JP2005249576A - 干渉測定方法及び干渉計 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉縞の輝度分布データに対するノイズ面の影響を容易に低減することのできる干渉測定方法、及び光軸方向の可干渉性分布の制御が容易な干渉計を提供することを目的とする。
【解決手段】参照面（ｒ）及び被検面（ｏ）に投光すべき光束の光源として、互いに干渉しない光軸角度の異なる複数種の可干渉光源を生成し（１３）、それら複数種の可干渉光源が個別に生成する複数種の干渉縞の輝度分布の和を、それら複数種の可干渉光源の全体が生成する干渉縞の輝度分布データとして検出し（１９）、複数種の可干渉光源の光軸角度の関係と、参照面（ｒ）及び被検面（ｏ）とノイズ面（ｎ）との位置関係とを最適化する。よって、干渉縞の輝度分布データに対するノイズ面（ｎ）の影響が容易に低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、干渉計を用いて被検面の形状測定をする干渉測定方法、及びその干渉計に関する。

この干渉測定では、参照物と被検物（レンズなど）とが干渉計にセットされる。干渉計は、被検物の被検面（レンズ表面など）にて反射した被検光束と、参照物の参照面にて反射した参照光束とが干渉して生起する干渉縞の輝度分布を撮像素子で検出する。撮像素子の出力する輝度分布データから、参照面を基準とした被検面の形状が求まる（特許文献１など）。

しかし、干渉計の撮像素子には、被検面の裏側の面にて反射した光束や、干渉計内の他の光学素子の表面で反射した迷光（ノイズ光束）も入射する。このため、余分な干渉が生じ、輝度分布データにノイズ成分が重畳している（以下、このノイズ成分の原因となる面を「ノイズ面」という。）。
特開２００１−３３０４０９号公報（従来の技術） 米国特許６，６４３，０２４号明細書 Wei Wang,Hirokazu Kozaki,Joseph Rosen,and Mitsuo Takeda,"Synthesis of longitudinal coherence functions by spatial modulation of an extended light source:a new interpretation and experimental verifications",APPLIED OPTICS,America, Optical Society of America,1 April,vol.41,No 10

近年、干渉計の光軸方向の可干渉性分布を最適化し、このようなノイズ面の影響を低減する方法が提案された（特許文献２、非特許文献１など。）。
しかし、それらの方法には、それを実現するための干渉計の設計が困難であるなどの問題が残されている。
そこで本発明は、干渉縞の輝度分布データに対するノイズ面の影響を容易に低減することのできる干渉測定方法、及び光軸方向の可干渉性分布の制御が容易な干渉計を提供することを目的とする。

請求項１に記載の干渉測定方法は、参照面及び被検面に投光すべき光束の光源として、互いに干渉しない光軸角度の異なる複数種の可干渉光源を生成する手順と、前記複数種の可干渉光源が個別に生成する複数種の干渉縞の輝度分布の和を検知する手順と、前記複数種の可干渉光源の光軸角度の関係と、前記参照面及び前記被検面とノイズ面との位置関係との少なくとも一方を調整する手順とを含むことを特徴とする。

請求項２に記載の干渉測定方法は、請求項１に記載の干渉測定方法において、前記複数種の可干渉光源の光量の関係を調整する手順をさらに含むことを特徴とする。
請求項３に記載の干渉計は、参照面及び被検面に投光すべき光束の光源として、互いに干渉しない光軸角度の異なる複数種の可干渉光源を生成する投光光学系と、前記複数種の可干渉光源が個別に生成する複数種の干渉縞の輝度分布の和を検知する検出光学系とを備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の干渉計は、請求項３に記載の干渉計において、前記複数種の可干渉光源の光軸角度の関係と、前記参照面及び前記被検面とノイズ面との位置関係との少なくとも一方を調整する光軸位置調整装置をさらに備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の干渉計は、請求項４に記載の干渉計において、前記複数種の可干渉光源の光量の関係を調整する光量調整系をさらに備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の干渉計は、請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の干渉計において、前記投光光学系には、単一の可干渉光源からの射出光束に基づき前記複数種の可干渉光源を生成する分岐光学系が備えられることを特徴とする。
請求項７に記載の干渉計は、請求項６に記載の干渉計において、前記被検面に対する入射光量分布が一致するよう前記複数種の可干渉光源からの射出光束の光路を調整する光路調整系を更に備えたことを特徴とする。

本発明の干渉測定方法では、互いに干渉しない光軸角度の異なる複数種の可干渉光源が用いられ、かつ複数種の可干渉光源の光軸角度の関係と、前記参照面及び前記被検面とノイズ面との位置関係との少なくとも一方を調整するので、光軸方向の可干渉性分布を容易に最適化することができる。よって、干渉縞の輝度分布データに対するノイズ面の影響が容易に低減される。

本発明の干渉計においては、互いに干渉しない光軸角度の異なる複数種の可干渉光源が用いられるので、複数種の可干渉光源の光軸角度の関係と、参照面及び被検面とノイズ面との位置関係との少なくとも一方を調整するだけで、光軸方向の可干渉性分布が変化する。すなわち、本発明の干渉計は、光軸方向の可干渉性分布の制御が容易である。

以下、本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態は、干渉計及びそれを用いた干渉測定方法の実施形態である。
先ず、本干渉計の構成を説明する。

本干渉計には、図１に示すとおり、レーザ光源（波長：λ）１１、ビームエキスパンダ１２、分岐光学系１３、ビームスプリッタ１７、結像レンズ１８、撮像素子１９などが備えられる。
分岐光学系１３には、偏光ビームスプリッタ１４、１／４波長板１５１，１５２、第１平面反射鏡１６１、第２平面反射鏡１６２が備えられる。第１平面反射鏡１６１、第２平面反射鏡１６２は、ステージ１６１’，１６２’によってそれぞれ支持されており、その姿勢（配置角度）が変更可能である。

