JP2015155865A - 斜入射干渉計 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定面に加工痕等がある場合でも、高精度な形状測定が可能な斜入射干渉計を提供する。【解決手段】斜入射干渉計１は、被測定面の法線に対して斜め方向から測定光を照射して、被測定面から反射された測定光と参照光と干渉させて被測定面の形状を測定する斜入射干渉計であって、光を照射する光源１１と、光源１１からの光を測定光及び参照光に分割する第一偏光ビームスプリッター１７と、測定光及び参照光の光量比率を変更する比率変更部１６と、被測定面で反射された測定光及び参照光を合成する第二偏光ビームスプリッター２２と、測定光及び参照光の合成光を受光する撮像カメラ２４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、斜入射干渉計に関する。

従来、測定対象の表面形状を測定するための装置として斜入射干渉計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この斜入射干渉計では、光源からの光を参照光と測定光に分離し、測定光を被測定面に対して斜めから入射させる。そして、被測定面で反射された測定光と参照光とを合成し、その干渉縞を観察し、位相シフト法を用いて被測定面の表面形状を測定する。

また、上述のような斜入射干渉計では、被測定面に照射される測定光は楕円形状となり、この楕円領域における表面形状が測定可能となる。このため、測定対象を回転ステージに載置し、回転ステージを回転させて連続的に楕円領域の表面形状を測定することで、より広い面積の被測定面の形状を測定することも可能となる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−３２３４２号公報 特開２００８−３２６９０号公報

ところで、測定対象の被測定面に加工痕等が残っている場合、光の入射方向によっては、加工痕の影響を受けて反射光量（反射光の光強度）が変化する。このため、上記のように測定対象を回転テーブルに載置して連続的に測定を実施した場合に、反射光量が著しく変化し、干渉縞を形状解析が困難となる場合がある。

本発明は、被測定面に加工痕等がある場合でも、高精度な形状測定が可能な斜入射干渉計を提供することを目的とする。

本発明の斜入射干渉計は、被測定面の法線に対して斜め方向から測定光を照射して、被測定面から反射された測定光と参照光と干渉させて被測定面の形状を測定する斜入射干渉計であって、光を照射する光源と、前記光源からの光を前記参照光及び前記測定光に分割する光分割部と、前記参照光及び前記測定光の光量比率を変更する比率変更部と、前記参照光、及び前記被測定面で反射された前記測定光を合成する光合成部と、前記参照光及び前記測定光の合成光を受光する受光部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、斜入射干渉計において、比率変更部により、測定光の光量（測定光の光強度）と、参照光の光量（参照光の光強度）との比率を変更することができる。このような構成では、例えば被測定面での加工痕等により、反射光量が減少した場合でも、測定光の光量の比率を上げることで、測定光の反射光量不足による干渉縞のコントラスト低下を抑制でき、精度の高い測定結果を得ることができる。つまり、本発明では、加工痕等が存在する場合でも、その影響を受けずに高精度な形状測定を実施することができる。

本発明の斜入射干渉計において、前記光分割部は、第一直線偏光方向の前記測定光と、前記第一直線偏光方向に直交する第二直線偏光方向の前記参照光とに分割し、前記比率変更部は、前記光源からの光の主光軸を中心に回転可能に設けられたλ／２板を備えていることが好ましい。

本発明では、光分割部により、光源からの光を、互いに直交する偏光方向となる測定光（第一直線偏光方向）及び参照光（第二直線偏光方向）に分離する。そして、比率変更部は、光源からの光の主光軸に対して回転可能なλ／２板により構成される。
このような構成では、λ／２板を回転させることで、光源からの光に含まれる各直線偏光方向の成分比率が変化するので、光分割部により分割された測定光及び参照光の光量比率も変化する。以上のような構成では、簡素な構成で、測定光及び参照光の光量比率を容易に変更することができる。

本発明の斜入射干渉計において、前記測定光の光量を検出する測定光量検出部と、前記測定光の光量が所定範囲内となるように前記比率変更部を制御する光比率制御部と、を備えていることが好ましい。

本発明では、測定光量検出部により測定光の光量を検出し、その測定光の光量が、測定精度に影響を与えない所定範囲内となるように、比率変更部における測定光の光量比率を変更する。これにより、上記のような、加工痕等による光量異常を自動で抑制でき、高精度な測定が実施可能となる。

本発明の斜入射干渉計において、前記参照光の一部を遮光する参照光遮光部を備え、前記測定光量検出部は、前記受光部における光受光領域のうち、前記参照光遮光部に対応した領域の光量を検出することが好ましい。

本発明では、参照光の光路上に参照光の一部を遮光する参照光遮光部を設ける。これにより、光合成部により測定光と参照光とを合成した際に、参照光遮光部に対応する領域には測定光に参照光が合成されず、測定光のみが受光部により受光されることになる。この領域における光量を測定することで、例えば測定光を検出するための検出センサー等を別途設ける必要なく、簡素な構成で、測定光の光量を検出することができる。

