(57)【要約】試験表面の形状及び色の質感の３Ｄ表現を生成するためのシステム及び方法が説明される。一態様において、表面トポグラフィ干渉計は、測定される対象物表面のトゥルーカラー画像を生成するために、多素子検出器及び照明システムを装備される。色情報は、トゥルーカラー二次元画像として提示されるか、又は対象物の形状及び色の質感の三次元表現を形成するために、トポグラフィ情報と組み合わされ、現物を見ているという印象を人間の観察者に効果的に生成することができる。
2016507752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計システムであって、
異なる複数のスペクトル光分布を生成するように構成された照明モジュールと、
多素子検出器と、
試験光を用いて試験対象物の表面の像を前記多素子検出器上に映すように、且つ前記試験光を基準光と前記多素子検出器上で組み合わせて干渉パターンを形成するように構成されたイメージング・モジュールであって、前記試験光及び基準光が、前記照明モジュールから供給される、前記イメージング・モジュールと、
少なくとも前記照明モジュール及び前記多素子検出器と通信可能に結合された電子制御モジュールであって、動作中に、
前記照明モジュールに、前記異なる複数のスペクトル光分布で前記試験対象物の表面を順次的に照明させながら、それに対応して、前記多素子検出器が、前記試験対象物の表面の干渉パターン及び像を記録し、
（ｉ）少なくとも部分的に、前記異なる複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数に記録された前記干渉パターンから前記試験対象物の表面の形状と、（ｉｉ）少なくとも部分的に、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上に記録された像から前記試験対象物の表面の色と、に関する情報を決定し、
決定された情報から前記試験対象物の表面の形状及び色の表現を生成する前記電子制御モジュールと、を備える干渉計システム。
【請求項２】
記録される干渉パターンを形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数が、第１のスペクトル光分布であり、
記録される像に用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上が、第１のスペクトル光分布及び第２のスペクトル光分布である、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項３】
記録される干渉パターンを形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数が、第１のスペクトル光分布であり、
記録される像に用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上が、第２のスペクトル光分布及び第３のスペクトル光分布である、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項４】
記録される干渉パターンを形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数が、広帯域光分布であり、
記録される像に用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上が、赤色、緑色又は青色光分布のうちの２つ以上である、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項５】
前記照明モジュールが、
前記広帯域光分布を放射する白色光源と、
赤色フィルタ、緑色フィルタ又は青色フィルタのうちの２つ以上と、を含み、
前記赤色フィルタ、緑色フィルタ、及び青色フィルタが、前記赤色、緑色及び青色光分布をそれぞれ取得するために、前記白色光源によって供給される前記広帯域光分布をフィルタリングするように構成される、請求項４に記載の干渉計システム。
【請求項６】
前記照明モジュールが、
前記広帯域光分布を放射する白色光源と、
前記赤色、緑色及び青色光分布をそれぞれ放射する赤色光源、緑色光源又は青色光源の２つ以上と、を含む、請求項４に記載の干渉計システム。
【請求項７】
前記電子制御モジュールが、
前記干渉パターンを形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数と、前記像を記録するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上との間で前記照明モジュールを、前記多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替える、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項８】
前記電子制御モジュールが、
前記干渉パターンが前記多素子検出器によって記録される場合に、前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数を維持し、
色情報に用いられる前記像が前記多素子検出器によって記録される場合に、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上を、前記多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替える、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項９】
前記試験光と前記基準光との間の光路長差を変更するように配置されたステージと、
前記電子制御モジュールと通信可能に結合され、前記試験光と基準光との間の複数の光路長差に対応する位置に前記ステージをシフトするように構成されたアクチュエータであって、前記複数の光路長差のそれぞれが、前記複数の干渉パターンから関連干渉パターンを形成するアクチュエータと、を更に備える、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項１０】
前記ステージが、前記イメージング・モジュールに対して前記試験対象物の表面を位置付けるように配置される、請求項９に記載の干渉計システム。
【請求項１１】
前記像が前記多素子検出器によって合焦して記録されるように、前記電子制御モジュールが、前記試験対象物の表面の形状に関する決定された情報に基づいて、前記イメージング・モジュールの焦点深度内に前記試験対象物の表面を配置する、請求項１０に記載の干渉計システム。
【請求項１２】
２つ以上の波長の試験光を放射するように構成された波長可変光源と、
前記試験光の２つ以上の波長と異なるスペクトル光分布を有する照明光を放射するように構成された第２の光源と、を備え、
記録される像に用いられる前記複数のスペクトル光分布の２つ以上が、前記波長可変光源によって放射される光の２つ以上の波長の１つと、前記第２の光源によって放射される前記照明光の前記スペクトル光分布とであり、
前記イメージング・モジュールが、前記試験光と前記基準光との間のゼロでない光路長差を定義し、
前記電子制御モジュールが、前記試験光と前記基準光との間で２つ以上の位相差を導入するために前記試験光の２つ以上の波長間でシフトし、前記２つ以上の位相差のそれぞれが、前記複数の干渉パターンから関連干渉パターンを形成する、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項１３】
トゥルーカラー画像の各画素が、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像の対応する画素の平均を含むように、前記試験対象物の表面の色に関する情報が、前記トゥルーカラー画像として前記電子制御モジュールによって決定される、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項１４】
前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像における干渉パターンの縞が、前記トゥルーカラー画像に関連する前記平均の生成に先立って、前記電子制御モジュールによって除去される、請求項１３に記載の干渉計システム。
【請求項１５】
前記像に干渉パターンがないように、前記イメージング・モジュールが、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像の取得中に迂回される干渉計モジュールを含む、請求項１３に記載の干渉計システム。
【請求項１６】
前記照明モジュール及び前記イメージング・モジュールの各々は、
非鏡面反射光だけが前記多素子検出器に達することができるように構成され配置された整合アパーチャを含むビームストップを含み、
前記電子制御モジュールは、
前記多素子検出器が前記干渉パターンを記録する場合に前記ビームストップを作用させず、
前記多素子検出器が、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像を取得する場合に、前記ビームストップを作用させる、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項１７】
非鏡面反射光だけが前記イメージング・モジュールに入るように、前記照明モジュールが、前記試験対象物の表面に対して特定の入射角で、記録される像に用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上をそれぞれ供給するように構成され配置される、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項１８】
ディスプレイ装置を更に備え、
前記電子制御モジュールが、前記試験対象物の表面の干渉パターンを記録する前に、
前記照明モジュールに、前記２つ以上のスペクトル光分布で前記試験対象物の表面を順次的に照明させながら、それに対応して、前記多素子検出器が、前記試験対象物の表面の像を記録し、
