(57)【要約】  本発明は、単一の格子（３）と画像化システム（４）との間で光路中に格子（３）から距離ｈを置いたところに配置された位相及び振幅物体（２）の光学検査のためのフーリエ変換デフレクトメトリシステム（１）及び方法に関する。格子（３）は、像平面内における直交軸線ｘ，ｙにそれぞれ空間周波数μ0，ｖ0をもつ、コントラストに基づく周期的パターンを形成し、画像化システム（４）は、対物レンズ（５）及び複数個の光電性素子を含む画像化センサ（６）を有する。本発明の方法によれば、最初に、対物レンズ（５）を介して画像化センサ（６）によって、位相及び振幅物体（２）により歪曲されたパターンの第１の像（６０１）を捕捉する。次に、空間周波数領域における第１の像（６０１）のフーリエ変換を計算し、フーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）を選択してこれを空間周波数領域内でシフトさせてこれを実質的にフーリエ変換の中心周波数のところに位置させ、少なくとも１つのシフトされたフーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）の逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）ｅiφ(x,y)を得ることを特徴とし、上式において、Ｉ（ｘ，ｙ）は、強度であり、φ（ｘ，ｙ）は、次の公式、即ちφ（ｘ，ｙ）＝−２ππｈ（μ0ｔａｎθx＋ｖ0ｔａｎθyに従って、それぞれｘ軸及びｙ軸の方向における光偏向角θx，θyに関連づけられた位相である。【選択図】図１
2011503629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の格子（３）と画像化システム（４）との間で光路中に前記格子（３）から距離ｈを置いたところに配置された位相及び振幅物体（２）の光学検査のためのデフレクトメトリ方法であって、前記格子（３）が像平面内における直交軸線ｘ，ｙにそれぞれ空間周波数μ0，ｖ0をもつ、コントラストに基づく周期的パターンを形成し、前記画像化システム（４）が対物レンズ（５）及び複数個の光電性素子を含む画像化センサ（６）を有する、方法において、前記方法は、
‐前記対物レンズ（５）を介して前記画像化センサ（６）によって、前記位相及び振幅物体（２）により歪曲された前記パターンの像（６０１）を捕捉するステップを有し、前記空間周波数μ0，ｖ0は、前記軸線ｘ，ｙ上における前記画像化センサ（４）のそれぞれのナイキスト周波数よりも高くなく、前記方法は更に、
‐空間周波数領域における前記第１の像（６０１）のフーリエ変換を計算するステップと、
‐前記フーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）を選択してこれを前記空間周波数領域内でシフトさせてこれを実質的に前記フーリエ変換の中心周波数のところに位置させるステップと、
‐前記フーリエ変換の前記少なくとも１つのシフトされた一次又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）の逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）ｅiψ(x,y)を得るステップとを有し、上式において、Ｉ（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψ（ｘ，ｙ）は、次の公式、即ちψ（ｘ，ｙ）＝−２Πｈ（μ0ｔａｎθx＋ｖ0ｔａｎθyに従って、それぞれｘ軸及びｙ軸の方向における光偏向角θx，θyに関連づけられた位相である、方法。
【請求項２】
前記フーリエ変換の数種類の一次及び／又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）を選択して前記周波数領域内でシフトさせてこれらスペクトルを実質的に前記フーリエ変換の中心周波数のところに配置する、請求項１記載のデフレクトメトリ法。
【請求項３】
前記位相をアンラップするステップを更に有する、請求項１又は２記載のデフレクトメトリ法。
【請求項４】
前記強度をフィルタリングにより或る特定のしきい値未満のものについて除去するステップを更に有する、請求項１〜３のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリ法。
【請求項５】
前記ステップは、２つのパターンが互いに対して所与の角度をなして交差した状態で実施される、請求項１〜４のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリ法。
【請求項６】
前記ステップは、前記格子（３）が前記物体（２）に対して第１の位置にあり、前記格子（３）が前記物体（２）に対して第２の位置にある状態で実施され、前記第１の位置と前記第２の位置は、前記光路に沿って既知の距離だけずらされている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリ法。
【請求項７】
前記物体（２）が前記格子（３）に対して前記光路中において数通りの距離のところに位置した状態で前記パターンの数個の歪曲像が捕捉され、前記方法は、更に、
‐多数の前記歪曲像を合成して合成像を得るステップと、
‐前記合成像のフーリエ変換を空間周波数領域内で計算するステップと、
‐前記合成像の前記フーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトルを選択し、該スペクトルを前記周波数領域内でシフトさせてこのスペクトルを実質的に前記フーリエ変換の中心周波数のところに配置するステップと、
‐前記合成像の前記フーリエ変換の前記少なくとも１つのシフトされた一次又はこれよりも高い次数のスペクトルの逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇM（ｘ，ｙ）＝ＩM（ｘ，ｙ）ｅiψM(x,y)を得るステップとを有し、上式において、ＩM（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψM（ｘ，ｙ）は、位相であり、ＩM（ｘ，ｙ）は合成像中のコントラストレベルに関連づけられる、請求項１〜６のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリ法。
【請求項８】
前記パターンは、互いに異なる空間周波数μ0,A，ｖ0,A及びμ0,B，ｖ0,Bを備えた２つの交差した組をなす互いに平行な縞を含み、前記合成像のフーリエ変換を計算する前記ステップ、前記合成像の前記フーリエ変換の前記スペクトルを選択してシフトさせるステップ、及び前記合成像の前記フーリエ変換の前記シフトされたスペクトルの逆フーリエ変換を実施するステップを先ず最初に、シフトがμ0,A，ｖ0,Aに近い状態で、次にシフトがμ0,B，ｖ0,Bに近い状態で実施して２つの振幅マップ、それぞれＩMA（ｘ，ｙ），ＩMB（ｘ，ｙ）を得る、請求項７記載のデフレクトメトリ法。
【請求項９】
重ね合わせ、加算、及び／又は乗算により前記２つの振幅マップを合成するステップを更に有する、請求項８記載のデフレクトメトリ法。
【請求項１０】
前記方法は、更に、
‐追加の格子が前記物体に対して前記光軸内において異なる距離を置いたところに位置した状態でエイリアシングか重ね合わせかのいずれかにより前記歪曲パターンのモアレ像を捕捉するステップと、
‐前記モアレ像のフーリエ変換を空間周波数領域内で計算するステップと、
‐前記モアレ像の前記フーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）を選択してこれを前記空間周波数領域内でシフトさせてこれを実質的に前記フーリエ変換の中心周波数のところに位置させるステップと、
‐前記モアレ像の前記フーリエ変換の前記少なくとも１つのシフトされた一次又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）の逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇM（ｘ，ｙ）＝ＩM（ｘ，ｙ）ｅiψM(x,y)を得るステップとを有し、上式において、ＩM（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψM（ｘ，ｙ）は、位相であり、ＩM（ｘ，ｙ）は、前記モアレ像のコントラストレベルに関連づけられている、請求項１〜６のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリ法。
【請求項１１】
前記ステップは、前記追加の格子が前記物体（２）に対して前記光路内において複数の互いに異なる距離を置いたところに位置した状態で実施される、請求項１０記載のデフレクトメトリ法。
【請求項１２】
前記パターンは、互いに平行な縞の２つの互いに交差した組を含む、請求項７又は８記載のデフレクトメトリ法。
【請求項１３】
前記位相及び振幅物体（２）は、屈折物体であり、前記第１の像は、前記屈折物体を透過した前記パターンの像である、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリ法。
【請求項１４】
前記位相及び振幅物体（２）は、反射物体であり、前記第１の像は、前記反射物体によって反射された前記パターンの像である、請求項１〜８のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリ法。
【請求項１５】
位相及び振幅物体（２）の光学検査のためのデフレクトメトリシステム（１）であって、
‐像平面内における直交軸線ｘ，ｙにそれぞれ空間周波数μ0，ｖ0をもつ、コントラストに基づく周期的パターンを形成する格子（３）と、
‐対物レンズ（５）及び複数個の光電性素子を含む画像化センサ（６）を有する画像化システム（４）と、
‐前記画像化センサ（６）に接続されたデータ処理システム（７）と、
‐前記物体（２）を前記格子（３）と前記画像化システム（４）との間において光路中に前記格子（３）から距離ｈを置いたところに保持する手段とを有する、デフレクトメトリシステムにおいて、
前記空間周波数μ0，ｖ0は、前記軸線ｘ，ｙ上における前記画像化センサ（４）のそれぞれのナイキスト周波数よりも高くなく、前記データ処理システム（７）は、
‐空間周波数領域において、前記位相及び振幅物体（２）により歪曲された前記パターンの第１の像（６０１）のフーリエ変換を計算し、
‐前記フーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトル（７０２）を選択してこれを前記空間周波数領域内で実質的に前記フーリエ変換の中心周波数に向かってシフトさせ、