本発明の斜入射干渉計において、前記測定光量検出部は、前記光分割部から前記光合成部までの前記測定光の光路上に設けられ、前記測定光の一部を分離する測定光分離部と、前記測定光分離部により分離された前記測定光の一部の光量を検出する測定光検出センサーと、を備えていることが好ましい。

本発明では、測定光を分離させたうえで、その光量を測定光検出センサーにて測定する。したがって、例えば参照光の一部を遮光する参照光遮光部を設ける構成等に比べ、測定領域の減少を抑えることができ、広範囲な形状測定に適した構成となる。

本発明の斜入射干渉計において、前記測定光の光量に基づいて、前記光源から出射される光の光量を制御する光源制御部を備えていることが好ましい。
被測定面に加工痕がある場合、測定光の反射光の光量が著しく変化し、上記発明のように、測定光と参照光との比率を変更しても十分な干渉縞が得られず、測定精度の向上を十分に図れない場合がある。これに対して、本発明では、上記のような場合に、光源の光量を増加させることができる。また、測定光の光量が大きすぎる場合では、受光部において測定光及び参照光の合成光を受光した際に、飽和受光量に達する場合がある。これに対して、本発明では、光源制御部は、測定光の光量に応じて光源から出射される光の光量を減少させることができる。以上のように、本発明では、測定光の光量をより精度よく制御することができ、測定精度のさらなる向上を図れる。

本発明の斜入射干渉計において、前記参照光の光量を検出する参照光量検出部と、前記参照光の光量を調整可能な可変減光フィルターと、前記参照光量検出部により検出された前記参照光の光量に基づき、前記可変減光フィルターによる減光量を制御する参照光制御部と、を備えていることが好ましい。
本発明では、参照光の光量を検出して、その光量に基づいて参照光の光量を減少させる減光フィルター（ＮＤフィルター）を制御する。本発明では、例えば、参照光の光量が測定光の光量に対して著しく大きくなりすぎた場合等に、参照光の光量を適正値に制御できる。例えば、上述のように、光源を制御して測定光の光量の増大した場合では、測定光だけでなく参照光の光量も増大するため、受光部において飽和受光量に達する場合がある。これに対して、本発明では、参照光の光量を減退させることで、受光部において飽和受光量を超える不都合を回避できる。

本発明の斜入射干渉計において、前記測定光の一部を遮光する測定光遮光部を備え、
前記参照光量検出部は、前記受光部における光受光領域のうち、前記測定光遮光部に対応した領域の光量を検出することが好ましい。
本発明では、測定光の一部を測定光遮光部により遮光する。これにより、光合成部により測定光と参照光とを合成した際に、測定光遮光部に対応する領域には測定光と参照光とが合成されず、参照光のみが受光部により受光されることになる。したがって、この領域における光量を測定することで、例えば参照光を検出するための検出センサー等を別途設ける必要なく、簡素な構成で、参照光の光量を検出することができる。

本発明の斜入射干渉計において、前記参照光量検出部は、前記光分割部から前記光合成部までの前記参照光の光路上に設けられ、前記参照光の一部を分離する参照光分離部と、前記参照光分離部により分離された前記参照光の一部の光量を検出する参照光検出センサーと、を備えることが好ましい。
本発明では、参照光を分離させたうえで、その光量を参照光検出センサーにより測定する。したがって、例えば測定光の一部を遮光する測定光遮光部を設ける構成等に比べ、測定領域の減少を抑えることができる。

本発明の斜入射干渉計において、前記被測定面を有する測定対象を載置するステージと、前記ステージを回転させる回転駆動部と、を備えていることが好ましい。
本発明では、測定対象をステージに載置し、回転駆動部を回転させることで、被測定面の形状測定を連続的に行うことができる。このような構成では、連続測定により得られた測定面の形状を繋ぎあわせることで、被測定面におけるより広範囲な領域の形状測定を実施できる。

本発明に係る第一実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す図。 第一実施形態のステージに載置された測定対象と、測定光の照射エリアを示す図。 第一実施形態の形状測定方法を示すフローチャート。 本発明に係る第二実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す図。 第二実施形態された撮像画像の一例を示す図。 本発明に係る第三実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す図。 本発明に係る第四実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す図。 第四実施形態の形状測定方法を示すフローチャート。

［第一実施形態］
以下、本発明に係る第一実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る斜入射干渉計の概略構成を示す図である。
本実施形態の斜入射干渉計１は、照射部１０、検出部２０、載置部３０と、及び制御装置４０により構成されている。
照射部１０は、光源１１と、レンズ１２，１３と、偏光板１４と、第一ミラー１５と、比率変更部１６と、光分割部である第一偏光ビームスプリッター１７と、第二ミラー１８と、を備えている。
光源１１は、レーザ光源であり、可干渉光を出射する。光源１１からの出射光は、レンズ１２，１３により所定幅の平行光束にされ、偏光板１４に入射される。
偏光板１４は、入射光から所定の第一直線偏光方向（例えばＰ偏光）の光を透過させ、第一直線偏光方向に直交する第二直線偏光方向（例えばＳ偏光）の光を遮光する。なお、本実施形態では、偏光板１４を例示するが、例えば、入射光を所定の第一直線偏光方向の光に揃える（第一直線偏光方向の光をそのまま透過させ、第二直線偏光方向の光を第一直線偏光方向に変換して出射させる）偏光変換素子を用いてもよい。また、偏光板１４が設けられない構成などとしてもよい。
第一ミラー１５は、偏光板１４を透過した光を比率変更部１６に向かって反射する。

