JP2005062183A - オフセット補正決定用信号提供方法および干渉計システム - Google Patents

Abstract

【課題】 付加的な特別の光路または制御可能な経路長変化量を必要とせずに、干渉計のいずれかまたは全ての光路に対して、干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供することができるオフセット補正決定用信号提供方法を提供する。
【解決手段】 対応する信号が検出チャネルの検出器によって取得または積分される期間中に干渉計の照明光源からの放射線の波長が変えられ、これにより、干渉計における検出チャネル信号に対するオフセット寄与を示す信号が提供される。これは、干渉計の各検出チャネルで実施することができる。オフセットの最良の評価値を提供するために、波長は、検出器に与えられる光信号のいくつかの周期的なサイクルに対応する期間に亘り一定である速度で変えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、干渉計の検出チャネルによって提供される干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供するためのオフセット補正決定用信号提供方法および干渉計システムに関する。

多数の位相シフト干渉計設計（距離測定に用いられる他のタイプの干渉計設計も同様に）は、２つの直交信号、理想的には、以下の式（１）および（２）によって示されるような直交出力信号Ｖ₁idealおよびＶ₂idealを提供することを目的とする。

ここで、λは干渉計で用いられる放射線の波長、ｚは干渉する検査対象物パスビームと参照パスビームとの間の光路長差（ＯＰＤ）である。干渉計のこれら２つの直交入力信号は、理想的には、両方、検査対象物の同一部分から正確に来る光から生じるべきものである。検査対象物のその部分に対する光路長差ｚ（ＯＰＤｚ）は、特定の波長内で、ｚの値に対する「信号補間」、すなわちｚに対する「補間」値、または補間された干渉測定値を提供する式（３）から、特定の波長内で、高分解能で求めることができる。

しかしながら、実際の干渉計において、出力信号は、式（４）および（５）に示される一般式によって表されることが好ましい。

ここで、Ｃ₁およびＣ₂は、オフセットすなわち信号における「ＤＣ」成分であり、Ａ₁およびＡ₂は「ＡＣ」信号振幅である。信号のオフセット成分は、多数の源から生じる。例えば、主な寄与は、各干渉計出力信号に寄与する干渉ビームのそれぞれの名目上のＤＣ強度によってもたらされる。これは、例えば、レーザ光源の強度によって変化する。さらに、対象物ビームまたは対象物ビームの一部の名目上のＤＣ強度における変化の主原因は、一般に、検査対象物の特定の部分の有効反射率に変化があることである。同様な影響は、同様に参照ビームにおいて生じる。しかしながら、参照ミラーの反射率は、一般に、様々な「制御不能な」検査対象物の反射率より、一様で、より安定なものである。オフセットに対するさらなる寄与は、例えば、信号Ｖ₁およびＶ₂を検出し、測定するのに使用される検出器および対応信号処理エレクトロニクスに関連するオフセットと同様に、様々な周囲光寄与から生じる。

従って、たとえＡ₁＝Ａ₂であっても、オフセットが信号に存在すれば、信号は、式（３）で予期された形式から逸脱し、その結果として生じた補間されたｚ値は、関連誤差を含む。よって、高精度補間のために、補間された値の演算の前にオフセットを削除または補正する必要がある。

多数の異なる方法が、位相シフト干渉計におけるそのようなオフセットを削除または補正するために設計されている。例えば、米国特許No.6,304,330は、波面拡散素子、位相シフトインタフェース素子および検知素子を組み合わせる新規の多重位相シフト画像生成機構を開示する。波面拡散素子、位相シフトインタフェース素子および検知素子を組み合わせることによって、米国特許No.6,304,330に示される多重位相シフト画像生成機構は、信号オフセット成分に対するいくつかの寄与を含む干渉計測定値における多くの源の潜在誤差を、同相誤差に変換することができる。すなわち、これらの誤差は、米国特許No.6,304,330に開示される多重位相シフト画像生成機構によって提供される信号に鑑みて、同様に、そのシステムに提供される多重測定信号に影響を及ぼす。その結果、これらの同相誤差の振幅および方向は、米国特許No.6,304,330に開示される多重位相シフト画像生成機構により提供される干渉信号を適当に処理することによって、求め、実質的に削除することができる。

しかしながら、米国特許No.6,304,330の機構および方法は、オフセット誤差を削除しまたは補正するための他の従来の方法と同様に、一般に、所要の信号を提供するために、関連する付加成分と同様に、正確に制御された経路長変化量を導き出すための付加光路または手段のいずれかを必要とする。さらに、オフセット誤差の残りの源は、一般に、周知の従来のシステムにおいて、残存する。従って、別々にまたは組み合わせて、前述した不利益を解消することができるシステムおよび方法が望まれる。

本発明の目的は、付加的な特別の光路または制御可能な経路長変化量を必要とせずに、干渉計のいずれかまたは全ての光路に対して、干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供することができるオフセット補正決定用信号提供方法およびその方法を用いた干渉計システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、参照ビーム経路、対象物ビーム経路、検出器を備える少なくとも１つの検出チャネル、および可変波長照明を提供するように動作可能な照明光源を備える干渉計に用いられ、前記干渉計の検出チャネルによって提供される干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供するためのオフセット補正決定用信号提供方法であって、信号積分期間を提供するように、前記少なくとも１つの検出チャネルの検出器を操作する工程と、可変波長照明が波長範囲に亘って変化し、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に、波長範囲に亘って分配される複数の波長を提供するように、前記干渉計に対する可変波長照明を提供する照明光源を操作する工程と、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に前記検出器へ、前記干渉計に対する可変波長照明から生じる干渉光の光信号を入力する工程と、前記信号積分期間中に干渉光の光信号に応答して前記検出器に生じる信号を積分し、その積分信号を提供する工程とを備え、波長範囲に亘って分配された複数の波長が、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に干渉光の光信号の複数の光位相に対応し、光位相シフト範囲に亘って分配された複数の光位相が波長範囲に対応し、前記波長範囲は、少なくとも２π（rad）の光位相シフトに対応し、前記積分信号は、前記干渉計の前記検出チャネルによって提供される少なくとも１つの干渉測定信号のオフセット成分のためのオフセット補正を決定するのに使用可能であることを特徴とするオフセット補正決定用信号提供方法を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、干渉計の検出チャネルによって提供された干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供するための干渉計システムであって、前記干渉計は、参照ビーム経路と、対象物ビーム経路と、検出器を備える少なくとも１つの検出チャネルと、可変波長照明を提供することが可能な照明光源と、制御システムとを備え、前記少なくとも１つの検出チャネルの検出器は、信号積分期間を提供することが可能であり、前記照明光源は、可変波長照明が波長範囲に亘って変化し、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に前記波長範囲に亘って分配された複数の波長を提供するように、前記干渉計に対して可変長照明を提供することが可能であり、前記干渉計は、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に前記検出器へ、前記干渉計に対する可変波長照明から生じる干渉光の光信号を入力することが可能であり、前記検出器は、前記信号積分期間中に前記干渉光の光信号に応答して該検出器に生じる信号を積分し、前記検出チャンネルに対応する積分信号を提供することが可能であり、波長範囲に亘って分配された前記複数の波長は、それぞれの信号積分期間の少なくとも一部の間にそれぞれの干渉光の光信号の複数の光位相に対応し、光位相シフト範囲に亘って分配された複数の光位相は、前記波長範囲に対応し、前記波長範囲は、少なくとも２π（rad）の光位相シフトに対応し、前記制御システムは、前記検出チャンネルに対応する積分信号を入力し、該入力された積分信号に少なくとも部分的に基づいて、前記干渉計の検出チャネルによって提供される少なくとも１つの干渉測定信号のオフセット成分のためのオフセット補正を決定することを特徴とする干渉計システムを提供する。

前述したように、オフセット誤差を削除しまたは補正するための周知の方法は、一般に、光路または制御可能な経路長変化量を提供することによって、Ｖ₁およびＶ₂に加えて信号を提供する。これらの付加信号は、制御された周知の量によって位相シフトされる。例えば、意図的に、そのような信号に対して、λ／２の奇数倍である付加光路長差を導入することは共通であり、これは、効果的に、そのような信号のＡＣ成分を相対的に干渉計によって提供される他の信号に変換し、以下により詳細に述べる方法によって、あるオフセット誤差の除去または補正を許す。

これに対し、本発明は、オフセット指示信号の取得中に光源波長を変えることによって、干渉計における様々な検出チャネル信号に対するオフセット寄与を示す、またはそれを求めるのに使用可能な信号を提供するシステムおよび方法を提供する。従来の方法に対して、本発明は、付加的な特別の光路または制御可能な経路長変化量を必要とせずに、干渉計のいずれかまたは全ての光路に対して実施可能な方法を提供する。さらに、本発明によるシステムおよび方法は、光路長を調整すなわち制御するための可動部を必要としない。しかしながら、そのような部品を既に含む干渉計システムに関して、本発明によるシステムおよび方法は、そのようなシステムに適用可能なオフセット補正方法の他の方法によって排除することができない付加的な残存源のオフセット誤差を排除または補正するために、この他の方法に代えてまたは加えて、それでも使用することができる。

ここで用いられる用語「検出チャネル」は、一般に、検出器、および例えば前述した信号Ｖ₁またはＶ₂にほぼ対応する測定信号など干渉計測定信号を提供するのに用いられる検出器の関連光学および電子信号経路の要素と呼ぶ。様々な実施の形態において、検出アレイの各画素が別々の検出チャネルに対応し、干渉計の対象物ビーム上に置かれた検査対象物の特定部分に対応する干渉光を受光する。様々な実施の形態において、１つ以上の検出アレイの複数の画素は、検査対象物の同一の特定部分、または検査対象物のほぼ合致する特定部分に対応する干渉光を受光する複数の分離された検出チャネルに対応し、検査対象物の同一の（ほぼ合致する）特定部分に対応する補間された干渉計測定値を提供するために積分可能な複数の干渉計測定信号を提供する。

本発明は、対応する信号が検出チャネルの検出器によって取得または積分される期間中に干渉計の照明光源からの放射線の波長を変えることによって干渉計における検出チャネル信号に対するオフセット寄与を示す信号を提供する。上記方法は、様々な干渉計設計に対して、都合よく、干渉計の各検出チャネルで実施することができる。例えば、様々な位相シフト干渉計において２次元インタフェログラムを提供する検出器として、ＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラなどを採用することは共通する。このような場合、本発明によるシステムおよび方法は、カメラの各画素上の光学信号を積分する間、照明光源からの放射波長を変えることができる。従って、カメラの画素毎すなわちいずれの画素においてもオフセット信号寄与を求めることができる。さらに、上記方法は、非常に短い期間内でオフセット誤差を排除しまたは補正するのに用いることができる。例えば、その期間は、１つ以上の別々の光路長差を通ることを要求されるかもしれない機械的調整をするために必要な期間より短くてもよい。さらに、上記積分時間中に波長を知るまたは測定する必要がない。様々な実施の形態において、オフセットの最良の評価値を提供するために、波長は、検出器に与えられる光信号のいくつかの周期的なサイクルに対応する期間に亘り一定である速度で変えられるべきである。

本発明の１つのアスペクトによれば、照明光源が、波長変化照明から生じる信号を積分することが少なくとも一部の信号積分期間中に連続的にそして単調に変化する波長変化照明から生じる信号を積分することに少なくとも対応するような干渉計のための波長変化照明を提供するために操作される。

本発明の他のアスペクトによれば、様々な実施の形態において、信号積分期間は、ミリ秒またはマイクロ秒のオーダである。

本発明の他のアスペクトによれば、１つの実施の形態において、波長変化照明は、全体の信号積分期間を通して単調に変えられる。

本発明の他のアスペクトによれば、１つの実施の形態において、波長変化照明は、ほぼ一定の速度で変えられる。

本発明の他のアスペクトによれば、波長変化照明が変化されるときに干渉光の光信号が多数の位相変化サイクルを受け、干渉光の光信号に応答して検出器に生じる信号が干渉光の光信号の多数のサイクルに亘り積分される。

本発明の別のアスペクトによれば、１つの実施の形態において、干渉計は、干渉計の様々な検出チャネルの積分周期が干渉計の様々な検出チャネルに対するオフセット誤差を求めるために使用可能な信号を求めるときに実質的に同時に起きるように、操作される。

本発明の別のアスペクトによれば、干渉計は、少なくとも第１および第２のそれぞれの検出チャネルのそれぞれのセットが対象物光路に置かれた検査対象物の少なくとも第１および第２の合致部分のそれぞれのセットからの光に対応する；合致部分のそれぞれのセットが検査対象物のそれぞれの名目上の位置に対応する；それぞれのセットのそれぞれの干渉光の光信号の少なくとも２つが異なる相対位相を有する；およびそれぞれにセットに対して、本発明の原理に従って求められた積分信号が、そのセットの検出チャネルによって提供される干渉測定信号を補正するのに使用可能な少なくともオフセット補正値を求めるのに使用可能であるように構成され、補正された干渉測定信号は、オフセット誘発誤差がない検査対象物におけるそれぞれの名目上の位置に対応する補間干渉計測定値を提供するように組み合わせ可能である。

本発明の別のアスペクトによれば、１つの実施の形態において、それぞれのセットに対して、積分された信号は、そのセットの検出チャネルによって提供される干渉測定信号を補正するに使用可能な少なくとも１つの補正値を求めるように平均化される。

本発明の別のアスペクトによれば、１つの実施の形態において、干渉計は、少なくとも１つの２次元カメラを備え、少なくとも第１および第２の検出チャネルのそれぞれのセットは少なくとも１つの２次元カメラの画素を備える検出器を有し、それぞれの名目上の位置に対応する補間された干渉計測定値のセットが検査対象物の少なくとも一部の２次元表面高さ側面図を提供するのに使用可能であり、２次元表面高さ側面図は、オフセット誘発誤差がない。