因みに、このステージ１６１’，１６２’は、光学素子のアライメントなどに用いられる一般的なステージである。
このような構成の本干渉計に、被検物１、参照物２がセットされる。
なお、レーザ光源１１、ビームエキスパンダ１２、分岐光学系１３が請求項における投光光学系に対応し、結像レンズ１８、撮像素子１９が請求項における検出光学系に対応する。ステージ１６１’，又はステージ１６２’が請求項における光軸位置調整装置に対応する。

次に、本干渉計における光の振る舞いを説明する。
図１に示すとおり、レーザ光源１１から射出した光束は、ビームエキスパンダ１２において径の太い平行光束に変換される。平行光束は、偏光ビームスプリッタ１４において偏光方向の互いに異なる反射光束及び透過光束（以下、「第１光束Ｌ₁」，「第２光束Ｌ₂」という。）に分割される。この偏光ビームスプリッタ１４は、第１光束Ｌ₁の光量と第２光束Ｌ₂の光量とが１：１になるよう設定される。

第１光束Ｌ₁は、１／４波長板１５１を介して第１平面反射鏡１６１に入射し、第１平面反射鏡１６１の反射面（第１反射面）１６１ａにて反射して１／４波長板１５１を介して偏光ビームスプリッタ１４に再入射する。
第２光束Ｌ₂は、１／４波長板１５２を介して第２平面反射鏡１６２に入射し、第２平面反射鏡１６２の反射面（第２反射面）１６２ａにて反射して１／４波長板１５２を介して偏光ビームスプリッタ１４に再入射する。

偏光ビームスプリッタ１４に再入射した第１光束Ｌ₁及び第２光束Ｌ₂は、偏光ビームスプリッタ１４をそれぞれ透過及び反射し、共にビームスプリッタ１７に入射する。
ビームスプリッタ１７に入射した第１光束Ｌ₁の一部の光束Ｌ_1rは、参照物２の方向に進行し、参照物２の参照面ｒにて反射してビームスプリッタ１７に再入射する。以下、この光束Ｌ_1rを「第１参照光束Ｌ_1r」という。

ビームスプリッタ１７に入射した第１光束Ｌ₁の他の一部の光束Ｌ_1oは、被検物１の方向に進行し、被検物１の被検面ｏにて反射してビームスプリッタ１７に再入射する。以下、光束Ｌ_1oを「第１被検光束Ｌ_1o」という。）
ビームスプリッタ１７に入射した第２光束Ｌ₂の一部の光束Ｌ_2rは、参照物２の方向に進行し、参照物２の参照面ｒにて反射してビームスプリッタ１７に再入射する。以下、この光束Ｌ_2rを「第２参照光束Ｌ_2r」という。）
ビームスプリッタ１７に入射した第２光束Ｌ₂の他の一部の光束Ｌ_2oは、被検物１の方向に進行し、被検物１の被検面ｏにて反射してビームスプリッタ１７に再入射する。以下、この光束Ｌ_2oを「第２被検光束Ｌ_2o」という。）
ビームスプリッタ１７に再入射した第１参照光束Ｌ_1r、第１被検光束Ｌ_1o、第２参照光束Ｌ_2r、第２被検光束Ｌ_2oは、結像レンズ１８を介して撮像素子１９に入射する。

撮像素子１９の撮像面上には、第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとによる干渉縞（つまり、第１光束Ｌ₁による干渉縞）と、第２参照光束Ｌ_2rと第２被検光束Ｌ_2oとによる干渉縞（つまり、第２光束Ｌ₂による干渉縞）とが互いに略重なって形成される。
撮像素子１９の撮像面は、結像レンズ１８に関して被検面ｏと共役な位置に配置されているので、撮像素子１９から出力される輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）は、被検面ｏの形状を示す。

なお、分岐光学系１３内の偏光ビームスプリッタ１４の働きにより、第１光束Ｌ₁の偏光方向と第２光束Ｌ₂の偏光方向との間には、９０°の差異が生じるので、第１参照光束Ｌ_1r及び第１被検光束Ｌ_1oの何れか一方と、第２参照光束Ｌ_2r及び第２被検光束Ｌ_2oの何れか一方とは、何ら干渉しない。
因みに、このような互いに干渉しない第１光束Ｌ₁，第２光束Ｌ₂が生成されるということは、被検面ｏ及び参照面ｒから見て十分に遠方の位置に、互いに干渉しない２つの点光源（すなわち可干渉光源）が形成されたことと等価である。

ここで、本干渉計では、第１平面反射鏡１６１の第１反射面１６１ａの配置角度（第１反射面１６１ａの法線がレーザ光源１１からの射出光束の光軸となす角度）θ₁と、第２平面反射鏡１６２の第２反射面１６２ａの配置角度（第２反射面１６２ａの法線がレーザ光源１１からの射出光束の光軸となす角度）θ₂とは、異なる値（θ₁≠θ₂）に設定される。

なお、この角度θ₁，θ₂は極めて小さいので（最大で数分程度の角度）、図１では、第１反射面１６１ａ、第２反射面１６２ａを入射光束に対し何ら傾斜していないかのごとく表した。
このとき、被検面ｏ及び参照面ｒに対する第１光束Ｌ₁（つまり第１参照光束Ｌ_1r，第１被検光束Ｌ_1o）の入射角度、被検面ｏ及び参照面ｒに対する第２光束Ｌ₂（つまり第２参照光束Ｌ_2r，第２被検光束Ｌ_2o）の入射角度も、図２（１），（２）に示すとおりそれぞれθ₁，θ₂（θ₁≠θ₂）となる。すなわち、２つの点光源の光軸角度は、それぞれθ₁，θ₂（θ₁≠θ₂）となる。

