JP2002162214A - 開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法および測定波面形状補正方法 - Google Patents
開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法および測定波面形状補正方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】大型被観察体上を干渉計等の測定器により相対
的に走査し、測定された各小開口領域について該走査に
伴なって発生した並進誤差と傾き誤差を検出し、演算に
より補正してから開口合成処理を行うようにすること
で、各小開口領域のつなぎ合わせ処理において誤差が発
生せず、大型の被測定波面形状を求めることができる。 【構成】干渉計の開口を被観察体２上において走査し、
所定距離だけ走査する毎に干渉縞画像を取得する（Ｓ１
００）。次に、走査の前後の２つの縞画像データにフー
リエ変換を施し、該縞画像のキャリア周波数および複素
振幅を抽出し、走査案内による、各小開口形状の傾き誤
差および並進誤差を検出する（Ｓ１０１）。最後に、開
口合成法により、走査の誤差を補正し、その補正された
各干渉縞画像をつなぎあわせる（Ｓ１０２）。
的に走査し、測定された各小開口領域について該走査に
伴なって発生した並進誤差と傾き誤差を検出し、演算に
より補正してから開口合成処理を行うようにすること
で、各小開口領域のつなぎ合わせ処理において誤差が発
生せず、大型の被測定波面形状を求めることができる。 【構成】干渉計の開口を被観察体２上において走査し、
所定距離だけ走査する毎に干渉縞画像を取得する（Ｓ１
００）。次に、走査の前後の２つの縞画像データにフー
リエ変換を施し、該縞画像のキャリア周波数および複素
振幅を抽出し、走査案内による、各小開口形状の傾き誤
差および並進誤差を検出する（Ｓ１０１）。最後に、開
口合成法により、走査の誤差を補正し、その補正された
各干渉縞画像をつなぎあわせる（Ｓ１０２）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、開口合成による大
型被観察体の波面形状測定方法および大型被観察体の測
定波面形状補正方法に関し、特に、干渉縞等の縞情報に
より被観察体の波面形状を観察する際に、被観察体のサ
イズが測定装置の測定範囲よりも大きい場合に、被観察
体の観察位置を走査させる毎に縞を撮像し、各小開口縞
画像を解析し、該各小開口縞画像に対応した位相を求
め、最後にこれら複数の小開口位相を互いにつなぎ合わ
せて被観察体全体の波面形状を得る開口合成法を用いた
大型被観察体の波面形状測定方法および大型被観察体の
測定波面形状補正方法に関するものである。
型被観察体の波面形状測定方法および大型被観察体の測
定波面形状補正方法に関し、特に、干渉縞等の縞情報に
より被観察体の波面形状を観察する際に、被観察体のサ
イズが測定装置の測定範囲よりも大きい場合に、被観察
体の観察位置を走査させる毎に縞を撮像し、各小開口縞
画像を解析し、該各小開口縞画像に対応した位相を求
め、最後にこれら複数の小開口位相を互いにつなぎ合わ
せて被観察体全体の波面形状を得る開口合成法を用いた
大型被観察体の波面形状測定方法および大型被観察体の
測定波面形状補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
に、干渉計等の測定器においては、その開口より大きい
大型工作物の表面形状を測定する際には、この測定器の
小開口により大型工作物の表面を走査し、得られた多数
の小開口形状の測定画像をつなげて、大型工作物の表面
形状を得るという開口合成法を利用している。しかし、
測定器の小開口の走査により得られた多数の測定画像を
つなぎ合わせる場合には、上記走査中の並進誤差と傾き
誤差による影響で、各測定画像を高精度につなぎ合わせ
ることが極めて困難である。
に、干渉計等の測定器においては、その開口より大きい
大型工作物の表面形状を測定する際には、この測定器の
小開口により大型工作物の表面を走査し、得られた多数
の小開口形状の測定画像をつなげて、大型工作物の表面
形状を得るという開口合成法を利用している。しかし、
測定器の小開口の走査により得られた多数の測定画像を
つなぎ合わせる場合には、上記走査中の並進誤差と傾き
誤差による影響で、各測定画像を高精度につなぎ合わせ
ることが極めて困難である。
【０００３】このような、測定器における開口合成につ
いての問題を解決する試みはなされているものの良好な
具体策は見出されておらず、簡易かつ高精度な解決手法
の開発が望まれていた。
いての問題を解決する試みはなされているものの良好な
具体策は見出されておらず、簡易かつ高精度な解決手法
の開発が望まれていた。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、開口合成法を用い、多数の小開口形状の測定画像を
つなげて、大型工作物の表面形状を得る場合に、各測定
波面形状毎の並進誤差と傾き誤差の影響を排除して高精
度な測定波面形状のつなぎ合わせが可能な開口合成法に
よる大型被観察体の波面形状測定方法および大型被観察
体の測定波面形状補正方法を提供することを目的とする
ものである。
り、開口合成法を用い、多数の小開口形状の測定画像を
つなげて、大型工作物の表面形状を得る場合に、各測定
波面形状毎の並進誤差と傾き誤差の影響を排除して高精
度な測定波面形状のつなぎ合わせが可能な開口合成法に
よる大型被観察体の波面形状測定方法および大型被観察
体の測定波面形状補正方法を提供することを目的とする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の、請求項１に係
る開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法は、
空間的に連続する複数枚の前記被観察体の波面形状情報
を担持した縞画像の各々に基づき縞解析を用いて要素位
相データを得た後、得られた各要素位相データを開口合
成によりつなぎ合わせて測定器の観察可能領域よりも面
