JP4765140B2 - 干渉計測方法および干渉計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉計による干渉計測方法、および干渉計測装置に関し、特に、被検面からの被検光と参照面からの参照光との間の位相差を変化させる走査（フリンジスキャン）を行い、その結果得られる干渉信号に基づいて、所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める干渉計測方法、および干渉計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、被検面７２の面形状を測定するための従来の干渉計測装置７０の構成図である。
干渉計測装置７０では、光源７１から出射された光が被検面７２と参照面７３との双方に導かれると共に、その光が被検面７２で反射することにより生じた被検光７２ａと、その光が参照面７３で反射することにより生じた参照光７３ａとが干渉して干渉縞を生じさせ、その干渉縞はＣＣＤ型撮像素子などの撮像素子７６によって検知される。このようにして検知された干渉縞から、被検光７２ａと参照光７３ａとの間の位相差の二次元分布を知ることができ、この二次元分布によって、参照面７３を基準とした被検面７２の面形状が表される。
【０００３】
さらに高精度化を図る場合には、以下に説明するフリンジスキャン干渉法が適用される。
フリンジスキャン干渉法は、ピエゾ素子などの移動機構７７により参照面７３を１／２波長分程度移動させることで、被検光７２ａと参照光７３ａとの光学的距離を１波長分（位相差にして１周期分）程度変化させ（フリンジスキャン）、そのときの干渉縞の濃淡の変化の仕方を検知することにより、所定の状態（例えばフリンジスキャン開始時の初期状態）における被検光７２ａと参照光７３ａとの位相差（初期位相差）の値を正確に求めるものである。
【０００４】
一般に、干渉計測装置７０では、このフリンジスキャンの際に、参照面７３の位置が時間に対して直線的に変化するように設定されている（移動機構７７、および制御回路７８の設定による。）。
また、撮像素子７６は、受光面に配置された各画素において、入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔc毎に蓄積し、入射光強度の時間Ｔc間に亘る時間積分値、すなわち蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・を順次出力する。この蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・が、干渉信号として使用される。
【０００５】
いま仮に、干渉縞のある点Ａにおける、被検光７２ａと参照光７３ａとの初期位相差をφ0とおき、単位時間Ｔc当たりの位相差変化量を２πａ（定数）とおくと、フリンジスキャン開始からの時間ｔ経過時における被検光７３ａと参照光７２ａとの位相差φ（ｔ）は、式（１）で表される。
【数１】
また、被検光７２ａと参照光７３ａとによる干渉光強度Ｉ（ｔ）は、この位相差φ（ｔ）を用いて式（２）で表される。なお、Ｉ0、γはそれぞれ光源７１から出射される光の強度（振幅）等により定まる数（定数）である。
【数２】
また、干渉光強度Ｉ（ｔ）と、干渉光強度のＴc間に亘る時間積分値である蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・との関係は、式（３）で表される。
【数３】
したがって、各蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・は、式（４）で表される。
【数４】
この式（４）を変形すると、式（５）、および式（６）が得られる。
【数５】
【数６】
また、上式（４）からは、単位時間Ｔc当たりの位相差変化量２πａを、４つの蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ3、Ｂ4で表す式（７）が導かれる。
【数７】
これらの関係に基づき、干渉計測装置７０の演算回路７９は、撮像素子７６が出力する各蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）に、式（７）を適用してａの値を求め、さらに求めたａの値と、式（５）および式（６）から、初期位相差φ0の値を求める。
【０００６】
さらにこの初期位相差φ0の値の算出は、撮像素子７６の各画素の出力についてそれぞれ行われ、算出された初期位相差φ0の二次元分布が、参照面７３を基準とした被検面７２の形状情報として、モニタなどの表示器（不図示）に出力される。
ここで、以上のようなフリンジスキャン干渉法においては、参照面７３の移動のさせ方を限定して演算を簡略化させることができる。
【０００７】
例えば、図８（ａ）に示すように、単位時間Ｔｃ当たりの被検光７２ａと参照光７３ａとの位相差変化量２πａがπ／２となるよう（すなわち、ａ＝１／４となるよう）設定すれば、次式（８ａ）又は式（８ｂ）（何れも式（４）においてａ＝１／４とおくことで導かれる式である。）によって、連続する４つの蓄積データ、例えばＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3（実測値）、または連続する５つの蓄積データ、例えばＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4（実測値）から、直接的に初期位相差φ0を求めることができる（図８（ｂ）、（ｃ）参照）。
【数８】
なお、４つの蓄積データから式（８ａ）により初期位相φ0を求める方法は「４バケット法」と呼ばれ、５つの蓄積データから式（８ｂ）により初期位相φ0を求める方法（但しこの場合、フリンジスキャンは、少なくとも位相差にして（１＋１／４）周期分行われる。）は「５バケット法」と呼ばれる。因みに、４バケット法よりも、５バケット法の方が、基づくべき蓄積データの数が１多い分だけ処理時間が長くかかるが、その分高精度である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、撮像素子７６が出力する各蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）には、必要な信号成分（参照光７３ａと被検光７２ａとが成す干渉光による）の他に、コヒーレントノイズ成分（余分な反射を行って撮像素子７６に入射したノイズ光が成す干渉光による）が重畳されている。