少なくとも部分的に、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上のために記録された前記像から前記試験対象物の表面の色に関する情報を決定し、
前記試験対象物の表面の色に関する決定された情報に基づいて、前記試験対象物の表面のトゥルーカラー画像のシーケンスを前記ディスプレイ装置上に実時間で表示し、
前記トゥルーカラー画像のシーケンスの表示に応答して、前記試験対象物の表面の形状及び色の表示が生成される、前記トゥルーカラー画像のシーケンス内に位置する測定箇所の細目を受信する、請求項１に記載の干渉計システム。
【請求項１９】
干渉測定法であって、
多素子検出器上の撮像光学系により、試験光を用いて試験対象物の表面の像を映すことと、
前記多素子検出器上の前記撮像光学系によって、前記試験光を基準光と組み合わせて干渉パターンを形成することであって、前記試験光及び基準光が、異なる複数のスペクトル光分布を放射する光源から供給される、前記干渉パターンを形成すること、
前記異なる複数のスペクトル光分布で前記試験対象物の前記表面を順次的に照明しながら、それに対応して、前記多素子検出器によって、前記試験対象物の表面の干渉パターン及び像を記録すること、
（ｉ）少なくとも部分的に、前記異なる複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数のために記録された前記干渉パターンから、前記試験対象物の表面の形状と、（ｉｉ）少なくとも部分的に、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上のために記録された像から、前記試験対象物の表面の色と、に関する情報を、コントローラモジュールによって決定すること、
決定された情報から、前記試験対象物の表面の形状及び色の表現を前記コントローラモジュールによって生成すること、を備える干渉測定法。
【請求項２０】
記録される干渉パターンを形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数が、第１のスペクトル光分布であり、
記録される像に用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上が、第１のスペクトル光分布及び第２のスペクトル光分布である、請求項１９に記載の干渉測定法。
【請求項２１】
記録される干渉パターンを形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数が、第１のスペクトル光分布であり、
記録される像に用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ以上が、第２のスペクトル光分布及び第３のスペクトル光分布である、請求項１９に記載の干渉測定法。
【請求項２２】
前記干渉パターンを形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数と、前記像を記録するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上との間で前記光源を、前記多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替えることを更に備える、請求項２１に記載の干渉測定法。
【請求項２３】
前記干渉パターンが前記多素子検出器によって記録される場合に、前記複数のスペクトル光分布のうちの１つ又は複数を維持すること、
色情報に用いられる前記像が前記多素子検出器によって記録される場合に、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上を、前記多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替えること、を更に備える、請求項２１に記載の干渉測定法。
【請求項２４】
ステージを配置することによって、前記試験光と前記基準光との間の光路長差を変更すること、
試験像と基準像との間の複数の光路長差に対応する位置へ前記ステージをアクチュエータによってシフトすることをさらに備え、
前記複数の光路長差のそれぞれが、関連干渉パターンを形成する、請求項２１に記載の干渉測定法。
【請求項２５】
前記ステージを配置することによって、前記撮像光学系に対して前記試験対象物の表面を位置付けることを更に備える、請求項２４に記載の干渉測定法。
【請求項２６】
前記像が前記多素子検出器によって合焦して記録されるように、前記試験対象物の表面の形状に関する決定された情報に基づき、コントローラモジュールによって、前記撮像光学系の焦点深度内に前記試験対象物の表面を配置することを更に備える、請求項２５に記載の干渉測定法。
【請求項２７】
トゥルーカラー画像の各画素が、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像の対応する画素の平均を含むように、前記試験対象物の表面の色に関する情報を決定することは、トゥルーカラー画像を生成することを含む、請求項１９に記載の干渉測定法。
【請求項２８】
トゥルーカラー画像に関連する平均の生成に先立って、前記複数のスペクトル光分布の２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像における干渉パターンの縞を除去することを更に備える、請求項２５に記載の干渉測定法。
【請求項２９】
前記像に干渉パターンがないように、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像の取得中に、前記撮像光学系の基準レグを迂回することを更に備える、請求項２５に記載の干渉測定法。
【請求項３０】
前記多素子検出器が、前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上でそれぞれ照明された前記試験対象物の表面の像を取得する場合に、非鏡面反射光だけが前記多素子検出器に達することができるように、前記光源及び前記撮像光学系にそれぞれ配置された整合ビームストップを前記コントローラモジュールによって作用すること、
前記多素子検出器が前記干渉パターンを記録する場合に前記整合ビームストップを前記コントローラモジュールによって作用させないこと、を更に備える、請求項１９に記載の干渉測定法。
【請求項３１】
非鏡面反射光だけが前記撮像光学系に入るように、前記試験対象物の表面に対して特定の入射角で、前記像をそれぞれ形成するために用いられる前記複数のスペクトル光分布のうちの２つ以上を前記光源によって供給することを更に備える、請求項１９に記載の干渉測定法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、重畳された色の質感情報を備えた、測定表面の３Ｄトポグラフィマップを生成するために用いられる干渉計表面プロファイラを説明する。
【背景技術】
【０００２】
干渉光学技術は、リソグラフィフォトマスクにおいて用いられるガラス基板、光学レンズ、磁気ヘッドスライダの空気ベアリングなどの精密光学コンポーネントの光学的な厚さ、表面形状（又はトポグラフィ）、並びに他の幾何学的特性及び屈折率特性を測定するために広く用いられる。
【０００３】
例えば、光学干渉パターン（縞パターンとも呼ばれる）を形成するために、試験面から反射された試験ビームを基準面から反射された基準ビームと組み合わせるために干渉計を用いることができる。光学干渉パターンの強度プロファイルにおける空間的変動（例えば、暗縞及び明縞）は、例えば基準面に対する試験面のプロファイルにおける変動によって生じた、試験ビーム及び基準ビームの組み合わされた波面間の位相差に対応する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書は、測定された対象物表面のトゥルーカラー画像を生成するために、多素子検出器（例えば、単色ＣＭＯＳ又はＣＣＤカメラ）及び照明系を装備した表面トポグラフィ干渉計の実施形態を説明する。本明細書において、用語「トゥルーカラー」は、画像を通した対象物の自然な色の表現に用いられる。色情報は、トゥルーカラー二次元画像として提示されても良く、又は現物を見ているという印象を人間の観察者に対して効果的に生成する、対象物の形状及び色の質感の三次元（３Ｄ）表現を形成するために、トポグラフィ情報と組み合わされても良い。
【０００５】
一般に、本明細書で説明される主題の１つの革新的な態様は、複数の異なるスペクトル光分布を生成するように構成された照明モジュールと、多素子検出器と、試験光を用いて試験対象物の表面の像を多素子検出器上に映すように、且つ干渉パターンを形成するために、試験光を基準光と多素子検出器上で組み合わせるように構成されたイメージング・モジュールであって、試験光及び基準光が照明モジュールから供給される、イメージング・モジュールと、少なくとも照明モジュール及び多素子検出器と通信可能に結合された電子制御モジュールと、を含む干渉計システムにおいて具体化することができる。動作中に、電子制御モジュールは、照明モジュールに、複数の異なるスペクトル光分布で試験対象物の表面を順次的に照明させ、一方で多素子検出器は、それに対応して、試験対象物の表面の干渉パターン及び像を記録する。更に動作中に、電子制御モジュールは、（ｉ）少なくとも部分的に、複数の異なるスペクトル光分布の１つ又は複数用に記録された干渉パターンから試験対象物の表面の形状と、（ｉｉ）少なくとも部分的に、複数のスペクトル分布の２つ以上用に記録された像から試験対象物の表面の色と、に関する情報を決定する。更に、動作中に、電子制御モジュールは、決定された情報から試験対象物の表面の形状及び色の表現を生成する。
【０００６】
