(57)【要約】【課題】少ない数のゾーンプレートで高さを測定するようにする。【解決手段】  ステップＳ１１で、フーリエスペクトルの幅ｆvが決定される。ステップＳ１２で、ゾーンプレートの周波数γの走査ステップ（＝１／fs）が決定される。ステップＳ１３で、ステップＳ１１で算出された幅ｆvとステップＳ１２で算出されたサンプリングレートｆsとの関係の下で、キャリア縞の周波数ｆcが決定される。ステップＳ１４で、初期位相βと周波数γをリニアな関係に設定する式β＝２πｆcγに従って、周波数γと、ステップＳ１３で決定されたキャリア縞の周波数ｆcから位相βが算出される。周波数γと算出した位相βを有するゾーンプレート１５ａが生成される。【選択図】  図１１
2006275740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布により光源の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体の高さを測定する測定装置に用いる前記ゾーンプレートを生成する生成装置において、
前記測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトルの幅を決定する幅決定手段と、
前記ゾーンプレートの周波数の走査ステップを、前記被測定物体の高さの検出単位、前記被測定物体を測定するとき用いる前記光源の光の波長、および前記被測定物体を観測する観測系のレンズの焦点距離に基づいて決定する走査ステップ決定手段と、
前記検出強度のキャリアの周波数を決定する周波数決定手段と、
前記ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相を、前記ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、前記ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成手段と
を備えることを特徴とする生成装置。
【請求項２】
前記ゾーンプレート生成手段は、前記初期位相を、１周期を表す定数、前記検出強度のキャリアの周波数、および前記ゾーンプレートの周波数の積に基づいて決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の生成装置。
【請求項３】
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布により光源の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体の高さを測定する測定装置に用いる前記ゾーンプレートを生成する生成装置の生成方法において、
前記測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトルの幅を決定する幅決定ステップと、
前記ゾーンプレートの周波数の走査ステップを、前記被測定物体の高さの検出単位、前記被測定物体を測定するとき用いる前記光源の光の波長、および前記被測定物体を観測する観測系のレンズの焦点距離に基づいて決定する走査ステップ決定ステップと、
前記検出強度のキャリアの周波数を決定する周波数決定ステップと、
前記ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相を、前記ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、前記ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成ステップと
を含むことを特徴とする生成方法。
【請求項４】
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布により光源の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体の高さを測定する測定装置に用いる前記ゾーンプレートを生成する生成装置のプログラムにおいて、
前記測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトルの幅を決定する幅決定ステップと、
前記ゾーンプレートの周波数の走査ステップを、前記被測定物体の高さの検出単位、前記被測定物体を測定するとき用いる前記光源の光の波長、および前記被測定物体を観測する観測系のレンズの焦点距離に基づいて決定する走査ステップ決定ステップと、
前記検出強度のキャリアの周波数を決定する周波数決定ステップと、
前記ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相を、前記ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、前記ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項５】
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布により光源の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体の高さを測定する測定装置において、
初期位相が周波数により一義的に決定されるように規定されている前記ゾーンプレートを順次選択する選択手段と、
選択された前記ゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を前記被測定物体に照射して検出強度を測定する測定手段と、
測定された前記検出強度に基づいて、前記ゾーンプレートの周波数に対応する前記被測定物体の高さを演算する演算手段と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項６】
前記選択手段は、前記初期位相が、１周期を表す定数、前記検出強度のキャリアの周波数、および前記ゾーンプレートの周波数の積に基づいて決定されるように規定されている前記ゾーンプレートを選択する
ことを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記検出強度をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
フーリエ変換して得られるスペクトルから、０次スペクトルと−１次または＋１次スペクトルを抽出する抽出手段と、
抽出した前記０次スペクトルと−１次または＋１次スペクトルを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記−１次または＋１次スペクトルを逆フーリエ変換して得られた値を、前記０次スペクトルを逆フーリエ変換して得られた値で除算する除算手段とをさらに備え、
前記演算手段は、除算して得られた値を用いて前記ゾーンプレートの周波数に対応する前記被測定物体の高さを演算する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の測定装置。
【請求項８】
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布により光源の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体の高さを測定する測定装置の測定方法において、
初期位相が周波数により一義的に決定されるように規定されている前記ゾーンプレートを順次選択する選択ステップと、
選択された前記ゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を前記被測定物体に照射して検出強度を測定する測定ステップと、
測定された前記検出強度に基づいて、前記ゾーンプレートの周波数に対応する前記被測定物体の高さを演算する演算ステップと
を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項９】
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布により光源の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体の高さを測定する測定装置のプログラムにおいて、
初期位相が周波数により一義的に決定されるように規定されている前記ゾーンプレートを順次選択する選択ステップと、
選択された前記ゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を前記被測定物体に照射して検出強度を測定する測定ステップと、
測定された前記検出強度に基づいて、前記ゾーンプレートの周波数に対応する前記被測定物体の高さを演算する演算ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成装置および方法、測定装置および方法、並びにプログラムに関し、特に被測定物体の形状を迅速に測定することができるようにする生成装置および方法、測定装置および方法、並びにプログラムに関する。
