JP2001330409A - 干渉計測方法および干渉計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリンジスキャン干渉法により被検面の形状
情報を得る干渉計測方法、および干渉計測装置に関し、
フリンジスキャン干渉法を応用することによって、被検
光光路および参照光光路の少なくとも一部を経由した所
定のノイズ光が前記被検光または前記参照光に干渉する
ことにより生じるコヒーレントノイズ成分の影響を確実
に低減させることを目的とする。 【解決手段】 前記被検光光路の光学的距離と、前記参
照光光路の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパター
ンで同時に変化させることによって、干渉信号のうち必
要な信号成分の強度変化周期とコヒーレントノイズ成分
の強度変化周期とに差異を設け、前記変調走査手順が行
われているときに前記受光素子から出力される干渉信号
に基づき、所定の状態における前記被検光と前記参照光
との位相差を前記被検面の形状情報として求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計による干渉
計測方法、および干渉計測装置に関し、特に、被検面か
らの被検光と参照面からの参照光との間の位相差を変化
させる走査（フリンジスキャン）を行い、その結果得ら
れる干渉信号に基づいて、所定の状態における前記被検
光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報とし
て求める干渉計測方法、および干渉計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、被検面７２の面形状を測定する
ための従来の干渉計測装置７０の構成図である。干渉計
測装置７０では、光源７１から出射された光が被検面７
２と参照面７３との双方に導かれると共に、その光が被
検面７２で反射することにより生じた被検光７２ａと、
その光が参照面７３で反射することにより生じた参照光
７３ａとが干渉して干渉縞を生じさせ、その干渉縞はＣ
ＣＤ型撮像素子などの撮像素子７６によって検知され
る。このようにして検知された干渉縞から、被検光７２
ａと参照光７３ａとの間の位相差の二次元分布を知るこ
とができ、この二次元分布によって、参照面７３を基準
とした被検面７２の面形状が表される。

【０００３】さらに高精度化を図る場合には、以下に説
明するフリンジスキャン干渉法が適用される。フリンジ
スキャン干渉法は、ピエゾ素子などの移動機構７７によ
り参照面７３を１／２波長分程度移動させることで、被
検光７２ａと参照光７３ａとの光学的距離を１波長分
（位相差にして１周期分）程度変化させ（フリンジスキ
ャン）、そのときの干渉縞の濃淡の変化の仕方を検知す
ることにより、所定の状態（例えばフリンジスキャン開
始時の初期状態）における被検光７２ａと参照光７３ａ
との位相差（初期位相差）の値を正確に求めるものであ
る。

【０００４】一般に、干渉計測装置７０では、このフリ
ンジスキャンの際に、参照面７３の位置が時間に対して
直線的に変化するように設定されている（移動機構７
７、および制御回路７８の設定による。）。また、撮像
素子７６は、受光面に配置された各画素において、入射
光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔ_c毎に蓄積し、入
射光強度の時間Ｔ_c間に亘る時間積分値、すなわち蓄積
データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・を順次出力する。この蓄
積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・が、干渉信号として使
用される。

【０００５】いま仮に、干渉縞のある点Ａにおける、被
検光７２ａと参照光７３ａとの初期位相差をφ₀とお
き、単位時間Ｔ_c当たりの位相差変化量を２πａ（定
数）とおくと、フリンジスキャン開始からの時間ｔ経過
時における被検光７３ａと参照光７２ａとの位相差φ
（ｔ）は、式（１）で表される。

【数１】 また、被検光７２ａと参照光７３ａとによる干渉光強度
Ｉ（ｔ）は、この位相差φ（ｔ）を用いて式（２）で表
される。なお、Ｉ₀、γはそれぞれ光源７１から出射さ
れる光の強度（振幅）等により定まる数（定数）であ
る。

【数２】 また、干渉光強度Ｉ（ｔ）と、干渉光強度のＴ_c間に亘
る時間積分値である蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・
との関係は、式（３）で表される。

【数３】 したがって、各蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・は、
式（４）で表される。

【数４】 この式（４）を変形すると、式（５）、および式（６）
が得られる。

【数５】

【数６】 また、上式（４）からは、単位時間Ｔ_c当たりの位相差
変化量２πａを、４つの蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₃、Ｂ₄
で表す式（７）が導かれる。

【数７】 これらの関係に基づき、干渉計測装置７０の演算回路７
９は、撮像素子７６が出力する各蓄積データＢ₀、Ｂ₁、
Ｂ₂、・・・（実測値）に、式（７）を適用してａの値
を求め、さらに求めたａの値と、式（５）および式
（６）から、初期位相差φ₀の値を求める。

【０００６】さらにこの初期位相差φ₀の値の算出は、
撮像素子７６の各画素の出力についてそれぞれ行われ、
算出された初期位相差φ₀の二次元分布が、参照面７３
を基準とした被検面７２の形状情報として、モニタなど
の表示器（不図示）に出力される。ここで、以上のよう
なフリンジスキャン干渉法においては、参照面７３の移
動のさせ方を限定して演算を簡略化させることができ
る。

【０００７】例えば、図８（ａ）に示すように、単位時
間Ｔｃ当たりの被検光７２ａと参照光７３ａとの位相差
変化量２πａがπ／２となるよう（すなわち、ａ＝１／
４となるよう）設定すれば、次式（８ａ）又は式（８
ｂ）（何れも式（４）においてａ＝１／４とおくことで
導かれる式である。）によって、連続する４つの蓄積デ
ータ、例えばＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃（実測値）、または連
続する５つの蓄積データ、例えばＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、
Ｂ₄（実測値）から、直接的に初期位相差φ₀を求めるこ
とができる（図８（ｂ）、（ｃ）参照）。

【数８】 なお、４つの蓄積データから式（８ａ）により初期位相
φ₀を求める方法は「４バケット法」と呼ばれ、５つの
蓄積データから式（８ｂ）により初期位相φ₀を求める
方法（但しこの場合、フリンジスキャンは、少なくとも
位相差にして（１＋１／４）周期分行われる。）は「５
バケット法」と呼ばれる。因みに、４バケット法より
も、５バケット法の方が、基づくべき蓄積データの数が
１多い分だけ処理時間が長くかかるが、その分高精度で
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、撮像素子７
６が出力する各蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実
測値）には、必要な信号成分（参照光７３ａと被検光７
２ａとが成す干渉光による）の他に、コヒーレントノイ
ズ成分（余分な反射を行って撮像素子７６に入射したノ
イズ光が成す干渉光による）が重畳されている。

【０００９】ここで、ノイズ光は、図７中細線で示すよ
うに、光源７１からの出射光の一部であって干渉計７５
内の何れかの箇所で反射して被検面７２や参照面７３を
介することなく被検光７２ａや参照光７３ａに干渉する
ノイズ光（ノイズ光ｂ（Ｎ））、および、被検面７２ま
たは参照面７３からの反射光の一部であって干渉光学系
７４の表面や光源７１の射出口などで反射して再び被検
面７２または参照面７３に向かい、被検面７２または参
照面７３で反射した後に被検光７２ａや参照光７３ａに
干渉するノイズ光（ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ
（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮ
Ｗ））である。

【００１０】なお、括弧内に示したアルファベットは、
反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路が
Ｗ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れか
の箇所の反射経路がＮで表される（干渉計７５内の何れ
かの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率
と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射し
たノイズ光については無視する）。

【００１１】これらノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆによっ
て干渉信号に重畳されるコヒーレントノイズ成分は、何
らかの演算によって必要な信号成分と分離し、かつ除去
することが望まれる。しかしながら、従来の干渉計測装
置７０では、上記したように式（８ａ）や式（８ｂ）が
適用されることからも明らかなように、蓄積データ
Ｂ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実測値）にコヒーレントノイ
ズ成分が重畳されていないとみなされていたので、最終
的に形状情報として求められる初期位相差φ₀には、誤
差が含まれていた。

