(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計により面内２方向、または面内２方向と面外１方向で物体（１２）の振動を測定する方法であって、前記方法が、
２方向での面内振動測定のために面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）を使用すること、
を含み、
前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）の内の１つは前記２方向での面内振動測定に対して共通であり、
前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）は前記物体へのアクセスを容易にするために前記物体（１２）の一つの側に自由空間を提供するように構成されている、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記物体（１２）の、面外方向である第３の方向における振動測定のために面外の２つの照明光ビーム（３０Ａ−Ｂ）を使用し、ここで前記面外の一方の１つの照明光ビーム（３０Ａ）は撮像対物レンズ（１６）を介して前記物体（１２）を照明し、かつ前記面外の他方の１つの照明光ビーム（３０Ｂ）は参照ビームとして使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記物体（１２）を一度に１つの周波数で励起し、かつ各方向におけるそれぞれの記録に使用される前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）及び前記面外の２つの照明光ビーム（３０Ａ−Ｂ）の１つに動的位相変調を与えるために１つ以上の位相変調器を使用することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）の１つが位相変調され、かつこの面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）は前記２方向での面内振動測定において共通となるように、前記２方向での面内振動測定に対して同一の変調器を使用することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第３の面外方向の測定に同一又は異なる位相変調器を使用し、前記位相変調器は面外測定に使用される前記面外の２つの照明光ビーム（３０Ａ−Ｂ）の位相変調器でもあることを特徴とする、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
面内測定に対して前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）に光拡散体（１４）を使用し、かつ前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）におけるスペックルパターンを変化させるために前記光拡散体（１４）を並進及び／又は回転によって運動させることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
面外測定に対して照明経路に光拡散体（１４）を使用し、かつ前記面外の２つの照明光ビーム（３０Ａ−Ｂ）におけるスペックルパターンを変化させるために前記光拡散体（１４）を並進及び／又は回転により運動させることを特徴とする、請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
対物レンズ（１６）からの反射が検出器アレイ（１５）に到達することを防ぐために、面外測定に対して照明経路に偏光ビームスプリッタ（１７）と、位相差板又は１／４波長板（１８）とを使用することを特徴とする、請求項２〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記干渉計における信号検出のために全視野検出器アレイを使用することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
複数の記録を行い、各記録が検出器アレイ（１５）の異なる強度レベルで行われることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
物体表面の全てのポイントまたは大部分のポイントから良好なまたは許容可能な信号を取得するために、異なる強度レベルによる異なる記録から、異なる撮像領域のポイントまたは領域に使用される信号を選択することを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
