(57)【要約】【課題】全面走査の誤差を蓄積することなく、被検体の表面形状を精度よく測定することができるようにする。【解決手段】被検体１における複数の注目領域２のうち、１つの注目領域２が回転中心上に位置するように被検体１が載置され、１つの注目領域２を中心にして、被検体１を回転させる回転台３と、被検体１における複数の注目領域２のいずれかに光を照射する光照射部及び注目領域２に反射された光を検出する光検出部を有する複数の光センサ５とを備える。【選択図】図１
2012058228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面形状の検査対象である被検体における複数の注目領域のうち、１つの注目領域が回転中心上に位置するように上記被検体が載置され、１つの注目領域を中心にして、上記被検体を回転させる回転台と、上記被検体における複数の注目領域のいずれかに光を照射する光照射部及び上記注目領域に反射された光を検出する光検出部を有する複数の光センサとを備えた面形状検査装置。
【請求項２】
複数の光センサが、被検体の長手方向に一列に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１記載の面形状検査装置。
【請求項３】
面形状の検査対象である被検体における複数の注目領域のうち、１つの注目領域が回転中心上に位置するように上記被検体が載置され、１つの注目領域を中心にして、上記被検体を回転させる回転台と、光を照射する光照射部及び反射光を検出する光検出部を有する光センサと、上記光センサの光照射部から照射された光を分割して、上記被検体における複数の注目領域のいずれかに分割後の光を照射し、上記注目領域に反射された光を上記光センサの光検出部に導く複数の光分割手段とを備えた面形状検査装置。
【請求項４】
複数の光分割手段が、被検体の長手方向に一列に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項３記載の面形状検査装置。
【請求項５】
表面形状が既知である参照体が、注目領域に照射される光が通る光路上に時間で選択的に配置できることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の面形状検査装置。
【請求項６】
表面形状が既知である参照体が、注目領域に照射される光が通る光路に配置されており、上記参照体が特定波長の光だけを選択的に透過又は反射する光学機能面を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の面形状検査装置。
【請求項７】
注目領域に照射される光が通る光路を任意の角度で折り曲げる折り曲げ平面鏡が、上記光路に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の面形状検査装置。
【請求項８】
光センサの自重変形を測定する傾斜センサが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の面形状検査装置。
【請求項９】
光センサ、光分割手段又は折り曲げ平面鏡の自重変形を測定する傾斜センサが配置されていることを特徴とする請求項７記載の面形状検査装置。
【請求項１０】
表面形状が既知である参照体が、注目領域に照射される光が通る光路の延長上に配置され、第１の鏡と第２の鏡が二等辺三角形をなす折り曲げ鏡が上記光路に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の面形状検査装置。
【請求項１１】
複数の光センサの光検出部は、注目領域に反射された光を画像信号に変換して出力する撮像素子から構成されており、
同期信号を上記複数の光センサに出力する同期信号出力手段と、上記複数の光センサの撮像素子から出力された画像信号から被写体の表面形状を演算する表面形状演算手段とを備え、
上記複数の光センサの撮像素子は、上記同期信号出力手段から出力された同期信号に同期して、同一時刻に注目領域の反射光を画像信号に変換することを特徴とする請求項１または請求項２記載の面形状検査装置。
【請求項１２】
複数の光センサの撮像素子から出力された画像信号から注目領域の傾斜成分を抽出する傾斜成分抽出手段と、上記傾斜成分抽出手段により抽出された傾斜成分にしたがって上記画像信号を補正する補正手段とを備え、
表面形状演算手段は、上記補正手段により補正された画像信号から被写体の表面形状を演算することを特徴とする請求項１１記載の面形状検査装置。
【請求項１３】
複数の光センサの撮像素子から出力された画像信号から注目領域の傾斜成分を抽出する傾斜成分抽出手段を備え、
同期信号出力手段は、上記傾斜成分抽出手段により抽出された傾斜成分が所定の閾値より大きい場合、再度、同期信号を複数の光センサに出力することを特徴とする請求項１１記載の面形状検査装置。
【請求項１４】
面形状の検査対象である被検体における複数の注目領域のうち、１つの注目領域が回転台の回転中心上に位置するように上記被検体を上記回転台に載置し、上記回転台が上記被検体を回転させながら、複数の光センサの光照射部が、上記被検体における複数の注目領域に対して光をそれぞれ照射して、複数の光センサの光検出部が上記注目領域に反射された光を検出する面形状検査方法。
【請求項１５】
面形状の検査対象である被検体における複数の注目領域のうち、１つの注目領域が回転台の回転中心上に位置するように上記被検体を上記回転台に載置し、上記回転台が上記被検体を回転させながら、光センサの光照射部が光の照射を開始すると、複数の光分割手段が、上記光センサの光照射部から照射された光を分割して、上記被検体における複数の注目領域に対して分割後の光をそれぞれ照射して、上記注目領域に反射された光を上記光センサの光検出部に導き、上記光センサの光検出部が上記注目領域に反射された光を検出する面形状検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検体の表面の凹凸等を含む表面形状を検査する面形状検査装置及び面形状検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検体の表面の凹凸等を含む表面形状を測定する方式として、被検体の表面に接触して測定する接触式と、被検体の表面に接触しないで測定する非接触式がある。
非接触式の利点は、検査時に被検体の表面に傷をつけない点にある。このため、被検体が鏡やレンズなどの場合には、干渉計などの光センサを用いて、非接触式によって測定することが多い。
【０００３】
ただし、干渉計による被検体の表面の測定は、基準となる平面との差を干渉縞として得ることから、被検体の形状が大型化するにしたがって、基準となる平面も大型化しなければならない問題がある。
また、光学センサであるため、被検体と同等の大きさの大口径レンズ等も必要になること、大型の基準平面や大口径レンズが自重で変形すること、いずれも大型のためコストがかかること、そもそも大型の基準平面や大口径レンズを精度良く作ることは難しいなどの問題がある。
【０００４】
例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ），ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）やＰＴＶ（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ＴＶ）などの画面は年々大型化しており、その画面を構成する基板のガラス板やスクリーンも１ｍを超えるような大きさになっている。このような基板を測定するためには１ｍを超えるような大型の基準平面や大口径レンズを作らなければならず、現実には難しい。