【００１２】ここで、必要な信号成分とは異なった周期
で変化するコヒーレントノイズ成分については、何らか
の演算によってその信号成分からの分離が可能である
が、必要な信号成分と同じ周期で変化するコヒーレント
ノイズ成分については、如何なる演算を適用しても、そ
の分離が不可能である。因みに、干渉計測装置７０で
は、コヒーレントノイズ成分のうち、ノイズ光ｂが参照
光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｃが参照
光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｄが被検
光７２ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｅが参照
光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｆが参照
光７３ａに干渉して生じさせるものについては、参照面
７３の移動に伴って必要な信号成分と同じ周期で変化す
るために、分離（すなわち除去）できない（なお、詳細
は後述する表２参照。）。

【００１３】そこで考えられるのは、コヒーレントノイ
ズ成分の原因であるノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの発生
自体を、干渉計７５内の光学素子の変更などにより回避
することであるが、光学素子の面の反射率と配置角度な
どに応じて生じるノイズ光は、どのような光学素子から
なる干渉計においても少なからず発生し得るため、その
完全な回避は不可能である。

【００１４】したがって従来では、コヒーレントノイズ
成分による影響を抑えることは、演算内容の変更によっ
ても、ハードウエアの変更によっても不可能と考えら
れ、光学素子の表面に反射防止膜を形成したり、余分な
反射光を光路から外すための素子を挿入したりして、コ
ヒーレントノイズ成分の強度を僅かに抑えるという程度
のことしかされていなかった。

【００１５】そこで、本発明は、上記のフリンジスキャ
ン干渉法を応用することによって、コヒーレントノイズ
成分による影響を確実に低減させることができる干渉計
測方法および干渉計測装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の干渉計
測方法は、光源から出射された光を被検面と参照面との
双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射すること
により生じた被検光と、その光が前記参照面で反射する
ことにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系と、
前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置さ
れ、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子
とを備えた干渉計による干渉計測方法であって、前記被
検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の際に、
前記被検光光路の光学的距離と、前記参照光光路の光学
的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化
させることによって、前記干渉信号のうち、前記参照光
と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必要な信
号成分の強度変化周期と、前記被検光光路および前記参
照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイズ光が
前記被検光または前記参照光に干渉することにより生じ
るコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、差異を
設ける変調走査手順と、前記変調走査手順が行われてい
るときに前記受光素子から出力される干渉信号に基づ
き、前記走査中の所定の状態における前記被検光と前記
参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める
算出手順とを有することを特徴とする。

【００１７】一般に、変化周期の互いに異なる２つの信
号は、演算により分離可能である。したがって、前記変
調走査手順によってその強度変化周期に差異が設けられ
た必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分とは、演算
により互いに分離可能である。したがって、受光素子が
出力する干渉信号に、上記のようなコヒーレントノイズ
成分が重畳されていたとしても、その後行われる算出手
順においてその影響を除去することができる。

【００１８】請求項２に記載の干渉計測方法は、請求項
１に記載の干渉計測方法において、前記変調走査手順で
は、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照
光光路の光学的距離の変化量との比が１：−１に保たれ
ることを特徴とする。ここで、コヒーレントノイズ成分
を重畳させるノイズ光は、光源からの出射光の一部であ
って干渉計内の何れかの箇所で反射して被検面や参照面
を介することなく被検光や参照光に干渉するノイズ光、
および、被検面または参照面からの反射光の一部であっ
て干渉光学系の表面や光源の射出口などで反射して再び
被検面または参照面に向かい、被検面または参照面で反
射した後に被検光や参照光に干渉するノイズ光である。

【００１９】しかし、上記した変調走査手順では、前記
被検光光路の光学的距離の変化量と前記参照光光路の光
学的距離の変化量との比が１：−１に保たれるので、少
なくともこれらのノイズ光が成すコヒーレントノイズ成
分の強度変化周期は、必要な信号成分の強度変化周期と
は異なるものとなる。つまりこのコヒーレントノイズ成
分による影響を、その後行われる算出手順において確実
に除去することができる。

【００２０】なお、干渉計内では、何れかの箇所で２回
以上反射したノイズ光が発生するが、その箇所の反射率
は、被検面や参照面の反射率と比較して十分に低いの
で、このノイズ光が成すコヒーレントノイズ成分は、先
に示したコヒーレントノイズ成分と比較して十分に小さ
い。したがって、この干渉計測方法によると、コヒーレ
ントノイズ成分による影響は十分に小さく抑えられる。

【００２１】また、変調走査手段による移動量比につい
ては１：−１以外の他の値であっても同じ効果が得られ
るようなものはあるが、１：−１の比によれば、被検光
光路と参照光光路との光学的距離の変化量の合計を小さ
く抑えられる点で好ましい。請求項３に記載の干渉計測
方法は、請求項１に記載の干渉計測方法において、前記
変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化
量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が
１：３または３：１に保たれることを特徴とする。

【００２２】この比が保たれているときには、請求項２
に記載の干渉計測方法と同じノイズ光によるコヒーレン
トノイズ成分の強度変化周期が、必要な信号成分の強度
変化周期とは異なるものとなるので、請求項２に記載の
干渉計測方法と同様にして、コヒーレントノイズ成分に
よる影響を十分に小さく抑えることができる。また、こ
のような移動量の比１：３、または３：１によると、光
学的距離の変化量の合計は、比１：−１による場合と比
較すると大きくなるものの、その他の比が設定された場
合よりは小さく抑えられる。

【００２３】請求項４に記載の干渉計測方法は、請求項
１〜請求項３の何れか１項に記載の干渉計測方法におい
て、前記変調走査手順では、前記走査が、少なくとも前
記必要な信号成分の強度変化の２周期分行われ、前記算
出手順では、前記被検面の形状情報が、少なくとも前記
必要な信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干
渉信号に基づいて求められることを特徴とする。

【００２４】このように、基づくべき干渉信号を２周期
分とすれば、必要な信号成分の周期的な性質と、コヒー
レントノイズ成分の周期的な性質とを利用して、コヒー
レントノイズ成分を除去して必要な信号成分のみを残留
させることができる。この結果、コヒーレントノイズ成
分による影響を、確実に抑えることができる。請求項５
に記載の干渉計測装置は、光源から出射された光を被検
面と参照面との双方に導くと共に、その光が前記被検面
で反射することにより生じた被検光と、その光が前記参
照面で反射することにより生じた参照光とを干渉させる
干渉光学系と、前記被検光と前記参照光とが成す干渉光
の光路に配置され、入射光の強度に応じた干渉信号を出
力する受光素子と、前記被検光光路の光学的距離と前記
参照光光路の光学的距離との双方を同時に移動させる移
動手段と、前記被検光と前記参照光との位相差を変化さ
せる走査の際に、前記移動手段を動作させて、前記被検
光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的距離との
双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化させること
により、前記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光
との間の位相差に応じて変化する必要な信号成分の強度
変化周期と、前記被検光光路および前記参照光光路の少
なくとも一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光ま
たは前記参照光に干渉することにより生じるコヒーレン
トノイズ成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走
査手段と、前記変調走査手段による走査中に前記受光素
子から出力される干渉信号に基づき、前記走査中の所定
の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前
記被検面の形状情報として求める算出手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００２５】請求項６に記載の干渉計測装置は、請求項
５に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手段
は、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照
光光路の光学的距離の変化量との比を１：−１に保つこ
とを特徴とする。請求項７に記載の干渉計測装置は、請
求項５に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手
段は、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参
照光光路の光学的距離の変化量との比を１：３または
３：１に保つことを特徴とする。