３次元または２次元測定のために時間参照として同一の変調信号を用いて２又は３の別々の方向での振動測定を遂行することを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
３又は２方向での記録時に、前記物体に対して一定の振幅と周波数を持つ定常状態の物体励起を利用することを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
３次元又は２次元測定に使用される物体周波数と振幅に関して、撮像表面上の全てのポイントに対する３次元又は２次元変位ベクトルを実現するために、前記３次元又は２次元測定を組み合わせることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
表面の全ての物体ポイントに対し、また２又は３方向に対して、振幅と位相の値に関する全視野のデータ集合を保存することを特徴とする、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
物体表面変位の３次元又は２次元動画を描画することを特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
物体（１２）の面内２方向、または面内２方向と面外１方向の振動測定用の干渉計であって、前記干渉計は、
制御ユニットと、
少なくとも１つの照明光源と、
検出器アレイ（１５）と
対物レンズ（１６）と、
を備え、
前記少なくとも１つの照明光源は２方向での面内振動測定用の面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）を出射し、前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）の内の１つは、前記２方向での面内振動測定に対して共通であることと、
前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）は、前記物体に容易にアクセスできるために前記物体（１２）の１つの側に自由空間を備えるように構成されていること、
を特徴とする干渉計。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの照明光源は、前記物体（１２）の、面外方向である第３の方向における振動測定のために面外の２つの照明光ビーム（３０Ａ−Ｂ）を出射するように配置され、ここで前記面外の一方の１つの照明光ビーム（３０Ａ）は撮像対物レンズ（１６）を介して前記物体（１２）を照明し、かつ前記面外の他方の１つの照明光ビーム（３０Ｂ）は参照ビームとして使用されることを特徴とする、請求項１７に記載の干渉計。
【請求項１９】
前記制御ユニットは前記物体（１２）を一度に１つの周波数で励起するための手段とソフトウェアのいずれか又は両方を備えていることを特徴とする、請求項１７又は請求項１８に記載の干渉計。
【請求項２０】
各方向での各記録に使用する前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）及び面外の２つの証明光ビーム（３０Ａ−Ｂ）の１つの動的位相変調を行うために、１つ以上の位相変調器を含むことを特徴とする、請求項１７〜請求項１９のいずれか一項に記載の干渉計。
【請求項２１】
面外測定用の前記面内の３つの照明光ビーム（１１Ａ−Ｃ）と面外の２つの照明光ビーム（３０Ａ−Ｂ）の少なくとも１つにおけるスペックルパターンを変化させるための可動光拡散体（１４）を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の干渉計。
【請求項２２】
前記検出器アレイ（１５）は全視野検出器アレイであることを特徴とする、請求項１７に記載の干渉計。
【請求項２３】
前記制御ユニットは、
物体表面の全てのポイントまたは大部分のポイントから良好なまたは許容可能な信号を取得するために、異なる強度レベルによる異なる記録から、異なる撮像領域のポイントまたは領域に使用される信号を選択すること、
３次元または２次元測定のために時間参照と同一の変調信号を用いて２又は３の別々の方向での振動測定を遂行すること、
３又は２方向での記録時に、前記物体に対して一定の振幅と周波数を持つ定常状態の物体励起を利用すること、