‐前記フーリエ変換の前記シフトされた一次のスペクトル（７０２）の逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）ｅiψ(x,y)を得るようプログラムされており、上式において、Ｉ（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψ（ｘ，ｙ）は、次の公式、即ちψ（ｘ，ｙ）＝−２Πｈ（μ0ｔａｎθx＋ｖ0ｔａｎθyに従って、それぞれｘ軸及びｙ軸の方向における光偏向角θx，θyに関連づけられた位相である、デフレクトメトリシステム。
【請求項１６】
前記対物レンズ（５）は、テレセントリック対物レンズである、請求項１２記載のデフレクトメトリシステム。
【請求項１７】
前記位相及び振幅物体（２）は、反射物体であり、前記デフレクトメトリシステムは、前記パターンを前記反射物体（２）に向かって反射する一方でその歪曲された反射光を前記画像化システム（４）に向かって伝送するビームスプリッタ（８）を更に有する、請求項１２又は１３記載のデフレクトメトリシステム。
【請求項１８】
前記パターンは、好ましくはロンキーパターンの形態をした少なくとも１つの組をなす等間隔を置いた互いに平行な縞を含む、請求項１２〜１４のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリシステム。
【請求項１９】
前記等間隔を置いた互いに平行な縞に関し、前記空間周波数μ0，ｖ0は、前記軸線ｘ，ｙ上における前記画像化システム（４）のそれぞれのナイキスト周波数の約１／２である、請求項１２〜１５のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリシステム。
【請求項２０】
前記パターンは、等間隔を置いた互いに平行な縞の２つの実質的に互いに垂直な組を含む、請求項１５記載のデフレクトメトリシステム。
【請求項２１】
前記格子（３）は、ガラスプレート上に印刷されたコントラストパターン、好ましくは金属リソグラフィーパターンによって形成されている、請求項１２〜１７のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリシステム。
【請求項２２】
前記格子（３）は、能動型マトリックススクリーン、例えばＬＣＤスクリーンによって形成されている、請求項１２〜１７のうちいずれか一に記載のデフレクトメトリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相及び振幅物体の光学検査のためのデフレクトメトリシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈折物体を照明した場合、物体の形状及び屈折率に応じて移動波面は影響を受ける。光の強度も又、物体の透過率によって影響を受けるであろう。同様に、光が反射物体で反射された場合、物体の反射面の形状は、反射波面及びその反射性並びに反射光の強度に影響を及ぼすであろう。かくして、屈折又は反射物体の光学特性を求めることができる。
【０００３】
光業界では、検査員が製品の光学特性をできるだけ正確に、完全に且つ自動的に求めることができるということが非常に重要である。特に、複雑な曲率を備えた特注の矯正用眼鏡又はコンタクトレンズが開発されると、各レンズがその特定の仕様に準拠するよう管理できるようにすることが非常に重要である。
【０００４】
同様な検査方法は、光学的に反射性且つ／或いは屈折性の物体の形状及び／又は表面仕上げが正確且つ効率的に検査される必要がある他の分野、例えば半導体ウエーハ、フラットガラスパネル、プラスチックシート等用にも用いられている。
【０００５】
屈折及び／又は反射物体の光学特性に関する幾つかのシステム及び方法が従来開示されている。これらシステム及び方法は、これらが波面、その一次導関数、即ち、その勾配に関する情報を抽出するかその二次導関数、即ち、その曲率に関する情報を抽出するかによって分類可能である。
【０００６】
第１のカテゴリに属するシステム及び方法は、マイケルソン干渉計、マッハツェンダー干渉計又はフィゾー干渉計を用い又は分析されるべき波面が球形、平面状又は非球面である場合のある非収差基準波面と干渉する任意他の形式の干渉計を用いて実施される直接干渉分光法を含む。かかるシステム及び方法に関する大々的な研究結果が、ダニエル・マラカラ（Daniel Malacara）著，「オプティカル・ショップ・テスティング（Optical Shop Testing）」，第２版，ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・インコーポレイテッド（John Wiley & Sons, Inc），ニューヨーク，１９９２年，ISBN 0-471-52232-5に開示されている。
【０００７】
このカテゴリにおける別の技術は、国際公開第００／２０９２９号パンフレットに開示されているようなディジタルホログラフィーである。
【０００８】
第１のカテゴリのこれらシステム及び方法に関する大きな欠点は、これらが光学ノイズの捕捉を生じるコヒレント光並びに基準波面を必要とすること及びこれらがダイナミックレンジにおいて極めて制約されているということにある。
【０００９】
大抵の多くの既存の光学特性決定システム及び方法は、恐らくは、第２のカテゴリに属するシステム及び方法である。このカテゴリは、例えば、ハルトマンテスト、フーコーテスト、ロンキーテスト、微分干渉顕微鏡（ＤＩＣ）、シヤリング干渉法、横シフト干渉法、タルボモアレ、シャック・ハルトマンテスト、デフレクトメトリ（deflectometry）、モアレデフレクトメトリ、位相シフトシュリーレン及び走査デフレクトメトリを含む。これらのうちの幾つかは、上述の文献「オプティカル・ショップ・テスティング」にも記載されている。
【００１０】
第１のカテゴリのうちの技術と比較して、これら技術は、大きな波面変形、即ち大きなダイナミックレンジを受け入れ、基準波面を必要としないという利点を備えている。しかしながら、ダイナミックレンジのこの程度は、感度を犠牲にして得られる場合が多い。これら技術の追加の欠点は、波面を回復するには、これら方法によって得られた派生信号の積分が必要であるということにある。これは、例えば、シー・エルスター（C. Elster）、アイ・ウェインガートナー（I. Weingartner）共著，「ソリューション・トゥー・ザ・シヤリング・プロブレム（Solution to the shearing problem）」， アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３８巻，１９９９年，ｐ．５０２４〜５０３１に記載されている。
【００１１】
開示されている技術のうちの幾つか、例えば、ジェイ・シー・ウィヤント（J. C. Wyant）著，「ダブル・フリクエンシー・グレーチング・ラテラル・シヤー・インターフェロメータ（Double Frequency Grating Lateral Shear Interferometer）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第１２巻（第９号），ｐ．２０５７〜２０６０，１９７３年に開示されている２つの互いに直交する方向を備えた格子を用いるシヤリング干渉法システム、ジェイ・プリモ（J. Primot）、エス・ベルゲ（S.Velghe）、エヌ・ゲリナウ（N. Gerineau）、アール・ハイダー（R. Haidar）、ジェイ‐シー・シャンテロウプ（J-C. Chanteloup）共著，「ラナアリセ・ド・スュルファース・ドンデ・パール・インアンテルフェロメトリ・ア・デカラージュ・ミュルティラテラル（L'analyse de surface d'onde par interferometrie a decalage multilateral）」，フォトニークス（Photoniques），第１９巻，ｐ．５７，２００５年に開示されている横シフト干渉法システム及び方法、ザビエル・レベック（Xavier Levecq）、サミュエル・ブコート（Samuel Bucourt）共著，「アナリセール・ド・フォン・ドンデ・レ・エヴォリュスィヨン・デ・アナリセール・シャック‐アルトマン（Analyseur de font d'onde: les evolutions des analyseurs Shack-Hartmann）」，フォトニークス（Photoniques），第１９巻，ｐ．５３，２００５年及びエー・コルデロ‐ダビラ（A. Cordero-Davila）、イー・ルナ‐アグイラー（E. Luna-Aguilar）、エス・バスケス‐モンティエル（S. Vazquez-Montiel）、エス・ザラーテ‐バスケス（S. Zarate-Vazquez）及びエム・イー・ペルチノ‐ザカリアス（M. E. Percino-Zacarias）共著，「ロンキー・テスト・ウィズ・ア・スクエア・グリッド（Ronchi test with a square grid）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３７巻（第４号），ｐ．６７２〜６７５，１９９８年にそれぞれ開示されている応用型二方向シャック・ハルトマンテスト及びロンキーテスト、又は例えばイエズス・ビラ（Jesus Villa）、フアン・アントニオ・キローガ（Juan Antonio Quiroga）及びマヌエル・セルビン（Manuel Servin）共著，「インプルーブド・レギュラライズド・フェーズ‐トラッキング・テクニーク・フォー・ザ・プロセッシング・オブ・スクエアード‐グレーチング・デフレクトグラムス（Improved regularized phase-tracking technique for the processing of squared-grating deflectograms）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３９巻（第４号），ｐ．５０２〜５０８，２０００年若しくは米国特許第６，７７１，３６２号明細書に開示されているモアレデフレクトメトリシステム及び方法は、２つの軸線における波面の導関数の同時収集を可能にする。
【００１２】
それにもかかわらず、これら波面微分法は、空間分解能が制限されるという欠点をもたらす。空間分解能は、例えば、シヤリング干渉法システムにおける横シャー、米国特許第６，１３０，４１９号明細書に開示されているようなシャック・ハルトマンテストにおける有限数のマイクロレンズに起因した離散化又は米国特許第６，４９６，２５３号明細書に記載されているデフレクトメトリ法で用いられるパターンの特徴の分離によって制限される。その結果、波面を再構成することができるが、その際必ず空間分解能が制限される。この場合、高い空間周波数は、これらの方法にとってはアクセスできず、それにより、これらの方法は、例えば、小さな欠陥、例えば掻き傷、ダスト、工具の跡又はピッチングの検出並びに眼鏡用の累進焦点オフサルミックレンズに用いられるような微細彫刻部の検出には不向きになる。かくして、他の検査手段、例えば暗視野照明がこれら目的に必要である。国際公開第２００５／１２１７４０（Ａ１）号パンフレットは、この問題の概要を申し分なく記載しており、交互のパターンの使用に基づく解決策を提案している。