比率変更部１６は、λ／２板１６１と、当該λ／２板１６１を、光軸を中心に回転させる回転機構１６２とを備えている。回転機構１６２としては、例えば１ステップで所定の角度だけλ／２板１６１を回転させる構成等が例示できる。このような構成により、λ／２板１６１の回転量（回転角）を精度よく制御することが可能となる。
λ／２板１６１に入射される光は、偏光板１４によりＰ偏光に揃えられているが、このλ／２板１６１が回転されることで、回転量に応じて、偏波面が回転する。
λ／２板１６１を透過した光は、第一偏光ビームスプリッター１７に入射される。この第一偏光ビームスプリッター１７は、入射光をその偏波面に応じてＰ偏光の測定光と、Ｓ偏光の参照光とに分割し、測定光を第二ミラー１８に向かって、また、参照光を検出部２０の第二偏光ビームスプリッター２２に向かって出射する。
第二ミラー１８は、測定光が、測定対象Ａの被測定面の法線方向に所定角度をもって照射されるように配置されている。

検出部２０は、第三ミラー２１と、光合成部である第二偏光ビームスプリッター２２と、レンズ２３と、受光部である撮像カメラ２４と、を備えている。
第三ミラー２１は、測定対象Ａの被測定面で反射された測定光を、第二偏光ビームスプリッター２２に向かって反射する。
第二偏光ビームスプリッター２２は、第三ミラー２１からの測定光と、第一偏光ビームスプリッター１７からの参照光とを合成する。合成された光（合成光）は、レンズ２３を介して撮像カメラ２４に入射され、撮像カメラ２４にて撮像画像が撮像される。撮像された撮像画像（画像信号）は、制御装置４０に入力される。なお、撮像カメラ２４としては、例えば特開２００８−３２６９０等に記載された構成を利用できる。

載置部３０は、ステージ３１と、回転駆動部３２とを備えている。
ステージ３１は、測定対象Ａを載置する台座部である。
回転駆動部３２は、制御装置４０の制御によりステージ３１を回転駆動させる。回転駆動部３２としては、例えばステップモーターを備え、ステップモーターを１ステップ分駆動させることで、所定角度ステージ３１が回転される構成等が例示できる。
図２は、ステージに載置された測定対象Ａと、測定光の照射エリアＡｒを示す図である。
図２に示すように、本実施形態では、回転駆動部３２が回転駆動されることで、図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、被測定面に対する測定光の照射エリアＡｒが変化する。本実施形態では、ステージ３１を測定面内で回転させつつ、照射エリアＡｒにおける干渉縞を観察することで、被測定面の広範囲に亘って表面形状の測定を実施することができる。

制御装置４０は、例えばパーソナルコンピュータ等により構成され、メモリ等により構成された記憶部（図示略）と、ＣＰＵ等により構成された演算部（図示略）とを備えている。演算部は、記憶部からプログラムを読み出し実行することで、図１に示すように、光源制御部４１、ステージ制御部４２、画像取得部４３、コントラスト判定部４４、光量比率制御部４５、及び形状解析部４６等として機能する。

ここで、光源制御部４１は、光源１１の点灯、消灯を制御する。ステージ制御部４２は、載置部３０の回転駆動部３２を制御し、ステージ３１を回転させる。
画像取得部４３は、撮像カメラ２４で撮像された撮像画像を取得する。
コントラスト判定部４４は、取得された撮像画像のコントラストを判定し、測定光の光量が基準値に対して所定閾値内であるか否かを判定する。なお、基準値は干渉縞の測定において、許容される誤差により適宜設定される。

光量比率制御部４５は、コントラスト判定部４４による判定結果に基づいて、比率変更部１６における回転機構１６２を制御し、λ／２板１６１を回転させて測定光及び参照光の光量比率（光強度の比率）を変更する。
形状解析部４６は撮像画像の干渉縞を例えば位相シフト法等により解析することで、被測定面の表面形状を解析する。

［斜入射干渉計による被測定物の表面形状測定方法］
次に、上記のような斜入射干渉計１を用いた測定対象Ａの被測定面の形状測定方法について、図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態の斜入射干渉計１を用いた形状測定方法を示すフローチャートである。
本実施形態の斜入射干渉計１において、載置部３０に測定対象Ａを載置し、測定を開始すると、光源制御部４１は、光源１１を点灯させて可干渉光を出射させる。これにより、測定対象Ａの被測定面にて反射された測定光と参照光とが合成された合成光が撮像カメラ２４にて受光され、画像取得部４３は、その撮像画像を取得する（ステップＳ１）。