３次元又は２次元測定に使用される物体周波数と振幅に関して、撮像表面上の全てのポイントに対する３次元又は２次元変位ベクトルを実現するために、前記３次元又は２次元測定を組み合わせること、
物体表面変位の完全３次元又は２次元動画を描画すること、
全ての２又は３方向における振幅と位相に関するデータ集合を保存すること、
の１つ以上のための手段とソフトウェアのいずれかまたは両方を備えていることを特徴とする、請求項１７〜請求項２２のいずれか一項に記載の干渉計。
【請求項２４】
前記干渉計は反射光を前記検出器アレイ（１５）に結像させるための第２のレンズ（１９）を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求範囲の請求項１の前提部に係る振動測定方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、特許請求範囲の請求項１７の前提部に係る干渉計にも関する。
【０００３】
特に本発明は２または３方向の振動測定の方法に関し、また本願のための干渉計について記述する。
【背景技術】
【０００４】
現在では、距離、表面形状、寸法、動き、及び振動などの幾何学的なサイズを測定するための光干渉法及び装置が多数ある。
【０００５】
ノルウェー国特許第３１４３２３号とそのパテントファミリーはその一例であり、干渉計といわゆる時間平均記録法を利用した、小さな構造物の振動測定のためのハードウェアとアルゴリズムが記述されている。これは、測定の感度方向が１つである２次元の方法である。
【０００６】
３次元測定のための３次元振動記録法及びシステムは、従来技術で知られている。
【０００７】
３次元測定の主な課題は、異なる方向間での振動位相関係を測定し、検出することである。物体が一定周波数と一定振幅で定常振動している場合には、例えば、先ずＸ方向、次にＹ方向、そして最後にＺ方向というように一回に一方向の振動測定をすることが可能である。ただし、異なる方向間、また異なる測定間の位相関係を知ることは困難なことがある。
【０００８】
これを解決する一つの方法は、異なる方向の測定を同時に行い、異なる測定間の時間関係を求めることである。
【０００９】
調査中の物体が特定の方向から撮像されれば、例えば本出願人によるノルウェー国特許第３１４３２３号明細書に記述されているように、ほとんどの干渉計システムではこの観測方向での振動が測定される。その結果、レーザビームまたは他の（部分的に）可干渉性のある光源による物体の照明は、観測方向で一致する。観測方向に対して感度方向が垂直であるか少なくとも垂直成分を持っている面内観測に関しては、干渉法を利用する場合の照射は観察方向とは違う方向から通常行われる。感度方向が観察方向に対して垂直である面内観測の典型的な設定は、図１に示すように、それぞれの側面からの２つの照明光ビームで構成される。この場合には２つの照明光ビームの間の干渉によって干渉と干渉感度が実現されるので、干渉計における内部参照ビームは不要である。
【００１０】
図１の構成においては、測定は面内方向の１つで行うことができる。通常の方法では、次にこの物体を別の２つの光源によって別の方向から照射して、違う面内方向での感度を実現する。最初の２つの光源を、第２の記録のために新しい位置に移動させることも可能である。２つの方向から面内測定を行うこの方法の欠点は、照射光源用の空間が調査中の物体の周りに別々の方向から必要であることである。
【００１１】
従来技術による方法ではさらに、調査対象の物体の片側に自由空間が少なくて、ユーザが物体へアクセスすることが困難である。
【００１２】
２方向での面内測定のために、４つの照明光ビームを一度に２つまたは同時に４つ全てを使用する場合には、２つの面内方向測定間での位相関係の把握が複雑になることもある。
【００１３】
ストロボスコピック照明またはストロボスコピック画像法を用いた原理に基づく面内測定用のシステムもある。これらのシステムでは高周波測定に問題があり、また振幅分解能に制約があるという問題もある。
【００１４】
従って、小さな微視的物体振動の２次元記録と完全３次元記録の両方に利用可能な方法と干渉計が求められている。
【００１５】
従って、面内測定と面外測定の両方を遂行可能な方法と干渉計が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ノルウェー国特許第３１４３２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の主たる目的は、従来技術における上記の課題を解決する方法及び干渉計を提供することにある。
【００１８】