【００１３】
同じ問題は、フアン・アントニオ・キローガ（Juan Antonio Quiroga）、ダニエル・クレスポ（Daniel Crespo）、エウセビオ・ベルナベウ（Eusebio Bernabeu）共著，「フーリエ・トランスフォーム・メソッド・フォー・オートマチック・プロセッシング・オブ・モアレ・デフレクトグラムス（Fourier transform method for automatic processing of moire deflectograms）」，オプティカル・エンジニアリング（Opt. Eng.），第３８巻（第６号），ｐ．９７４〜９８２，１９９９年及び上述のビラ等の文献に開示されているようにモアレデフレクトメトリ及びタルボ干渉法にも生じる。米国特許第６，７７１，３６２号明細書に開示されているデフレクトメトリ法では、空間分解能の問題は、２つの正方形格子相互間の軸方向離隔距離を増大させることにより取り組まれているが、これは、比較的低い空間分解能に制限されたままである。同様な構成が米国特許出願公開第２００４／１８９９３８号明細書及び米国特許第６，７１７，６６１号明細書に開示されている。
【００１４】
位相シフトシュリーレン法は、例えばゼルニケの多角形により当てはめられるべき波面曲率に関する定量的情報だけでなくエル・ヨアネス（L. Joannes）、エフ・デュボイス（F. Dubois）、ジェイ‐シー・レグロス（J-C. Legros）共著，「フェーズ‐シフティング・シュリーレン：ハイ‐レゾリューション・クオンティテイティブ・シュリーレン・ザット・ユーゼズ・ザ・フェーズ‐シフティング・テクニーク・プリンシプル（Phase-shifting Schlieren: high-resolution quantitative Schlieren that uses the phase-shifting technique principle）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第４２巻（第２５号），ｐ．５０４６〜５０５３，２００３年及び国際公開第０３／０４８８３７号パンフレットに開示されているような位相又は吸光度に関する高空間分解能コンテント情報を正確に得る上で適当であることが判明した。これは、画像化センサにより捕捉される像のあらゆる画素に関する位相と強度の両方の高度化によって可能になる。しかしながら、この位相シフトシュリーレン法には、比較的複雑で且つコスト高の機器を必要とするという欠点がある。
【００１５】
波面の二次導関数又は曲率を得る光学特性決定システム及び方法の第３のカテゴリは、例えば、フェレンク・リエズ（Ferenc Riesz）、アイ・イー・ルーカス（I.E. Lukas）及びジェイ・ピー・マカイ（J. P. Makai）共著，「リアライゼイション・オブ・クオンティテイティブ・マキョー・トポグラフィー・ユージング・ア・ディジタル・マイクロミラー・デバイス（Realisation of quantitative Makyoh topography using a Digital Micromirror Device）」（オプティカル・メジャメント・システム・フォー・インダストリアル・インスペクション・ファイブ（Optical Measurement System for Industrial Inspection, V），ウオルフガング・オステン（Wolfgang Osten）、クリストフ・ゴレキ（Christophe Gorecki）、エリック・エル・ノバク（Erik L. Novak）共編，プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー（proc SPIE ）），第６６１６巻，６６１６０Ｌ，２００７年に開示されているような魔鏡（Makyoh）ミラーテストに基づく技術を含む。この方法では、波面の曲率は、伝搬長さに関連した強度の調整に直接結びつく。この強度変化は、記録されて分析される。注目すべきこととして、第２のカテゴリのシステム及び方法によって得られた生の情報、即ち、波面の一次導関数に関連づけられた情報は、或る場合には、例えばヘクター・カナバル（Hector Canabal）、ジェイ・アントニオ・キローガ（J. Antonio Quiroga,）及びエウセビオ・ベルナベウ（Eusebio Bernabeu）共著，「オートマチック・プロセッシング・イン・モアレ・デフレクトメトリ・バイ・ローカル・フリンジ・ディレクション・カルキュレーション（Automatic processing in moire deflectomertry by local fringe direction calculation）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３７巻（第２５号），ｐ．５８９４〜５９０１，１９９８年に開示されているように波面曲率を得るよう処理できる。
【００１６】
干渉法又はプロフィルメトリ（profilometry）による密な縞パターンを分析する数値的方法は、ミツオ・タケダ（Mitsuo Takeda）及びカズヒロ・ムトウ（Kazuhiro Muthoh）共著，「フーリエ・トランスフォーム・プロフィルメトリ・フォー・ザ・オートマチック・メジャメント・オブ・３‐ディー・オブジェクト・シェイプス（Fourier transform profilometry for the automatic measurement of 3-D object shapes）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第２２巻（第２４号），ｐ．３９７７〜３９８２，１９８３年及びミツオ・タケダ（Mitsuo Takeda）及びセイジ・コバヤシ（Seiji Kobayashi）共著，「ラテラル・アベレーション・メジャメンツ・ウイズ・ア・ディジタル・タルボ・インターフェロメータ（Lateral aberration measurements with a digital Talbot interferometer）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第２３巻（第１１号），ｐ．１７６０〜１７６４，１９８４年に開示されている。この方法によれば、縞パターン像信号の数値的フーリエ変換は、フィルタリングされてフーリエ領域内でシフトされる。次に、フィルタリングされてシフトされたフーリエ変換の逆フーリエ変換が計算され、その位相マップが検索される。この方法は、フーリエ法と呼ばれている。この数値的方法は、ホログラフィーのコンピュータ処理形態として理解でき、これにより、国際公開第００／２０９２９号パンフレットに開示されているようなディジタルホログラフィーが導かれる。フーリエ領域内において多数のゾーンを処理するのに数値的フーリエ法を用いることができるということは、例えば、ディー・ベギン（D. Beghuin）、イー・チュッケ（E. Cuche）、ピー・ダールグレン（P. Dahlgren）、シー・デペウルシンゲ（C. Depeursinge）、ジー・デラクレタス（G. Delacretaz,）及びアール・ピー・サラセ（R. P. Salathe）共著，「シングル・アクイジション・ポラリゼイション・イメージング・ウイズ・ディジタル・ホログラフィー（Single acquisition polarisation imaging with digital holography）」，エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters），第３５巻，ｐ．２０５３〜２０５５，１９９９年に示された。数値的フーリエ法が正確に使えるようにするため、位相の空間コンテントは、搬送周波数と比較して大きいものであってはならない（これについては、エム・タケダ（M. Takeda）、エイチ・イナ（H. Ina）及びエス・コバヤシ（S. Kobayashi）共著，「フーリエ‐トランスフォーム・メソッド・オブ・フリンジ‐パターン・アナリシス・フォー・コンピュータ‐ベースド・トポグラフィー・アンド・インターフェロメトリ（Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry）」，ジャーナル・オブ・ザ・オプティカル・ソサエティ・オブ・アメリカ（J. Opt. Soc.Am.），第７２巻，ｐ．１５６，１９８２年を参照されたい）。かくして、例えば軸外し（オフアクシス）ホログラフィーでは、基準波面は、物体波面に対して極めて大きな角度をなすべきである。換言すると、十分に広いダイナミックレンジを得るためには、搬送周波数は、できるだけ高いものであることが必要であり、これは、実際には、画像センサの定義によって制限される。ジョナス・クーン（Jonas Kuhn）、トリスタン・コロンブ（Tristan Colomb）、フレデリック・モンフォート（Frederic Monfort）、フロリアン・シャリエ��ル（Florian Charriere）、クリスティアン・デペウルジンゲ（Christian Depeursinge）共著，「リアル‐タイム・デュアル‐ウェーブレング・ディジタル・ホログラフィック・マイクロスコピー・ウイズ・ア・シングル・ホログラム（Real-time dual-wavelength digital holographic microscopy with a single hologram）」， プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー（proc SPIE），第６６１６巻という文献では、フーリエ領域内において十分に互いに遠くに離れている２つの搬送周波数は、２つの信号が同一の情報、即ち、この場合、光学距離を運んでいる場合、曖昧さのない位相アンラップ（unwrapping）に役立つ場合のあることが開示されている。
【００１７】
上述した米国特許第６，４９６，２５３（Ｂ１）号明細書に戻ってこれを参照すると、この特許文献は、単一の格子と画像化システムとの間で光路中に配置された位相及び振幅物体の光学検査のためのデフレクトメトリ方法を開示している。格子は、コントラストに基づく周期的パターンを形成し、画像化システムは、対物レンズ及び複数個の光電性素子を含む。この方法の実施において、対物レンズを介して画像化センサによって、位相及び振幅物体により歪曲されたパターンの初期像を捕捉する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】国際公開第００／２０９２９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６，７７１，３６２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１３０，４１９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４９６，２５３号明細書