なお、図２では、被検面ｒのビームスプリッタ１７に関する対称面を符号ｒで示した。また、θ₁，θ₂を実際よりも大きく表した。
次に、本干渉計内のノイズ光束（迷光）について説明する。
ここでは、図２（１），（２）に示すとおり、被検物１が透過性を有しており、第１光束Ｌ₁の一部の光束Ｌ_1n、及び第２光束Ｌ₂の一部の光束Ｌ_2nが、被検面ｏの裏側の面ｎにも到達し、かつ反射している場合を考える。

このとき、光束Ｌ_1nの面ｎに対する入反射角度は、図２（１）に示すとおり第１参照光束Ｌ_1rや第１被検光束Ｌ_1oと同じ角度θ₁である。また、この光束Ｌ_1nの偏光方向は、第１参照光束Ｌ_1rや第１被検光束Ｌ_1oと同じである。
よって、光束Ｌ_1nは、第１参照光束Ｌ_1rや第１被検光束Ｌ_1oと干渉し、撮像素子１９から出力される輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）に対しノイズ成分を重畳する。

また、光束Ｌ_2nの面ｎに対する入反射角度は、図２（２）に示すとおり第２参照光束Ｌ_2rや第２被検光束Ｌ_2oと同じ角度θ₂である。また、この光束Ｌ_2nの偏光方向は、第２参照光束Ｌ_2rや第２被検光束Ｌ_2oと同じである。
よって、光束Ｌ_2nは、第２参照光束Ｌ_2rや第２被検光束Ｌ_2oと干渉し、撮像素子１９から出力される輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）に対しノイズ成分を重畳する。

つまり、面ｎは「ノイズ面」である。以下、光束Ｌ_1nを「第１ノイズ光束Ｌ_1n」、光束Ｌ_2nを「第２ノイズ光束Ｌ_2n」という。
次に、本干渉計を用いた干渉測定を説明する。
本干渉測定では、第１反射面１６１ａの配置角度θ₁と第２反射面１６２ａの配置角度θ₂との関係（＝２つの点光源の光軸角度の関係）が、参照面ｒ及び被検面ｏとノイズ面ｎとの位置関係に対し、式（１）を満たすよう調整される。この調整は、図１のステージ１６１’，１６２’の少なくとも一方を駆動することにより実現する。

2(d_rocosθ₁-d_rocosθ₂)=Mλ，
2(d_oncosθ₁-d_oncosθ₂)=Nλ+λ/2 ・・・(1) ，
但し、
ｄ_ro：参照面ｒと被検面ｏとの間の光学的距離（対称面ｒと被検面ｏとの間の光学的距離）（図２（１），（２）参照）
ｄ_on：被検面ｏとノイズ面ｎとの間の光学的距離（図２（１），（２）参照）
Ｍ：任意の整数、
Ｎ：任意の整数である。

因みに、参照面ｒとノイズ面ｎとの間の光学的距離（対称面ｒとノイズ面ｎとの光学的距離）をｄ_rnとすると、ｄ_rn＝ｄ_ro＋ｄ_onの関係にあるので、式（１）が満たされると、式（１’）も自動的に満たされる。
2(d_rncosθ₁-d_rncosθ₂）=(M+N)λ＋λ/2 ・・・(1')
本干渉測定では、この状態で、撮像素子１９から出力される輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）が取得される。

次に、本干渉測定の効果を説明する。
本干渉測定で取得された輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）は、上述したとおり第１光束Ｌ₁と第２光束Ｌ₂とは干渉しないことから、第１光束Ｌ₁による干渉縞の輝度分布Ｉ₁（ｘ，ｙ）と、第２光束Ｌ₂による干渉縞の輝度分布Ｉ₂（ｘ，ｙ）との単純な和で式（２）のとおり表される。

D(x,y)=I₁(x,y)＋I₂(x,y) ・・・(2)
このうち、第１光束Ｌ₁による干渉縞の輝度分布Ｉ₁（ｘ，ｙ）は、第１ノイズ光束Ｌ_1nによる干渉まで考慮すると、式（３）のとおり表される。
I₁(x,y)=I_r(x,y)＋I_o(x,y)＋I_n(x,y)
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)+k・Δ_1ro］
+2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_1rn］
+2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_1on］ ・・・(3)
但し、
Ｉ_r（ｘ，ｙ）：第１参照光束Ｌ_1rの光量分布、
Ｉ_o（ｘ，ｙ）：第１被検光束Ｌ_1oの光量分布、
Ｉ_n（ｘ，ｙ）：第１ノイズ光束Ｌ_1nの光量分布、
Ｉ_ro（ｘ、ｙ）：第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとによる干渉光の振幅の分布、
Ｉ_rn（ｘ、ｙ）：第１参照光束Ｌ_1rと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉光の振幅の分布、
Ｉ_on（ｘ、ｙ）：第１被検光束Ｌ_1oと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉光の振幅の分布、
ψ_r（ｘ，ｙ）：参照面ｒの形状、
ψ_o（ｘ，ｙ）：被検面ｏの形状、
ψ_n（ｘ，ｙ）：ノイズ面ｎの形状、
ｋ：レーザ光源１１の波数（ｋ＝２π／λ）
Δ_1ro：第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとの間の光路差、
Δ_1rn：第１参照光束Ｌ_1rと第１ノイズ光束Ｌ_1nとの間の光路差、
Δ_1on：第１被検光束Ｌ_1oと第１ノイズ光束Ｌ_1nとの間の光路差である。