本発明の１つの目的は、物体の２又は３方向の振動測定を提供するように構成された方法及び干渉計を提供することにある。
【００１９】
本発明の別の目的は、２つの面内方向の間の振動の位相関係を提供する方法及び干渉計を提供することにある。
【００２０】
本発明の更なる目的は、２つの面内方向と第３の面外方向の間の振動の位相関係も提供する方法及び干渉計を提供することにある。
【００２１】
さらに、その物体へのユーザのアクセスを容易にするために、調査する物体の１つの側に自由空間がある方法及び干渉計を提供することも本発明の１つの目的である。
【００２２】
本発明の１つの目的は、物体を一度に１つ以上の可干渉性照明光ビームで照明して、一度に２つ以上の感度方向で物体を測定する方法及び干渉計を提供することである。
【００２３】
本発明の１つの目的は、面内測定と面外測定の両方を遂行可能な方法及び干渉計を提供することである。
【００２４】
本発明の更なる目的は、面内測定に３つの照明光ビームを使用し、その３つの照明光ビームの内の１つは２方向の面内測定に対して共通である方法及び干渉計を提供することである。
【００２５】
本発明の１つの目的は、面外方向の測定に２つの照明光ビームを使用して、その２つの照明光ビームの内の１つは参照ビームとして使用されるように構成された方法及び干渉計を提供することである。
【００２６】
本発明の更なる目的は、面外測定のための照明光または参照ビームの位相変調をするように構成された方法及び干渉計を提供することである。
【００２７】
本発明の１つの目的は、スペックルパターンを変化させるために、照明光ビーム経路内の拡散体が並進と回転のいずれか又は両方をできるように構成された方法及び干渉計を提供することである。
【００２８】
本発明の更なる目的は、大きな構造物に対しても適用可能であるが、特に小さな微視的物体における振動の完全な３次元記録を提供する方法及び干渉計を提供することである。
【００２９】
本発明の１つの目的は、位相変調と時間平均記録法を利用して全方向（面内及び面外）における高周波での測定を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
物体の２又は３方向の振動を測定する方法が請求項１に記述されている。この方法の好適な特徴が請求項２〜１６に記述されている。
【００３１】
物体の２又は３方向の振動を測定する干渉計が請求項１７に記述されている。この干渉計の好適な特徴が請求項１８〜２４に記述されている。
【００３２】
本発明は、調査中の物体の２又は３方向の振動測定のための方法及び干渉計を提供する。
【００３３】
具体的には本発明は、好ましくは座標系のＸ、Ｙ、Ｚ方向の３方向に感度を持つ測定を行うために物体が異なる方向から順番に照明される干渉計型の構成をした撮像システムの使用を含む、方法と干渉計を提供する。
【００３４】
これによって調査中の物体の完全な３次元ベクトル振動変位が提供される。
【００３５】
本発明によれば、物体は、例えばＣＣＤアレイである検出器アレイ上に撮像することができる。
【００３６】
本発明によれば、物体はある時間においては１つの周波数で振動しており、この物体の振動励起は干渉計に配置された制御ユニットによって制御可能となっている。
【００３７】
本発明によれば、物体はある時間の間一定周波数かつ一定振幅で振動している。１秒未満から数分まで継続するこの期間に測定が行われる。
【００３８】
本発明は、検出器アレイが振動の１周期又は多周期にわたって露光される、いわゆる時間平均記録法を利用するようになっている。ただし本発明は、振動周期に比べて短い露光時間を持つ記録原理でも使用することが可能である。
【００３９】
本発明によれば、物体は、一度に１感度方向で、２つ以上の感度方向で測定される。ここで、物体は一度に１つ以上の可干渉照明光ビームで照明される。ＸＹＺ座標系内では、測定は好ましくはＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に順番で行われる。ＸＹ平面が物体の面内方向を表すとすれば、Ｚ方向は面外方向となり、Ｚ測定は１つの照明光ビームで物体を照明し、かつそれに加えて参照ビームも使用して行われる。参照ビームは検出器アレイを直接照射するように拡大される。
【００４０】
面内測定に関しては、Ｘ方向に２つ、Ｙ方向に２つの照明光ビームが使用されるが、この２方向に関しては照明光ビームの１つが共通となっている。
【００４１】
本発明によれば、干渉計が好ましくは変調器と制御ユニットを含んでいる。制御は物体の励起を制御し、また同時に参照変調も制御する。変調器は、物体の励起とＸ、Ｙ、Ｚの全方向の測定のために印加される信号に対する時間参照のように作用する。
