(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源より発するコヒーレント光束を参照面と被検面に照射し、前記参照面、前記被検面それぞれからの反射光である参照光と試料光の偏光面を偏光光学素子を介在させて互いに直交させ、光学的無干渉状態となした原光束を生成する観測光学系を備え、前記原光束を複数の分枝原光束に分け、前記分枝原光束のそれぞれに偏光光学素子を介して異なる固定的光学位相差を与えた複数の分枝位相シフト干渉縞を発生させ、前記被検面の観測範囲にある一つの位置がそれぞれの分枝観測座標系において同一位置になるよう位置の整合を施し、分枝ごとに設けられた分枝撮像機構によりこれら干渉縞に対応する画像データを取得し、位相シフト法にて前記被検面の観測範囲の平面起伏形状を数値データにより再現する位相シフト干渉縞同時撮像装置において、
前記参照光と前記試料光との間に相対的な光学的位相差を別途与えたときにそれぞれの前記分枝撮像機構にて得られる分枝毎の位相シフト干渉縞画像データから分枝毎のバイアスと振幅を予め算出しておき、
平面起伏形状計測時には、予め算出された分枝毎の前記バイアス、振幅と平面起伏形状計測時に得られた前記位相シフト干渉縞画像データとを用いて各画素毎に形状計算を行い、
試料光がない状態で得られる分枝参照光画像データを分枝撮像機構毎に予め取得しておき、前記バイアス、前記振幅算出時の画素毎の試料光強度と、前記平面起伏形状計測時の前記試料光の画素毎の強度比を画素毎の反射率比として新たに未知の変数として考慮して平面起伏形状を算出することを特徴とする位相シフト干渉縞同時撮像装置における平面形状計測方法。
【請求項２】
請求項１において、反射率が空間的に一様とみなせる前記被検面を計測する際には、前記画素毎の反射率比の代わりに材質に依存した被検面反射率の値から算出される前記被検面反射率比を演算上の設定値として与えることで、２台の前記分枝撮像機構より得られる２つの前記分枝位相シフト干渉縞画像データから被検面起伏形状計測を行うことを特徴とする位相シフト干渉縞同時撮像装置における平面形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相シフト干渉縞同時計測装置、つまり被検面と参照面からの反射光が光学的に無干渉状態にある原光束を複数の分枝原光束に分割し、夫々分枝原光束に異なる固定的光学位相差を与えて干渉させ、複数の撮像機構で同時撮像し、被検面の形状を計測する位相シフト干渉計に関する。
さらに詳しく言えば、本発明は、この位相シフト干渉計より得られる分枝位相シフト干渉縞のバイアス、振幅を補正により観測領域内の各点にて整合調整を施して大幅に精度向上を図る新たな技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特願平１１-１３６８３１号明細書で説明されている図１に示すような位相シフト干渉縞同時計測装置においては、レーザ光源１からのレーザー光束は、レンズ２によりビーム径を拡大され、ビームスプリッタ３を透過してコリメートレンズ４にて平行光束にされる。
そして、この位相シフト干渉縞同時計測装置では、前記平行光束から参照面５で反射された参照光と参照面５、λ／４板６を透過し被検面７で反射された試料光を生成するが、試料光は再びλ／４板６を透過することで偏光面が参照光とは直交し、光学的無干渉状態の原光束となる。ビームスプリッタ３で反射された原光束に含まれる参照光と試料光はλ/ ４板８を透過することでそれぞれ互いに回転方向の異なる円偏光状態となり、三分割プリズム９で３つの分枝光束に分割される。
【０００３】
また、それぞれの分枝光束の光路上には偏光板１０〜１２が配置され、光軸に対して概略直交する面内において偏光板の透過軸角度が設定され、固定的光学位相差を与えた分枝位相シフト干渉縞を発生させ、撮像機構１３〜１５により撮像が行われる。