【特許文献５】国際公開第２００５／１２１７４０（Ａ１）号パンフレット
【特許文献６】米国特許第６，７７１，３６２号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００４／１８９９３８号明細書
【特許文献８】米国特許第６，７１７，６６１号明細書
【特許文献９】国際公開第０３／０４８８３７号パンフレット
【特許文献１０】国際公開第００／２０９２９号パンフレット
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】ダニエル・マラカラ（Daniel Malacara）著，「オプティカル・ショップ・テスティング（Optical Shop Testing）」，第２版，ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・インコーポレイテッド（John Wiley & Sons, Inc），ニューヨーク，１９９２年，ISBN 0-471-52232-5
【非特許文献２】シー・エルスター（C. Elster）、アイ・ウェインガートナー（I. Weingartner）共著，「ソリューション・トゥー・ザ・シヤリング・プロブレム（Solution to the shearing problem）」， アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３８巻，１９９９年，ｐ．５０２４〜５０３１
【非特許文献３】ジェイ・シー・ウィヤント（J. C. Wyant）著，「ダブル・フリクエンシー・グレーチング・ラテラル・シヤー・インターフェロメータ（Double Frequency Grating Lateral Shear Interferometer）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第１２巻（第９号），ｐ．２０５７〜２０６０，１９７３年
【非特許文献４】ジェイ・プリモ（J. Primot）、エス・ベルゲ（S.Velghe）、エヌ・ゲリナウ（N. Gerineau）、アール・ハイダー（R. Haidar）、ジェイ‐シー・シャンテロウプ（J-C. Chanteloup）共著，「ラナアリセ・ド・スュルファース・ドンデ・パール・インアンテルフェロメトリ・ア・デカラージュ・ミュルティラテラル（L'analyse de surface d'onde par interferometrie a decalage multilateral）」，フォトニークス（Photoniques），第１９巻，ｐ．５７，２００５年
【非特許文献５】ザビエル・レベック（Xavier Levecq）、サミュエル・ブコート（Samuel Bucourt）共著，「アナリセール・ド・フォン・ドンデ・レ・エヴォリュスィヨン・デ・アナリセール・シャック‐アルトマン（Analyseur de font d'onde: les evolutions des analyseurs Shack-Hartmann）」，フォトニークス（Photoniques），第１９巻，ｐ．５３，２００５年
【非特許文献６】エー・コルデロ‐ダビラ（A. Cordero-Davila）、イー・ルナ‐アグイラー（E. Luna-Aguilar）、エス・バスケス‐モンティエル（S. Vazquez-Montiel）、エス・ザラーテ‐バスケス（S. Zarate-Vazquez）及びエム・イー・ペルチノ‐ザカリアス（M. E. Percino-Zacarias）共著，「ロンキー・テスト・ウィズ・ア・スクエア・グリッド（Ronchi test with a square grid）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３７巻（第４号），ｐ．６７２〜６７５，１９９８年
【非特許文献７】イエズス・ビラ（Jesus Villa）、フアン・アントニオ・キローガ（Juan Antonio Quiroga）及びマヌエル・セルビン（Manuel Servin）共著，「インプルーブド・レギュラライズド・フェーズ‐トラッキング・テクニーク・フォー・ザ・プロセッシング・オブ・スクエアード‐グレーチング・デフレクトグラムス（Improved regularized phase-tracking technique for the processing of squared-grating deflectograms）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３９巻（第４号），ｐ．５０２〜５０８，２０００年
【非特許文献８】フアン・アントニオ・キローガ（Juan Antonio Quiroga）、ダニエル・クレスポ（Daniel Crespo）、エウセビオ・ベルナベウ（Eusebio Bernabeu）共著，「フーリエ・トランスフォーム・メソッド・フォー・オートマチック・プロセッシング・オブ・モアレ・デフレクトグラムス（Fourier transform method for automatic processing of moire deflectograms）」，オプティカル・エンジニアリング（Opt. Eng.），第３８巻（第６号），ｐ．９７４〜９８２，１９９９年
【非特許文献９】エル・ヨアネス（L. Joannes）、エフ・デュボイス（F. Dubois）、ジェイ‐シー・レグロス（J-C. Legros）共著，「フェーズ‐シフティング・シュリーレン：ハイ‐レゾリューション・クオンティテイティブ・シュリーレン・ザット・ユーゼズ・ザ・フェーズ‐シフティング・テクニーク・プリンシプル（Phase-shifting Schlieren: high-resolution quantitative Schlieren that uses the phase-shifting technique principle）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第４２巻（第２５号），ｐ．５０４６〜５０５３，２００３年
【非特許文献１０】フェレンク・リエズ（Ferenc Riesz）、アイ・イー・ルーカス（I.E. Lukas）及びジェイ・ピー・マカイ（J. P. Makai）共著，「リアライゼイション・オブ・クオンティテイティブ・マキョー・トポグラフィー・ユージング・ア・ディジタル・マイクロミラー・デバイス（Realisation of quantitative Makyoh topography using a Digital Micromirror Device）」（オプティカル・メジャメント・システム・フォー・インダストリアル・インスペクション・ファイブ（Optical Measurement System for Industrial Inspection, V），ウオルフガング・オステン（Wolfgang Osten）、クリストフ・ゴレキ（Christophe Gorecki）、エリック・エル・ノバク（Erik L. Novak）共編，プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー（proc SPIE ）），第６６１６巻，６６１６０Ｌ，２００７年
【非特許文献１１】ヘクター・カナバル（Hector Canabal）、ジェイ・アントニオ・キローガ（J. Antonio Quiroga,）及びエウセビオ・ベルナベウ（Eusebio Bernabeu）共著，「オートマチック・プロセッシング・イン・モアレ・デフレクトメトリ・バイ・ローカル・フリンジ・ディレクション・カルキュレーション（Automatic processing in moire deflectomertry by local fringe direction calculation）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第３７巻（第２５号），ｐ．５８９４〜５９０１，１９９８年
【非特許文献１２】ミツオ・タケダ（Mitsuo Takeda）及びカズヒロ・ムトウ（Kazuhiro Muthoh）共著，「フーリエ・トランスフォーム・プロフィルメトリ・フォー・ザ・オートマチック・メジャメント・オブ・３‐ディー・オブジェクト・シェイプス（Fourier transform profilometry for the automatic measurement of 3-D object shapes）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第２２巻（第２４号），ｐ．３９７７〜３９８２，１９８３年
【非特許文献１３】ミツオ・タケダ（Mitsuo Takeda）及びセイジ・コバヤシ（Seiji Kobayashi）共著，「ラテラル・アベレーション・メジャメンツ・ウイズ・ア・ディジタル・タルボ・インターフェロメータ（Lateral aberration measurements with a digital Talbot interferometer）」，アプライド・オプティックス（Appl. Opt.），第２３巻（第１１号），ｐ．１７６０〜１７６４，１９８４年
【非特許文献１４】ディー・ベギン（D. Beghuin）、イー・チュッケ（E. Cuche）、ピー・ダールグレン（P. Dahlgren）、シー・デペウルシンゲ（C. Depeursinge）、ジー・デラクレタス（G. Delacretaz,）及びアール・ピー・サラセ（R. P. Salathe）共著，「シングル・アクイジション・ポラリゼイション・イメージング・ウイズ・ディジタル・ホログラフィー（Single acquisition polarisation imaging with digital holography）」，エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters），第３５巻，ｐ．２０５３〜２０５５，１９９９年
【非特許文献１５】エム・タケダ（M. Takeda）、エイチ・イナ（H. Ina）及びエス・コバヤシ（S. Kobayashi）共著，「フーリエ‐トランスフォーム・メソッド・オブ・フリンジ‐パターン・アナリシス・フォー・コンピュータ‐ベースド・トポグラフィー・アンド・インターフェロメトリ（Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry）」，ジャーナル・オブ・ザ・オプティカル・ソサエティ・オブ・アメリカ（J. Opt. Soc.Am.），第７２巻，ｐ．１５６，１９８２年
【非特許文献１６】ジョナス・クーン（Jonas Kuhn）、トリスタン・コロンブ（Tristan Colomb）、フレデリック・モンフォート（Frederic Monfort）、フロリアン・シャリエール（Florian Charriere）、クリスティアン・デペウルジンゲ（Christian Depeursinge）共著，「リアル‐タイム・デュアル‐ウェーブレング・ディジタル・ホログラフィック・マイクロスコピー・ウイズ・ア・シングル・ホログラム（Real-time dual-wavelength digital holographic microscopy with a single hologram）」， プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー（proc SPIE），第６６１６巻