この式（３）において、ノイズ面ｎの形状ψ_n（ｘ，ｙ）が、ノイズ成分に相当する。
一方、第２光束Ｌ₂による干渉縞の輝度分布Ｉ₂（ｘ，ｙ）は、第２ノイズ光束Ｌ_2nによる干渉まで考慮すると、式（４）のとおり表される。
I₂(x,y)=I_r(x,y)+I_o(x,y)+I_n(x,y)
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)+k・Δ_2ro］
+2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2rn］
+2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2on］ ・・・(4)
但し、
Ｉ_r（ｘ，ｙ）：第２参照光束Ｌ_2rの光量分布（ここでは、第１参照光束Ｌ_1rの光量分布と略同じ。）、
Ｉ_o（ｘ，ｙ）：第２被検光束Ｌ_2oの光量分布（ここでは、第１被検光束Ｌ_1oの光量分布と略同じ。）、
Ｉ_n（ｘ，ｙ）：第２ノイズ光束Ｌ_2nの光量分布（ここでは、第１ノイズ光束Ｌ_1nの光量分布と略同じ。）、
Ｉ_ro（ｘ、ｙ）：第２参照光束Ｌ_2rと第２被検光束Ｌ_2oとによる干渉光の振幅の分布（ここでは、第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとによる干渉光の振幅の分布と略同じ。）、
Ｉ_rn（ｘ、ｙ）：第２参照光束Ｌ_2rと第２ノイズ光束Ｌ_2nとによる干渉光の振幅の分布（ここでは、第１参照光束Ｌ_1rと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉光の振幅の分布と略同じ。）、
Ｉ_on（ｘ、ｙ）：第２被検光束Ｌ_2oと第２ノイズ光束Ｌ_2nとによる干渉光の振幅の分布（ここでは、第１被検光束Ｌ_1oと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉光の振幅の分布と略同じ。）、
Δ_2ro：第２参照光束Ｌ_2rと第２被検光束Ｌ_2oとの間の光路差、
Δ_2rn：第２参照光束Ｌ_2rと第２ノイズ光束Ｌ_2nとの間の光路差、
Δ_2on：第２被検光束Ｌ_2nと第２ノイズ光束Ｌ_2nとの間の光路差である。

この式（４）において、ノイズ面ｎの形状ψ_n（ｘ，ｙ）が、ノイズ成分に相当する。
式（３），（４）により、式（２）は式（５）のとおり変形される。
D(x,y)=I_r(x,y)＋I_o(x,y)＋I_n(x,y)＋I_r(x,y)＋I_o(x,y)＋I_n(x,y)
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)＋k・Δ_1ro］
+2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)＋k・Δ_1rn］
+2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)＋k・Δ_1on］
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)＋k・Δ_2ro］
+2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)＋k・Δ_2rn］
+2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)＋k・Δ_2on］ ・・・(5)
ここで、第１被検光束Ｌ_1oと第１ノイズ光束Ｌ_1nとの間の光路差Δ_1onは、図２（１）に示すように、角度θ₁，光学的距離ｄ_onにより決まる。

同様に、第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとの間の光路差Δ_1roは、角度θ₁，光学的距離ｄ_roにより決まる。
同様に、第１参照光束Ｌ_1rと第１ノイズ光束Ｌ_1nとの間の光路差Δ_1rnは、角度θ₁，光学的距離ｄ_rnにより決まる。
これらを数式で表すと、式（６）のとおりである。

Δ_1ro=2d_rocosθ₁，
Δ_1rn=2d_rncosθ₁，
Δ_1on=2d_oncosθ₁ ・・・(6)
また、第２被検光束Ｌ_2oと第２ノイズ光束Ｌ_2nとの間の光路差Δ_2onは、図２（２）に示すように、角度θ₂，光学的距離ｄ_onにより決まる。

同様に、第２参照光束Ｌ_2rと第２被検光束Ｌ_2oとの間の光路差Δ_2roは、角度θ₂，光学的距離ｄ_roにより決まる。
同様に、第２参照光束Ｌ_2rと第２ノイズ光束Ｌ_2nとの間の光路差Δ_2rnは、角度θ₂，光学的距離ｄ_rnにより決まる。
これらを数式で表すと、式（７）のとおりである。

Δ_2ro=2d_rocosθ₂，
Δ_2rn=2d_rncosθ₂，
Δ_2on=2d_oncosθ₂ ・・・(7)
これらの式（６），（７），及び（１），（１’）により、式（５）は式（８）のとおり変形される。

D(x,y)=I_r(x,y)+I_o(x,y)+I_n(x,y)+I_r(x,y)+I_o(x,y)+I_n(x,y)
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)+k・Δ_2ro+2Mπ］
+2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2rn+2(M+N)π+π］
+2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2on+2Mπ+π］
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)+k・Δ_2ro］
+2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2rn］
+2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2on］
=I_r(x,y)+I_o(x,y)+I_n(x,y)+I_r(x,y)+I_o(x,y)+I_n(x,y)
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)+k・Δ_2ro］
-2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2rn］
-2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2on］
+2I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)+k・Δ_2ro］
+2I_rn(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2rn］
+2I_on(x,y)cos［ψ_o(x,y)-ψ_n(x,y)+k・Δ_2on］
=I_r(x,y)+I_o(x,y)+I_n(x,y)+I_r(x,y)+I_o(x,y)+I_n(x,y)
+4I_ro(x,y)cos［ψ_r(x,y)-ψ_o(x,y)+k・Δ_2ro］ ・・・(8)
よって、輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）においては、ノイズ面ｎの形状（＝ノイズ成分）ψ_n（ｘ，ｙ）が完全に消去されていることが分かった。

つまり、本干渉測定方法によれば、ノイズ面ｎで反射した迷光（ここでは第１ノイズ光束Ｌ_1n、第２ノイズ光束Ｌ_2n）に起因して輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）に重畳するノイズ成分（ここではψ_n（ｘ，ｙ））は、確実に抑えられる。
次に、本干渉測定の効果を図３に基づき別の側面から説明する。
本干渉測定においては、式（１），式（１’）を満たすことによって、次の状態＜ａ＞，＜ｂ＞，＜ｃ＞が達成される。
＜ａ＞第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとの間の光路差Δ_1roと、第２参照光束Ｌ_2rと第２被検光束Ｌ_2oとの間の光路差Δ_2roとの間の差異が「半波長の偶数倍」となる。
＜ｂ＞第１参照光束Ｌ_1rと第１ノイズ光束Ｌ_1nとの間の光路差Δ_1rnと、第２参照光束Ｌ_2rと第２ノイズ光束Ｌ_2nとの間の光路差Δ_2rnとの差異が「半波長の整数倍」となる。
＜ｃ＞第１被検光束Ｌ_1oと第１ノイズ光束Ｌ_1nとの間の光路差Δ_1onと、第２被検光束Ｌ_2nと第２ノイズ光束Ｌ_2nとの間の光路差Δ_2onとの差異が「半波長の整数倍」となる。