したがって、この装置により被検面形状を高精度に計測するためには、３枚の分枝位相シフト干渉縞間において、観測領域内の対応する各点のバイアス、振幅は等しいことが前提となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際の位相シフト干渉縞同時撮影装置では、三分割プリズム９における分割強度誤差やλ／４板８の低速軸の設置誤差にともなう透過光の楕円偏光化などが原因となり、３枚の分枝位相シフト干渉縞間のバイアスと振幅はそれぞれ異なるものとなる。
【０００５】
この問題の対策として、従来では、分枝位相シフト干渉縞画像からバイアスと振幅の代表値を算出して光学素子相互の差を補正する対策がとられていた。
しかし、分枝光路上に介在する複数の光学素子を反射や透過時に均一に作用させることはむずかしく、分枝位相シフト干渉縞間のバイアスと振幅の値は観測領域内の各画素ごとに異なるのが現実であり、代表値で一様に補正する方法では、一画面内においてバイアスと振幅のばらつきが補正後にも残る欠点がある。
さらに、被検面が変わり試料光強度が変われば干渉縞のバイアス、振幅は変わるため、異なる被検面を計測した場合には補正誤差が発生することになる。
【０００６】
本発明の目的は、以上に述べたような従来の位相シフト干渉縞同時撮像装置の問題に鑑み、異なる撮像機構より得られる分岐位相シフト干渉縞のバイアス、振幅を測定する際に使用する被検面と、形状計測時の被検面が異なる場合でも、各々の面の反射率を考慮して形状を算出することで被検面起伏形状を高精度に計測できる平面計測方法を得るにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、位相シフト干渉縞同時計測装置において、参照面、被検面からの反射光からなる原光束を分割することにより生じる分枝位相シフト干渉縞間のバイアス、振幅の差異により発生する形状算出時の誤差をバイアス、振幅算出時と形状算出時の試料光強度の比、即ち反射率比を新たに考慮に入れて形状算出することを提案しようとするものである。
【０００８】
つまり、本発明では、
レーザ光源より発するコヒーレント光束を参照面と被検面に照射し、前記参照面、前記被検面それぞれからの反射光である参照光と試料光の偏光面を偏光光学素子を介在させて互いに直交させ、光学的無干渉状態となした原光束を生成する観測光学系を備え、前記原光束を複数の分枝原光束に分け、前記分枝原光束のそれぞれに偏光光学素子を介して異なる固定的光学位相差を与えた複数の分枝位相シフト干渉縞を発生させ、前記被検面の観測範囲にある一つの位置がそれぞれの分枝観測座標系において同一位置になるよう位置の整合を施し、分枝ごとに設けられた分枝撮像機構によりこれら干渉縞に対応する画像データを取得し、位相シフト法にて前記被検面の観測範囲の平面起伏形状を数値データにより再現する位相シフト干渉縞同時撮像装置において、
前記参照光と前記試料光との間に相対的な光学的位相差を別途与えたときにそれぞれの前記分枝撮像機構にて得られる分枝毎の位相シフト干渉縞画像データから分枝毎のバイアスと振幅を予め算出しておき、
平面起伏形状計測時には、予め算出された分枝毎の前記バイアス、振幅と平面起伏形状計測時に得られた前記位相シフト干渉縞画像データとを用いて各画素毎に形状計算を行い、異なる分枝撮像機構より得られる分枝位相シフト干渉縞間のバイアス、振幅の差異により発生する形状算出誤差を解消する。
また、試料光がない状態で得られる分枝参照光画像データを分枝撮像機構毎に予め取得しておき、前記バイアス、前記振幅算出時の画素毎の試料光強度と、前記平面起伏形状計測時の前記試料光の画素毎の強度比を画素毎の反射率比として新たに未知の変数として考慮して平面起伏形状を算出することにより、
各前記分枝撮像機構より得られる前記分枝位相シフト干渉縞間のバイアス、振幅が異なり、かつ、前記試料光強度に応じてバイアス、振幅が変化する場合であっても高精度に平面起伏形状を算出する位相シフト干渉縞同時撮像装置における平面形状計測方法が提案される。
【０００９】
また、反射率が空間的に一様とみなせる前記被検面を計測する際には、前記画素毎の反射率比の代わりに材質に依存した被検面反射率の値から算出される前記被検面反射率比を演算上の設定値として与えることで、２台の前記分枝撮像機構より得られる２つの前記分枝位相シフト干渉縞画像データから被検面起伏形状計測を行う位相シフト干渉縞同時撮像装置における平面形状計測方法も説明される。