【０００５】
そこで、被検体より小さい口径の干渉計を斜めに配置することで、観測領域を見かけ上大きくし、測定した表面形状をつなぎ合わせるようにして、被検体の表面形状を測定する面形状検査装置が以下の特許文献１に開示されている。
また、小さい口径の干渉計で被検体の全面を走査し、各々の表面形状をつなぎ合わせるようにして、被検体の表面形状を測定する面形状検査装置が以下の特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０６６１２１号公報（図１）
【特許文献２】特許第２５３１５９６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の面形状検査装置は以上のように構成されているので、被検体より小さい口径の干渉計を斜めに配置すれば、観測領域を見かけ上大きくすることができるが、干渉計を斜めに傾けるほど、分解能が劣化してしまう課題があった。
また、小さい口径の干渉計で被検体の全面を走査する場合、走査に伴う誤差の蓄積が走査回数に比例して大きくなってしまう課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、全面走査の誤差を蓄積することなく、被検体の表面形状を精度よく測定することができる面形状検査装置及び面形状検査方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る面形状検査装置は、面形状の検査対象である被検体における複数の注目領域のうち、１つの注目領域が回転中心上に位置するように被検体が載置され、１つの注目領域を中心にして、その被検体を回転させる回転台と、被検体における複数の注目領域のいずれかに光を照射する光照射部及び注目領域に反射された光を検出する光検出部を有する複数の光センサとを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、面形状の検査対象である被検体における複数の注目領域のうち、１つの注目領域が回転中心上に位置するように被検体が載置され、１つの注目領域を中心にして、その被検体を回転させる回転台と、被検体における複数の注目領域のいずれかに光を照射する光照射部及び注目領域に反射された光を検出する光検出部を有する複数の光センサとを備えるように構成したので、全面走査の誤差を蓄積することなく、被検体の表面形状を精度よく測定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による面形状検査装置（参照体が光路に配置されていない状態）を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による面形状検査装置（参照体が光路に配置されている状態）を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による面形状検査装置の要部を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による面形状検査装置の制御・測定系を示す構成図である。
【図５】表面形状の測定誤差を示す説明図である。
【図６】変位ｚ（ｘ）を補正する前の状態を示す模式図である。
【図７】変位ｚ（ｘ）を補正した後の状態を示す模式図である。
【図８】ある範囲Ｄを観測する光センサが周期Ｐで３個並んでいるときの表面形状の測定誤差を示す説明図である。
【図９】面形状検査装置による最初の測定状態を示す説明図である。
【図１０】任意の角度だけ被検体を回転させることで、注目領域が変化している状態を示す説明図である。
【図１１】被検体を１０度おきに１８回回転させて（被検体の回転が半周）、被検体の長手方向の測定を繰り返し行った例を示す説明図である。
【図１２】注目領域が互い違いになるように配置している例を示す説明図である。
【図１３】被検体を１０度おきに３６回回転させて、被検体の長手方向の測定を繰り返し行った例を示す説明図である。
【図１４】注目領域をアレイ周期の半分だけ横にずらすようにして、注目領域２ｃを作っている例を示す説明図である。
【図１５】被検体を１０度おきに１８回回転させて（被検体１の回転が半周）、被検体の長手方向の測定を繰り返し行った例を示す説明図である。
【図１６】図１１の測定と図１５の測定とをつなぎ合わせている例を示す説明図である。
【図１７】回転体を半周すると、光センサＡの位置が光センサＢの位置に来ることを示す説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態２による面形状検査装置の要部を示す断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態３による面形状検査装置を示す構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態４による面形状検査装置を示す構成図である。
【図２１】被検体とのなす角を９０度とすることで、折り曲げ平面鏡を参照体として利用する例を示す説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態５による面形状検査装置を示す構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態６による面形状検査装置を示す構成図である。
【図２４】この発明の実施の形態７による面形状検査装置を示す構成図である。
【図２５】光センサ５の詳細な構成を示す構成図である。
【図２６】被検体１の傾斜変動によって測定精度が悪化するメカニズム（同期信号出力部３１が実装されていない場合のメカニズム）を示す説明図である。
【図２７】被検体１の傾斜変動によって測定精度が悪化せずに、高い測定精度が得られるメカニズム（同期信号出力部３１が実装されている場合のメカニズム）を示す説明図である。
【図２８】この発明の実施の形態８による面形状検査装置を示す構成図である。
【図２９】被検体１の傾斜変動とビームエキスパンダ４３によって測定精度が悪化するメカニズムを示す説明図である。
【図３０】この発明の実施の形態８による面形状検査装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図３１】この発明の実施の形態９による面形状検査装置の処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による面形状検査装置（参照体が光路に配置されていない状態）を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１による面形状検査装置（参照体が光路に配置されている状態）を示す構成図である。
また、図３はこの発明の実施の形態１による面形状検査装置の要部を示す断面図である。
図１から図３において、被検体１は面形状の検査対象であり、複数の注目領域２が被検体１の長手方向に一列に並んでいる。
回転台３は除震台９の上に設置されており、回転台３は被検体１における複数の注目領域２のうち、１つの注目領域２が回転中心上に位置するように被検体１が載置され、１つの注目領域２を中心にして、被検体１を回転させる回転機器である。なお、図の都合で被検体１が空中に浮いたように図示されているが、回転台３の上に配置されている。また、被検体１は長方形として図示しているが、例えば円形、多角形でも問題ないことは言うまでもない。