積の大きい被観察体の波面形状を測定する開口合成によ
る大型被観察体の波面形状測定方法において、前記各要
素位相データを取得する際には、前記縞画像にキャリア
縞を重畳させ被観察体の波面形状情報を担持した、互い
に隣接する複数のキャリア縞画像の全体または一部にフ
ーリエ変換を施し、その変換結果に基づいて演算を行
い、前記相対的走査に伴なう誤差を検出しておき、前記
互いに隣接する複数の要素位相データについての前記相
対的走査に伴なう誤差を、前記検出値に基づいて補正し
た後、これら互いに隣接する複数の要素位相データを接
続することを特徴とするものである。
る開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法は、
空間的に連続する複数枚の前記被観察体の波面形状情報
を担持した縞画像の各々に基づき縞解析を用いて要素位
相データを得た後、得られた各要素位相データを開口合
成によりつなぎ合わせて測定器の観察可能領域よりも面
積の大きい被観察体の波面形状を測定する開口合成によ
る大型被観察体の波面形状測定方法において、前記各要
素位相データを取得する際には、前記縞画像にキャリア
縞を重畳させ被観察体の波面形状情報を担持した、互い
に隣接する複数のキャリア縞画像の全体または一部にフ
ーリエ変換を施し、その変換結果に基づいて演算を行
い、前記相対的走査に伴なう誤差を検出しておき、前記
互いに隣接する複数の要素位相データについての前記相
対的走査に伴なう誤差を、前記検出値に基づいて補正し
た後、これら互いに隣接する複数の要素位相データを接
続することを特徴とするものである。
【０００６】また、前記相対的走査に伴なう誤差は、前
記複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリエ変
換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢のず
れに伴って変化するキャリア周波数を求め、複数の該キ
ャリア周波数に基づき演算を行って求められる、該被観
察体と該測定器との相対的な傾き量とすることが可能で
ある。
記複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリエ変
換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢のず
れに伴って変化するキャリア周波数を求め、複数の該キ
ャリア周波数に基づき演算を行って求められる、該被観
察体と該測定器との相対的な傾き量とすることが可能で
ある。
【０００７】また、前記相対的走査に伴なう誤差は、前
記複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリエ変
換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢のず
れに伴って変化する複素振幅を求め、複数の該複素振幅
に基づき演算を行って求められる該被観察体と該測定器
との相対的な並進誤差であることが可能である。
記複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリエ変
換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢のず
れに伴って変化する複素振幅を求め、複数の該複素振幅
に基づき演算を行って求められる該被観察体と該測定器
との相対的な並進誤差であることが可能である。
【０００８】また、前記相対的走査に伴なう誤差は、前
記複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリエ変
換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢のず
れに伴って変化するキャリア周波数および複素振幅を求
め、複数の該キャリア周波数および複数の該複素振幅に
基づき演算を行って求められる、前記被観察体と該測定
器との相対的な傾き量および並進誤差であることが可能
である。
記複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリエ変
換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢のず
れに伴って変化するキャリア周波数および複素振幅を求
め、複数の該キャリア周波数および複数の該複素振幅に
基づき演算を行って求められる、前記被観察体と該測定
器との相対的な傾き量および並進誤差であることが可能
である。
【０００９】また、本発明の大型被観察体の波面測定形
状補正方法は、開口合成による大型被観察体の波面形状
測定方法において、前記検出が行われた後、前記被観察
体の波面形状情報を担持した縞画像の縞解析において、
前記検出された傾き量および並進誤差を補償する補正演
算を行うことを特徴とするものである。
状補正方法は、開口合成による大型被観察体の波面形状
測定方法において、前記検出が行われた後、前記被観察
体の波面形状情報を担持した縞画像の縞解析において、
前記検出された傾き量および並進誤差を補償する補正演
算を行うことを特徴とするものである。
【００１０】なお、本発明に係る前述した各方法は、フ
ーリエ変換法を用いた縞画像解析手法全般に適用可能で
あり、例えば干渉縞やモアレ縞の解析、あるいは縞投影
による３次元プロジェクタ等にも適用可能である。ここ
で、波面形状とは、表面形状のみならず、透過波面形状
（例えば厚みムラ、屈折率分布、レンズの収差等）も含
むものとする。
ーリエ変換法を用いた縞画像解析手法全般に適用可能で
あり、例えば干渉縞やモアレ縞の解析、あるいは縞投影
による３次元プロジェクタ等にも適用可能である。ここ
で、波面形状とは、表面形状のみならず、透過波面形状
（例えば厚みムラ、屈折率分布、レンズの収差等）も含
むものとする。
【００１１】
【作用】上記本発明の開口合成による大型被観察体の波
面形状測定方法および大型被観察体の測定波面形状補正
方法は、本願発明者等が既に発明し開示している下記出
願にヒントを得て、長年未解決のままであった開口合成