本発明によれば、付加的な特別の光路または制御可能な経路長変化量を必要とせずに、干渉計のいずれかまたは全ての光路に対して、干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の様々な実施の形態で使用可能な干渉計システム１００の第１の実施の形態を示す。図１に示すように、干渉計システム１００は、伝送部１０２および撮像部１０４を含む。伝送部１０２は、コヒーレント光波面１１２を伝送するレーザ光源１１０を含む。以下により詳細に述べるように、本発明による様々な実施の形態において、レーザ光源１１０は、波長可変であるか、そうでなければ、可変放射周波数および照明波長を提供することが可能である。様々な実施の形態において、レーザ光源１１０は、コヒーレント光波面１１２に対して、波長変調、または、光の可変波長を提供することができる他の公知または後に開発されるデバイス、機構または装置を含むようにしてもよい。ここで使用される用語「光」は、可視光だけでなく、本発明の原理に従って別の方法で使用可能である電磁波スペクトルの一部を包含する。様々な実施の形態において、レーザ光源１１０は、さらに、波長可変であるか、そうでなければ、少なくとも２つの正確に求められまたは測定された光の波長を提供することが可能である。少なくとも２つのそのような光の波長が提供されるとき、干渉計システム１００は、２つの波長すなわち「２つの色干渉」信号処理に基づいた絶対測定と、従来技術において公知で、米国特許No.6,304,330、米国特許出願No.10/270,130（「Improved Interferometer Using Integrated Imaging Array and High-Density Polarizer Array」）および米国特許出願No.10/282,110（「Improved Interferometer Using Integrated Imaging Array and High-Density Phase-Shifting」）に概説されているような方法を決定する測定とのあるタイプを提供する。このような場合、レーザ光源１１０によって伝送されたコヒーレント光波面１１２は、ミラー１１４によって、単一の偏光波面スプリッタ１２０に向きが変えられる。単一の偏光波面スプリッタ１２０は、戻り参照波面１２４と戻り対象物波面１２８とを混合して混ぜ合わされた波面１２９にすると同様に、コヒーレント光波面１１２を参照ミラーへ送られる参照波面１２２と対象物１３０へ送られる対象物波面１２６との両方に分離する。そして、混ぜ合わされた波面１２９は、光学入力部１３５を通過する。

図１に示すように、干渉計システム１００の撮像部１０４は、単一の偏光波面スプリッタ１２０および光学入力部１３５に加えて、多重位相シフト画像発生部１６０を含む。様々な実施の形態において、光学入力部１３５は、光学入力部１３５によって伝送された混ぜ合わされた波面１２９が多重位相シフト画像発生部１６０に適合するように、レンズ、絞りなどの１つ以上の光学素子を含む。図１に示すように、多重位相シフト画像発生部１６０は、光学入力部１３５から混ぜ合わされた波面１２９を入力し、多重位相シフト干渉画像情報１４９を検出サブシステム１５０へ出力する多重位相シフト発生機構１４０を含む。

検出サブシステム１５０は、一般に、１つ以上の光学アレイによって規定される１つ以上の活性表面を有する。各光学アレイは、２次元画素アレイで、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラなどのビデオ撮像センサとしてもよい。検出サブシステム１５０は、多重位相シフト干渉画像情報１４９を入力し、検出サブシステム１５０によって捕らえられた画像データを、信号および／または制御線を介して制御システム１７０へ出力する。様々な実施の形態において、多重位相シフト干渉画像情報１４９は、対象物１３０の表面の対応部分の２次元高さマップを求めるのに使用可能な少なくとも２つの２次元のインタフェログラムを備える。本発明による様々な実施の形態において、制御システム１７０は、所望の制御操作、データ格納、画像処理および／または捕らえられた画像データ上の解析を実行するのに必要な様々なプロセッサ、回路、ルーチンおよびアプリケーションを含み、以下に述べるように、本発明の原理による対象物１３０に対するオフセット補正およびオフセット補正測定決定を提供することを含む。様々な実施の形態において、制御システム１７０は、干渉計システム１００の様々な他の操作で検出サブシステム１５０の操作を制御または同期させる様々な信号を提供する。制御システム１７０は、また、本発明による様々な実施の形態において、信号および／または制御線１７４を介して１つ以上の制御信号を出力し、伝送部１２０のレーザ光源１１０を駆動する。様々な実施の形態において、信号および／または制御線１７２および１７４は、干渉計システム１００の様々な部品間の要求された信号および制御インタフェースを提供するのに必要な、１つ以上の個々の信号コネクション、および／または信号および制御バスなどを含むようにしてもよい。

図２は、実質的に米国特許No.6,304,330に開示されている多重位相シフト画像発生部１６０Ａの第１の実施態様を模式的に示し、これは、図１に示される干渉計システム１００の様々な特定の例において使用可能である。多重位相シフト画像発生部１６０Ａは、図１を参照して前述した多重位相シフト発生機構１４０の公知の実施態様を提供するように組み合わせて使用可能な波面スプリッティング素子２１０および位相シフト干渉素子２２０を含む。多重位相シフト画像発生部１６０Ａは、また、検出アレイ２４０を含み、該検出アレイ２４０は、同様に、検出サブシステム１５０の公知の実施態様を提供する。

図２に示すように、光学入力部１３５によって伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、伝送部１０２からの参照波面１２４と、偏光波面スプリッタ１２０を経て対象物１３０によって戻されたすなわち反射された対象物波面１２８とを含む。偏光波面スプリッタ１２０は、参照波面１２４と対象物波面１２８が直交に偏光されるように構成され、それは、波面１２４および１２８に適用される矢印およびドットによって図２に示される。

光学入力部１３５から、混ぜ合わされた波面１２９は、波面スプリッティング素子２１０上に導かれる。米国特許No.6,304,330に開示されているように、波面スプリッティング素子２１０は、２次元回折光学素子（ＤＯＥ）であり、特に、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）である。いかなる場合でも、波面スプリティング素子２１０は、混ぜ合わされた波面１２９を、空間分割されかつ名目上一致する４つのサブ波面２５０，２６０，２７０および２８０に分け、各サブ波面は、様々な実施の形態において、出力レンズ（図示せず）を介して伝送される。特に、米国特許No.6,304,330に開示されているように、各サブ波面２５０〜２８０は、空間離散経路に従う。各サブ波面２５０〜２８０は、それぞれ、模範的な波面スプリティング素子２１０から模範的な位相シフト干渉素子２２０へ導かれ、位相シフト干渉素子２２０は、各サブ波面２５０〜２８０に対するそれぞれのセクション２３２，２３４，２３６および２３８を含む。

特に、米国特許6,034,330に開示されているように、位相シフト干渉素子２２０は、複数のサブ波面２５０〜２８０がそれぞれ複数のセクション２３２〜２３８の１つに入射されるように波面スプリッティング素子２１０に関して設けられる。特に、位相シフト干渉素子２２０の各セクション２３２〜２３８は、どこでも、離散位相シフト量Δφiによってそのセクション２３２〜２３８に入射するサブ波面２５０〜２８０のそれぞれの参照波面１２４と対象波面１２８の間の相対位相をシフトする。そして、位相シフト干渉素子２２０のセクション２３２〜２３８は、図１を参照して前述した多重位相シフト干渉画像情報１４９の１つの公知例を提供するように、それぞれの偏光器を通して生じた波面を伝送する。

よって、位相シフト干渉素子２２０の各セクション２３２〜２３８は、空間分離位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄの完全なそれぞれの１つを検出アレイ２４０に伝送する。各空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ〜１４９ｄの１つの範囲内で、それぞれの離散位相シフト量Δφiは、どこでも同じで、様々な離散位相シフト量Δφiに関連する因子によって他の位相シフトインタフェログラムの位相シフトを持つ位相の範囲外になる。

米国特許No.6,034,330に開示されているように、検出アレイ２４０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラなどのようなビデオ撮像センサとしてもよい。米国特許No.6,034,330に開示されているように、検出アレイ２４０は、複数の空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃ，１４９ｄが実質的かつ同時に検出アレイ２４０の活性表面に入射するように位相シフト干渉素子２２０に関して設けられる。すなわち、検出アレイ２４０の活性表面は、それぞれの空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃ，１４９ｄを撮像することができる。撮像された空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃ，１４９ｄに基づいて、各空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃ，１４９ｄの空間的に分解された位相を、検出アレイ２４０の異なるそれぞれの領域において瞬時に測定することができる。

図３は、図２に示され、米国特許No.6,034,330に開示されている位相シフト干渉素子２２０の一例を示す。図３に示すように、位相シフト干渉素子２２０は、第１のプレート２２２と第２のプレート２２６とを含む。図３において、第１および第２のプレート２２２，２２６は、図の簡単化のために、互いに離されて示されている。しかしながら、干渉計システム１００における操作において、第１および第２のプレート２２２，２２６は、突き合わされた関係で互いに隣接して置かれる。

図３に示すように、第１のプレート２２２は、１／４波長板２２３と空白すなわち中立板２２４を含む。一般に、１／４波長板は、２つの直交偏光された入射波面の相対位相をπ／２（rad）の差をつけてシフトする。これに対し、空白すなわち中立板は、２つの直交偏光された入射波面の相対位相を０（rad）の差をつけてシフトする。すなわち、空白すなわち中立板２２４は、２つの直交偏光された入射波面間の相対位相シフトを生成しない。図３に示すように、プレート２２３，２２４は、同一平面で第１のプレート２２２をそれぞれ半分に分割する。

位相シフト干渉素子２２０の第２のプレート２２６は、伝送された波面の電界ベクトルが互いに直角になるように、直線的に入射波面を偏光するように構成された１対の偏光部分２２７，２２８を含む。特に、図３に示す例において、例えば第１の偏光部分２２７のような偏光部分の１つは、図３の矢印Ａによって示されるように、垂直軸に関して＋π／４（rad）で偏光された光を伝送するように構成される。その結果、これにより、参照波面１２４および対象物波面１２８から生じる同位相の成分が干渉する。

同様に、例えば第２の偏光部分２２８のような他の偏光部分は、図３の矢印Ｂによって示されるように、垂直軸に関して−π／４（rad）で光を偏光するように構成される。その結果、参照波面１２４および対象物波面１２８から生じる位相不一致の成分が干渉する。１／４波長板２２３および空白すなわち中立板２２４と同様に、第２のプレート２２６の第１および第２の偏光部分２２７，２２８は、また、一般に、同一平面で第２のプレート２２６をそれぞれ半分に分割する。

従って、図３に示す構成によれば、位相シフト干渉素子２２０の第１の部分２３２は、中立板２２４が第１の偏光部分（＋π／４（rad））２２７と重なる位相シフト干渉素子２２０の一部に対応する。同様に、第２の部分２３４は、第１の偏光部分（＋π／４（rad））２２７と重なる１／４波長板２２３に対応する。これに対し、第３の部分２３６は、第２の偏光部分２２８（−π／４（rad））と重なる中立板２２４に対応し、一方、第４の部分２３８は、第２の偏光部分２２８（−π／４（rad））と重なる１／４波長板２２３に対応する。

特に、図３に示す例において、第１および第２のプレート２２２，２２６は、第１のプレート２２２のそれぞれの部分２２３，２２４が第２のプレート２２６の第１および第２の偏光部分２２７，２２８に垂直になるように構成される。

その結果、図３に示す位相シフト干渉素子２２０において、そして図４に示されるように、第１の部分２３２、中立板２２４および第１の偏光部分（＋π／４（rad)）２２７において、同位相の成分が干渉する、すなわち、参照波面１２４と対象物波面１２８との間の０（rad）成分が位相シフト干渉素子２２０上に入射し、インタフェログラム１４９ａを発生させる。これに対し、第２の部分２３４、１／４波長板２２３および第１の偏光部分（＋π／４（rad)）２２７においては、同位相の直交成分が混ざって干渉する、すなわち、入射参照波面１２４と対象物波面１２８の間のπ／２（rad）成分がインタフェログラム１４９ｂを発生させる。第１および第２の部分２３２，２３４の両方に対して、第３の部分２３６、中立板２２４および第２の偏光部分（−π／４（rad））２２８に関しては、位相不一致の成分が混ざって干渉する、すなわち、入射参照波面１２４と対象物波面１２８の間のπ（rad）成分がインタフェログラム１４９ｃを発生させる。最後に、第４の部分２３８、１／４波長板２２３および第２の偏光部分（−π／４（rad））２２８に関しては、位相不一致の直交成分が混ざって干渉する、すなわち、参照波面１２４と対象物波面１２８の間の３π／２（rad）成分がインタフェログラム１４９ｄを発生させる。

図５に示すように、検出アレイ２４０は、位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄのように、サブ波面２５０，２６０，２７０および２８０がそれぞれ名目上合同に撮像される区別可能な部分２４２，２４４，２４６および２４８を有するように考慮することができ、各部分２４２，２４４，２４６および２４８は、０，π／２，πおよび３π／２（rad）の誘発位相シフト量を有する。

それぞれのインタフェログラムは、前述の式（４）および（５）の項において特徴付けられるようにしてもよい。π／２（rad）の誘発位相シフト量を有するインタフェログラム１４９ｂは、式（４）に対応させることができる。０（rad）の誘発位相シフト量を有するすなわちインタフェログラム１４９ｂの位相シフト量よりπ／２（rad）の差で遅延する位相シフト量を有するインタフェログラム１４９ａは、式（５）に対応させることができる。さらに、多重位相シフト画像発生部１６０Ａは、単一の混ぜ合わされた波面を、４つのインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄに分離し、同じ撮像アレイ上のインタフェログラムのそれぞれを撮像するから、それぞれの光路素子の同一性および分割された検出器を経た同一の画素特性に起因して、第１の近似方法のために、信号のそれぞれは、名目上同じＡＣ振幅を有し、名目上同じ同相モードオフセット寄与を含む。従って、多重位相シフト画像発生部１６０Ａは、前述したように、同相モード誤差としての様々なオフセット信号寄与を含む干渉計信号を提供する１つの公知の方法を提供する。特に、第１の近似方法のために、インタフェログラム１４９ｂに関してπ（rad）の位相シフト量を有するすなわち３π／２（rad）の誘発位相シフト量を有するインタフェログラム１４９ｄは、式（６）に対応させることができる。