このとき、次の状態＜ａ’＞，＜ｂ’＞，＜ｃ’＞が達成される。
＜ａ’＞第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとによる干渉縞Ｓ_1roと、第２参照光束Ｌ_2rと第２被検光束Ｌ_2oとによる干渉縞Ｓ_2roとが、強め合う（図３（ａ）参照）。
＜ｂ’＞第１参照光束Ｌ_1rと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉縞Ｓ_1rnと、第２参照光束Ｌ_2rと第２ノイズ光束Ｌ_2nとによる干渉縞Ｓ_2rnとが、弱め合う（図３（ｂ）参照）。
＜ｃ’＞第１被検光束Ｌ_1oと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉縞Ｓ_1onと、第２被検光束Ｌ_2nと第２ノイズ光束Ｌ_2nとによる干渉縞Ｓ_2onとが、弱め合う（図３（ｃ）参照）。

さらに、本干渉測定では、第１光束Ｌ₁の光量と第２光束Ｌ₂の光量とが１：１に設定されている。
よって、前記弱め合いの結果、輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）においては、ノイズ面ｎの形状の情報を含む余分な干渉縞Ｓ_1on，Ｓ_2on，Ｓ_1rn，Ｓ_2rnが相殺される。
次に、本干渉測定の効果を図４に基づきさらに別の側面から説明する。

本干渉計において、第１光束Ｌ₁及び第２光束Ｌ₂からなる全体光束の光軸方向の可干渉性分布は、図４に示すような周期的なカーブ（以下、「可干渉性カーブ」という。）を描く。
本干渉計では、第１光束Ｌ₁の光量と第２光束Ｌ₂の光量とが１：１に設定されており、かつ第１光束Ｌ₁の波長と第２光束Ｌ₂の波長とが共通なので、この可干渉性カーブの形状は、第１反射面１６１ａの配置角度θ₁と第２反射面１６２ａの配置角度θ₂との関係（＝２つの点光源の光軸角度の関係）によって決まる。具体的には、その関係が変化すると、可干渉性カーブの周期が伸縮する。）
本干渉測定では、θ₁，θ₂の関係（＝２つの点光源の光軸角度の関係）を、被検面ｒ及びノイズ面ｎと参照面ｒとの位置関係に対し式（１），式（１’）が満たされるよう調整する。

このとき、可干渉性カーブの何れか２つのピークの間隔が、参照面ｒと被検面ｏとの間隔に一致し、かつその可干渉性カーブの何れかの逆ピークとピークとの間隔が、参照面ｒ又は被検面ｏとノイズ面ｎとの間隔に一致する。
その結果、輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）は、ノイズ面ｎから射出したノイズ光束Ｌ_1n，Ｌ_2nと、被検面ｏ又は参照面ｒから射出した必要な光束Ｌ_1o，Ｌ_1r，Ｌ_2o，Ｌ_2rとの干渉の影響を受けない。よって、ノイズ面ｎの影響は、抑えられる。

本明細書において「最適化された可干渉性分布」を、「何れか２つのピークの間隔が参照面ｒと被検面ｏとの間隔に一致し、かつ何れかの逆ピークとピークとの間隔が、参照面ｒ又は被検面ｏとノイズ面ｎとの間隔に一致する可干渉性カーブを描くような可干渉性分布」とする。
次に、本干渉計の効果を説明する。

本干渉計においては、仮に、参照面ｒ及び被検面ｏとノイズ面ｎとの位置関係が変化しても、ステージ１６１’，１６２’の少なくとも１つを駆動してθ₁，θ₂の関係（＝２つの点光源の光軸角度の関係）を調整するだけで、光軸方向の可干渉性分布を最適化することができる。つまり、光軸方向の可干渉性分布の制御が容易である。
（変形例１）
なお、本干渉計において、図５に示すとおり、被検面ｏ及び参照面ｒと分岐光学系１３との間に結像レンズ（請求項における光路調整系に対応。）２０を挿入し、結像レンズ２０に関し被検面ｏと第１反射面１６１ａ、被検面ｏと第２反射面１６２ａとをそれぞれ共役関係に設定してもよい。以下、その理由を説明する。

第１反射面１６１ａ、第２反射面１６２ａは、共通のレーザ光源１１からの射出光束によって照明されるので、その射出光束にたとえ強度斑が生じていたとしても、図６（１），（２）の上部に示すように、第１反射面１６１ａに対する入射光量分布Ｄ１と第２反射面１６２ａに対する入射光量分布Ｄ２とは、略等しい。
但し、結像レンズ２０が挿入されていないときには、図６（１）に示すように、第１光束Ｌ₁と第２光束Ｌ₂とは少しずつずれて進行し、被検面ｏ上でもずれる。よって、図６（１）の下部に示すように、第１光束Ｌ₁の被検面ｏに対する入射光量分布Ｄ１’と、第２光束Ｌ₂の被検面ｏに対する入射光量分布Ｄ２’とは、異なる。

