(57)【要約】【課題】干渉ノイズを回避しつつ、かつ測定対象物の配置調整が容易となる干渉計を提供する。【解決手段】波長可変光源２０１は、出射する光の波長λを走査幅Δλの範囲で変更可能とされる。Δλとλとにより、干渉計２００の可干渉距離ΔＬが決定される。制御部３００は、走査幅Δλを適切な大きさに設定して可干渉縞画像をＣＣＤカメラ２０９に撮像させる。このとき、露光時間Ｔｅは、波長走査が行われる時間よりも長く設定される。【選択図】図１
2006349657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射する光の波長を変更可能に構成された波長可変光源と、
該波長可変光源からの光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割すると共に、前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする光分割合成部材と、
前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する撮像部と、
前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる制御部と、
前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する形状算出部と
を備えたことを特徴とする干渉計。
【請求項２】
前記制御部は、設定すべき測定対象物の位置によって生じる参照光と測定光の光路長差に基づいて、前記所定の露光時間内における波長の変化の範囲を決定する請求項１記載の干渉計。
【請求項３】
前記制御部は、前記測定対象物の位置の粗調整時に比べ、前記測定対象物の位置の微調整時及び測定時において前記波長の変化の範囲を大きく設定する請求項１記載の干渉計。
【請求項４】
前記合成光を複数の分割光に分割する光分割部材と、
前記複数の分割光の各々の間に所定の位相差を与える複数の位相シフト光学部材とを備え、
前記撮像部は、位相シフトさせられた前記複数の分割光の各々により形成される複数の干渉縞画像を撮像するよう構成された
ことを特徴とする請求項１記載の干渉計。
【請求項５】
前記光分割部材は、前記波長可変光源から入射する光を、互いに直交する直線偏光である測定光と参照光とに分割するものであり、
前記位相シフト光学部材は、
前記合成光における互いに直交する直線偏光を、左回り円偏光、右回り円偏光に変換する１／４波長板と、
前記光分割部材により分割された分割光の光路に挿入された偏光軸が互いに異なる複数の偏光板と
を備えたことを特徴とする請求項４記載の干渉計。
【請求項６】
前記光分割合成部材は、前記波長可変光源から入射する光を、互いに直交する直線偏光である測定光と参照光とに分割するものであり、
前記位相シフト光学部材は、
前記光分割部材により分割された第１の分割光の光路に挿入され第１の偏光軸を有する第１偏光板と、
前記光分割部材により分割された第２の分割光の光路に挿入され前記第１の偏光軸と同一の第２の偏光軸を有する第２偏光板と、
前記光分割部材により分割された第３の分割光の光路に挿入され前記第１の偏光軸とは９０°異なる第３の偏光軸を有する第３の偏光板と、
前記第２の分割光の光路に挿入され前記合成光の偏光方向と進相軸方向及び遅軸方位が略一致した１／４波長板と
を備えたことを特徴とする請求項４記載の干渉計。
【請求項７】
前記波長可変光源は、照射する光の中心波長を周期関数状に変化させて、前記周期関数の一部の時間帯において、前記撮像素子で選択的に積分受光することを特徴とする請求項１記載の干渉計。
【請求項８】
前記周期関数の一部の時間帯は、前記周期関数上の変化量が最大の時間帯であることを特徴とする請求項７項記載の干渉計。
【請求項９】
前記周期関数は正弦波関数とすることを特徴とする請求項７又は８記載の干渉計。
【請求項１０】
前記形状算出部は、前記干渉縞画像からフーリエ変換法などの干渉縞解析手法により形状を算出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の干渉計。
【請求項１１】
前記形状算出部は、前記参照面または前記測定対象物を移動させるかまたは、前記参照光または前記測光の光路上に位相遅延を生じさせる光学媒体を配置して、前記参照光と前記測定光との間に相対的な位相差を与え、位相シフト法により形状を算出することを特徴とする請求項1、２、３、７、８、９のいずれか１項記載の干渉計。
