(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉光を、基準レンズを介して被検体の球面状の被検面に入射せしめ、該可干渉光の、該被検面における反射により生じた物体光と前記基準レンズの球面状の基準面における反射により生じた参照光との光干渉により生じる干渉縞を、所定の干渉縞形成面上に形成するとともに、
前記基準レンズを前記可干渉光の光軸方向に移動させて前記基準面と前記被検面との相対距離を変化させることにより得られる複数の干渉縞画像に基づき、前記干渉縞の位相計算を行うフリンジスキャン測定手段を有する干渉計装置において、
前記フリンジスキャン測定手段における位相計算のフリンジスキャン開始時位相は、前記基準面の曲率中心を基準にして光軸と観察点がなす角度をθとした際に、前記基準面レンズの基準面を所定量Δずつ移動させカレ法により求めた位相から（３Δ／２）cosθを減算して求めることを特徴とするフリンジスキャンを用いた干渉計装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリンジスキャンを用いた干渉計装置に関し、特に正確な干渉縞解析を行い得る干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学部材等の被検体の表面形状を計測する手段として干渉計装置が知られている。そして、被検体の被検面が球面状である場合に用いられる干渉計装置としては、次のようなものが知られている。すなわち、可干渉光を、基準レンズを介して被検体の球面状の被検面に入射せしめ、該可干渉光の、該被検面における反射により生じた物体光と基準レンズの球面状の基準面における反射により生じた参照光との光干渉により生じる干渉縞を、所定の干渉縞形成面上に形成するように構成されたものが知られている。
【０００３】
また、このようにして形成された干渉縞を解析する方法としてフリンジスキャン法が知られている。このフリンジスキャン法は、基準面と被検面との相対距離を変化させ、これに伴う干渉縞画像上の所定位置における位相の変化量（輝度変化量）に基づき干渉縞解析を行うものであり、これにより被検面の凹凸判定および正確な立体形状測定を行い得るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように被検面が球面状である場合には基準面も球面状となるため、次のような問題が生じる。
【０００５】
すなわち、図２に示すように、基準面２０ａと被検面２ａとの相対距離を変化させるために、基準レンズ２０を可干渉光の光軸Ａｘ方向に移動させた場合、光軸Ａｘ上における位相は基準レンズ２０の移動量Δに対応する量だけ変化するが、光軸Ａｘから外れた位置における位相変化量はこれよりも小さい値となる。例えば同図において、基準面２０ａの曲率中心Ｏを基準にして光軸Ａｘから角度θずれた位置ではΔcosθに対応する位相変化量となる。そして、このように角度θに依存した量で位相が変化するため、光軸Ａｘから外れた位置においては位相計算に誤差が生じてしまい、正確な干渉縞解析を行うことができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基準レンズを可干渉光の光軸方向に移動させてフリンジスキャンを行うようにした場合において、上記光軸以外の位置における位相の計算にも誤差が発生するのを防止することができるフリンジスキャンを用いた干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のフリンジスキャンを用いた干渉計装置は、干渉縞の位相計算をカレ法を用いて行う構成とすることにより、上記目的を達成するようにしたものである。
【０００８】
すなわち、本発明のフリンジスキャンを用いた干渉計装置は、可干渉光を、基準レンズを介して被検体の球面状の被検面に入射せしめ、該可干渉光の、該被検面における反射により生じた物体光と前記基準レンズの球面状の基準面における反射により生じた参照光との光干渉により生じる干渉縞を、所定の干渉縞形成面上に形成するとともに、
前記基準レンズを前記可干渉光の光軸方向に移動させて前記基準面と前記被検面との相対距離を変化させることにより得られる複数の干渉縞画像に基づき、前記干渉縞の位相計算を行うフリンジスキャン測定手段を有する干渉計装置において、