の課題を解決するに到ったものである。
面形状測定方法および大型被観察体の測定波面形状補正
方法は、本願発明者等が既に発明し開示している下記出
願にヒントを得て、長年未解決のままであった開口合成
の課題を解決するに到ったものである。
【００１２】すなわち、本願発明者は、走査案内により
得られた隣接する小領域の縞画像データに対してフーリ
エ変換を施す場合に、被観察体からの波面と基準からの
波面とのずれに伴って発生するキャリア周波数および／
または複素振幅を求め、走査前後の複数の該キャリア周
波数および／または複数の該複素振幅に基づき演算を行
って、前記被観察体と前記基準との相対的な傾き量およ
び／または変位量を求める手法を発明し、既に開示して
いる（特願2000-277444号）。
得られた隣接する小領域の縞画像データに対してフーリ
エ変換を施す場合に、被観察体からの波面と基準からの
波面とのずれに伴って発生するキャリア周波数および／
または複素振幅を求め、走査前後の複数の該キャリア周
波数および／または複数の該複素振幅に基づき演算を行
って、前記被観察体と前記基準との相対的な傾き量およ
び／または変位量を求める手法を発明し、既に開示して
いる（特願2000-277444号）。
【００１３】この技術は、被観察体と基準との相対的な
傾き量および／または変位量を簡易かつ高精度で求める
ことが可能である。そこで、本発明方法においては、上
記開示発明を応用して、隣接する各開口波面形状の相対
的な傾き誤差および／または並進誤差を測定し、この測
定結果に基づき該誤差を補正し、高精度な波面形状を得
ることを可能としている。
傾き量および／または変位量を簡易かつ高精度で求める
ことが可能である。そこで、本発明方法においては、上
記開示発明を応用して、隣接する各開口波面形状の相対
的な傾き誤差および／または並進誤差を測定し、この測
定結果に基づき該誤差を補正し、高精度な波面形状を得
ることを可能としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る開
口合成による大型被観察体の形状測定方法および測定形
状補正方法について図面を用いて説明する。なお、本実
施形態方法は、位相シフト干渉計装置に適用した場合を
例にあげて説明する。
口合成による大型被観察体の形状測定方法および測定形
状補正方法について図面を用いて説明する。なお、本実
施形態方法は、位相シフト干渉計装置に適用した場合を
例にあげて説明する。
【００１５】また、本実施形態方法は、被観察体のサイ
ズが干渉計装置の口径サイズよりも大きく、干渉計と被
観察体とを互いに走査しながら複数枚の干渉縞画像デー
タを取得し、これを開口合成によりつなぎ合せる場合に
適用し得るものである。
ズが干渉計装置の口径サイズよりも大きく、干渉計と被
観察体とを互いに走査しながら複数枚の干渉縞画像デー
タを取得し、これを開口合成によりつなぎ合せる場合に
適用し得るものである。
【００１６】図１は本発明の実施形態方法を概略的に示
すフローチャートであり、図２は図１に示す実施形態方
法を実施するための干渉計装置を示すものである。すな
わち、干渉計の開口を被観察体２上において走査し、所
定距離だけ走査する毎に干渉縞画像を取得する（Ｓ１０
０）。次に、走査の前後の２つの縞画像データにフーリ
エ変換を施し、該縞画像のキャリア周波数および複素振
幅を抽出し、走査案内による、各小開口形状の傾き誤差
および並進誤差を検出する（Ｓ１０１）。最後に、図３
に示す如く、開口合成法により、走査案内の誤差を補正
し、その補正された各小開口形状をつなぎあわせる（Ｓ
１０２）。
すフローチャートであり、図２は図１に示す実施形態方
法を実施するための干渉計装置を示すものである。すな
わち、干渉計の開口を被観察体２上において走査し、所
定距離だけ走査する毎に干渉縞画像を取得する（Ｓ１０
０）。次に、走査の前後の２つの縞画像データにフーリ
エ変換を施し、該縞画像のキャリア周波数および複素振
幅を抽出し、走査案内による、各小開口形状の傾き誤差
および並進誤差を検出する（Ｓ１０１）。最後に、図３
に示す如く、開口合成法により、走査案内の誤差を補正
し、その補正された各小開口形状をつなぎあわせる（Ｓ
１０２）。
【００１７】以下、上記ステップ１０１（Ｓ１０１）に
おける、走査案内に伴なう傾き誤差および並進誤差を検
出する方法およびその処理操作を図面を用いて説明す
る。
おける、走査案内に伴なう傾き誤差および並進誤差を検
出する方法およびその処理操作を図面を用いて説明す
る。
【００１８】この方法は、縞解析法を用いて被観察体表
面形状を求める手法において、被観察体２の表面と参照
（基準）面３との相対形状に基づき得られた該被観察体
２の表面形状情報を担持した縞画像データにフーリエ変
換を施し、走査前後の縞画像データのキャリア周波数と
複素振幅を求め、該キャリア周波数と該複素振幅に基づ
き、前記走査案内の相対傾斜誤差および走査案内の並進
誤差を検出するものであり、さらにこの後、前記縞画像
データの縞画像解析による前記検出された走査案内誤差
を補償する補正演算を行うものである。
面形状を求める手法において、被観察体２の表面と参照
（基準）面３との相対形状に基づき得られた該被観察体
２の表面形状情報を担持した縞画像データにフーリエ変
換を施し、走査前後の縞画像データのキャリア周波数と
複素振幅を求め、該キャリア周波数と該複素振幅に基づ
き、前記走査案内の相対傾斜誤差および走査案内の並進
誤差を検出するものであり、さらにこの後、前記縞画像
データの縞画像解析による前記検出された走査案内誤差
を補償する補正演算を行うものである。
【００１９】一般的に、フーリエ変換縞解析法はキャリ
ア周波数（被観察体２表面と参照面３との相対的な傾
斜）を導入することにより、一枚の縞画像のみで位相を
求めることができる。キャリア周波数を導入すると干渉
縞強度は次の式（１）で表される。
ア周波数（被観察体２表面と参照面３との相対的な傾
斜）を導入することにより、一枚の縞画像のみで位相を
求めることができる。キャリア周波数を導入すると干渉
縞強度は次の式（１）で表される。
【００２０】
【数１】