【請求項１２】
前記形状算出部は、前記周期関数の一部の時間帯において前記撮像素子で選択的に積分受光する際に異なる波長範囲にて選択的に積分受光して、複数の位相シフトされた干渉縞を撮像して、形状を算出することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の干渉計。
【請求項１３】
波長を変化させながら光を照射する工程と
前記光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割する工程と、
前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする工程と、
前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する工程と、
前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる工程と、
前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する工程と
を備えたことを特徴とする形状測定方法。
【請求項１４】
設定すべき測定対象物の位置によって生じる参照光と測定光の光路長差に基づいて、前記所定の露光時間内における波長の変化の範囲を決定することを特徴とする請求項１３記載の形状測定方法。
【請求項１５】
前記測定対象物の位置の粗調整時に比べ、前記測定対象物の位置の微調整時及び測定時において前記波長の変化の範囲を大きく設定する請求項１３記載の形状測定方法。
【請求項１６】
前記合成光を複数の分割光に分割する工程と、
前記複数の分割光の各々の間に所定の位相差を与える工程と
を備え、
前記所定の露光時間で撮像する工程は、位相差を与えられた前記複数の分割光の各々により形成される複数の干渉縞画像を撮像する
ことを特徴とする請求項１３記載の形状測定方法。
【請求項１７】
前記波長を変化させながら照射された光は、該光の中心波長を周期関数状に変化させて、前記周期関数の一部の時間帯において、前記撮像素子で選択的に積分受光することを特徴とする請求項１３記載の形状測定方法。
【請求項１８】
前記周期関数の一部の時間帯は、前記周期関数上の変化量が最大の時間帯であることを特徴とする請求項１７項記載の形状測定方法。
【請求項１９】
前記周期関数は正弦波関数とすることを特徴とする請求項１７又は１８記載の形状測定方法。
【請求項２０】
前記形状算出部は、前記周期関数の一部の時間帯において前記撮像素子で選択的に積分受光する際に異なる波長範囲にて選択的に積分受光して、複数の位相シフトされた干渉縞を撮像して、形状を算出することを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項記載の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉縞を用いて測定対象物の形状を測定する干渉計及びその干渉計を用いた形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面度を測定する干渉計には、一般にＨｅ−Ｎｅレーザなどの可干渉性の高い光源が使用される。ところが、平行なガラス基板を測定する場合、測定したい表面（被検面）からの反射光と、不要な裏面からの反射光が互いに干渉し、これが干渉ノイズとなる。可干渉性の低い光源を使用して、表面／裏面間を往復する光の光路長ｄよりも可干渉距離ΔＬを十分短く設定することにより、裏面からの反射による干渉ノイズを防ぐことができる（特許文献１参照）。
【０００３】
一方で、可干渉距離ΔＬをあまりに短く設定すると、測定光の光路長と参照光の光路長の差（光路長差）を可干渉距離ΔＬ以下にしなければ測定を行うことができず、従って凹凸の大きい被検面の測定が困難になると共に、測定対象物の設定の際にも、熟練した作業者による厳密な作業が必要となる。
【特許文献１】特開２００１−９１２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、干渉ノイズを回避しつつ、かつ測定対象物の配置調整が容易となる干渉計及びその干渉計を用いた形状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】