【０００９】
ここで、ノイズ光は、図７中細線で示すように、光源７１からの出射光の一部であって干渉計７５内の何れかの箇所で反射して被検面７２や参照面７３を介することなく被検光７２ａや参照光７３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｂ（Ｎ））、および、被検面７２または参照面７３からの反射光の一部であって干渉光学系７４の表面や光源７１の射出口などで反射して再び被検面７２または参照面７３に向かい、被検面７２または参照面７３で反射した後に被検光７２ａや参照光７３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ））である。
【００１０】
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路がＷ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される（干渉計７５内の何れかの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する）。
【００１１】
これらノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆによって干渉信号に重畳されるコヒーレントノイズ成分は、何らかの演算によって必要な信号成分と分離し、かつ除去することが望まれる。
しかしながら、従来の干渉計測装置７０では、上記したように式（８ａ）や式（８ｂ）が適用されることからも明らかなように、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）にコヒーレントノイズ成分が重畳されていないとみなされていたので、最終的に形状情報として求められる初期位相差φ0には、誤差が含まれていた。
【００１２】
ここで、必要な信号成分とは異なった周期で変化するコヒーレントノイズ成分については、何らかの演算によってその信号成分からの分離が可能であるが、必要な信号成分と同じ周期で変化するコヒーレントノイズ成分については、如何なる演算を適用しても、その分離が不可能である。
因みに、干渉計測装置７０では、コヒーレントノイズ成分のうち、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｃが参照光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｄが被検光７２ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｆが参照光７３ａに干渉して生じさせるものについては、参照面７３の移動に伴って必要な信号成分と同じ周期で変化するために、分離（すなわち除去）できない（なお、詳細は後述する表２参照。）。
【００１３】
そこで考えられるのは、コヒーレントノイズ成分の原因であるノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの発生自体を、干渉計７５内の光学素子の変更などにより回避することであるが、光学素子の面の反射率と配置角度などに応じて生じるノイズ光は、どのような光学素子からなる干渉計においても少なからず発生し得るため、その完全な回避は不可能である。
【００１４】
したがって従来では、コヒーレントノイズ成分による影響を抑えることは、演算内容の変更によっても、ハードウエアの変更によっても不可能と考えられ、光学素子の表面に反射防止膜を形成したり、余分な反射光を光路から外すための素子を挿入したりして、コヒーレントノイズ成分の強度を僅かに抑えるという程度のことしかされていなかった。
【００１５】
そこで、本発明は、上記のフリンジスキャン干渉法を応用することによって、コヒーレントノイズ成分による影響を確実に低減させることができる干渉計測方法および干渉計測装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の干渉計測方法は、光源から出射された光を被検面と参照面との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射することにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置され、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子とを備えた干渉計による干渉計測方法であって、前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の際に、前記被検光光路の光学的距離と、前記参照光光路の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化させることによって、前記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必要な信号成分の強度変化周期と、前記被検光光路および前記参照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光または前記参照光に干渉することにより生じるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走査手順と、前記変調走査手順が行われているときに前記受光素子から出力される干渉信号に基づき、前記走査中の所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める算出手順とを有し、 前記変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量ΔＷと前記参照光光路の光学的距離の変化量ΔＲとの比ΔＷ：ΔＲは、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々が｜ΔＷ−ΔＲ｜と一致せず、かつ、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々の整数倍が｜ΔＷ−ΔＲ｜の偶数倍と一致するように保たれる。