同様に、インタフェログラム１４９ａに関してπ（rad）の位相シフト量を有するすなわちπ／（rad）の誘発位相シフト量を有するインタフェログラム１４９ｃは、式（７）に対応させることができる。

従って、次の式は、式（３）に匹敵し、特定の波長内で、同相モードオフセット誤差の影響を排除し、ｚに対する補間された値を提供する公知の方法を提供する。

上述したように、公知の多重位相シフト画像発生部１６０Ａは、干渉計システム１００において使用されるとき、様々なオフセット誤差を含む非同相モード誤差でない他の干渉計における多数の誤差を、同相モード誤差に変換する。しかしながら、様々な誤差源が残存する。例えば、サブ波面２５０，２６０，２７０および２８０の経路に影響を与えない回転および／または平行移動は、同様に、これらの経路の経路長を変化させる。一般に、これは、空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄにおける異なる焦点状態を招き、そして／または検出器上の空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄの様々部分の相対位置における変位を招き、この変位は、誤差をもたらす。例えば、第１の部分２４２における与えられた画素２４３に関して、図５に示すように、第２〜第４の部分２４４〜２４８における対応して位置決められた画素２４５，２４７および／または２４９は、それぞれ、対象物１３０の同じ部分に正確にもはや対応せず、よって、もはや式（８）に適切に匹敵せずまたは組み合わせ可能でない。さらに、空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄの匹敵する領域の間で変化する様々な光行差を導入することなく、図２〜５を参照して述べた機能を提供する波面スプリッティング素子２１０を含む多重位相シフト画像発生部１６０Ａを製作することは困難でかつ／または高価である。これらの要素は、同様に、検出アレイ２４０から信号線１７２を経て出力された画像データから制御システム１７０によって生成された測定値に誤差の源を持ち込む。

さらに、従来技術において公知であるように、ＣＣＤアレイおよびＣＭＯＳに基づいたアレイなどの、半導体撮像素子に対して、２つの隣接する画素は、入力強度と出力信号振幅との間で、同じバイアスまたはオフセット特性および同じ応答曲線または伝達関数を有するであろう。しかしながら、従来技術において公知であるように、このような半導体撮像素子に対して、画素２４３，２４５，２４７および２４９などのアレイ内で著しく間隔があけられている画素は、多くの現在の干渉計システムに対する補間および精度の所望のレベルに関して、極めて異なるバイアスまたはオフセット特性および／または応答曲線を有することができる。

画素レベルで生じるバイアスおよびオフセットにおける、および検出アレイ２４０および／または制御システム１７０における連続する画素関連信号処理におけるそのような違いは、多重位相シフト画像発生部１６０Ａによって提供される信号との結合に用いられる式（８）によって提供される同相モード誤差排除によって取り除かれない。しかしながら、前述したように、以下に詳細に述べる本発明のシステムおよび方法は、様々な干渉計設計に対して、干渉計の各信号検出チャネルでタイミングよく実施される。例えば、多重位相シフト画像発生部１６０Ａに関して、本発明によるシステムおよび方法は、検出アレイ２４０の各画素上の光信号を積分しながら、照明源からの放射の波長を変えるのに使用することができる。従って、本発明によるシステムおよび方法の１つを使用して、公知の多重位相シフト画像発生部１６０Ａを使用したときに干渉計システム１００に対する改善されたレベルの補間および精度を提供するために、検出アレイ２４０の個々の画素に対して特定のオセット信号寄与は、求めることができ、個々の画素を介して提供される様々な干渉信号は、連続した処理において排除または補正された求められたオセット信号寄与を有することができる。様々な従来のＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラ検出器は、そのようなカメラの従来の画像取得の間に、蓄積された放射露光によって各画素に誘発された電荷を蓄積する適当な集積期間を提供する。

図２〜図５に示された素子および操作を参照して上述した様々な誤差および困難は、多重位相シフト発生機構１４０および多重位相シフト干渉画像情報１４９が空間分離された波面すなわち空間分離された位相シフトインタフェログラムを検出サブシステム１５０の分離部分または表面へ分配する広がりに対して、干渉計システムに生じる同様の誤差および困難を例示する。図２〜図５に示される素子および操作と比較して、そのような誤差および困難の大きさは、複数のインタフェログラムなどを取得するために異なる光路を提供するための付加した光学素子および／または異なるカメラを使用する干渉計システムにおいて悪化する。従って、本発明によるシステムおよび方法は、そのようなシステムに適用されるとき、さらにより大きな利点を提供することができる。

図６は、図１に示される干渉計システムの様々な特定の形態において本発明によるシステムおよび方法と結合して使用可能な多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第二の実施の形態を示す。多重位相シフト画像発生部１６０Ｂにおいて、多重位相シフト画像発生部１６０Ａに存在する非同相モード誤差および他の誤差の様々な源は、多重位相シフト干渉画像情報が検出サブシステム１５０における小さい領域内の多重位相のために提供され得る広がりに対して、さらに減少され、そして、理想的には排除される。これは、各サブ波面２５０，２６０，２７０および２８０を、従ってそれぞれの区別可能な空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄを検出アレイ２４０の分離された部分へ分配することとは対照的である。

換言すれば、空間分離された位相シフトインタフェログラム１４９ａ，１４９ｂ，１４９ｃおよび１４９ｄの組み合わせによって生成される多重位相シフト干渉画像情報を保持することができ、一方、多重位相シフト画像情報に含まれる少なくともいくつかの光路に対する少なくともいくつかの光路がもはや、象限Ｑ₀〜Ｑ₃および検出サブシステム１５０の表面に亘って間隔をおいて離れるように、波面スプリッティング素子２１０を改造または排除するならば、ある付加された非同相モード誤差源を排除し、そして／または信号線１７２を介して検出サブシステム１５０によって出力された画像から制御システム１７０によって生成された測定値における同相モード誤差へ変換することができる。

図６は、多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第２の実施の形態の分解図である。図６に示される様々な素子の製作、組立、および動作は、米国特許出願No.10/270,130および米国特許出願No.10/282,110に開示され、詳細に記載されている。よって、多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの製作および動作のある側面のみが、本発明のシステムおよび方法と組み合わせて使用することができるある特徴および利点を示すために、以下に述べられ、図７〜図１４を参照してさらに以下に説明される。多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第２の実施の形態は、図２〜図５に示される多重位相シフト画像発生部１６０Ａに代えて、より一般には、図１を参照して述べた多重位相シフト画像発生部１６０として使用することができる。

図６（ａ）に示すように、多重位相シフト画像発生部１６０Ｂは、多重位相シフト発生機構１４０Ｂおよび検出サブシステム１５０Ｂを含む。様々な実施の形態において、適当な公知または後に開発されるタイプの単一のアレイ検出器７１０が検出サブシステム１５０を実施するのに使用される。図６に示すように、様々な特定の実施の形態において、多重位相シフト発生機構１４０Ｂは、米国特許出願No.10/282,110に開示されさらに以下に述べるように、特定の高密度位相シフトアレイ素子４９０と偏光素子５３０との様々な組み合せを組み込み、偏光素子５３０は、様々な特定の実施の形態において、米国特許出願No.10/270,130および米国特許出願No.10/282,110に開示されさらに以下に述べるように、高密度偏光アレイであり、本発明によるシステムおよび方法と組み合わせて使用可能な様々な他の特定の実施の形態において、単一の偏光方向を提供する均一の偏光素子である。

図６（ａ）に示すように、図１および図２を参照して前述した混ぜ合わされた波面１２９は、光学入力部１３５’によって伝送される。この伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、前述した参照波面１２４および対象物波面１２８を含む。伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、高密度位相シフトアレイ素子４９０を満たす単一の波面として伝搬し、高密度位相シフトアレイ素子４９０は、米国特許出願No.10/282,110に詳細に開示されさらに以下に述べるように、１／４波長差を有する２つの交互配置の遅延板の組み合わされた機能を提供する。従って、様々な実施の形態において、高密度位相シフトアレイ素子４９０から伝搬する伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、π／２（rad）の相対位相シフトによって分離された異なる相対位相シフトを有する少なくとも２つの位相シフト部分の交互配置パターンを含む。

高密度位相シフトアレイ素子４９０を通過する伝送された混ぜ合わされた波面１２９は、π／２（rad）の異なる相対位相シフトの交互配置パターンを含み、偏光素子５３０上に導かれ、偏光素子５３０は、一般的に言えば、米国特許出願No.10/270,130および米国特許出願No.10/282,110に詳細に述べられさらに以下に述べるように、高密度偏光アレイ素子４９０を通過する伝送された混ぜ合わされた波面１２９の様々な部分において直交偏光成分１２４および１２８の様々な同位相および／または位相不一致成分を伝送して干渉させるように機能する。

その結果、干渉部分の２次元の交互配置パターンが、偏光素子５３０を通過する多重位相シフト干渉画像情報６４０において生成される。この干渉部分の２次元の交互配置パターンは、検出サブシステム１５０Ｂを実施するのに使用される検出器７１０の全体の表面領域に亘って実質的に広がる単一画像として受光される。様々な実施の形態において、干渉部分の２次元の交互配置パターンは、多重位相シフト干渉画像情報６４０における第１、第２、第３および第４の相対位相干渉部分を含むことができ、第１〜第４の相対位相干渉部分は、基本的には、検出サブシステム１５０Ｂを実施するのに使用される検出器７１０の表面上の単一画像として伝送された、図４に示すように、高密度すなわち画素毎のＱ₀〜Ｑ₃象限２３２〜２３８の交互配置に対応する。

図６に示す多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第１の例において、参照波面１２４および対象物波面１２８は、図６（ａ）に示す直交方向１３２Ａおよび１３３Ａに沿って偏光される。この第１の例において、偏光素子５３０は、図６（ｃ）に示すパターン５３１Ａを含む高密度偏光アレイを含み、パターン５３１Ａは、ストライプ状の第１の偏光部分５３２Ａおよびストライプ状の第２の偏光部分５３４Ａを含み、これらの偏光部分５３２Ａおよび５３４Ａは、パターン５３１Ａの詳細図においてそれぞれの「格子ライン」によって示されるそれぞれの偏光方向を有する。

本例において、偏光素子５３０Ａがパターン５３１Ａを有する高密度偏光アレイを含むとき、高密度位相シフトアレイ素子４９０は、パターン４９１Ａを含む。このパターン４９１Ａは、図６（ｂ）に詳細に示すように、代替配置されたストライプ状の０（rad）の位相シフト部分Ｐ₀およびストライプ状のπ／２（rad）の位相シフト部分Ｐ₉₀を含む。様々な例において、高密度位相シフトアレイ素子４９０のストライプ状の０（rad）の位相シフト部分Ｐ₀およびストライプ状のπ／２（rad）の位相シフト部分Ｐ₉₀は、米国特許出願No.10/282,110に述べられている方法による、複屈折材層または複屈折基板において適当な厚さを形成することによって製作される。しかしながら、この特定の例において、複屈折材層または複屈折基板の速軸は、米国特許出願No.10/282,110の図１５に示す例のように、全ての場所において均一に垂直である。

本例において、第１の偏光部分５３２Ａは、高密度偏光アレイ素子４９０を通過する伝送された混ぜ合わされた波面１２９における直交偏光成分１２４および１２８の同位相成分を伝送して干渉させるように機能する。同様に、第２の偏光部分５３４Ａは、高密度偏光アレイ素子４９０を通過する伝送された混ぜ合わされた波面１２９における直交偏光成分１２４および１２８の位相不一致成分を伝送して干渉させるように機能する。本例に対応する多重位相シフト干渉画像情報６４０の構造は、次にマトリクスに対応する構造で、図４に示す、高密度のＱ₀〜Ｑ₃象限２３２〜２３８の交互配置に基本的に対応する異なった位相シフト「セル」すなわち部分の格子縞状の構造で構成されている。

Ｑ₃ Ｑ₁ Ｑ₃ Ｑ₁
Ｑ₂ Ｑ₀ Ｑ₂ Ｑ₀
Ｑ₃ Ｑ₁ Ｑ₃ Ｑ₁
Ｑ₂ Ｑ₀ Ｑ₂ Ｑ₀
各Ｑ₃セルすなわち部分は、位相シフト部分Ｐ₉₀が−π／４（rad）偏光された第２の偏光部分５３４Ａに重なるところに生成される。各Ｑ₁セルすなわち部分は、位相シフト部分Ｐ₉₀が＋π／４（rad）偏光された第１の偏光部分５３４Ａに重なるところに生成される。各Ｑ₂セルすなわち部分は、位相シフト部分Ｐ₀が−π／４（rad）偏光された第２の偏光部分５３４Ａに重なるところに生成される。各Ｑ₀セルすなわち部分は、位相シフト部分Ｐ₀が＋π／４（rad）偏光された第１の偏光部分５３４Ａに重なるところに生成される。様々な例において、各セルすなわち部分は、検出サブシステム１５０Ｂを実施するのに使用される検出器７１０の単一の画素に対応する。

本例において、様々な部分の多重位相シフト画像情報６４０は、米国特許出願No.10/282,110の図２０を参照して述べたように処理された信号とすることができ、隣接する画素を使用するが、ほぼ式（８）の実施に対応し、多重位相シフト画像発生部１６０Ａに提供された広範囲に分離された画素を使用する干渉計システムに対して改善された精度に関して、より同相モード誤差を有する可能性がある。