【０００５】
本発明に係る干渉計は、出射する光の波長を変更可能に構成された波長可変光源と、該波長可変光源からの光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割すると共に、前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする光分割合成部材と、前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する撮像部と、前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる制御部と、前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する形状算出部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る形状測定方法は、波長を変化させながら光を照射する工程と、前記光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割する工程と、前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする工程と、前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する工程と、前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる工程と、前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、干渉ノイズを回避しつつ、かつ測定対象物の配置調整が容易となる干渉計及びその干渉計を用いた形状測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
［第１実施形態］  図１は、本発明の第１実施形態に係る干渉計の概略構成図である。図１中に示す干渉計２００は、波長可変光源２０１、集光レンズ２０２、ピンホール２０３、コリメータレンズ２０４、ビームスプリッタ２０５、参照ミラー２０６、レンズ２０８及びＣＣＤカメラ２０９を備えている。ここでの測定対象Ｗは、表面を被検面とする透過性の物体であり、裏面で測定光の反射を生じさせる厚さｔを有する物体である。
【００１０】
波長可変光源２０１は、単一縦モードのレーザ光を発するように調整されたレーザ光源であり、その中心波長λ０が制御部３００からの制御信号により波長走査幅Δλ＝λ０±Δλ／２に亘って変化するように制御されるものである。制御部３００は、測定対象物Ｗの厚さｔや、参照光と測定光の光路長差等によって決めるべき可干渉距離ΔＬに従い、波長可変光源２０１が発する光の中心波長λ０を制御する。
【００１１】
この波長可変光源２０１からの光は、レンズ２０２で集光されてピンホール２０３に投影される。ピンホール２０３で形成された点光源からの光は、コリメータレンズ２０４により平行光とされてビームスプリッタ２０５に入射される。ビームスプリッタ２０５に入射した平行光は一部が参照ミラー２０６の方向に反射されて参照光となり、他は透過して測定対象物Ｗに向かう測定光となる。
【００１２】
参照ミラー２０６で反射した参照光と、測定対象物Ｗの表面（被検面）で反射した測定光とは、それぞれビームスプリッタ２０５で反射又は透過して合成され、その合成光はレンズ２０８により集光される。この後この合成光による干渉縞画像がＣＣＤ２０９の撮像面に形成され、干渉縞画像が撮像される。
【００１３】
ＣＣＤカメラ２０９は、その露光時間Ｔｅを、測長可変光源２０１により波長λが波長走査幅Δλだけ変化する時間Ｔｃよりも長い時間となるよう、制御部３００により制御される。例えば、波長可変光源２０１の波長を走査して積分露光するときの合成の強度分布が正規分布だった場合には、可干渉距離ΔＬは、波長走査幅Δλによって、概略次のように決定される。
【００１４】
【数１】
2006349657.tif 000003