これら及び他の実施形態は、それぞれ、任意選択的に、次の特徴を含まなくても良く、１つ又は複数を含んでも良い。幾つかの実装形態において、記録される干渉パターンを形成するために用いられる複数のスペクトル光分布の１つ又は複数は、第１のスペクトル光分布であり、記録される像に用いられる複数のスペクトル光分布の２つ以上は、第１のスペクトル光分布及び第２のスペクトル光分布である。幾つかの実装形態において、記録される干渉パターンを形成するために用いられる複数のスペクトル光分布の１つ又は複数は、第１のスペクトル光分布であり、記録される像に用いられる複数のスペクトル光分布の２つ以上は、第２のスペクトル光分布及び第３のスペクトル光分布である。
【０００７】
幾つかの実装形態において、記録される干渉パターンを形成するために用いられる複数のスペクトル光分布の１つ又は複数は、広帯域光分布であり、記録される像に用いられる複数のスペクトル光分布の２つ以上は、赤色、緑色又は青色光分布から２つ以上である。例えば、照明モジュールは、広帯域光分布を放射する白色光源、及び赤色フィルタ、緑色フィルタ又は青色フィルタの２つ以上を含んでも良い。この場合に、赤色、緑色、及び青色フィルタは、赤色、緑色及び青色光分布をそれぞれ取得するために、白色光源によって供給される広帯域光分布をフィルタリングするように構成される。別の例として、照明モジュールは、広帯域光分布を放射する白色光源と、赤色、緑色及び青色光分布をそれぞれ放射する赤色光源、緑色光源又は青色光源の２つ以上と、を含んでも良い。
【０００８】
幾つかの実装形態において、電子制御モジュールは、干渉パターンを形成するために用いられる複数のスペクトル光分布の１つ又は複数と、像を記録するために用いられる複数のスペクトル光分布の２つ以上との間で照明モジュールを、多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替える。幾つかの実装形態において、電子制御モジュールは、干渉パターンが多素子検出器によって記録される場合に、複数のスペクトル光分布の１つ又は複数を維持し、且つ色情報に用いられる像が多素子検出器によって記録される場合に、複数のスペクトル光分布の２つ以上を、多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替える。
【０００９】
幾つかの実装形態において、干渉計システムは、試験光と基準光との間の光路長差を変更するように配置されたステージと、電子制御モジュールに通信可能に結合され、且つ試験光と基準光との間の複数の光路長差に対応する位置にステージをシフトするように構成されたアクチュエータと、を含むことができる。光路長差のそれぞれは、干渉パターンの間から関連干渉パターンを形成する。この場合に、ステージは、イメージング・モジュールに対して試験対象物表面を位置付けるように配置される。更に、電子制御モジュールは、像が多素子検出器によって合焦して記録されるように、試験対象物の表面の形状に関する決定された情報に基づいて、イメージング・モジュールの焦点深度内に試験対象物表面を配置する。
【００１０】
幾つかの実装形態において、干渉計システムは、２つ以上の波長の試験光を放射するように構成された波長可変光源（例えば、レーザダイオード）と、試験光の２つ以上の波長と異なるスペクトル光分布を有する照明光を放射するように構成された第２の光源（例えば、カラーＬＥＤ）と、を含むことができる。この場合に、記録される像に用いられる複数のスペクトル光分布の２つ以上は、波長可変光源によって放射された光の２つ以上の波長の１つと、第２の光源によって放射された照明光のスペクトル光分布と、である。更に、この場合に、イメージング・モジュールは、試験光と基準光との間のゼロでない光路長差を定義する。更に、電子制御モジュールは、試験光と基準光との間の２つ以上の位相差に対応する試験光の２つ以上の波長間でシフトする。複数の位相差のそれぞれは、複数の干渉パターンから関連干渉パターンを形成する。
【００１１】
幾つかの実装形態において、試験対象物の表面の色に関する情報は、トゥルーカラー画像の各画素が、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像の対応する画素の平均を含むように、トゥルーカラー画像として電子制御モジュールによって決定される。例えば、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像における干渉パターンの縞は、トゥルーカラー画像に関連する平均の生成に先立って、電子制御モジュールによって除去される。別の例として、イメージング・モジュールは、画像に干渉パターンがないように、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像の取得中に迂回される干渉計モジュールを含む。
【００１２】
幾つかの実装形態において、照明モジュール及びイメージング・モジュールは、それぞれ、非鏡面反射光だけが多素子検出器に達することができるように構成され配置された整合アパーチャを備えたビームストップを含む。更に、電子制御モジュールは、多素子検出器が干渉パターンを記録する場合にビームストップを作用させず、多素子検出器が、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像を取得する場合に、ビームストップを作用させる。幾つかの実装形態において、照明モジュールは、非鏡面反射光だけがイメージング・モジュールに入るように、試験対象物の表面に対して特定の入射角で、記録される像に用いられる複数のスペクトル分布のそれぞれの２つ以上を供給するように構成され配置される。
【００１３】
幾つかの実装形態において、干渉計システムは、ディスプレイ装置を更に含む。この場合に、電子制御モジュールは、試験対象物の表面の干渉パターンを記録する前に、照明モジュールに、２つ以上のスペクトル光分布で試験対象物の表面を順次的に照明させ、一方でそれに対応して、多素子検出器は、試験対象物の表面の像を記録する。更に、この場合に、電子制御モジュールは、少なくとも部分的に、複数のスペクトル分布の２つ以上に対して記録された像から試験対象物の表面の色に関する情報を決定し、且つ試験対象物の表面の色に関する決定された情報に基づいて、試験対象物の表面のトゥルーカラー画像のシーケンスをディスプレイ装置上に実時間で表現する。トゥルーカラー画像のシーケンスを表現することに応じて、電子制御モジュールは、試験対象物の表面の形状及び色の表現が生成される、トゥルーカラー画像のシーケンス内に位置する測定箇所の細目を受信する。
【００１４】
本明細書で説明される主題の別の革新的な態様は、多素子検出器上の撮像光学系により、試験光を用いて試験対象物の表面の像を映すこと、多素子検出器上の撮像光学系により、試験光を基準光と組み合わせて干渉パターンを形成すること、を含む干渉測定法において具体化することができる。試験及び基準光は、複数の異なるスペクトル光分布を放射する光源から供給される。方法は、複数の異なるスペクトル光分布で試験対象物の表面を順次的に照明し、一方でそれに対応して、多素子検出器によって試験対象物の表面の干渉パターン及び像を記録することを更に含む。更に、方法は、（ｉ）少なくとも部分的に、複数の異なるスペクトル光分布の１つ又は複数用に記録された干渉パターンから試験対象物の表面の形状と、（ｉｉ）少なくとも部分的に、複数のスペクトル分布の２つ以上用に記録される像から、試験対象物の表面の色とに関する情報を、コントローラモジュールによって決定することを含む。更に、方法は、決定された情報から、試験対象物の表面の形状及び色の表現をコントローラモジュールによって生成することを含む。
【００１５】
これら及び他の実施形態は、それぞれ任意選択的に、次の特徴を含まなくても良く、１つ又は複数を含んでも良い。幾つかの実装形態において、記録される干渉パターンを形成するために用いられる複数のスペクトル光分布の１つ又は複数は、第１のスペクトル光分布であり、記録される像に用いられる複数のスペクトル光分布のそれぞれの２つ以上は、第１のスペクトル光分布及び第２のスペクトル光分布である。
【００１６】
幾つかの実装形態において、記録される干渉パターンを形成するために用いられる複数のスペクトル光分布の１つ又は複数は、第１のスペクトル光分布とすることができ、記録される像に用いられる複数のスペクトル光分布の２つ以上は、第２のスペクトル光分布及び第３のスペクトル光分布とすることができる。例えば、方法は、干渉パターンを形成するために用いられる複数のスペクトル光分布の１つ又は複数と、像を記録するために用いられる複数のスペクトル光分布の２つ以上との間で光源を、多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替えることができる。別の例として、方法は、干渉パターンが多素子検出器によって記録される場合に、複数のスペクトル光分布の１つ又は複数を維持すること、色情報に用いられる像が多素子検出器によって記録される場合に、複数のスペクトル光分布の２つ以上を、多素子検出器のフレームレート又はフレームレートの整数分の１で切り替えること、を含むことができる。更に、方法は、ステージを配置することによって、試験光と基準光との間の光路長差を変更すること、複数の光路長差のそれぞれが関連干渉パターンを形成するように、試験像と基準像との間の複数の光路長差に対応する位置へと、アクチュエータによってステージをシフトすること、を含むことができる。更に、方法は、ステージを配置することによって、撮像光学系に対して試験対象物の表面を配置することを含むことができる。更に、方法は、多素子検出器によって像が合焦して記録されるように、試験対象物の表面の形状に関する決定された情報に基づき、制御モジュールによって撮像光学系の焦点深度内に試験対象物表面を配置することができる。
【００１７】