次に、コントラスト判定部４４は、撮像画像に基づいて、光量異常がないか否かを判定する（ステップＳ２）。本実施形態では、このステップＳ２は、コントラスト判定部４４により実施される。具体的には、コントラスト判定部４４は、測定光及び参照光の干渉によって生じた干渉縞のｓｉｎ波関数を解析し、適正なｓｉｎ波関数が解析されたか否か（つまり、測定精度に影響を与えない程度のコントラストがあるか否か）を判定する。
つまり、撮像画像内の干渉縞において、最大輝度となる画素が複数隣接する場合、当該画素に対する受光量が飽和光量を超えているため、正確な干渉縞の測定ができず、形状測定の精度も低下する。また、ｓｉｎ波状の干渉縞が解析されたとしても、輝度が不十分である場合は、光量不足により形状測定における精度が低下する。したがって、コントラスト判定部４４は、解析されたｓｉｎ波関数の振幅が予め設定された所定レベル以上であり、かつ飽和受光量に対応した最大輝度未満となっているか否かを判定する。

ステップＳ２において、「Ｎｏ」と判定された場合、光量比率制御部４５は、λ／２板１６１を所定角度回転させる（ステップＳ３）。具体的には、光量比率制御部４５は、回転機構のステップモーターを１ステップ分駆動させ、１ステップに相当する回転量だけ、λ／２板１６１を回転させる。これにより、λ／２板１６１を透過する光のＰ偏光成分の光量と、Ｓ偏光成分の光量との比率が変更される。
この後、再びステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ２において、「Ｙｅｓ」と判定された場合、画像取得部４３は、取得した画像を記憶する（ステップＳ４）。
この後、ステージ制御部４２は、回転駆動部３２のステップモーターを１ステップ分駆動させ、ステージ３１を回転させる（ステップＳ５）。この後、ステージ３１の回転数を示す変数ｉ（なお、ｉは、１〜Ｎの変数であり、初期値は１に設定され、ｉ＝Ｎ＋１となる際にステージ３１が３６０度分回転するものとする）がＮ以上であるかを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、「Ｎｏ」と判定された場合は、変数ｉに１を加算し（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ６において、「Ｙｅｓ」と判定された場合、形状解析部４６は、干渉縞を、位相シフト法を用いて解析し、被測定面の形状を解析する（ステップＳ８）。この際、本実施形態では、回転駆動部３２を１ステップ分ずつ回転させた際の撮像画像が得られるため、これらの撮像画像を解析して得られる表面形状の測定結果を繋ぎあわせることで、被測定面の広範囲に亘った形状測定が可能となる。

［第一実施形態の作用効果］
本実施形態の斜入射干渉計１は、照射部１０に回転機構１６２により回転可能に設けられたλ／２板１６１が設けられている。このような構成では、λ／２板１６１を所定量回転させることで、λ／２板１６１を透過する光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との光量比率を変化させることができる。これにより、第一偏光ビームスプリッター１７において分割される測定光の光量と参照光の光量との比率も変化する。
このため、測定対象Ａの被測定面に加工痕等が存在し、被測定面にて反射される測定光の光量に異常が生じた場合でも、測定光と参照光との光量比率を調節できるので、測定光の光量異常による測定精度の低下を抑制でき、高精度な形状測定を実施できる。

本実施形態では、比率変更部１６は、回転可能に設けられたλ／２板１６１を備えている。
このような構成では、λ／２板１６１により、可干渉光の偏波面を回転させることができる。このため、本発明の光分割部として第一偏光ビームスプリッター１７を用いることで、容易に、かつ簡素な構成で測定光及び参照光の光量比率を変更できる。

本実施形態の斜入射干渉計１は、光量比率制御部４５によりλ／２板１６１を所定量ずつ回転させ、コントラスト判定部４４により干渉縞のｓｉｎ波関数における振幅が所定の範囲内になったと判定された場合に、取得された撮像画像を記憶し、その撮像画像の干渉縞に基づいて被測定面の形状測定を実施する。つまり、本実施形態では、コントラスト判定部４４が本発明の測定光量検出部を構成し、光量比率制御部４５の制御によりλ／２板１６１が制御されることになる。
このような構成では、取得画像に基づいて測定光の光量が測定精度に影響しない適切な値か否かを判定することが可能となり、例えば測定光の光量を検出するための光センサーを別途設ける必要がなく、簡素な構成で精度の高い形状測定を実施できる。

［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、取得された撮像画像における干渉縞のコントラストに基づいて、測定光の光量が適正であるか否かを判定した。しかしながら、撮像画像において、干渉縞が現れない状態（所謂、Ｎｕｌｌ状態）となる場合があり、この場合、干渉縞のコントラストを精度よく判定することができない。これに対して、第二実施形態では、このようなＮｕｌｌ状態となった場合でも、測定光の光量が適正であるか否かを判定可能となる点で上記第一実施形態と相違する。