【０００２】
本発明者等は、ゾーンプレートにより、光源の強度を、光ビームの被測定物体への入射角に応じて調整し、被測定物体の高さを測定することを先に提案した（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】鉄ynthetic spatial coherence function for optical tomography and profilometry: simultaneous realization of longitudinal coherence scan and phase shift  P110-117, Proc.SPIE Vol.47777
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、先の提案において、図１に示すように、ゾーンプレートの透明部と不透明部の輪帯の疎過密度に対応する空間周波数γと位相βに基づいて入射角に応じた光強度が設定されているため、被測定物体の高さを微細に測定しようとすると、ゾーンプレートの数を多くしなければならない課題があった。具体的には、Ｍ個の周波数のＮ個の位相について測定すると、ゾーンプレートの数はＭ×Ｎ個となる。
【０００５】
その結果、それらを全部用いた走査が行われることから、測定に時間がかかる課題があった。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、測定処理を迅速に行うことができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の生成装置は、測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトルの幅を決定する幅決定手段と、ゾーンプレートの周波数の走査ステップを、被測定物体の高さの検出単位、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長、および被測定物体を観測する観測系のレンズの焦点距離に基づいて決定する走査ステップ決定手段と、検出強度のキャリアの周波数を決定する周波数決定手段と、ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相を、ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ゾーンプレート生成手段は、初期位相を、１周期を表す定数、検出強度のキャリアの周波数、およびゾーンプレートの周波数の積に基づいて決定することができる。
【０００９】
本発明の生成方法は、測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトルの幅を決定する幅決定ステップと、ゾーンプレートの周波数の走査ステップを、被測定物体の高さの検出単位、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長、および被測定物体を観測する観測系のレンズの焦点距離に基づいて決定する走査ステップ決定ステップと、検出強度のキャリアの周波数を決定する周波数決定ステップと、ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相を、ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１のプログラムは、測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトルの幅を決定する幅決定ステップと、ゾーンプレートの周波数の走査ステップを、被測定物体の高さの検出単位、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長、および被測定物体を観測する観測系のレンズの焦点距離に基づいて決定する走査ステップ決定ステップと、検出強度のキャリアの周波数を決定する周波数決定ステップと、ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相を、ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の生成装置および方法、並びに第１のプログラムにおいては、測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトルの幅が決定され、ゾーンプレートの周波数の走査ステップが、被測定物体の高さの検出単位、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長、および被測定物体を観測する観測系のレンズの焦点距離に基づいて決定され、検出強度のキャリアの周波数が決定され、ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相を、ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、ゾーンプレートが生成される。
【００１２】
本発明の測定装置は、初期位相が周波数により一義的に決定されるように規定されているゾーンプレートを順次選択する選択手段と、選択されたゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を被測定物体に照射して検出強度を測定する測定手段と、測定された検出強度に基づいて、ゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
選択手段は、初期位相が、１周期を表す定数、検出強度のキャリアの周波数、およびゾーンプレートの周波数の積に基づいて決定されるように規定されているゾーンプレートを選択することができる。
【００１４】
検出強度をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、フーリエ変換して得られるスペクトルから、０次スペクトルと−１次または＋１次スペクトルを抽出する抽出手段と、抽出した０次スペクトルと−１次または＋１次スペクトルを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、−１次または＋１次スペクトルを逆フーリエ変換して得られた値を、０次スペクトルを逆フーリエ変換して得られた値で除算する除算手段とをさらに設け、演算手段には、除算して得られた値を用いてゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算させることができる。
【００１５】
本発明の測定方法は、初期位相が周波数により一義的に決定されるように規定されているゾーンプレートを順次選択する選択ステップと、選択されたゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を被測定物体に照射して検出強度を測定する測定ステップと、測定された検出強度に基づいて、ゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算する演算ステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２のプログラムは、初期位相が周波数により一義的に決定されるように規定されているゾーンプレートを順次選択する選択ステップと、選択されたゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を被測定物体に照射して検出強度を測定する測定ステップと、測定された検出強度に基づいて、ゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算する演算ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１７】
本発明の測定装置および方法、並びに第２のプログラムにおいては、初期位相が周波数により一義的に決定されるように規定されているゾーンプレートが順次選択され、選択されたゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を被測定物体に照射して検出強度が測定され、測定された検出強度に基づいて、ゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さが演算される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高さを測定することができる。特に本発明によれば、ゾーンプレートを利用して高さの測定処理を、迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本明細書に記載の発明と、発明の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本明細書に記載されている発明をサポートする実施の形態が本明細書に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、発明に対応するものとして、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が発明に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明以外の発明には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００２０】