幾つかの実装形態において、試験対象物の表面の色に関する情報を決定する動作は、トゥルーカラー画像の各画素が、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像の対応する画素の平均を含むように、トゥルーカラー画像を生成することを含むことができる。例えば、方法は、トゥルーカラー画像に関連する平均の生成に先立って、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像における干渉パターンの縞を除去することを含むことができる。別の例として、方法は、画像に干渉パターンがないように、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像の取得中に、撮像光学系の基準レグを迂回することを含むことができる。
【００１８】
幾つかの実装形態において、方法は、多素子検出器が、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された試験対象物の表面の像を取得する場合に、非鏡面反射光だけが多素子検出器に達することができるように、光源及び撮像光学系にそれぞれ配置された整合ビームストップをコントローラモジュールによって作用させること、多素子検出器が干渉パターンを記録する場合に、整合ビームストップをコントローラモジュールによって作用させないこと、を含むことができる。
【００１９】
幾つかの実装形態において、方法は、非鏡面反射光だけが撮像光学系に入るように、像をそれぞれ形成するために用いられる複数のスペクトル分布の２つ以上を、試験対象物の表面に対して特定の入射角で光源によって供給することを含むことができる。
【００２０】
実施形態は、次の利点の１つ又は複数を実現するように実行することができる。干渉計システムは、形状、粗度、質感、材料特性等を含む対象物に関する計測又は量的情報を提供するために用いることができる。更に、開示される技術は、サンプル表面に関する色情報を提供する。色情報は、例えば、別個の材料、膜構造（例えば、半導体装置及び／又はＬＣＤディスプレイ内の膜構造）、機械処理された金属部品上で腐食したか、汚れたか、陽極処理されたか、若しくはアニールされたエリア、インク、並びに／又はマーキングのサンプル表面上の位置の識別など、複数の用途に有用である。位置情報は、二次元計測（例えば、位置合わせ、限界寸法）、プロファイラに対する部品整列、並びに／又は欠陥検出及び特徴付けに用いることができる。色情報は、定性目視試験、手選別又は分類に、サンプル表面の実物状又はトゥルーカラーコンピュータ表現を生成するために用いられても良い。
【００２１】
更に、開示される技術は、プロファイラの計測能力を決して制限せずに、サンプル表面に関するトゥルーカラー情報を補足するために用いることができる。例えば、本明細書で説明される干渉計システムの横方向及び垂直分解能は、表面の計測を実行する場合に、同じ干渉計構成（倍率、開口数、及び空間サンプリング）を用いる従来のプロファイラの分解能と同様である。更に、実施形態において、計測データの取得は、色データ取得の要件を課せられない。例えば、干渉計システムは、３Ｄトポグラフィを収集するには最適な様々なアパーチャ又は視野絞り、スペクトルフィルタなどを用いても良い。
【００２２】
干渉計システムは、一般に、従来の多素子検出器の変更を必要とせずに、色情報を収集するための１つ又は複数のスペクトルと同様に、計測用にスペクトルを供給する多機能光源を用いる。これは、開示される技術の主要な利益である。何故なら、多素子検出器の性能（例えば、線形性、十分な深さ、素子寸法の検出、量子効率、読み出しノイズ等）が、計測チェーンにおける重要な要素であるからである。追加的なカラー撮像に対応するために検出器性能を損なわなければならないことは、一般に、機器の性能を低下させる可能性がある。例えば、白黒カメラの代わりにカラー感光カメラを用いることは、横方向分解能の損失（例えば、カラーフィルタマトリックスを備えた単一の検出器）又はシステムコストの急増（例えば、多重ＣＣＤ撮像素子におけるような複数の検出器）と、市販装置の減少とに帰着する可能性がある。
【００２３】
１つ又は複数の実施形態の詳細が、添付の図面及び以下の説明で示される。主題の他の特徴、態様及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。
特許又は出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。カラー図面を備えた本特許又は特許出願公開のコピーは、要求に応じ及び必要な料金の支払いに基づいて、米国特許商標庁によって提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】試験対象物の表面トポグラフィ及び色の質感を決定するために用いられる干渉計システムの例の概略図である。
【図２】図１の干渉計システムによって用いられる光源の例の概略図である。
【図３】試験表面用のプロファイル及び色情報を取得するために用いられるプロセスの一例であり、カラーで提示される。
【図４】図３のプロセスによって用いられる計測データ及び色データを取得する技術の態様を示し、カラーで提示される。
【図５】図３のプロセスによって用いられる計測データ及び色データを取得する別の技術の態様を示し、カラーで提示される。
【図６Ａ】図３のプロセスのステージ中に、色データが受けた変換の例を示し、カラーで提示される。
【図６Ｂ】図３のプロセスのステージ中に、色データが受けた変換の例を示し、カラーで提示される。
【図７】対象物の表面からの光反射の様々なタイプの図を示す。
【図８】異なるカラー顔料を含む対象物の表面からの光反射の図を示し、カラーで提示される。
【図９】鏡面反射光及び拡散反射光をそれぞれ用いて記録された２つの画像を示し、カラーで提示される。
【図１０】拡散反射光から試験表面用の色情報を取得するために用いられる、図１の干渉計システムのコンポーネントを示し、カラーで提示される。
【図１１】拡散反射光から試験表面用の色情報を取得するために用いられる、図１の干渉計システムの他のコンポーネントを示し、カラーで提示される。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
様々な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示す。
図１は、試験対象物１０５の表面の形状及び色の質感の３Ｄ表現１９５を生成するために用いられる干渉計システム１００の例の概略図である。幾つかの実装形態において、干渉計システム１００は、低コヒーレンス干渉表面プロファイラ（low-coherence interference surface profiler）である。干渉計システム１００は、照明モジュール１１０、イメージング・モジュール（imaging module）１３０、画像取得モジュール（image acquisition module）１５０、及び電子制御モジュール１６０を含む。試験対象物１０５は、取り付け台に置かれる。
【００２６】
照明モジュール１１０は、光源モジュール１２０を含み、且つ試験対象物１０５の表面を照明するように構成される。光源モジュール１２０は、全体的な測定の過程で、１つを超える光のスペクトル分布を生成する。幾つかの実装形態において、光源モジュール１２０は、表面トポグラフィデータを取得するための照明光１２４を供給するように配置され構成された第１の光源サブモジュール１２２と、表面色データを取得のための照明光１２８を供給するように配置され構成された第２の光源サブモジュール１２６と、を含む。この場合に、照明光１２８は、図１１に関連して以下で詳細に説明されるように、複数の異なるスペクトル光分布間で変調することができる。他の実装形態において、光源モジュール１２０は、表面トポグラフィデータ及び表面色データを取得するための照明光１２４を供給するように配置され構成された単一の光源サブモジュール１２２を含む。この場合に、照明光１２４は、図２及び１０に関連して以下で詳細に説明されるように、複数の異なるスペクトル光分布を含むことができる。両方の実装形態において、光源モジュール１２０によって生成される複数のスペクトル光分布は、図４及び５に関連して以下で説明されるような様々なシーケンスに基づいて変調される。
【００２７】
光１２４は、照明モジュール１１０の専用照明光学系を通って試験対象物１０５の表面に送出することができる。照明光学系は、調整可能なアパーチャ、例えばアパーチャ１２５、１２７と、視野絞り１１５と、干渉対物レンズ１４０と、を含む。干渉対物レンズ１４０は、光１２４を試験光１２４’及び基準光１２４’’に分割するように構成される。試験光１２４’は、試験対象物表面によって反射又は散乱され、次にイメージング・モジュール１３０によって集められる。基準光１２４’’は、試験対象物１０５から離れるように方向転換され、干渉対物レンズ１４０の基準面から反射され、その後、イメージング・モジュール１３０によって集められる。干渉対物レンズ１４０は、試験光１２４’を基準光１２４’’と組み合わせ、次に、イメージング・モジュール１３０の中継光学装置１４５が、試験対象物表面の最終の像を画像取得モジュール１５０の多素子２Ｄ検出器１５５上に形成する。
【００２８】
このように、イメージング・モジュール１３０は、試験光１２４’及び基準光１２４’’が、多素子検出器（multi-element detector）１５５において干渉し、且つ測定中に実行されたデータ収集プロセスの少なくとも或る部分に対して、試験対象物表面に関連する干渉パターンを形成するように構成される。この場合に、試験光及び基準光１２４’、１２４’’の両方とも、複数の異なるスペクトル光分布の１つから取得される。一般に、干渉計プロファイリングは、計測情報（例えば、トポグラフィ又は表面形状情報）を抽出するために、かかる干渉現象の存在に依存する。干渉パターンの形状、コントラスト及び範囲が、干渉計システム１００における光源モジュール１２２のスペクトル分布に大いに依存するので、光源モジュール１２２は、垂直及び横方向分解能、測定スループットなどの最良の妥協点を提供するように最適化された光源を含む。かかる最適化は、従来の表面プロファイラがまた、試験対象物表面に関する色情報を収集する仕事を課された場合には、最適ではなくなるであろうスペクトル分布に帰着することが多い。かかるものとして、イメージング・モジュール１３０は、上記の干渉パターンに加えて、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された対象物の表面の像（image of the surface）を多素子検出器１５５に形成するように構成される。これらの像は、試験対象物表面に関連する色データを表す。このように、トポグラフィ情報は、表面高さ計測に最適な光源スペクトル及び信号サンプリング構成で取得され、一方で色情報は、演色に最適な光源スペクトルで取得される。