波長走査幅Δλの大きさを制御することにより、可干渉距離ΔＬを任意の大きさに設定することができる。すなわち、測定対象物Ｗの位置の粗調整の際には可干渉距離ΔＬを大きくして位置調整を容易にすることができる。また、位置の粗調整完了後には、測定対象物Ｗの例えば厚さ等に応じて可干渉距離ΔＬを小さく設定して微調整を行い、その測定を行うことが出来るので、測定対象物Ｗの裏面反射に基づく干渉ノイズを除去した高精度な計測が可能となる。制御部３００は、必要な可干渉距離ΔＬに応じて、波長走査幅Δλを決定して波長可変光源２０１を制御する。なお、波長可変光源２０１を波長走査し積分露光する際の合成の強度分布が正規分布とみなせない場合には、可干渉距離ΔＬは、上記［数１］でなく、より複雑な関数により表せるが、この場合も、その関数に従って可干渉距離ΔＬを演算すればよい。
【００１５】
次に、波長走査を行うことにより、干渉ノイズを除去した測定対象物Ｗの計測の原理を以下に説明する。まず、光路長を図１に示すように定義する。すなわち、参照光の光路長（ビームスプリッタ２０５で反射し参照ミラー２０６で反射してビームスプリッタ２０５に戻るまでの光路の長さ）をｌ１と定義する。また、測定光の光路長（ビームスプリッタ２０５を通過し測定対象物Ｗの被検面で反射してビームスプリッタ２０５に再び戻るまでの光路の長さ）をｌ２と定義する。さらに、ノイズ光の光路長（ビームスプリッタ２０５を通過し測定対象物Ｗの裏面で反射してビームスプリッタ２０５に再び戻るまでの光路の長さ）をｌ３と定義する。
【００１６】
この場合、参照光、測定光、及びノイズ光の合成光の干渉強度は、次の式で表される。なお、参照光、測定光及びノイズ光を複素振幅で表した場合の振幅を１とし、簡略化して示している。また、干渉縞画像は２次元の光強度分布を有するが、次の式ではある１点の光強度を１次元で簡略化して示している。
【００１７】
【数２】
2006349657.tif 000004
ここで、ｋは波数（＝２π／λ）である。
【００１８】
ｌ２とｌ１の差、ｌ３とｌ１の差をそれぞれΔｌ２１、Δｌ３１とすると、［数２］は次式のように表現することができる。
【００１９】
【数３】
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ＣＣＤカメラ２０９の露光時間Ｔｅに波長λを波長走査幅Δλに亘って変化させた場合に、各波長により発生する干渉縞画像の積分強度としての干渉強度Ｉｉｎｔが得られる。干渉強度Ｉｉｎｔは、次の式で表される。
【００２０】
【数４】
2006349657.tif 000006
ここで、参照光の光路長ｌ１と測定光の光路長ｌ２が略等しくなるように測定対象物Ｗの位置調整がなされていると考える。この場合、［数４］の各項のうち、第２項のようにΔｌ２１のみを含む項は、波長に関係なく略一定の強度となり、測定対象物Ｗの形状によって変化する強度となる。
【００２１】
一方、第３項のようにΔｌ３１のみを含む項は、波長が走査されることで強度が変動するが、積分されると平均強度となり、Δｌ３１とは無関係の強度となる。従ってこの第３項は、干渉強度Ｉｉｎｔにおいて、バイアスを表す項となる。第１項の定数項も、バイアスを表す項となる。第４項、第５項は、測定対象物Ｗの形状に応じて変化する強度にバイアス成分が積算された強度となる。従って、［数４］は、次式のように簡略化して表現することができる。
【００２２】
【数５】
2006349657.tif 000007
ただし、Ｂはバイアス、Ａは振幅を表している。
【００２３】
従って、波長走査幅Δλに亘って波長走査を行って積分された干渉縞画像を得ることにより、裏面反射の影響を除いた干渉縞計測を行うことが可能となる。
【００２４】
次に、この実施形態の干渉計２００における測定対象物Ｗの位置調整の方法を、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２５】
測定対象物Ｗを図示しない載置部に設置した後（Ｓ１）、波長可変光源２０１の出射光の波長λの走査幅をΔλ１に設定し、波長走査を行う（Ｓ２）。このΔλは、上記［数１］に基づき、可干渉距離ΔＬが測定対象物Ｗの粗調整が可能な距離Ｌ１（図３参照）に設定される。ユーザは、干渉縞が観測できるような位置に測定対象物Ｗを移動させることにより、測定対象物Ｗの位置の粗調整を行う（Ｓ３）。
【００２６】
粗調整が完了した後、波長可変光源２０１の出射光λの走査幅を、Δλ１よりも大きいΔλ２に設定し、波長走査を行う（Ｓ４）。Δλ２は、可干渉距離ΔＬが、測定対象物Ｗの屈折率をｎ、厚さをｔとして、ΔＬ２＜２ｎｔとなるような短い可干渉距離Ｌ２（図３参照）に設定される。ユーザは、干渉縞が観測できるような位置に測定対象物Ｗを移動させることにより、測定対象物Ｗの位置の微調整を行う（Ｓ５）。
