査しながら検出された複数個の干渉信号を取得する。処理部１７は、取得した干渉信号の離散フーリエ変換等の計算で走査中の位相の変化を算出し干渉次数Ｍ１（ｘ、ｙ）を決定する。波長可変レーザ１から射出される光の波長が連続的に走査することに伴い位相は単調に変化する。位相を計算可能な範囲は±πであるため±πを超えると位相の飛びが発生する。そのため、処理部１７は、位相を算出し位相の飛びをカウントすることで干渉次数Ｍ１（ｘ、ｙ）を決定することができる。
【００３６】
処理部１７は、Ｓ１０３にて時刻ｔ２〜ｔ３の間に撮像された複数枚の画像から各画素の干渉信号を取得し、Ｓ１０１と同様に取得した干渉信号の離散フーリエ変換の計算を行い、第１波長をλ１’に走査したあとの第１干渉信号の画素毎の位相φ１’（ｘ、ｙ）を算出する。処理部１７は、Ｓ１０４にて、Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３で算出された位相φ１（ｘ、ｙ）、φ１’（ｘ、ｙ）、干渉次数Ｍ１（ｘ、ｙ）から被検物の形状データ（第１データ）Ｈ１（ｘ、ｙ）を以下の式１７により算出する。
Ｈ１（ｘ，ｙ）＝（Λ１１’／２）｛Ｍ１（ｘ，ｙ）＋（（φ１’（ｘ，ｙ）−φ１（ｘ，ｙ））／２π｝・・・（１７）
【００３７】
ここで第１の合成波長Λ１１’は波長λ１と波長λ１´の合成波長であり以下の式１８で表される。Ｃは光速である。
Λ１１’＝ λ１・λ１’／｜λ１−λ１’｜・・・（１８）
【００３８】
処理部１７は、Ｓ１０５にて時刻ｔ０〜ｔ３の間に検出された複数個の画素毎の干渉信号を取得し、取得した干渉信号の離散フーリエ変換の計算を行い、第２干渉信号の画素毎の位相φ２（ｘ、ｙ）を算出する。次に、処理部１７は、Ｓ１０６にて、Ｓ１０５にて得られたφ２（ｘ、ｙ）とＳ１０３にて得られたφ１’（ｘ、ｙ）から被検物の形状データ（第２データ）Ｈ２（ｘ，ｙ）を以下の式により算出する。
Ｈ２（ｘ，ｙ）＝（Λ１’２／２）｛Ｍ２（ｘ，ｙ）＋（（φ１’（ｘ，ｙ）−φ２（ｘ，ｙ））／２π｝・・・（１９）
【００３９】
ここで第２の合成波長Λ１’２は波長λ１’と波長λ２の合成波長であり以下の式で表される。
Λ１’２＝λ１’・λ２／｜λ１’−λ２｜・・・（２０）
【００４０】
またＭ２（ｘ、ｙ）は干渉次数であり以下の式２１により算出することが出来る。
Ｍ２（ｘ，ｙ）＝ｒｏｕｎｄ｛（２Ｈ１（ｘ，ｙ）／Λ１１’）−（（φ１’（ｘ，ｙ）−φ２（ｘ，ｙ））／２π｝・・・（２１）
【００４１】
ここで算出した被検物の形状データＨ２（ｘ、ｙ）は、合成波長Λ１’２が合成波長Λ１１’に対して短くなる為、被検物の形状データＨ１（ｘ、ｙ）よりも高精度である。
【００４２】
処理部１７は、Ｓ１０７にて波長固定レーザ２の光周波数ｆ２と式１０で算出した干渉次数Ｍ２（ｘ、ｙ）からよりさらに高精度な被検物の形状データ（第３データ）Ｈ３（ｘ、ｙ）を以下の式２２により算出する。
Ｈ３（ｘ，ｙ）＝（Ｃ／２ｆ２）｛Ｍ３（ｘ，ｙ）＋φ２（ｘ，ｙ）／２π｝・・・（２２）
【００４３】
ここでＭ３（ｘ、ｙ）は干渉次数であり、以下の式２３により算出することが出来る。
Ｍ３（ｘ，ｙ）＝ｒｏｕｎｄ｛（２Ｈ２（ｘ，ｙ）Ｃ／ｆ２）−（φ２（ｘ，ｙ）／２π）｝・・・（２３）
【００４４】
Ｓ１０７で算出された被検物の形状データＨ３（ｘ、ｙ）は固定波長レーザの波長（Ｃ／ｆ２）が合成波長Λ１´２に対して短くなる為、形状データＨ２（ｘ、ｙ）よりも高精度である。以上の方法により被検物の光軸方向に投影された面における各点のＺ方向の位置を計測する。計測装置１００は、干渉信号の周波数ｆｓ１とｆｓ２を選択することで、少ないデータ点数Ｎにおいても２次元撮像素子１６にて各干渉信号を同時に検出し、干渉信号毎に位相を高精度に算出する事が可能である。また少ないデータ点数Ｎを選択することで計測時間を短縮することが可能である。以上により、簡素な構成で高速な被検面の形状の計測が実現される。
【図１】
2014134399.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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