前記フリンジスキャン測定手段における位相計算のフリンジスキャン開始時位相は、前記基準面の曲率中心を基準にして光軸と観察点がなす角度をθとした際に、前記基準面レンズの基準面を所定量Δずつ移動させカレ法により求めた位相から（３Δ／２）cosθを減算して求めることを特徴とするフリンジスキャンを用いた干渉計装置。
【０００９】
上記「カレ法」とは、縞1ピッチ移動させる間に４つの縞画像を得るフリンジスキャン法において、前後の縞画像間における基準面のシフト量が互いに同じであれば位相を計算することができるという形状解析方法を意味するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係るフリンジスキャンを用いた干渉計装置１０を示す側面図である。
【００１２】
図示のように、この干渉計装置１０は、凹球面状の被検面２ａを有する被検体２の被検面２ａを計測するフィゾー型の干渉計装置であって、レーザ光源１２、発散レンズ１４、ビームスプリッタ１６、コリメータレンズ１８、基準レンズ２０、被検体支持部材２２、およびＴＶカメラ２４を備えてなっている。
【００１３】
基準レンズ２０は、被検体２側に凹球面状の基準面２０ａを向けた正の屈折力を有するレンズであって、その基準面２０ａの曲率中心Ｏが光軸Ａｘ上に位置するように配置されている。また、この基準レンズ２０は、図示しないピエゾ素子駆動電源に接続された複数のピエゾ素子２６を介して基準レンズ支持部材２８に支持されている。
【００１４】
被検体支持部材２２は、被検体２を支持するとともに、その被検面２ａの曲率中心を基準面２０ａの曲率中心Ｏと一致させるよう該被検体２のアライメントを調整し得るように構成されている。
【００１５】
この干渉計装置１０においては、レーザ光源１２からのビームを発散レンズ１４により発散光に変換し、この発散光をビームスプリッタ１６により９０°回転した方向に反射させ、この反射発散光をコリメータレンズ１８により平行光にした後、この平行光を基準レンズ２０によりその基準面２０ａの曲率中心Ｏへ向けて集束させ、その集束光の一部を基準面２０ａで反射させるとともにその残りの集束光を透過させて被検体２の被検面２ａに照射せしめるようになっている。そして、基準面２０ａで反射した参照光と被検面２ａで反射した物体光との光干渉により形成される干渉縞をＴＶカメラ２４で観察するようになっている。
【００１６】
さらに、この干渉計装置１０においては、所定のタイミングでピエゾ素子２６に所定の電圧を印加して該ピエゾ素子２６を駆動することにより基準レンズ２０を光軸Ａｘ方向に移動させるとともに、この移動により変化する干渉縞の画像データを図示しないコンピュータに取り込んで干渉縞の自動解析を行うフリンジスキャン法を用いることにより被検面２ａの凹凸判定および正確な立体形状測定を行うようになっている。
【００１７】
このフリンジスキャン法においては、基準面２０ａと被検面２ａとの相対距離を変化させ、これに伴う干渉縞画像上の所定位置における位相の変化量（輝度変化量）に基づき位相計算を行うようになっているが、基準面２０ａは凹球面状であるため、図２に示すように、基準レンズ２０を光軸Ａｘ方向に移動させた場合、光軸Ａｘ上における位相は基準レンズ２０の移動量Δに対応する量だけ変化するが、光軸Ａｘから外れた位置における位相変化量はこれよりも小さい値となる。具体的には、同図において、基準面２０ａの曲率中心Ｏを基準にして光軸Ａｘから角度θずれた位置（座標 (ｘ,ｙ)）ではΔcosθに対応する位相変化量となる。そして、このように角度θに依存した量で位相が変化するため、光軸Ａｘから外れた位置においては位相変化量に誤差が生じてしまい、正確な干渉縞解析を行うことができなくなってしまう。
【００１８】
そこで、本実施形態においては、ΔcosθにおけるΔをπ／２とし、カレ法を用いて干渉縞の位相計算を行うことにより、基準レンズ２０の光軸方向移動による誤差発生を除去するようになっている。
【００１９】
このカレ法を用いた位相計算は、次のようにして行われる。
【００２０】
すなわち、一般の４ステップフリンジスキャン法においては、基準面とサンプル面間の光路差変化量が一定値π／２ずつとなっている。これに対しカレ法では、光路差変化量がπ／２ずつでなくても、一定値αずつであり、移動が、
−３α／２，−α／２，α／２，３α／２
の４ステップであれば形状解析を行うことができるという方法である。
【００２１】