図４は、第二実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す図である。図５は、本実施形態の斜入射干渉計において、取得される撮像画像の一例を示す図である。なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成については同一符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
本実施形態の斜入射干渉計１は、図４に示すように、参照光の光路上において、参照光の光束径を絞る開口部材１９が設けられている。
この開口部材１９は、遮光部材により構成され、参照光の主光軸と一致する光軸を有し、参照光の光束径よりも小さい開口寸法となる開口部１９１を有する。
したがって、本実施形態では、参照光のうち、開口部材１９の開口部１９１を通過した光と、測定光とが合成されることになる。この場合、検出部２０の撮像カメラ２４において取得される撮像画像では、図５に示すように、中心部（干渉縞測定領域Ａｒ１）に参照光と測定光との干渉縞が現れる。また、干渉縞測定領域Ａｒ１の外側（測定光領域Ａｒ２）には、参照光が入射されないので測定光のみが撮像されることになる。

そして、本実施形態では、図４に示すように、制御装置４０は、測定光判定部４７を備える。この測定光判定部４７は、測定光領域Ａｒ２における光量に基づいて、測定光の光量が適正であるか否か、つまり、予め設定された所定の範囲内であるか否かを判定する。具体的には、測定光の光量が飽和受光量を超えず、かつ測定精度に影響しない程度の十分な光量以上となっているか否かを判定する。

［第二実施形態における表面形状測定方法］
本実施形態では、上記第一実施形態におけるステップＳ２の処理において、測定光判定部４７により、測定光領域Ａｒ２における測定光の光量を検出し、当該測定光の光量が所定範囲内であるか否かを判定する。すなわち、本実施形態では、画像取得部４３及び測定光判定部４７により本発明の測定光量検出部が構成され、測定光領域Ａｒ２における測定光の光量が検出される。そして、測定光の光量が所定範囲外である場合は、ステップＳ３の処理に進み、所定範囲内である場合はステップＳ４の処理に進む。
上述したように、干渉縞がＮｕｌｌ状態である場合、干渉縞のコントラストを判定することが困難となる。これに対して、本実施形態では、測定光領域Ａｒ２の光量による判定を実施するため、Ｎｕｌｌ状態である場合でも測定光の光量が適正であるか否かを判定できる。
なお、上記第一実施形態と同様に、ステップＳ２において、干渉縞のコントラストを判定し、干渉縞のコントラストを判別不能である場合に、上述のように、測定光判定部４７による測定光領域Ａｒ２の光量の判定を実施してもよい。
また、本実施形態では、ステップＳ１の処理は、ステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定された場合に実施されてもよい。

［第二実施形態の作用効果］
本実施形態の斜入射干渉計１Ａでは、上記のように、参照光の一部を遮光する開口部材１９を備えている。そして、測定光判定部４７は、開口部材１９により参照光の光が遮光された測定光領域Ａｒ２の光量が適正であるか否かを判定する。
このため、本実施形態では、撮像画像における干渉縞測定領域Ａｒ１において、干渉縞が発生しないＮｕｌｌ状態の場合でも、測定光領域Ａｒ２における光量に基づいて、測定光が適正であるか否かを判定することができる。また、測定光の光量を検出するための光センサーを別途設ける必要がなく、構成の簡略化を図れる。

［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第二実施形態では、開口部材１９により参照光の一部を遮光し、遮光した領域に対応する測定光領域Ａｒ２により測定光の光量を検出した。この場合、参照光の一部が遮光されるため、参照光及び測定光が合成される干渉縞測定領域Ａｒ１が小さくなる。これに対して、第三実施形態では、干渉縞測定領域Ａｒ１の面積を縮小することなく測定光の光量を検出する点で上記第二実施形態と相違する。

図６は、本実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す図である。
図６に示すように、本実施形態の斜入射干渉計１Ｂでは、測定光の光路上に、測定光分離部２５と、測定光検出センサー２６とを備えている。本実施形態では、この測定光分離部２５及び測定光検出センサー２６により測定光量検出部が構成される。
測定光分離部２５は、例えば、第三ミラー２１及び第二偏光ビームスプリッター２２との間に設けられたハーフミラー２５１と、集光レンズ２５２とを備える。ハーフミラー２５１は、第三ミラー２１により反射された測定光の一部を集光レンズ２５２側に反射し、残りを第二偏光ビームスプリッター２２側に透過させる。そして、ハーフミラー２５１により反射された光は、集光レンズ２５２により集光され、測定光検出センサー２６により受光される。
そして、本実施形態の制御装置４０は、測定光判定部４７Ａを備えている。つまり、第二実施形態における測定光判定部４７は、ステップＳ２において、測定光判定部４７が、画像取得部４３が取得した撮像画像のうちの測定光領域Ａｒ２に基づいて、測定光の光量を検出した。これに対して、本実施形態では、ステップＳ２において、測定光検出センサー２６により測定光の光量を直接検出（測定）し、測定光判定部４７Ａは測定光検出センサー２６から入力された信号値に基づき測定光の光量を取得する。
なお、本実施形態では、第三ミラー２１及び第二偏光ビームスプリッター２２との間に測定光分離部２５を設けたが、例えば載置部３０から第三ミラー２１までの測定光の光路上に測定光分離部２５を設ける構成などとしてもよい。