さらに、この記載は、本明細書に記載されている発明の全てを意味するものではない。換言すれば、この記載は、本明細書に記載されている発明であって、この出願では請求されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により出現、追加される発明の存在を否定するものではない。
【００２１】
請求項１の生成装置は、
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布（例えば、図２のゾーンプレート１５ａ）により光源（例えば、図２のレーザ１１）の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体（例えば、図２の被測定物体２５）の高さを測定する測定装置に用いるゾーンプレートを生成する生成装置（例えば、図２の測定装置１０）において、
測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトル（例えば、図１７の−１次スペクトル２５２または＋１次スペクトル２５３）の幅（例えば、図１７の幅ｆｖ）を決定する幅決定手段（例えば、図３の幅決定部８１）と、
ゾーンプレートの周波数（例えば、式（４）の周波数γ）の走査ステップ（例えば、式（１０）のΔγ）を、被測定物体の高さの検出単位（例えば、式（１０）のΔｈ）、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長（例えば、式（１０）のλ）、および被測定物体を観測する観測系のレンズ（例えば、図２の結像レンズ２６）の焦点距離（例えば、図６のｆ）に基づいて決定する走査ステップ決定手段（例えば、図３の走査ステップ決定部８２）と、
検出強度のキャリアの周波数（例えば、図１８の周波数ｆｃ）を決定する周波数決定手段（例えば、図３の周波数決定部８３）と、
ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相（例えば、式（４）のβ）を、ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成手段（例えば、図３の生成部８４）と
を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項２の生成装置は、
ゾーンプレート生成手段は、初期位相（例えば、式（４）のβ）を、１周期を表す定数（例えば、２π）、検出強度のキャリアの周波数（例えば、図１８の周波数ｆｃ）、およびゾーンプレートの周波数（例えば、式（４）の周波数γ）の積（例えば、式（４））に基づいて決定する
ことを特徴とする。
【００２３】
請求項３の生成方法は、
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布（例えば、図２のゾーンプレート１５ａ）により光源（例えば、図２のレーザ１１）の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体（例えば、図２の被測定物体２５）の高さを測定する測定装置に用いるゾーンプレートを生成する生成装置（例えば、図２の測定装置１０）の生成方法において、
測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトル（例えば、図１７の−１次スペクトル２５２または＋１次スペクトル２５５）の幅（例えば、図１７の幅ｆｖ）を決定する幅決定ステップ（例えば、図１１のステップＳ１１）と、
ゾーンプレートの周波数（例えば、式（４）の周波数γ）の走査ステップ（例えば、式（１０）のΔγ）を、被測定物体の高さの検出単位（例えば、式（１０）のΔｈ）、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長（例えば、式（１０）のλ）、および被測定物体を観測する観測系のレンズ（例えば、図２の結像レンズ２６）の焦点距離（例えば、図６のｆ）に基づいて決定する走査ステップ決定ステップ（例えば、図１１のステップＳ１２）と、
検出強度のキャリアの周波数（例えば、図１８の周波数ｆｃ）を決定する周波数決定ステップ（例えば、図１１のステップＳ１３）と、
ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相（例えば、式（４）のβ）を、ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成ステップ（例えば、図１１のステップＳ１４）と
を含むことを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載のプログラムは、
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布（例えば、図２のゾーンプレート１５ａ）により光源（例えば、図２のレーザ１１）の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体（例えば、図２の被測定物体２５）の高さを測定する測定装置に用いるゾーンプレートを生成する生成装置（例えば、図２の測定装置１０）のプログラムにおいて、
測定装置により検出される検出強度をフーリエ変換した場合に得られる−１次または＋１次フーリエスペクトル（例えば、図１７の−１次スペクトル２５２または＋１次スペクトル２５５）の幅（例えば、図１７の幅ｆｖ）を決定する幅決定ステップ（例えば、図１１のステップＳ１１）と、
ゾーンプレートの周波数（例えば、式（４）の周波数γ）の走査ステップ（例えば、式（１０）のΔγ）を、被測定物体の高さの検出単位（例えば、式（１０）のΔｈ）、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長（例えば、式（１０）のλ）、および被測定物体を観測する観測系のレンズ（例えば、図２の結像レンズ２６）の焦点距離（例えば、図６のｆ）に基づいて決定する走査ステップ決定ステップ（例えば、図１１のステップＳ１２）と、
検出強度のキャリアの周波数（例えば、図１８の周波数ｆｃ）を決定する周波数決定ステップ（例えば、図１１のステップＳ１３）と、
ゾーンプレートを決定するパラメータのうちの初期位相（例えば、式（４）のβ）を、ゾーンプレートの周波数を決定すると一義的に決定されるように設定して、ゾーンプレートを生成するゾーンプレート生成ステップ（例えば、図１１のステップＳ１４）と
をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の測定装置は、  
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布（例えば、図２のゾーンプレート１５ａ）により光源（例えば、図２のレーザ１１）の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体（例えば、図２の被測定物体２５）の高さを測定する測定装置（例えば、図２の測定装置１０）において、
初期位相（例えば、式（４）のβ）が周波数（例えば、式（４）のγ）により一義的に決定されるように規定されているゾーンプレートを順次選択する選択手段（例えば、図４のロード部１１７）と、
選択されたゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を被測定物体に照射して検出強度を測定する測定手段（例えば、図４の測定部１１８）と、
測定された検出強度に基づいて、ゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算する演算手段（例えば、図４の演算部１２５）と
を備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項６に記載の測定装置は、
選択手段は、初期位相（例えば、式（４）のβ）が、１周期を表す定数（例えば、２π）、検出強度のキャリアの周波数（例えば、図１８の周波数ｆｃ）、およびゾーンプレートの周波数（例えば、式（４）の周波数γ）の積（例えば、式（４））に基づいて決定されるように規定されているゾーンプレートを選択する