カレ法を採用した場合、上記各移動位置における座標(ｘ,ｙ)の干渉縞強度は、
Ｉ1(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)[１＋γcos{Φ(ｘ,ｙ)−３α／２}]    …（１）
Ｉ2(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)[１＋γcos{Φ(ｘ,ｙ)−α／２}]      …（２）
Ｉ3(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)[１＋γcos{Φ(ｘ,ｙ)＋α／２}]      …（３）
Ｉ4(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)[１＋γcos{Φ(ｘ,ｙ)＋３α／２}]    …（４）
と表され、また、その座標 (ｘ,ｙ)における位相Φ(ｘ,ｙ)は、
【００２２】
【数１】
0003998844.tif 000002
と表される。
【００２３】
ここで、
Φ(ｘ,ｙ)＝Φ´(ｘ,ｙ)＋（３π／４）cosθ                …（６）
α＝（π／２）cosθ                                      …（７）
と置けば、上式（１）〜（４）は、
Ｉ1(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γcosΦ´)                     …（８）
Ｉ2(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)[１＋γcos{Φ´＋（π／２）cosθ}]  …（９）
Ｉ3(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ){１＋γcos（Φ´＋πcosθ）}        …（１０）
Ｉ4(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)[１＋γcos{Φ´＋（３π／２）cosθ}]…（１１）
となる。
【００２４】
したがって、求める位相Φ´(ｘ,ｙ)は、上式（５）により算出された位相Φ(ｘ,ｙ)から（３π／４）cosθを引くことで求めることができる。
【００２５】
このように本実施形態においては、カレ法を用い、基準レンズ２０が光軸Ａｘ方向に（π／２）cosθ移動する毎に、干渉縞の画像データを取り込んでその干渉縞強度を測定することにより、光軸Ａｘから離れた位置（座標 (ｘ,ｙ)）における位相Φ´(ｘ,ｙ)を正確に計算することができる。
【００２６】
なお、θは、基準面２０ａの曲率半径ｒと、光軸Ａｘから座標(ｘ,ｙ)までの距離(ｘ2＋ｙ2)1/2とにより、容易に算出することができる。
【００２７】
以上詳述したように、本実施形態によれば、基準レンズ２０を光軸Ａｘ方向に移動させてフリンジスキャンを行うようにした場合において、光軸Ａｘ以外の位置においても位相計算の誤差発生を除去することができる。
【００２８】
本実施形態においては、基準レンズ２０の基準面２０ａが凹球面状である場合について説明したが、該基準面２０ａが凸球面状である場合においても、本実施形態と同様の構成を採用することにより本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係るフリンジスキャンを用いた干渉計装置は、基準レンズを可干渉光の光軸方向に移動させてフリンジスキャンを行うように構成されているが、カレ法を用いて干渉縞の位相計算を行うように構成されているので、上記光軸以外の位置における位相計算にも誤差が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るフリンジスキャンを用いた干渉計装置を示す側面図
【図２】図１に示す干渉計装置の作用を説明するための図
【符号の説明】
２  被検査体
２ａ  被検面
１０  干渉計装置
１２  レーザ光源
１４  発散レンズ
１６  ビームスプリッタ
１８  コリメータレンズ
２０  基準レンズ
２０ａ  基準面
２２  被検体支持部材
２４  ＴＶカメラ
２６  ピエゾ素子
２８  基準レンズ支持部材
Ａｘ  光軸
Ｏ  曲率中心
【図１】
0003998844.tif 000003
【図２】
0003998844.tif 000004