【００１３】
センサユニット４は除震台９の上に設置されていても良く、センサユニット４は複数の光センサ５を収納している。
光センサ５は光照射部及び光検出部から構成されており、被検体１の長手方向に一列に並ぶように配置されている。
光センサ５の光照射部は被検体１における複数の注目領域２のいずれかに光を照射する処理を実施し、光センサ５の光検出部は注目領域２に反射された光を検出する処理を実施する。
光センサ５としては、例えば、干渉計、シャック・ハルトマンセンサなどの波面センサ、オートコリメータなどの傾斜センサ等が該当する。
【００１４】
光路６は光センサ５の光照射部から照射された光が通る路である。
参照体７は表面形状が既知の部材であり、例えば、表面形状が既知な平面鏡や原器となる鏡などが該当する。
参照体７は光路６に対して時間で選択的に光路上に配置される。参照体７が光路６に配置される場合、光センサ５の光照射部によって光が参照体７に照射される。以下、その光の照射領域を「第２の注目領域８」と称する。
図１の例では、参照体７が空中に浮いているように図示されているが、例えば、除震台９の上に、被検体１を渡るように設置されている保持台（図示せず）に保持されている。
なお、光路６を遮るように参照体７を配置又は光路６から参照体７を取り除くようにするために、並進ステージ（図示せず）を上記保持台に設けるようにしてもよい。
除震台９は例えば外部の振動の影響などを低減するためのもので、回転台３やセンサユニット４は除震台９の上に設置するものとする。
【００１５】
なお、被検体１は、光センサ５の視野と比べて十分大きいので、図３に示すように、光センサ５が長手方向に一列に並ぶように配列することが可能である。
これにより、複数の光センサ５から照射された光は、長手方向に一列に並ぶように配列されるため、注目領域２も長手方向に一列に並ぶことになる。
上述したように、長手方向に一列に並ぶ複数の注目領域２のうち、一つの注目領域２が回転台３の回転中心を含むように、複数の光センサ５が配置される（出来れば、注目領域２の中心と、回転台３の回転中心とが一致するように、複数の光センサ５が配置される）。
【００１６】
図４はこの発明の実施の形態１による面形状検査装置の制御・測定系を示す構成図であり、図において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
制御装置１１は回転台３の回転を制御する制御装置である。
信号処理部１２は移動量検出部１３及び画像合成部１４から構成されており、最終的な測定結果を出力する処理部である。
【００１７】
信号処理部１２の移動量検出部１３は制御装置１１により回転させられる回転台３の移動量を検出する処理を実施する。
信号処理部１２の画像合成部１４は移動量検出部１３の検出結果にしたがって回転台３の回転位置による座標系の変換等を実施しながら、複数の光センサ５の光検出部により検出された反射光に対応する画像を合成する処理を実施する。また、画像を合成する際、回転に伴う駆動機構の位置ずれなどの補正を行う。
出力部１５は信号処理部１２から出力された最終的な測定結果（合成後の画像）を外部に出力する処理を実施する。
【００１８】
次に動作について説明する。
まず、センサユニット４に収納されている複数の光センサ５の光照射部が、光を出射する。
複数の光センサ５の光照射部から出射された光は、光路６を通じて、被検体１に照射される。
このとき、複数の光センサ５は、被検体１の長手方向に一列に並ぶように配置されているので、被検体１に対する光の照射領域も長手方向に一列に並び、複数の照射領域が注目領域２となる。
ただし、この段階では、説明の便宜上、図１に示すように、参照体７は光路６の外側に配置されているものとする。
【００１９】
被検体１の表面形状は平面もしくは曲面であり、複数の光センサ５の光照射部により複数の注目領域２に照射された光は、光センサ５の方向に反射される。
複数の注目領域２に反射された光（以下、「反射光」と称する）は、主に被検体１の表面形状における傾きの情報をもって、照射時と僅かに異なる光路６を通って複数の光センサ５に戻る。
これにより、複数の光センサ５の光検出部は、複数の注目領域２の反射光を検出するが、その反射光を検出することで、複数の注目領域２の表面形状を得ることができる。
なお、信号処理部１２の画像合成部１４は、複数の光センサ５の光検出部が反射光を検出すると、それらの反射光に対応する画像を合成する。
【００２０】
ただし、複数の光センサ５の光照射部から複数の注目領域２に照射される光が、元々正しく配列されているかは分からないため、複数の注目領域２の表面形状が正確なものかは分からない。
そこで、この実施の形態１では、図２に示すように、注目領域２の表面形状を測定する前、もしくは、注目領域２の表面形状を測定した後に、光路６を遮るように参照体７を配置する。
【００２１】
参照体７が光路６に配置されている場合、複数の光センサ５の光照射部から出射された光は、光路６を通じて、参照体７に照射される。
このとき、複数の光センサ５は、被検体１の長手方向に一列に並ぶように配置されているので、参照体７に対する光の照射領域も長手方向に一列に並び、複数の照射領域が第２の注目領域８となる。
【００２２】
複数の光センサ５の光照射部により複数の第２の注目領域８に照射された光は、光センサ５の方向に反射される。
複数の第２の注目領域８に反射された光（以下、「反射光」と称する）は、主に参照体７の表面形状における傾きの情報をもって、照射時と僅かに異なる光路６を通って複数の光センサ５に戻る。
これにより、複数の光センサ５の光検出部は、複数の注目領域２の反射光を検出するが、その反射光を検出することで、複数の第２の注目領域８の表面形状を得ることができる。
【００２３】
参照体７の表面形状は既知であることから、参照体７における第２の注目領域８の既知の表面形状と、得られた第２の注目領域８の表面形状とを比較することで、複数の光センサ５の調整が可能となる。
複数の光センサ５の調整を行えば、複数の光センサ５の光照射部から複数の注目領域２に照射される光を正しく配列することができるため、複数の注目領域２の表面形状を正確に測定することができる。
【００２４】
複数の光センサ５を被検体１の長手方向に一列に並ぶように配置すると、一部虫食い状になって未測定領域ができるが、直径をほぼ同時に一度に測定することが可能になる。
このことは、直径程度の大きさの光センサの一部を虫食い状に遮光している状態と同等である。
つまり擬似的に光センサの直径を大きくしていることに相当し、光センサの分解能が改善される。ただし、擬似的に大きな直径の光センサを遮光しているものに相当するため、検出感度の改善はなされない。
【００２５】
以下、擬似的に光センサの直径を大きくすることで、精度が改善される点について詳述する。
初めに、小さい開口の光センサを用いる場合について説明し、次に複数の光センサ５がアレイ状に配列されて、擬似的に光センサの直径が大きくなっている場合について説明する。
図５は表面形状の測定誤差を示す説明図である。
【００２６】
ここでは、説明の便宜上、ある範囲Ｄの内部でサンプリング数ｌ個の測定を行い、一つ一つの誤差がσであるとする。
厳密には、真値が分からないので、誤差σ（真値からのずれ）も分からないが、一般には、目安として標準偏差を与えることが多い。この標準偏差の分布が意味を持ち、あるモデル関数に従っているとする。