ことを特徴とする。
【００２７】
請求項７に記載の測定装置は、
検出強度をフーリエ変換するフーリエ変換手段（例えば、図２３のステップＳ６４の処理を実行する図４の変換部１２３）と、
フーリエ変換して得られるスペクトルから、０次スペクトルと−１次または＋１次スペクトル（例えば、図１７の０次スペクトル２５１と−１次スペクトル２５２または＋１次スペクトル２５３）を抽出する抽出手段（例えば、図２３のステップＳ６５の処理を実行する図４の抽出部１２４）と、
抽出した０次スペクトルと−１次または＋１次スペクトルを逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段（例えば、図２３のステップＳ６６の処理を実行する図４の変換部１２３）と、
−１次または＋１次スペクトルを逆フーリエ変換して得られた値を、０次スペクトルを逆フーリエ変換して得られた値で除算する除算手段（例えば、図２３のステップＳ６７の処理を実行する図４の演算部１２５）とをさらに備え、
演算手段は、除算して得られた値を用いてゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算する
ことを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の測定方法は、  
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布（例えば、図２のゾーンプレート１５ａ）により光源（例えば、図２のレーザ１１）の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体（例えば、図２の被測定物体２５）の高さを測定する測定装置（例えば、図２の測定装置１０）の測定方法において、
初期位相（例えば、式（４）のβ）が周波数（例えば、式（４）のγ）により一義的に決定されるように規定されているゾーンプレートを順次選択する選択ステップ（例えば、図２２のステップＳ５５）と、
選択されたゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を被測定物体に照射して検出強度を測定する測定ステップ（例えば、図２２のステップＳ５６）と、
測定された検出強度に基づいて、ゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算する演算ステップ（例えば、図２３のステップＳ７２）と
を含むことを特徴とする。
【００２９】
請求項９に記載のプログラムは、  
ゾーンプレートに基づき形成されたゾーンプレート状の光強度分布（例えば、図２のゾーンプレート１５ａ）により光源（例えば、図２のレーザ１１）の強度を入射角に応じた値に調整して、被測定物体（例えば、図２の被測定物体２５）の高さを測定する測定装置（例えば、図２の測定装置１０）のプログラムにおいて、
初期位相（例えば、式（４）のβ）が周波数（例えば、式（４）のγ）により一義的に決定されるように規定されているゾーンプレートを順次選択する選択ステップ（例えば、図２２のステップＳ５５）と、
選択されたゾーンプレートを用いて強度を入射角に応じた値に調整した光を被測定物体に照射して検出強度を測定する測定ステップ（例えば、図２２のステップＳ５６）と、
測定された検出強度に基づいて、ゾーンプレートの周波数に対応する被測定物体の高さを演算する演算ステップ（例えば、図２３のステップＳ７２）と
をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００３０】
図２は、本発明を適用した測定装置１０の構成例を示している。この測定装置１０は、ゾーンプレート１５ａに基づき、拡散板２０上に形成されるゾーンプレート状の光源分布４１により光源１１からの光の強度を入射角θに応じた値に調整することにより、被測定物体２５の表面高さを測定する。
【００３１】
１１はレーザ、１２はビームエクスパンダ、１３，１７，１９，２２はレンズ、１４，１６は偏光板、１５は空間光変調器（SLM）、１５ａは、空間光変調器１５に表示されたゾーンプレート、１８はピンホール、２０は拡散板である。
【００３２】
２１はモータ、２３はビームスプリッタ、２４は参照面、２５は被測定物体、２６は結像レンズ、２７は結像レンズ２６の駆動装置、２８は検出器、２９は検出器ドライバである。
【００３３】
３０はパーソナルコンピュータ（PC）、３１はSLMコントロールドライバである。なおパーソナルコンピュータ３０は、図３に示すゾーンプレート生成部６１および図４に示す計測処理部１０１を含んで構成されているが、その各部については後述する。
【００３４】
４１は拡散板２０面上に形成されたゾーンプレート１５ａの透明部と不透明部の疎過密度に応じた光強度分布であり２次光源（平面光源）として機能する。そこで以下においては、４１を２次光源と称する。４２は結像レンズ２６のフォーカス点、４３は結像レンズ２６のフォーカス点の共役像である。
【００３５】
レーザ１１から出射されたレーザ光は、ビームエクスパンダ１２によってビーム径が拡大された後、レンズ１３によって平行ビームに変換されて、偏光板１４に入射する。
【００３６】
偏光板１４および偏光板１６は直線偏光を透過するが、両者はその透過方向が互いに垂直または平行になるように、SLM１５を挟んで設置されている。
【００３７】
SLM（spatial light modulator）１５は、多数の画素を構成するLCD（Liquid Crystal Display）により画像を表示できるように構成されており、パーソナルコンピュータ３０により制御されるコントロールドライバ３１からの信号に応じてLCDの光学的特性（吸収による振幅や強度の変化、屈折率による位相変化、偏光の回転）を変化させる。すなわち偏光板１４を介して入射された光ビームがLCDに照射されることによって、光特性に応じた光が偏光板１６を介して出射される。
【００３８】
この例の場合、拡散板２０上にゾーンプレート状の光強度分布（２次光源）４１を形成させるためのゾーンプレート（同心円状に透明部と不透明部の輪帯が交互に多数描かれている像）１５ａが表示されるように、SLM１５の光強度透過率が制御される。
【００３９】
偏光板１６を介して出射された光ビームは、レンズ１７によって収束されてピンホール１８に入射する。ピンホール１８は、ゾーンプレート１５ａの像（光強度分布４１）に表れるSLM１５を構成する離散的な画素の輪郭を平滑して連続化する。ピンホール１８より出射された光は、レンズ１９により平行ビームに変換される。平行ビームは、拡散板２０に入射する。
【００４０】
拡散板２０は、表面に多数の微少な凹凸が形成され、光を拡散させる半透明な円板状のものであり、レンズ１９からの平行ビームを拡散して（ゾーンプレート状の光強度分布を持つ２次光源を生成して）、レンズ２２に出射する。
【００４１】
拡散板２０は、モータ２１により回転される。このように拡散板２０が回転することにより、拡散板２０上に生成されたゾーンプレート状の強度分布を持つ２次光源４１の各点（点光源）の位相がランダムにかつ高速に変化するので、各点光源間の位相差が一定なものにならず、点光源は空間的にインコヒーレントな光源となる。
【００４２】
すなわち拡散板２０にはSLM１５にゾーンプレート１５ａが映し出されることにより、そのゾーンプレート１５ａの光強度透過率に応じた光強度分布を有する２次光源４１が形成され、この２次光源４１から、その光強度分布に応じた光源強度を有する低コヒーレンスの光ビームが出射される。
【００４３】
拡散板２０上に形成された２次光源４１の各点光源から出射された光ビームは、レンズ２２によって平行ビームに変換されて、ビームスプリッタ２３へ入射する。
【００４４】
ビームスプリッタ２３は、入射した平行ビームを２分割し、一方の光ビームを参照面２４（鏡面）に照射し、他方を被測定物体２５に照射する。
【００４５】
すなわち参照面２４および被測定物体２５のそれぞれには、図５に示すように、所定の入射角θで光ビームが入射する。
【００４６】
ところで２次光源４１からは拡散光が出射している。そしてその光ビームの参照面２４および被測定物体２５への入射角θは、図６に示すように、２次光源４１（拡散板２０）上の出射位置（中心からの半径）に応じた値となる。すなわち参照面２４および被測定物体２５へは、入射角θが異なる複数の光ビームが入射する。図５では、簡単のために、点Ｐ1および点Ｐ11には入射角θaの光ビームのみが示されているが、実際には、点Ｐ1および点Ｐ11を含む被測定物体２５の面２５ａには、入射角θが異なる複数の光ビームが入射している。
【００４７】
なお２次光源４１は、その中心が、レンズ２２の光軸上に位置するので、２次光源４１上で、その光軸に対して対称となる位置（点Ａと点Ｄまたは点Ｂと点Ｃ）からのビームの出射角はそれぞれ同じ角度になり、その被測定物体２５への入射角θも同じになる。また２次光源４１はレンズ２２の距離ｆ上に配置されているため、２次光源４１上の各点より出射されたビームはレンズ２２を通過後に平行ビームとなる。