【００２６】請求項８に記載の干渉計測装置は、請求項
５〜請求項７の何れか１項に記載の干渉計測装置におい
て、前記変調走査手段は、前記走査を、少なくとも前記
必要な信号成分の強度変化の２周期分行い、前記算出手
段は、前記被検面の形状情報を、少なくとも前記必要な
信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号
に基づいて求めることを特徴とする。

【００２７】請求項５、請求項６、請求項７、請求項８
に記載の干渉計測装置によれば、それぞれ請求項１、請
求項２、請求項３、請求項４に記載の干渉計測方法が自
動的に実施される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 ＜第１実施形態＞以下、図１、図２、図３、図４に基づ
いて本発明の第１実施形態を説明する。 （第１実施形態の構成）図１は、本実施形態の干渉計測
装置１０（および後述する第２実施形態の干渉計測装置
２０）の構成図である。図１において、図７に示す従来
の干渉計測装置７０と同じものについては同一の符号を
付して示した。

【００２９】干渉計測装置１０は、図７に示した干渉計
測装置７０において、被検面７２を移動させる移動機構
１７がさらに備えられ、制御回路７８に代えて制御回路
１８が備えられ、演算回路７９に代えて演算回路１９が
備えられたものに等しい。すなわち、干渉計測装置１０
は、光源７１と、干渉光学系７４（ビームスプリッタ７
４ｂ、ビームエキスパンダ７４ａ、結像レンズ７４ｃ
等）と、撮像素子７６と、２つの移動機構７７、１７
と、制御回路１８と、演算回路１９とを備える（以下、
光源７１、干渉光学系７４、撮像素子７６からなる系
を、干渉計７５とする）。

【００３０】この中で干渉光学系７４は、光源７１から
出射された光を被検面７２と参照面７３との双方に導く
と共に、その光が被検面７２で反射することにより生じ
た被検光７２ａと、その光が参照面７３で反射すること
により生じた参照光７３ａとを干渉させるものである。
移動機構１７は、被検光７２ａの光路の光学的距離を変
化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ
被検面７２を光軸方向へ移動させるものであり、移動機
構７７は、参照光７３ａの光路の光学的距離を変化させ
るために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ参照面
７３を光軸方向に移動させるものである。これら移動機
構１７、７７は、例えばピエゾ素子などからなり、本実
施形態では、互いに同じ特性のものが使用されるとす
る。

【００３１】撮像素子７６は、被検光７２ａと参照光７
３ａとが成す干渉光の光路に配置されたＣＣＤ型撮像素
子などであり、制御回路１８により駆動されると、各画
素において入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔ_c
毎に蓄積し、入射光強度の時間Ｔ_cに亘る時間積分値を
示す信号である蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実
測値）を順次出力する（本明細書では、取得順に添え字
を付す。）。干渉計測装置１０においては、この蓄積デ
ータＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実測値）が、干渉縞の濃
淡を示す干渉信号として利用される。

【００３２】制御回路１８は、フリンジスキャン時に、
光源７１を駆動すると共に、移動機構７７、１７のそれ
ぞれに対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照
面７３と被検面７２とをそれぞれ所定のパターンで移動
させる。また、制御回路１８はこのときに撮像素子７６
を駆動し、撮像素子７６から出力される蓄積データ
Ｂ ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実測値）を演算回路１９に与
える。

【００３３】演算回路１９は、所定状態（例えばフリン
ジスキャン開始時の初期状態）における参照光７３ａと
被検光７２ａとの間の位相差（例えば初期位相差φ₀）
を求める際に、蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実
測値）に対して所定の演算を施す。なお、この演算回路
１９は、干渉計測装置１０の外部に備えられていてもよ
い。また、この演算回路１９に代えて、演算回路１９と
同じ動作をするコンピュータを利用してもよい。

【００３４】（第１実施形態の動作）図２は、本実施形
態の動作を説明する図である。本実施形態では、蓄積デ
ータＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実測値）に重畳されるコ
ヒーレントノイズ成分の強度変化周期を、必要な信号成
分の強度変化周期と違うものとするために、フリンジス
キャン時に被検面７２と参照面７３との双方を、同時に
移動させる。この際、被検面７２の移動量と参照面７３
の移動量との比は、１：−１に保たれる。

【００３５】さらに、必要な信号成分の２周期分に相当
する情報を得るために、図２（ａ）に示すように、被検
光７２ａと参照光７３ａの光学的距離の差を、少なくと
も光源７１から出射される光の２波長分（位相差にして
２周期分）変化させる。また、後述する式（９）を適用
するための条件として、参照面７３の位置と被検面７２
の位置とが何れも十分な精度で時間に対して直線的に変
化し、かつ単位時間Ｔｃ当たりの被検光７２ａと参照光
７３ａとの位相差変化量２πａがπ／２となるよう（す
なわち、ａ＝１／４となるよう）設定される（図２
（ａ）参照）。

【００３６】すなわち、制御回路１８は、８Ｔ_cの期間
中に、移動機構７７に与える駆動電圧を時間に応じて変
化させて参照面７３を１／２波長分均等に移動させると
同時に、移動機構１７に与える駆動電圧を時間に応じて
変化させて被検面７２を−１／２波長分均等に移動させ
る（なお、移動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光
路拡張方向の相違に対応する。ただし、どちらの方向を
正にとってもよい）。

【００３７】このフリンジスキャンの結果、順に蓄積デ
ータＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ₆、Ｂ₇（実測
値）が得られる（図２（ｂ）参照）。これらの各蓄積デ
ータは、それぞれ必要な信号成分の１／４周期分に相当
し、これらの蓄積データの全体は、必要な信号成分の２
周期分のデータに相当する。さらに、本実施形態の演算
回路１９は、初期位相差φ₀を求める際に、これら２周
期分の蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、
Ｂ₆、Ｂ₇（実測値）に対して、次式（９）を適用する
（図２（ｃ）参照）（なお、この式（９）の意味につい
ては後述する。）。

【数９】 （第１実施形態におけるコヒーレントノイズ成分の振る
舞い） ここで、干渉計測装置１０においてコヒーレントノイズ
成分に関係するノイズ光は、従来と同様、ノイズ光ｂ
（Ｎ）、ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮ
Ｒ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ）で
ある。なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経
路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路がＷ、参照
面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れかの箇所の
反射経路がＮで表される。また、干渉計７５内の何れか
の箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率と
比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射した
ノイズ光については無視する。

【００３８】次に、表１に基づいて、必要な信号成分の
強度変化周期と、各コヒーレントノイズ成分の強度変化
周期とを比較する。表１は、本実施形態における各光の
光路差、および光路差変化量を比較する表である。

【表１】 上記したように本実施形態では、参照光７３ａの光路変
化量が「１」であるときの被検光７２ａの光路変化量は
「−１」であるので、ノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの光
路変化量は、それぞれ「０」、「−２」、「０」、
「２」、「０」となる。

【００３９】このときの参照光７３ａと被検光７２ａと
が成す干渉光、すなわち必要な信号成分Ｓ_Mの強度変化
周期は、欄Ｍによって示される。この欄Ｍには、参照光
７３ａと被検光７２ａとの光路差「Ｗ−Ｒ」と、光路差
変化量「−２」とが記されており、この光路差変化量
「−２」の大きさが、この２光が成す干渉光の強度変化
の速さを示す。

【００４０】そこで以下では、各干渉光の強度変化周期
を、その干渉光を成す２光の「光路差変化量の大きさ」
で以て表す。すなわち、必要な信号成分Ｓ_Mは「周期
２」で変化する。同様に、ノイズ光ｂが被検光７２ａに
干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₁は、
「周期１」で変化する（欄１１１参照）。