ここでは、説明の簡単化のため、下記の式のように、モデル関数が１次式であるものとする。
ｚ＝ａ０＋ａ１ｘ
【００２７】
今回、表面形状の推定には最尤法を採用する。
最尤法の利点は、下記の２点であるが、誤差が正規分布に従うという仮定を満足している必要がある（系統誤差が残っていると評価が正しくなされない）。
（１）ある測定位置ｘｉの測定値ｚｉが分からなくても、誤差の検討ができること（誤差行列）
（２）最尤推定量や誤差・解の有意性を統計的に推定することができること（χ２検定）
【００２８】
最尤法による最尤推定量ａ０，ａ１の誤差の二乗Δａ０２，Δａ１２は、下記の式（１）のように表される。
2012058228.tif 000003
ただし、ａ０は０次の係数、ａ１は１次の係数である。
【００２９】
式（１）より、最尤推定量ａ０，ａ１の誤差Δａ０，Δａ１は、ある測定位置ｘｉの測定値ｚｉにはよらず、サンプリング数ｌと範囲Ｄにのみ依存する。
このことは、原点を中心にして、範囲Ｄを等間隔にサンプリング数ｌで測定するという仮定を下記の二乗和の公式（２）に与えることで、式（３）が導かれることから説明することができる。
2012058228.tif 000004
【００３０】
最尤推定量ａ０，ａ１の誤差Δａ０，Δａ１からモデル関数の誤差Δｚを求めると、下記の誤差伝搬を示す式（４）から式（５）のように求められる。
つまり、サンプリング数ｌが多い程、範囲Ｄが大きい程、また、一点の誤差σが小さい程、モデル関数の誤差Δｚが小さくなることが示される。
2012058228.tif 000005
【００３１】
従来例のように、注目領域２を例えば長手方向に走査させることで、直径方向のすべてを測定する場合を考える。
この場合、測定範囲Ｋの測定器で、大きさＬ＞Ｋの対象物の全体を測定するため、共通範囲Ｄ＜Ｋを持つように、測定器をｘ方向に移動させることを考える。
測定１から測定２に移動するときに、ステージなどの移動に伴う変位ｚ（ｘ）があるとする。変位は共通範囲を持つ程度の近傍（したがって低次でよい）とするため、下記の式（９）のように、ａ０，ａ１で関数型が決まるｘの関数とする。
また、測定１における表面形状の測定値をφ（ｘ’）、測定２における表面形状の測定値をφ（ｘ”）とする。ただし、座標の原点は、それぞれの測定の中心とする。原点の違いを明示するため、ここでは、ｘ’、ｘ”と表記している。
ここで、図６は変位ｚ（ｘ）を補正する前の状態を示す模式図であり、図７は変位ｚ（ｘ）を補正した後の状態を示す模式図である。
【００３２】
2012058228.tif 000006
【００３３】
共通範囲では、測定値φ（ｘ’），φ（ｘ”）は、同じ対象物を測っているので、ステージの移動に伴う変位ｚ（ｘ；ａ０，ａ１）をキャンセルすれば、原点の違いによる誤差伝搬の範囲で、一致するはずである。
測定２の測定値φ（ｘ”）において、変位ｚ（ｘ；ａ０，ａ１）を補正すると、高次項は、φにのみ含まれることを利用して、一致する高次の項（式（７）を参照）を除いて、一致しない低次の成分（式（６）を参照）から変位ｚ（ｘ；ａ０，ａ１）を精度よく求めることができる。
【００３４】
共通領域Ｄの測定値φ（ｘ’），φ（ｘ”）は、変位ｚ（ｘ；ａ０，ａ１）を補正すると、両者は一致するはずである。
逆に言うと、両者が一致するような変位ｚ（ｘ；ａ０，ａ１）の係数ａ０，ａ１が最も確からしい値（最尤推定量）となる。これは、式（８）及び式（９）から式（１０）を満足する係数ａ０，ａ１を求めることに相当する。結局のところ、最尤法による解の推定方法を理解すれば良いことになる。
【００３５】
上記の操作を対象物の全体を測定できるまで繰り返すようにする。
即ち、ステージの移動に伴う変位を個々に補正しながら、測定値をつなげて最終的に全体の測定値を求めるようにする。
繰り返し測定のため、変位zの引きのこり（誤差）Δzがあると、次の測定に影響を与える。このずれは繰り返しで打ち消す方向に働くこともあるが、遠方に行く程、ずれが蓄積されて影響が大きくなる。
この全体Ｌを測定できる位置をｘ＝Ｌ／２（中心を原点とする）とすると、上記の式（１）（３）（４）より、そのｘでの誤差Δｚ（ｘ＝Ｌ／２）は、式（５）のように表される。ただし、ｘ＝Ｌ／２である。
【００３６】
つまり共通範囲Ｄが小さい程（繰り返し測定回数が多い程）、全体を測定できるほどの遠方では、誤差Δｚ（ｘ）が大きくなることを意味する。
即ち、一つの光センサで繰り返し走査をする方法では、遠方になる程、誤差が大きくなり、測定精度が悪くなることが示される。つまり走査にはステージの傾き誤差（もしくは傾きを補正したことによる誤差）等を伴うため、合成の回数が大きくなると、回数に比例して、つなぎ合わせの誤差が大きくなる欠点がある。
【００３７】
次に、この実施の形態１のように、複数の光センサ５がアレイ状に配列されて、擬似的に光センサの直径が大きくなっている場合について説明する。
図８はある範囲Ｄを観測する光センサが周期Ｐで３個並んでいるときの表面形状の測定誤差を示す説明図である。
これまでと同様に、各々のサンプリング数をｌとすると、光センサがＮ個の場合、下記の式（１１）からモデル関数の誤差Δｚは、式（１２）のように求められる。
簡単化のため、式（１３）の極限状態を考えると、式（１４）のように簡単になる。これは、光センサ数Ｎ及び周期Ｐが大きい程（厳密には、ＮＰが大きい程）、モデル関数の誤差Δｚが小さくなることを意味する。
つまり光センサを周期ＰでＮ個アレイ状に並べることで、ＮＰ＞Ｄとなるため、モデル関数の誤差Δｚを小さくすることができることが示される。
【００３８】
2012058228.tif 000007
【００３９】
以上より、光センサを１次元方向に並べると、被検体１の長手方向の測定精度が良くなることが理解される。
次に、短手方向を含む被検体１の全面測定について説明する。
初めに、面形状検査装置が、図９に示すように、横方向に一列測定する。
次に、図１０に示すように、制御装置１１が回転台３を任意の角度だけ回転させることで、任意の角度だけ被検体１を回転させると、光センサ５から照射される光の光路６と被検体１の相対関係が変化することにより、注目領域２が注目領域２ａのように変化する。
【００４０】
このとき、回転台３の回転中心に被検体１の中心と、複数の光センサ５から照射される光の光路６の中の１つの光路６の位置とを合わせることで、回転中心上の１点を共通に測定することができる。
被検体１を回転させながら、被検体１の長手方向の測定を繰り返すと、被検体１のほぼ全面の測定が可能になる。
ここで、図１１は被検体１を１０度おきに１８回回転させて（被検体１の回転が半周）、被検体１の長手方向の測定を繰り返し行った例を示す説明図である。図１１において、点線は、それぞれの角度における注目領域２の軌跡を示している。
【００４１】
このように、複数の光センサ５を１次元方向に並べ、かつ、回転台３の回転中心に対して、被検体１の中心を合わせるとともに、複数の光路６の中の１つの光路６の位置を合わせることで、被検体１のほぼ全面の測定が可能になる。
【００４２】
しかし、図１１の測定は厳密な意味で被検体１の全面ではない。
これは、１次元方向に並べている各光センサ５の間に隙間があり、その隙間がリング状に測定できないからである。
そこで、図１２に示すように、注目領域２が互い違いになるように、注目領域２ｂを配置する。
その結果、回転しながら測定を繰り返すと、例えば、図１３に示すように被検体１の全面を走査できるようになる。