しかしながら、多重位相シフト画像発生部１６０Ａを参照して前述したと同様に、画素レベルで生じるバイアスおよびオフセット誤差、および検出器７１０および／または制御システム１７０における連続した画素関連信号処理における残存する差異がまだあり、その差異は、多重位相シフト画像発生部１６０Ｂによって提供される同相モード誤差排除によって取り除かれない。しかしながら、前述したように、以下に詳細に述べる本発明のシステムおよび方法は、様々な干渉計システムに対して、干渉計の各信号検出チャネルで都合よく実施することができる。例えば、多重位相シフト画像発生部１６０Ｂに関して、本発明によるシステムおよび方法は、検出器７１０の各画素上の光信号を積分する間に、照明光源からの放射の波長を変えるのに使用することができる。従って、本発明のシステムおよび方法の１つを使用すれば、多重位相シフト画像発生部１６０Ｂを使用するときに干渉計システム１００に対して改善されたレベルの補間および精度を提供するために、検出器７１０の個々の画素に対する特有のオフセット信号寄与は求めることができ、個々の画素を介して提供される様々な干渉信号は、その後の処理において排除または補正された求められたオフセット信号寄与を有することができる。

代わりに、様々な実施の形態において、本発明によるシステムおよび方法は、あるアプリケーションにおける様々な利点またはある経済的な干渉計システム部品を提供する誤差減少および／または信号処理の代替方法を提供する。

多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第２の例において、本発明によるシステムおよび方法は、多重位相シフト発生機構１４０Ｂの少なくとも１つの部品の簡素化を許す。本第２の例は、米国特許出願No.10/270,130および米国特許出願No.10/282,110には明確に開示されていない。しかしながら、以下に述べる様々な部品の製作、組み立ておよび動作は、それらに含まれる様々な教示に明らかに基づいたものである。

多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第２の例において、参照波面１２４および対象物波面１２８は、図６に示す直交方向１３２Ｂおよび１３３Ｂに沿って偏光される。この第２の例において、偏光素子５３０は、パターン５３１Ｂの詳細図におけるそれぞれの「格子ライン」によって示されように偏光の単一方向を提供する均一偏光素子である。様々な例において、均一偏光素子５３０は、空間によって分離された平行な導電性素子のアレイによって形成されたワイヤ格子偏光素子を用いて実施される。米国特許NO.6,108,131，6,122,103および6,243,199は、そのようなワイヤ格子偏光素子を形成するためのシステムおよび方法を開示する。

本例において、偏光素子５３０が５３１Ｂで示される偏光方向を含むとき、高密度位相シフトアレイ素子４９０は、パターン４９１Ｂを含む。このパターン４９１Ｂは、図６（ｄ）の詳細図に示すように、０（rad）位相シフト部分Ｐ₀およびπ／２（rad）位相シフト部分Ｐ₉₀の格子縞状パターンを含む。様々な例において、高密度位相シフトアレイ素子４９０の０（rad）位相シフト部分Ｐ₀およびπ／２（rad）位相シフト部分Ｐ₉₀の格子縞状パターンは、米国特許出願No.10/282,110に記載された方法による複屈折材層または複屈折基板に適当な厚さを形成することによって、製作される。この特定の例において、複屈折材層または複屈折基板の速軸は、米国特許出願No.10/282,110の図６および図１５に示す例のように、あらゆる位置で均一に垂直である。

本例において、偏光素子５３０は、高密度偏光アレイ素子４９０を通過する伝送された混ぜ合わされた波面１２９における直交偏光成分１２４および１２８の同位相成分を伝送して干渉させるように機能する。本例に対応する多重位相シフト干渉画像情報６４０の構造は、次にマトリクスに対応する構造で、図４に示す、高密度のＱ₀およびＱ₁象限２３２，２３４のみの交互配置に基本的に対応する異なった位相シフト「セル」すなわち部分の格子縞状の構造で構成されている。

Ｑ₀ Ｑ₁ Ｑ₀ Ｑ₁
Ｑ₁ Ｑ₀ Ｑ₁ Ｑ₀
Ｑ₀ Ｑ₁ Ｑ₀ Ｑ₁
Ｑ₁ Ｑ₀ Ｑ₁ Ｑ₀
各Ｑ₀セルすなわち部分は、位相シフト部分Ｐ₀が水平偏光素子５３０に重なるところに生成される。各Ｑ₁セルすなわち部分は、位相シフト部分Ｐ₉₀が水平偏光素子５３０に重なるところに生成される。様々な例において、各セルすなわち部分は、検出サブシステム１５０Ｂを実施するのに使用される検出器７１０の単一画素に対応する。

多重位相シフト画像発生部１６０Ａの前述した例および多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第１の例に対して、この多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第２の例は、構造的に簡素であるが、それぞれ、０（rad）およびπ／２（rad）の２つの異なる位相シフトのみに対応する交互配置された位相シフト画像部分を提供する。従って、これらの部分に対して、π（rad）の相対位相シフトを提供する部分がなく、式（６）〜（８）に関連して前述した同相モード誤差を排除するための方法は、適用することができない。しかしながら、本発明によるシステムおよび方法は、図７〜図１４を参照してさらに以下に述べるように、例えば、多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの本例が干渉計システム１００の２相の例に適用されるときに、干渉計システム１００における付加光路または付加光路長変更素子を設ける必要がなく、干渉計システム１００の２相の例におけるオフセット誤差を排除するのに適用することができる。

より一般には、本発明によるシステムおよび方法は、米国特許出願No.10/270,130および米国特許出願No.10/282,110における実施態様を含むがこれに限定されることはなく、広範囲の２相、３相、４相の干渉計システムと組み合わせることができ、上述したような様々な利点を提供する。従って、本発明によるシステムおよび方法と組み合わせて使用可能な前述した干渉計システムの実施態様は、そのようなシステムの特定の多重位相シフト発生機構を含み、単に模範例であり、限定されることはない。

前述したように本発明によるシステムおよび方法の主目的である干渉計システムにおける様々なオフセット誤差を排除しそして／または補正するという問題を参照するに、多数の従来技術解法の主な不利は、それらが可動部品および／または付加されたシステムの複雑さを要求するとともに、少なくともいくつかのオフセット誤差寄与を排除しそして／または補正するために必要な付加信号を提供するのに使用可能な付加光信号経路および／または調整された光信号経路長を提供するために特に費用が掛かることである。例えば、図２〜図６（ｃ）を参照して前述した４相干渉計システムは、基本的に式（８）に相当する信号処理を適用し、回折光学素子または高密度偏光アレイなどの特化された、正確で、複雑な素子を要求する。さらに、そのようシステムは、本質的には、４つの異なった位相シフトのインタフェログラムが単一の検出器のエリアを分割することを要求し、これは、２つの異なった位相シフトのインタフェログラムのみが単一の検出器のエリアを分割するシステムと比較して、検査対象物１３０に対して提供することができる効果的な測定空間分解能または測定密度を減らす。

式（８）に基本的に相当する信号処理を適用し、そして、２つのカメラを使用して４つの異なった位相シフトインタフェログラム、または同等の画像情報を提供する他のシステムが知られており、なおかつ他のシステムは、この目的のために、３または４つのカメラを使用する。このようなシステムは、前述した不利のいくつかを避けるが他の不利を混合する。いくつかの２カメラ構成は、米国特許出願No.10/270,130およびNo.10/282,110に開示されている。４カメラ構成は、本発明の原理に従って使用可能なさらに他の多重位相シフト機構を含み、「"Instantaneous Phase Measuring Interferometry", by R.Smythe and R.Moore, in Optical Engineering, July/August 1984, Vol.23 No.4, pages 361-364」に記載されている。

オフセット信号寄与を排除しまたは補正するためのさらに他の公知の方法において、波長可変レーザ光源干渉計がＮ離散周波数または波長ステップで干渉し、それぞれの関連干渉信号は、干渉計システムによって取得され、格納される。様々な態様において、Ｎ離散周波数または波長ステップは、正確に制御されそして知られ、システム複雑性を付加し、所要信号の取得の実施の速度を減少させ、これはそのようなシステムの不利である。様々な他の態様において、周波数または波長ステップは、正確に制御されず、所要信号の取得を迅速化するが、付加された複雑さをオセット信号寄与を求めるための後の信号処理へ導入し、これはそのようなシステムの不利である。様々な態様において、様々な公知のアルゴリズムが、取得された信号を解析し、オフセット信号成分を求めるのに使用され、これは、ハイデマンアルゴリズム、フーリエ解析などを含む。

前述した技術の実質上全てのさらなる不利は、それらの技術が不可避な外部振動によって妥協されることであり、これは、オセット信号補正に必要な信号測定値を取得するのに掛かる経過時間に亘って様々な従来のシステムおよび方法の様々な光路長を変える。従って、振動は、制御不能な形態において様々な信号および信号関係を変え、関連オフセット信号補正における対応する誤差につながる。

前述した公知のシステムおよび方法に対して、本発明は、光源波長λを変えることによって、信号オフセットを測定するための方法の唯一の実施を利用し、よって、付加された成分または干渉計システムの標準光路における無関係な光路長調整を必要とすることなく、干渉計システムの標準検出チャネルを介して様々なオフセット誤差を排除し／または補正するために必要な信号を取得することを可能にする。本発明は、また、連続して光源波長λを掃引するから、特に有利であり、よって、非常に短い時間で様々なオフセット誤差を排除し／または補正するのに必要な信号を提供することができる。非常に短い時間で必要な信号を提供することは、前述した不可避な振動に対して方法の感度を減少させる。さらに、光学電気通信事業と関連する開発のために、光源波長λを変えるのに最適な可変波長光源は、益々、さらなる精度および速度、そしてコスト低減において利用可能である。

便宜上、以下の議論において量（ｚ／λ）を光位相と呼ぶことにする。先に要約したように、本発明は、検出チャネル信号が検出チャネルの検出器によって取得されまたは積分される時間の間に干渉計の照明光源からの放射線の波長を変えることによって干渉計における検出チャネル信号に対するオフセット寄与を示す信号を提供する。波長変化の目的は以下の通りである。式（４）および式（５）は、例えば、干渉計の様々な検出チャネルにおける信号がオフセットＣ、ＯＰＤｚおよび光源波長λにいかに依存するかを示す。本発明の目的は、検出チャネルに関連するオフセット成分を求めることであり、本議論に関してオフセット成分Ｃが未知であると仮定される。異なる検出チャネルが不揃いな検査対象物の異なる部分に対応するとき、対象物の異なる部分は、異なるＯＰＤｚを有し、ＯＰＤｚは、通常、「未知」であり、検査対象物の各部分に対して求められるべきものである。従って、検査対象物の各部分および各検出チャネルについて、光位相（ｚ／λ）は、また、未知である。よって、式（４）は、例えば、たとえＡ₁およびλが周知であっても、オフセットＣ₁を解くことができない。

しかしながら、ＯＰＤｚおよび波長λの代表値について、ＯＰＤｚは固定されているとき、式（４）の量Ａ₁Sin２π(ｚ/λ)は、波長λの値における小さな変化に対して即座に変わる周期関数である。さらに、この周期関数の積分が取られ、多数の期間（非整数の期間でも）に亘って平均化され、その結果として得られた平均値は、Ａ₁の値に関係なく、ｚの値に関係なく、そして、波長λに対する正確な名目上の値または範囲に関係なく、ほぼ零に収束する傾向にある。従って、干渉計を操作する点に関して、波長λが適当に変えられると、検出器への光入力の光位相は、適当に変化し、そして、結果として生じた検出応答が積分され、その結果が積分時間に亘って平均化されたとき、式（４）および式（５）において対応する成分などは、ほぼ零であり、残存する積分され平均化された信号は、我々が求めることを望むオフセット成分であり、オフセットＣ₁（またはＣ₂）などである。

これらの条件は、本発明による様々な実施の形態における大きな範囲に亘って連続的にそして単調に波長を変化させることによって、都合よく、経済的に、そしてほぼ理想的に実現される。しかしながら、本発明は、それほど限定されない。より一般には、波長は、積分期間の間の様々な異なる方法で変えられてもよく、これらの方法は、検出入力に対する連続した「無向性」の光位相変化を結果として生じない方法を含み、そして、比較可能で使用可能な結果をさらに得ることができる。様々な代替方法は、さらに以下に述べる。しかしながら、そのような場合において、一般には、積分された信号にバイアスをかける方法において他の波長より長い１つの波長で手間取らないことが望ましい。さらに、一般に、積分された信号にバイアスを導入することを避けるために、取得された値の全範囲を通して量Sin２π(ｚ/λ)を変えさせる波長を提供することが望ましい。様々な実施の形態において、そのような望ましい条件は、正確に知られまたは制御された量によって光位相を変化させるための様々な従来のシステムおよび方法において使用される正確に制御された光路長変化、または正確に制御された波長変化を供給する高価な素子または機構を設けることなく、少なくともおよさまたは完全に実施される。本発明による様々な実施の形態において、本発明の１つの目的は、そのような高価なそして／または遅い素子および機構を避けることである。これらの素子が干渉計において前から存在する本発明による様々な他の実施の形態において、本発明の１つの目的は、本発明の付加された利点を有するそのような素子の使用を補うこと、またはそのような干渉計においてオフセットを求めるための速い代替方法を提供することである。

前述および以下においては、時間平均積分信号などである検出チャネルに対して求めることを望むオフセット成分が述べられるが、広範囲のアプリケーションにおいて、時間平均操作は、求められたオフセット補正を用いることによって補正または補正されたオフセットとすべき様々な干渉測定値に対する総有効積分期間と同様に本発明のオフセット補正決定操作の総有効積分期間を生成することによって避けることができる。本手順によれば、総積分オフセット成分は各ケースにおいて同じであるであろう。従って、オフセット補正決定操作からの総積分検出信号値は、総積分干渉測定値から直接差し引くことができ、例えば、所望のオフセット補正干渉測定信号を提供する。