【００１０】
【作用】
本発明においては、光学部品や鏡面加工された被検面の形状を計測する際に、一観測領域内の反射率が空間的に一様とみなせかつ被検面の材質に依存する反射率が既知であるような場合には、被検面の反射率比を一々画素毎のデータを求めて用いる代わりに演算上の設定パラメータとして与えて形状を算出することで、従来の位相シフト法では3枚の干渉縞、つまり３台の撮像機構が必要とされた位相シフト干渉縞同時撮像装置において、２台の撮像機構より得られる２枚の分枝位相シフト干渉縞にて形状算出が実現可能となり、これにより部品個数低減による低コスト化を図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の好ましい実施の態様を説明する。
本発明の第１実施例で用いる位相シフト干渉縞同時撮像装置は図１に示してある。
【００１２】
前述したように、図１の位相シフト干渉縞同時計測装置では、レーザ光源１からのレーザー光束は、レンズ２によりビーム径を拡大され、ビームスプリッタ３を透過してコリメートレンズ４にて平行光束にされ、前記平行光束から参照面５で反射された参照光と参照面５、λ／４板６を透過し被検面７で反射された試料光が生成される。この試料光は再びλ／４板６を透過することで偏光面が参照光とは直交し、光学的無干渉状態の原光束となるけれども、ビームスプリッタ３で反射された原光束に含まれる参照光と試料光はλ／４板８を透過することでそれぞれ互いに回転方向の異なる円偏光状態となり、三分割プリズム９で３つの分枝光束に分割される。
【００１３】
また、それぞれの分枝光束の光路上には偏光板１０〜１２が配置され、光軸に対して概略直交する面内において偏光板の透過軸角度が設定され、固定的光学位相差を与えた分枝位相シフト干渉縞を発生させ、撮像機構１３〜１５により撮像が行われることになる。
【００１４】
位相シフト干渉縞同時撮像装置における被検面起伏形状の算出
ところで、干渉縞を利用して被検面の形状を算出する際に一般に位相シフト法が用いられる。
【００１５】
この場合の干渉縞強度情報はバイアス、振幅と被検面形状に相当する位相から構成されており、これら３つの未知数を含む干渉縞の式から位相を算出するためには最低３枚以上の位相シフトされた干渉縞が必要となる。
例えば、従来の位相シフト干渉計により得られる３枚の干渉縞を次式で表現する。
【数１】
0004799766.tif 000002
【００１６】
ここで、Ｉ1 （ｘ，ｙ）、Ｉ2 （ｘ，ｙ）、Ｉ3 （ｘ，ｙ）は１台の撮像機構より得られる干渉縞強度を現す。
Ｂ（ｘ，ｙ）、Ａ（ｘ，ｙ）はバイアス、振幅をそれぞれ現す。また、αとβは位相φ（ｘ，ｙ）を算出するために干渉計にて計画的に付加される位相シフト量を現す。
【００１７】
ここに、バイアス、振幅は計測する被検面によって異なる値となる可能性があるが、１台の撮像機構により得られる３枚の干渉縞においてはバイアス、振幅はそれぞれ同じとみなすことができる。
このことを利用して３枚以上の干渉縞から３つの未知数を考慮して位相φ（ｘ，ｙ）を解けばバイアス、振幅の変化に影響を受けずに被検面形状を算出することができる。
【００１８】
式（１−１）〜式（１−３）に示された干渉縞の場合、次式の計算を行えば位相φ（ｘ，ｙ）は得られる。
【数２】
0004799766.tif 000003
【００１９】
一方、図１に示した位相シフト干渉縞同時計測装置にあっては、分割に伴うバイアス、振幅のばらつきを加味すると分枝位相シフト干渉縞は次式で現すことができる。
【数３】
0004799766.tif 000004
【００２０】
各分枝位相シフト干渉縞に含まれるバイアス、振幅はそれぞれ異なり、連立方程式中には３個の計測値に対して７個の未知数が存在するため、このままでは位相φ（ｘ，ｙ）を算出することはできない。ところが、分枝位相シフト干渉縞間におけるバイアス、振幅のばらつきは干渉計内部の光学素子によって発生する固定の誤差であることを利用すれば、あらかじめＢ1 （ｘ，ｙ）、Ｂ2 （ｘ，ｙ）、Ｂ3 （ｘ，ｙ）、Ａ1 （ｘ，ｙ）、Ａ2 （ｘ，ｙ）、Ａ3 （ｘ，ｙ）を計測することで、位相φ（ｘ，ｙ）を算出することができる。