図１３は被検体１を１０度おきに３６回回転させて、被検体１の長手方向の測定を繰り返し行った例を示す説明図である。
【００４３】
このように、複数のセンサ５を１次元方向かつ列で互い違いになるように配置し、かつ、回転台３の回転中心に対して、被検体１の中心を合わせるとともに、複数の光路６の中の１つの光路６の位置を合わせることで、被検体１の全面を隙間無く走査することが可能になる。
【００４４】
また、図１４に示すように、注目領域２をアレイ周期の半分だけ横にずらすようにして、注目領域２ｃを作る場合を考える。
この場合も、回転しながら測定を繰り返すと、例えば、図１５に示すような測定結果になる。
図１５は被検体１を１０度おきに１８回回転させて（被検体１の回転が半周）、被検体１の長手方向の測定を繰り返し行った例を示す説明図である。図１５において、点線は、それぞれの角度における注目領域２ｃの軌跡を示している。
この場合も、図１１の場合の測定と同様に、１次元方向に並べている各光センサ５の間に隙間がある。そのため、その隙間がリング状に測定できておらず、図１５の測定は厳密な意味で被検体１の全面ではない。
【００４５】
そこで、図１１の測定と、図１５の測定とをつなぎ合わせることを考えると、図１６（図１１の測定＋図１５の測定）に示すように、被検体１の全面を隙間無く走査することが可能になる。
即ち、光センサを１次元方向配置し、かつ、回転台３の回転中心に対して、被検体１の中心を合わせるとともに、複数の光路６の中の１つの光路６の位置を合わせて回転方向に半周し、次に光センサ５をアレイ周期の半分ほどずらして、更に半周することで被検体１の全面を隙間無く走査することが可能になる。
【００４６】
複数のセンサ５を１次元方向に並べて、かつ、回転台３の回転中心に対して、被検体１の中心を合わせるとともに、複数の光路６の中の１つの光路６の位置を合わせるようにすると、ちょうど半周回転したときに、回転中心に対して対称な位置の光センサ５で対称な位置を測定することになる。
このことを、図１７を用いて説明すると、回転中心に対して、２個目の光センサＡは、半周すると、光センサＢの位置に来ることになる。光センサＡ，Ｂの個体差や時間変動分を除けば、同じ位置の測定であることから、当然、同じ測定結果を得ることができる。
反対に言うと、同じ位置を異なる光センサ５で測定することで、光センサの個体差や時間変動を測定することが可能になる。
【００４７】
時間変動は、同じ位置で、繰り返し時系列で測定することで分離できるため、結果として、光センサ間の個体差を特定することができる。
このように、光センサ５を１次元方向に並べて、かつ、回転台３の回転中心に、被検体１の中心を合わせるとともに、複数の光路６の中の１つの光路６の位置を合わせるようにすると、ちょうど半周回転したときに、回転中心に対して対称な測定ができるようになるため、光センサ間の個体差を特定することができる。
【００４８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、被検体１における複数の注目領域２のうち、１つの注目領域２が回転中心上に位置するように被検体１が載置され、１つの注目領域２を中心にして、被検体１を回転させる回転台３と、被検体１における複数の注目領域２のいずれかに光を照射する光照射部及び注目領域２に反射された光を検出する光検出部を有する複数の光センサ５とを備えるように構成したので、全面走査の誤差を蓄積することなく、被検体１の表面形状を精度よく測定することができる効果を奏する。
即ち、複数の光センサ５を長手方向一列に配列しているので、回転中心から最も遠方の直径位置まで、ほぼ同時に測定することができる。そのため、擬似的に光センサ５の直径が大きくなったことに相当し、誤差を増大させることなく、傾きを精度良く求めることができるようになる。
【００４９】
また、制御装置１１により回転させられる回転台３の移動量を検出する移動量検出部１３と、移動量検出部１３の検出結果にしたがって回転台３の回転位置による座標系の変換等を実施しながら、複数の光センサ５の光検出部により検出された反射光に対応する画像を合成する画像合成部１４とから信号処理部１２を構成しているので、回転台３の回転位置による座標系の変換を実施することができるほか、回転に伴う駆動機構の位置ずれなどの補正を行うことできるようになり、その結果、画像合成をより精度良く行うことができる効果を奏する。
【００５０】
実施の形態２．
図１８はこの発明の実施の形態２による面形状検査装置の要部を示す断面図であり、図において、図３と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
光分割手段１０は被検体１の長手方向に一列に並ぶように配置されており、センサユニット４に収納されている。
光分割手段１０は光センサ５の光照射部から照射された光を分割して、被検体１における複数の注目領域２のいずれかに分割後の光を照射し、その注目領域２に反射された光を光センサ５の光検出部に導く光学部材である。
なお、光分割手段１０の構成は、光の波長で光路を分割する手段、光の偏光方向で光路を分割する手段、機械的なシャッター等により光路を分割する手段、光をパルス状に照射して時間差で光路を分割する手段のいずれであってもよい。
【００５１】
上記実施の形態１では、複数の光センサ５が、被検体１の長手方向に一列に並ぶように配置されているものについて示したが、図１８に示すように、センサユニット４には、１台の光センサ５だけを収納して、被検体１の長手方向に一列に並ぶように配置されている複数の光分割手段１０を収納し、複数の光分割手段１０が、１台の光センサ５により照射された光を分割して、分割後の光を各注目領域２に照射し、各注目領域２に反射された光を光センサ５の光検出部に導くようにしてもよい。
このように、複数の光分割手段１０をセンサユニット４に収納すれば、複数の光センサ５をセンサユニット４に収納している場合と同様の作用・効果が得られる。
【００５２】
実施の形態３．
図１９はこの発明の実施の形態３による面形状検査装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
参照体２１は図１の参照体７と同様に表面形状が既知の部材である。
ただし、参照体２１は図１の参照体７と異なり、常に、複数の光センサ５又は光分割手段１０から照射される光が通る光路６に配置されており、特定波長の光だけを選択的に透過又は反射する光学機能面を有している。
図１９の例では、参照体２１が空中に浮いているように図示されているが、例えば、除震台９の上に、被検体１を渡るように設置されている保持台（図示せず）に保持されている。
【００５３】
次に動作について説明する。
参照体２１は、注目領域２に照射される光が通る光路６に配置されているが、特定波長の光だけを選択的に透過又は反射する光学機能面を有しているので、被検体１に対する注目領域２と、参照体２１に対する第２の注目領域８とをほぼ同時に作ることができる。
これにより、被検体１に対する注目領域２と、参照体２１に対する第２の注目領域８とをほぼ同時に、同位置で測定することができるため、被検体１に対する注目領域２の表面形状を測定する際、表面形状が既知である参照体２１を常に参照することができる。
このため、例えば、振動や温度変化に伴う線膨張等による歪みの影響の誤差の蓄積を防ぐことができるようになり、被検体１の表面形状の測定精度を更に高めることができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態４．
