(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの可干渉光を２分割し、一方の光線束を被検面に入射させてその反射光を物体光とするとともに他方の光線束を基準面に入射させてその反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉縞を干渉縞画像形成面に形成するとともに、前記基準面または前記被検面を前記可干渉光の光軸方向に移動させて該基準面と前記被検面との相対距離を変化させるフリンジスキャンを行うことにより前記干渉縞の測定を行うように構成された干渉計装置において、
前記フリンジスキャンにより前記基準面または前記被検面が所定のステップ量移動する毎に干渉縞画像データを取り込んで前記被検面の各点の干渉縞強度を測定し、この測定結果を用いて前記被検面の各点の位相、平均光強度およびモジュレーション量を算出し、この算出結果から前記フリンジスキャンの各ステップにおける前記被検面の各点の干渉縞強度を逆算的に計算し、この逆算的に計算された干渉縞強度と前記測定により得られた干渉縞強度との差を算出することにより各ステップにおける位相変化誤差を求めるように構成されてな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。
【請求項２】
前記位相変化誤差が所定の閾値を超えたか否かの判定を行うとともに、この判定結果を表示するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のフリンジスキャンを用いた干渉計装置。
【請求項３】
前記位相変化誤差が所定の閾値を超えたとき、前記干渉縞の測定を自動的に再度行うように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のフリンジスキャンを用いた干渉計装置。
【請求項４】
前記位相変化誤差が前記所定の閾値を超えた場合における前記判定結果の表示が、前記位相変化誤差が均質的な誤差である場合にはスキャン誤差である旨の表示を行う一方、これ以外の誤差である場合には外乱誤差である旨の表示を行うように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の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測定する手段として干渉計装置が知られている。干渉計装置は、光源からの可干渉光を２分割し、一方の光線束を被検面に入射させてその反射光を物体光とするとともに他方の光線束を基準面に入射させてその反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉縞を測定するようになっているが、この干渉縞測定を正確に行うためフリンジスキャンを用いた干渉計装置も知られている。
【０００３】
このような干渉計装置においては、物体光および参照光の光干渉により生じる干渉縞を干渉縞画像形成面に形成するとともに、基準面を可干渉光の光軸方向に移動させて基準面と被検面との相対距離を変化させるフリンジスキャンを行うことにより、干渉縞画像上の所定位置における干渉縞強度を測定し、その測定結果に基づき干渉縞解析を行うようになっており、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、上記干渉縞測定の際に振動や空気の揺らぎが生じていたり、あるいはフリンジスキャンに用いられる圧電素子にヒステリシスがあると、それが原因となってフリンジスキャンの際の位相変化量が必要とされる変化量と異なってしまい、干渉縞の解析結果に誤差が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、この解析処理がどの程度正確に行われているかを評価し、それがどの程度信頼性のおけるものであるかをオペレータが把握できればその後の対策もたて易くなる。
【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、フリンジスキャンがどの程度正確に行われているかの指標となる情報を得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、光源からの可干渉光を２分割し、一方の光線束を被検面に入射させてその反射光を物体光とするとともに他方の光線束を基準面に入射させてその反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉縞を干渉縞画像形成面に形成するとともに、前記基準面または前記被検面を前記可干渉光の光軸方向に移動させて該基準面と前記被検面との相対距離を変化させるフリンジスキャンを行うことにより前記干渉縞の測定を行うように構成された干渉計装置において、