【００２１】
画素毎のバイアス、振幅算出方法
そこでまず、Ｂ1 （ｘ，ｙ）、Ｂ2 （ｘ，ｙ）、Ｂ3 （ｘ，ｙ）、Ａ1 （ｘ，ｙ）、Ａ2 （ｘ，ｙ）、Ａ3 （ｘ，ｙ）を算出する手順を示す。
図１において、被検面７を外部から制御する仕組み（省略）で行う参照面変位や光源の波長可変などの方法により、参照光と試料光の間に光学的位相差δi を別途与えたときの分枝ごとの位相シフト干渉縞を撮像する。
【００２２】
【数４】
0004799766.tif 000005
δi を計画的に変化させ、分枝毎に３枚以上の分枝位相シフト干渉縞が得られれば、各分枝毎のバイアスと振幅を算出することができる。ここでは一つの例として、δi を干渉縞の位相１周期分２πを等しく分割する値とした場合を示すことにする。
【数５】
0004799766.tif 000006
式（５）の条件の下、分枝毎に得られた干渉縞から以下の計算を行なうことにより各分枝毎のバイアス、振幅は算出される。
【数６】
0004799766.tif 000007
【数７】
0004799766.tif 000008
【００２３】
ここで得られたＢ1 （ｘ，ｙ）、Ｂ2 （ｘ，ｙ）、Ｂ3 （ｘ，ｙ）、Ａ1 （ｘ，ｙ）、Ａ2 （ｘ，ｙ）、Ａ3 （ｘ，ｙ）を、以後分枝撮像機構にて得られる分枝位相シフト干渉縞のバイアス、振幅として用いれば、未知数φ（ｘ，ｙ）１個に対して３個の計測値となるため位相φ（ｘ，ｙ）の算出は可能となる。
【００２４】
式（８）以下に、干渉縞のバイアス、振幅は被検面によって変化しないと仮定した場合の位相φ（ｘ，ｙ）の算出例を示す。
【００２５】
画素毎のバイアス、振幅を用いた被検面形状算出方法
以下、式（１０）、式（１２）により後述の方法即ち反射率比γを用いないで形状φを算出する方法を示す。被検面形状計測時に得られた各分枝撮像機構で得られた干渉縞強度からバイアスを減算した後に、振幅を除算してバイアス０、振幅１の干渉縞に変換する。
【数８】
0004799766.tif 000009
式（８−１）〜式（８−３）によりｓｉｎ［φ（ｘ，ｙ）］、ｃｏｓ［φ（ｘ，ｙ）］を未知数として、過剰な数の測定値から誘導した過剰な数のＩ1 ’、Ｉ2 ’、Ｉ3 ’を用いて、最小２乗近似によりφ（ｘ，ｙ）を算出する。
【００２６】
ここに、別途判明しているα、βの下でのφを求める算出式は次式の通りである。
【数９】
0004799766.tif 000010
この場合、Ｅが最小となる値のφは次式より得られる。
【数１０】
0004799766.tif 000011
【００２７】
また、被検面の反射率比γを考慮しない場合にあっては、別の方法として先に得られているバイアス、振幅を使用することで２台の分枝撮像機構より得られる２枚の分枝位相シフト干渉縞のみから２個の未知数ｓｉｎ［φ（ｘ，ｙ）］、ｃｏｓ［φ（ｘ，ｙ）］の厳密解を算出し、被検面の形状を算出することも可能である。
【数１１】
0004799766.tif 000012
したがって、位相φ（ｘ，ｙ）は次式で求められる。
【数１２】
0004799766.tif 000013
【００２８】
バイアス、振幅算出用被検面Ｓと計測用被検面T からの反射光強度が異なる場合次に、干渉縞を構成するバイアス、振幅が被検面によって変化する場合について検討する。
図２にバイアス、振幅算用被検面Ｓ使用時の参照光、試料光のモデルを示す。図中示すように、参照光強度をａ（ｘ，ｙ）、試料光強度をｂ（ｘ，ｙ）とし、３分割プリズムにより分割されて各撮像機構に到達する参照光、試料光強度をそれぞれ、ａ1 （ｘ，ｙ）、 ｂ1 （ｘ，ｙ）、ａ2 （ｘ，ｙ）、 ｂ2 （ｘ，ｙ）、ａ3 （ｘ，ｙ）、 ｂ3 （ｘ，ｙ）とおく。
【００２９】
式（４）〜式（７）にて示した手順により得られるＢ1 （ｘ，ｙ）、Ｂ2 （ｘ，ｙ）、Ｂ3 （ｘ，ｙ）、Ａ1 （ｘ，ｙ）、Ａ2 （ｘ，ｙ）、Ａ3 （ｘ，ｙ）と図２に示すモデルとの関係は次式にて示される。
【数１３】