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上述したように、この方法には、空間分解能が制限されるという大きな欠点がある。高い空間周波数パターンは、この方法ではアクセスできず、かくして、この方法によっては物体に存在する小さな特徴部及び欠陥を明らかにすることができない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この問題を解決するために、本発明の方法は、米国特許第６，４９６，２５３号明細書のデフレクトメトリ法の上述の特徴に加えて、更に、
空間周波数領域における第１の像のフーリエ変換を計算するステップと、
フーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトルを選択してこれを空間周波数領域内でシフトさせてこれを実質的にフーリエ変換の中心周波数のところに位置させるステップと、
‐フーリエ変換の少なくとも１つのシフトされた一次又はこれよりも高い次数のスペクトルの逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）ｅiψ(x,y)を得るステップとを有し、上式において、Ｉ（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψ（ｘ，ｙ）は、次の公式、即ちψ（ｘ，ｙ）＝−２Πｈ（μ0ｔａｎθx＋ｖ0ｔａｎθyに従って、それぞれｘ軸及びｙ軸の方向における光偏向角θx，θyに関連づけられた位相である。ｈは、格子と位相及び振幅物体との間の距離であり、ｘ及びｙは、像平面内における直交軸線であり、μ0及びｖ0は、それぞれ、ｘ軸及びｙ軸における周期的パターンの空間周波数であり、軸線ｘ，ｙにおける画像化システムのナイキスト周波数に等しく又はこれよりも低い。
【００２２】
「ナイキスト周波数」という用語は、離散的信号処理システムのサンプリング周波数の半分に一致した周波数を意味する。ナイキスト‐シャノンサンプリング理論によれば、信号エイリアシングは、ナイキスト周波数がサンプリング中の信号の最大周波数よりも高い場合に回避できる。複数個の光電性素子を含む画像化センサの所与の方向における空間サンプリング周波数は、その方向における隣り合う光電性素子相互間の距離の逆数である。所与の方向における画像化システムのナイキスト周波数は、その方向における画像化センサのナイキスト周波数に物体の倍率を乗算したものに相当する。空間周波数μ0，ｖ0が画像化センサの対応のナイキスト周波数よりも高くない状態で、歪曲されたパターン画像は、完全に分析されることになり、かくして、モアレ縞の形成が阻止される。これとは対照的に、先行技術の米国特許第４，７９４，５５０号明細書に記載されているモアレ輪郭化法は、空間周波数が画像化システムのナイキスト周波数よりも高い状態のパターンを用いることにより像エイリアシングによってモアレ縞を発生させる。
【００２３】
格子が例えば互いに平行な真っ直ぐな縞の高空間周波数正弦波パターンを形成する場合、画像化センサ上における格子の非歪曲像を像座標ｘ，ｙの以下の関数ｆにより説明することができる。
【００２４】
【数１】
2011503629.tif 000003
上式において、Ｖ0は、画像化センサのところでの非歪曲縞パターンのビジビリティ（可視度）であり、Φは、定位相であり、Ｉ0は、平均輝度である。
【００２５】
位相及び振幅物体が格子と画像化システムとの間に挿入されている場合、この物体は、画像化センサ上における格子の像を歪曲させる。
【００２６】
かくして、像ｆ（ｘ，ｙ）がいったん歪曲されると、次式として表わすことができる。
【００２７】
【数２】
2011503629.tif 000004
上式において、Ｔ（ｘ，ｙ）は、非常にゆっくりであると仮定されている物体の局所透過率であり、Ｖ（ｘ，ｙ）は、物体の高空間周波数特徴を反映した歪曲縞パターンの局所ビジビリティであり、ψ（ｘ，ｙ）は、局所位相である。
【００２８】
歪曲像の方程式（２）は、２つの項、即ち、ｆ1（ｘ，ｙ）及びｆ2（ｘ，ｙ）を有し、第１項ｆ1（ｘ，ｙ）は、Ｉ0Ｔ（ｘ，ｙ）に等しく、即ち、物体の透過率強度に等しく、そのフーリエ変換の中心は、周波数領域（フーリエ領域）中の中心周波数上に位置する。定位相Φ＝０であると仮定すると、第２項ｆ2（ｘ，ｙ）は、次のように表わされる。
【００２９】
【数３】
2011503629.tif 000005
上式において、Ｉ（ｘ，ｙ）は、実であり、物体の透過率強度Ｉ0Ｔ（ｘ，ｙ）（又は、反射物体の場合、その反射強度）とパターンＶ（ｘ，ｙ）の局所ビジビリティの積の半分に等しい。
【００３０】
ｆ2（ｘ，ｙ）がそれ自体、位相の符号を除き同一である２つの項の合計であるので、像ｆ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換の各一次スペクトルは、これら項のうちの一方のフーリエ変換に一致する。これら２つの項のうちの第１のもののフーリエ変換をＦ（μ，ｖ）と指定すると（この場合、μ及びｖは、周波数座標である）、次式が成り立つ。
【００３１】
【数４】
2011503629.tif 000006
【００３２】
かくして、周波数領域では、上述の一次スペクトルは、フーリエ変換の中心周波数からほぼ（μ0，ｖ0）だけシフトされる。Ｆ（μ，ｖ）を座標（μ′，ｖ′）への座標変換により周波数領域の中心に向かってシフトさせると（この場合、例えば、μ′＝μ−μ0且つｖ′＝ｖ−ｖ0である）、結果的に次のＦ（μ′，ｖ′）が得られる。
【００３３】
【数５】
2011503629.tif 000007
【００３４】
Ｆ（μ′，ｖ′）は、上述の複素関数ｇ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換である。かくして、Ｆ（μ′，ｖ′）の逆フーリエ変換を行うと、その関数が得られ、従って、位相及び強度関数が得られる。
【００３５】
局所位相ψ（ｘ，ｙ）は、波面Ｗ（ｘ，ｙ）の一次導関数に関連づけられる。ｘ方向及びｙ方向におけるそれぞれの光線の角度偏差をθx，θyと表示した場合、これら角度偏差のタンジェントは、次のように表わせる。
【００３６】
【数６】
2011503629.tif 000008
【００３７】
位相ψ（ｘ，ｙ）は、これらの角度偏差θx，θyに関連づけられ、即ち、以下の形式が成り立つ。
【００３８】
【数７】
2011503629.tif 000009
上式において、ｈは、格子と波面との間の距離であり、正のパワーの位相物体の結果として、正の角度偏差θx，θyが得られると考えられる。
【００３９】
本発明において利用されるフーリエ法は、上述のフーリエ変換プロファイルメトリ法において利用されるフーリエ法に類似しているが、合焦型プロジェクタを用いる別の光学装置と関連して用いられていた。その結果、結果的に生じる位相は、本発明の場合のように、波面の一次導関数ではなく、被検査物体のプロフィールに直接関連づけられていた。これにより、かかる一次導関数は、本発明の光学用途に対する適切さの度合いが低くなった。さらに、波面の一次導関数に加えて、本発明の方法は、物体の高空間周波数特徴部、例えば小さな欠陥及び微細彫刻部を検出するのにも利用できる。上記において理解されるように、複素関数ｇ（ｘ，ｙ）は、振幅Ｉ（ｘ，ｙ）を有する。Ｉ（ｘ，ｙ）＝Ｉ0Ｔ（ｘ，ｙ）Ｖ（ｘ，ｙ）／２なので、物体の局所透過率、反射率又は縞パターンビジビリティに影響を及ぼすかかる特徴部は、この振幅Ｉ（ｘ，ｙ）によって明らかにされるであろう。
【００４０】
米国特許出願公開第２００７／０２２９８４８号明細書では、同様なフーリエ法も又利用されている。しかしながら、このフーリエ法は、格子パターンの完全解像歪曲像に対してではなく、干渉パターンに対して用いられる。かくして、このフーリエ法は、本発明の意味におけるデフレクトメトリ法ではなく、同一の結果をもたらさず又は同一の用途を有していない。
【００４１】
かくして、本発明の方法は、全体的な波面形状と僅かな局所透過率又は反射率特徴部の両方をもたらし、これに比較的単純な光学装置を提供する。
【００４２】
有利には、上述のフーリエ変換の幾つかの一次及び／又はこれよりも高い次数のスペクトルを選択してこれらを空間周波数領域内でシフトさせてこれを実質的にフーリエ変換の中心周波数のところに位置させる。これは、本発明のデフレクトメトリ法の信号／雑音比（ＳＮ比）を向上させるという利点を有する。
【００４３】
有利には、本発明の方法は、上述の位相をアンラップするステップを更に有するのが良く、かくして、連続波面形状の検索を可能にする。かかる位相アンラップステップをどのように実施するかは、例えばデニス・シー・ジグリア（Dennis C Ghiglia）、マーク・ディー・プリット（Mark D. Pritt）共著，「トゥー‐ディメンショナル・フェーズ・アンラッピング・セオリー・アルゴリズムス・アンド・ソフトウェア（Two-dimensional phase unwrapping, Theory, Algorithms and Software）」，ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・インコーポレイテッド（John Wiley & Sons, Inc），ニューヨーク，１９９８年，ISBN 0-471-24935-1から当業者には周知である。
【００４４】
有利には、本発明はの方法は、強度をフィルタリングにより或る特定のしきい値未満のものについて除去するステップを更に有する。強度をしきい値処理することにより、高コントラスト強度マップを得ることができ、それにより、物体中の小さな特徴部の明確な認識が可能になる。
【００４５】
有利には、上記ステップは、２つのパターンが互いに対して所与の角度をなして交差した状態で実施されるのが良い。２つのパターンを例えば同一のガラスプレート上に重ね合わされた２つのロンキーパターンの合成の形態で次々に又は連続して使用できる。２つの互いに異なる平行ではないパターンの歪曲像を上述のフーリエ法によって処理することにより、２つの局所位相ψA（ｘ，ｙ）及びψB（ｘ，ｙ）が得られる。次に、以下の２つの方程式系から局所一次導関数を導き出すことができる。
【００４６】
【数８】
2011503629.tif 000010
【００４７】
【数９】
2011503629.tif 000011
上式において、μ0,A及びｖ0,Aは、ｘ方向及びｙ方向における第１パターンの空間周波数であり、μ0,B及びｖ0,Bは、ｘ方向及びｙ方向における第２パターンの空間周波数である。
【００４８】