【００４２】
したがって本発明は、小さな微視的物体振動の２次元記録及び完全３次元記録の両方のために使用可能な方法と干渉計を記述する。本発明はまたより大きな構造物にも利用可能である。
【００４３】
したがって本発明による物体の２又は３方向の振動測定の方法は、２方向の面内振動を測定するために３つの照明光ビームを使用し、ここで３つの照明光ビームの内の１つは、２つの面内測定に対して共通であり、かつこの３つの照明光ビームは物体へのユーザのアクセスを容易にするために物体の一つの側に自由空間を提供するように構成されている。
【００４４】
この方法はさらに、物体の、面外方向である第３の方向における振動測定のために２つの照明光ビームを使用することを含む。ここで１つの照明光ビームは撮像対物レンズを介して物体を照明し、また１つの照明光ビームは参照ビームとして使用される。
【００４５】
この方法はさらに、物体が一度に１つの周波数で励起されることと、各方向への各記録に対して使用される２つの照明光ビームの内の１つに動的位相変調を与えるために１つ以上の位相変調器が使用されることとを含んでいる。
【００４６】
さらにこの方法は、２つの面内測定に対して同一の変調器を利用して、１つの照明光ビームが位相変調されるようにすることを含み、かつこの照明光ビームがその２つの面内測定に対して共通になっている。
【００４７】
さらにこの方法は、第３の面外方向の測定に同一又は異なる位相変調器を使用することを含み、ここで変調器はまた面外測定に使用される２つの照明光ビームの１つもまた位相変調する。
【００４８】
本方法は更に、面内測定用の照明光ビームに光拡散体を使用して、照明光ビームにおけるスペックルパターンを変化させるために拡散体を並進及び／又は回転によって運動させることを含むことができる。
【００４９】
本方法は更に、面外測定用の照明経路に光拡散体を使用し、かつ照明光ビームにおけるスペックルパターンを変化させるために拡散体を並進及び／又は回転により運動させることを含むことができる。
【００５０】
本方法は更に、対物レンズからの反射が検出器アレイに到達することを防ぐために、面外測定の照明経路に偏光ビームスプリッタと、位相差板又は１／４波長板とを使用することを含むことができる。
【００５１】
本方法は更に、干渉計において信号検出のために全視野検出器アレイを使用することを含むことができる。
【００５２】
本方法は更に、複数の記録を行い、各記録が照明光ビームと検出器アレイ画像の強度が異なるレベルで行われることを含むことができる。
【００５３】
本方法は更に、物体表面の全てのポイントまたは大部分のポイントから良好または許容できる信号を取得するために、前述したように異なる強度レベルを有する異なる記録から異なる撮像領域のポイントまたは領域に使用される信号を選択するアルゴリズムを使用することを含むことができる。
【００５４】
本方法は更に、３次元または２次元測定のために時間参照として、同一の変調信号を用いて３又は２の別々の方向での振動測定を遂行することを含むことができる。
【００５５】
本方法は更に、３又は２方向での記録時に、物体に対して一定の振幅と周波数を持つ定常状態の物体励起を使用することを更に含むことができる。
【００５６】
本方法は更に、３次元又は２次元測定に使用される物体周波数と振幅に関して、撮像表面上の全てのポイントに対する完全な３次元又は２次元変位ベクトルを実現するために、３次元又は２次元測定を組み合わせることを含むことができる。
【００５７】
本方法は更に、物体表面変位の完全な３次元又は２次元動画を描画することを含むことができる。
【００５８】
次に添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術に係る面内測定の典型的な構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る干渉計の原理図である。
【図３】本発明に係るインライン測定の原理図である。
【図４】図３のインライン測定を上から投影した図である。
【図５】本発明に係る干渉計の光学ヘッドの実際の設計例を示す図である。
【図６】本発明に係る面外方向の振動測定の原理図である。
【図７】本発明に係る３方向での振動測定の原理図である。