図２０はこの発明の実施の形態４による面形状検査装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
折り曲げ平面鏡２２は複数の光センサ５又は光分割手段１０から照射される光が通る光路６に配置されており、その光路６を任意の角度で折り曲げる光学部材である。
【００５５】
このように、折り曲げ平面鏡２２を光路６の途中に配置することで、光センサ５を回転台３の直上以外の位置に配置することができる。
これにより、例えば、折り曲げ平面鏡２２と被検体１とのなす角を４５度とすれば、光センサ５の光軸を重力と直交する方向に折り曲げることができるようになる。
さらに、折り曲げ平面鏡２２と被検体１とのなす角を１３５度とすれば、光路６を上方向に折り曲げることができるようになる。
【００５６】
また、折り曲げ平面鏡２２の表面形状が既知である場合、図２１に示すように、被検体１とのなす角を９０度とすることで、折り曲げ平面鏡２２を参照体４として利用することができるようになる。
この場合、折り曲げ平面鏡２２が、参照体４の代わりになるため、折り曲げ平面鏡２２に第２の注目領域８が形成されることになる。
上記のように、折り曲げ平面鏡２２と被検体１のなす角を変える場合、重力による自重変形の影響をあらかじめ考慮しておく必要がある。
【００５７】
次に動作について説明する。
例えば、光センサ５が被検体１の直上に配置される場合、天井の高さが、ある程度の高さを有している必要がある。
このような場合、光路６を斜めに折り曲げることができれば、天井の高さが低い場合でも、面形状検査装置を設置することができる。
また、冷たい空気は下方向に流れ、暖かい空気は上方向に流れる現象である対流によって、測定に悪影響が及ぶことがあるが、天井を低く保つことで、空気の上下の温度勾配を小さくすることができるので、対流の発生を低減して、測定精度の低下を防止することができる。
【００５８】
また、重心が高い位置にある場合、重心が低い位置にある場合と比べて安定しないが、光路６を折り曲げることで、重心を低くすることができるので、装置の安定化を図ることができる。
また、折り曲げ平面鏡２２と被検体１とのなす角を変えることで、折り曲げ平面鏡２２を参照体４の代わり用いることができる。
また、折り曲げ平面鏡２２と被検体１とのなす角を１３５度とすれば、光路６を上方向に折り曲げることができるので、被検体１を上方向に配置して測定することもできるようになる。これは、被検体１が重力に対して上下反転することを意味している。
【００５９】
実施の形態５．
図２２はこの発明の実施の形態５による面形状検査装置を示す構成図であり、図において、図２０と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
傾斜センサ２３はセンサユニット４に収納されている複数の光センサ５（または、複数の光分割手段１０）の自重変形を測定する処理を実施する。
傾斜センサ２４は折り曲げ平面鏡２２の自重変形を測定する処理を実施する。
ただし、図２２では、傾斜センサ２３，２４が空中に描かれているが、実際には、除震台９の上に保持台（図示せず）が配置され、その保持台に固定されている。傾斜センサ２３，２４はオートコリメータ等でもよい。
【００６０】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１〜４では、複数の光センサ５（または、複数の光分割手段１０）が被検体１の長手方向に並んでいるが、複数の光センサ５（または、複数の光分割手段１０）が自重変形によって歪むことにより、注目領域２の表面形状の測定精度が劣化することがある。
そこで、この実施の形態５では、傾斜センサ２３が、被検体１の長手方向に並んでいる複数の光センサ５（または、複数の光分割手段１０）の自重変形を測定することで、光センサ５（または、複数の光分割手段１０）が自重変形による歪みを補正できるようにしている。
また、この実施の形態５では、傾斜センサ２４が折り曲げ平面鏡２２の自重変形を測定することで、折り曲げ平面鏡２２が自重変形による歪みを補正できるようにしている。
【００６１】
実施の形態６．
図２３はこの発明の実施の形態６による面形状検査装置を示す構成図であり、図において、図２０と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
参照体２５は図１の参照体７と同様に表面形状が既知であり、参照体２５は複数の光センサ５（または、複数の光分割手段１０）から照射された光が通る光路６の延長上に配置されている。
折り曲げ鏡２６は第１の鏡２６ａと第２の鏡２６ｂが二等辺三角形をなしている鏡であり、折り曲げ鏡２６は回転台３の回転中心上に配置されている。
【００６２】
次に動作について説明する。
上記実施の形態４では、折り曲げ平面鏡２２が光路６の途中に配置されているが、この実施の形態６では、折り曲げ鏡２６が光路６の途中に配置されている。
また、この実施の形態６では、参照体２５が光路６の延長上に配置され、参照体２５と被検体１のなす角が直角にされている。
【００６３】
このように、折り曲げ鏡２６と参照体２５を配置することで、光センサ５から出射された光が注目領域２に向かうときと、注目領域２の反射光が光センサ５に戻るときの二回光路６が経由するようになる。
光路６が二回経由することにより、２倍の情報量になるため、注目領域２の表面形状の測定精度を高めることができる。
また、例えば、折り曲げ鏡２６を上方向に持ち上げるなどして、折り曲げ鏡２６を光路６から取り除くようにすれば、直接、参照体２５を観測することができるようになる。
【００６４】
実施の形態７．
図２４はこの発明の実施の形態７による面形状検査装置を示す構成図であり、図において、図４と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
同期信号出力部３１は例えばパルスジェネレータなどから構成されており、パルスジェネレータによって発生された矩形波のＴＴＬ信号を同期信号として、複数の光センサ５に出力する処理を実施する。なお、同期信号出力部３１は同期信号出力手段を構成している。
この実施の形態７では、複数の光センサ５は撮像素子を内蔵しており（光センサ５の詳細は後述する）、この撮像素子が同期信号出力部３１から出力された同期信号に同期して、同一時刻に注目領域２を撮像し、その注目領域２における多数の集光スポットを画像信号に変換して信号処理部１２に出力する。
【００６５】
トリガ信号ケーブル３２は同期信号出力部３１と複数の光センサ５との間を接続しているケーブルであり、同期信号出力部３１から出力された同期信号を複数の光センサ５に伝達する。
画像信号ケーブル３３は複数の光センサ５と信号処理部１２との間を接続しているケーブルであり、複数の光センサ５から出力された画像信号を信号処理部１２に伝達する。
【００６６】
表面形状演算部３４は例えばＳｈａｃｋＨａｒｔｍａｎｎ方式などの既知の表面形状演算アルゴリズムを実装しており、複数の光センサ５の撮像素子より出力された画像信号から複数の注目領域２の表面形状を演算し、それらの表面形状を接続することで、被検体１の表面形状を演算する処理を実施する。なお、表面形状演算部３４は表面形状演算手段を構成している。
弾性体３５は被検体１の表面形状が自重によって変形しないように支持している部材である。
【００６７】
図２５は光センサ５の詳細な構成を示す構成図である。
図２５において、光源４１は略平行光をビームスプリッタ４２に向けて発生する。