【００２１】ξは前述したように、λを光の波長、ｘを
被観察体２の表面の変位量としたとき、ξ＝２πｘ／λ
で表わせるから上式（１）は下式（２）のように変形で
きる。
被観察体２の表面の変位量としたとき、ξ＝２πｘ／λ
で表わせるから上式（１）は下式（２）のように変形で
きる。
【００２２】
【数２】 ただし、c*(x，y)はc(x，y)の共役である。
【００２３】
【数３】
【００２４】上式（２）をフーリエ変換すると、下式
（４）を得ることができる。
（４）を得ることができる。
【００２５】
【数４】
【００２６】ここで、被観察体２の表面の初期位相をξ
０、被観察体２の移動後の位相をξ １とすると、開始位
置における干渉縞画像データから下式（５）が得られ
る。
０、被観察体２の移動後の位相をξ １とすると、開始位
置における干渉縞画像データから下式（５）が得られ
る。
【００２７】
【数５】
【００２８】次に、被観察体２の移動後における干渉縞
画像データから下式（６）が得られる。
画像データから下式（６）が得られる。
【００２９】
【数６】
【００３０】これにより、下式（７）が得られる。
【００３１】
【数７】
【００３２】したがって、被観察体２移動前後の位相差
は下式（８）で表わされる。
は下式（８）で表わされる。
【００３３】
【数８】
【００３４】したがって、被観察体２の変位量は下式
（９）で表わされる。
（９）で表わされる。
【００３５】
【数９】
【００３６】また、所定の被観察体２の移動により得ら
れた各干渉縞画像毎に求めた変位量の平均を求めること
により高精度の変位(傾斜誤差および並進誤差)検出を行
なうことができる。なお、フーリエ変換縞解析法により
被観察体２の変位を検出する際には、必ずしも縞画像デ
ータ全体を用いる必要はなく、一部の縞画像データによ
っても充分に精度の高い変位検出を行なうことが可能で
ある。
れた各干渉縞画像毎に求めた変位量の平均を求めること
により高精度の変位(傾斜誤差および並進誤差)検出を行
なうことができる。なお、フーリエ変換縞解析法により
被観察体２の変位を検出する際には、必ずしも縞画像デ
ータ全体を用いる必要はなく、一部の縞画像データによ
っても充分に精度の高い変位検出を行なうことが可能で
ある。
【００３７】なお、上記ステップ１０１（Ｓ１０１）に
ついて、位相シフトの変位量検出補正方法に適用された
場合の一例を図４のフローチャートを用いて説明する。
ついて、位相シフトの変位量検出補正方法に適用された
場合の一例を図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３８】まず、空間キャリア縞が重畳された、被観
察体２の形状情報を担持してなる干渉縞画像をＣＣＤカ
メラ４により得る（Ｓ１）。次に、得られた干渉縞画像
データに対してフーリエ変換を施し（Ｓ２）、空間キャ
リア周波数（fx，fy）を抽出し（Ｓ３）、このキャリア
周波数に基づきフーリエ変換縞解析を行ない、後述する
複素振幅ｃ（x，y）を求める（Ｓ４）。次に、参照（基
準）面３の変位量を求め（Ｓ５）、これにより位相シフ
トの変位量を求めることができ（Ｓ６）、さらに位相シ
フト法による縞画像解析を行なう場合に、（Ｓ６）で求
めた変位量を補正し被観察体２の位相を求める（Ｓ
７）。
察体２の形状情報を担持してなる干渉縞画像をＣＣＤカ
メラ４により得る（Ｓ１）。次に、得られた干渉縞画像
データに対してフーリエ変換を施し（Ｓ２）、空間キャ
リア周波数（fx，fy）を抽出し（Ｓ３）、このキャリア
周波数に基づきフーリエ変換縞解析を行ない、後述する
複素振幅ｃ（x，y）を求める（Ｓ４）。次に、参照（基
準）面３の変位量を求め（Ｓ５）、これにより位相シフ
トの変位量を求めることができ（Ｓ６）、さらに位相シ
フト法による縞画像解析を行なう場合に、（Ｓ６）で求
めた変位量を補正し被観察体２の位相を求める（Ｓ
７）。
【００３９】なお、変位量検出補正方法ではなく傾斜量
検出補正方法に適用された場合も、図４に示す場合と同
様に表わされる。また、このように案内誤差を高精度に
検出することができるから、この誤差を高精度に補償す
る補正演算が可能である。
検出補正方法に適用された場合も、図４に示す場合と同
様に表わされる。また、このように案内誤差を高精度に
検出することができるから、この誤差を高精度に補償す
る補正演算が可能である。
【００４０】一般に、フーリエ変換方法においては、フ
ィルタリングによって、C(η−fx，ζ−fy)を求め、図
５に示す如く周波数座標系上の位置(fx ，fy)に存在す
るスペクトルのピークを座標原点に移動させ、キャリア
周波数を除去する。次に、逆フーリエ変換を用いてc
(x，y)を求めることにより、ラップ処理された位相が得
られる。次に、アンラップ処理によって被測定物の位相
Φ(x，y) が求められる。ここで、(fx ，fy) はキャリ
ア周波数であるが、被観察体２の表面と参照面３との間
には所定の角度関係（相対姿勢）、具体的には上記式
（１ａ）の関係が存在することに着目し、(fx ，fy) の
各値を求め、その値に基づき、被観察体２表面と参照面
３の間の角度関係を求める。
ィルタリングによって、C(η−fx，ζ−fy)を求め、図
５に示す如く周波数座標系上の位置(fx ，fy)に存在す
るスペクトルのピークを座標原点に移動させ、キャリア
周波数を除去する。次に、逆フーリエ変換を用いてc
(x，y)を求めることにより、ラップ処理された位相が得
られる。次に、アンラップ処理によって被測定物の位相
Φ(x，y) が求められる。ここで、(fx ，fy) はキャリ
ア周波数であるが、被観察体２の表面と参照面３との間
には所定の角度関係（相対姿勢）、具体的には上記式
（１ａ）の関係が存在することに着目し、(fx ，fy) の
各値を求め、その値に基づき、被観察体２表面と参照面
３の間の角度関係を求める。
【００４１】(fx ，fy) の各値は、上式（４）の結果か
ら、座標原点にある最大ピーク以外のサブピーク位置、
すなわち、C(η−fx ，ζ−fy)の位置を求めることで得
られる。これにより、被観察体２のＸ方向、Ｙ方向の傾
斜（姿勢）であるθxとθyを求めることができる。