【００２７】
微調整が完了すると、その位置では測定対象物Ｗの裏面反射による不要な干渉を抑制した干渉縞画像が観察可能となり、正確な干渉縞計測が可能となる（Ｓ６）。このようにして、波長λの走査幅を変更して可干渉距離ΔＬ１、ΔＬ２と段階的に短くしながら測定対象物Ｗの位置調整を行うことにより、初めから短い可干渉距離で位置調整を行う場合に比べて簡単に位置調整を完了し、裏面反射のノイズを抑えた干渉縞測定を行うことが可能となる。なお、ここでは可干渉距離ΔＬを２段階に変化させる例を説明したが、これに限らず例えば３段階以上にΔＬを変化させるのでも構わない。
【００２８】
次に、図４及び図５を参照して、上述した波長走査幅Δλで走査した光による干渉縞測定時の積分受光方法及びその例について説明する。
【００２９】
まず、上述したように波長可変光源の発振波長λ（ｔ）を周期的に変調させる。例えば、図４に示すように正弦波状に変調した場合、発振波長λ（ｔ）は時間ｔの関数として以下の式で表される。
【００３０】
【数６】
2006349657.tif 000008
ここで、Δλ（波長λ０を中心として±Δλ／２の波長走査を行う）は波長走査幅で、ωは光源の波長の変調周波数（波長λの変化周期Ｔの逆数）を表す。以下に詳細を説明する。発振波長λ（ｔ）が周期的に変化するので、粗調整を行う場合には、波長走査幅Δλを小さくするか、あるいは、波長の変化が小さくなるようなタイミングにおいて積分受光させる。一方、微調整を行う場合には、波長走査幅Δλを大きくするか、あるいは、波長の変化が大きくなるようなタイミングにおいて積分受光させることにより、それぞれの調整モードの可干渉距離に適した波長走査幅の光を選択的に受光させることができる。
【００３１】
所定の受光時間Δｔで変調された光を積分受光した受光波長変化幅ΔΛは、たとえば、波長が単調増加または減少するような区間であった場合には、以下の［数７］で表される。
【００３２】
【数７】
2006349657.tif 000009
つまり、波長可変光源２０１は、［数６］に示される波長変調幅Δλの光を照射し、ＣＣＤカメラ２０９は、［数７］に示される受光波長変化幅ΔΛにより干渉縞画像を取得する。
【００３３】
そして、Δｔ≪１／ωの場合、［数７］に示されるΔΛは、近似的に微小時間変化における受光波長変化幅ΔΛ’として［数８］で表される。
【００３４】
【数８】
2006349657.tif 000010
積分受光するタイミングｔを以下の［数９］で示した時間の付近、すなわち、λ（ｔ）＝λ０となるような時間ｔ付近に設定する場合、［数８］は、さらに［数１０］に簡素化される。
【００３５】
【数９】
2006349657.tif 000011
【００３６】
【数１０】
2006349657.tif 000012
ここで、以下に示す［数１１］のように、仮に受光時間、つまりＣＣＤカメラ２０９のシャッター時間をΔｔとして、そのΔｔが変調周期Ｔの１／ｍとすれば、微小時間変化における受光波長変化幅ΔΛ’は以下に示す［数１２］となる。
【００３７】
【数１１】
2006349657.tif 000013
【００３８】
【数１２】
2006349657.tif 000014
すなわち、変調周期Ｔの時間をかけてＣＣＤカメラ２０９により積分受光させれば、図４の（ア）に示すように、その受光波長変化幅はΔΛ１＝Δλとなり、波長変化幅Δλ全体の波長の光を積分受光することとなる。また、波長λ０を中心として、Ｔ／ｍの時間を要するタイミングで積分受光させれば、図４の（イ）に示すように、その受光波長変化幅はΔΛ２＝Δλπ／ｍとなる。つまり、所定のタイミングに合わせて、特定波長領域の光を選択的に積分受光させることにより、可干渉距離に応じた粗調整モードと微調整モードに対応する波長変化幅を有する光を積分受光することができる。
【００３９】
一方、発振波長の変調を、図４のように時間ｔに対して正弦関数的に変調させるのではなく、図５のように時間ｔに対して線形的に変化する関数、例えば鋸歯状の関数にすることも可能である。この場合、受光時間Δｔを周期Ｔの１／ｍ倍にすれば、図５の（イ）に示すように、受光波長変化幅ΔΛ２も周期Ｔで積分受光した受光波長変化幅ΔΛ１（図５の（ア））と比較して、その波長領域を１／ｍ倍に短くすることができる。