0004799766.tif 000014
【数１４】
0004799766.tif 000015
【００３０】
一方、計測用被検面Ｔを計測する際の試料光強度をｂ”（ｘ，ｙ）とし、３台の分枝撮像機構に到達する試料光強度をｂ1 ”（ｘ，ｙ）、ｂ2 ”（ｘ，ｙ）、ｂ3 ”（ｘ，ｙ）とする。ｂ”（ｘ，ｙ）とバイアス、振幅算出時の被検面Ｓからの試料光強度ｂ（ｘ，ｙ）の画素毎の強度比を反射率比γ（ｘ，ｙ）とおくと、３台の分枝撮像機構に到達する試料光も同じ比率γ（ｘ，ｙ）で影響が及ぼされると考えられるため、図３に示すような試料光強度が各分枝撮像機構に到達する。
【数１５】
0004799766.tif 000016
【００３１】
一方、参照光強度の方は被検面に依存せずに一定の値である。これらを考慮すると、計測用被検面Ｔにおける分枝毎のバイアスＢ1 ”（ｘ，ｙ）、Ｂ2 ”（ｘ，ｙ）、Ｂ3 ”（ｘ，ｙ）、振幅Ａ1 ”（ｘ，ｙ）、Ａ2 ”（ｘ，ｙ）、Ａ3 ”（ｘ，ｙ）と先に得られているバイアスＢ1 （ｘ，ｙ）、Ｂ2 （ｘ，ｙ）、Ｂ3 （ｘ，ｙ）と振幅Ａ1 （ｘ，ｙ）、Ａ2 （ｘ，ｙ）、Ａ3 （ｘ，ｙ）のそれぞれの関係は次のようになる。
【数１６】
0004799766.tif 000017
【数１７】
0004799766.tif 000018
計測用被検面Ｔで得られる干渉縞を現すと、次式の形になる。
【数１８】
0004799766.tif 000019
【００３２】
これらの式は、反射率比γ（ｘ，ｙ）を用いると、次式に書き換えられる。
【数１９】
0004799766.tif 000020
式（３−１）〜式（３−３）と式（１８−１）〜式（１８−３）を比較して分かる通り、バイアス、振幅算出用被検面Ｓを基準とし反射率の異なる被検面を計測した場合には、干渉縞に含まれるバイアス、振幅は異なるものとなる。
【００３３】
そのため、分枝位相シフト干渉を式（８）に代入して、変換したのちに式（１２）にて、位相φ（ｘ，ｙ）を算出したとしても誤差が発生する。ここで、誤差量φerror を求める（式（２５）以降）。準備の過程は（１９）〜（２０）にある。
式（１８−１）〜式（１８−３）で示した計測用被検面Ｔで得られる干渉縞Ｉi ”（ｘ，ｙ）を被検面Ｓにて得られたバイアス、振幅Ｂi （ｘ，ｙ）、Ａi （ｘ，ｙ）で正規化した場合の干渉縞は次の通りである。
【００３４】
【数２０】
0004799766.tif 000021
式（１０）に、干渉縞Ｉi ”’（ｘ，ｙ） ;（ｉ＝１，２，３）を代入する。
Ｉi ”’（ｘ，ｙ） ;（ｉ＝１，２，３）はいずれもγ（ｘ，ｙ）の影響を受けている。
【数２１】
0004799766.tif 000022
【００３５】
ここで、
【数２２】
0004799766.tif 000023
とすると、式（１０）'は、
【数２３】
0004799766.tif 000024
となる。
【００３６】
ここで、
【数２４】
0004799766.tif 000025
となるため、式（２０）は次式の形にまとめられる。
【数２５】
0004799766.tif 000026
【００３７】
さらに、
【数２６】
0004799766.tif 000027
とおき、
【数２７】
0004799766.tif 000028
として式（２１）をまとめる。
【００３８】
【数２８】
0004799766.tif 000029
誤差φerror は、
【数２９】
0004799766.tif 000030
で現され、
【数３０】
0004799766.tif 000031
の関係を用いれば、φerror は次式になる。
【００３９】
【数３１】
0004799766.tif 000032
さらに整理を行うと、
【数３２】
0004799766.tif 000033
となる。
【００４０】
ここで、Ｖ，Ｗは、それぞれ
【数３３】
0004799766.tif 000034
を現す。
【００４１】
ちなみに、位相シフト量を
【数３４】
0004799766.tif 000035
とした場合には、
【数３５】
0004799766.tif 000036
となる。
【００４２】