【００４８】
図２に戻り参照面２４へ照射された光ビームは参照面２４で反射し、被測定物体２５へ照射された光ビームは被測定物体２５で反射する。そして参照面２４からの反射光（参照光）と被測定物体２５からの反射光（信号光）は、ビームスプリッタ２３で合成され、結像レンズ２６に入射する。
【００４９】
例えば図５に示すように、光ビーム１５１が被測定物体２５の面２５ａ上の点Ｐ1で反射した信号光と、光ビーム１５２が参照面２４の点Ｐ3で反射した参照光が合成した光ビーム１５３Ａが、結像レンズ２６に入射する。
【００５０】
また光ビーム１５１が被測定物体２５の面２５ａ上の点Ｐ11で反射した信号光と、光ビーム１５２が参照面２４の点Ｐ13で反射した参照光が合成した光ビーム１５３Ｂが、結像レンズ２６に入射する。
【００５１】
上述したように点Ｐ1および点Ｐ11を含む面２５ａには、異なる入射角の複数の光ビームが入射しているので、点Ｐ1および点Ｐ11等からは、複数の合成光が結像レンズ２６に入射する。
【００５２】
結像レンズ２６は、ビームスプリッタ２３から入射された光ビームを、検出器２８のセンサアレイ面（図示せず）に結像させる。
【００５３】
駆動装置２７はパーソナルコンピュータ３０により制御され、結像レンズ２６のフォーカス点４２が、被測定物体２５の面２５ａにフォーカスするように、結像レンズ２６を光軸方向に移動させる。
【００５４】
検出器２８は、結像レンズ２６により結像された像の画像信号を生成する。
【００５５】
ドライバ２９は、検出器２８を駆動するとともに、検出器２８が検出した画像信号を読み出し、パーソナルコンピュータ３０に出力する。
【００５６】
パーソナルコンピュータ３０は、ゾーンプレート１５ａを生成するとともに、検出器２８から読み出した画像信号に基づいて、被測定物体２５の高さ測定処理を実行する。
【００５７】
次に、測定装置１０における測定原理について説明する。
【００５８】
検出器２８には、結像レンズ２６によって、信号光と参照光が合成した光が結像される。この像の各画素の強度（以下、検出強度と称する）Ｉdetは、２次光源４１を形成する各点光源からの光が被測定物体２５と参照面２４から反射されることによって生じる信号光と参照光により生成される干渉縞の強度（以下、干渉強度と称する）Ｉintを互いに独立に加え合せたものとなる。
【００５９】
干渉強度Ｉintは、所定の光源強度Isを持つ信号光と参照光が所定の位相差を持って重なり合うことで強くなったり弱くなったりする。その信号光と参照光の位相差は、信号光と参照光の光路差に対応した大きさとなり、その光路差は、被測定物体２５の凹凸（高さｈ）と入射角θによって決定される。
【００６０】
例えば図５における光ビーム１５１が被測定物体２５の面２５ａ上の点Ｐ1で反射した信号光と、光ビーム１５２が参照面２４の点Ｐ3で反射した参照光との干渉光１５３Ａの干渉強度Ｉintは、その光路差がＬ1＋Ｌ2となることから、光ビーム１５１および光ビーム１５２がＬ1＋Ｌ2の光路差に対応する大きさの位相差で干渉した場合の強度となる。
【００６１】
なおＬ１は点Ｐ2と点Ｐ3の距離、Ｌ２は点Ｐ3と点Ｐ1の距離を、それぞれ表す。点Ｐ2は、光ビーム１５１の点Ｐ1に対応する光ビーム１５２上の点であり、点Ｐ3は、光ビーム１５２の参照面２４上の反射点である。
【００６２】
また光ビーム１５１が被測定物体２５の面２５ａ上の点Ｐ11で反射した信号光と、光ビーム１５２が参照面２４の点Ｐ13で反射した参照光との干渉光１５３Ｂの干渉強度Ｉintは、光路差がＬ11＋Ｌ12となることから、光ビーム１５１および光ビーム１５２がＬ11＋Ｌ12の光路差に対応する大きさの位相差で干渉した場合の強度となる。なお、Ｌ11は点Ｐ12と点Ｐ13の距離、Ｌ12は点Ｐ13と点Ｐ11の距離を、それぞれ表す。
【００６３】
すなわち検出器２８に結像された画像の各画素の検出強度Ｉdetは、式（１）に示すように、対応する面２５ａ上の点から入射してきた干渉光の干渉強度Ｉintの総和であり、各干渉強度Ｉintは、信号光および参照光の持つ光源強度Ｉs、入射角θ、および高さｈにより決定される。
【００６４】
【数１】
2006275740.tif 000003
【００６５】
本発明においては、図７Ａに示されるように入射角θが所定の範囲で変化するように制御される。図７Ｂに示されるように、１つの入射角θAの光のみが使用されるものではない。
【００６６】
しかし、式（１）から明らかなように、光源強度Ｉsが図８Ａに示すように、入射角θにかかわらず一定である場合、図８Ｂに示すように、入射角θに対応して干渉強度Ｉintが変化したとしても、検出強度Ｉdetは、各干渉強度Ｉintの総和となるため、図８Ｃに示すように、高さの変化に拘わらず一定の値となる。
【００６７】
そこで例えば図９Ｂに示す高さｈiでの入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化に合わせて、図９Ａに示すように光ビームの光源強度Ｉsを入射角θに応じた値に調整すれば（変化させれば）、図９Ｃに示すように、高さｈiの点からは検出強度Ｉdetの最大値を得ることができる。なおこの場合検出強度Ｉdetは、下記の式で表される。
【００６８】
【数２】
2006275740.tif 000004
【００６９】
すなわちその光源を利用して被測定物体２５を走査したとき、検出強度Ｉdetの最大値が得られた点の高さを高さｈiとすることができる（被測定物体２５の高さを測定できる）。
【００７０】
このように本発明では、測定したい高さｈ毎に、その高さｈでの入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化に合わせて（図９Ｂ）、光ビームの光源強度Ｉsをその入射角θに応じた値に変化させる（図９Ａ）（そのような光源強度分布を有する２次元光源４１が形成される）ゾーンプレート１５ａを予め生成しておき、生成したゾーンプレート１５ａのそれぞれによって形成される２次光源４１で被測定物体２５を走査することで（以下、適宜、ゾーンプレート１５ａで被測定物体２５を走査すると記載する）、被測定物体２５の高さを測定する。
【００７１】
例えば図１０に示すように、高さｈ11の面２５ａ1上での入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化に合わせて、光ビーム２１１，２２１等の光源強度Ｉsが入射角θに応じた値に変化する２次光源４１を形成するためのゾーンプレート１５ａ−３（周波数γa1）を生成し、高さｈ12の面２５a2上の入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化に合わせて、光ビーム２１１，２２１等の光源強度Ｉsが入射角θに応じた値に変化する２次光源４１を形成するためのゾーンプレート１５ａ−２（周波数γa2）を生成し、図示せぬ高さｈ10での入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化に合わせて光源強度Ｉsが入射角θに応じた値に変化する２次光源４１が形成されるゾーンプレート１５ａ−１を生成し、そして図示せぬ高さｈ13での入射角θに対する干渉強度Ｉsの変化に合わせて光源強度Ｉsが入射角θに応じた値に変化する２次光源４１を形成するためのゾーンプレート１５ａ−４を生成しておけば、それらのゾーンプレート１５ａで被測定物体２５を走査することで、高さｈ10、ｈ11、ｈ12、およびｈ13の点を検出することができる。
【００７２】
このようにして高さ測定が行われる。
【００７３】
次に、ゾーンプレート１５ａの生成処理を、図１１を参照して説明するが、はじめにゾーンプレート１５ａを生成する上で必要なパラメータについて説明する。
【００７４】
上述したように、例えば、図１２に示すように、高さｈ0・・・，高さｈi，・・・，高さｈNのそれぞれで「入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化に合わせて、光ビームの光源強度Ｉsが入射角θに応じた値に変化する」２次光源４１を形成するゾーンプレート１５ａ−０，・・・，１５ａ−ｉ，・・・１５ａ―Ｎを生成すれば、それらのゾーンプレート１５ａで被測定物体２５を走査した際に、高さｈ0の測定点0，・・・，高さｈiの測定点i，・・・，高さｈNの測定点Ｎから検出強度Ｉdetの最大値が得られる。
【００７５】
ここで「入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化に合わせて、光ビームの光源強度Ｉsが入射角θに応じた値に変化する」とは、図１３に示すように、例えば干渉強度Ｉintが小さくなる入射角（図１３Ｂの入射角θ1，θ3等）で光源強度Ｉsが小さくなり（図１３Ａの入射角θ1，θ3等）、干渉強度Ｉintが大きくなる入射角（図１３Ｂの入射角θ0，θ2，θ4等）で光源強度Ｉsが大きくなる（図１３Ａの入射角θ0，θ2，θ4等）こと、すなわち光源強度Ｉsと干渉強度Ｉintの峰同士、および谷同士がそれぞれ一致するように、光源強度Ｉsが変化することを意味する。このように光源強度Ｉsを干渉強度Ｉintと対応させることで、検出強度Ｉdetに正のピーク値をもたらすことができる（図１３Ｃ）。