［第三実施形態の作用効果］
本実施形態では、参照光の一部を遮光することがない。したがって、測定光及び参照光が合成される干渉縞測定領域Ａｒ１の面積が小さくならない。よって、本実施形態では、第一実施形態と同様の広い測定領域を維持した状態で、かつ、第二実施形態と同様、干渉縞がＮｕｌｌ状態であっても測定光の光量異常を精度よく検出することが可能となる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について、図面に基づいて説明する。
上述した第一から第三実施形態では、干渉縞のコントラスト又は測定光の光量に基づいて適正な形状測定が実施可能であるか否かを判定した。しかしながら、被測定面の加工痕の状態や方向等によっては、測定光の光量がさらに低下してしまうことも考えられる。これに対して、本実施形態では、光源１１の出射光の光量を制御することで、上記のような測定光の光量不足に対応する点で上記第一〜第三実施形態と相違する。

図７は、本実施形態における斜入射干渉計の概略構成を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の斜入射干渉計１Ｃは、第三実施形態と同様、測定光の光路上に、測定光分離部２５及び測定光検出センサー２６を備えている。
また、本実施形態の斜入射干渉計１Ｃでは、さらに、参照光の光路上に参照光分離部２７と、参照光検出センサー２８とを備えている。すなわち、本実施形態では、参照光分離部２７及び参照光検出センサー２８により本発明の参照光量検出部が構成される。
参照光分離部２７は、例えばハーフミラー２７１と、集光レンズ２７２とを備えて構成される。ハーフミラー２７１は、第一偏光ビームスプリッター１７により分割された参照光の光路上に設けられ、参照光の一部を集光レンズ２７２側に反射し、残りを第二偏光ビームスプリッター２２側に透過させる。そして、ハーフミラー２７１により反射された光は、集光レンズ２７２により集光され、参照光検出センサー２８により受光される。
また、参照光の光路上には、ＮＤフィルター２９（可変減光フィルター）が設けられている。このＮＤフィルター２９は、制御部の制御に基づいて、参照光の透過光量を調整する。

そして、本実施形態の制御装置４０は、参照光制御部４８を備え、参照光検出センサー２８からの検出信号に基づいて参照光の光量を検出する。また、参照光制御部４８は、検出した参照光の光量に応じてＮＤフィルター２９を制御する。

また、本実施形態の光源１１は、出射光の光量を任意強度に変更可能に構成されている。そして、光源制御部４１は、光源１１の点灯及び消灯の制御に加え、点灯時において、その光量も制御可能となる。

[第四実施形態における形状測定方法]
図８は、本実施形態における形状測定方法のフローチャートである。
図８に示すように、本実施形態では、第一から第三実施形態と同様、ステップＳ２の処理において、光量異常がないか否かを判定する。
そして、ステップＳ２において、Ｎｏと判定された場合、λ／２板１６１の回転数を示す変数ｊ（なお、ｊは、１〜Ｍの変数であり、初期値は１に設定され、ｊ＝Ｍ＋１において、λ／２板１６１が１８０度回転するものとする）が、最大値Ｍ以上となるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１において、「Ｎｏ」と判定された場合は、ステップＳ３と同様、λ／２板１６１を１ステップ分回転させる（ステップＳ１２）。この際、光量比率制御部４５は、変数ｊに１を加算する。この後、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ１１において、「Ｙｅｓ」と判定された場合、λ／２板１６１を１８０度回転させても、十分な測定精度が得られる干渉縞コントラストが得られなかったことを意味する。
この場合、光源制御部４１は、さらに、取得された撮像画像において、輝度値が最大輝度値（飽和受光量に対応した輝度値）となる画素が存在することにより、光量異常となったか否かを判定する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３において、「Ｎｏ」と判定された場合は、光量不足が考えられるため、光源制御部４１は、光源１１から出射させる光の光量を増大させる（ステップＳ１４）。この後、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１３において、「Ｙｅｓ」と判定された場合は、撮像カメラ２４において、少なくとも取得した撮像画像の１画素で飽和受光量に達したことが考えられる。この場合、さらに、参照光制御部４８は、参照光検出センサー２８により検出された参照光の光量を検出し、当該光量が予め設定された最低値以上となっているか否かを判定する（ステップＳ１５）。
このステップＳ１５で、「Ｙｅｓ」と判定された場合は、参照光の光量が大きいため、参照光制御部４８は、参照光検出センサー２８からの信号を参照しながら、ＮＤフィルター２９を制御して参照光の光量を減少させ（ステップＳ１６）、ステップＳ１に戻る。
また、ステップＳ１５において、「Ｎｏ」と判定された場合は、光源制御部４１は、光源１１を制御して、出射させる光の光量を小さくした（ステップＳ１７）後、ステップＳ１に戻る。