一方、結像レンズ２０が挿入されているときにも、図６（２）に示すように、第１光束Ｌ₁と第２光束Ｌ₂とは少しずつずれて進行するが、結像レンズ２０の作用によって、被検面ｏ上では重なる。よって、図６（２）の下部に示すように、第１光束Ｌ₁の被検面ｏに対する入射光量分布Ｄ１’と、第２光束Ｌ₂の被検面ｏに対する入射光量分布Ｄ２’とは、一致する（つまり、被検面ｏ上の同じ位置の入射光量が第１光束Ｌ₁と第２光束Ｌ₂との間で一致する。）。

このように、入射光量分布Ｄ１’，Ｄ２’が一致していれば、輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）から、ノイズ面ｎの形状（＝ノイズ成分）ψ_n（ｘ，ｙ）がより確実に消去される。
なお、言うまでもないが、レーザ光源１１からの射出光束の強度斑が十分に小さいときには、ここで述べた結像レンズ２０は不要である。
（変形例２）
また、本干渉計は、単一のレーザ光源１１からの射出光束に基づき２つの光束（つまり２つの点光源）を生成するが、例えば、図７に示すように３以上の点光源を生成するよう変形してもよい（図７では、４つの点光源が生成されている。）。

このように、３以上の点光源が生成される干渉計によれば、２以上の異なるノイズ面ｎの影響を低減することも可能である。
但し、その場合、３以上の点光源の光量の関係を調整する必要が生じることがある。なお、３以上の光源の光量の関係を調整するには、例えば、第１反射面１６１ａ，第２反射面１６２ａの反射率を調整したり、何れかの光路に減光フィルタを挿入したりすればよい。

（変形例３）
また、本干渉計では、複数の点光源を生成するために単一のレーザ光源１１が用いられたが、図８に示すように、複数のレーザ光源１１−１，１１−２が用いられてもよい。なお、図８において、符号１２−１，１２−２はビームエキスパンダ、符号２４は偏向ミラー、符号２５はハーフミラーである。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、干渉計及びそれを用いた干渉測定方法の実施形態である。
先ず、本干渉計の構成を説明する。
本干渉計には、図９に示すとおり、レーザ光源（波長：λ）１１、ビームエキスパンダ１２、ガルバノミラー３３、集光レンズ３４、ピンホールアレイ３６、コリメータレンズ３５、ビームスプリッタ１７、結像レンズ１８、撮像素子１９などが備えられる。このうち、レーザ光源１１、ビームエキスパンダ１２、ガルバノミラー３３、集光レンズ３４、ピンホールアレイ３６、コリメータレンズ３５が請求項における投光光学系に対応し、結像レンズ１８、撮像素子１９が請求項における検出光学系に対応し、ピンホールアレイ３６が請求項における光軸位置調整装置に対応する。

このような構成の本干渉計に、被検物１、参照物２がセットされる。
次に、本干渉計における光の振る舞いを説明する。
図９に示すとおり、レーザ光源１１から射出した光束は、ビームエキスパンダ１２において径の太い平行光束に変換される。この光束は、ガルバノミラー３３の反射面において反射した後、集光レンズ３４に入射し、集光レンズ３４によりピンホールアレイ３６上に集光される。

この集光点は、ガルバノミラー３３が駆動されると、ピンホールアレイ３６上を移動する。
ピンホールアレイ３６においてその集光点の軌跡上には、複数のピンホール３６₁，３６₂，３６₃，・・・が形成されている。
その集光点の位置が、複数のピンホール３６₁，３６₂，３６₃，・・・のうち第ｍ番目のピンホール３６_mの位置に一致すると、その集光点から発散する光束（第ｍ光束）Ｌ_mは、ピンホールアレイ３６を透過し、コリメータレンズ３５に入射する。

コリメータレンズ３５に入射した第ｍ光束Ｌ_mは、平行光束に変換され、その後、ビームスプリッタ１７に入射する。
ビームスプリッタ１７に入射した第ｍ光束Ｌ_mの一部の光束は、参照物２の方向に向かって進行し、その第ｍ光束Ｌ_mの他の一部の光束は、被検物１の方向に向かって進行する。

参照物２に入射した光束は、参照物２の参照面ｒにて反射し、第ｍ参照光束Ｌ_mrとなってビームスプリッタ１７に再入射する。
被検物１に入射した光束は、被検物１の被検面ｏにて反射し、第ｍ被検光束Ｌ_moとなってビームスプリッタ１７に再入射する。
ビームスプリッタ１７に再入射した第ｍ参照光束Ｌ_mrと第ｍ被検光束Ｌ_moとは、共に結像レンズ１８の方向に進行し、その結像レンズ１８を介して撮像素子１９に入射する。これらの第ｍ参照光束Ｌ_mrと第ｍ被検光束Ｌ_moとは干渉し、撮像素子１９の撮像面上に干渉縞Ｓ_m（＝光束Ｌ_mによる干渉縞）を形成する。

ガルバノミラー３３が駆動されると、撮像素子１９の撮像面上には、第１光束Ｌ₁による干渉縞Ｓ₁，第２光束Ｌ₂による干渉縞Ｓ₂，第３光束Ｌ₃による干渉縞Ｓ₃，・・・が順次形成される。
撮像素子１９の撮像面は、結像レンズ１８に関して被検面ｏと共役な位置に配置されており、撮像素子１９から出力される輝度分布データは、被検面ｏの形状を示す。

なお、第１光束Ｌ₁、第２光束Ｌ₂、第３光束Ｌ₃、・・・は、異なるタイミングで生成するので、互いに干渉しない。
因みに、このような互いに干渉しない第１光束Ｌ１、第２光束Ｌ２、第３光束Ｌ３、・・・が生成されるということは、ピンホール３６₁，３６₂，３６₃，・・・の位置に、互いに干渉しない複数の点光源が形成されたことと等価である。