ら、座標原点にある最大ピーク以外のサブピーク位置、
すなわち、C(η−fx ，ζ−fy)の位置を求めることで得
られる。これにより、被観察体２のＸ方向、Ｙ方向の傾
斜（姿勢）であるθxとθyを求めることができる。
【００４２】このように、フーリエ変換縞解析法を用い
ることで、被観察体２の姿勢（傾斜）を検出できる。な
お、フーリエ変換縞解析法により被観察体２の姿勢（傾
斜）を求める際には、縞画像の全領域を使う必要がな
く、一部の縞画像領域を解析することによっても充分に
有効なデータを得ることが可能である。
ることで、被観察体２の姿勢（傾斜）を検出できる。な
お、フーリエ変換縞解析法により被観察体２の姿勢（傾
斜）を求める際には、縞画像の全領域を使う必要がな
く、一部の縞画像領域を解析することによっても充分に
有効なデータを得ることが可能である。
【００４３】このように、ステップ１０１（Ｓ１０１）
における走査案内誤差検出は、ステップ１００（Ｓ１０
０）において得られた、図３に示すような各小開口画像
出力MIJ[N][M] (Ｘ方向番号I=0,1,2,…、Ｙ方向番号J=
0,1,2,…)のそれぞれについてなされる。すなわち、開
口のサイズがN×Mの干渉計により、サイズがL×Pである
大型被観察体２の表面の形状を測定するときには、隣接
する撮影画像との間で、例えばＸ方向、Ｙ方向に各々の
一定の領域を重ねあわせるようにして、複数個の測定出
力MIJ[N][M](I=0,1,2,…、J=0,1,2,…)が得られるが、
このようにして得られた各測定出力に対して、走査案内
の誤差の補正がなされる。
における走査案内誤差検出は、ステップ１００（Ｓ１０
０）において得られた、図３に示すような各小開口画像
出力MIJ[N][M] (Ｘ方向番号I=0,1,2,…、Ｙ方向番号J=
0,1,2,…)のそれぞれについてなされる。すなわち、開
口のサイズがN×Mの干渉計により、サイズがL×Pである
大型被観察体２の表面の形状を測定するときには、隣接
する撮影画像との間で、例えばＸ方向、Ｙ方向に各々の
一定の領域を重ねあわせるようにして、複数個の測定出
力MIJ[N][M](I=0,1,2,…、J=0,1,2,…)が得られるが、
このようにして得られた各測定出力に対して、走査案内
の誤差の補正がなされる。
【００４４】なお、上述した場合における干渉計の出力
値は、上記傾き誤差と並進誤差が含まれた下式（１０）
で表される。なお、この式（１０）においては参照面３
の誤差は考慮されていない。
値は、上記傾き誤差と並進誤差が含まれた下式（１０）
で表される。なお、この式（１０）においては参照面３
の誤差は考慮されていない。
【００４５】
【数１０】
【００４６】そして、上述した如くして補正された各干
渉縞画像データを、開口合成法を用いてつなぎあわせる
ことになるが、この場合には、上式（１０）を変形した
下式（１１）により、各小開口画像出力について、上記
傾き誤差と並進誤差を除去する補正がなされ、この状態
において各小開口画像が重なり領域（または対向する領
域）での複数点での位相関係に基づいてつなぎあわせら
れる。各小開口画像をつなぎあわせる、開口合成の具体
的な処理は干渉計開口合成の周知の技術（例えば特開平
4-290905号公報、特開平4-290906号公報）を用いて行わ
れる。
渉縞画像データを、開口合成法を用いてつなぎあわせる
ことになるが、この場合には、上式（１０）を変形した
下式（１１）により、各小開口画像出力について、上記
傾き誤差と並進誤差を除去する補正がなされ、この状態
において各小開口画像が重なり領域（または対向する領
域）での複数点での位相関係に基づいてつなぎあわせら
れる。各小開口画像をつなぎあわせる、開口合成の具体
的な処理は干渉計開口合成の周知の技術（例えば特開平
4-290905号公報、特開平4-290906号公報）を用いて行わ
れる。
【００４７】
【数１１】
【００４８】一般に、上記補正がなされない状態では、
各小開口形状毎に、各々異なる傾き誤差と並進誤差が生
じているから、隣接する２つの小開口形状をそのまま、
つなげると、その後の結果に大きな測定誤差が生じてし
まう。さらに、多数の小開口形状をつなげていくと、こ
の測定誤差は累積的に拡大してしまう。
各小開口形状毎に、各々異なる傾き誤差と並進誤差が生
じているから、隣接する２つの小開口形状をそのまま、
つなげると、その後の結果に大きな測定誤差が生じてし
まう。さらに、多数の小開口形状をつなげていくと、こ
の測定誤差は累積的に拡大してしまう。
【００４９】そこで、本実施形態方法によれば、干渉計
の走査案内により発生した並進誤差と傾き誤差を検出
し、演算により補正してから開口合成処理を行うように
しており、これによって、測定誤差のない大型の被測定
形状FIJ[N][M]を求めるようにしている。
の走査案内により発生した並進誤差と傾き誤差を検出
し、演算により補正してから開口合成処理を行うように
しており、これによって、測定誤差のない大型の被測定
形状FIJ[N][M]を求めるようにしている。
【００５０】また、傾き誤差については、隣接する互い
の領域に重なり部分を設けなくとも上記補正を行うこと
ができるが、一般的に、並進誤差については、隣接する
互いの領域における相対的な位置の基準が必要であるの
で、領域の重なり部分が必要である。
の領域に重なり部分を設けなくとも上記補正を行うこと
ができるが、一般的に、並進誤差については、隣接する
互いの領域における相対的な位置の基準が必要であるの
で、領域の重なり部分が必要である。
【００５１】上記実施形態方法においては、領域の重な
り部分は図３に示す如く、Ｘ方向、Ｙ方向各々が開口の
半分となるようにしているが、領域の重なり部分を他の
比率とすることも勿論可能であり、重なり部分を線とす
ることも可能である。
り部分は図３に示す如く、Ｘ方向、Ｙ方向各々が開口の
半分となるようにしているが、領域の重なり部分を他の
比率とすることも勿論可能であり、重なり部分を線とす
ることも可能である。
【００５２】このことは、上述した従来技術において、
隣接する領域が互いに面において重なり合うことを必要
としていることと相違する点である。なお、各被測定領
域毎に光反射率等が互いに異なることから、この差異を