【００２９】
電子制御モジュール１６０は、照明モジュール１１０、イメージング・モジュール１３０、及び画像取得モジュール１５０と通信可能に結合される。電子制御モジュール１６０は、ハードウェア、ファームウェア若しくはソフトウェア、又はそれらの組み合わせで実現することができる。このように、電子制御モジュール１６０は、光源モジュール１２０に、複数の異なるスペクトル光分布で試験対象物１０５の表面を順次的に照明させるように構成され、一方でそれに対応して多素子検出器１５５は、干渉パターン及び色情報を記録する。当該技術分野において周知のように、試験対象物表面がスペクトル分布の１つによって照明される場合に、干渉パターンを記録するための様々な技術が使用可能である。
【００３０】
図１に示されている例において、電子制御モジュール１６０は、干渉パターンプロセッサ１７０及び色データプロセッサ１８０を含む。他の実装形態において、干渉パターンプロセッサ１７０及び色データプロセッサ１８０の機能は、単一の結合されたプロセッサによって実行することができる。干渉パターンプロセッサ１７０は、複数の異なるスペクトル光分散の１つを用いて記録された干渉パターンから、少なくとも部分的に、試験対象物の表面の形状１７５に関する情報を決定するように構成される。色データプロセッサ１８０は、複数のスペクトル分布の２つ以上でそれぞれ照明された対象物の表面の記録された像から、少なくとも部分的に、対象物の表面の色の質感１８５を決定するように構成される。試験面に対して取得された色データから、試験対象物表面１０５の色の質感１８５を生成するために色データプロセッサ１８０を用いる態様は、図６Ａ〜６Ｂに関連して以下で説明される。電子制御モジュール１６０は、試験対象物１０５の表面に関連する表面トポグラフィ１７５及び表面の色の質感１８５を、試験対象物１０５の表面の形状及び色の質感の３Ｄ表現１９５に組み合わせるように構成されたコンバイナ１９０を更に含む。表面形状データ及び表面色データに基づいて、試験対象物１０５の表面における形状及び色の質感の３Ｄ表現１９５を生成するプロセスは、図３に関連して以下で説明される。
【００３１】
表面の計測を実行するように構成された従来の干渉計システムに関し、試験対象物表面によって反射又は後方散乱された広帯域光のスペクトル分布を解析すること、及びフーリエ変換分光法の原理を用いてスペクトル分布の視覚的な色外観を取得することが、場合によっては可能である。しかしながら、かかるアプローチは、イメージング・モジュールの低開口数に対し最も適している。実際に、中間又は高開口数の光学系に関し、測定されたスペクトル成分は、試験ボリュームにおける光ビームの光波長及びまた伝搬方向の両方に対する干渉信号周波数の依存であるため、色ずれして見える可能性がある。このように、従来の干渉計システムで測定された滑らかな球面は、球面頂点までの距離の関数として、測定されたスペクトル分布を見ると、ますます赤みがかって見えることになろう。開示される技術に従って動作される色データプロセッサ１８０は、かかる制限をこうむることなく、且つイメージング・モジュール１３０の開口数にかかわらず試験対象物表面１０５の正確な色情報を伝えることができる。何故なら、照明のスペクトル内容が、多素子検出器１５５の各フレームに対して周知であるからである。
【００３２】
幾つかの実装形態において、干渉計システム１００は、第１のデータ収集シーケンスを用いて、インターリーブされるか又は順次的な色データ取得が続くトポグラフィ情報を取得する。
【００３３】
例えば、照明システムが、一組のスペクトル帯域、例えば（約４８０ｎｍより短い波長を備える）青色帯域、（５３０ｎｍ近くの波長を備える）緑色帯域、（約６００ｎｍより長い波長を備える）赤色帯域を通して切り替わる間に、色情報は、試験対象物の表面像を順次的に記録することによって取得される。より正確な演色（more accurate color）は、３つを超えるスペクトル帯域を用いて可能であるが、最低２つの帯域が、開示される技術に従って用いられる。干渉計システム１００が、例えば広帯域白色光スペクトル並びにより狭い緑色及び赤色スペクトルで色データを収集するサブトラクティブアプローチ（subtractive approach）もまた可能である。例えば、トポグラフィ及び色情報は、検出器フレームレート又はフレームレートの整数分の１における異なるスペクトル帯域間で、光源モジュール１２０のスイッチングを介して同時に取得される。この場合に、完全なデータ取得は、連続的な照明パターンのシーケンスを記録することであり、そのシーケンスでは、１つのパターン内で、第１のカメラフレームが、トポグラフィデータを収集するためのスペクトル帯域で記録され、赤色光で照明された単一のフレームが続き、緑色で照明されたフレームが続き、青色光がそれぞれ続く。このシーケンスは、干渉計システム１００が、例えば、試験対象物１０５の測定ボリュームの走査を実行することによって、全ての形状及び色データを収集する間に反復される。表面形状データ及び表面色データを取得するこの技術のより多くの詳細が、図４に関連して以下で説明される。
【００３４】
別の例として、干渉計システム１００は、測定ボリュームを走査することによって、表面トポグラフィ情報を収集する。例えば、試験対象物表面１０５は、イメージング・モジュールに対してステージ上に配置することができる。干渉計システムのアクチュエータ（図示せず）は、試験像及び基準像（test and reference images）間の複数の光路長差に対応する位置へとステージをシフトするように構成され、複数の光路長差のそれぞれは、複数の干渉パターンの間から、関連する干渉パターンを形成する。干渉パターンはまた、最適な走査範囲１７７を決定するために、干渉パターンプロセッサ１７０によって用いることができる。最適な走査範囲１７７は、対象物表面のポイントがイメージング・モジュール１３０の焦点深度内にある場合に色情報が収集されるように、干渉計システム１００が、測定ボリューム内で色情報を収集すべき、イメージング・モジュール１３０の光学軸に沿った距離である。これは、焦点深度が、対象物高さの全範囲より小さい場合にさえ、全ての対象物位置において、焦点が合っているカラー画像（color image）を提供する。表面形状データ及び表面色データを取得するこの技術のより多くの詳細が、図５に関連して以下で説明される。この場合に、任意選択的に、開示される技術は、最適焦点位置の色変動を補正することができる。
【００３５】
加えて、干渉計システム１００は、まるで非干渉光学機器が、色データを収集するために用いられたかのように、多素子検出器１５５によって記録された最終カラー画像における、照明モジュール１１０及びイメージング・モジュール１３０によって生成された色干渉パターンのコントラストを実質的に低減するように更に構成される。色干渉パターンのコントラストを低減するこの技術のより多くの詳細が、図６に関連して以下で説明される。
【００３６】
更に、干渉計システム１００は、色情報を収集する場合に、非鏡面反射された光（例えば、拡散散乱光）だけが多素子検出器１５５に達するように、構成することができる。図１０に関連して以下で説明される幾つかの実装形態において、内部アパーチャは、（図１０に関連して以下でより詳細に説明される）色データの取得中に、照明モジュール１１０（例えばアパーチャ１２５）及びイメージング・モジュール１３０（例えば、イメージング・モジュール１３０に配置される、１２５を補足する別のアパーチャであり、図１には示されていない）において切り替えることができる。図１１に関連して以下で説明される他の実装形態において、光源モジュール１２０の第２の光源サブモジュール１２６は、拡散散乱光１２４’だけが、イメージング・モジュール１３０によって捕捉されるように、色データの取得中に、照明光１２８を試験対象物表面１０５に供給するように構成される。
【００３７】
光源モジュール１２０の様々な実装形態が、次に説明される。一般に、干渉計システム１００の光源モジュール１２０に含まれる複数の光源は、計測用の第１のスペクトルを有する照明光（又は単一の光）を供給し、同様に１つ又は複数の追加の光源が、色情報を収集するためのスペクトルを供給する。
【００３８】
図２は、図１に関連して上記で説明された干渉計システム１００と共に使用できる光源モジュール２２２の例の概略図である。光源モジュール２２２は、関心のあるスペクトル分布を順次的に生成することができる。ビーム分割素子２３０−ｉ（ここで、ｉ＝１、２、．．．）、高速スイッチング光弁２１４−ｊ、スペクトルフィルタ２１２−ｊ、並びに切り替え可能及び／又は切り替え不可能な光源２１０−ｊ（ここで、ｊ＝１、２、．．．）が、計測データ収集及び色データ収集用に２つ以上の光源スペクトル分布の順次的生成を可能にするように共に用いられる。光源モジュール２２２のｊチャネル（又はｊレグ）の様々な変調シーケンスが、図４及び５に関連して以下で説明される。
【００３９】