【００４０】
ここで、図４のように正弦関数的に発振波長を変調させた場合と、図５のような線形的に発振波長を変調させた場合とを同じ受光時間で比較すると、正弦関数的に発振波長を変調させた場合にあって波長λ０を中心として積分受光すれば、波長を線形的に変調したときに比べて、π倍だけ広い波長区間で積分受光が可能となる。つまり、可干渉距離を短くしたいにもかかわらず、積分受光時間Δtに対して十分に短い周期Ｔで、光源の波長を変調できない場合において、極めて有効な方法となる。
【００４１】
以上、発振波長を周期的に変調し、一周期中の一部の区間のみで選択的に積分受光することにより、短時間で所望とする波長領域の光を積分受光することができるので、可干渉距離に応じた波長領域の光を選択的に受光することができる。さらには、単位時間あたりの波長変化量が最大となるタイミング（正弦波状に変調した場合にあっては、中心λ０）にあわせ、選択的に積分受光することで、より効率的に積分受光することができる。また、短時間で積分受光可能であるので、振動条件下においても撮像される干渉縞がぼやけることなく、干渉ノイズの発生しない鮮明な干渉縞を得ることが可能になる。
【００４２】
また、本手法は、高い周波数で変調可能な光源を使用すれば、干渉縞の撮像時により高速なシャッターを用いることが出来る。一方で、機械的な駆動機構を利用して波長変調を行う回折光フィードバックによる外部共振器型の半導体レーザの場合、変調周波数を高くすることは困難である。光源として、このようなレーザ光を使用する場合、変調周期に対し短い時間で効果的に積分受光できる本手法は、極めて有効な手段となる。
【００４３】
［第２実施形態］  次に、本発明の第２実施形態に係る干渉計を、図６を参照して説明する。図６において、第１実施形態と共通する構成部材については同一又は対応する符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。この実施形態の干渉計は、光学的に異なる位相差の干渉縞を同時に取得して位相シフト法を実行する干渉計である点で、第１実施形態と異なっている。
【００４４】
波長可変光源２０１から出射された出射光は、変更ビームスプリッタ２０５’により、直交する直線偏光である測定光と参照光とに分割される。測定光と参照光はそれぞれ、１／４波長板２１０、１／４波長板２１１により直線偏光から円偏光に変換された後、測定対象物Ｗ及び参照面２０６で反射する。反射した測定光と参照光とは、それぞれ１／４波長板２１０、２１１により、入射時とは９０度振動方向が異なる互いに直交する直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ２０５により合成される。合成された合成光は、１／４波長板２１２により、左回り円偏光、右回り円偏光の合成光に変換される。
【００４５】
またこの干渉計は、ビームスプリッタ２１３Ａ、２１３Ｂ及び反射プリズム２１３Ｃからなる光分割部材とを備えている。この光分割部材により分割された３つの分割光は、それぞれ３つの偏光板２１４Ａ−Ｃを介して、３つのＣＣＤカメラ２０９Ａ−Ｃにそれぞれ投影される。
【００４６】
偏光板２１４Ａ−Ｃは、図７に示すように透過軸方向０°、４５°、９０°と４５度ずつ異なっており、これらを透過した３つの分割光の位相を９０度ずつ異ならせる（０°、９０°、１８０°）ようにするものである。前記３つの分割光による干渉縞の各対応点同士でバイアス、振幅が等しければ、次のような演算手段により、測定対象物の形状を測定することができる。すなわち、３つの分割光による干渉縞画像の画像信号の差を求め、その余弦信号Ｓ、正弦信号Ｃを得る。そして、Ｓ／Ｃの逆正接ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｃ）を計算する。これにより、参照光と測定光の位相差が特定され、これにより測定対象物の形状を測定することができる。この実施形態の干渉計によれば、参照面２０６の変位などの可動部分を設けなくとも位相シフトされた複数の干渉縞を瞬時に撮像することができるため、第１実施形態に比べ一層高精度な測定を実行することが可能となる。
【００４７】
なお、この実施形態では光を偏光して分割させるための偏光ビームスプリッタ２０５’及び１／４波長板２１０，２１１を用いているが、無偏光のハーフミラー、偏光板等に置き換えて特定方向の偏光を抽出する方法も採用可能である。