しかも、第１光束Ｌ₁、第２光束Ｌ₂、第３光束Ｌ₃、・・・それぞれの被検面ｏ及び参照面ｒへの入射角度θ₁，θ₂，θ₃，・・・も互いに異なる値となる。よって、複数の点光源の光軸角度は、互いに異なる値となる。
次に、本干渉計を用いた本干渉測定を説明する。
本干渉計において、各干渉縞Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，・・・は、互いに異なるタイミングで生起する。このため、本干渉計を用いた干渉測定においては、ガルバノミラー３３の駆動中に撮像素子１９が連続的に駆動される（撮像素子１９の電荷蓄積時間は十分に長く設定される。）。

このようにすれば、干渉縞Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，・・・の輝度分布の和が、輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）として取得される。
次に、本干渉測定において満たすべき条件と本干渉測定の効果とを説明する。ここでも、第１実施形態の干渉測定と同様のノイズ面ｎの影響について考慮する。
本干渉計において、第１光束Ｌ₁、第２光束Ｌ₂、第３光束Ｌ₃、・・・からなる全体光束の光軸方向の可干渉性分布は、図１０に示すような周期的なカーブ（以下、「可干渉性カーブ」という。）を描く。

本干渉計では、第１光束Ｌ₁、第２光束Ｌ₂、第３光束Ｌ₃、・・・の光量は全て等しく、かつ波長も共通なので、この可干渉性カーブの形状は、第１光束Ｌ₁、第２光束Ｌ₂、第３光束Ｌ₃、・・・それぞれの被検面ｏ及び参照面ｒへの入射角度θ₁，θ₂，θ₃，・・・θ₁，θ₂，θ₃，・・・の関係（＝複数の点光源の光軸角度の関係）によって決まる。つまり、ピンホールアレイ３６の各ピンホール３６₁，３６₂，３６₃，・・・の位置関係によって決まる。

よって、本干渉測定では、ピンホールアレイ３６の各ピンホール３６₁，３６₂，３６₃，・・・の位置関係を調整することによって、光軸方向の可干渉性分布が最適化される。
つまり、可干渉性カーブの何れか２つのピークの間隔が、参照面ｒと被検面ｏとの間隔に一致し、かつその可干渉性カーブの何れかの逆ピークとピークとの間隔が参照面ｒ又は被検面ｏとノイズ面ｎとの間隔に一致するよう最適化される。

その結果、輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）は、ノイズ面ｎから射出したノイズ光束と、第１光束Ｌ₁，第２光束Ｌ₂，第３光束Ｌ₃・・・との干渉の影響を受けない。よって、ノイズ面ｎの影響は、抑えられる。
なお、本干渉計において、コリメータレンズ３５に関し集光レンズ３４と被検面ｏ（又は参照面ｒ）とは共役な位置に配置されている。これにより、第１光束Ｌ₁，第２光束Ｌ₂，第３光束Ｌ₃，・・・の被検面ｏ（又は参照面ｒ）への入射光量分布が略等しくなる。これによって、輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）に対するノイズ面ｎの影響が、より確実に抑えられる。

なお、言うまでもないが、レーザ光源１１からの射出光束の光量斑が十分に小さいときには、この共役関係は成立しなくてもよい。
［その他］
なお、上述した各干渉測定では、複数の点光源が個別に生成する複数の干渉縞の輝度分布の和を撮像素子１９による一回の撮像で一括に検出するとしたが、それら複数の干渉縞の輝度分布を撮像素子１９による複数回の撮像で個別に検出してもよい。そのような方法で取得した複数の輝度分布データを計算機などで足し算すれば、上述した各干渉測定と同様の輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）が得られる。

また、上述した各干渉測定では、干渉計の可干渉性分布を最適化するために、複数の点光源の光軸角度の関係を調整したが、その関係を固定しておき、その代わりに、被検面ｏ及び参照面ｒとノイズ面ｎとの位置関係を調整してもよい。或いは、光軸角度の関係と位置関係との双方を調整してもよい。
さらに、点光源の数が３以上であるときには、各点光源の光量の関係を調整してもよい。因みに、光量の関係を調整すると上述した各可干渉性カーブのコントラストが変化するので、コントラストが最大になるように各点光源の光量の関係を調整するとよい。

また、被検面ｏ及び参照面ｒとノイズ面ｎとの位置関係を容易に調整するために、各干渉計には、被検面ｏ、参照面ｒ、ノイズ面ｎのうち少なくとも２つの位置を自在に変化させる機構（ステージなど）が備えられることが望ましい（請求項における光軸位置調整装置に対応。）。
また、点光源の数が３以上であるときには、各点光源の光量の関係を容易に調整するために、各干渉計には、各点光源うち２以上の光源の光量を自在に変化させる手段（可動フィルタなど）が備えられることが望ましい（請求項における光量調整系に対応。）。

また、上述した各干渉計においては、光量損失を抑えるため、ビームスプリッタ１７の代わりに偏光ビームスプリッタを使用し、参照物２と偏光ビームスプリッタとの間、及び被検物１と偏光ビームスプリッタとの間のそれぞれに１／４波長板を挿入してもよい。
また、上述した各干渉計は、トワイマン・グリーン型の干渉計であるが、参照物２及び被検物１の周辺を図１１に示すように変形し、フィゾー型の干渉計にしてもよい。なお、図１１において符号２’で示すのが、フィゾー型の干渉計で用いられる参照物（フィゾー部材）である。

また、上述した各干渉測定には、縞走査法、すなわち、参照物２及び／又は被検物１を光軸方向に移動させつつ複数の輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）を取得し、かつそれら輝度分布データＤ（ｘ，ｙ）に基づき高精度に被検面ｏの形状を算出する方法を適用することもできる。

第１実施形態の干渉計の各部を次のとおり設定して干渉測定を行う。
参照面ｒと被検面ｏとをビームスプリッタ１７に関し対称な位置に配置する。このとき、ｄ_ro＝０，Δ_1ro＝Δ_2ro＝０である。
第１反射面１６１ａの配置角度θ₁＝０に設定する。
ノイズ面ｎと被検面ｏとの間の幾何学的距離をｄとする。このとき、ｄ_on＝ｎｄである（但しｎ：被検物１の屈折率）。