ビーム分割素子２３０−ｉは、例えば、ダイクロイックフィルタ（dichroic filter）、薄膜ベースのビームスプリッタ（偏光若しくは非偏光）、又は回折格子とすることができる。高速スイッチング光弁（fast-switching light valve）２１４−ｊは、例えば、絞り及び機械的シャッタ、空間光変調器（マイクロミラー、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ）、又は音響光学若しくは電気光学変調器とすることができる。スペクトルフィルタ２１２−ｊは、例えば、薄膜干渉フィルタ又は吸収フィルタとすることができる。幾つかの実装形態において、光源２１０−ｊは、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの高速スイッチング光源、レーザダイオード、ファイバレーザ、又は熱ランプである。幾つかの実装形態において、光源２１０−ｊは、アークランプ、放電ランプ、蛍光ランプ、ガスレーザ、スーパーコンティニュームレーザ（supercontinuum laser）、プラズマ放射（plasma emitter）、又は黒体放射（black body emitter）である。
【００４０】
図２に示されている光源モジュール２２２の例において、４つの異なる光源素子２１０−ｊ（ここで、ｊ＝１〜４）の出力が、ビーム分割キューブ２３０−ｉ（ここで、ｉ＝１〜３）によって組み合わされる。光源モジュール２２２の各光源チャネル（又はレグ）は、追加のフィルタ素子２１２−ｊ及び光弁２１４−ｊを含むことができる。低コヒーレンス干渉計表面プロファイラの例示的な構成において、光源素子は、４つのＬＥＤである。この場合に、光弁２１４−ｊは、ＬＥＤ２１０−ｊが事実上瞬間的に（典型的なカメラ露光期間と比較した場合に）オン又はオフに切り替わることができるので、用いられなくても良い。幾つかの実装形態において、第１のＬＥＤ（２１０−１、例えば蛍光体を用いるＬＥＤ）は、計測に使用される広帯域光を生成し、一方で、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ（例えば、それぞれ２１０−２、２１０−３、及び２１０−４）は、カラー撮像用に光を供給するために用いられる。他の実装形態において、計測スペクトルは、高い一時的なコヒーレンスが必要とされる場合に、レーザダイオード２１０−１によって生成することができる。この場合に、フィルタは、用いられなくても良い。幾つかの他の実装形態において、より広いカラー照明チャネルが用いられる場合に、蛍光体放射を用いる広帯域ＬＥＤ２１０−ｊは、所望のスペクトル分布を生成するために、フィルタ２１２−ｊと組み合わされる。
【００４１】
光源モジュール２２２の別の例として、３つの照明カラーチャネルだけが、それらの１つがまた計測光源として働くように、選択される。幾つかの実装形態において、１つを超えるカラーチャネルの出力の組み合わせが、所望の計測チャネルを合成するために用いられる。これは、例えば、スペクトル分布を広くするか若しくは狭くすることによって、又は異なるスペクトルサブ領域（different spectral sub-domain）の相対強度を変更することによって、特定の用途用に計測スペクトルを適応させる追加の能力を提供する。この場合に、カラー撮像能力を追加することはまた、例えば、干渉計システム１００の計測能力を向上させる。他の実装形態において、２つの追加のより狭いカラーチャンネルだけが用いられる、計測用に使用される光源スペクトルは、（可視範囲の波長における青色領域及び赤色領域において十分に遠く延びる）十分に広い。
【００４２】
光源モジュール２２２の更に別の例として、単一の補足カラーチャネルと広帯域計測スペクトルの組み合わせが、幾つかの用途用の色調の一部分にわたって色情報を再構成するのに十分になり得る。
【００４３】
ここで、データ収集及び解析用の様々な技術が、干渉計システム１００に関連して説明される。例えば、図３は、試験対象物表面用のプロファイル及び色情報を取得するために用いられるプロセス３００の例を示す。
【００４４】
３１０において、試験対象物用の計測データが収集される。ここで、多素子検出器は、試験対象物表面が、基準対象物表面と試験対象物表面との間の複数の異なる距離のそれぞれに対して１つのスペクトル分布を有する光で照明される場合に形成される干渉パターン１７２を記録する。代替として、例えば、計測データを取得するためにレーザダイオードの発光波長が所定の範囲にわたって調整される、いわゆる波長走査技術におけるように、多素子検出器は、試験対象物表面が複数のスペクトル分布で照明される場合に形成される干渉パターンを記録する。図３に示される例示的な実装形態において、干渉パターン１７２は、白色光源から生じる試験光及び基準光を用いた、液晶ディスプレイで使用されるＲＧＢフィルタのマトリックス用の、記録された計測データを表す。
【００４５】
３２０において、収集された計測データが解析される。幾つかの実装形態において、計測データの解析は、その収集中に実行される。計測データの解析結果は、試験対象物に関連する表面トポロジ１７５である。
【００４６】
任意選択的に、３２５において、計測データは、最適な走査範囲１７７、即ちその内側で色データを収集する最適な走査範囲１７７を決定するために更に解析することができる。最適な走査範囲は、イメージング・モジュール１３０と試験対象物表面との間の距離範囲であって、試験対象物表面の少なくとも一部がイメージング・モジュール１３０の焦点深度内に入っている距離範囲として見つけられる。
【００４７】
３３０において、試験対象物用の色データが収集される。幾つかの実装形態において、３３０における色データ収集は、図４に関連して以下で説明されるように、３１０における計測データ収集と同時である（インターリーブされる）。この場合に、多素子検出器は、代替として、３１０において、試験対象物表面が１つのスペクトル分布を有する光で照明される場合に形成される干渉パターンを記録し、且つ３３０において、試験対象物表面が、イメージング・モジュールと試験対象物表面との間の複数の異なる距離のそれぞれに対して、異なるスペクトル分布を有する光でそれぞれ照明された場合の試験対象物の像を記録する。
【００４８】
幾つかの実装形態において、３３０における色データ収集は、図５に関連して以下で説明されるように、３１０における計測データ収集と連続する。例えば、計測光源は活性化され、計測データは収集される。ひとたびこの収集が完了すると、干渉計システム１００の電子制御モジュール１６０は、一つずつカラー光源へ切り替えられ、且つ関連する色情報を収集する。この場合に、多素子検出器は、試験対象物表面が、イメージング・モジュールと試験対象物表面との間の複数の異なる距離のそれぞれに対して、２つ以上の異なるスペクトル分布を有する光でそれぞれ照明される場合の試験対象物の像の２つ以上の像を記録する。
【００４９】
代替として、３３５において、試験対象物の色データは、３２５で決定された最適な走査範囲１７７内でのみ収集される。この場合に、多素子検出器は、異なる距離だけが最適な範囲１７７内にあるように、試験対象物表面が、イメージング・モジュール１３０と試験対象物表面との間の複数の異なる距離のそれぞれに対して２つ以上の異なるスペクトル分布を有する光でそれぞれ照明される場合に、試験対象物表面の２つ以上の像を記録する。プロセス３００のステージ３２５及び３３５は、（ｉ）完全な（トポグラフィ＋色）測定の期間を最小限にするために、（ｉｉ）収集されるデータの質を最大限にするために、又は（ｉｉｉ）両方のために、用いることができる。何故なら、干渉計システムが、色データを収集する前に、対象物表面に関する予備情報を引き出すことができるからである。例えば、測定ボリュームを走査する低コヒーレンス干渉計である干渉計システムに関し、計測走査の結果としての、走査ボリュームにおける試験対象物表面の位置についての知識は、色情報を収集するために用いられる走査の範囲を、対象物が存在するボリュームの一部分に限定するために用いることができる。このボリュームの一部分は、３２５で決定された最適な走査範囲１７７によって制限される。更に、表面位置の知識は、対象物上の様々なポイントが、画像処理システムの焦点深度内にある場合に、３３５において色データを収集するための情報を提供する。従って、測定期間は、最小限に維持され、色データは、最良の可能な光学分解能で取得される。
【００５０】
３３０又は３３５で収集された色データが、３４０において解析される。幾つかの実装形態において、色データの解析は、その収集中に実行される。色データの解析結果は、試験対象物に関連する表面の色の質感（surface color texture）１８５である。色データから色情報を抽出するために様々なデータ処理アルゴリズムを用いることができる。
【００５１】
幾つかの実装形態において、トゥルーカラー画像（true color image）が、カメラで測定された平均強度（又はかかる強度の組み合わせ）を赤色、緑色及び青色ビットマップ成分に割り当てることによって生成され、次に、コンピュータディスプレイ上に表示されるか又は印刷される。幾つかの実装形態において、生のカメラデータに対する補正が、カメラ暗レベル、カメラ線形応答、視野にわたる照明均一性、干渉計システムにおける他の光成分からの（例えば、基準光１２４’’からの）寄与などの較正情報を用いて最初に適用される。追加処理ステップは、試験対象物を直接見る観察者の視覚的印象と一致する試験対象物表面の画像を提供するために、カラー画像のホワイトバランスの補正を含む。
【００５２】
試験対象物１０５の表面のカラー画像が、例えば、干渉計システム１００のイメージング・モジュール１３０の視界内において、表面の全ての位置に対して必ずしも焦点が合ってないことに留意されたい。従って、３４０で取得されたカラー画像は、意味のあるトゥルーカラーを有するが、それは、イメージング・モジュール１３０で通常に解像され得る色又は反射率変動の高空間周波数特性を必ずしも捕捉しない。試験対象物表面１０５の色の質感１８５を取得するために、たとえ試験対象物表面１０５の垂直範囲が、イメージング・モジュール１３０の焦点深度を超過する場合でも、試験対象物表面１０５上の全ての位置用の最適焦点位置に対応する色情報が選択される。その結果、試験対象物表面１０５にわたる色及び／又は反射率の高周波数変動は、用いられるイメージング・モジュール１３０の光学系を仮定すれば、可能であると同様に解像される。
【００５３】