【００１７】
一般に、変化周期の互いに異なる２つの信号は、演算により分離可能である。
したがって、前記変調走査手順によってその強度変化周期に差異が設けられた必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分とは、演算により互いに分離可能である。したがって、受光素子が出力する干渉信号に、上記のようなコヒーレントノイズ成分が重畳されていたとしても、その後行われる算出手順においてその影響を除去することができる。
【００１８】
請求項２に記載の干渉計測方法は、請求項１に記載の干渉計測方法において、前記変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：−１に保たれることを特徴とする。
ここで、コヒーレントノイズ成分を重畳させるノイズ光は、光源からの出射光の一部であって干渉計内の何れかの箇所で反射して被検面や参照面を介することなく被検光や参照光に干渉するノイズ光、および、被検面または参照面からの反射光の一部であって干渉光学系の表面や光源の射出口などで反射して再び被検面または参照面に向かい、被検面または参照面で反射した後に被検光や参照光に干渉するノイズ光である。
【００１９】
しかし、上記した変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量と前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：−１に保たれるので、少なくともこれらのノイズ光が成すコヒーレントノイズ成分の強度変化周期は、必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとなる。つまりこのコヒーレントノイズ成分による影響を、その後行われる算出手順において確実に除去することができる。
【００２０】
なお、干渉計内では、何れかの箇所で２回以上反射したノイズ光が発生するが、その箇所の反射率は、被検面や参照面の反射率と比較して十分に低いので、このノイズ光が成すコヒーレントノイズ成分は、先に示したコヒーレントノイズ成分と比較して十分に小さい。したがって、この干渉計測方法によると、コヒーレントノイズ成分による影響は十分に小さく抑えられる。
【００２１】
また、変調走査手段による移動量比については１：−１以外の他の値であっても同じ効果が得られるようなものはあるが、１：−１の比によれば、被検光光路と参照光光路との光学的距離の変化量の合計を小さく抑えられる点で好ましい。
請求項３に記載の干渉計測方法は、請求項１に記載の干渉計測方法において、前記変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：３または３：１に保たれることを特徴とする。
【００２２】
この比が保たれているときには、請求項２に記載の干渉計測方法と同じノイズ光によるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期が、必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとなるので、請求項２に記載の干渉計測方法と同様にして、コヒーレントノイズ成分による影響を十分に小さく抑えることができる。
また、このような移動量の比１：３、または３：１によると、光学的距離の変化量の合計は、比１：−１による場合と比較すると大きくなるものの、その他の比が設定された場合よりは小さく抑えられる。
【００２３】
請求項４に記載の干渉計測方法は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の干渉計測方法において、前記変調走査手順では、前記走査が、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分行われ、前記算出手順では、前記被検面の形状情報が、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づいて求められることを特徴とする。
【００２４】
このように、基づくべき干渉信号を２周期分とすれば、必要な信号成分の周期的な性質と、コヒーレントノイズ成分の周期的な性質とを利用して、コヒーレントノイズ成分を除去して必要な信号成分のみを残留させることができる。この結果、コヒーレントノイズ成分による影響を、確実に抑えることができる。
請求項５に記載の干渉計測装置は、光源から出射された光を被検面と参照面との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射することにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置され、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子と、前記被検光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的距離との双方を同時に移動させる移動手段と、前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の際に、前記移動手段を動作させて、前記被検光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化させることにより、前記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必要な信号成分の強度変化周期と、前記被検光光路および前記参照