前記フリンジスキャンにより前記基準面または前記被検面が所定のステップ量移動する毎に干渉縞画像データを取り込んで前記被検面の各点の干渉縞強度を測定し、この測定結果を用いて前記被検面の各点の位相、平均光強度およびモジュレーション量を算出し、この算出結果から前記フリンジスキャンの各ステップにおける前記被検面の各点の干渉縞強度を逆算的に計算し、この逆算的に計算された干渉縞強度と前記測定により得られた干渉縞強度との差を算出することにより各ステップにおける位相変化誤差を求めるように構成されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記位相変化誤差が所定の閾値を超えたか否かの判定を行うとともに、この判定結果を表示するように構成されていることが好ましい。
【０００９】
また、前記位相変化誤差が所定の閾値を超えたとき、前記干渉縞の測定を自動的に再度行うように構成されていることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記位相変化誤差が前記所定の閾値を超えた場合における前記判定結果の表示が、前記位相変化誤差が均質的な誤差である場合にはスキャン誤差である旨の表示を行う一方、これ以外の誤差である場合には外乱誤差である旨の表示を行うように構成されていることが好ましい。
【００１１】
【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。
【００１２】
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を示す全体構成図である。
図示のように、この干渉計装置１０は、フィゾー型の干渉計１２と、被検体２を保持する被検体保持部材１４と、コンピュータ１６と、モニタ１８とを備えてなっている。
【００１３】
この干渉計１２は、その干渉計本体２０により図示しない光源からの可干渉光を基準板２２の基準面２２ａに入射させ、該基準面２２ａにおいて透過光線束と反射光線束とに２分割し、透過光線束を被検体２の被検面２ａに入射させてその反射光を物体光とするとともに基準面２２ａにおける反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉縞を図示しないＣＣＤカメラに取り込むように構成されている。
【００１４】
干渉計１２は、フリンジスキャン解析機能を備えている。すなわち、基準板２２は、ＰＺＴ駆動回路２４に接続された複数のピエゾ素子（圧電素子）２６を介して基準板支持部材２８に支持されている。そして、所定のタイミングでピエゾ素子２６に所定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板２２を光軸Ａｘ方向に振動させるとともに、この振動により変化する干渉縞の画像データを干渉計本体２０からコンピュータ１６に出力するようになっている。
【００１５】
コンピュータ１６は、入力された干渉縞の画像データに基づいてフリンジスキャニング法により干渉縞の自動解析を行い、被検面２ａの形状測定（凹凸判定および立体形状測定）を行うとともに、干渉縞あるいは立体形状の画像データをモニタ１８に表示するようになっている。上記フリンジスキャニング法は、基準面２２ａと被検面２ａとの相対距離を変化させながら所定のフリンジスキャンステップ（例えばπ／２）毎に取り込んだ干渉縞画像データから被検面２ａの各点における干渉縞強度を測定し、その測定結果を用いて各点の位相計算等の干渉縞解析を行う手法である。
【００１６】
ところで、上記干渉縞測定の際に振動や空気の揺らぎが生じていたり、あるいはピエゾ素子２６にヒステリシスがあると、それが原因となってフリンジスキャンの際の位相変化量が必要とされる変化量と異なってしまい、干渉縞の解析結果に誤差が生じてしまう。
【００１７】
そこで、本実施形態に係る干渉計装置１０においては、干渉縞測定時に得られる干渉縞画像データを利用して所定の解析を行い、フリンジスキャンがどの程度正確に行われているかの指標となる量を得るとともに、その結果に応じて所定の対応措置を講じるように構成されている。
【００１８】
図２は、その具体例を示すフローチャートである。
まず、干渉縞測定を開始し（Ｓ１）、フリンジスキャンにより基準面２２ａが所定のステップ量移動する毎に干渉縞画像データを取り込み（Ｓ２）、被検面２ａの各点の干渉縞強度を測定する（Ｓ３）。そして、この測定結果を後述する解析手法を用いて解析して位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)を算出する（Ｓ４）。
【００１９】