【図８】振動をＸ、Ｙ、Ｚの３方向で測定し、３次元振動データを組み合わせて物体振動の１つの動画とした、小さい物体の表面振動の一例の描画である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１には従来技術による面内測定用の干渉計の典型的な構成が示されている。ここでは感度は観察方向に垂直である。干渉計には、レーザとしての可干渉性光源などの少なくとも１つの照明光源（図示せず）が含まれ、調査対象物体１２の両側から同時に２つの照明光ビーム１１Ａと１１Ｃのそれぞれで物体１２を照明するようになっている。このような干渉計では、２つの照明光ビーム１１Ａと１１Ｃの間の干渉によって干渉と干渉計感度が達成されるので、内部参照ビームは不要である。このような干渉計では、物体１２は通常異なる２組の照明光源により別々の方向から照明され、恐らくは２つの照明光源を最初の位置から別の位置に移動させることによって、２つの面内方向の感度を実現する。干渉計には、典型的には顕微鏡用対物レンズである撮像対物レンズ１６と、典型的にはＣＣＤアレイである検出器アレイ１５と、そして恐らくは物体１２で反射した光を検出器アレイ１５に合焦させるための第２のレンズ１９が更に含まれている。第２のレンズ１９なしで、物体像を検出器アレイ１５上に直接合焦させるようにレンズ１６を配置することもできる。
【００６１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る原理図である、図２を参照する。第１の実施形態による干渉計は、上記の図１で説明したものと同じ部品を含んでいる。ただし拡散板１４が更に含まれている。これは照明光ビーム１１Ａ、１１Ｃ中のスペックルパターンを変化させるために、並進運動と回転運動のいずれか又は両方で可動となっている。干渉計は更に、少なくとも１つの制御ユニットを含んでいてもよく、これは通常照明光ビーム１１Ａと１１Ｃの位相変調と位相ステップの一方又は両方を制御するようになっており、物体１２の励起のための励起ユニットを制御し、かつ検出器アレイ１５からの測定データの収集とデジタル化を制御する。本発明においては、図１で説明した従来技術による方法のように照明光ビーム１１Ａと１１Ｃを同時に使用することはないことに留意されたい。
【００６２】
次に本発明による面内測定の原理図である図３を参照する。ここでは２つの照明光ビーム１１Ｂ、１１Ｃが物体１２のＸ方向の測定に使用され、２つの照明光ビーム１１Ａ、１１Ｂが物体のＹ方向の測定に使用され、照明光ビーム１１Ｂは２つの方向に関して共通の照明光ビームとなっている。全ての照明光ビーム１１Ａ−Ｃは測定しようとする物体の全部分を照明するのに充分なだけ広くなければならない。
【００６３】
次に図４は、図３と同様にインライン測定を示しているが、上から投影した図である。Ｘ方向の測定では、照明光ビーム１１Ｂと１１Ｃがオンであるが、照明光ビーム１１Ａはオフとなっている。Ｙ方向の測定では、照明光ビーム１１Ａと１１Ｂがオンであるが、照明光ビーム１１Ｃはオフとなっている。
【００６４】
図３と図４から分かるように、物体１２の１つの側には自由空間があり、それは照明光ビーム１１Ｂの反対側である。したがって、本発明ではユーザの物体１２へのアクセスが容易となる。
【００６５】
図５では、本発明に係る干渉計の光学対物ヘッドの実際の設計例を示している。この図は、顕微鏡対物レンズ１６が物体１２を見下ろし、面内測定用の３つの照明光ビーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが物体１２に向かっている。Ｘ方向とＹ方向の測定に共通な、照明光ビーム１１Ｂはここでは後ろ側から来ているビームである。図５では、照明光ビーム１１Ｃが左側、照明光ビーム１１Ａが右側となっている。
【００６６】
照明光ビーム１１Ａ−Ｃは物体１２に対して違う入射角を取ることができるが、最も都合がよいのは照明光ビーム１１Ａと１１Ｃが、上からの投影図（図４）に示すように互いに対向している場合である。その一方で、照明光ビーム１１Ｂは（図４に示すようにＺ軸を観察方向にして見た）上からの投影図では照明光ビーム１１Ａと１１Ｃに垂直である。異なる照明光ビーム１１Ａ−ＣとＸＹ面との間の入射角は、０度近くから９０度近くまでの任意の値を選択することができる。３つの照明光ビーム１１Ａ−ＣとＸＹ面の間に、例えば４５度又は３０度の、同一角度を選択することが最も都合がよい。
【００６７】
本発明によれば、照明光ビーム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃはコリメートすることができ、又は物体表面の下又は上の仮想点へ合焦することもでき、あるいは照明光ビーム１１Ａ−Ｃは照明光源内又はその上の（仮想）点から収束していることも可能である。