一般に、干渉計の各信号検出器、例えばインタフェログラム検出器として使用されるカメラの各画素に対するオフセット値は、異なり、よって、オフセット信号は、検出器毎または画素バイアス毎に測定され、取り除かれるべきである。本発明は、様々な干渉計設計に対して、干渉計の各信号検出チャネルで都合よく実施される。例えば、本発明によるシステムおよび方法は、干渉計システムにおいて使用されるカメラの各画素上の光信号を積分している間、照明光源からの放射線の波長を変えることができる。これは、各文献に開示されているものと同様の様々な多重パス多重カメラ干渉計システムと組み合わせて使用されるときに本発明を特定の有用なものにする。そのような多重パス多重カメラ干渉計システムに関連するオフセット誤差に対する様々な寄与は、同相モード誤差ではなく、多数の前述した従来の方法によって取り除くことはできない。これに対し、本発明は、多重パス多重カメラ干渉計システムに十分に有効である。

本発明を、図７〜図１４を参照してより詳細に説明する。

図７は、図１に示す干渉計システム１００のさらなる実施の形態である干渉計システム１００Ａを示すブロック図であり、干渉計システム１００Ａは、本発明による、オフセット決定回路（またはオフセット測定ルーチンまたはアプリケーション）１７１および波長可変レーザ光源１１０Ａを含む。また、図７は、レーザ駆動／制御回路（またはレーザ駆動制御ルーチンまたはアプリケーション）１７３を示し、これは、さらに以下に述べるように、干渉計システム１００Ａの様々な実施の形態において、オプションまたは省略される要素である。様々な実施の形態において、レーザ駆動／制御回路１７３は、信号および／または制御線１７４，１７５によって、制御システム１７０Ａおよび波長可変レーザ光源１１０Ａとそれぞれ接続される。様々な他の実施の形態において、レーザ駆動／制御回路１７３の要素は制御システム１７０Ａおよび波長可変光源１１０Ａに含まれ、それらから区別されない。他方、干渉計システム１００Ａの他の要素は、周知または当業者に明らかであろう様々な代替の態様と同様に、干渉計システム１００を参照して前述したそれらの態様を備えるようにしてもよい。波長可変レーザ光源１１０Ａおよびレーザ駆動／制御回路１７３は、図１２を参照してさらに以下に述べる。

図７に示す実施の形態において、オフセット決定回路１７１は制御システム１７０Ａの一部として実施される。しかしながら、様々な他の実施の形態において、オフセット決定回路１７１は、１つ以上の信号および／または制御線１７２，１７４、または同様の別個の信号および／または制御線を経て、制御システム１７０Ａおよび／または他の部品と接続する別個の回路、ルーチンまたはアプリケーションとして実施されてもよい。様々な実施の形態において、オフセット決定回路１７１は、図８〜図１４を参照して述べる本発明によるシステムおよび方法の操作を実施するように動作可能である。

図８は、本発明に従う、照明波長を変化させ、検出器上の対応する信号を積分する方法の第１の実施形態を示すタイミング図である。特に、図８は、干渉計検出チャネルからの信号を取得するのに使用可能な操作シーケンスを示し、その信号はその検出チャネルのオフセット信号成分を求めるのに使用可能である。操作シーケンスのタイミングは、制御システム１７０Ａおよび／またはオフセット決定回路１７１によって提供されるそれらに適用可能であるクロック信号および／または他の信号に基づいて求められてもよい。図８に示すように、操作シーケンスは、時間ｔ₀で開始される。干渉計システムの波長可変レーザ光源１１０Ａが初期にはその操作範囲の中間近傍にある通常の操作波長にあると仮定すれば、時間ｔ₁で、オフセット決定回路１７１は、波長可変レーザ光源１１０Ａに所望λ_startより幾分小さい波長への調整を開始させる調整信号を波長可変レーザ光源１１０Ａに対して発行する。

時間ｔ₂でオフセット決定回路１７１は、検出サブシステム１５０の信号取得シーケンスを初期化する検出トリガ信号を検出サブシステム１５０へ発行する。例えば、様々な実施の形態において、検出サブシステム１５０は、慣用的なＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラシステムまたは素子を備え、検出トリガ信号は、カメラの非同期リセットを引き起こす。これは、固有の能力に従う画像積分を初期化する。いかなる場合でも、後の時間ｔ₄で、検出サブシステム１５０は、検出信号積分期間を開始する。様々な実施の形態において、検出サブシステム１５０が慣用的なＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラシステムまたは素子を備えるとき、積分期間は、カメラのプログラマブルな固有の積分期間を備える。さらに他の実施の形態において、積分期間は、検出器が光信号を受信し積分する期間を有効に決定する他のタイプの電子または機械シャッタの制御に対応する。

時間ｔ₃で、オフセット決定回路１７１は、波長可変光源１１０Ａに対して調整信号を発行し、波長可変レーザ光源１１０Ａに波長の掃引を開始させる。一定のＯＰＤｚでもさえ、これは、検出器によって積分される信号における変化を、時間ｔ₄に対応する波長λ_startで開始させ、時間ｔ₅で検出積分期間の最後に対応する波長λ_endまで続行させる。この関連する信号の変化および積分信号については、以下に、図９を参照してさらに詳細に述べる。本発明による様々な実施の形態において、波長λ_startおよびλ_endを知るまたは制御するための特定の方法を実施する必要はない。むしろ、これらの波長は、測定によって異なり、これらの波長指定は、干渉計システム１００Ａの様々な部品の特有の特性に従う積分期間の開始および終わりに対応する様々な波長のための単に便利な記述子である。

一般に、以下に明らかにされる理由で、波長可変レーサ光源１００Ａが検出積分時間ｔ₅の終了後である時間ｔ₆で、波長を掃引する操作を完了することは、本発明の様々な実施の形態において好ましい。時間ｔ6で、オフセット決定回路１７１は、波長可変レーザ光源１１０Ａに対して調整信号を発行し、波長可変レーザ光源１１０Ａを干渉計システム１００Ａの通常干渉測定モードに対する所望の操作波長をリセットさせる。

図８に示す実施の態様は、所望の調整範囲の下端へ波長可変レーザ光源１１０Ａを変えるのに必要な時間が信号積分のための準備において検出サブシステム１５０を初期化またはリセットするのに必要な時間より十分に長いときに適切なものである。そのような場合、レーザ光源が積分期間開始前に所望の調整範囲の下端からスキャンを開始するために、時間ｔ₁に対して述べられた操作は、時間ｔ₂に対して述べられた操作より先行する必要がある。しかしながら、レーザ光源が検出器初期化またはリセット操作より速く所望の調整範囲の下端へ変わることができれば、これは、必ずしも必要ではない。より一般には、以下に明らかにされる理由で、波長可変レーザ光源１１０Ａが検出積分時間ｔ₄の前である時間ｔ₃で、所望の波長λ_startよりいくらか小さい波長に再調整する操作を完了することは、本発明による様々な実施の形態において十分である。

様々な実施の形態において、掃引方向は、前述した掃引方向に対して逆転させてもよい。すなわち、λ_startは、λ_endより長い波長または短い波長のいずれであってもよい。様々な実施の形態において、積分期間中に波長変化は、調整信号に比例し、調整信号８０１によって示されるように時間と線形である。本発明による他の様々な実施の形態において、多数の積分期間に関して、波長変化速度ｄλ／ｄｔが積分期間に亘っていくらか変化し、しかしながら通常は検出器への光信号のいくつかのサイクルに匹敵する時間期間に亘って僅かに変化する場合、それは十分である。

本発明による様々な実施の形態において、カメラは、検出サブシステムに含まれ、カメラの様々な画素は、本発明の原理に従って使用可能な検出器を提供する。そのようなカメラの一実施の形態において、カメラは、「Point Gray Research(305-1847 West Broadway, in Vancouver, British Columbia, Canada)」から入手可能な「Dragonfly」カメラである。様々な操作モードにおいて、「Dragonfly」カメラは、１/３０秒から１／８０００秒までの積分期間を支持する。従って、本発明による様々な実施の形態における積分期間が、６７ミリ秒、３４ミリ秒、１０ミリ秒、１ミリ秒、２００マイクロ秒、１００マイクロ秒、２０マイクロ秒および５マイクロ秒の少なくとも１つより短いことは、合理的である。積分期間中に積分された信号の時間平均値を求める本発明による様々な実施の形態において、以下に詳述する、所望の残存誤差値εの次数にある精度で、有効信号積分期間の所要時間を知ることが好ましい。これは、一般に、より長い積分期間に関して容易に取得されるが、数１００マイクロ秒または以下の秒の次数で積分時間を使用する高精度アプリケーションに対しては、要注意である。そのような場合、より高速期間測定クロックなどを使用する周知の高精度時間測定技術を、所要の精度を提供するのに使用することができる。

図９は、検出器への光信号VIN1の挙動と、オフセット測定における誤差％とを示す。図９に示されるオフセット測定における誤差％のプロットは、干渉計レーザ光源の周波数または波長における連続変化によって波長サイクルが検出器上に蓄積されるときに信号VIN1を積分する検出器からの積分信号の時間平均の全体挙動を表す。検出器に出現する光信号VIN1は、式（４）によって求められてもよい。ＯＰＤｚが一定であるとき、波長掃引範囲は、名目上の波長に比して小さく、波長掃引は、調整信号８０１に関して述べたように、時間に対して直線になり、光信号VIN1は、図９に示すようにほぼ一定振幅の周期信号になる。

積分検出出力の時間平均は、式（９）に示すように記述することができる。

ここで、時間Ｔは、積分期間の所要時間である。λはｔに比例するとき、積分は、λに亘って実行することができる。

VIN1が周期関数であるから、以下にようになる。

上記C１は、検出チャネルに対して求められるべきオフセット信号成分であり、εは、積分期間の開始および終わりでのVIN1の光位相に依存する周期残存誤差値であり、式（４）、およびλ_startによって、そしてλ_endによって順番に求められる。VIN1は周期関数であるから、残存誤差値εは、蓄積された波長サイクルで周期的に変化する。

εは本発明の原理に従ってオフセット信号寄与を求める際に不確定性を限定するから、εを最小にすることは好ましい。これは、様々な実施の形態において、積分時間期間内に生じる信号VIN1のサイクル数を最大にすることによって、達成することができる。サイクル数Ｎは、式（１１）によって与えられる。

Ｎは、波長範囲｜λ_start−λ_end｜および／またはｚ、２つの干渉計のアーム間のＯＰＤを増すことによって、増すことができる。実際には、ｚの最大値は、干渉計の構成および検査対象物１３０によって制限されるであろう。１つの設計限界で、ｚは、レーザ光源のコヒーレンス長によって制限される上限値を有する。存在する干渉計設計に関して、波長範囲を増すことは、一般に、Ｎを非常に増加させるための最も実用的な方法である。

前述したように、図９に示すオフセット測定における誤差％は、波長サイクルが干渉計の周波数または波長における連続する変化によって検出器上に蓄積されるときに積分された検出出力の時間平均の全体挙動を表す。図９の水平軸に沿った位置でのオフセット測定における誤差％の値は、残存誤差値εの大きさに対応する。図９に示すように、信号VIN１の積分されたサイクルの数が増すとき、残存誤差値εは減少する。換言すれば、信号VIN１の積分されたサイクルの数が増すとき、その積分された信号の時間平均は、信号VIN1のＤＣレベルに集中し、このＤＣレベルは、求められるべきオフセット信号成分に対応するＤＣレベルと同じである。図９に示す光信号VIN1の例に関しては、約６０波長サイクルが検出器によって積分された後に、残存誤差値εが求められるべきオフセット信号成分の1パーセント未満に減少する。

１つの実施の形態において本発明の操作をさらに示すために、干渉計システム１００Ａは、５０ｍｍの名目上のＯＰＤを提供し、７８０ｎｍ付近において近接して離れた２つの波長で動作する絶対または２波長干渉計システムでもよい。図８を参照して上述したように、オフセット決定モードの操作において、いくつかの適当な模範的値としては、λ_start＝７８０ｎｍ、λ_end＝７８０．５ｎｍである。従って、そのような波長変化に対して、約４１サイクルが積分期間中に蓄積される。サイクルの数は、５０ｍｍ／７８０ｎｍ＝６４，１２０．６サイクルおよび５０ｍｍ／７８０．５ｎｍ＝６４，０６１．５サイクルから計算され、その差がほぼＮ＝４１サイクルとなる。

対応する光信号VIN1が図９に示すＡＣおよびＤＣ成分の大きさの比を有するとき、最大残存誤差値εは、ほぼ０．７％である。VIN１の光位相が前述したように、そして図１０を参照してさらに述べるように、未知で「制御不能」であるから、最大残存誤差値が述べられる。さらに、検査対象物の全ての部分が同一光源から照明されるときでさえ、２つの異なる部分のＯＰＤｚ値が非常に異なるとき、対応する異なる検出器に出現する波長サイクルの数は、異なるであろう。従って、検査対象物のトポグラフィによって、同時の照明および同時の積分期間でさえ、２つの「非合同」検出チャネルは、波長サイクルの幾分異なる数を積分する。結果的に、特定の検出器に対する特定の信号の積分の結果は、まれにしか、波長サイクルの整数の数に対応しない。本発明による様々な実施の形態において積分された波長の数は、波長サイクルの非整数の数であり、周期的な残存誤差曲線上のεの値、例えば、Ｎ＝４１の近傍におけるピークまたは谷のいずれかに同等に対応する。

前述の実施の形態は、意図的に示されたものであり、これに限定されるものではない。例えば、より一般には、様々な実施の形態において、操作可能な照明波長が使用されてもよい。干渉計システムは単一の波長「増加」型干渉計とすることができる。波長変化は非常に広い範囲の波長に亘って提供してもよく、これは、様々な実施の形態において、単位時間当たりの波長サイクルの数を増すことになる。積分されたサイクルの数は、約４０より大きくしてもよいしまたは４０より小さくしてもよく、重要なオフセット補正の利点は、様々な形態で提供され、例えば、積分されたサイクルの数は、精度が低い実施の形態においては、２０サイクルまたは１０サイクルのオーダにある。これらおよび他の変形は、当業者にとっては、明らかであろう。