【００７６】
このことはまた、入射角θに対する光源強度Ｉsの変化の周波数と位相が、入射角θに対する干渉強度Ｉintの変化の周波数と位相に一致していることを意味している。
【００７７】
２次光源４１の光源強度Ｉsはゾーンプレート１５ａの位相βを変化させることで変化する。例えば図１４Ａに示すように所定の周波数γの光源強度（周波数γのゾーンプレート１５ａにより形成された２次元光源４１の光源強度）Ｉsは、周波数が単調増加する余弦波（または正弦波）関数曲線で規定される。図１４Ｂは図１４Ａの一部を位相的に（横軸を）拡大して示している。図１４Ａに示す光源強度Ｉs上の例えば点Ａ、点Ｂ、点Ｃは、図１４Ｂに示す余弦関数曲線上の等強度の点Ａ、点Ｂ、点Ｃにそれぞれ対応する。
【００７８】
そして図１４Ｂに示す余弦関数曲線を、δβ量だけ位相をシフトさせると（δβの位相シフトと称する）、点線で示すような新しい余弦関数曲線が得られ、点Ａ、点Ｂ、点Ｃの強度は変動し、新しい余弦関数曲線上の点Ａ’、点Ｂ’、点Ｃ’となる。点Ａ、点Ｂ、点Ｃは、それぞれδＡ、δＢ、δＣだけシフトする。
【００７９】
このように位相シフトした場合の新しい余弦関数曲線は、図１４Ｃに実線で示されるようになる。
【００８０】
この位相シフトを１８０度にすると、図１５Ａに示すように、元の光源強度Ｉs（図１３Ａ）の峰が谷に、そして谷が峰になり、図１５Ｂに示すように、光源強度Ｉsの峰と谷が干渉強度Ｉintの谷と峰に対応するようになる。この場合、大きい干渉強度Ｉintが検出強度Ｉdetから除去されるので、エネルギー保存の法則によって、検出強度Ｉdetは、図１５Ｃに示すように最小となる。
【００８１】
以上のことを一般的に言えば、所定の空間周波数γのゾーンプレート１５ａを位相シフトすると、２次光源４１の検出強度Ｉdetは、余弦関数に従って、大きくなったり、小さくなったり変動する。そして図１６に示すように、その余弦変動の峰（Ｐp）と谷（Ｐv）の間の位相差は、１８０度となる。
【００８２】
以上のことからゾーンプレート１５ａを位相シフトした場合の２次光源４１の検出強度Ｉdetは、式（２）で表すことができる。式（２）中、ａは検出強度Ｉdetの平均値（直流成分）であり、b (γ)は交流成分の振幅であり、検出強度Ｉdetの峰と谷の差の１／２の値である。γはゾーンプレート１５ａ（２次光源４１）の周波数であり、βはその初期位相であり、φは、被測定物体２５と参照面２４の設定位置により定まる検出強度Ｉdetの初期位相である。
Ｉdet＝ａ（γ）＋ｂ（γ）cos（β＋φ）・・・（２）
【００８３】
なお式（２）は、入射角θに対する光源強度Ｉsの変化が式（３）で表される場合、式（１）と同値となる。式（３）中のｒは、ゾーンプレート１５ａ（２次光源４１）の中心からの距離である。
Ｉs＝１＋cos（γｒ2＋β）・・・（３）
【００８４】
すなわち式（２）によれば、ゾーンプレート１５ａ（２次光源４１）の周波数γと位相βを独立に制御できるため、ゾーンプレート１５ａの走査を、周波数γの走査と周波数γ毎の位相シフトによる走査に分けて行うことができる。周波数γと干渉強度Ｉintの変化の周波数とが一致しても、互いの位相が一致しなければ検出強度Ｉdetは最大とならないが、その周波数γのゾーンプレート１５ａの位相をシフトさせて、光源強度Ｉsの変化の位相を干渉強度Ｉintの変化の位相と一致させれば、そのように干渉強度Ｉintが変化する被測定物体２５の面２５ａの点からは、検出強度Ｉdetの最大値を得ることができる。
【００８５】
また式（２）中のｂ（γ）をａ（γ）で除算すれば、コヒーレンス関数（コントラスト）が得られるので、本発明では、検出強度Ｉdetの最大値を検出する代わりに、コヒーレンス関数（コントラスト）（＝b (γ)/ a（γ））の最大値が検出される。
【００８６】
検出強度Ｉdetの峰の高さは、レーザ光源の光量変化やノイズの影響で変動する場合があるので、最大値が現れる位置（高さｈ）が実際の位置からずれる可能性がある。
【００８７】
コヒーレンス関数を検出するようにすれば、光量変動などが生じても、その除算によりその比をとることにより変動がキャンセルされて、正確なコヒーレンス関数の最大値の場所（高さｈ）を検出することができる。すなわち、コヒーレンス関数を検出する方が、システムのＳＮ比を、検出強度Ｉdetを検出する場合に比べて高くすることができる。
【００８８】
コヒーレンス関数検出法としては大きく分けてフーリエ変換法と位相シフト法の２つ存在する。
【００８９】
フーリエ変換法は、走査するゾーンプレート１５ａの各周波数γに対して、位相βを、図１７Ａに示すように、０乃至３６０°を１周期としてその何周期か繰り返して走査し、図１７Ｂに示すような検出強度Ｉdetを得る。そしてこの検出強度Ｉdetがフーリエ変換される。
【００９０】
このフーリエ変換により、図１７Ｃに示すように、０次スペクトル２５１、−１次スペクトル２５２、そして＋１次スペクトル２５３が得られる。そして、−１次スペクトル２５２（または＋１次スペクトル２５３（その大きさはｂ（γ）／２を表す）と０次スペクトル２５１（その大きさは平均値ａ（γ）を表す）の比からコヒーレンスが算出される。
【００９１】
一方、位相シフト法では、一周期を式（２）の未知数の数以上のステップ数に等分割した位相ステップ量でゾーンプレート１５ａの初期位相βを位相シフトすることにより一周期分だけ走査し、それによって得られた連立方程式を解析することによってコヒーレンス関数が算出される。
【００９２】
ところでフーリエ変換法および位相シフト法では、上述したように、ゾーンプレート１５ａの周波数γ毎の位相シフトが必要となる（少なくとも３回以上の位相シフトが必要となる）。すなわちゾーンプレート１５ａの周波数γの数をＭ、周波数γ毎の位相シフトの回数（走査される位相の数）をＮとすると、ゾーンプレート１５ａはＭｘＮ個だけ必要になる。
【００９３】
すなわちゾーンプレート１５ａの周波数γと位相βを個別に変化させてデータを取得し、フーリエ変換法や位相シフト法をそのまま適用すれば、ゾーンプレート１５ａの全走査に時間がかかるとともに、長時間の走査で外界からのノイズを受けやすくなり、また計算量も増えるなどの問題が生じる。
【００９４】
そこで本発明では初期位相βと周波数γを、例えば式（４）に示すようにリニアな関係に設定することで、周波数γの走査と位相βのシフトが同時に行われるようにする。すなわち位相βも周波数γに対応してリニアに変化して、周波数γの走査に合わせて位相シフトも行われるようにしている。このようにすれば、位相シフトを別途行う必要がないので、データ量の削減と処理の高速化を図ることができる。
β＝２πｆcγ・・・（４）
【００９５】
この場合、ゾーンプレート１５ａの周波数γを走査すると観測画像の各画素の検出強度Ｉdet（式（２））として、図１８に示すようなキャリア信号が検出される。走査されている空間周波数γが実際の高さ周波数ｆcのキャリア周波数を持つ信号と対応していないとき、コヒーレンスは小さいため、キャリアの振幅も小さくなるが、空間周波数γが実際の高さと対応しているとき、コヒーレンスは大きいので、キャリアの振幅も大きくなる。つまり、キャリア信号の振幅がコヒーレンスの大きさを表している。
【００９６】
そこでこのキャリア縞の振幅を検出するために、フーリエ変換法を使用し、図１８の検出強度Ｉdetをフーリエ変換すると、キャリア縞は余弦信号であることから、図１７（Ｃ）を参照して説明したように、３つのスペクトルが得られる。
【００９７】
そして−１次スペクトル２５２（または＋１次スペクトル２５３）と０次スペクトル２５１の間の距離は、キャリア縞の周波数ｆcに対応し、−１次スペクトル２５２（または＋１次スペクトル２５３）を抽出して逆フーリエ変換すれば、検出強度Ｉdetの振幅ｂ（γ）を求めることができる。
【００９８】
なお、−１次スペクトル２５２（または＋１次スペクトル２５３）と０次スペクトル２５１を抽出することができるためには、各スペクトルが重ならないことが必要となる。即ち、図１９と図２０に示されるように、−１次スペクトル２５２と＋１次スペクトル２５３のそれぞれは、必ず０次スペクトル２５１とデータの左右境界線２５４および２５５の間に位置する必要がある。そして、−１次スペクトル２５２と＋１次スペクトル２５３を０次スペクトル２５１から完全に分離することができるためには、キャリア縞の周波数ｆcが、−１次スペクトル２５２と＋１次スペクトル２５３の幅ｆvの１／２以上ある必要がある。すなわち式（５）を満たす必要がある。
ｆc≧ｆv／２・・・（５）
【００９９】