【００４１】また、ノイズ光ｃが被検光７２ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₂は、「周期
１」で変化する（欄１１２参照）。また、ノイズ光ｄが
被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ
成分Ｓ₁₁₃は、「周期１」で変化する（欄１１３参
照）。

【００４２】また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₄は、「周期
３」で変化する（欄１１４参照）。また、ノイズ光ｆが
被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ
成分Ｓ₁₁₅は、「周期１」で変化する（欄１１５参
照）。また、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉して生じ
させるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₁は、「周期１」で
変化する（欄１２１参照）。

【００４３】また、ノイズ光ｃが参照光７３ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₂は、「周期
３」で変化する（欄１２２参照）。また、ノイズ光ｄが
参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ
成分Ｓ₁₂₃は、「周期１」で変化する（欄１２３参
照）。また、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉して生じ
させるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₄は、「周期１」で
変化する（欄１２４参照）。

【００４４】また、ノイズ光ｆが参照光７３ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₅は、「周期
１」で変化する（欄１２５参照）。すなわち、本実施形
態では、各コヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₁〜Ｓ₁₂₅の強度
変化周期と、必要な信号成分Ｓ_Mの強度変化周期とに差
異が設けられる。図３は、本実施形態における、各コヒ
ーレントノイズ成分Ｓ₁₁₁〜Ｓ₁₂₅と、必要な信号成分Ｓ
_Mとの変化の仕方を比較する図である。図３（ａ）が必
要な信号成分Ｓ_Mと同じく「周期２」で変化する信号を
示すのに対し、図３（ｂ）はコヒーレントノイズ成分Ｓ
₁₁₁、Ｓ₁₁₂、Ｓ₁₁₃、Ｓ₁₁₅、Ｓ₁₂₁、Ｓ₁₂₃、Ｓ₁₂₄、Ｓ
₁₂₅のように「周期１」で変化する信号を示し、図３
（ｃ）はコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₄、Ｓ₁₂₂のように
「周期３」で変化する信号を示す（但し、図３に示した
振幅および位相は何れも意味を持たない。）。

【００４５】したがって、上記フリンジスキャン時に撮
像素子７６から出力される蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、
Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ₆、Ｂ₇（実測値）には、「周期２」
で変化する必要な信号成分Ｂ₁₀、Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、Ｂ₁₃、Ｂ
₁₄、Ｂ₁₅、Ｂ₁₆、Ｂ₁₇（図３（ａ）参照）と、「周期
１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ₂₀、Ｂ₂₁、Ｂ
₂₂、Ｂ₂₃、Ｂ₂₄、Ｂ₂₅、Ｂ₂₆、Ｂ₂₇（図３（ｂ）参照）
と、「周期３」で変化するコヒーレントノイズ成分
Ｂ₃₀、Ｂ₃₁、Ｂ₃₂、Ｂ₃₃、Ｂ₃₄、Ｂ₃₅、Ｂ₃₆、Ｂ₃₇（図
３（ｃ）参照）とが重ね合わされていると考えられる。
すなわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積デ
ータＢ_k（実測値）を表すと、Ｂ_k＝Ｂ_1k＋Ｂ_2k＋Ｂ_3kと
なる。

【００４６】さて、上記したように本実施形態では、式
（９）が使用される。この式（９）は、上記した４バケ
ット法の式（８ａ）と同様に式（４）から導かれる初期
位相差φ₀の算出式である。したがって、式（９）は、
コヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下で
は、式（８ａ）と等価である。ここで、必要な信号成分
Ｂ₁₀、Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、Ｂ₁₃、Ｂ₁₄、Ｂ₁₅、Ｂ₁₆、Ｂ₁₇につ
いては、式（４）や図３（ａ）からも明らかなように、
その周期的性質から、Ｂ₁₀＝Ｂ₁₄、Ｂ₁₁＝Ｂ₁₅、Ｂ₁₂＝
Ｂ₁₆、Ｂ₁₃＝Ｂ₁₇が成立する。また、コヒーレントノイ
ズ成分Ｂ₂₀、Ｂ₂₁、Ｂ₂₂、Ｂ₂₃、Ｂ₂₄、Ｂ₂₅、Ｂ₂₆、Ｂ
₂₇については、Ｂ₂₀＋Ｂ₂₄＝Ｂ₂₁＋Ｂ₂₅＝Ｂ₂₂＋Ｂ₂₆＝
Ｂ₂₃＋Ｂ₂₇＝Ｂ_v1が成立し（図３（ｂ）参照）、コヒー
レントノイズ成分Ｂ₃₀、Ｂ₃₁、Ｂ₃₂、Ｂ₃₃、Ｂ₃₄、
Ｂ₃₅、Ｂ₃₆、Ｂ₃₇については、Ｂ₃₀＋Ｂ₃₄＝Ｂ₃₁＋Ｂ₃₅
＝Ｂ₃₂＋Ｂ₃₆＝Ｂ₃₃＋Ｂ₃₇＝Ｂ_v3が成立する（図３
（ｃ）参照）。

【００４７】このとき、式（９）の右辺に、蓄積データ
Ｂ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ ₆、Ｂ₇（実測値）を
当てはめると、下式（１０）に明らかなように、コヒー
レントノイズ成分に相当する項（Ｂ₂₀、Ｂ₂₁、Ｂ₂₂、Ｂ
₂₃、Ｂ₂₄、Ｂ₂₅、Ｂ₂₆、Ｂ₂₇、Ｂ₃₀、Ｂ₃₁、Ｂ₃₂、
Ｂ₃₃、Ｂ₃₄、Ｂ₃₅、Ｂ₃₆、Ｂ₃₇）は全て消去される。

【数１０】 すなわち、式（９）では、４バケット法の式（８ａ）と
は異なり、基づくべき蓄積データが（必要な信号成分Ｂ
_1kの）２周期分に増えているので、各成分の周期的な性
質によって、コヒーレントノイズ成分Ｂ_2k、Ｂ_3kが除去
されて必要な信号成分Ｂ_1kのみが残留する。

【００４８】したがって、本実施形態における式（９）
によれば、蓄積データＢ_k（実測値）にコヒーレントノ
イズ成分Ｂ_2k、Ｂ_3kが如何なる強度で重畳されていよう
とも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ₀が求め
られる。次に、以上説明した本実施形態と比較するた
め、従来の干渉計測装置７０におけるコヒーレントノイ
ズ成分の振る舞いを、表２、図４に基づいて説明する。

【表２】 上記したように従来の干渉計測装置７０では被検面７２
については何ら移動させないので、参照光７３ａの光路
変化量が「１」であるときの被検光７２ａの光路変化量
は「０」である。これに伴いノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、
ｆの光路変化量は、それぞれ「０」、「０」、「１」、
「２」、「１」となる。また、必要な信号成分Ｓ_M’
（参照光７３ａと被検光７２ａとが成す干渉光）は「周
期１」で変化する（欄Ｍ参照）。

【００４９】また、ノイズ光ｂ、ｃのそれぞれが被検光
７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ
₁₁₁’、Ｓ₁₁₂’およびノイズ光ｄ、ｆのそれぞれが参照
光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分
Ｓ₁₂₃’、Ｓ₁₂₅’は、何れも「周期０」で変化する（す
なわち定常的である）（欄１１１、１１２、１２３、１
２５参照）。

【００５０】また、ノイズ光ｄ、ｆのそれぞれが被検光
７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ
₁₁₃’、Ｓ₁₁₅’、およびノイズ光ｂ、ｃ、ｅのそれぞれ
が参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイ
ズ成分Ｓ₁₂₁’、Ｓ₁₂₂’、Ｓ ₁₂₄’は、何れも「周期
１」で変化する（欄１１３、１１５、１２１、１２２、
１２４参照）。