γが１近傍について考えると、ｐ（γ）は小さくコントラストの高い干渉縞が得られるような干渉計においては、Ｌ1 ＝１付近、Ｍ1 ＝０付近であることから、
【数３６】
0004799766.tif 000037
の条件が得られ、その結果φerror は近似的に次の様に求められる。
【００４３】
【数３７】
0004799766.tif 000038
【００４４】
さらに、分母を展開するとφerror は近似的に次式で表現できる。
【数３８】
0004799766.tif 000039
式（２９）におけるｐ（γ）は、
【数３９】
0004799766.tif 000040
の関係にあり、ｐ（１）＝０となるため、γ＝１の時（言い換えるとバイアス、振幅算出用被検面Ｓと計測用被検面Ｔの試料光強度が同じ場合）にのみ誤差φerror ＝０となる。γ≠１の時は、式（２９）の第２項以降により干渉縞位相φと同一周波数や２倍波、３倍波といった高次の周波数で変動する誤差φerror が発生する。
【００４５】
式（１２）に示した２枚の干渉縞から位相の厳密解を算出する方法についていえば、式（１８−１）’、式（１８−２）’の２枚の干渉縞Ｉ1”（ｘ，ｙ）、Ｉ2”（ｘ，ｙ）を代入すると式（３０）になる。
【数４０】
0004799766.tif 000041
ただし、
【数４１】
0004799766.tif 000042
である。位相シフト量を
【数４２】
0004799766.tif 000043
とした場合には、Ｌ2 ，Ｍ2 はそれぞれ
【数４３】
0004799766.tif 000044
となる。その結果φerror は式（３２）になる。
【００４６】
【数４４】
0004799766.tif 000045
ここでＶ2 、Ｗ2 はそれぞれ次式の関係を満たす。
【数４５】
0004799766.tif 000046
式（１２）によって厳密解を算出する方法においても、γ≠１の場合（言い換えると、バイアス、振幅算出用被検面Ｓと計測用被検面Ｔからの試料光強度が異なる場合）、式（３２）の第２項以降により干渉縞位相φと同一周波数や２倍波、３倍波といった高次の周波数で変動する誤差が発生する。
【００４７】
被検面反射率比を考慮した形状算出
そこで、式（１０）や式（１２）に示した方法とは異なり、本発明による新規な方式、即ち、反射率比γに依存しない形状算出方法について次に示す。
式（１８−１）、式（１８−２）、式（１８−３）に表される干渉縞強度から参照光強度ａ1 （ｘ，ｙ）、ａ2 （ｘ，ｙ）、ａ3 （ｘ，ｙ）をそれぞれ減算した値を用い、
【数４６】
0004799766.tif 000047
について解く。
【００４８】
【数４７】
0004799766.tif 000048
式（３３−１）〜式（３３−３）から
【数４８】
0004799766.tif 000049
が導かれ、行列式
【数４９】
0004799766.tif 000050
が０にならないα（ｘ，ｙ）、β（ｘ，ｙ）であれば、
【数５０】
0004799766.tif 000051
について解くことができる。
【００４９】
これにより得られる
【数５１】
0004799766.tif 000052
の比の逆正接をとり、位相φ（ｘ，ｙ）を得る。
【数５２】
0004799766.tif 000053
式（３６）においては式（１０）、式（１２）の方法とは異なり被検面反射率比γの影響は除去されている。
【００５０】
式（３６）は、新たに導入した被検面反射率比γに対して恒等的に成立するため、γ＝１でなくても常にφ’（ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，ｙ）の関係になる。つまり、異なる被検面を計測した場合でも、反射率の影響を受けることなく形状を算出することができる。
なお、被検面反射率比として定義したγ（ｘ，ｙ）は次の式で求められる。
【数５３】
0004799766.tif 000054
【００５１】
次に、図４について本発明の第２実施例による位相シフト干渉縞同時計測装置を説明する。
ちなみに、光学部品や鏡面加工された面のように材質が既知で鏡面加工された被検面を計測する際には、被検面の反射率は一様とみなせかつその値も特定でき得る。