［第四実施形態の作用効果］
本実施形態では、光源１１から出射させる光の光量を変更可能であり、撮像画像において光量異常があり、かつ、光量不足と判定された場合に、測定光の光量を大きくする。このため、加工痕等によって測定光の反射光が減退した場合でも、光源１１からの光量を大きくすることで、光量不足による干渉縞コントラストの低下を抑制でき、コントラスト低下による測定精度の低下も抑制できる。

また、本実施形態では、参照光の光路上に、参照光を検出する参照光検出センサー２８が設けられており、さらに、参照光の光量を調整するためのＮＤフィルター２９が設けられている。
上述にように、光源１１からの光量を制御して、光量を増加させると、測定光の光量に加え、参照光の光量も増大する。この場合、参照光の光量が大きくなることで、撮像カメラ２４における飽和受光量に達することがある。これに対して、本実施形態では、参照光検出センサー２８により検出された参照光の光量に基づいて、ＮＤフィルター２９を制御するため、参照光の光量増大を抑制できる。これにより、測定精度の低下を抑制できる。

［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記第四実施形態において、測定光検出センサー２６を用いて測定光の光量を検出したが、第二実施形態に示すように、参照光の光路上に開口部材１９を設け、参照光及び測定光が合成された合成光のうち、開口部材１９により遮光された部分（測定光領域）に対応した各画素の光量に基づいて、測定光の光量を検出してもよい。また、第一実施形態のように、干渉縞のコントラストに基づいて、光量異常であるか否かを判定してもよい。

参照光においても同様である。例えば、開口部材１９と同様の構成を有し、測定光の光路上に測定光遮光部である開口部材を設け、開口部材を設けた部分である参照光領域に対応した各画素の光量を撮像画像から検出してもよい。この場合、画像取得部４３及び参照光制御部４８により、本発明の参照光量検出部が構成される。
また、参照光の光路上に参照光遮光部である開口部材を設け、及び測定光の光量上に測定光遮光部である開口部材を設ける構成では、参照光遮光部及び測定光遮光部により遮光する領域をそれぞれ異ならせることが好ましい。例えば、参照光遮光部を、測定光遮光部の開口径よりも大きいリング状の第一参照光遮光部と、第一参照光遮光部の外周縁よりも大きい開口径を有する第二参照光遮光部とにより構成し、測定光遮光部の開口径を第一参照光遮光部の外周縁の口径と同じ寸法にする。これにより、撮像画像のうち中心部が干渉縞の画像が現れる干渉縞測定領域となり、測定領域の外が測定光のみが入射する環状の測定光領域となり、測定光領域の外が参照光のみが入射する環状の参照光領域となる。したがって、それぞれの領域の光量を測定することで、干渉縞による位相シフト法を用いた形状測定、測定光量測定、及び参照光測定が可能となる。

また、測定光遮光部、及び参照光遮光部をそれぞれ光路上から退避可能な構成などとしてもよい。この場合、測定光遮光部及び参照光遮光部として同一開口径の開口部材を用いてもよい。測定光遮光部が測定光の光路上に位置する状態では、撮像画像に干渉縞測定領域と、参照光測定領域とが現れる。参照光遮光部が参照光の光路上に位置する状態では、撮像画像、干渉縞測定領域と測定光測定領域とが現れる。そして、測定光遮光部及び参照光遮光部の双方を光路上から退避させることで、撮像画像における干渉縞測定領域の面積を大きくすることができる。

また、参照光遮光部材として、開口部材１９を例示したがこれに限定されない。例えば、参照光の光路の一部を切り欠くように遮光する遮光部材を用いてもよい。この場合でも、遮光された部分では、参照光が遮光され測定光のみが撮像カメラ２４に入射するので、上記第二実施形態と同様に、測定光の光量のみを検出することが可能となる。なお、測定光遮光部材も同様である。

また、第四実施形態において、測定光分離部２５、測定光検出センサー２６、参照光分離部２７、及び参照光検出センサー２８を用いたが、これに限定されない。例えば、測定光の検出では、測定光分離部２５、及び測定光検出センサー２６を用い、参照光の検出では、上述した測定光遮光部を用いてもよい。
また、参照光の検出では、参照光分離部２７、及び参照光検出センサー２８を用い、測定光の検出では、第二実施形態と同様の参照光遮光部を用いてもよい。この場合、測定光の一部を測定光分離部２５により分離させることがないので、測定光の光量低下をより抑制できる。

上記各実施形態では、測定対象Ａを載置するステージ３１が回転駆動部３２により回転可能となる構成としたが、ステージ３１が回転しない構成などとしてもよい。
また、ステージ３１を一方向に移動させる構成などとしてもよい。この場合、直線方向に沿って測定対象Ａを移動させることで撮像画像を連続的に取得し、これらの撮像画像を繋ぎあわせることで広範囲に対する測定結果を得ることができる。