さらに、前述の実施の形態においては、本発明による様々な実施の形態において利便性および実効性を供給する、一定速度、またはほぼ一定の速度での連続した波長変化の使用を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。他の形態において、検出器に対する波長変化照明は、例えば、単調な波長増加または減少中に照明を遮る形態で、積分期間中に1回以上遮られ、再開される。代わりに、波長は、それぞれの波長変化パターンおよび／または範囲の形態で、波長減少をしながらの波長増加の形態で、またはその逆の形態で、変えられてもよい。従って、様々な実施の形態において、各種のパターンまたは一連の波長の変化が、干渉計システムの様々なタイミングおよび制御能力に匹敵し、前述した好ましい条件を少なくとも満足するならば、積分期間中に使用されてもよい。しかしながら、そのようなパターンまたは一連の波長の変化は、単一の単調な波長変化より、使い勝手がよくなく、正確ではない。

実際に、図８および図９を参照して前述した方法は、各種の干渉計システムの検出チャネルに使用することができる。検出器の積分期間に亘って、そして所望のレベルで残存誤差εを減少させるのに十分な波長サイクルの所望の数に亘って求められた、積分された信号VIN1の時間平均値は、様々な実施の形態において補正目的のために望まれるオフセット信号成分に対応するＤＣレベルと同じである。式（４）に関して、例えば、この求められたオフセット信号成分は、値Ｃ１である。従って、検出チャネルに対するこのオフセット信号成分は、検出チャネルによって干渉測定信号に使用される積分時間と掛け合わされ、そして、その信号から差し引かれる。そのような減算は、式（１）および式（２）によって示される信号成分に相当する理想的な所望干渉信号成分のみを残す。従って、干渉測定値は、特定の波長内の高レベルの補間を含み、式（３）に従ってそのような信号から求められてもよい。

先の結果は多数のアプリケーションに対して十分である一方、Ｎを増すことなく、より高いレベルでオフセット信号成分を削除することが望ましく、好ましくは、０．１％を超えることである。これは、いくつかの波長が単一の波長が使用されるときより大きい範囲に亘って距離を測定するのに使用される絶対干渉計にとって特に重要である。オフセット決定の精度をさらに向上させるための方法を含む本発明のさらなる実施の形態は、図１０を参照して以下に述べる。

図１０は、波長サイクルが干渉計レーザ光源の周波数または波長における連続変化によって検出器上に蓄積するときの、入力光信号VIN1およびVIN2に対する積分された検出器応答の時間平均を示す信号１００１および１００２と、同様にこれら２つの時間平均積分信号の平均を示す信号１００３との挙動を示す。図１０に示す例において、入力光信号VIN1およびVIN2（図示せず）は、検査対象物の同じ部分から来る干渉計の代表的な直交入力信号であり、前述したように、高分解能で検査対象物のその部分までの距離を求めるための信号補間に用いられる。従って、それぞれの検出器に出現する光信号VIN2は、式（５）によって求められる。他方、光信号VIN２と、対応する時間平均積分検出器信号またはオフセット信号値の挙動は、信号VIN1および図９を参照して前述したものと同様である。この特定の例によれば、両方の信号は、同じ開始および終わり時間を有する同じ積分期間に亘って積分される。各個別の信号が同じカメラの個々の画素によって検出され、積分される様々な実施の形態において、そのような積分期間は、両方の画素に対してカメラによって提供される。

図１０に示す垂直スケールは、図１０の水平軸に沿って示される４５から５５の波長サイクルを積分した後のオフセット信号値評価値の残存誤差値εに生じる小さな変化を強調するために、図９に示すものに対して拡大されている。

図１０に示す例において、信号VIN1に対するオフセット評価値（曲線１００１）は、VIN1に対する積分信号値の時間平均と同じであり、２．５ユニットの名目上のオフセット成分および１ユニットのＡＣ振幅を有する信号に対するものである。同様に、信号VIN2に対するオフセット評価値（曲線１００２）は、VIN2に対する積分信号値の時間平均と同じであり、２．５ユニットの名目上のオフセット成分および１ユニットのＡＣ振幅を有する信号に対するものである。これは、一般に、各種の干渉計システムに関して、ほぼ等しい直交光入力信号VIN1およびVIN2のオフセットおよび振幅値が期待されるから、合理的な例である。

各信号VIN1およびVIN2がそれらの直交関係によって積分期間内の時間で異なるそれぞれの光位相を有するから、曲線１００１および１００２は、図１０において互いに移動される。さらに、両方の直交信号は、また、分割された光位相シフト成分を有し、この光位相シフト成分は、オフセット測定中に変化し、ＯＰＤｚ、名目上のまたは初期の波長などに依存する。直交信号に関連する検出器が合同である、すなわち、それらが対象物の同じ部分から生じる光信号を両方ともに受信するから、この分割された光位相シフト成分は分割される。一般に、分割された光位相シフト成分は、対応する積分信号曲線のそれぞれに対して様々な関連する「制御不能」変位を分け与え、オフセット測定中に対応的に変化する。

一般に、前述したように、いずれかの曲線の変位は未知であり、いずれかの曲線が特定のオフセット決定測定に対して「最悪」になるかを知ることはできない。しかしながら、変位に関係なく、そのような光位相関連影響がそれぞれの入力信号の名目上のＤＣオフセット値に対して垂直軸に沿って曲線１００１および１００２を変位させることが見つけられるが、その変位は、それらのピークツゥピーク値（曲線１００１がそのような最大変位を示す）の±１／２より大きくない。

いずれの場合においても、両方の信号に対するオフセット決定測定を行い、これらのオフセット測定値を平均化することは可能である。曲線１００３は、曲線１００１および１００２の値の平均を示す。図１０の例に示されるように、「平均」曲線１００３は、個々の時間平均積分信号曲線１００１および１００２の最悪の１つより小さい最悪の場合（ピーク）の残存誤差値εを有する信号VIN1およびVIN2のオフセットの評価値を常に提供するであろう。よって、この平均曲線１００３は、一般に、オフセットのより良い評価値である。

さらに、前述したように、時間平均積分信号の可能変位に対する制限を知れば、そして直交光入力信号VIN1およびVIN2の間の位相関係を知れば、個々の時間平均積分信号に対して先に求めたように、平均に対する最悪の場合（ピーク）の残存誤差値εを求めることができる。Ｎ＝４１に対して、個々のオフセット評価値に対応する最悪の場合（ピーク）の残存誤差値εより実質的に低い〜０．２％の平均に対する最悪の場合（ピーク）の残存誤差値εが見つけられる。

前述した平均技術は、直交信号VIN1およびVIN2と同様に、関連する位相シフト信号に適用することができるが、関連する位相シフト信号は、π／２（rad）以外の相対位相シフトを有し、平均技術は、少なくともいくつかの前述した利点を提供する。例えば、平均技術は、また、３相またはより高い相の干渉計システムの相当する関連位相シフト信号に適用されてもよい。

図１１は、本発明に従う、照明波長を変化させ、検出器上の対応する信号を積分する方法を第２の実施の形態を示すタイミングチャートである。前述したように、非常に短い時間で様々なオフセット誤差を排除しそして／または補正するのに必要な信号を提供することは有利である。これは、より速いオフセット決定を行い、干渉計の可能測定値またはサンプリング周波数を増すだけでなく、前述した避けられない振動に対してオフセット決定方法の感度を減少させる。図１１は、検出器の完全な積分期間より短い時間に対してレーザ光源照明を制御することによって本発明の原理に従う光信号を積分するための有効時間を制御しそして／または制限するための方法を示す。そのような方法は、様々な環境下で使用され、ａ）例えば、測定値間の振動誘発変化を減少させるために、検出器の固有の積分期間以下の有効光信号積分期間を短くすること、ｂ）複数のカメラまたは検出器の有効光信号積分期間を、特にそのようなカメラまたは検出器の固有の信号積分期間が都合よく所望の程度に同期されないときに高い精度で効果的に同期させることを含む。

図８と同様に、図１１は、干渉計検出チャネルから信号を取得するのに使用可能な操作シーケンスを示し、その信号は、検出チャネルのオフセット信号成分を求めるのに使用可能である。図１１に関連する操作のいくつかは、図８を参照して前述したものに同様または一致し、そのような操作は、当業者には明らかであろう。よって、そのような操作は、以下に詳述しない。

図１１に示すシーケンスに関連する操作の主な相違は、パルス信号（Pulse Signal）が波長可変レーザ光源１１０の実際の照明期間に対応することである。すなわち、パルス信号がＬ（ｌｏｗ）であるとき、レーザ光源は有効に「オフ」し、そして、パルス信号がＨ（ｈｉｇｈ）であるとき、レーザ光源は有効に「オン」する。そのようなレーザ照明制御の第１の態様において、レーザダイオードなどのフォワード電流が、レージングを誘発するに十分な閾値レベル以下にちょうどなるように、制御されることは周知である。そのような状態において、レーザ光源は「オフ」であるが、フォワード電流が増すと、非常に短い応答時間、ナノ秒のオーダでオンするであろう。パルス信号は、波長可変レーザ光源のそのような制御モードに対応する。そのようなレーザ照明制御の第２の態様において、レーザ光源は、「オフ」期間中に出力を有するが、パルス信号がＬであるときにレーザ出力は、所望の速さのまたは超速の応答時間を提供するタイプのシャッタによってブロックされる。逆に、パルス信号がＨであるとき、シャッタは開かれ、レーザ光源は有効にオンする。

さらなる相違は、調整信号（Tuning Signal）の意味に関するものである。様々なタイプの波長可変レーザ光源は、調整された波長を正確に制御するための照明フィードバックに依存する。従って、レーザ出力がレーザ照明制御の第１の例において実際にオフするとき、調整信号は、波長可変レーザ光源の調整機構に送られる開ループ制御信号を示す。開ループ制御信号は、調整機構などを動作位置などに調整し、この動作位置は、レーザ光源がオンしたときに開ループ制御信号に対応する目標波長である波長を提供する。様々な実施の形態において、波長可変レーザ光源の閉ループ調整制御の応答時間は、レーザ光源がオンされたときにレーザ光源波長が初期閉ループ調整期間中容認できないほど「鳴り響く」ようなものである。そのような波長可変レーザ光源は、そのような問題を回避するために、図１１に示す操作シーケンスを介して前述した開ループ調整モードで操作される。本発明によるシステムおよび方法は、レーザ光源波長の特定の制御または測定を必要とせず、そのような開ループ制御は、本発明による様々な実施の形態においてオフセットを求めることに対して十分に正確である。レーザ照明制御の前述した第２の例を含む態様において、パルス信号は、シャッタの動作を制御する。次に、レーザ照明制御の第１の例に対応する最適な態様を述べる。レーザ照明制御の第２の例に対応する態様に対応する要求された相違および操作は、当業者にとって明らかであり、次に述べる利点を有する。

操作シーケンスは、時間ｔ₀で開始する。時間ｔ₁で、オフセット決定回路１７１は、波長可変レーザ光源１１０Ａに対して調整信号を発行し、波長可変レーザ光源１１０Ａの調整機構に所望波長λ_startより幾分小さい波長に対応する調整を開始させる。時間ｔ₂で、オフセット決定回路１７１は、検出サブシステム１５０に対して検出トリガ信号を発行し、検出サブシステム１５０の信号取得シーケンスを初期化する。例えば、様々な実施の形態において、検出サブシステム１５０は、慣用的なＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラシステムまたは素子を備え、検出トリガ信号は、カメラの非同期リセットを誘発する。後の時間ｔ₄で、検出サブシステム１５０は、検出器積分期間を開始する。時間ｔ₃で、オフセット決定回路１７１は、波長可変レーサ光源１１０Ａに対して調整信号を発行し、波長可変レーザ光源１１０Ａの調整機構に波長掃引に対応する調整を開始させる。

時間ｔ₄より後の時間ｔ_L1で、オフセット決定回路１７１は、波長可変レーサ光源１１０Ａに対してパルス信号を発行し、波長可変レーザ光源１１０Ａにレーザ光の発光を開始させる。調整信号との組み合せで、これは、検出器によって積分された信号における変化を引き起こし、時間ｔ_L1に対応する波長λ_startで開始し、波長可変光源１１０Ａに対するパルス信号が終了する時間ｔ_L2に対応する波長λ_endまで続行し、時間ｔ₅での検出器積分期間前に波長可変光源１１０Ａにレーザ光の発光を停止させる。時間ｔ₆で、オフセット決定回路１７１は、波長可変光源１１０Ａに対して調整信号を発行し、波長可変光源１１０Ａに干渉計システム１００Ａの通常干渉測定モードに対する所望操作波長をリセットさせる。

上記によれば、この態様において、それは、検出器積分期間それ自身ではなく、本発明の原理に従ってオフセット信号を求めるために、検出器によって積分された信号のタイミングおよび持続時間を求める波長可変光源１１０Ａへのパルス信号である。本態様によれば、検出器によって積分された信号の持続時間は、カメラまたは検出器の固有の積分期間より非常に短く、そして、カメラまたは検出器の操作、または干渉計システムの関連電子回路またはソフトウェア操作に存在する様々な制御不能な操作待ち時間にも拘わらず、正確に計られる。

検出器によって積分された信号の持続時間は、パルス信号およびレーザ照明の持続時間であって、検出器のカメラの固有の積分期間より非常に短く、そして、時間ｔ₃（オフセット決定回路１７１が波長可変レーサ光源１１０Ａに対して調整信号を発行し、波長可変レーザ光源１１０Ａの調整機構に波長掃引に対応する調整を開始させるとき）は、図１１に示す特定の例とは逆に、好ましくは、ちょうど時間ｔ_L1の前であり、積分期間開始時間ｔ₄の後である。さらに、調整信号は、さらに短い有効信号積分時間にも拘らず、積分信号が所望の数の波長サイクルを含むように、照明開始および終了時間ｔ_L1およびｔ_L2の間で、多数の所望の「完全な」波長掃引を提供する波長掃引速度を提供する。