そしてさらに、もし−１次スペクトル２５２と＋１次スペクトル２５３がデータの境界線２５４，２５５を越えると、スペクトルの境界線の外側部分がその境界線で切られて、完全なスペクトルにならないため、キャリア縞の周波数ｆcが(fs-fv)／2以下である必要がある。すなわち式（６）を満たす必要がある。ここでｆsはプレート周波数γを走査するためのサンプリングレートである。
ｆc≦（ｆs-ｆv）／２・・・（６）
【０１００】
また、図２１に示されるように、−１次スペクトル２５２と＋１次スペクトル２５３の幅ｆvが周波数γのサンプリングレートｆsの半分を超えると、−１次スペクトル２５２と＋１次スペクトル２５３は内側が重なるかまたは外側がデータ境界線を越えることになり、完全な振幅のスペクトルが得られなくなるため、式（７）を満たす必要がある。
２ｆc≦fs／２・・・（７）
【０１０１】
以上のことから、周波数γのサンプリングレートｆs、スペクトルの振幅ｆv、およびキャリア縞の周波数ｆcは式（８）を満たさなければ、独立の−１次スペクトル２５２と＋１次スペクトル２５３が抽出できない。
ｆv／２≦ｆc≦（ｆs−ｆv）／２
２ｆc≦ｆs／２                ・・・・（８）
【０１０２】
すなわち式（８）を満たせば、−１次スペクトル２５２（または＋１次スペクトル２５３）の逆フーリエ変換を求めることで、検出強度Ｉdetの振幅分布b (γ)が得られる。更に、０次の逆フーリエ変換を求めることで、検出強度Ｉdetの平均値分布a (γ)が得られる。そしてコヒーレンスがb (γ)／a (γ)によって求められる。なおａ（γ）は２次光源４１の総強度で、検出強度Ｉdetの直流成分であり、ゾーンプレート１５ａの周波数γが変化すると、ａの値は少し変化するので、ａを（γ）の関数で表すことができる。ただし、検出強度Ｉdetの振幅変化に比べると小さいのでほぼ一定の値（ａ（γ）＝ａ）としてもよい。
【０１０３】
以上のように、初期位相βと周波数γ（＝ｈ／λｆ2）は式（４）に示す関係を有しているとともに、ｆcは、式（８）を満たす必要がある。したがって本発明ではこのような条件を満たす位相βと周波数γによってゾーンプレート１５ａが生成される。
【０１０４】
次に、パーソナルコンピュータ３０のゾーンプレート生成部６１（図３）の構成例について説明する。
【０１０５】
幅決定部８１は、フーリエスペクトルの幅ｆvを決定する。走査ステップ決定部８２は、ゾーンプレート１５ａの周波数γの走査ステップΔγを決定する。周波数決定部８３は、幅決定部８１により決定された幅ｆvと走査ステップ決定部８２により決定された走査ステップΔγの逆数であるサンプリング周波数ｆsとの関係で式（８）を満たす、キャリア縞の周波数ｆcを決定する。
【０１０６】
生成部８４は、式（４）に従って、周波数γと、周波数決定部８３により決定されたキャリア縞の周波数ｆcから位相βを算出するとともに、周波数γと算出した位相βを有するゾーンプレート１５ａを生成する。
【０１０７】
次に、ゾーンプレート生成部６１により生成されたゾーンプレート１５ａによる被測定物体２５の高さ測定処理を実行する、パーソナルコンピュータ３０の計測処理部１０１（図４）の構成例について説明する。
【０１０８】
モード設定部１１１は、計測処理部１０１により実行される計測処理のモードを設定する。
【０１０９】
回転部１１２は、モータ２１（図２）を制御して、拡散板２０を回転させる。照射部１１３は、レーザ１１を駆動してレーザ光を照射させる。
【０１１０】
合焦部１１４は、合焦処理を行う。設定部１１５は、観測系（結像レンズ２２、駆動装置２７、検出器２８）の合焦位置を所定の基準位置に設定する。表示部１１６は、検出器２８に結像された画像を表示する。
【０１１１】
ロード部１１７は、所定の周波数γの１つのゾーンプレート１５ａを選択し、コントロールドライバ３１を介して空間光変調器１５にロードする。測定部１１８は、検出器２８に結像された画像（観測画像）の各画素の検出強度Ｉdetを測定し、その測定結果を記憶部１１９に記憶させる。
【０１１２】
判定部１２０は、記憶部１１９に記憶された観測画像の１つの画素を選択し、選択部１２１は、合焦位置を選択し、読出部１２２は、判定部１２０で選択された画素の、選択部１２１で選択された合焦位置における測定値を記憶部１１９から読み出す。
【０１１３】
変換部１２３は、読出部１２２から読み出された測定値をフーリエ変換したり、フーリエ変換で得られたスペクトルの−１次スペクトルまたは＋１次スペクトル、および０次スペクトルを逆フーリエ変換する。抽出部１２４は、変換部１２３でのフーリエ変換で得られたスペクトルから−１次スペクトルまたは＋１次スペクトル、および０次スペクトルをそれぞれ抽出する。
【０１１４】
演算部１２５は、変換部１２３での−１次スペクトルまたは＋１次スペクトル、および０次スペクトルの逆フーリエ変換で得られたｂ（γ）とａ（γ）からコヒーレンスを算出するとともに、算出したコヒーレンスの最大値を求める。演算部１２５は、求めたコヒーレンスの最大値に対応する周波数γから画素に対応する被測定物体２５の面高さを演算する。
【０１１５】
図１１のフローチャートを参照して、ゾーンプレート１５ａの生成処理を説明する。なおこの処理は、パーソナルコンピュータ３０の図３に示すゾーンプレート生成部６１により行われる。
【０１１６】
ステップＳ１１において、ゾーンプレート生成部６１の幅決定部８１は、フーリエスペクトルの幅ｆvを決定する。なおｆvは、式（９）に示すように、ゾーンプレート１５ａの照明範囲の半径の最大値Ｒmaxを2乗した値である。なお予備実験（シミュレーションを含む）によって幅ｆvを推定することもできる。
ｆv＝Ｒmax2・・・（９）
【０１１７】
ステップＳ１２において、走査ステップ決定部８２は、ゾーンプレート１５ａの周波数γの走査ステップΔγを、式（１０）に示すように、被測定物体の高さの検出単位Δｈ、被測定物体を測定するとき用いる光源の光の波長λ、および被測定物体を観測する観測系のレンズ２２の焦点距離ｆ（図６）に基づいて決定する。
１／ｆs＝Δγ＝Δｈ／λｆ2・・・（１０）
【０１１８】
ステップＳ１３において、周波数決定部８３は、ステップＳ１１で算出された幅ｆvとステップＳ１２で算出されたサンプリング周波数ｆsとの関係の下で、式（８）を満たす、キャリア縞の周波数ｆcを決定する。
【０１１９】
ステップＳ１４において、生成部８４は、式（４）に従って、周波数γと、ステップＳ１３で決定されたキャリア縞の周波数ｆcから位相βを算出する。
【０１２０】
生成部８４は、周波数γと算出した位相βを有するゾーンプレート１５ａを生成する。
【０１２１】
以上のようにしてゾーンプレート１５ａが生成される。
【０１２２】
次に以上のように生成されたゾーンプレート１５ａによる、被測定物体２５の高さ測定処理を、図２２および図２３のフローチャートを参照して説明する。この例の場合、被測定物体２５の高さ分布が狭く、すべての表面の高さが１つの被写界深度内に入るものとし、フォーカス走査は行われず、ゾーンプレート１５ａによる周波数γの走査のみが行われる。なおこの処理は、パーソナルコンピュータ３０の図４に示す計測処理部１０１により実行される。
【０１２３】
ステップＳ１５１において、パーソナルコンピュータ３０の計測処理部１０１の回転部１１２は、モータ２１を制御して、拡散板２０を回転させる。
【０１２４】
次にステップＳ１５２において、照射部１１３は、レーザ１１を駆動してレーザ光を照射させる。
【０１２５】
ステップＳ１５３において、設定部１１５は、観測系の合焦位置を計測範囲の所定の基準位置に設定する。すなわち設定部１１５は、駆動装置２７を駆動して、結像レンズ２６を垂直方向に移動させて、結像レンズ２６のフォーカス点をその基準位置に設定する。合焦部１１４は、その位置で合焦処理を実行する。
【０１２６】
このように結像レンズ２６を合焦させるのは、図２４に示すように観測点Ａおよび観測点Ｂを被測定物体２５の面２５ａ上にフォーカスできれば、その観測点Ａおよび観測点Ｂの検出強度Ｉdetは、その点からの干渉光の干渉強度Ｉintの総和となり、その高さｈに応じた値となる。図２４の例では、高さｈ21の観測点Ａからは、入射角θ1の光ビーム２７１の干渉光と入射角θ2の光ビーム２７２の干渉光が入射され、高さｈ22の観測点Ｂからは、入射角θ1の光ビーム２７１の干渉光と入射角θ2の光ビーム２７２の干渉光が入射される。
【０１２７】
一方、図２５に示すように観測点Ｄが被測定物体２５の面２５ａ上にフォーカスされていない場合（面２５ａの上方の位置でフォーカスされている場合）、そのときの検出強度Ｉdetは、点Ｄに入射する複数の点Ａ，Ｂ，Ｃからの干渉光を含んだ干渉強度Ｉintの総和となるので、高さｈだけに応じた値とならない。
【０１２８】
その結果、面２５ａが鏡面であれば問題はないが、粗面である場合は高さを測定することができない。合焦することで面２５ａが粗面であっても高さを測定することが可能になる。
【０１２９】