【００５１】また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₄’は、「周
期２」で変化する（欄１１４参照）。すなわち、従来例
では、一部のコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₃’、
Ｓ₁₁₅’、Ｓ ₁₂₁’、Ｓ₁₂₂’、Ｓ₁₂₄’の強度変化周期
が、必要な信号成分Ｓ_M’の強度変化周期と同じになっ
ている。

【００５２】したがって、従来の撮像素子７６から出力
される蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃（実測値）には、
図４に示すように、「周期１」で変化する必要な信号成
分Ｂ₁₀、Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、Ｂ₁₃（図４（ａ）参照）と、「周
期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ₂₀’、
Ｂ₂₁’、Ｂ₂₂’、Ｂ₂₃’（図４（ｂ）参照）と、「周期
２」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ₃₀’、
Ｂ₃₁’、Ｂ₃₂’、Ｂ₃₃’（図４（ｃ）参照）とが重ね合
わされていると考えられる。すなわち、コヒーレントノ
イズ成分を考慮して各蓄積データＢ_k（実測値）を表す
と、Ｂ_k＝Ｂ_1k＋Ｂ_2k’＋Ｂ_3k’となる。

【００５３】そして、従来適用されていた例えば式（８
ａ）では、２つずれた蓄積データ同士が引き算されてい
るので、「周期２」で変化するコヒーレントノイズ成分
Ｂ₃₀’、Ｂ₃₁’、Ｂ₃₂’、Ｂ₃₃’からは、Ｂ₃₀’＝
Ｂ₃₂’、Ｂ₃₁’＝Ｂ₃₃’が成立するために影響を受けな
いものの、必要な信号成分Ｂ₁₀、Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、Ｂ₁₃と同
じ「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分
Ｂ₂₀’、Ｂ₂₁’、Ｂ₂₂’、Ｂ₂₃’からは、影響を受け
る。

【００５４】また仮に、別の式を用いたとしても、同じ
周期で変化する信号同士は分離不可能であるため、この
コヒーレントノイズ成分Ｂ_2k’を消去することはできな
い。その点、上述した本実施形態では、被検面７２と参
照面７３のそれぞれを移動量比１：−１に保ちつつ移動
させることにより、コヒーレントノイズ成分の強度変化
周期を必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものと
し、かつ、式（９）の適用によって、このようなコヒー
レントノイズ成分の影響を確実に除去することができ
る。この結果、被検面７２の形状測定が高精度化され
る。

【００５５】＜第２実施形態＞次に、図１、図５に基づ
いて本発明の第２実施形態を説明する。ここでは、第１
実施形態との相違点についてのみ説明する。 （第２実施形態の構成）本実施形態の干渉計測装置２０
は、図１に示す干渉計測装置１０において、制御回路１
８に代えて制御回路２８が備えられたものに等しい。

【００５６】制御回路２８は、制御回路１８と同様に、
フリンジスキャン時に移動機構７７、１７のそれぞれに
対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照面７３
と被検面７２とをそれぞれ所定のパターンで移動させる
と共に、撮像素子７６を駆動し、そのときに撮像素子７
６から出力される蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・を
演算回路１９に与えるが、参照面７３および被検面７２
の移動パターンは、制御回路１９によるものとは異な
る。

【００５７】（第２実施形態の動作）第２実施形態で
は、フリンジスキャン時に、被検面７２の移動量と参照
面７３の移動量との比は、３：１に保たれる。すなわ
ち、制御回路２８は、８Ｔ_cの期間中に、移動機構７７
に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて、参照面７
３を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動機構
１７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被検面
７２を３／２波長分均等に移動させる（なお、移動量の
正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の相違に
対応する。ただし、どちらの方向を正にとってもよ
い）。

【００５８】このフリンジスキャンの結果、順に蓄積デ
ータＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ₆、Ｂ₇（実測
値）が得られる（図２（ｂ）参照）。これらの各蓄積デ
ータは、第１実施形態で得られる各蓄積データと同様、
それぞれ必要な信号成分の１／４周期分に相当し、これ
らの蓄積データの全体は、必要な信号成分の２周期分の
データに相当する。

【００５９】そして、演算回路１９が初期位相差φ₀を
算出する際には、第１実施形態と同様の上式（９）が適
用される（図２（ｃ）参照）。 （第２実施形態におけるコヒーレントノイズ成分の振る
舞い）ここで、干渉計測装置２０においてコヒーレント
ノイズ成分に関係する光は、第１実施形態と同様、ノイ
ズ光ｂ（Ｎ）、ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（Ｗ
ＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ）
である。

【００６０】なお、括弧内に示したアルファベットは、
反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路が
Ｗ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れか
の箇所の反射経路がＮで表される。また、干渉計７５内
の何れかの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の
反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上
反射したノイズ光については無視する。

【００６１】次に、表３に基づいて、必要な信号成分の
強度変化周期と、各コヒーレントノイズ成分の強度変化
周期とを比較する。表３は、本実施形態における各光の
光路差、および光路差変化量を比較する表である。

【表３】 上記したように本実施形態では、参照光７３ａの光路変
化量が「１」であるときの被検光７２ａの光路変化量は
「３」であるので、ノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの光路
変化量は、それぞれ「０」、「６」、「４」、「２」、
「４」となる。

【００６２】このとき参照光７３ａと被検光７２ａとに
よる必要な信号成分Ｓ_M”は、「周期２」で変化する
（欄Ｍ参照）。同様に、ノイズ光ｂが被検光７２ａに干
渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₁”は、
「周期３」で変化する（欄１１１参照）。また、ノイズ
光ｃが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレント
ノイズ成分Ｓ₁₁₂”は、「周期３」で変化する（欄１１
２参照）。

【００６３】また、ノイズ光ｄが被検光７２ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₃”は、「周
期１」で変化する（欄１１３参照）。また、ノイズ光ｅ
が被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイ
ズ成分Ｓ₁₁₄”は、「周期１」で変化する（欄１１４参
照）。また、ノイズ光ｆが被検光７２ａに干渉して生じ
させるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₅”は、「周期１」
で変化する（欄１１５参照）。

【００６４】また、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₁”は、「周
期１」で変化する（欄１２１参照）。また、ノイズ光ｃ
が参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイ
ズ成分Ｓ₁₂₂”は、「周期５」で変化する（欄１２２参
照）。また、ノイズ光ｄが参照光７３ａに干渉して生じ
させるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₃”は、「周期３」
で変化する（欄１２３参照）。

【００６５】また、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉し
て生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₄”は、「周
期１」で変化する（欄１２４参照）。また、ノイズ光ｆ
が参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイ
ズ成分Ｓ₁₂₅”は、「周期３」で変化する（欄１２５参
照）。すなわち、本実施形態でも、各コヒーレントノイ
ズ成分Ｓ₁₁₁”〜Ｓ₁₂₅”の強度変化周期が、何れも必要
な信号成分Ｓ_M”の強度変化周期とは異なっている。

【００６６】図５は、本実施形態における、各コヒーレ
ントノイズ成分Ｓ₁₁₁”〜Ｓ₁₂₅”と必要な信号成分
Ｓ_M”との変化の仕方を比較する図である。図５（ａ）
が必要な信号成分Ｓ_M”と同じく「周期２」で変化する
信号を示すのに対し、図５（ｂ）は、コヒーレントノイ
ズ成分Ｓ₁₁₃”、Ｓ₁₁₄”、Ｓ₁₁₅”、Ｓ₁₂₁”、Ｓ₁₂₄”
と同じく「周期１」で変化する信号を示し、図５（ｃ）
は、コヒーレントノイズ成分Ｓ₁₁₁”、Ｓ₁₁₂”、
Ｓ₁₂₃”、Ｓ₁₂₅”と同じく「周期３」で変化する信号を
示し、図５（ｄ）は、コヒーレントノイズ成分Ｓ₁₂₂”
と同じく「周期５」で変化する信号を示す（但し、図５
に示した振幅および位相は何れも意味を持たない）。