次に、この算出された位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)が所定の閾値Ｓｏを超えたか否かの判定を行う（Ｓ５）。位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)が所定の閾値Ｓｏを超えていなければ、誤差なしあるいは微小誤差であるとしてモニタ１８に「ＯＫ」を表示し、干渉縞測定を終了する（Ｓ６）。
【００２０】
一方、位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)が所定の閾値Ｓｏを超えている場合には、その誤差の種類を判定する。すなわち、位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)が、干渉縞画像の全域にわたる均質的な誤差（単純傾斜誤差または単純等量誤差）であるか否かの判定を行う（Ｓ７）。
【００２１】
位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)が均質的な誤差である場合には、その誤差は干渉計１２のフリンジスキャン構造あるいはフリンジスキャンの仕方に発生原因があるものとしてモニタ１８に「スキャン誤差」の表示を行う（Ｓ８）。一方、これ以外の部分的な誤差である場合には、その誤差は振動や擾乱（空気の揺らぎ）等の外乱に発生原因があるものとしてモニタ１８に「外乱誤差」の表示を行う（Ｓ９）。これらいずれの場合においても、「スキャン誤差」あるいは「外乱誤差」の表示を行った後、再度自動的に干渉縞測定を繰り返す。そして、これにより誤差のない正確な干渉縞測定データが得られるようにする。
【００２２】
ただし、位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)が均質的な誤差でその発生原因がフリンジスキャン構造にある場合には、干渉縞測定を何回繰り返しても正確な干渉縞測定結果が得られないので、干渉縞測定を数回繰り返した後、干渉縞測定を自動的に停止させるようにしてもよい。このような場合には、干渉計１２のアライメント調整を行った後に再度干渉縞測定を行うようにすればよい。
【００２３】
次に、上記位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)を算出する解析手法について説明する。
【００２４】
フリンジスキャン法において、例えば４ステップ法を用いた場合、各フリンジスキャンステップにおける干渉縞強度Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3、Ｉ4は、以下のように表わされる。
Ｉ1(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ))         …（１）
Ｉ2(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ)＋π／２))…（２）
Ｉ3(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ)＋π))    …（３）
Ｉ4(ｘ,ｙ)＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ)＋３π／２))      …（４）
ここで、ｘ,ｙは座標、Φ(ｘ,ｙ)は位相、Ｉ0(ｘ,ｙ)は各点での平均光強度、γ(ｘ,ｙ)は干渉縞のモジュレーションを各々表わす。
【００２５】
以上の式より、位相Φ(ｘ,ｙ)を求めると、
【００２６】
【数１】
0004187124.tif 000002
【００２７】
と表わされる。
また、
【００２８】
【数２】
0004187124.tif 000003
【００２９】
となる。
【００３０】
ここで、フリンジスキャンをする間隔がπ／２からずれた場合を考える。すなわち、
Ｉ1´(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ))                   …（８）
Ｉ2´(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ)＋π／２＋δ２))    …（９）
Ｉ3´(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ)＋π＋δ３))        …（１０）
Ｉ4´(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0(ｘ,ｙ)(１＋γ(ｘ,ｙ)cos(Φ(ｘ,ｙ)＋３π／２＋δ４))  …（１１）
の場合を考える。ただし、δ２、δ３、δ４は、それぞれのずれ量である。
【００３１】
このとき、（５）、（６）、（７）式より、Φ´(ｘ,ｙ)、Ｉ0´(ｘ,ｙ)、γ´(ｘ,ｙ)がそれぞれ求まる。ただし、ずれ量のため、例えば、Φ(ｘ,ｙ)≠Φ´(ｘ,ｙ)である。