考慮して開口合成時の解析処理を行うことが好ましい。
隣接する領域が互いに面において重なり合うことを必要
としていることと相違する点である。なお、各被測定領
域毎に光反射率等が互いに異なることから、この差異を
考慮して開口合成時の解析処理を行うことが好ましい。
【００５３】次に、本発明の実施形態方法を実施するた
めの装置について、上記図２、図６および図７を用いて
説明する。
めの装置について、上記図２、図６および図７を用いて
説明する。
【００５４】この装置は、上記実施形態方法を実施する
ためのもので、図２に示すように、マイケルソン型干渉
計１において、被観察体２表面と参照（基準）面３から
の両反射光束によって形成される干渉縞は、ＣＣＤカメ
ラ４のＣＣＤ素子の撮像面５において形成され、画像入
力基板６を介して、ＣＰＵおよび画像処理用のメモリを
搭載したコンピュータ７に入力され、入力された干渉縞
画像データに対して種々の演算処理が施され、その処理
結果はモニタ画面７Ａ上に表示される。なお、ＣＣＤカ
メラ４から出力される干渉縞画像データはＣＰＵの処理
により一旦メモリ内に格納されるようになっている。な
お、演算された結果に対応した出力がＤ／Ａ変換基板８
を介してピエゾ駆動部９に入力され、ＰＺＴ（ピエゾ素
子）アクチュエータ１０を駆動制御する。
ためのもので、図２に示すように、マイケルソン型干渉
計１において、被観察体２表面と参照（基準）面３から
の両反射光束によって形成される干渉縞は、ＣＣＤカメ
ラ４のＣＣＤ素子の撮像面５において形成され、画像入
力基板６を介して、ＣＰＵおよび画像処理用のメモリを
搭載したコンピュータ７に入力され、入力された干渉縞
画像データに対して種々の演算処理が施され、その処理
結果はモニタ画面７Ａ上に表示される。なお、ＣＣＤカ
メラ４から出力される干渉縞画像データはＣＰＵの処理
により一旦メモリ内に格納されるようになっている。な
お、演算された結果に対応した出力がＤ／Ａ変換基板８
を介してピエゾ駆動部９に入力され、ＰＺＴ（ピエゾ素
子）アクチュエータ１０を駆動制御する。
【００５５】コンピュータ７は、図６に示すように、ソ
フト的に、ＦＦＴ演算複素振幅演算手段１１、位相シフ
ト変位量検出手段１２および位相シフト変位量補正手段
１３を備えている。ＦＦＴ演算複素振幅演算手段１１
は、前述したように、得られた干渉縞画像データに対し
てフーリエ変換を施すとともにＦＦＴ演算複素振幅を抽
出するステップ３（Ｓ３）の処理を行うものであり、位
相シフト変位量検出手段１２は、前記ＦＦＴ演算複素振
幅演算手段１１において演算されたＦＦＴ演算複素振幅
に基づいて、上記ステップ４（Ｓ４）から上記ステップ
６（Ｓ６）に相当する処理を行うものである。さらに、
位相シフト変位量補正手段１３は、上記位相シフト変位
量検出手段１２において検出された変位量に基づいて該
変位量を補償し、被観察体２の誤差補正された位相を求
めるものである。
フト的に、ＦＦＴ演算複素振幅演算手段１１、位相シフ
ト変位量検出手段１２および位相シフト変位量補正手段
１３を備えている。ＦＦＴ演算複素振幅演算手段１１
は、前述したように、得られた干渉縞画像データに対し
てフーリエ変換を施すとともにＦＦＴ演算複素振幅を抽
出するステップ３（Ｓ３）の処理を行うものであり、位
相シフト変位量検出手段１２は、前記ＦＦＴ演算複素振
幅演算手段１１において演算されたＦＦＴ演算複素振幅
に基づいて、上記ステップ４（Ｓ４）から上記ステップ
６（Ｓ６）に相当する処理を行うものである。さらに、
位相シフト変位量補正手段１３は、上記位相シフト変位
量検出手段１２において検出された変位量に基づいて該
変位量を補償し、被観察体２の誤差補正された位相を求
めるものである。
【００５６】また、コンピュータ７は、図７に示すよう
に、ソフト的に、ＦＦＴ演算キャリア周波数演算手段２
１、傾斜量検出手段２２および傾斜量補正手段２３を備
えている。ＦＦＴ演算キャリア周波数演算手段２１は、
前述したように、得られた干渉縞画像データに対してフ
ーリエ変換を施すとともにＦＦＴ演算キャリア周波数
（fx，fy）を抽出するステップ１３（Ｓ１３）の処理を
行うものであり、傾斜量検出手段２２は、前記ＦＦＴ演
算キャリア周波数演算手段２１において演算されたＦＦ
Ｔ演算キャリア周波数に基づいて、上記ステップ１４
（Ｓ１４）に相当する処理を行うものである。さらに、
傾斜量補正手段２３は、上記傾斜量検出手段２２におい
て検出された参照面３の傾斜量に応じて、該傾斜量を補
償し、被観察体２の位相を求めるステップ１５、１６
(Ｓ１５、Ｓ１６)に相当する処理を行なうものである。
に、ソフト的に、ＦＦＴ演算キャリア周波数演算手段２
１、傾斜量検出手段２２および傾斜量補正手段２３を備
えている。ＦＦＴ演算キャリア周波数演算手段２１は、
前述したように、得られた干渉縞画像データに対してフ
ーリエ変換を施すとともにＦＦＴ演算キャリア周波数
（fx，fy）を抽出するステップ１３（Ｓ１３）の処理を
行うものであり、傾斜量検出手段２２は、前記ＦＦＴ演
算キャリア周波数演算手段２１において演算されたＦＦ
Ｔ演算キャリア周波数に基づいて、上記ステップ１４
（Ｓ１４）に相当する処理を行うものである。さらに、
傾斜量補正手段２３は、上記傾斜量検出手段２２におい
て検出された参照面３の傾斜量に応じて、該傾斜量を補
償し、被観察体２の位相を求めるステップ１５、１６
(Ｓ１５、Ｓ１６)に相当する処理を行なうものである。
【００５７】なお、上述した２つの実施形態方法（位相
シフト素子の誤差量検出、補正方法および傾斜量の検
出、補正方法）は、両者を１つの検査工程あるいは補正
工程において行ってもよく、このようにすれば、より効
率的に縞画像の解析精度を上げることができる。
シフト素子の誤差量検出、補正方法および傾斜量の検
出、補正方法）は、両者を１つの検査工程あるいは補正
工程において行ってもよく、このようにすれば、より効
率的に縞画像の解析精度を上げることができる。
【００５８】このように、本実施形態方法においては、
干渉計の走査中に発生した並進誤差と傾き誤差を検出
し、演算により補正してから開口合成処理を行うように