上記実施形態では、比率変更部１６として、λ／２板１６１と、当該λ／２板１６１を回転させる回転機構１６２を備える構成とし、この比率変更部１６を第一ミラー１５及び第一偏光ビームスプリッター１７の間に配置したが、比率変更部１６の配置位置は、第一偏光ビームスプリッター１７の前段であれば、その位置は特に限定されない。例えば、偏光板１４と第一ミラー１５との間に設けられていてもよい。

比率変更部１６として、λ／２板１６１及び回転機構１６２により構成される例を示したが、これに限定されない。例えば、光源１１から出射されたレーザ光を２光束に分離し、それぞれの偏波面を回転させた後、再び重ね合せる等により、参照光と測定光との光量比率を変更してもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。

本発明は、光源からの光を参照光及び測定光に分離し、測定光を測定対象に対して斜めから入射させ、測定対象から反射された測定光と参照光とを干渉させることで測定対象の被測定面の形状を観察する斜入射干渉計に利用できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…斜入射干渉計、１０…照射部、１１…光源、１６…比率変更部、１７…第一偏光ビームスプリッター（光分割部）、１９…開口部材（参照光遮光部）、２０…検出部、２２…第二偏光ビームスプリッター（光合成部）、２４…撮像カメラ（受光部）、２５…測定光分離部、２６…測定光検出センサー、２７…参照光分離部、２８…参照光検出センサー、２９…ＮＤフィルター（可変減光フィルター）、３０…載置部、３１…ステージ、３２…回転駆動部、４０…制御装置、４１…光源制御部、４２…ステージ制御部、４３…画像取得部、４４…コントラスト判定部、４５…光量比率制御部、４６…形状解析部、４７，４７Ａ…測定光判定部、４８…参照光制御部、１６１…λ／２板、１６２…回転機構、１９１…開口部、Ａ…測定対象。

Claims (10)

1. 被測定面の法線に対して斜め方向から測定光を照射して、被測定面から反射された測定光と参照光と干渉させて被測定面の形状を測定する斜入射干渉計であって、
   光を照射する光源と、
   前記光源からの光を前記参照光及び前記測定光に分割する光分割部と、
   前記参照光及び前記測定光の光量比率を変更する比率変更部と、
   前記参照光、及び前記被測定面で反射された前記測定光を合成する光合成部と、
   前記参照光及び前記測定光の合成光を受光する受光部と、
   を備えることを特徴とする斜入射干渉計。
2. 請求項１に記載の斜入射干渉計において、
   前記光分割部は、第一直線偏光方向の前記測定光と、前記第一直線偏光方向に直交する第二直線偏光方向の前記参照光とに分割し、
   前記比率変更部は、前記光源からの光の主光軸を中心に回転可能に設けられたλ／２板を備えている
   ことを特徴とする斜入射干渉計。
3. 請求項１または請求項２に記載の斜入射干渉計において、
   前記測定光の光量を検出する測定光量検出部と、
   前記測定光の光量が所定範囲内となるように前記比率変更部を制御する光比率制御部と、
   を備えていることを特徴とする斜入射干渉計。
4. 請求項３に記載の斜入射干渉計において、
   前記参照光の一部を遮光する参照光遮光部を備え、
   前記測定光量検出部は、前記受光部における光受光領域のうち、前記参照光遮光部に対応した領域の光量を検出する
   ことを特徴とする斜入射干渉計。
5. 請求項３に記載の斜入射干渉計において、
   前記測定光量検出部は、前記光分割部から前記光合成部までの前記測定光の光路上に設けられ、前記測定光の一部を分離する測定光分離部と、
   前記測定光分離部により分離された前記測定光の一部の光量を検出する測定光検出センサーと、
   を備えていることを特徴とする斜入射干渉計。
6. 請求項３から請求項５のいずれかに記載の斜入射干渉計において、
   前記測定光の光量に基づいて、前記光源から出射される光の光量を制御する光源制御部を備えている
   ことを特徴とする斜入射干渉計。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の斜入射干渉計において、
   前記参照光の光量を検出する参照光量検出部と、
   前記参照光の光量を調整可能な可変減光フィルターと、
   前記参照光量検出部により検出された前記参照光の光量に基づき、前記可変減光フィルターによる減光量を制御する参照光制御部と、
   を備えていることを特徴とする斜入射干渉計。
8. 請求項７に記載の斜入射干渉計において、
   前記測定光の一部を遮光する測定光遮光部を備え、
   前記参照光量検出部は、前記受光部における光受光領域のうち、前記測定光遮光部に対応した領域の光量を検出する
   ことを特徴とする斜入射干渉計。
9. 請求項７に記載の斜入射干渉計において、
   前記参照光量検出部は、前記光分割部から前記光合成部までの前記参照光の光路上に設けられ、前記参照光の一部を分離する参照光分離部と、
   前記参照光分離部により分離された前記参照光の一部の光量を検出する参照光検出センサーと、
   を備えていることを特徴とする斜入射干渉計。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の斜入射干渉計において、
    前記被測定面を有する測定対象を載置するステージと、
    前記ステージを回転させる回転駆動部と、
    を備えていることを特徴とする斜入射干渉計。