【００６７】したがって、上記フリンジスキャン時に撮
像素子７６から出力される蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、
Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ₆、Ｂ₇（実測値）には、「周期２」
で変化する必要な信号成分Ｂ₁₀、Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、Ｂ₁₃、Ｂ
₁₄、Ｂ₁₅、Ｂ₁₆、Ｂ₁₇（図５（ａ）参照）と、「周期
１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ₂₀”、
Ｂ₂₁”、Ｂ₂₂”、Ｂ₂₃”、Ｂ₂₄”、Ｂ₂₅”、Ｂ₂₆”、Ｂ
₂₇”（図５（ｂ）参照）と、「周期３」で変化するコヒ
ーレントノイズ成分Ｂ₃₀”、Ｂ₃₁”、Ｂ₃₂”、Ｂ₃₃”、
Ｂ ₃₄”、Ｂ₃₅”、Ｂ₃₆”、Ｂ₃₇”（図５（ｃ）参照）
と、「周期５」で変化するコヒーレントノイズ成分
Ｂ₄₀、Ｂ₄₁、Ｂ₄₂、Ｂ₄₃、Ｂ₄₄、Ｂ₄₅、Ｂ₄₆、Ｂ₄₇（図
５（ｄ）参照）が重ね合わされていると考えられる。す
なわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積デー
タＢ_k（実測値）を表すと、Ｂ_k＝Ｂ_1k＋Ｂ_2k”＋Ｂ _3k”
＋Ｂ_4kとなる。

【００６８】さて、上記したように本実施形態では、式
（９）が使用される。この式（９）は、上記第１実施形
態において使用されたものと同じである。すなわち、コ
ヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下では、
式（８ａ）と等価な初期位相差φ₀の算出式である。こ
こで、必要な信号成分Ｂ₁₀、Ｂ₁₁、Ｂ₁₂、Ｂ₁₃、Ｂ₁₄、
Ｂ₁₅、Ｂ₁₆、Ｂ₁₇については、その変化周期から、Ｂ₁₀
＝Ｂ₁₄、Ｂ₁₁＝Ｂ₁₅、Ｂ₁₂＝Ｂ₁₆、Ｂ₁₃＝Ｂ ₁₇が成立す
る（図５（ａ）参照）。また、コヒーレントノイズ成分
Ｂ₂₀”、Ｂ₂₁”、Ｂ₂₂”、Ｂ₂₃”、Ｂ₂₄”、Ｂ₂₅”、Ｂ
₂₆”、Ｂ₂₇”については、Ｂ₂₀”＋Ｂ ₂₄”＝Ｂ₂₁”＋Ｂ
₂₅”＝Ｂ₂₂”＋Ｂ₂₆”＝Ｂ₂₃”＋Ｂ₂₇”＝Ｂ_v1が成立し
（図５（ｂ）参照）、コヒーレントノイズ成分Ｂ₃₀”、
Ｂ₃₁”、Ｂ₃₂”、Ｂ₃₃”、Ｂ₃₄”、Ｂ₃₅”、Ｂ₃₆”、Ｂ
₃₇”については、Ｂ₃₀”＋Ｂ₃₄”＝Ｂ₃₁”＋Ｂ₃₅”＝Ｂ
₃₂”＋Ｂ₃₆”＝Ｂ₃₃”＋Ｂ₃₇”＝Ｂ_v3が成立し（図５
（ｃ）参照）、また、コヒーレントノイズ成分Ｂ₄₀、Ｂ
₄₁、Ｂ₄₂、Ｂ₄₃、Ｂ₄₄、Ｂ₄₅、Ｂ₄₆、Ｂ₄₇については、
Ｂ₄₀＋Ｂ₄₄＝Ｂ₄₁＋Ｂ₄₅＝Ｂ₄₂＋Ｂ₄₆＝Ｂ₄₃＋Ｂ₄₇＝Ｂ
_v5が成立する（図５（ｄ）参照）。

【００６９】このとき、式（９）の右辺に、蓄積データ
Ｂ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ ₆、Ｂ₇（実測値）を
当てはめると、下式（１１）に明らかなように、コヒー
レントノイズ成分（Ｂ₂₀”、Ｂ₂₁”、Ｂ₂₂”、Ｂ₂₃”、
Ｂ₂₄”、Ｂ₂₅”、Ｂ₂₆”、Ｂ ₂₇”、Ｂ₃₀”、Ｂ₃₁”、Ｂ
₃₂”、Ｂ₃₃”、Ｂ₃₄”、Ｂ₃₅”、Ｂ₃₆”、Ｂ₃₇”、
Ｂ ₄₀、Ｂ₄₁、Ｂ₄₂、Ｂ₄₃、Ｂ₄₄、Ｂ₄₅、Ｂ₄₆、Ｂ₄₇）は
全て消去される。

【数１１】 すなわち、式（９）では、４バケット法の式（８ａ）と
は異なり、基づくべき蓄積データが（必要な信号成分Ｂ
_1kの）２周期分に増えているので、各成分の周期的な性
質によって、コヒーレントノイズ成分Ｂ_2k”、Ｂ_3k”、
Ｂ_4kが除去されて必要な信号成分Ｂ_1kのみが残留する。
したがって、本実施形態における式（９）によれば、蓄
積データＢ_k（実測値）にコヒーレントノイズ成分
Ｂ_2k”、Ｂ_3k”、Ｂ_4kが如何なる強度で重畳されていよ
うとも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ₀が求
められる。

【００７０】以上説明したように、本実施形態では、被
検面７２と参照面７３のそれぞれを移動量比３：１に保
ちつつ移動させることにより、コヒーレントノイズ成分
の強度変化周期を必要な信号成分の強度変化周期とは異
なるものとし、かつ、式（９）の適用によって、このよ
うなコヒーレントノイズ成分の影響を確実に除去するこ
とができる。この結果、被検面７２の形状測定が高精度
化される。

【００７１】なお、本実施形態においては、被検面７２
と参照面７３の移動量比を１：３に代えてもよい。この
場合にも、３：１とした場合と同様に形状測定が高精度
化される。 ＜第３実施形態＞次に、図２、図６に基づいて本発明の
第３実施形態を説明する。ここでは、第１実施形態や第
２実施形態との相違点についてのみ説明する。

【００７２】（第３実施形態の構成）図６は、本実施形
態の干渉計測装置３０の構成図である。干渉計装置３０
は、上記第１実施形態や第２実施形態の干渉計測装置１
０、２０（なお、干渉計７５はマイケルソン型干渉計で
ある。）とは異なり、フィゾー型干渉計３５が適用され
ている。

【００７３】フィゾー型干渉計３５は、光源３１、ビー
ムエキスパンダ３５ａ、ビームスプリッタ３５ｂ、ヌル
レンズ３５ｄ、結像レンズ３５ｃ、撮像素子３６等を有
する。フィゾー型干渉計３５において、光源３１から出
射された光は、ビームエキスパンダ３５ａ、ビームスプ
リッタ３５ｂを介してヌルレンズ３５ｄに入射する。ヌ
ルレンズ３５ｄに入射した光束は、所定位置に配置され
たフィゾー面３３（フィゾー型干渉計の参照面であ
る。）に入射する。