しており、これによって、測定誤差のない大型の被測定
形状FIJ[N][M]を求めることができる。
干渉計の走査中に発生した並進誤差と傾き誤差を検出
し、演算により補正してから開口合成処理を行うように
しており、これによって、測定誤差のない大型の被測定
形状FIJ[N][M]を求めることができる。
【００５９】なお、本発明の開口合成による大型被観察
体の形状測定方法は、上記実施形態のものに限られるも
のではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、上記位相シフトを行うための装置構成としては
ＰＺＴ（ピエゾ素子）アクチュエータ１０に限られるも
のではなく、また、ＰＺＴ（ピエゾ素子）アクチュエー
タ１０としても種々の態様を採りうる。
体の形状測定方法は、上記実施形態のものに限られるも
のではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、上記位相シフトを行うための装置構成としては
ＰＺＴ（ピエゾ素子）アクチュエータ１０に限られるも
のではなく、また、ＰＺＴ（ピエゾ素子）アクチュエー
タ１０としても種々の態様を採りうる。
【００６０】図８は、上記ＰＺＴ（ピエゾ素子）アクチ
ュエータ１０の２つの態様を示すものである。
ュエータ１０の２つの態様を示すものである。
【００６１】すなわち、第１の態様は、図８（Ａ）に示
すように、参照面（参照ミラー）３の裏面を支持する３
つのピエゾ素子１２１、１２２、１２３を備え、支点部
材としても機能するピエゾ素子１２１と各ピエゾ素子１
２２、１２３とを結ぶ参照面３を有する参照ミラー上
の、２本の直線Ｌｘ、Ｌｙが互いに直交するように構成
されたものである。３本のピエゾ素子１２１、１２２、
１２３が同量だけ伸縮することにより位相シフトが行な
われ、さらにピエゾ素子１２２のみの伸縮により参照ミ
ラーの参照面３がｙ軸を中心として回転するようにｘ軸
方向に傾き、ピエゾ素子１２３のみの伸縮により参照ミ
ラーの参照面３がｘ軸を中心として回転するようにｙ軸
方向に傾くことになる。一方、第２の態様は、図８
（Ｂ）に示すように、参照面（参照ミラー）３の裏面中
央部を円柱状のピエゾチューブ１２４によって支持する
ように構成されたものである。このピエゾチューブ１２
４の偏奇しない伸縮により位相シフトが行なわれ、一
方、偏奇した伸縮により参照ミラーの参照面３がｘ軸方
向およびｙ軸方向に自在に傾けられることになる。
すように、参照面（参照ミラー）３の裏面を支持する３
つのピエゾ素子１２１、１２２、１２３を備え、支点部
材としても機能するピエゾ素子１２１と各ピエゾ素子１
２２、１２３とを結ぶ参照面３を有する参照ミラー上
の、２本の直線Ｌｘ、Ｌｙが互いに直交するように構成
されたものである。３本のピエゾ素子１２１、１２２、
１２３が同量だけ伸縮することにより位相シフトが行な
われ、さらにピエゾ素子１２２のみの伸縮により参照ミ
ラーの参照面３がｙ軸を中心として回転するようにｘ軸
方向に傾き、ピエゾ素子１２３のみの伸縮により参照ミ
ラーの参照面３がｘ軸を中心として回転するようにｙ軸
方向に傾くことになる。一方、第２の態様は、図８
（Ｂ）に示すように、参照面（参照ミラー）３の裏面中
央部を円柱状のピエゾチューブ１２４によって支持する
ように構成されたものである。このピエゾチューブ１２
４の偏奇しない伸縮により位相シフトが行なわれ、一
方、偏奇した伸縮により参照ミラーの参照面３がｘ軸方
向およびｙ軸方向に自在に傾けられることになる。
【００６２】なお、上記実施形態のものでは位相シフト
干渉計を用いたものについて説明しているが、本発明方
法を実施し得る測定器としてはその他の干渉計装置、モ
アレ装置あるいは他の縞解析装置とすることが可能であ
る。
干渉計を用いたものについて説明しているが、本発明方
法を実施し得る測定器としてはその他の干渉計装置、モ
アレ装置あるいは他の縞解析装置とすることが可能であ
る。
【００６３】
【発明の効果】本発明の開口合成による大型被観察体の
波面形状測定方法によれば、大型被観察体上を干渉計等
の測定器の開口により走査して、測定された各小開口領
域について測定器の走査中に発生した並進誤差と傾き誤
差を検出し、演算により補正してから開口合成処理を行
うようにしており、これによって、測定誤差のない大型
の被測定形状FIJ[N][M]を求めることが可能である。
波面形状測定方法によれば、大型被観察体上を干渉計等
の測定器の開口により走査して、測定された各小開口領
域について測定器の走査中に発生した並進誤差と傾き誤
差を検出し、演算により補正してから開口合成処理を行
うようにしており、これによって、測定誤差のない大型
の被測定形状FIJ[N][M]を求めることが可能である。
【００６４】そして、並進誤差と傾き誤差の検出は、前
記被観察体の波面形状情報を担持した、走査の前後の２
つの縞画像データにフーリエ変換を施し、その変換結果
に基づいて演算を行うことによりなされ、別途ハード的
な構成を要しないので、装置構成が複雑化したり大型化
する虞がない。
記被観察体の波面形状情報を担持した、走査の前後の２
つの縞画像データにフーリエ変換を施し、その変換結果
に基づいて演算を行うことによりなされ、別途ハード的
な構成を要しないので、装置構成が複雑化したり大型化
する虞がない。
【図１】本発明の一実施形態方法を説明するためのフロ
ーチャート
ーチャート
【図２】図１に示す実施形態方法を実施するための干渉
計装置を示すブロック図
計装置を示すブロック図
【図３】本実施形態方法における開口合成を説明するた
めの概念図
めの概念図
【図４】図１の一部を詳しく説明するためのフローチャ
ート
ート
【図５】図４に示す方法の一部を説明するための概念図
【図６】図４に示す方法を実施するための構成を示すブ
ロック図
ロック図
【図７】図４に示す方法とは別の態様の方法を実施する
ための構成を示すブロック図
ための構成を示すブロック図
【図８】図２の一部を具体的に示すブロック図