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光または前記参照光に干渉することにより生じるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走査手段と、前記変調走査手段による走査中に前記受光素子から出力される干渉信号に基づき、前記走査中の所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める算出手段とを備え、前記変調走査手段は、前記被検光光路の光学的距離の変化量ΔＷと前記参照光光路の光学的距離の変化量ΔＲとの比ΔＷ：ΔＲを、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々が｜ΔＷ−ΔＲ｜と一致せず、かつ、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々の整数倍が｜ΔＷ−ΔＲ｜の偶数倍と一致するように保つ。
【００２５】
請求項６に記載の干渉計測装置は、請求項５に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手段は、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比を１：−１に保つことを特徴とする。
請求項７に記載の干渉計測装置は、請求項５に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手段は、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比を１：３または３：１に保つことを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の干渉計測装置は、請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手段は、前記走査を、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分行い、前記算出手段は、前記被検面の形状情報を、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づいて求めることを特徴とする。
【００２７】
請求項５、請求項６、請求項７、請求項８に記載の干渉計測装置によれば、それぞれ請求項１、請求項２、請求項３、請求項４に記載の干渉計測方法が自動的に実施される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
以下、図１、図２、図３、図４に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。
（第１実施形態の構成）
図１は、本実施形態の干渉計測装置１０（および後述する第２実施形態の干渉計測装置２０）の構成図である。図１において、図７に示す従来の干渉計測装置７０と同じものについては同一の符号を付して示した。
【００２９】
干渉計測装置１０は、図７に示した干渉計測装置７０において、被検面７２を移動させる移動機構１７がさらに備えられ、制御回路７８に代えて制御回路１８が備えられ、演算回路７９に代えて演算回路１９が備えられたものに等しい。すなわち、干渉計測装置１０は、光源７１と、干渉光学系７４（ビームスプリッタ７４ｂ、ビームエキスパンダ７４ａ、結像レンズ７４ｃ等）と、撮像素子７６と、２つの移動機構７７、１７と、制御回路１８と、演算回路１９とを備える（以下、光源７１、干渉光学系７４、撮像素子７６からなる系を、干渉計７５とする）。
【００３０】
この中で干渉光学系７４は、光源７１から出射された光を被検面７２と参照面７３との双方に導くと共に、その光が被検面７２で反射することにより生じた被検光７２ａと、その光が参照面７３で反射することにより生じた参照光７３ａとを干渉させるものである。
移動機構１７は、被検光７２ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ被検面７２を光軸方向へ移動させるものであり、移動機構７７は、参照光７３ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ参照面７３を光軸方向に移動させるものである。これら移動機構１７、７７は、例えばピエゾ素子などからなり、本実施形態では、互いに同じ特性のものが使用されるとする。
【００３１】
撮像素子７６は、被検光７２ａと参照光７３ａとが成す干渉光の光路に配置されたＣＣＤ型撮像素子などであり、制御回路１８により駆動されると、各画素において入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔc毎に蓄積し、入射光強度の時間Ｔcに亘る時間積分値を示す信号である蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を順次出力する（本明細書では、取得順に添え字を付す。）。干渉計測装置１０においては、この蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）が、干渉縞の濃淡を示す干渉信号として利用される。
【００３２】
制御回路１８は、フリンジスキャン時に、光源７１を駆動すると共に、移動機構７７、１７のそれぞれに対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照面７３と被検面７２とをそれぞれ所定のパターンで移動させる。また、制御回路１８はこのときに撮像素子７６を駆動し、撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を演算回路１９に与える。
【００３３】
演算回路１９は、所定状態（例えばフリンジスキャン開始時の初期状態）における参照光７３ａと被検光７２ａとの間の位相差（例えば初期位相差φ0）を求める際に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）に対して所定の演算を施す。なお、この演算回路１９は、干渉計測装置１０の外部に備えられていてもよい。また、この演算回路１９に代えて、演算回路１９と同じ動作をするコンピュータを利用してもよい。