【００７４】フィゾー面３３に入射した光束は、一部が
フィゾー面３３で反射して参照光３３ａとなり、他の一
部がフィゾー面を透過した後所定位置に配置された被検
面３２で反射して被検光３２ａとなる。参照光３３ａ
は、ヌルレンズ３５ｄ、ビームスプリッタ３５ｂ、結像
レンズ３５ｃを経た後、撮像素子３６に入射し、一方、
被検光３２ａは、フィゾー面３３、ヌルレンズ３５ｄ、
ビームスプリッタ３５ｂ、結像レンズ３５ｃを経た後、
撮像素子３６に入射する。そして、これら参照光３３ａ
と被検光３２ｂとは干渉して撮像素子３６上に干渉縞を
成す。

【００７５】このフィゾー型干渉計３５とマイケルソン
型干渉計（図１符号７５）との相違は、参照光３３ａの
光路と、被検光３２ａの光路とが共通している点にある
（但し光路長は異なる）。このため、フィゾー型干渉計
３５は、参照光３３ａの光路の環境と被検光３２ａの光
路の環境とをほぼ一致させることができるので、特に高
精度が要求される計測に適している。

【００７６】そして、このフィゾー型干渉計３５を備え
た干渉計測装置３０には、２つの移動機構３７２および
移動機構３７３と、制御回路３８と、演算回路３９とが
備えられる。

【００７７】移動機構３７２は、被検光３２ａの光路の
光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に
応じた距離だけ被検面３２を光軸方向へ移動させるもの
であり、移動機構３７３は、参照光３３ａの光路の光学
的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じ
た距離だけ参照面３３を光軸方向に移動させるものであ
る。これら移動機構３７２、３７３は、例えばピエゾ素
子などからなり、本実施形態では、互いに同じ特性のも
のが使用されるとする。

【００７８】撮像素子３６は、ＣＣＤ型撮像素子などで
あり、制御回路３８により駆動されると、各画素におい
て入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔ_c毎に蓄積
し、入射光強度の時間Ｔ_cに亘る時間積分値を示す信号
である蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実測値）を
順次出力する。制御回路３８は、フリンジスキャン時
に、移動機構３７３、３７２のそれぞれに対して所定の
パターンで駆動電圧を印加し、参照面３３と被検面３２
とをそれぞれ所定のパターンで移動させる。また制御回
路３８は、このときに撮像素子３６を駆動し、撮像素子
３６から出力される蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・
（実測値）を演算回路３９に与える。

【００７９】演算回路３９は、所定状態（例えばフリン
ジスキャン開始時の初期状態）における参照光３３ａと
被検光３２ａとの間の位相差（例えば初期位相差φ₀）
を求める際に、蓄積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、・・・（実
測値）に対して所定の演算を施す。なお、この演算回路
３９は、干渉計測装置３０の外部に備えられていてもよ
い。また、この演算回路３９に代えて、演算回路３９と
同じ動作をするコンピュータを利用してもよい。

【００８０】（第３実施形態の動作）本実施形態では、
第１実施形態と同様、フリンジスキャンの際に、被検面
３２の移動量とフィゾー面３３（参照面）の移動量との
比を１：−１に保ちつつ、被検光３２ａと参照光３３ａ
の光学的距離の差を少なくとも光源３１から出射される
光の２波長分（位相差にして２周期分）変化させる（図
２（ａ）参照）。また、フィゾー面３３（参照面）の位
置と被検面３２の位置とが何れも十分な精度で時間に対
して直線的に変化し、かつ単位時間Ｔｃ当たりの被検光
３２ａと参照光３３ａとの位相差変化量２πａがπ／２
となるよう（すなわち、ａ＝１／４となるよう）設定さ
れる（図（ａ）参照）。

【００８１】すなわち、制御回路３８は、制御回路１８
と同様に、８Ｔ_cの期間中に、移動機構３７に与える駆
動電圧を時間に応じて変化させて、フィゾー面３３（参
照面）を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動
機構３７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被
検面３２を−１／２波長分均等に移動させる（なお、移
動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の
相違に対応する。ただし、どちらの方向を正にとっても
よい）。

【００８２】このフリンジスキャンの結果、蓄積データ
Ｂ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ ₆、Ｂ₇（実測値）が
得られる（図２（ｂ）参照）。そして、演算回路３９
は、初期位相差φ₀を求める際に、これら２周期分の蓄
積データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ₆、Ｂ₇（実
測値）に対して、上式（９）を適用する（図２（ｃ）参
照）。

【００８３】（第３実施形態におけるコヒーレントノイ
ズ成分の振る舞い）ここで、図６に示すフィゾー型干渉
計３５と、図１、図７に示す干渉計７５（マイケルソン
型干渉計である。）との相違は、上記したように光路が
一部重なっているか否かの相違のみであるので、干渉計
測装置３０においてコヒーレントノイズ成分に関係する
ノイズ光の種類は、干渉計測装置１０、２０、７０にお
けるノイズ光の種類と同じである。

【００８４】すなわち、図６に細線で示したように、光
源３１からの出射光の一部であってフィゾー型干渉計３
５内の必要反射面以外の何れかの箇所で反射して被検面
３２やフィゾー面３３を介することなく被検光３２ａや
参照光３３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｂ
（Ｎ））、被検面３２またはフィゾー面３３からの反射
光の一部であってフィゾー型干渉計３５内の光源３１の
射出口やその他の光学系の表面などで反射して再び被検
面３２またはフィゾー面３３に向かい、被検面３２やフ
ィゾー面３３で反射した後に被検光３２ａや参照光３３
ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ
光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ
（ＲＮＷ））である。

【００８５】なお、括弧内に示したアルファベットは、
反射経路を示す。すなわち、被検面３２の反射経路が
Ｗ、フィゾー面３３の反射経路がＲ、フィゾー型干渉計
３５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される。ま
た、フィゾー型干渉計３５内の何れかの箇所の反射率
は、被検面３２やフィゾー面３３の反射率と比較して十
分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光に
ついては無視する。

【００８６】そして、第１実施形態と同様のパターンで
被検面３２とフィゾー面３３（参照面）とのそれぞれを
移動させる本実施形態では、各光の光路差、および光路
差変化量は、第１実施形態と同様、表１に示す通りとな
る。すなわち、本実施形態でも、各コヒーレントノイズ
成分Ｓ₁₁₁〜Ｓ₁₂₅の強度変化周期と必要な信号成分Ｓ_M
の強度変化周期とに第１実施形態と同様の差異が設けら
れる。

【００８７】この結果、上記第１実施形態の説明中に記
載したのと同じ理由で、式（９）によってコヒーレント
成分の影響を受けずに初期位相差φ₀が求められる。以
上説明したように、本実施形態では、フィゾー型干渉計
３５が適用された干渉計測装置３０において、第１実施
形態と同様のパターンで被検面３２とフィゾー面３３
（参照面）のそれぞれを移動させ、かつ、式（９）を適
用することによって、コヒーレントノイズ成分の影響を
確実に除去することができる。この結果、被検面３２の
形状測定が高精度化される。

【００８８】なお、本実施形態においては、被検面３２
とフィゾー面３３（参照面）の移動量比を、第２実施形
態と同様の３：１または１：３に代えてもよい。この場
合にも、上記第２実施形態の説明中に記載したのと同じ
理由で、形状測定が高精度化される。 ＜その他＞上記各実施形態においては、必要な信号成分
が偶数周期変化する間にコヒーレントノイズ成分が整数
周期（但し、必要な信号成分とは異なる周期）変化する
のであれば、被検面７２、３２、参照面７３、３３のそ
れぞれを如何なるパターンで移動させてもよい。このよ
うな周期関係を実現させる移動パターンであれば、上式
（９）によって確実にコヒーレントノイズ成分の影響を
除去できる。ただし、被検面７２、３２と参照面７３
（フィゾー面３３）の移動量比は１：−１とすることが
これらの面の移動距離の合計を小さく抑えられる点で好
ましい。次いで、この移動量比を３：１または１：３と
することが好ましい。この結果、干渉計測装置の大型化
が抑えられる。