有利には、上記ステップは、格子が物体に対して第１の位置にあり、格子が物体に対して第２の位置にある状態で実施されるのが良く、第１の位置と第２の位置は、光路に沿って既知の距離だけずらされる。方程式は線形なので、光軸に沿う上述の既知の距離Δｈだけ分離されたこれら２つの互いに異なる位置のところにおいて同一物体により歪曲された同一パターンの像から得られた位相相互間の差を計算することが可能である。この位相差Δψ（ｘ，ｙ）は次式のように表現することも可能である。
【００４９】
【数１０】
2011503629.tif 000012
【００５０】
かくして、同様に上述の２つの互いに異なる互いに平行ではないパターンを用いると、次のように２方程式系を得ることも可能である。
【００５１】
【数１１】
2011503629.tif 000013
【００５２】
【数１２】
2011503629.tif 000014
【００５３】
したがって、いずれかの位置における格子と物体との間の正確な距離が未知である場合でも、距離差Δｈが既知であれば、ｘ軸及びｙ軸における波面の一次導関数を導き出すことが依然として可能である。
【００５４】
いずれの場合においても、次に、波面をｘ軸及びｙ軸におけるその一次導関数から当業者に知られている任意の数値積分法により積分することができる。かかる数値積分法の例は、エル・ピー・ヤロスラフスキー（L. P. Yaroslavsky）、エー・モレノ（A. Moreno）及びジェイ・カンポス（J.Campos）共著，「ヌメリカル・インテグレーション・オブ・サンプルド・データ・フォー・シェイプ・メジャメンツ：メトロジカル・スペシフィケイションズ（Numerical Integration of Sampled Data for Shape Measurements: Metrological Specifications）」ｐ．３８０〜３８７，ダブリュ・オステン（W. Osten），「フリンジ２００５（Fringe 2005）」，シュプリンガー‐ベルラグ（Springer-Verlag），ベルリン，２００６年に見受けられる。一次導関数を利用した波面のゼルニケ多角形当てはめは又、ヘドサー・ファン・ブルグ（Hedser van Brug）著，「ゼルニケ・ポリノミアルス・アズ・ア・ベイシス・フォー・ウェーブ‐フロント・フィッティング・イン・ラテラル・シヤリング・インターフェロメトリ（Zernike polynomials as a basis for wave-front fitting in lateral shearing interferometry）」，アプライド・オプティックス（A.O.），第３６巻‐第１３号，ｐ．２７８８〜２７９０，１９９７年に見受けられる。
【００５５】
有利には、本発明の方法では、物体が格子に対して光路中において数通りの距離のところに位置した状態でパターンの数個の歪曲像が捕捉され、この方法は、更に、
‐多数の歪曲像を合成して合成像を得るステップと、
‐合成像のフーリエ変換を空間周波数領域内で計算するステップと、
‐合成像のフーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトルを選択し、該スペクトルを周波数領域内でシフトさせてこのスペクトルを実質的にフーリエ変換の中心周波数のところに配置するステップと、
‐合成像のフーリエ変換の少なくとも１つのシフトされた一次又はこれよりも高い次数のスペクトルの逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇM（ｘ，ｙ）＝ＩM（ｘ，ｙ）ｅiψM(x,y)を得るステップとを有し、上式において、ＩM（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψM（ｘ，ｙ）は、位相であり、ＩM（ｘ，ｙ）は合成像中のコントラストレベルに関連づけられる。
【００５６】
上述のフーリエ法を用いた合成像の分析を用いると、物体の光学中心の存在場所を突き止めることができる。このフーリエ法をかかる合成像に適用した場合に得られる出力としての振幅ＩM（ｘ，ｙ）のマップは、コントラストの最も小さい又は最も大きい領域に対応した縞を示し、これらのうちの少なくとも１つは、物体の光学中心を含む。
【００５７】
かかる合成は、例えば、歪曲パターン像のディジタル加算、減算又は乗算によって実施できる。
【００５８】
さらにより好ましくは、上記パターンは、互いに異なる空間周波数μ0,A，ｖ0,A及びμ0,B，ｖ0,Bを備えた２つの交差した組をなす互いに平行な縞を含むのが良く、合成像のフーリエ変換を計算するステップ、合成像のフーリエ変換のスペクトルを選択してシフトさせるステップ、及び合成像のフーリエ変換のシフトされたスペクトルの逆フーリエ変換を実施するステップを先ず最初に、シフトがμ0,A，ｖ0,Aに近い状態で、次にシフトがμ0,B，ｖ0,Bに近い状態で実施して２つの振幅マップ、それぞれＩMA（ｘ，ｙ），ＩMB（ｘ，ｙ）を得る。２つのパターンは、例えば同一ガラスプレート上に重ね合わされた２つのロンキーパターンの合成として同一格子中に位置するのが良い。２つの振幅マップＩMA（ｘ，ｙ）及びＩMB（ｘ，ｙ）の縞は、互いに交差しているので、光学中心の位置を交差点のところでより正確に求めることができる。好ましくは、本発明の方法は、重ね合わせ、加算、及び／又は乗算により前記２つの振幅マップを合成するステップを更に有する。
【００５９】
変形実施形態では、本発明の方法は、更に、
‐追加の格子が物体に対して光軸内において異なる距離を置いたところに位置した状態でエイリアシングか重ね合わせかのいずれかにより歪曲パターンのモアレ像を捕捉するステップと、
‐モアレ像のフーリエ変換を空間周波数領域内で計算するステップと、
‐モアレ像のフーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトルを選択してこれを空間周波数領域内でシフトさせてこれを実質的にフーリエ変換の中心周波数のところに位置させるステップと、
‐モアレ像のフーリエ変換の少なくとも１つのシフトされた一次又はこれよりも高い次数のスペクトルの逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇM（ｘ，ｙ）＝ＩM（ｘ，ｙ）ｅiψM(x,y)を得るステップとを有するのが良く、上式において、ＩM（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψM（ｘ，ｙ）は、位相であり、ＩM（ｘ，ｙ）は、モアレ像のコントラストレベルに関連づけられている。
【００６０】
上述した合成像のフーリエ分析の場合と同様、このフーリエ法をかかるモアレ像に適用した場合に得られる出力としての振幅ＩM（ｘ，ｙ）のマップは、コントラストの最も小さい又は最も大きい領域に対応した縞を示し、これらのうちの１つは、物体の光学中心を含む。
【００６１】
特に有利には、ステップは、追加の格子が物体に対して光路内において複数の互いに異なる距離を置いたところに位置した状態で実施されるのが良い。格子距離を変化させると、これら縞は、物体の光学中心に相当する縞を除き、変化するであろう。かくして、光学中心の存在場所を容易且つ曖昧さなく突き止めることができる。特に、振幅マップを加算することにより、物体の光学中心を含む縞は、他の縞に対して増幅されることになる。
【００６２】
また特に有利には、かかるパターンは、互いに平行な縞の２つ又は３つ以上の交差した組を含むのが良い。これにより、互いに交差した縞を含むモアレ像が生じ、物体の光学中心は、これら交点のうちの１つによって印付けられる。
【００６３】
特に、位相及び振幅物体は、屈折物体であるのが良く、第１の像は、屈折物体を透過した上記パターンの像である。かくして、本発明の方法は、例えば、レンズ、例えば累進焦点レンズ、コンタクトレンズ又は複雑な屈折特性を備えた他のレンズを含むオフサルミックレンズの光学検査又はプレート状ガラス、プラスチック薄膜又は他の屈折物体の光学検査に利用できる。
【００６４】
変形例として、位相及び振幅物体は、反射物体であるのが良く、第１の像は、反射物体によって反射された上記パターンの像である。かくして、本発明のデフレクトメトリ法は、鏡、シリコンウエーハ又は他の反射物体、例えば放物面又は楕円反射器の光学検査にも利用できる。
【００６５】
本発明は又、位相及び振幅物体の光学検査のためのデフレクトメトリシステムであって、コントラストに基づく周期的パターンを形成する格子と、対物レンズ及び複数個の光電性素子を含む画像化センサを有する画像化システムと、画像化センサに接続されたデータ処理システムと、物体を格子と画像化システムとの間において光路中に格子から距離ｈを置いたところに保持する手段とを有するデフレクトメトリシステムに関する。本発明のデフレクトメトリシステムは、上述の米国特許第６，４９６，２５３（Ｂ１）号明細書に開示されたデフレクトメトリシステムとは次の点で異なっており、即ち、データ処理システムは、
‐空間周波数領域において、位相及び振幅物体により歪曲されたパターンの第１の像のフーリエ変換を計算し、
‐フーリエ変換の少なくとも１つの一次又はこれよりも高い次数のスペクトルを選択してこれを空間周波数領域内で実質的にフーリエ変換の中心周波数に向かってシフトさせ、
‐フーリエ変換のシフトされた一次又はこれよりも高い次数のスペクトルの逆フーリエ変換を実施して複素関数ｇ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）ｅiψ(x,y)を得るようプログラムされており、上式において、Ｉ（ｘ，ｙ）は、強度であり、ψ（ｘ，ｙ）は、次の公式、即ちψ（ｘ，ｙ）＝−２Πｈ（μ0ｔａｎθx＋ｖ0ｔａｎθyに従って、それぞれｘ軸及びｙ軸の方向における光偏向角θx，θyに関連づけられた位相である。
【００６６】
有利には、かかる対物レンズは、テレセントリック対物レンズであるのが良い。これは、物体と画像化システムとの間の距離とは無関係に一定の倍率を提供するという利点をもたらす。
【００６７】
有利には、位相及び振幅物体が反射物体である場合、デフレクトメトリシステムは、パターンを反射物体に向かって反射する一方でその歪曲された反射光を画像化システムに向かって伝送するビームスプリッタを更に有する。かくして、格子は、画像化システムの光軸からずらされるのが良く、かくして、妨害及び干渉が回避される。
【００６８】
有利には、上記パターンは、好ましくはロンキーパターンの形態をした少なくとも１つの組をなす等間隔を置いた互いに平行な縞を含むのが良い。かかるパターンは、本発明のフーリエデフレクトメトリ法にとって曖昧ではない搬送周波数をもたらす。
【００６９】
有利には、空間周波数μ0，ｖ0は、軸線ｘ，ｙ上における画像化システムのそれぞれのナイキスト周波数の約１／２である。
【００７０】