【００６８】
照明光ビーム１１Ａ−Ｃは、図２の２本の照明光ビーム１１Ａと１１Ｃに関して示すように、拡散板１４を通過することができる。図２に示すように拡散板１４が照明に使用されていれば、この拡散板１４を並進運動と回転運動のいずれか又はその両方で可動とすることで、光波が拡散板１４を通過した場合に光波中のスペックルパターンを変化させることができる。
【００６９】
露光間でスペックルパターンは変化するが、検出器アレイ１５上のいくつかの露光を平均化することで、いわゆるスペックル平均化を行うことができる。
【００７０】
Ｚ方向の測定については、物体１２がＺ方向の１つのビームで照明されることが好ましい。
【００７１】
図６はＺ方向、すなわち面外方向の振動測定の原理図を示している。本発明によれば、照明は、典型的には顕微鏡の対物レンズである撮像対物レンズ１６を介して照明光ビーム３０Ａで行われる。照明光は、好ましくは偏光ビームスプリッタである、キューブビームスプリッタ又はプレートビームスプリッタ１７で反射される。光は対物レンズ１６の方へ反射され、位相差板又は１／４波長板１８を通り、レンズ１６を通って、物体表面へ到達する。物体表面で反射された光は、対物レンズ１６を通って戻り、位相差板又は１／４波長板１８を通り、（偏光）ビームスプリッタ１７を通って、第２のレンズ１９によって検出器アレイ１５上に合焦される。別の実施形態では、レンズ１６は物体像を検出器アレイ１５上に直接結像させるようになっていて、第２のレンズ１９を省略することができる。ビームスプリッタ１７が偏光ビームスプリッタであれば、図６に示すように、照明光が偏光ビームスプリッタ１７に入る前に直線偏光子２０を使用することが望ましい。照明光の偏光が位相差板（１／４波長板）１８の通過による９０度回転を、行きと帰りで２回する図６の構成では、対物レンズ１６で反射された光は偏光ビームスプリッタ１７で反射されて照明光源方向に戻るので、対物レンズ１６からの反射光が検出器アレイ１５へ到達することは回避される。
【００７２】
照明光３０Ａはまた、図６に示すようにビームスプリッタ１７に達する前に拡散体１４を通ることも可能である。図６に示すように拡散板１４が照明に使用されている場合には、この拡散板１４を並進運動と回転運動のいずれか又はその両方で運動させて、光波が拡散板１４を通過した場合に照明光波中にできるスペックルパターンを変化させることができる。いわゆるスペックル平均化をするために、露光と露光の間でスペックルパターンが変化するいくつかの露光を検出器アレイ１５上で平均化することができる。
【００７３】
本発明を調査中の物体１２の完全な３次元測定に使用する場合、干渉計の構成を図７のようにすることができる。ここでは、面内測定と面外測定の両方の光学構成が１つの干渉計の中に組み込まれている。図７には３つの面内ビームの内の２つだけが示されている。
【００７４】
調査中の物体１２の完全な３次元測定には感度方向の異なる３つの別々の測定が含まれる。感度方向は好ましくは、図３〜５に示すようなＸ、Ｙ、及びＺ方向である。物体１２の励起は好ましくは制御ユニット、好ましくは信号発生機を利用して制御される。制御ユニットはまた、完全３次元記録に使用される５つの照明光波の内の少なくとも２つにおいて照明光波の位相を変化させられるように構成されている。この位相変化は、物体１２の励起周波数と同じかまたはそれに近い周波数を持つ、動的なものであってもよい。位相変化はまた、いわゆる位相ステップアルゴリズムで使用されるステップに分けて遂行されてもよい。制御ユニットは、動的位相シフトとステップ式位相シフトを同時に提供可能であるべきである。全ての（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の）測定に対し、２つの照明光ビーム１１Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｂが各測定に使用される。動的かつステップ式の位相シフトを、各測定に使用される１つの同一照明光ビーム１１Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｂに適用するか、あるいは、照明光ビーム１１Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｂの１つに動的位相シフトを適用して他の照明光ビーム１１Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｂにステップ式位相シフトを適用するかのいずれかであってよい。