【００４８】
［第３実施形態］  次に、本発明の第３実施形態に係る干渉計を、図８を参照して説明する。この実施形態に係る干渉計も、第２実施形態と同様、位相シフト法を用いた干渉計である。第２実施形態と異なっているのは、偏光ビームスプリッタ２０５’とビームスプリッタ２１３Ａとの間の１／４波長板２１２が省略される一方、偏光板２１４Ｂの手前に新たに１／４波長板２１５が配置されている点である。この１／４波長板２１５は、その進相軸方位及び遅相軸方位を、参照光及び測定光の偏光方向に一致させられており、これにより、参照光と測定光との間に９０°の相対的な位相差を与えるものである。
【００４９】
また、図９に示すように、偏光板２１４Ａ、２１４Ｂ，２１４Ｃは、それぞれ透過軸の角度がα、α、α＋９０°に設定される。なお、この角度αは、参照光及び測定光の偏光方位と全く同一でなければどのような方位でもよい。この構成により、ＣＣＤカメラ２０９Ａ、２０９Ｂ、２０９Ｃでは、それぞれ位相シフト量が０°、９０°、１８０°の干渉縞画像が撮像される。
【００５０】
以上、発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、上記実施形態では、光学的な位相シフト法による干渉計を説明したが、参照面を移動させて位相シフトを行う干渉計や、フーリエ変換法を用いた干渉計等にも、本発明は適応可能である。また、ＣＣＤカメラ２０９Ａ−Ｃを複数台準備する例を説明したが、これに限らず、光路切換部材による切換を行うこと等により、１台のＣＣＤカメラのみで撮像を行うことも可能である。
【００５１】
また、図１に示す干渉計２００において、波長可変光源２０１をたとえば図１０のように変調し、Δｔ１、Δｔ２といった時間間隔で、中心波長を変えて複数枚の干渉縞を積分受光する。この場合、積分受光により対象物裏面からの反射光による干渉ノイズが低減され、さらに、光路長ｌ1とｌ2の関係から、中心波長が変わることで、測定したい対象物面からの反射光による干渉縞の位相がシフトする。つまり、波長可変光源２０１の波長変調とＣＣＤカメラ２０９での画像の取り込みのコントロールのみにより、平行なガラス基板を測定対象物とした位相シフト法による干渉縞解析が可能となる。波長を変調する関数は線形である必要もなく、また、積分受光するタイミングや画像取り込みの枚数なども図１０の方法に限定するものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る干渉計２００の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の干渉計２００における測定対象物Ｗの位置調整の方法を説明するフローチャートである。
【図３】第１実施形態の干渉縞２００における測定対象物Ｗの位置調整の方法を説明する概念図である。
【図４】第１実施形態の干渉計２００における発振波長の変調周期に対すると積分時間と積分受光される波長幅を説明する図である。
【図５】第１実施形態の干渉計２００における発振波長を他の関数で変調する場合の変調周期に対する積分時間と積分受光される波長幅を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る干渉計２００の概略構成図である。
【図７】図６の偏光板２１４Ａ〜Ｃの構成を示す。
【図８】本発明の第３実施形態に係る干渉計２００の概略構成図である。
【図９】図８の偏光板２１４Ａ〜Ｃ及び１／４波長板２１５の構成を示す。
【図１０】第１実施形態の干渉計２００で、干渉縞の位相シフトを実施する場合の波長の変調関数と積分受光のタイミングも模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００５３】
２００…干渉計、２０１…測長可変光源、２０２…集光レンズ、２０３…ピンホール、２０４…コリメータレンズ、２０５，２０５’…ビームスプリッタ、２０６…参照ミラー、２０８…レンズ、２０９，２０９Ａ〜Ｃ…ＣＣＤカメラ、２１０，２１１，２１５…１／４波長板、２１４Ａ〜２１４Ｃ…偏光板。
【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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