パターンの非歪曲像では、パターン縞に垂直にサンプリングされた信号の空間周波数は、パターン縞の空間周波数を物体の倍率で除算した値である。しかしながら、物体は、歪曲した像の空間周波数を少なくとも局所的に増大させる物体、例えば発散球面レンズである場合がある。縞に垂直の画像センサのナイキスト周波数の約１／２の格子パターン空間周波数に物体の倍率を乗算することにより、大抵の実用的な場合に関し、ナイキスト周波数の約１／６〜５／６の歪曲像のアクセス可能なダイナミックレンジが保証され、かくして、安全マージンがこのカットオフナイキスト周波数よりも低く維持され、エイリアシングが安全に回避される。
【００７１】
有利には、上記パターンは、等間隔を置いた互いに平行な縞の２つの実質的に互いに垂直な組を含むのが良い。かかるパターンは、上述のディジタルモアレ像を用いて物体の光学中心の存在場所を実質的に突き止めやすくする。というのは、かかるパターンは、２つの組をなす互いに交差したモアレ縞を生じさせるからであり、光学中心は、縞交点のうちの１つのところに位置決めされる。
【００７２】
有利には、格子は、ガラスプレート上に印刷されたコントラストパターン、好ましくは金属リソグラフィーパターンによって形成されるのが良い。これは、上述の方法に簡単でありしかも有効なパターンを提供する。好ましくは、コントラストパターンは、金属リソグラフィーパターンであり、それによりパターンの高い精度及びかくして低い信号ノイズが保証される。
【００７３】
変形例として、格子は、能動型マトリックススクリーン、例えばＬＣＤスクリーンによって形成されるのが良い。かかる能動型マトリックススクリーンは、平行ではないパターンを生じさせるためか格子を光路中で事実上シフトさせるかのいずれかのために、格子を移動させないで、パターンを変更することができる。
【００７４】
本発明は又、本発明のデフレクトメトリ法を実施するためのデータ処理システムのための１組の命令を含むデータ格納媒体、本発明のデフレクトメトリ法を実施するためのデータ処理システムのための１組の命令を含む磁気、電磁気、電気及び／又は機械的形態の１組の信号及び／又は磁気、電磁気、電気及び／又は機械的手段により、本発明のデフレクトメトリ法を実施するためのデータ処理装置のための１組の命令を伝送する方法に関する。
【００７５】
「データ格納媒体」という用語は、少なくとも或る特定の期間にわたり読み取り装置によって読み取り可能なデータを格納することができる物理的媒体であると理解される。かかるデータ格納媒体の例は、磁気テープや磁気ディスク、光ディスク（読み取り専用型並びに記録型又は書き換え型）、論理回路メモリ、例えば読み取り専用記憶装置チップ、ランダムアクセスメモリチップ及びフラッシュメモリチップ、更には風変わりなデータ貯蔵媒体、例えば化学的、生物学的又は機械的メモリである。
【００７６】
次に、以下の図を参照して本発明の特定の実施形態を例示であるが非限定的な形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明のデフレクトメトリシステムの第１の実施形態の略図である。
【図２】本発明のデフレクトメトリシステムの第２の実施形態の略図である。
【図３】本発明のデフレクトメトリシステムの第３の実施形態の略図である。
【図４】波面と偏向角と位相との間の関係を概略的に示す図である。
【図５】本発明のデフレクトメトリ法の実施形態の流れ図である。
【図６】第１の実施形態の光路中に存在する位相及び振幅物体により歪曲されたコントラストパターン像を示す図である。
【図６Ａ】図６の像の細部を示す図である。
【図７】空間周波数領域内における歪曲されたパターンのフーリエ変換を示す図である。
【図８】フーリエ変換のシフトされた一次スペクトルの逆フーリエ変換のコントラストを増強させた振幅マップを示す図である。
【図９】フーリエ変換のシフトされた一次スペクトルの逆フーリエ変換の位相マップを示す図である。
【図１０】アンラップした後の同一の位相マップを示す図である。
【図１１】格子から２通りの互いに異なる距離を置いたところに位置する物体について収集された２つの互いに異なる像から得られた２つのアンラップ状態の位相マップ相互間の差を示す図である。
【図１２】物体と格子の互いに異なる相対位置のところにおける位相及び振幅物体によって歪曲された同一パターンの２つの像を差し引くことにより得られたモアレ合成像をを示す図である。
【図１３】ディジタルモアレ像のフーリエ変換のシフトされた一次スペクトルの逆フーリエ変換の振幅マップを示す図である。
【図１４】物体と格子の互いに異なる相対位置のところにおける位相及び振幅物体によって歪曲された同一パターンの３つ以上の像の組み合わせにより得られた合成像のフーリエ変換のシフトされた一次スペクトルの逆フーリエ変換の振幅マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
図１は、屈折物体２の光学検査のための本発明のデフレクトメトリシステム１の好ましい実施形態を示している。このシステムは、格子３と、テレセントリック対物レンズ５及びデータ処理システム７に接続された画像化センサ６を含む画像化システム４とを有している。テレセントリック対物レンズ５は、第１の組をなす光学素子５ａ、アパーチュア５ｂ及び場合によっては第２の組をなす光学素子５ｃを有している。画像化センサ６は、この特定の実施形態では正方形のアレイの状態に配列された複数個の光電性素子を有する。しかしながら、状況に応じて当業者であれば光電性素子の別の構成をも想到できよう。格子３は、屈折物体２を格子３と画像化システム４との間に配置して光学的に検査することができるよう画像化システム４の光軸８中に位置する。
【００７９】
格子３は、少なくとも１つのコントラストに基づく周期的パターンを示している。例えば、格子３は、１組の互いに平行な真っ直ぐな縞により形成されるパターンを備えたロンキー格子であるのが良く、コントラストは、縞に垂直な正弦波に従う。かかる２つの組をなす互いに平行な縞は又、正方形の格子を形成するよう直交方向に差し向けられた状態で配置されても良い。この好ましい実施形態では、格子３は、例えば金属リソグラフィーを用いてパターンが印刷されたガラスプレートにより形成される。変形例として、格子は、パターンを意のままに変えることができる能動型マトリックススクリーン、例えばＬＣＤスクリーン又はＯＬＥＤディスプレイにより形成されても良い。これにより、例えば、パターンの空間周波数を変えることにより格子３を物体に対して見かけ上シフトさせることができる。
【００８０】
図２は、本発明のデフレクトメトリシステム１の第２の単純化された実施形態を示している。図１に示されている実施形態と同様、デフレクトメトリシステム１は、格子３と、対物レンズ５及びデータ処理システム７に接続された画像化センサ６を含む画像化システム４とを有している。先の好ましい実施形態の場合と同様、格子３は、光学的に検査されるべき屈折物体２を格子３と画像化システム４との間に挿入することができるよう画像化システム４の光軸８内に位置している。格子３は、好ましい実施形態の格子３と同一形式のものであっても良い。しかしながら、この単純化された実施形態では、対物レンズ５は、テレセントリックではなく、この対物レンズは、アパーチュア５ｂ及び１組の光学素子５ｃを有している。
【００８１】
図３は、屈折物体２の光学的特徴づけに合わせて改造された本発明のデフレクトメトリシステム１の第３の実施形態を示している。この実施形態も又、格子３と、画像化システム４とを有している。この実施形態では、光路を遮るのを回避するために、格子３は、画像化システム４の光軸８からずらされている。それにもかかわらず、屈折物体２によるそのパターンの反射光を画像化することができるようにするために、デフレクトメトリシステム１は、格子３からの像を屈折物体２に向かって反射すると共に屈折物体２によって反射された光の少なくとも一部を画像化システム４に向かって透過させるよう光軸８内に配置されたビームスプリッタ９を更に有している。このように、屈折物体２は、依然として、格子３と画像化システム４との間で光路中に配置可能である。第１の実施形態の場合と同様、画像化システム４は、テレセントリック対物レンズ５及び画像化センサ６を含む。テレセントリック対物レンズ５は、第１の組をなす光学素子５ａと、アパーチュア５ｂと、第２の組をなす光学素子５ｃとから成る。しかしながら、当業者であれば、第２の実施形態の場合と同様単純化された画像化システムを備えた変形実施形態をも想到できる。格子３も又、第１の実施形態及び第２の実施形態の形式と同一形式のものであるのが良い。
【００８２】
第１又は第２の実施形態における屈折物体又は第３の実施形態における屈折物体を本発明の光学特徴づけ方法に従って検査するために、物体を図１〜図３に示されているように格子３と画像化システム４との間で光路中に挿入し、その結果、この物体が画像化センサ６により捕捉された格子３の像を歪曲するようにする。
【００８３】
次に、一例として図１に示されているデフレクトメトリシステム１を用いてオフサルミック累進焦点補正レンズの光学検査に関する本発明のデフレクトメトリ法の実施形態について説明する。
【００８４】
この位相及び振幅物体２及びテレセントリック対物レンズ５を通して見て平行縞６０２の対角線高空間周波数パターンを備えたロンキー格子３の歪曲像６０１を画像化センサ６により捕捉する。かかる歪曲画像６０１は、図６に示されている。この像６０１の細部６０１ａが、図６Ａに示されており、図６Ａは、このパターンが物体２の識別微細彫刻によってどのように局所的に歪曲されるかを示している。
【００８５】
次に、この像６０１をステップ５０２において、フーリエ変換を実行することによりデータ処理システム７のところで直接処理するのが良い。この像６０１は、別々の光電性素子の２Ｄアレイにより捕捉されているので、このフーリエ変換は、２Ｄ離散フーリエ変換（ＤＦＴ）であろう。これを行う上で特に有利な数表示法は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法である。図７は、このフーリエ変換を周波数領域において対数目盛で示している。このフーリエ変換は、その０次スペクトルに対応した中央ピーク７０１と、近似的に、像平面内におけるｘ軸及びｙ軸にそれぞれ縞パターンの空間周波数μ0，ｖ0だけ中央ピーク７０１に対して周波数領域内でシフトされた２つの一次スペクトル７０２とを示している。
【００８６】
次のステップ５０３では、これら一次スペクトル７０２のうちの一方を選択し、フーリエ変換の中心周波数に向かってシフトさせる。これは、例えば、上述のフーリエ変換において、一次スペクトル７０２を含む閉鎖された周波数領域を選択し、フーリエ変換の残部をフィルタリングにより除去し、次に座標変換を行ってこの一次スペクトルをフーリエ変換の中心周波数座標に配置することにより実施できる。一次スペクトル７０２は、近似的にフーリエ変換の中心周波数座標から（μ0，ｖ0）だけシフトされるので、これは、座標（μ′，ｖ′）への座標変換によって実施でき、この場合、μ′＝μ−μ0且つｖ′＝ｖ−ｖ0である。注目されなければならないこととして、これとは異なるシフトを提供することができるが、このシフトの差は、例えば対応の直線位相シフトによって後で補償されなければならないであろう。これは、例えば、物体２がパワーの大きなレンズであり、（μ0，ｖ0）とは著しく異なる周波数だけ中心周波数座標からずれた一次スペクトル７０２を生じさせる場合に有用である。また、注目されなければならないこととして、このデフレクトメトリ法の信号／雑音比（ＳＮ比）を改善するため、たった１つではなく数個の一次及び／又はこれよりも高い次数のスペクトルを選択し、これらの全てを連続して中心周波数座標に向かってシフトさせることも可能である。これらの各々に関し、位相マップを検索し、数個の位相マップを再結合するのが良い。