幾つかの実装形態において、干渉縞の存在による画像の任意の変調を除去するために、追加処理が色データに適用される。何故なら、それらが、（以下で説明されるように、取得中に基準レグ（reference leg）がブロックされない限り）色データに事前に存在するからである。干渉計表面プロファイラ、例えば図１に関連して上記で説明された干渉計システム１００は、計測データが、通常、背景信号と干渉信号の和としてモデル化できる構成で３１０において取得されるように構成される。３２０における計測データの処理は、一方を他方から分離する。同様の手順は、色データから干渉内容を除去し、且つカラー画像を生成するために用いられる背景情報だけを保持するために、３４０で用いることができる。それは、位相シフト取得の場合の平均信号強度に対応する。図３に示されている例示的な実装形態において、色データ解析の結果は、計測データ１７２が記録された目的である、ＲＧＢフィルタマトリックスの表面の同じ部分の色の質感１８５である。
【００５４】
３５０において、表面トポグラフィ１７５及び表面の色の質感１８５は、試験対象物１０５の形状及び色の質感の３Ｄ表現１９５を生成するために組み合わされる。図３に示されている例示的な実装形態において、トゥルーカラー３Ｄグラフ１９５は、ＲＧＢフィルタマトリックスの表面を表し、且つ表面トポグラフィ１７５（計測データ１７２に基づいて取得された）及び表面の色の質感１８５の組み合わせとして生成される。
【００５５】
図１及び３に関連して上記で説明されたように、データ収集は、幾つかの干渉計システムにとって、光源スイッチングがインターリーブされる場合に、最適になり得る。図４は、インターリーブされた計測及び色データ収集用の光源及び多素子検出器タイミング４００を示す。この例において、多素子検出器の各フレームは、異なる活性光源で記録される。光源１は、第１の時間間隔４１０−１中に計測データを収集するために、試験対象物表面を照明する。光源２、３及び４は、第１の時間間隔４１０−１中に試験対象物表面を照明するためには使用されない。第１の時間間隔４１０−１に続く時間間隔４３０−１中に、光源２、３及び４は、色データを収集するために、試験対象物表面を連続的に照明する。光源１は、時間間隔４３０−１中に試験対象物表面を照明するためには使用されない。時間間隔４３０−１に続く時間間隔４１０−２中に、光源１は、追加の計測データを収集するために試験対象物表面を再び照明する。光源２、３及び４は、時間間隔４１０−２において試験対象物表面を照明するためには使用されない。時間間隔４１０−２に続く時間間隔４３０−２において、光源２、３及び４は、追加の色データを収集するために試験対象物表面を再び連続的に照明する。光源１は、時間間隔４３０−２中に試験対象物表面を照明するためには使用されない。インターリーブされる計測及び色データ取得用の光源及び多素子検出器タイミング４００は、十分な計測及び色データが収集されるまで適用することができる。
【００５６】
幾つかの他の干渉計システムにとって、測定スループットは、計測データ収集が、色データ収集とは別々に実行される場合に、最適化することができる。図５は、別個の計測及び色データ収集用の光源及び多素子検出器タイミング５００を示す。例えば、計測データの収集は、第１の時間間隔５１０にわたってｎフレームに及ぶことができ、ここでｎは、位相シフトアルゴリズムを用いてインターフェログラム位相（interferogram phase）を測定するためのサンプル数である。この場合に、次のフレームｎ＋１、ｎ＋２、．．．は、例えば、赤色、緑色、及び青色データを表し、且つ後続の第２の時間間隔５３０に収集される。幾つかの実装形態において、例えば、赤色、緑色、及び青色データの単一のフレームが、カラー撮像用に十分である。
【００５７】
別の例として、計測データの収集は、低コヒーレンス干渉計の場合のように、干渉計システムのイメージング・モジュールが測定ボリュームを通して走査している間に、第１の時間間隔５１０において実行することができる。この場合に、多くの最適化された走査速度が、計測データ収集に用いられる。続いて、第２の時間間隔５３０における色データ情報の収集は、全体的な測定期間を最小限にするために、異なる走査速度で、例えば計測データ収集に用いられる走査速度よりはるかに速い速度で実行される。色データから干渉内容を除去するための選択肢は、干渉計システムの特定の性質を活用する。
【００５８】
幾つかの干渉計システムにおいてトポグラフィ測定に用いられる位相シフタは、色データを収集する場合に違ったふうに用いることができる。例えば、位相シフタ振幅及び変調速度は、干渉縞が完全に平均化するカメラ積分（camera integration）中に干渉縞が十分に速く変調するように、時間間隔５３０において調整される。これは、例えば、各カメラフレームｎ＋１、ｎ＋２、．．．内で光源波長の倍数である振幅を備えた干渉対物レンズ１４０のキャビティを線形的に位相シフトすることによって達成される。別の選択肢は、縞を除去するために、カメラ積分中に、周期的な、例えば正弦波の発振を位相シフタに与えることである。この機構は、位相シフト装置と同期して、カメラ積分中に光源１２０の強度を調整することによって洗練することができる。
【００５９】
低コヒーレンス干渉計システムに関し、各カラーチャネル用に干渉パターンのほぼ完全な除去に帰着する速度で測定ボリュームを通して走査することが同様に可能である。
幾つかの干渉計システムは、それらの高照明又は撮像開口数の結果として、限られた焦点深度を提供するイメージング・モジュールを用いる。かかる場合に、望ましくない像のぼやけもまたなしに干渉現象を除去するために、干渉対物レンズ１４０のキャビティの大きな変調を提供することが必ずしも可能ではない。この場合に、位相シフタ（又はスキャナ）の変調速度は、フレームからフレームへの干渉信号変動が、十分に規定された周波数帯域に対応するように調整され、干渉信号変動は、（例えば、図３に関連して上記で説明されたプロセス３００のステージ３４０の一部として）強度測定値シーケンスを処理する場合に、デジタル的にフィルタで除去することができる。
【００６０】
幾つかの実装形態において、干渉計システム１００は、光が干渉計の基準レグに移動するのを防ぐように（例えば、基準光１２４’’をブロックするように）、色データにおける干渉縞の形成を防ぐように色データが収集される場合に、時間間隔４３０−１、４３０−２、．．．又は時間間隔５３０において作用する（engage）ビームブロックを含むことができる。
【００６１】
図６Ａ及び６Ｂは、試験表面用に取得された色データ１８１から試験表面の色の質感１８５を生成するために、色データプロセッサ６８０を用いる態様を示す。例えば、色データプロセッサ６８０は、図１に関連して上記で説明された色データプロセッサ１８０に対応することができる。更に、色データ１８１は、取得されたＲ、Ｇ、Ｂの像の少なくとも幾つかが干渉データを含むように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）照明を用いて、干渉計システム１００によって取得された試験表面の像とすることができる。干渉データは、干渉変調又は縞を表す。図６Ａ及び６Ｂに示されている例において、液晶ディスプレイで用いられるＲＧＢフィルタマトリックスのカラー像１８１は、計測用に用いられる広帯域ＬＥＤに加えて、赤色、緑色、及び青色光源（例えば、フィルタ付きＬＥＤ）を含む照明モジュール１２２／２２２を備えた低コヒーレンス干渉法システム１００を用いる開示された技術によって捕捉される。
【００６２】
色データプロセッサ６８０は、色データコンバイナ６８２（color data combiner）及び縞除去装置（fringe remover）６８６を含む。図６Ａに示されている色データプロセッサ６８０の構成において、最初に、色データコンバイナ６８２は、記録されたＲ、Ｇ、Ｂ像１８１を組み合わせて中間カラー像（intermediary color image）１８３を取得するように実行される（engage）。この場合に、中間カラー像１８３は、残留縞を含んでも良い。次に、縞除去装置６８６は、例えば、プロセス３００の段階３４０に従って、取得された中間カラー像１８３のかかる残留縞を除去して（又は少なくとも実質的に低減して）表面の色の質感１８５を生成するように実行される。図６Ｂに示されている色データプロセッサ６８０の別の構成において、最初に、縞除去装置６８６は、記録されたＲ、Ｇ、Ｂ像１８１から干渉変調を除去して（少なくとも実質的に低減して）縞のない中間Ｒ、Ｇ、Ｂ像１８７を取得するように実行することができる。次に、色データコンバイナ６８２は、取得された中間の縞のないＲ、Ｇ、Ｂ画像１８７を組み合わせて表面の色の質感１８５を生成するように実行される。
【００６３】
鏡面反射及び非鏡面反射（例えば、拡散的に散乱される）光の追加制御を備えた干渉計システム１００の実装形態が、以下で説明される。試験対象物表面は、（ローカルな面法線を基準にして照明方向に対称的である）鏡面反射方向に光を反射し、且つランダムな方向に光を散乱させる。図７は、どのように試験対象物表面が、いわゆる鏡面反射方向に沿った光を反射し、且つランダムな方向に光を散乱させることができるかの両方をパネル７１０で示す。パネル７２０に示されているように、光学的に滑らかで（その表面粗度は、光の波長よりはるかに小さい）不透明な表面は、入射光のほとんどを鏡面反射方向に沿って反射する。反対に、パネル７３０に示されているように、光学的に粗い表面は、ほとんどの方向に光を散乱させる。後者の場合には、いずれか特定の方向に散乱される光量は、はるかに少ない。これらの原理は、多くの色彩に富んだ表面が、光を反射し且つ散乱させるので、カラー撮像の説明において重要である。特に、製造された着色対象物（例えば、光沢のある印刷ページ）にとって、はるかに強い鏡面反射は、反射が透明材料層との界面で発生するので、色情報をほとんど担持しないというのが真相である。この事例は、図８に関連して説明されるが、そこでは、入射光８２４は、試験対象物表面８０２から反射する。試験対象物表面８０２は、透明で滑らかな保護膜８０３並びに異なる色を有する埋め込まれた顔料（pigment）８０５、８０５’を含む。鏡面反射方向に沿った反射光の部分８２７は、鏡面反射及び散乱光寄与の両方を有する。非鏡面反射方向に沿った反射光の別の部分８２９は、散乱光寄与だけを有する。非鏡面反射方向において顔料によって散乱された光の部分８２９は、色情報のほとんどを担持する。しかしながら、光の散乱部分８２９は、鏡面反射光８２７ほど強くないことが多い。従って、同じ立体角、例えば８２７内で光を照明し収集する光学機器は、一般に、色が中性の強い鏡面反射信号、及び弱い色信号を収集する。これは、最終的な「トゥルーカラー」画像における低コントラストの色情報に帰着する。図１０及び１１に関連して以下で説明される技術の態様は、彩度を改善するために、主として散乱光、例えば８２９を収集する手段を提供する。