１つの実施の形態において、図１１を参照して述べた操作は、図７に示すように、干渉計システム１００Ａにおける図１２に示すレーザ駆動／制御回路を含むことによって実現される。

図１２は、図７のレーザ駆動／制御回路１７３の一実施の形態を示すブロック図であり、図７に示す干渉計システム１１０Ａの様々な特定の態様における図１１に示すタイミング方法に使用可能であるレーザ駆動／制御回路１７３Ａを示す。レーザ駆動／制御回路１７３Ａは、次の記述に従って、周知の慣用的な回路素子および慣用的な回路設計技術を用いて実現される。１つの実施の形態において、レーザ駆動／制御回路１７３Ａの部品は、ダイオードレーザなどの電流源を５ＭＨｚのような高いパルスレートで操作することができる高速なフィードバック制御電流ドライバを提供するように、選択される。様々な実施の形態において、部品は、約１マイクロ秒以下であるレーザ応答時間を提供するように選択される。すなわち、レーザ発光は、入力制御信号（PLUSE SIGNAL IN）の先端を受信した後の約１マイクロ秒以内に初期化される。様々な実施の形態において、部品は、５００ナノ秒にように短いまたは４０ミリ秒のように長いレーザパルス持続時間を提供する必要がある高速なピーク電流を提供するように、選択される。

図７を参照して述べたように、レーザ駆動／制御回路１７３Ａは、信号および／または制御線１７４および１７５によって、制御システム１７０Ａと波長可変レーザ光源１１０Ａとにそれぞれ接続される。波長可変レーザ光源１１０Ａに所要の電流を供給することができる高速応答の中または高電力トランジス（以下、パワートランジスタという）８７５が、以下に述べるように提供される制御信号ＡＡに従ってレーザ光源を駆動するように接続される。波長可変レーザ光源１１０Ａは、波長可変レーザ光源１１０Ａの出力パワーに対応するフィードバック制御信号８８３を供給するための手段を含む。様々な実施の形態において、フィードバック制御信号８８３は、レーザ光源からの光の一部を備える。フィードバック制御信号８８３は、バッファ回路８８５に供給され、バッファ回路８８５は、様々な実施の形態において、フィードバック制御信号８８３を感知しそして／または増幅またはスケーリングし、フィードバック制御信号ＢＢを供給する。

レーザ駆動／制御回路１７３Ａは、２つの個別のモードで操作される。オフセット決定操作に適するパルスモードにおいて、制御信号PLUSE SIGNAL INは、高速ＪＦＥＴ入力バッファ８０５に入力される。制御信号PLUSE SIGNAL INは、図７を参照して述べたように、オフセット決定回路１７１から来る。ＣＭＯＳマルチプレクサ８１２が、信号および／または制御線１７４を経たオフセット決定回路１７１または制御システム１７０Ａからの適当なパルスモード許可信号によって制御され、制御信号PLUSE SIGNAL INを高速ＪＦＥＴ差動アンプ８１５に送る。ＪＦＥＴ差動アンプ８１５は、また、バッファ回路８８５からのフィードバック制御信号ＢＢを受信する。差分信号がＪＦＥＴ差動アンプ８１５によって、高速ＪＦＥＴアンプ８２５へ出力され、高速ＪＦＥＴアンプ８２５は、様々な実施の形態において、差分信号を増幅しまたはスケーリングし、波長可変レーザ光源１１０Ａを駆動するパワートランジスタ８７５へ入力される制御信号ＡＡを供給する。

連続照明モードにおいて、制御信号DAC INが入力バッファ８１０に入力される。信号DAC INは、信号および／または制御線１７４を経て制御システム１７０Ａから来る。ＣＭＯＳマルチプレクサ８１２は、信号および／または制御線１７４を経た制御システム１７０Ａからの適当な連続照明モード許可信号によって制御され、制御信号DAC INを差動アンプ８２０に送る。差動アンプ８２０は、また、バッファ回路８８５からのフィードバック制御信号ＢＢを受信する。差分信号が差動アンプ８２０によって、アンプ８３０へ出力され、アンプ８３０は、様々な実施の形態において、差分信号を増幅しまたはスケーリングし、連続照明モードで波長可変レーザ光源１１０Ａを駆動するパワートランジスタ８７５へ入力される制御信号ＡＡを供給する。連続照明モードにおいて、制御信号ＡＡは、パワートランジスタ８７５および波長可変レーザ光源１１０Ａに対して長い稼動寿命を提供するレベルでそれらにおける電流を制御する最大レベル以下で制御される。

そのような２つの別々の操作モードを有することによって、レーザ駆動／制御回路１７３Ａは、図１１を参照して述べたオフセット決定操作を支持するためのパルスモードおよび干渉計システムの代表的な干渉対象物測定操作を支持するための連続照明モードで、干渉計システムの波長可変レーザ光源を交互に操作することに対して理想的である。レーザ駆動／制御回路１７３Ａは、調整信号TUNING SIGNAL INの操作でレーザ照明を同期させるのに特に都合がよく、調整信号TUNING SIGNAL INは、図１１を参照して述べたように、波長可変レーザ光源１１０Ａの調整制御部１１１に入力される。

干渉計システム１１０Ａが正確にかつ別々に制御可能な積分期間を有する２つの検出器またはカメラを含む様々な態様において、波長可変レーザ光源波長の変化の速度が合理的に知られまたは制御可能であるとき、図１０を参照して前述した方法は、さらに、図１３に示すように強調することができる。

図１０と同様に、図１３は、波長サイクルが干渉計レーザ光源の周波数または波長における連続変化によって検出器上に蓄積するときの、入力光信号VIN1およびVIN2を積分するそれぞれの検出信号１３０１および１３０２の時間平均と、同様にこれら２つの時間平均積分信号の平均を示す信号１３０３との挙動を示す。入力光信号VIN1およびVIN2（図示せず）は、図１０を参照して前述したものに一致する。さらに、図１３に関連する様々な信号の全体特性および挙動は、図１０を参照して前述したものと同様または一致し、そのような特性は、当業者にとっては明らかであろう。よって、そのような特性は、以下に詳述しない。

図１３に示すように、曲線１３０１は、図１０に示す曲線１００１と一致し、第１の時間スパンに亘って信号VIN1を積分する時間平均検出信号の挙動を示す。これに対し、曲線１３０２は、第１の時間スパンに相当する波長サイクルの１／４分遅延された第２のスパンに亘って信号VIN2を積分する時間平均検出信号の挙動を示す。よって、図１３に示すように、信号VIN2が通常、信号VIN1に関して直交するから、信号VIN2の積分を波長サイクルの１／４分遅延することによって、時間平均信号積分曲線１３０２は、曲線１３０１に対して１／２サイクル分遅延された信号を提供する。そのような曲線の値の平均値は、平均値曲線１３０３によって示されるように、ほぼ零の最悪の場合（ピーク）の残存誤差値εを有し、各波長サイクルの全ての部分の間で、信号VIN1およびVIN2のそれぞれのＤＣオフセット値にほぼ等しい。これは、２つの直交信号VIN1およびVIN2の関連する垂直変位が等しくて反対であるから、２つの直交信号VIN1およびVIN2に分けられる前述の分けられた光位相シフト信号に関係なく、事実である。

干渉計システム１１０Ａが正確にかつ別々に制御可能な積分期間を有する２つの検出器またはカメラを含む様々な態様において、波長可変レーザ光源波長の変化の速度が合理的に知られまたは制御可能であるとき、波長変化の予想された速度に基づいて信号VIN1の積分期間に対して信号VIN2の積分の所要遅延を予測すること、および従って検出器またはカメラの積分期間を制御することが可能である。信号VIN1の積分ウィンドウに対する信号VIN2の積分ウィンドウの開始における所要遅延δtは、式（１２）によって示される。

本発明によれば、様々な特定の態様、特に絶対干渉計の態様において、検査対象物の特定の部分に対するＯＰＤｚは、様々な従来の干渉計測定値と周知の干渉計設計パラメータから十分に求められる。代わりに、様々な他の特定の態様において、波長は、周知の範囲に亘って、個々の検出チャネルによって示される結果として生じた全体および部分的な波長サイクルの数をそれぞれ計数、測定し、個々の検出チャンネルおよび合同な検出チャンネルに対するＯＰＤｚを十分に求める適切な信号処理に適合した速度で、走査される。所要遅延δtが誤差および／または関連する実際のタイミングにおいて僅かであり、制御が理想的でない場合でも、本発明により積分信号値の平均は、さらに改善された最悪の場合（ピーク）の残存誤差値εを有するオフセット評価値を提供する。

図１４は本発明による様々な実施の形態における干渉計の検出チャネルにおける様々なオフセット誤差を評価しそして／または補正するための方法を示すフローチャートである。図１４に示すように、開始後、方法はブロック１４０５の操作へ進み、検査対象物が干渉計の対象物ビーム上に位置決められる。次いで、方法はブロック１４１０の操作を続け、オフセット決定モードが干渉計に対して初期化される。そして、オフセット決定モードがブロック１４１５の操作で続けられ、さまざま実施の形態において、図８または図１１を参照して前述したように、干渉計の波長可変レーザ光源に所望の波長掃引範囲の開始をセットする。そして、オフセット決定モードがブロック１４２０の操作で続けられ、例えば様々な実施の形態におけるカメラシステムの初期化および非同期リセットによって、検出器信号積分期間を開始する。

オフセット決定モードがブロック１４２５の操作で続けられ、波長可変レーザ光源の波長掃引を開始する。様々な実施の形態において、これらの操作は、図８を参照して前述したように、実際の照明波長掃引を開始する。様々な他の実施の形態において、これらの操作は、図１１を参照して上述したように、実際の照明を提供することになく、波長可変レーザ光源の波長掃引機構の調整を開始する。

オフセット決定モードがブロック１４３０の操作で続けられ、検出器は、前述したように検出器入力信号を蓄積する。オフセット決定モードは、ブロック１４３５の操作で続けられ、検出器は、実際に、入力信号の蓄積を開始する。様々な実施の形態において、ブロック１４３０および１４３５の操作は、図８を参照して前述したように、区別されない。様々な他の実施の形態において、ブロック１４３５の操作は、図１１を参照して前述したように、波長可変レーザ光源の照明期間を実際に初期化することに対応し、そして照明期間を終了させる。

オフセット決定モードは、ブロック１４４０の操作で続けられ、検出器信号積分期間を終了させる。そして、オフセット決定モードは、ブロック１４４５の操作で続けられ、積分信号が検出器から干渉計の制御システムへ出力され、ブロック１４５０の操作で、オフセット信号が、検出器からの積分信号の値に少なくとも一部基づいて、干渉計のその検出チャネルに対して求められる。様々な実施の形態において、時間平均積分信号の値が求められ、それは求められるべきオフセット値に同じである。様々な他の実施の形態において、図９を参照して前述したように、オフセット決定および干渉測定決定積分期間は同じであり、積分信号の値は、求められるべきオフセット値に同じである。様々な他の実施の形態において、図１０および図１３を参照して前述したように、オフセット値は、２つの時間平均積分直交信号などの平均としてその検出チャネルに対して求められ、その１つの時間平均積分直交信号は、その検出器からのものである。そして、ブロック１４５０の操作は、求められたオフセット値を干渉計の制御システムに格納する。

方法は、ブロック１４５５の操作で続けられ、干渉計の通常干渉測定モードが初期化またはリセットされたときに、オフセット決定モードは、終了する。方法は、継続中のブロック１４６０の操作で続けられ、通常干渉測定モード中に検出器によって提供された検出チャネル信号は、前述したように、または当業者にとって明らか他の適当な方法によって、その検出器に対する格納された求められたオフセット値を用いて、オフセットに対して補正される。その結果得られた補正された検出チャネル信号は、干渉計によって提供される通常干渉測定値を求めるために使用される。継続中のブロック１４６０の操作は、方法が終了しそして／または繰り返されるまで続けられる。

上述した本発明は、いくつかの利点を有し、少なくとも前述したものおよび次のようなものを含む。1つの利点は、オフセットを、様々な干渉計システムの標準光路および標準検出器を用いて非常に高い精度で求めることができることである。他の利点は、ただ１つのデータ取得サンプルが必要である（１つのフレーム）ことである。さらに、方法の様々な実施の形態は、対象物の高さまたはＯＰＤｚを測定または制御することなく、十分な精度で実現することができる。また、方法は、波長の正確な情報を必要としない。さらに、方法は、正確な掃引速度ｄλ／ｄｔを必要としない。さらに、方法は、掃引中に正確に一定であるｄλ／ｄｔを要求しない。

上述したように、オフセット補正決定操作およびオフセット補正干渉測定信号操作は、オフセット補正決定操作が個々の検出チャネル、または適切に組み合わせ可能な直交信号などを供給する個々の１対の検出チャンネルに対して実行される。しかしながら、特定の検出チャネルに対して求められたオフセット補正を、他の特定の検出チャネルに適用することは、また、本発明の範囲内である。例えば、検査対象物上の特定の部分または位置に対応する特定の検出チャネルに対する特定のオフセット補正は、様々な実施の形態において、特定の検出チャネルに対応する検査対象物上の特定の部分または位置および対応する特定のオフセット補正と近似し、そうでなければ同様であると知られている、検査対象物上の部分または位置に対応する他の検出チャネルのオフセットを補正することに適用される。そのような態様は、本発明の様々な他の態様によって提供される潜在的な利点および効果の全てを提供しない。それにも拘らず、そのような態様は、本発明の原理に従う少なくともある潜在的な利点および効果を提供し、様々な干渉計アプリケーションまたは設計に対して好ましいある他の経済的効果、測定速度効果などを提供する。

従って、本発明の様々な実施の形態が上記に描かれ述べられている一方、様々な変形は、本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされてもよい。