ビームスプリッタ４２は入射光束を反射光と透過光の２光束に分岐する光学部品であり、光源４１から発生された略平行光の光束を屈曲させてビームエキスパンダ４３に出力する一方、ビームエキスパンダ４３から出力された光束を透過させてレンズレットアレイ４４に出力する。
【００６８】
ビームエキスパンダ４３は例えば２枚の凸レンズからなるケプラー型望遠鏡などから構成されており、ビームスプリッタ４２により屈曲された光束を入射すると、その光束のビーム径を拡大してから、その光束を空間に放出し、その後、被検体１の注目領域２に反射された光束を入射すると、その光束のビーム径を縮小してから、その光束をビームスプリッタ４２に出力する。
レンズレットアレイ４４は例えば複数のレンズレット（微小レンズ）が平面上に配列されている光学部品であり、ビームスプリッタ４２を透過してきた光束を入射すると、多数の集光スポットをレンズレットの焦点面に結像する。
撮像素子４５は例えばＣＣＤカメラ、あるいは、ＣＭＯＳカメラから構成されており、同期信号出力部３１から同期信号を受けると、レンズレットアレイ４４における複数のレンズレットに結像されている多数の集光スポットを画像信号に変換して信号処理部１２に出力する。
【００６９】
次に動作について説明する。
この実施の形態７では、光センサ５の計測方式として、ＳｈａｃｋＨａｒｔｍａｎｎ方式を用いる場合を一例として説明する。
ここでは、ＳｈａｃｋＨａｒｔｍａｎｎ方式を用いる例を説明するが、同期信号に同期して、任意時刻の瞬間的な表面形状を計測できればよく、ＳｈａｃｋＨａｒｔｍａｎｎ方式に限定されるものではない。
【００７０】
被検体１は、表面形状が自重によって変形しないように、弾性体３５により支持されている。このため、外部からの振動等によって傾斜変動が生じやすく、この傾斜変動は測定精度を悪化させる要因となる。
ここで、図２６は被検体１の傾斜変動によって測定精度が悪化するメカニズム（同期信号出力部３１が実装されていない場合のメカニズム）を示す説明図である。
図２６において、５１は参照体７の表面、５２は任意の時刻Ｔ１における被検体１の表面、５３は時刻Ｔ１と異なる任意の時刻Ｔ２における被検体１の表面である。
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・，Ｓｎはｎ個の光センサ５を識別する識別符号、５４は光センサＳ１〜Ｓｎの撮像画像を示す画像信号に記録されている被検体１の傾斜情報、５５は信号処理部１２の表面形状演算部３４により演算される被検体１の表面形状である。
【００７１】
同期信号出力部３１が実装されていない場合、光センサＳ１〜Ｓｎの撮像素子４５は、各々の内部クロックに同期して、注目領域２の反射光（レンズレットアレイ４４における複数のレンズレットに結像されている多数の集光スポット）を画像信号に変換して信号処理部１２に出力する。
このとき、被検体１は、傾斜変動しているため、光センサＳ１〜Ｓｎの撮像素子４５から出力される画像信号には、それぞれ異なる被検体１の傾斜情報が記録されている。
このため、信号処理部１２の表面形状演算部３４が、複数の光センサ５の撮像素子４５から出力された画像信号に基づいて被検体１の表面形状を演算すると、その演算結果にも当該傾斜情報が重畳されることになる。その結果、図２６に示すように、表面形状演算部３４から出力される被検体１の表面形状５５に、実際には存在しない凹凸が表れてしまう。
【００７２】
図２７は被検体１の傾斜変動によって測定精度が悪化せずに、高い測定精度が得られるメカニズム（同期信号出力部３１が実装されている場合のメカニズム）を示す説明図である。
同期信号出力部３１が実装されている場合、光センサＳ１〜Ｓｎの撮像素子４５は、同期信号出力部３１から出力される同期信号に同期して、同一時刻に注目領域２の反射光を画像信号に変換して信号処理部１２に出力する。
このため、光センサＳ１〜Ｓｎの撮像素子４５から出力される画像信号に記録されている被検体１の傾斜情報は、全て同一である。
したがって、信号処理部１２の表面形状演算部３４が、複数の光センサ５の撮像素子４５から出力された画像信号に基づいて被検体１の表面形状を演算すると、その表面形状が、全体の傾斜として演算されることになる。その結果、図２７に示すように、表面形状演算部３４から出力される被検体１の表面形状５５には、実際に存在しない凹凸が表れず、全体の傾斜が表れる。
【００７３】
以上で明らかなように、この実施の形態７によれば、複数の光センサ５の光検出部が、注目領域２に反射された光を画像信号に変換して出力する撮像素子４５から構成されており、同期信号を複数の光センサ５に出力する同期信号出力部３１と、複数の光センサ５の撮像素子４５から出力された画像信号から被写体の表面形状を演算する表面形状演算部３４とを備え、複数の光センサ５の撮像素子４５が、同期信号出力部３１から出力された同期信号に同期して、同一時刻に注目領域２の反射光を画像信号に変換するように構成したので、被検体１が光センサ５に対して傾斜変動している場合でも、傾斜変動の影響を受けずに、被検体１の表面形状を正確に測定することができる効果を奏する。
【００７４】
実施の形態８．
図２８はこの発明の実施の形態８による面形状検査装置を示す構成図であり、図において、図２４と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
傾斜成分抽出部３６は複数の光センサ５の撮像素子４５より出力された画像信号が示す波面から注目領域２の波面傾斜成分を抽出する処理を実施する。なお、傾斜成分抽出部３６は傾斜成分抽出手段を構成している。
補正処理部３７は傾斜成分抽出部３６により抽出された波面傾斜成分にしたがって画像信号が示す波面を補正する処理を実施する。なお、補正処理部３７は補正手段を構成している。
【００７５】
上記実施の形態７では、光センサ５のビームエキスパンダ４３により光束径が縮小された光束を計測している。被検体１が傾斜変動しているとき、被検体１に反射された光束も傾斜してビームエキスパンダ４３を透過する。
したがって、ビームエキスパンダ４３に画角依存性収差が存在する場合には、光センサ５により測定される被検体１の表面形状に画角依存収差が重畳される。
【００７６】
図２９は被検体１の傾斜変動とビームエキスパンダ４３によって測定精度が悪化するメカニズムを示す説明図である。
同期信号出力部３１が実装されている場合、光センサＳ１〜Ｓｎの撮像素子４５から出力される画像信号に記録されている被検体１の傾斜情報は全て同一であるため、上記実施の形態７と同様に、被検体１の傾斜情報が測定精度に影響を与えることはない。
しかし、ビームエキスパンダ４３の画角依存収差として、典型的には３次関数で表される収差が重畳されていると、信号処理部１２の表面形状演算部３４により演算される被検体１の表面形状５５には、図２９に示すように、波打つような凹凸が重畳されて測定誤差となる。
【００７７】
図３０はこの発明の実施の形態８による面形状検査装置の処理内容を示すフローチャートである。
まず、同期信号出力部３１は、上記実施の形態７と同様に、同期信号を複数の光センサ５に出力する（ステップＳＴ１）。
光センサＳ１〜Ｓｎの撮像素子４５は、同期信号出力部３１から同期信号を受けると、その同期信号に同期して、同一時刻に注目領域２の反射光を画像信号に変換して信号処理部１２に出力する（ステップＳＴ２）。
以下、ｎ個の光センサＳ１〜Ｓｎのうち、任意の光センサＳｋ（１≦ｋ≦ｎ）に着目して動作を説明する。
【００７８】