１ マイケルソン型干渉計 ２ 被観察体表面 ３ 参照面 ４ ＣＣＤカメラ ５ ＣＣＤ ７ コンピュータ ７Ａ モニタ画面 ９ ピエゾ駆動部 １０ ＰＺＴアクチュエータ １１ 複素振幅演算手段 １２ 位相シフト変位量検出手段 １３ 位相シフト変位量補正手段 ２１ キャリア周波数演算手段 ２２ 傾斜量検出手段 ２３ 傾斜量補正手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA09 BB04 DD00 GG12 GG22 GG53 GG61 HH03 HH08 JJ01 JJ15 2F065 AA53 CC22 EE00 FF52 FF61 HH03 HH13 JJ03 JJ26 LL46 MM01 QQ16 QQ44 SS13
Claims (6)
- 【請求項１】 被観察体と測定器の相対的走査により得
られた、空間的に連続する複数枚の前記被観察体の波面
形状情報を担持した縞画像の各々に基づき縞解析を用い
て要素位相データを得た後、得られた各要素位相データ
をつなぎ合わせて測定器の観察可能領域よりも面積の大
きい被観察体の波面形状を測定する開口合成による大型
被観察体の波面形状測定方法において、 前記要素位相データを得る際には、 前記縞画像にキャリア縞を重畳させ被観察体の波面形状
情報を担持したキャリア縞画像となし、互いに隣接する
複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリエ変換
を施し、その変換結果に基づいて演算を行い、前記相対
的走査に伴なう誤差を検出しておき、 前記互いに隣接する複数の要素位相データについての前
記相対的走査に伴なう誤差を、前記検出値に基づいて補
正した後、これら互いに隣接する複数の要素位相データ
を接続することを特徴とする開口合成による大型被観察
体の波面形状測定方法。 - 【請求項２】 前記相対的走査に伴なう誤差が、前記隣
接する複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリ
エ変換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢
のずれに伴って変化するキャリア周波数を求め、複数の
該キャリア周波数に基づきスペクトルの演算を行って求
められる、該被観察体と該測定器との相対的な傾き量で
あることを特徴とする請求項１記載の開口合成による大
型被観察体の波面形状測定方法。 - 【請求項３】 前記相対的走査に伴なう誤差が、前記隣
接する複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリ
エ変換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢
のずれに伴って変化する複素振幅を求め、複数の該複素
振幅に基づき演算を行って求められる該被観察体と該測
定器との相対的な並進誤差であることを特徴とする請求
項１記載の開口合成による大型被観察体の波面形状測定
方法。 - 【請求項４】 前記相対的走査に伴なう誤差が、前記隣
接する複数のキャリア縞画像の全体または一部にフーリ
エ変換を施し、前記被観察体と前記測定器の相対的姿勢
のずれに伴って変化するキャリア周波数および複素振幅
を求め、複数の該キャリア周波数および複数の該複素振
幅に基づき演算を行って求められる、前記被観察体と該
測定器との相対的な傾き量および並進誤差であることを
特徴とする請求項１記載の開口合成による大型被観察体
の波面形状測定方法。 - 【請求項５】 前記縞画像が干渉縞画像であることを特
徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の開口合
成による大型被観察体の波面形状測定方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれか１項記載の
開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法におい
て、前記検出が行われた後、前記被観察体の波面形状情
報を担持した縞画像の縞解析において、前記検出された
傾き量および並進誤差を補償する補正演算を行うことを
特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の開口
合成による大型被観察体の測定波面形状補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000355388A JP4607311B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法および測定波面形状補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000355388A JP4607311B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法および測定波面形状補正方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002162214A true JP2002162214A (ja) | 2002-06-07 |
| JP4607311B2 JP4607311B2 (ja) | 2011-01-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000355388A Expired - Fee Related JP4607311B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 開口合成による大型被観察体の波面形状測定方法および測定波面形状補正方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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-
2000
- 2000-11-22 JP JP2000355388A patent/JP4607311B2/ja not_active Expired - Fee Related
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