本発明の様々な実施の形態で使用可能な干渉計システム１００の第１の実施の形態を示す図である。 実質的に米国特許No.6,304,330に開示されている多重位相シフト画像発生部１６０Ａの第１の実施態様を模式的に示す図である。 図２に示され、米国特許No.6,034,330に開示されている位相シフト干渉素子２２０の一例を示す図である。 米国特許No.6,034,330に開示され図２に示される多重位相シフト画像発生部の第１の実施の形態を使用して発生される光の４つの部分間の相対位相を示す図である。 米国特許No.6,034,330に開示され図２〜図４に示される多重位相シフト画像発生部の第１の実施の形態を使用するときに４つの光の部分が撮像アレイに亘って以下に分配されるかを示す図である。 図１に示される干渉計システムの様々な特定の形態において本発明によるシステムおよび方法と結合して使用可能な多重位相シフト画像発生部１６０Ｂの第二の実施の形態を示す図である。 図１に示す干渉計システム１００のさらなる実施の形態である干渉計システム１００Ａを示すブロック図である。 本発明に従う、照明波長を変化させ、検出器上の対応する信号を積分する方法の第１の実施形態を示すタイミング図である。 検出器への光信号VIN1の挙動と、オフセット測定における誤差％とを示す図である。 波長サイクルが干渉計レーザ光源の周波数または波長における連続変化によって検出器上に蓄積するときの、入力光信号VIN1およびVIN2に対する積分された検出器応答の時間平均を示す信号１００１および１００２と、同様にこれら２つの時間平均積分信号の平均を示す信号１００３との挙動を示す図である。 本発明に従う、照明波長を変化させ、検出器上の対応する信号を積分する方法を第２の実施の形態を示すタイミングチャートである。 図７のレーザ駆動／制御回路１７３の一実施の形態を示すブロック図であり、図７に示す干渉計システム１１０Ａの様々な特定の態様における図１１に示すタイミング方法に使用可能であるレーザ駆動／制御回路１７３Ａを示す図である。 波長サイクルが干渉計レーザ光源の周波数または波長における連続変化によって検出器上に蓄積するときの、入力光信号VIN1およびVIN2を積分するそれぞれの検出信号１３０１および１３０２の時間平均と、同様にこれら２つの時間平均積分信号の平均を示す信号１３０３との挙動を示す図である。 本発明による様々な実施の形態における干渉計の検出チャネルにおける様々なオフセット誤差を評価しそして／または補正するための方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００，１００Ａ 干渉計システム
１０２ 伝送部
１０４ 撮像部
１１０ レーザ光源
１１０Ａ 波長可変レーザ光源
１３０ 対象物
１４０ 多重位相シフト発生機構
１５０ 検出サブシステム
１６０ 多重位相シフト画像発生部
１７０，１７０Ａ 制御システム
１７１ オフセット決定回路
１７３ レーザ駆動／制御回路

Claims (16)

1. 参照ビーム経路、対象物ビーム経路、検出器を備える少なくとも１つの検出チャネル、および可変波長照明を提供するように動作可能な照明光源を備える干渉計に用いられ、前記干渉計の検出チャネルによって提供される干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供するためのオフセット補正決定用信号提供方法であって、
   信号積分期間を提供するように、前記少なくとも１つの検出チャネルの検出器を操作する工程と、
   可変波長照明が波長範囲に亘って変化し、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に、波長範囲に亘って分配される複数の波長を提供するように、前記干渉計に対する可変波長照明を提供する照明光源を操作する工程と、
   前記信号積分期間の少なくとも一部の間に前記検出器へ、前記干渉計に対する可変波長照明から生じる干渉光の光信号を入力する工程と、
   前記信号積分期間中に干渉光の光信号に応答して前記検出器に生じる信号を積分し、その積分信号を提供する工程とを備え、
   波長範囲に亘って分配された複数の波長が、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に干渉光の光信号の複数の光位相に対応し、光位相シフト範囲に亘って分配された複数の光位相が波長範囲に対応し、
   前記波長範囲は、少なくとも２π（rad）の光位相シフトに対応し、
   前記積分信号は、前記干渉計の前記検出チャネルによって提供される少なくとも１つの干渉測定信号のオフセット成分のためのオフセット補正を決定するのに使用可能であることを特徴とするオフセット補正決定用信号提供方法。
2. 前記干渉計に対する可変波長照明を提供する照明源を操作することは、前記可変波長照明が前記波長範囲に亘って連続的に変化し、前記波長範囲に亘って連続的に分配される複数の波長を提供するように、前記照明源を操作することであり、前記波長は、ａ）単調に、ｂ）単調にかつほぼ一定の変化速度で、ｃ）前記信号積分期間の少なくとも一部の間に前記波長範囲に亘って、の１つを備える方法で変化することを特徴とする請求項１記載のオフセット補正決定用信号提供方法。
3. 前記波長範囲は、ａ）前記干渉計における少なくとも１つの干渉測定信号を提供するのに使用される少なくとも１つの波長、およびｂ）前記干渉計における少なくとも２つの干渉測定信号を提供するのに使用される少なくとも２つの波長の少なくとも１つを含み、少なくとも２つの干渉測定信号は、干渉計における絶対距離測定を提供するように組み合わされた１組の信号の少なくとも一部を備えることを特徴とする請求項１記載のオフセット補正決定用信号提供方法。
4. 干渉計の検出チャネルによって提供された干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定するのに使用可能な信号を提供するための干渉計システムであって、
   前記干渉計は、参照ビーム経路と、対象物ビーム経路と、検出器を備える少なくとも１つの検出チャネルと、可変波長照明を提供することが可能な照明光源と、制御システムとを備え、
   前記少なくとも１つの検出チャネルの検出器は、信号積分期間を提供することが可能であり、
   前記照明光源は、可変波長照明が波長範囲に亘って変化し、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に前記波長範囲に亘って分配された複数の波長を提供するように、前記干渉計に対して可変長照明を提供することが可能であり、
   前記干渉計は、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に前記検出器へ、前記干渉計に対する可変波長照明から生じる干渉光の光信号を入力することが可能であり、
   前記検出器は、前記信号積分期間中に前記干渉光の光信号に応答して該検出器に生じる信号を積分し、前記検出チャンネルに対応する積分信号を提供することが可能であり、
   波長範囲に亘って分配された前記複数の波長は、それぞれの信号積分期間の少なくとも一部の間にそれぞれの干渉光の光信号の複数の光位相に対応し、光位相シフト範囲に亘って分配された複数の光位相は、前記波長範囲に対応し、
   前記波長範囲は、少なくとも２π（rad）の光位相シフトに対応し、
   前記制御システムは、前記検出チャンネルに対応する積分信号を入力し、該入力された積分信号に少なくとも部分的に基づいて、前記干渉計の検出チャネルによって提供される少なくとも１つの干渉測定信号のオフセット成分のためのオフセット補正を決定することを特徴とする干渉計システム。
5. 前記照明光源は、前記可変波長照明が前記波長範囲に亘って連続的に変化し、前記波長範囲に亘って連続的に分配される複数の波長を提供するように、そして、前記波長が、前記信号積分期間の少なくとも一部の間に、ａ）単調に、ｂ）単調にかつほぼ一定の変化速度で、ｃ）前記波長範囲に亘って、の１つを備える方法で変化することを特徴とする請求項４記載の干渉計システム。
6. 前記検出チャネルは、干渉光光信号を受信する少なくとも第１および第２の検出器を有する少なくとも第１および第２の検出チャンネルの少なくとも１つの組を備え、
   前記干渉計は、前記少なくとも１つの組の前記干渉光光信号が、前記対象物ビーム経路上に置かれた検査対象物の少なくとも第１および第２のほぼ合同部分の組からの光に対応し、前記検査対象物の少なくとも第１および第２のほぼ合同部分の組は、前記検査対象物の名目上の位置に対応するように、構成され、
   前記干渉計は、それぞれの組のそれぞれの干渉光光信号の少なくとも２つが異なる相対位相を有するように構成された多重位相シフト発生手段を備え、
   前記少なくとも１つの組に関して、少なくとも第１および第２の検出チャネルに対応する少なくとも第１および第２の積分信号を提供し、
   前記制御システムは、前記少なくとも第１および第２の検出チャネルに対応する少なくとも第１および第２の積分信号を入力し、少なくとも第１および第２の検出チャンネルの少なくとも１つによって提供される少なくとも１つの干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を決定することが可能であり、前記制御システムは、
   少なくとも第１および第２の別々のオフセット補正が、前記組の少なくとも第１および第２のそれぞれの検出チャンネルの対応する１つによって提供される少なくとも干渉測定信号を補正するのに使用可能なように、前記少なくとも第１および第２の別々のオフセット補正を提供するために前記入力された少なくとも第１および第２のそれぞれの積分信号を使用すること、および
   各組み合わされたオフセット補正が、その組み合わされたオフセット補正を提供するための組み合わせに使用される入力された第１および第２の積分信号の少なくとも２つに対応するそれぞれの検出チャネルの１つによって提供される少なくとも干渉測定信号を補正するのに使用可能であるように、少なくとも第１の組み合わされたオフセット補正を提供するために前記入力された少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも２つを備える少なくとも第１の組み合わせを使用することの、少なくとも１つによって、オフセット補正を実施可能なであることを特徴とする請求項４記載の干渉計システム。
7. 前記少なくとも１つの組に対して、前記少なくとも第１および第２の検出チャンネルの少なくとも２つは、異なる相対位相を有する少なくとも２つの干渉測定信号を提供するこが可能であり、
   前記干渉計の前記制御システムは、異なる相対位相を有する少なくとも２つの結果的にオフセット補正された干渉測定信号を提供するための少なくとも１つの使用可能なオフセット補正を用いて、異なる相対位相を有する少なくとも２つの干渉測定信号のオフセット成分を補正することが可能であり、
   前記干渉計の前記制御システムは、オフセット誘発誤差がない検査対象物上の名目上の位置に対応する補間干渉測定値を提供するために、異なる相対位相を有する少なくとも２つの結果的にオフセット補正された干渉測定信号を組み合わせることが可能であることを特徴とする請求項６記載の干渉計システム。
8. 少なくとも１つの組に対して、前記制御システムは、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも２つに少なくとも一部基づいて平均値を求め、少なくとも第１の組み合わされたオフセット補正値を提供することを特徴とする請求項６記載の干渉計システム。
9. 少なくとも１つの組に対して、前記干渉計システムは、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第１の信号に対応する積分信号期間の一部と、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第２の信号に対応する積分信号期間の一部とが、ａ）それらが少なくとも部分的に時間に遅れずに重なる、およびｂ）それらが実質的に同時に起こる条件の少なくとも１つを満たすように操作可能であることを特徴とする請求項６記載の干渉計システム。
10. 前記制御システムは、干渉計を介して使用されるパルス照明期間を制御することによって、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第１の信号に対応する積分信号期間の一部と、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第２の信号に対応する積分信号期間の一部とを、実質的に同時起こさせることが可能であり、パルス照明期間は、それぞれの積分信号期間の少なくとも一部を同時に決定することを特徴とする請求項９記載の干渉計システム。
11. 少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第１の信号と、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第２の信号とのそれぞれに対応する積分信号期間の一部は、それぞれの全体信号積分期間を備え、
    前記干渉計システムは、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第１の積分信号に対応する全体積分信号期間の少なくとも一部が、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第２の積分信号に対応する全体積分信号期間の少なくとも一部と合わせて重なるように動作し、
    前記照明光源は、可変波長照明の波長が、これらの全体信号積分期間の開始および終わりに対応する期間を通して単調にほぼ一定速度で変化するように動作可能であり、前記干渉計は、少なくとも第１および第２の積分信号の少なくとも第２の積分信号に対応する干渉光の光信号がこれらの全体積分信号期間の開始および終わりに対応する期間中のいくつかの光位相サイクルを受けるよう、単一の照明光源から全ての可変波長照明を提供するように構成され、
    前記干渉計システムは、少なくとも第１および第２の積分信号の第２の信号に対応する検出器が、少なくとも第１および第２の積分信号の第１の信号に対応する信号積分期間の開始後に積分期間をＮ＋１／４光位相サイクルで開始するように動作し、Ｎは、少なくとも零の整数であることを特徴とする請求項９記載の干渉計システム。
12. 前記干渉計システムは、少なくとも第１および第２の積分信号の第２の信号に対応する検出器が、ａ）少なくとも第１および第２の積分信号の第１の信号に対応する信号積分期間と実質的に同じ時間、および、ｂ）少なくとも第１および第２の積分信号の第１の信号に対応する信号積分期間の終了後のいずれかの時間で信号積分時間を終了するように動作することを特徴とする請求項１１記載の干渉計システム。
13. 前記干渉計は、少なくとも１つの二次元カメラを備え、少なくとも第１および第２の検出チャネルの少なくとも１つの組は、前記少なくとも１つの二次元カメラの画素を備える少なくとも第１および第２の検出器を有し、
    前記検査対象物上の名目上の位置に対応する補間された干渉計測定値の組は、前記検査対象物の少なくとも一部の二次元表面高さ側面図を提供するのに使用可能であり、該二次元表面高さ側面図は、オフッセト誘発誤差がないことを特徴とする請求項６記載の干渉計システム。
14. 可変波長照明を提供するように動作する前記照明光源は、前記干渉計の干渉測定信号を提供するのに使用可能な照明の少なくとも１つの安定した波長を提供するように動作することを特徴とする請求項４記載の干渉計システム。
15. 前記制御システムは、入力された積分信号に少なくとも一部基づいてかつ積分期間の所要時間に少なくとも一部基づいて、前記干渉計の少なくとも検出チャンネルによって提供される少なくとも１つの干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を求めるように動作することを特徴とする請求項４記載の干渉計システム。
16. 前記制御システムは、入力された積分信号に全体的に基づいて、前記干渉計の少なくとも検出チャンネルによって提供される少なくとも１つの干渉測定信号のオフセット成分に対するオフセット補正を求めるように動作することを特徴とする請求項４記載の干渉計システム。

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