【００８７】
ステップ５０４では、次に、逆フーリエ変換をこのシフトされた一次スペクトル７０２に対して実施し、結果的に、点の複合アレイが得られる。ステップ５０５において、この複合アレイの振幅をマップすると、その結果として、物体２の透明性に局所的に影響を及ぼす僅かな特徴部、例えば凹み、掻き傷又は微細彫刻部を表わす振幅マップが得られる。この方法は、格子パターンの縞相互間の距離と同じ大きさのサイズの特徴部を示すと共にこの方法ではそのパターンの空間周波数が特に高い場合があるので、他のデフレクトメトリ法によっては容易には検出されない特に小さな特徴部を明らかにすることが可能である。追加のステップ５０６では、この振幅をフィルタリングにより或る特定のしきい値未満のものについては除去し、全ての位置を最大値の状態でそのしきい値よりも高く設定することによってコントラストを増強するのが良い。かかるコントラスト増強ステップ５０６の結果が、図８に示されている。この図で理解できるように、微細彫刻部８０１が、物体２上の小さな掻き傷、凹み及び印８０２として明らかに目に見える。微細彫刻部８０１の自動文字認識と組み合わせて、これを用いると検査プロセスを自動化することができる。
【００８８】
振幅マッピングステップ５０５と並行して、位相マッピングステップ５０７も又実施するのが良い。この結果、図９に示されているようにラップされた位相マップが得られる。次に、ステップ５０８において、このラップされた位相マップを従来手段によってアンラップし、その結果、図１０に示されたアンラップ状態の位相マップが得られる。
【００８９】
この位相ψ（ｘ，ｙ）は、上述の方程式（７）及び（８）で理解されると共に図４に示されているように、光線４０１の角度偏差及び波面４０２の一次導関数に関連づけられている。ステップ５０１〜５０４及びステップ５０７，５０８を物体に対して異なる距離にシフトされた格子３について再び実施した場合、結果的に、異なる位相マップが得られるであろう。次のステップ５０９においてマップ相互間の位相差Δψを計算すると、その結果として、図１１に示されているような位相差マップが得られる。各点におけるこの位相差は、平行な縞に垂直な波面の一次導関数に比例する。縞に垂直な光偏差角θをこの次のステップ５０９において次の方程式により求めることができる。
【００９０】
【数１３】
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上式において、ｐは、格子３のところにおけるパターンの周期（即ち、空間周波数の逆数）であり、Δψ及びΔｈは、それぞれ、位相差及び距離差である。２つの互いに異なる方向において一次導関数を求めるため、パターンを格子３の平面内において或る特定の角度だけ回転させた後に同一ステップを繰り返し実施するのが良い。次に、上述の方程式（１２）及び（１３）を用いてｘ方向及びｙ方向における一次導関数を求めるのが良い。また、波面をこれら一次導関数の数値積分により再構成することができる。
【００９１】
物体２と格子３との間の距離ｈが既知であれば、格子３と物体２との間の種々の距離ｈのところで得られるかかる２つの位相マップ相互間の位相差を計算することは必要ではないであろう。これとは異なり、物体２が光路から除かれた状態で格子３の非歪曲像について上述のフーリエ法、即ち、ステップ５０２〜５０４を実施することにより基準位相ψ0を計算する場合、次の方程式から局所光偏差角を計算することができる。
【数１４】
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【００９２】
テレセントリック対物レンズ５の開口数ＮＡは、上述のパターンの周波数に適合されるべきである。これは、ほぼ１．２２λ／ｐである場合があり、この場合、λは、波長である。物体２を距離ｈだけ焦点から外した場合、距離ｈが十分に大きい場合、空間不確実性を２．４４λ／ｐｈと評価することができる。
【００９３】
この場合、この新たな方法により回復した位相は、例えば米国特許出願公開第２００５／０３６１５３（Ａ１）号明細書に開示されているような位相シフトシュリーレン法により回収又は回復された位相と等価である。かくして、位相を同一の仕方で処理して関心のあるパラメータ及びかくして波面の再構成、屈折表面プロフィールの計算又は反射表面プロフィールの計算を行うことができる。
【００９４】
また、図１２に示されているように、フーリエ法、即ちステップ５０２〜５０４を合成像に適用することができる。かかる合成像を作るには、２つの軸方向にずれた格子３を重ね合わせてモアレ像を得るか物体２から種々の距離を置いたところに位置する同一の格子３の歪曲像をディジタル式に又はこれとは違ったやり方で合成するかのいずれかを行うのが良い。ステップ５１０において、任意適当な数学的演算、例えば減算、加算又は乗算により像を合成するのが良い。変形例として、エイリアシングによって同様なモアレ像を得ても良い。
【００９５】
このフーリエ法をフーリエ領域内における座標シフトが搬送周波数μ0及びｖ0に等しく又はこれに近い状態でステップ５１１においてかかる合成像に適用した場合の出力の振幅ＩM（ｘ，ｙ）をマップする次のステップ５１１は、合成像を生じさせるために実行された数学的演算に応じて、コントラストの最も小さな又はコントラストの最も大きい領域を明らかにする。加算が用いられた場合、ステップ５１１は、コントラストの最も大きな領域を示し、減算が用いられた場合、ステップ５１１は、例えばコントラストの最も小さいモアレ領域を示すことになろう。これは、図１３に記載された振幅マップによって示されている。格子距離ｈを変化させた場合、コントラストの最も小さな又は最も大きなこれらモアレ領域は、物体２の光学的中心、即ち光学偏向がない物体２の点を含む領域を除き、変化するであろう。変位が光軸に沿って生じるので、複数のかかる強度マップを組み合わせると、光学的中心が配置された単一の低振幅ゾーンが示されるであろう。
【００９６】
物体２と格子３との間の距離ｈを恣意的に変化させることができる場合、先ず最初に僅かなステップを適用して光学的中心を大まかに位置決めし、次に、大きな変位を行って光学的中心の位置を改善するのが良い。
【００９７】
また、上述のフーリエ法を格子３と物体２との間の種々の距離ｈの状態で捕捉された３つ以上、例えば１５個の歪曲像の合成（例えば、加算、減算又は乗算による）に適用することにより光学的中心を曖昧さなく検出することが可能である。この場合、少なくとも１つの光学的中心は、図１４に示されているように結果的に得られた振幅マップの最大１４０１上に位置する。どの最大が光学的中心に一致しているかは、しきい値処理によって決定できる。
【００９８】
好ましい実施形態では、互いに異なる２つの方向に周期的構造、例えば、直交配置された２つのロンキーパターンを重ね合わせることにより得られた正方形格子を提供するパターンが用いられる。この場合、最初にシフトがμ0,A，ｖ0,Aに近い状態で、次にシフトがμ0,B，ｖ0,Bに近い状態で上述のフーリエ法を実施して振幅の小さい縞が互いに交差する２つの振幅マップ、それぞれ、ＩMA（ｘ，ｙ），ＩMB（ｘ，ｙ）を得ることが可能であり、これらの交点は、潜在的に有効な光学的中心を示している。好ましくは、例えば乗算、次にしきい値処理によりこれら振幅マップＩMA（ｘ，ｙ），ＩMB（ｘ，ｙ）を合成することにより、結果的に得られた複合マップは、１つ又は複数の光学的中心を明らかにする。
【００９９】
図１に示されているような本発明のデフレクトメトリシステムの第１の実施形態を用いる場合、波面導関数を積分し、それにより波面を計算することができるようにするためには倍率を知ることが必要であろう。倍率は、正確であることが知られていると仮定される高空間周波数パターンの像の分析によって直接得られる。対物レンズ５の局所非直線性は、例えば、格子３と画像化システム４との間で光路中に位相及び振幅物体２が存在していない場合にパターンの非歪曲像に対するフーリエ法を実施することによって得られる基準位相ψ0の分析によって補正できる。テレセントリック対物レンズ５の利点は、倍率が物体２と対物レンズ５との間の距離とは無関係であり、その結果、これらの相対距離ｈを変化させるためには格子３か物体２かのどちらでも移動させることができるということにある。
【０１００】
対物レンズ５が非テレセントリックである図２に示されているデフレクトメトリシステムを用いる場合、上述したのと同一のステップを実施することができるが、物体２からアパーチュア５ｂまでの距離は、倍率を評価するためには既知でなければならないであろう。この場合、光学的中心の検出は、一層複雑になる。最も簡単なオプションは、格子３を光路に沿って並進させること及び格子３の位置が同一であって物体２が存在していない場合に格子３の基準像を歪曲像から差し引くことである。しかしながら、これは、薄いレンズの場合に実施可能であるに過ぎない。それにもかかわらず、美的又は微細彫刻物検査に関するものが何であるかによっては、この実施形態は、欠点をもたらすことはない。
【０１０１】
また、物体２とアパーチュア５ｂとの間の距離を変える一方で、格子３と物体２との間の一定距離ｈを維持することにより光偏向角θを回復させることが可能である。本発明のデフレクトメトリ法のこの実施形態では、倍率を一定に保つためには、アパーチュア５ｂを画像化システム４の光軸８に沿って並進させるのが良い。
【０１０２】
同じ方法を例えば図３のデフレクトメトリシステム１を用いて適用して反射物体２を検査することができる。
【０１０３】
特定の例示の実施形態を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の広い範囲から逸脱することなくこれら実施形態の種々の改造例及び変更例を実現できることは明らかであろう。したがって、本明細書及び図面は、本発明を限定するものではなく、例示として見なされるべきである。
【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６Ａ】
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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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【国際調査報告】
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2011503629.tif 000033
2011503629.tif 000034