【００８９】また、上記各実施形態においては、取得す
る蓄積データの数を８個に代えて９個とする（すなわち
フリンジスキャンは少なくとも位相差にして（２＋１／
４）周期分行われる。）と共に、式（９）に代えて式
（１２）を適用してもよい。この式（１２）は、上記し
た５バケット法の式（８ｂ）と同様に式（４）から導か
れる初期位相差φ₀の算出式である。したがって、式
（１２）は、コヒーレントノイズ成分が発生しないとの
仮定の下では、式（８ｂ）と等価である。

【数１２】 因みに、この式（１２）の右辺に、上記各実施形態にお
いて説明したようにコヒーレント成分が重畳された蓄積
データＢ₀、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃、Ｂ₄、Ｂ₅、Ｂ₆、Ｂ₇、Ｂ₈
（実測値）を当てはめると、下式（１３）に示すよう
に、コヒーレントノイズ成分に相当する項は全て消去さ
れる。

【数１３】 すなわち、式（１２）では、５バケット法の式（８ｂ）
とは異なり、基づくべき蓄積データが（必要な信号成分
の）２周期分に増えているので、各成分の周期的な性質
によって、コヒーレントノイズ成分が除去されて必要な
信号成分のみが残留する。

【００９０】したがって、上記各実施形態に適用された
式（１２）によれば、蓄積データＢ _k（実測値）にコヒ
ーレントノイズ成分が如何なる強度で重畳されていよう
とも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ₀が求め
られる。また、上記各実施形態においては、コヒーレン
トノイズ成分を消去することができるのであれば、如何
なる数の蓄積データに基づく演算式を適用してもよい。

【００９１】さらには、上記各実施形態において、必要
な信号成分とコヒーレントノイズ成分との周期に差異を
与えるようなパターンで参照面と被検面とを移動させ、
かつ必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分とを分離
または消去することができるのであれば、如何なる移動
パターンと、如何なる演算式とが組み合わされてもよ
い。

【００９２】また、上記各実施形態において説明したよ
うに、移動機構１７と移動機構７７との間、または移動
機構３７３と移動機構３７２との間で、同じ特性のピエ
ゾ素子を適用すると、上記したフリンジスキャンを実現
するための駆動電圧の設定が容易である点で好ましい
が、十分な精度で所望のフリンジスキャンを実現できる
のであれば、異なる特性のピエゾ素子を適用してもよ
い。

【００９３】特に、上記各実施形態におけるピエゾ素子
として、伸縮量を測定しながら駆動電圧を制御できるフ
ィードバック機構を備えたピエゾ素子を適用すると、そ
の伸縮の直線性を高くすることができ、時間に対して参
照面及び被検面の位置が高精度で直線的に変化させるこ
とができるので、高精度の計測が可能となる。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コヒーレントノイズ成分による影響が確実に低減するの
で、形状情報を高精度に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態および第２実施形態の干渉計測装
置の構成図である。

【図２】第１実施形態、第２実施形態、および第３実施
形態の動作を説明する図である。

【図３】第１実施形態における各コヒーレントノイズ成
分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図であ
る。

【図４】従来例における各コヒーレントノイズ成分と必
要な信号成分との変化の仕方を比較する図である。

【図５】第２実施形態における各コヒーレントノイズ成
分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図であ
る。

【図６】第３実施形態の干渉計測装置の構成図である。

【図７】従来の干渉計測装置の構成図である。

【図８】従来の干渉計測装置の動作を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０、２０、３０ 干渉計測装置 １８、２８、３８ 制御回路 １９、３９ 演算回路 １７、７７、３７３、３７２ 移動機構 ３１、７１ 光源 ３２、７２ 被検面 ３３ フィゾー面（参照面） ７３ 参照面 ３５ フィゾー型干渉計 ７５ 干渉計 ７４ 干渉光学系 ３５ａ、７４ａ ビームエキスパンダ ３５ｂ ７４ｂ ビームスプリッタ ３５ｃ、７４ｃ 結像レンズ ３５ｄ ヌルレンズ ３６、７６ 撮像素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA09 AA15 CC01 EE05 FF01 GG12 GG22 GG70 HH08 JJ01 KK01 2F065 AA02 AA04 AA06 AA54 DD03 DD04 EE06 FF51 GG01 HH03 JJ03 JJ26 LL09 LL46 LL57 MM02 NN08 QQ21 QQ29 QQ32 QQ34

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射された光を被検面と参照面
   との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射する
   ことにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射
   することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系
   と、 前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置さ
   れ、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子
   と を備えた干渉計による干渉計測方法であって、 前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の
   際に、前記被検光光路の光学的距離と、前記参照光光路
   の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時
   に変化させることによって、前記干渉信号のうち、前記
   参照光と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必
   要な信号成分の強度変化周期と、前記被検光光路および
   前記参照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイ
   ズ光が前記被検光または前記参照光に干渉することによ
   り生じるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、
   差異を設ける変調走査手順と、 前記変調走査手順が行われているときに前記受光素子か
   ら出力される干渉信号に基づき、所定の状態における前
   記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情
   報として求める算出手順とを有することを特徴とする干
   渉計測方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の干渉計測方法におい
   て、 前記変調走査手順では、 前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光
   路の光学的距離の変化量との比が１：−１に保たれるこ
   とを特徴とする干渉計測方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の干渉計測方法におい
   て、 前記変調走査手順では、 前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光
   路の光学的距離の変化量との比が１：３または３：１に
   保たれることを特徴とする干渉計測方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載
   の干渉計測方法において、 前記変調走査手順では、 前記走査が、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化
   の２周期分行われ、 前記算出手順では、 前記被検面の形状情報が、少なくとも前記必要な信号成
   分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づ
   いて求められることを特徴とする干渉計測方法。
5. 【請求項５】 光源から出射された光を被検面と参照面
   との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射する
   ことにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射
   することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系
   と、 前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置さ
   れ、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子
   と、 前記被検光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的
   距離との双方を同時に移動させる移動手段と、 前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の
   際に、前記移動手段を動作させて、前記被検光光路の光
   学的距離と前記参照光光路の光学的距離との双方をそれ
   ぞれ所定のパターンで同時に変化させることにより、前
   記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光との間の位
   相差に応じて変化する必要な信号成分の強度変化周期
   と、前記被検光光路および前記参照光光路の少なくとも
   一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光または前記
   参照光に干渉することにより生じるコヒーレントノイズ
   成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走査手段
   と、 前記変調走査手段による走査中に前記受光素子から出力
   される干渉信号に基づき、所定の状態における前記被検
   光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報とし
   て求める算出手段とを備えたことを特徴とする干渉計測
   装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の干渉計測装置におい
   て、 前記変調走査手段は、 前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光
   路の光学的距離の変化量との比を１：−１に保つことを
   特徴とする干渉計測装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の干渉計測装置におい
   て、 前記変調走査手段は、 前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光
   路の光学的距離の変化量との比を１：３または３：１に
   保つことを特徴とする干渉計測装置。
8. 【請求項８】 請求項５〜請求項７の何れか１項に記載
   の干渉計測装置において、 前記変調走査手段は、 前記走査を、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化
   の２周期分行い、 前記算出手段は、 前記被検面の形状情報を、少なくとも前記必要な信号成
   分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づ
   いて求めることを特徴とする干渉計測装置。