このような場合には、式（３２）を積極的に使用して被検面の反射率比γを演算上の設定値として与えて誤差量を算出することで、算出された形状を補正することも可能になる。
【００５２】
このような補正は式（３０）より得られる誤差を含んだ形状から式（３２）を減算することにより実現できる。
図４の位相シフト干渉縞同時計測装置では、レーザ光源１からのレーザー光束は、レンズ２によりビーム径を拡大され、ビームスプリッタ３を透過してコリメートレンズ４にて平行光束にされ、前記平行光束から参照面５で反射された参照光と参照面５、λ／４板６を透過し被検面７で反射された試料光が生成されるのは図１の場合と同様である。この試料光は再びλ／４板６を透過することで偏光面が参照光とは直交し、光学的無干渉状態の原光束となるけれども、ビームスプリッタ３で反射された原光束に含まれる参照光と試料光はλ／４板８を透過することでそれぞれ互いに回転方向の異なる円偏光状態となり、分割プリズム１６で２つの分枝光束に分割される。
【００５３】
また、それぞれの分枝光束の光路上には偏光板１７、１８が配置され、固定的光学位相差を与えた分枝位相シフト干渉縞を発生させ、撮像機構１９，２０により撮像が行われることになる。言い換えると、図４は位相シフト干渉縞同時撮像装置を構成する際、特定の被検面を測定対象とした場合には、分枝撮像機構は２台でも実現可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１によれば、位相シフト干渉縞同時計測装置において、
予め画素毎に算出された干渉縞のバイアス、振幅と被検面には依存しない分枝参照光画像データを、各分枝撮像機構毎を用い、バイアス、振幅算出時と形状算出時の試料光強度の比を反射率比として新たに考慮に入れて被検面起伏形状を算出することで、参照光と試料光からなる原光束を分割することにより生じる分枝位相シフト干渉縞間のバイアス、振幅の差異が原因となって発生する形状算出時の誤差を被検面が異なる場合でも低減することができる。
【００５５】
また、本発明の請求項２によれば、光学部品検査や鏡面の形状計測などの場合のように、一観測領域内の反射率が空間的に一様とみなせかつ被検面の材質に依存する反射率が既知であるような場合には、先に定義した反射率比を演算上の設定パラメータとして与えて形状を算出することで、従来の位相シフト法では３枚の干渉縞、つまり３台の撮像機構が必要とされた位相シフト干渉縞同時撮像装置において、２台の撮像機構より得られる２枚の分枝位相シフト干渉縞にて形状算出が実現可能となり、これにより部品個数低減による低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による位相シフト干渉縞同時撮像装置の原理図である。
【図２】同位相シフト干渉縞同時撮像装置におけるバイアス、振幅算出用被検面Ｓの計測時の反射光強度説明図である。
【図３】同位相シフト干渉縞同時撮像装置における計測用被検面Ｔの計測時の反射光強度説明図である。
【図４】本発明の第２実施例による位相シフト干渉縞同時撮像装置の原理図である。
【符号の説明】
１          レーザ光源
２          レンズ
３          ビームスプリッタ
４          コリメータ
５          参照面
６          λ／４板
７          被検面
８          λ／４板
９          ３分割プリズム
１０、１１，１２，１７，１８        偏光板
１３，１４，１５，１９，２０        撮像機構
【図１】
0004799766.tif 000055
【図２】
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【図３】
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【図４】
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