信号処理部１２の傾斜成分抽出部３６は、光センサＳｋの撮像素子４５から画像信号を受けると、その画像信号が示す注目領域２の波面Ｗｋから、注目領域２の波面傾斜成分Ｔｋを抽出する（ステップＳＴ３，ＳＴ４）。
波面Ｗｋと波面傾斜成分Ｔｋの分離は、例えば、波面ＷｋをＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングすることで実現される。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は光学技術に通じている当該業者においては一般的に用いられているものであるため説明を省略する。
【００７９】
補正処理部３７は、傾斜成分抽出部３６が波面傾斜成分Ｔｋを抽出すると、ビームエキスパンダ４３の画角依存性収差を推定する関数Ｆに、その波面傾斜成分Ｔｋを代入することで、推定波面Ｆ（Ｔｋ）を演算し、下記の式（１５）に示すように、波面Ｗｋから推定波面Ｆ（Ｔｋ）を減算することで、画像信号が示す注目領域２の波面Ｗｋを補正する（ステップＳＴ５）。
Ｗｋ＝Ｗｋ−Ｆ（Ｔｋ）                              （１５）
なお、ビームエキスパンダ４３の画角依存性収差を推定する関数Ｆは、事前に既知の画角の収差を計測することで定義することが可能である。あるいは、計算機シミュレーションなどを実施することで定義するようにしてもよい。
【００８０】
ｎ個の光センサＳ１〜Ｓｎについて、波面Ｗｋの補正が完了するまで、ステップＳＴ４，ＳＴ５の処理が繰り返し実施される（ステップＳＴ６，ＳＴ７）。
表面形状演算部３４は、補正処理部３７により波面Ｗｋが補正された画像信号から注目領域２の表面形状を演算し、複数の注目領域２の表面形状を接続することで、被検体１の表面形状を演算する（ステップＳＴ８）。
【００８１】
以上で明らかなように、この実施の形態８によれば、複数の光センサ５の撮像素子４５から出力された画像信号が示す波面Ｗｋから注目領域２の波面傾斜成分Ｔｋを抽出する傾斜成分抽出部３６と、傾斜成分抽出部３６により抽出された波面傾斜成分Ｔｋにしたがって上記画像信号が示す波面Ｗｋを補正する補正処理部３７とを設け、表面形状演算部３４が、補正処理部３７により波面Ｗｋが補正された画像信号から被検体１の表面形状を演算するように構成したので、光センサ５が、ビームエキスパンダ４３のような画角依存性収差を生じさせる光学部品を実装しており、かつ、被検体１が光センサ５に対して傾斜変動している場合でも、被検体１の傾斜変動の影響を受けずに、被検体１の表面形状を正確に測定することができる効果を奏する。
【００８２】
実施の形態９．
上記実施の形態８では、傾斜成分抽出部３６により抽出された波面傾斜成分Ｔｋにしたがって画像信号が示す波面Ｗｋを補正するものを示したが、傾斜成分抽出部３６により抽出された波面傾斜成分Ｔｋが所定の閾値より大きい場合、再度、同期信号を複数の光センサ５に出力することで、注目領域２の画像信号を再取得するようにしてもよい。
【００８３】
図３１はこの発明の実施の形態９による面形状検査装置の処理内容を示すフローチャートである。
まず、同期信号出力部３１は、上記実施の形態８と同様に、同期信号を複数の光センサ５に出力する（ステップＳＴ１）。
光センサＳ１〜Ｓｎの撮像素子４５は、同期信号出力部３１から同期信号を受けると、その同期信号に同期して、同一時刻に注目領域２の反射光を画像信号に変換して信号処理部１２に出力する（ステップＳＴ２）。
以下、ｎ個の光センサＳ１〜Ｓｎのうち、任意の光センサＳｋ（１≦ｋ≦ｎ）に着目して動作を説明する。
【００８４】
信号処理部１２の傾斜成分抽出部３６は、光センサＳｋの撮像素子４５から画像信号を受けると、上記実施の形態８と同様に、その画像信号が示す注目領域２の波面Ｗｋから、注目領域２の波面傾斜成分Ｔｋを抽出する（ステップＳＴ３，ＳＴ４）。
同期信号出力部３１は、傾斜成分抽出部３６が波面傾斜成分Ｔｋを抽出すると、その波面傾斜成分Ｔｋの絶対値｜Ｔｋ｜と所定の閾値Ｔｘを比較する（ステップＳＴ１１）。
閾値Ｔｘは、ビームエキスパンダ４３の画角依存性収差を無視できる限界範囲として定義されるものであり、計算機シミュレーションや、事前の校正により定義することが可能である。
【００８５】
同期信号出力部３１は、波面傾斜成分Ｔｋの絶対値｜Ｔｋ｜が閾値Ｔｘ以上である場合、ビームエキスパンダ４３の画角依存性収差を無視することができないため、ステップＳＴ１の処理に戻り、再度、同期信号を複数の光センサ５に出力することで、複数の光センサ５の撮像素子４５が画像信号を再取得するようにする。
一方、波面傾斜成分Ｔｋの絶対値｜Ｔｋ｜が閾値Ｔｘより小さい場合、ビームエキスパンダ４３の画角依存性収差を無視することができるため、ステップＳＴ６の処理に移行する。
【００８６】
ｎ個の光センサＳ１〜Ｓｎから出力される画像信号に係る波面傾斜成分Ｔｋの絶対値｜Ｔｋ｜の全てが閾値Ｔｘより小さくなるまで、ステップＳＴ１〜ＳＴ４，ＳＴ１１の処理が繰り返し実施される（ステップＳＴ６，ＳＴ７）。
即ち、波面傾斜成分Ｔｋの絶対値｜Ｔｋ｜の全てが閾値Ｔｘより小さくなり、ビームエキスパンダ４３の画角依存性収差が無視できる場合に限り、表面形状演算部３４の処理に移行する。
表面形状演算部３４は、波面傾斜成分Ｔｋの絶対値｜Ｔｋ｜が閾値Ｔｘより小さい画像信号から注目領域２の表面形状を演算し、複数の注目領域２の表面形状を接続することで、被検体１の表面形状を演算する（ステップＳＴ８）。
【００８７】
以上で明らかなように、この実施の形態９によれば、傾斜成分抽出部３６により抽出された波面傾斜成分Ｔｋの絶対値｜Ｔｋ｜が閾値Ｔｘより大きい場合、同期信号出力部３１が、再度、同期信号を複数の光センサ５に出力することで、注目領域２の画像信号を再取得するように構成したので、光センサ５が、ビームエキスパンダ４３のような画角依存性収差を生じさせる光学部品を実装しており、かつ、被検体１が光センサ５に対して傾斜変動している場合でも、被検体１の傾斜変動の影響を受けずに、被検体１の表面形状を正確に測定することができる効果を奏する。
【符号の説明】
【００８８】
１  被検体、２，２ａ，２ｂ，２ｃ  注目領域、３  回転台、４  センサユニット、５  光センサ、６  光路、７，２１  参照体、８  第２の注目領域、９  除震台、１０  光分割手段、１１  制御装置、１２  信号処理部、１３  移動量検出部、１４  画像合成部、１５  出力部、２２  折り曲げ平面鏡、２３，２４  傾斜センサ、２５  参照体、２６  折り曲げ鏡、２６ａ  第１の鏡、２６ｂ  第２の鏡、３１  同期信号出力部（同期信号出力手段）、３２  トリガ信号ケーブル、３３  画像信号ケーブル、３４  表面形状演算部（表面形状演算手段）、３５  弾性体、３６  傾斜成分抽出部（傾斜成分抽出手段）、３７  補正処理部（補正手段）、４１  光源、４２  ビームスプリッタ、４３  ビームエキスパンダ、４４  レンズレットアレイ、４５  撮像素子、５１  参照体の表面、５２  時刻Ｔ１における被検体の表面、５３  時刻Ｔ２における被検体の表面、５４  被検体の傾斜情報、５５  被検体の表面形状。
【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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【図３１】
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