このとき、第２反射面１６２ａの配置角度θ₂は、式（９）で表される値に調整される。
θ₂＝arccos［１−λ／（２・２ｎｄ）］ ・・・(9)
この式（９）が満たされれば、干渉計の光軸方向の可干渉性分布が最適化され、上述した第１実施形態の効果が得られる。

第１実施形態の干渉計の各部を次のとおり設定して干渉測定を行う。
被検面ｏとノイズ面ｎとの間の光学的距離ｄ_no＝ｄ／２、参照面ｒと被検面ｏの光学的距離ｄ_ro＝ｄに設定する。
第１反射面１６１ａの配置角度θ₁＝０に設定する。
このとき、第２反射面１６２の配置角度θ₂は、式（１０）で表される値に最適化される。

θ₂＝arccos［１−λ／（２ｄ）］ ・・・(10)
この式（１０）が満たされれば、干渉計の光軸方向の可干渉性分布が最適化され、上述した第１実施形態の効果が得られる。

第１実施形態の干渉計の構成図である。 （１）は、被検面ｏ，参照面ｒ，ノイズ面ｎの位置関係と、第１光束Ｌ₁の入射角度θ₁を示す図である。（２）は、被検面ｏ，参照面ｒ，ノイズ面ｎの位置関係と、第２光束Ｌ₂の入射角度θ₂を示す図である。 第１参照光束Ｌ_1rと第１被検光束Ｌ_1oとによる干渉縞Ｓ_1ro，第２参照光束Ｌ_2rと第２被検光束Ｌ_2oとによる干渉縞Ｓ_2ro，第１被検光束Ｌ_1oと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉縞Ｓ_1on，第２被検光束Ｌ_2nと第２ノイズ光束Ｌ_2nとによる干渉縞Ｓ_2on，第１参照光束Ｌ_1rと第１ノイズ光束Ｌ_1nとによる干渉縞Ｓ_1rn，第２参照光束Ｌ_2rと第２ノイズ光束Ｌ_2nとによる干渉縞Ｓ_2rnを示す概念図である。 第１実施形態の干渉計の光軸方向の可干渉性分布を示す図である。 第１実施形態の干渉計の変形例１の構成図である。 （１）は、第１実施形態の干渉計における反射面１６１ａ，１６２ａと被検面ｏとの光学的関係を示す概念図である。（２）は、変形例１の干渉計における反射面１６１ａ，１６２ａと被検面ｏとの光学的関係を示す概念図である。 第１実施形態の干渉計の変形例２の構成図である。 第１実施形態の干渉計の変形例３の構成図である。 第２実施形態の干渉計の構成図である。 第２実施形態の干渉計の光軸方向の可干渉性分布を示す図である。 各干渉計をフィゾー型に構成した場合における参照物２及び被検物１の周辺の構成図である。

符号の説明

１ 被検物
２ 参照物
ｏ 被検面
ｒ 参照面
１１，１１−１，１１−２ レーザ光源
１２，１２−１，１２−２ ビームエキスパンダ
１３ 分岐光学系
１７ ビームスプリッタ
１８，２０ 結像レンズ
１９ 撮像素子
１４ 偏光ビームスプリッタ
１５１，１５２ １／４波長板
１６１ 第１平面反射鏡
１６２ 第２平面反射鏡
１６１’，１６２’ ステージ
１６１ａ 第１反射面
１６２ａ 第２反射面
２０ 結像レンズ
２５ ハーフミラー
３３ ガルバノミラー
３４ 集光レンズ
３５ コリメータレンズ
３６ ピンホールアレイ
３６₁，３６₂，３６₃，・・・ ピンホール
Ｌ₁ 第１光束
Ｌ₂ 第２光束
Ｌ_1r 第１参照光束
Ｌ_1o 第１被検光束
Ｌ_2r 第２参照光束
Ｌ_2o 第２被検光束

Claims (7)

1. 参照面及び被検面に投光すべき光束の光源として、互いに干渉しない光軸角度の異なる複数種の可干渉光源を生成する手順と、
   前記複数種の可干渉光源が個別に生成する複数種の干渉縞の輝度分布の和を検知する手順と、
   前記複数種の可干渉光源の光軸角度の関係と、前記参照面及び前記被検面とノイズ面との位置関係との少なくとも一方を調整する手順と
   を含むことを特徴とする干渉測定方法。
2. 請求項１に記載の干渉測定方法において、
   前記複数種の可干渉光源の光量の関係を調整する手順をさらに含む
   ことを特徴とする干渉測定方法。
3. 参照面及び被検面に投光すべき光束の光源として、互いに干渉しない光軸角度の異なる複数種の可干渉光源を生成する投光光学系と、
   前記複数種の可干渉光源が個別に生成する複数種の干渉縞の輝度分布の和を検知する検出光学系と
   を備えたことを特徴とする干渉計。
4. 請求項３に記載の干渉計において、
   前記複数種の可干渉光源の光軸角度の関係と、前記参照面及び前記被検面とノイズ面との位置関係との少なくとも一方を調整する光軸位置調整装置をさらに備えた
   ことを特徴とする干渉計。
5. 請求項４に記載の干渉計において、
   前記複数種の可干渉光源の光量の関係を調整する光量調整系をさらに備えた
   ことを特徴とする干渉計。
6. 請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の干渉計において、
   前記投光光学系には、
   単一の可干渉光源からの射出光束に基づき前記複数種の可干渉光源を生成する分岐光学系が備えられる
   ことを特徴とする干渉計。
7. 請求項６に記載の干渉計において、
   前記被検面に対する入射光量分布が一致するよう前記複数種の可干渉光源からの射出光束の光路を調整する光路調整系を更に備えた
   ことを特徴とする干渉計。

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