【００３２】
次に、これらより新たに以下のような光強度の分布を作ることができる。
Ｉ1″(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0´(ｘ,ｙ)(１＋γ´(ｘ,ｙ)cos(Φ´(ｘ,ｙ))             …（１２）
Ｉ2″(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0´(ｘ,ｙ)(１＋γ´(ｘ,ｙ)cos(Φ´(ｘ,ｙ)＋π／２))    …（１３）
Ｉ3″(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0´(ｘ,ｙ)(１＋γ´(ｘ,ｙ)cos(Φ´(ｘ,ｙ)＋π))        …（１４）
Ｉ4″(ｘ,ｙ)
＝Ｉ0´(ｘ,ｙ)(１＋γ´(ｘ,ｙ)cos(Φ´(ｘ,ｙ)＋３π／２))  …（１５）
【００３３】
これらは、ずれδ２、δ３、δ４が存在すると、Ｉ1´(ｘ,ｙ)≠Ｉ1″(ｘ,ｙ)、Ｉ2´(ｘ,ｙ)≠Ｉ2″(ｘ,ｙ)、Ｉ3´(ｘ,ｙ)≠Ｉ3″(ｘ,ｙ)、Ｉ4´(ｘ,ｙ)≠Ｉ4″(ｘ,ｙ)となる。したがって、例えば、｛Ｉ1´(ｘ,ｙ)−Ｉ1″(ｘ,ｙ)｝の値を調べることで、各ステップにおける位相変化誤差が分かる。すなわち、各ステップ毎にどの程度正確にフリンジスキャンが行われているのかが評価できる。
【００３４】
さらに、これらの自乗和
0004187124.tif 000004
を全体平均としての位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)として算出し、このＳ(ｘ,ｙ)の量を調べることで、全体としてどの程度正確にフリンジスキャンができているのかが評価できる。
【００３５】
以上詳述したように、本実施形態に係る干渉計装置１０は、フリンジスキャンにより基準面２２ａが所定のステップ量移動する毎に干渉縞画像データを取り込んで被検面２ａの各点の干渉縞強度Ｉi´(ｘ,ｙ)（ただし、ｉ：１〜４）を測定し、その測定結果を用いて被検面２ａの各点の位相Φ´(ｘ,ｙ)、平均光強度Ｉ0´(ｘ,ｙ)およびモジュレーション量γ´(ｘ,ｙ)を算出する一方、この算出結果からフリンジスキャンの各ステップにおける被検面２ａの各点の干渉縞強度Ｉi″(ｘ,ｙ)を逆算的に算出し、この干渉縞強度Ｉi″(ｘ,ｙ)と上記測定により得られた干渉縞強度Ｉi´(ｘ,ｙ)との差｛Ｉi´(ｘ,ｙ)−Ｉi″(ｘ,ｙ)｝を算出することにより各ステップにおける位相変化誤差を求め、さらに、その自乗和Ｓ(ｘ,ｙ)を算出することにより全体平均としての位相変化誤差を求めるように構成されているので、フリンジスキャンがどの程度正確に行われているかの指標となる量を得ることができる。そして、これにより位相変化誤差Ｓ(ｘ,ｙ)の内容に応じて再度の干渉縞測定あるいはアライメント調整等の適切な対応措置を採ることができる。
【００３６】
本実施形態においては、干渉計装置がフィゾー型の干渉計装置である場合について説明したが、マイケルソン型やマッハツェンダ型の干渉計装置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。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る干渉計装置は、物体光および参照光の光干渉により生じる干渉縞を干渉縞画像形成面に形成するとともにフリンジスキャンを行うことにより干渉縞の測定を行うように構成されているが、フリンジスキャンにより基準面が所定のステップ量移動する毎に干渉縞画像データを取り込んで被検面の各点の干渉縞強度を測定し、その測定結果を用いて被検面の各点の位相、平均光強度およびモジュレーション量を算出する一方、この算出結果からフリンジスキャンの各ステップにおける被検面の各点の干渉縞強度を逆算的に計算し、この干渉縞強度と上記測定により得られた干渉縞強度との差を算出することにより各ステップにおける位相変化誤差を求めるように構成されているので、フリンジスキャンがどの程度正確に行われているかの指標となる量を得ることができる。
【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全体構成図
【図２】図１の干渉計装置の作用を説明するためのフローチャート
【符号の説明】
２  被検体
２ａ  被検面
１０  干渉計装置
１２  干渉計
１４  被検体保持部材
１６  コンピュータ
１８  モニタ
２０  干渉計本体
２２  基準板
２２ａ  基準面
２４  ＰＺＴ駆動回路
２６  ピエゾ素子
２８  基準板支持部材
Ａｘ  光軸
【図１】
0004187124.tif 000005
【図２】
0004187124.tif 000006