次にステップＳ１５４において、合焦部１１４は、合焦したか否かを判定し、合焦していないと判定した場合、合焦するまで待機する。
【０１３０】
合焦したとき、ステップＳ１５５において、表示部１１６は、検出器２８に結像された画像を表示する。
【０１３１】
ステップＳ１５６において、ロード部１１７は、所定の周波数γの１つのゾーンプレート１５ａを選択し、コントロールドライバ３１を介して空間光変調器１５にロードする。
【０１３２】
例えば図２６Ａの例では、はじめに周波数γ1のゾーンプレート１５ａ−１がロードされる。
【０１３３】
次にステップＳ１５７において、測定部１１８は、検出器２８に結像された画像（観測画像）の各画素の検出強度Ｉdetを測定し、ステップＳ１５８において、その測定結果を記憶部１１９に記憶させる。
【０１３４】
このようにして、例えば図２６Ａの例では、画像ＩＭ1の各画素の検出強度Ｉdetが測定され、その測定結果が記憶部１１９に記憶される。
【０１３５】
ステップＳ１５９において、ロード部１１７は、対象とする全てのゾーンプレート１５ａを選択したか否かを判定し、選択していないゾーンプレート１５ａがまだ残っていると判定した場合、ステップＳ１５６に戻り、次のゾーンプレート１５ａ（他の周波数γのゾーンプレート１５ａ）を選択し、それを空間光変調器１５にロードする。その後、ステップＳ１５７以降の処理が同様に行われる。
【０１３６】
すなわち図２６Ａの例では、ゾーンプレート１５ａ−２（図示せず）乃至１５ａ−ｍが順に選択され、選択されたゾーンプレート１５ａでの観測画像ＩＭ2（図示せず）乃至ＩＭmの各画素の検出強度Ｉdetがそれぞれ記憶部１１９に記憶される。
【０１３７】
ステップＳ１５９で、すべてのゾーンプレート１５ａを選択したと判定された場合、ステップＳ１６０（図２３）に進み、判定部１２０は、記憶部１１９に記憶された各観測画像の１つの画素を選択する。
【０１３８】
ステップＳ１６１において、読出部１２２は、ステップＳ１６０で選択された画素の各ゾーンプレート１５ａの選択時の検出強度Ｉdetの測定値を、記憶部１１９から読み出す。
【０１３９】
ステップＳ１６０で、例えば図２６Ａの例に示す画素Ａが選択された場合、各ゾーンプレート１５ａの選択時の画素Ａの検出強度Ｉdetがそれぞれ読み出される。これにより、図２６Ｂと図２７の最も左側に示されるような検出強度Ｉdetが得られることになる。
【０１４０】
次にステップＳ１６２において、変換部１２３は、ステップＳ１６１で読み出された測定値をフーリエ変換する（図２７のＳ１６２）。なお図２７は、ステップ１６２乃至ステップＳ１６５の処理を模式的に表したものであり、対応するステップの番号が付されている。
【０１４１】
ステップＳ１６３において、抽出部１２４は、ステップＳ１６２でのフーリエ変換で得られたスペクトルから−１次スペクトルと０次スペクトルを抽出する（図２７のＳ１６３）。
【０１４２】
次にステップＳ１６４において、変換部１２３は、ステップＳ１６３で抽出された−１次スペクトルと０次スペクトルを逆フーリエ変換し、ｂ（γ）とａ（γ）を求める（図２７のＳ１６４）。
【０１４３】
ステップＳ１６５において、演算部１２５は、ステップＳ１６４で算出されたｂ（γ）とａ（γ）からコヒーレンス（＝ｂ（γ）／ａ（γ））を演算する（図２７のＳ１６５）。
【０１４４】
次にステップＳ１６６において、演算部１２５は、コヒーレンスに対応する周波数γを演算し（その最大値が得られたゾーンプレート１５ａの周波数γを取得し）、ステップＳ１６７において、その周波数γに対応する高さｆを演算する（ｈ＝γλｆ2）。
【０１４５】
ステップＳ１６８において、まだ処理していない画素があるか否かが判定され、まだ処理していない画素が残っていると判定された場合、ステップＳ１６０に戻り、次の画素が選択されて、ステップＳ１６１以降の処理が同様に行われる。
【０１４６】
ステップＳ１６８で、処理していない画素が存在しないと判定された場合、ステップＳ１６９に進み、演算部１２５は、ステップＳ１６７で演算した各画素の高さに基づいて被測定物体２５の形状を演算する。
【０１４７】
ステップＳ１７０において、表示部１１６は、ステップＳ１６９で演算した形状に応じた測定画像を表示する。
【０１４８】
以上のようにして被測定物体２５の高さ（形状）が測定される。
【０１４９】
例えば所定の被写界深度内に、図２８に示すように、周波数γ１で干渉強度Ｉintが最大に変化する高さｈiの点ｐiと、周波数γ2で干渉強度intが最大に変化する高さｈkの点ｐkが存在する場合、点ｐiに対応する画素からは、周波数γ１のゾーンプレート１５ａ−ｉでの走査時に振幅が最大となるスペクトル分布が得られるので、周波数γ1から点ｐiの高さを算出することができる。また点ｐkに対応する画素からは、周波数γ2のゾーンプレート１５ａ−ｋでの走査時に振幅が最大となるスペクトル分布が得られるので、周波数γ2から点ｐkの高さを算出することができる。
【０１５０】
また例えば高さが１００μｍの凹凸のある硬貨の表面を以上のように測定すると、図２９に示すような画像を得ることができる。図２９Ａおよび図２９Ｂには、硬貨の表面の一部の画像が示されている。
【０１５１】
以上のように、ゾーンプレート１５ａの位相を周波数γによって規定して（式（４））、位相シフトによる走査が自動的に行われるようにしたので、迅速に測定処理を行うことができる。すなわち本発明で走査数（ゾーンプレートの数）は、周波数γの数（Ｍ）だけとなるので、従来の場合（図１）（Ｍ×Ｎ）に比べると、最低でもＮ＝３であるとすると、データ量を１／３以下に削減することができる。
【０１５２】
なお以上においては、被測定物体２５の面２５ａの形状を測定する場合を例として説明したが、図３０に示すように、被測定物体２５の表面２５ｂ1上の点の他、観測系のフォーカス点を物体内部にフォーカスし、断層面２５ｂ2上の点からの検出強度Ｉdetを検出するようにすれば、被測定物体２５の内部の構造も測定することができる。
【０１５３】
光ビーム３０１および３０２の波長については、被測定物体２５の波長吸収範囲を避けて、適当に被測定物体２５内部に入射可能なものを選択する必要がある。
【０１５４】
なお、本明細書において、記録媒体により提供されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】従来の高さ測定方法を説明する図である。
【図２】本発明を適用した測定装置１０の構成例を示すブロック図である。
【図３】ゾーンプレート生成部６１の構成例を示すブロック図である。
【図４】計測処理部１０１の構成例を示すブロック図である。
【図５】入射角θを説明する図である。
【図６】入射角θを説明する他の図である。
【図７】光源強度Ｉsの例を示す図である。
【図８】検出強度Ｉdetの例を示す図である。
【図９】検出強度Ｉdetの他の例を示す図である。
【図１０】高さ検出の例を示す図である。
【図１１】ゾーンプレート生成処理を説明するフローチャートである。
【図１２】高さ検出の他の例を示す図である。
【図１３】高さ検出の他の例を示す図である。
【図１４】位相シフトを説明する図である。
【図１５】高さ検出の他の例を示す図である。
【図１６】位相シフトを説明する他の図である。
【図１７】高さ検出の他の例を示す図である。
【図１８】キャリアの振幅を説明する図である。
【図１９】フーリエ変換結果を示す図である。
【図２０】他のフーリエ変換結果を示す図である。
【図２１】他のフーリエ変換結果を示す図である。
【図２２】他の高さ計測処理を説明するフローチャートである。
【図２３】他の高さ計測処理を説明する他のフローチャートである。
【図２４】フォーカス走査について説明する図である。
【図２５】フォーカス走査について説明する他の図である。
【図２６】高さ計測処理を説明する図である。
【図２７】高さ計測処理を説明する他の図である。
【図２８】高さ計測処理を説明する他の図である。
【図２９】測定画像を示す図である。
【図３０】被測定物体の内部構造を測定する場合を説明する図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１１  レーザ，  １２  ビームエクスパンダ，  １３，１７，１９，２２  レンズ，  １４，１６  偏光板，  １５  空間光変調器（SLM），  １８  ピンホール，  ２０  拡散板，  ２１  モータ，  ２３  ビームスプリッタ，  ２４  参照面，  ２５  被測定物体，  ２６  結像レンズ，  ２７  駆動装置，  ２８  検出器，  ２９  検出器ドライバ，  ３０  パーソナルコンピュータ，  ３１  SLMコントロールドライバ，  ４１  ゾーンプレート
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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