【００６４】
図７及び８に関連して上記で説明した現象の図として、図９は、同じ試験対象物表面、例えば消費者製品パッケージングの表面の２つの画像を示す。画像９２７は、試験対象物表面が、照明され、且つ従来の顕微鏡を介して観察された場合に取得される。機器によって収集された鏡面反射光、例えば８２７は、色情報をほとんど担持せず、画像９２７の色の除去に帰着する。反対に、画像９２９は、反射光が顕微鏡対物レンズに入ることができない照明構成（「暗視野」撮像として周知である）を用いて同じ試験対象物表面が照明される場合に、取得される。このように、画像９２９は、拡散散乱光、例えば８２９から形成され、従って、画像９２９の色は、飽和され、且つ試験対象物表面を見る人間観察者の視覚的印象と一致する。
【００６５】
図１０は、拡散反射光１０２９から、試験対象物表面１００５用の色情報を取得するために用いられる干渉計システム１０００のコンポーネントを示す。干渉計システム１０００は、照明モジュール１０１０、イメージング・モジュール１０３０、及び多素子検出器１０５５を含む。照明モジュール１０１０は、計測データ（例えば、表面トポグラフィを決定するために用いられる干渉パターン）及び色データの取得中に、試験対象物表面１００５を照明するために用いられる複数の異なるスペクトル光分布を生成するように構成された光源モジュール１０２２を含む。光源モジュール１０２２によって生成されたスペクトル光分布は、図４及び／又は５に関連して上記で説明されたように順次的に変調される。幾つかの実装形態において、光源モジュール１０２２は、図２に関連して上記で説明された光源モジュール２２２とすることができる。光源モジュールによって出力された照明光１０２４は、入力アパーチャ１０２５、ビームスプリッタ１０３５、視野絞り１０１５、及び干渉対物レンズ１０４０を通って試験対象物表面１００５に伝搬する。照明光１０２４は、反射光１０２７として試験対象物表面１００５から反射する。反射光１０２７は、鏡面反射及び非鏡面反射成分を含む。反射光１０２７は、干渉対物レンズ１０４０、ビームスプリッタ１０３５、及び出力アパーチャ１０４７を通って多素子検出器１０５５に伝搬する。
【００６６】
この例において、入力アパーチャ１０２５及び出力アパーチャ１０４７は、相補セットを形成する。入力アパーチャ１０２５及び出力アパーチャ１０４７は、物理的なビームブロック（例えば、機械的な絞り、スリット、リング）又はプログラム可能な装置（例えば、空間光変調器）とすることができる。幾つかの実装形態において、入力アパーチャ１０２５は、干渉計システム１０００の瞳面１０１５の小部分だけをカバーする効果的な光源点又は光源サブ領域を画定するように配置され構成される。相補出力アパーチャ１０４７（例えば、局所的な吸収材料又は別の空間光変調器を担持する透明板）は、それが、試験対象物表面１００５によって鏡面反射方向に反射される光１０２７の鏡面反射成分を遮断するように、構成される。出力アパーチャ１０４７によってブロックされない光の部分１０２９は、試験対象物表面によって非鏡面反射方向に散乱された光を表し、且つ試験対象物表面１００５の像を多素子検出器１０５５上に形成する。
【００６７】
他の実装形態は、照明及び撮像用に別個の光路を提供する暗視野光学系（例えば、暗視野顕微鏡対物レンズ）を用いることができる。図１１は、拡散反射光１１２９から試験対象物表面１１０５の色情報を取得するために用いられる干渉計システム１１００のコンポーネントを示す。干渉計システム１１００は、照明モジュール１１１０、イメージング・モジュール１１３０、及び多素子検出器１０５５を含む。照明モジュール１１１０は、光源モジュール１１２０を含む。光源モジュール１１２０は、計測データ（例えば、表面トポグラフィを決定するために用いられる干渉パターン）の取得中に用いられる照明光１１２４を供給するように構成された第１の光源サブモジュール１１２２と、色データの取得中に用いられる照明光１１２８を供給するように構成された追加光源サブモジュール１１２６と、を含む。サブモジュール１１２２及び１１２６は、図４及び／又は５に関連して上記で説明されたように順次的に変調される。
【００６８】
この例において、第１の光源サブモジュール１１２２は、計測データ収集用に使用される従来の照明源とすることができる。照明光１１２４は、ビームスプリッタ１１３５、開口紋り又は入射瞳１１１５、及び干渉対物レンズ１１４０を通って、試験対象物表面１１０５に伝搬する。照明光１１２４の一部が、試験光として試験対象物表面１１０５から反射し、照明光１１２４の別の部分が、（図１に示されているような）基準光として、干渉対物レンズ１０４０の基準キャビティの表面から反射する。次に、試験光及び基準光は、試験対象物表面１１０５に関連する上記の干渉パターンを形成するために、干渉対物レンズ１１４０、視野絞り１１１５、及びビームスプリッタ１１３５を通って多素子検出器１１５５に伝搬する。
【００６９】
更に、この例において、追加光源サブモジュール１１２６は、広範囲な方向から照明光１１２８を試験対象物表面１１０５に供給するために、円（例えば、干渉対物レンズ１０４０のまわりに配置された）に沿って均一に分配される、異なる色のＬＥＤから作られるＬＥＤリングライトを含むことができる。照明光１１２８は、反射光の鏡面反射部分がイメージング・モジュール１１３０の干渉対物レンズ１１４０及び瞳を外すような入射角で、追加光源サブモジュール１１２６によって供給される。このように、反射光の非鏡面反射部分１１２９だけが、干渉対物レンズ１１４０及び瞳１１１５によって捕捉される。反射光の非鏡面反射部分１１２９は、試験対象物表面１１０５に関連する色情報を提供するために、イメージング・モジュール１１３０のビームスプリッタ１１３５を通って、多素子検出器１１５５に伝搬する。
【００７０】
幾つかの実施形態において、色取得照明シーケンス（測定ボリュームの走査のない）はまた、試験対象物の表面のカラー画像のストリームを生成するために用いることができる。カラー画像のストリームは、例えば、干渉計システム１００のディスプレイモジュールに実時間で表示することができる。カラー画像のストリームは、試験対象物１０５の表面上の測定箇所へ移動するために、干渉計システム１００のユーザによって、又は干渉計システム１００の自動の形状／色認識モジュールによって用いることができる。図１及び／又は３に関連して、本明細書の上記で説明されたように、試験対象物１０５の表面の形状及び色の質感の３Ｄ表現１９５は、測定箇所において生成されても良い。
【００７１】
本明細書は、多くの特定の実装形態の詳細を含むが、それらは、任意の発明の又は請求され得るものの範囲に対する限定としてではなく、特定の発明の特定の実施形態に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施形態との関連において本明細書で説明される或る特徴はまた、単一の実施形態において組み合わせて実行することができる。反対に、単一の実施形態との関連で説明される様々な特徴はまた、複数の実施形態において別々に、又は任意の適切な下位組み合わせで実行することができる。更に、特徴が、或る組み合わせで働くように上記で説明され、且つたとえかかるものとして最初に請求されたとしても、請求される組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、幾つかの場合においては、組み合わせから削除することができ、請求された組み合わせは、下位組み合わせ又は下位組み合わせの変形形態へと導かれても良い。
【００７２】
同様に、動作が、特定の順序で図面に示されているが、これは、かかる動作が、示された特定の順序若しくは順次的な順序で実行されること、又は所望の結果を達成するために、全ての示されている動作が実行されることを要求するように理解されるべきではない。或る状況において、マルチタスキング及び並行処理が、有利になり得る。更に、上記で説明された実施形態における様々なシステムコンポーネントの分離は、全ての実施形態においてかかる分離を要求するものとして理解されるべきではなく、説明されたプログラムコンポーネント及びシステムが、一般に、単一のソフトウェアプロダクトに一緒に統合され得るか、又は複数のソフトウェアプロダクトにパッケージ化され得ることが理解されるべきである。
【００７３】
このように、主題の特定の実施形態が説明された。他の実施形態は、特許請求の範囲の範囲内である。幾つかの場合に、特許請求の範囲で列挙される動作は、異なる順で実行され、且つやはり望ましい結果を達成することができる。更に、添付の図面に示されているプロセスは、所望の結果を達成するために、示されている特定の順序も、順次的な順序も必ずしも要求しない。或る実装形態において、マルチタスキング及び並行処理は、有利になり得る。
【図８】
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【図９】
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【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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