【００７５】
Ｘ方向とＹ方向の面内測定に関しては、Ｘ測定とＹ測定に共通の、図３〜５の照明光ビーム１１Ｂが動的位相シフトに使用されることが好ましい。Ｚ方向の面外測定に関しては、含まれる２つの光ビーム３０Ａ−Ｂ（図６と７に示される照明光ビーム３０Ａと参照ビーム３０Ｂ）のいずれであっても、動的位相シフトとステップ式位相シフトのいずれか又は両方に使用可能である。
【００７６】
時間平均原理によって実行される記録の間、制御ユニットは物体１２の励起と、ビーム１１Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｂの位相シフトを制御する。本発明は、制御ユニットが以下のようなパラメータを制御して変化させる間に、複数の検出器アレイの露出（画像）が取得されるアルゴリズムを利用する。
ｉ）物体の励起と、照明光ビーム１１Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｂの動的位相変化との間の時間的位相
ｉｉ）照明光ビーム１１Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｂにおける光学的位相の変化
ｉｉｉ）使用される拡散体１４の異なる位置によるスペックルパターンの変化
ｉｖ）電子シャッタ、カメラゲイン、照明強度、光学絞りなどの調節による露光レベルの変化
【００７７】
制御ユニットによって取得されるデータは、次に物体振動の振幅と位相の計算に利用される。
【００７８】
面内感度に対して傾斜照明をする場合には、物体表面から反射される光のあるものは、拡散反射されることが必要である。そうでなければ、撮像レンズ１６方向には光が全く反射されない。撮像レンズ１６に向けて光を反射させるためには、物体表面は普通、表面形状にある粗さを持つことが必要である。粗表面を傾斜照明することで、特に照明方向とは異なる方向から観察する場合には、物体表面における強度が不均一になることが多い。これは干渉計測定には問題であって、撮像された物体１２のあるポイント又はある領域での光量が多すぎ、一方で他のポイント又は領域での光量が少なすぎて測定品質が高くならない。本発明においては、測定原理が物体１２の検出像を異なる強度で複数記録することに基づいており、そこでは制御ユニットは空間選択アルゴリズムを利用して、異なるポイント又は領域に対しては異なる記録からの信号を選択する。これは、撮像表面上のあるポイント又は領域が１つの記録又は露出の結果を利用し、別のポイント又は領域が別の記録又は露出の結果を利用する、ということを意味している。
【００７９】
３つの異なる方向における物体振動の振幅と位相が測定されると、制御ユニットは３つの結果を組み合わせて、測定周波数でのその物体の完全な３次元振動モード又は振動マップを検出することができる。
【００８０】
制御ユニットは、図８に示すようにこれを動画で表示することができる。図８において、完全な３次元の物体運動の６つの描画が、異なる振動位相に対して示されている。制御ユニットはこのような多くの描画を作成することが可能であり、例えば３６０度の全体の振動周期に関して、１２度で区分された３０の描画を作成し、３次元物体振動の動画表示をすることができる。
【００８１】
本発明はまた、２次元の振動記録を除き、例えばＸ方向とＹ方向の面内振動に対して同様に使用することが可能である。
【００８２】
したがって、制御ユニットは以下の１つ以上に対する手段とソフトウェアのいずれか又は両方を備えている。
−物体表面の全てのポイントまたは大部分のポイントから良好または許容できる信号を取得するために、異なる強度レベルによる異なる記録から、異なる撮像領域のポイントまたは領域に使用される信号を選択すること
−３次元又は２次元測定のために時間参照と同一の変調信号を用いて２又は３の別々の方向での振動測定を遂行すること
−３又は２方向での記録時に、物体に対して一定の振幅と周波数を持つ定常状態の物体励起を利用すること
−３次元又は２次元測定に使用される物体周波数と振幅に関して、撮像表面上の全てのポイントに対する完全な３次元又は２次元変位ベクトルを実現するために、３次元又は２次元測定を組み合わせること
−物体表面変位の完全３次元又は２次元動画を描画すること
−全ての２又は３方向における振幅と位相に関するデータ集合を保存すること
【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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