【００３４】
（第１実施形態の動作）
図２は、本実施形態の動作を説明する図である。
本実施形態では、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）に重畳されるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期を、必要な信号成分の強度変化周期と違うものとするために、フリンジスキャン時に被検面７２と参照面７３との双方を、同時に移動させる。この際、被検面７２の移動量と参照面７３の移動量との比は、１：−１に保たれる。
【００３５】
さらに、必要な信号成分の２周期分に相当する情報を得るために、図２（ａ）に示すように、被検光７２ａと参照光７３ａの光学的距離の差を、少なくとも光源７１から出射される光の２波長分（位相差にして２周期分）変化させる。
また、後述する式（９）を適用するための条件として、参照面７３の位置と被検面７２の位置とが何れも十分な精度で時間に対して直線的に変化し、かつ単位時間Ｔｃ当たりの被検光７２ａと参照光７３ａとの位相差変化量２πａがπ／２となるよう（すなわち、ａ＝１／４となるよう）設定される（図２（ａ）参照）。
【００３６】
すなわち、制御回路１８は、８Ｔcの期間中に、移動機構７７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて参照面７３を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動機構１７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被検面７２を−１／２波長分均等に移動させる（なお、移動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の相違に対応する。ただし、どちらの方向を正にとってもよい）。
【００３７】
このフリンジスキャンの結果、順に蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）が得られる（図２（ｂ）参照）。これらの各蓄積データは、それぞれ必要な信号成分の１／４周期分に相当し、これらの蓄積データの全体は、必要な信号成分の２周期分のデータに相当する。
さらに、本実施形態の演算回路１９は、初期位相差φ0を求める際に、これら２周期分の蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）に対して、次式（９）を適用する（図２（ｃ）参照）（なお、この式（９）の意味については後述する。）。
【数９】
（第１実施形態におけるコヒーレントノイズ成分の振る舞い）
ここで、干渉計測装置１０においてコヒーレントノイズ成分に関係するノイズ光は、従来と同様、ノイズ光ｂ（Ｎ）、ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ）である。
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路がＷ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される。また、干渉計７５内の何れかの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する。
【００３８】
次に、表１に基づいて、必要な信号成分の強度変化周期と、各コヒーレントノイズ成分の強度変化周期とを比較する。
表１は、本実施形態における各光の光路差、および光路差変化量を比較する表である。
【表１】
上記したように本実施形態では、参照光７３ａの光路変化量が「１」であるときの被検光７２ａの光路変化量は「−１」であるので、ノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの光路変化量は、それぞれ「０」、「−２」、「０」、「２」、「０」となる。
【００３９】
このときの参照光７３ａと被検光７２ａとが成す干渉光、すなわち必要な信号成分ＳMの強度変化周期は、欄Ｍによって示される。この欄Ｍには、参照光７３ａと被検光７２ａとの光路差「Ｗ−Ｒ」と、光路差変化量「−２」とが記されており、この光路差変化量「−２」の大きさが、この２光が成す干渉光の強度変化の速さを示す。
【００４０】
そこで以下では、各干渉光の強度変化周期を、その干渉光を成す２光の「光路差変化量の大きさ」で以て表す。すなわち、必要な信号成分ＳMは「周期２」で変化する。
同様に、ノイズ光ｂが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ111は、「周期１」で変化する（欄１１１参照）。
【００４１】
また、ノイズ光ｃが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ112は、「周期１」で変化する（欄１１２参照）。
また、ノイズ光ｄが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ113は、「周期１」で変化する（欄１１３参照）。
【００４２】
また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ114は、「周期３」で変化する（欄１１４参照）。
また、ノイズ光ｆが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ115は、「周期１」で変化する（欄１１５参照）。
また、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ121は、「周期１」で変化する（欄１２１参照）。
【００４３】
また、ノイズ光ｃが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ122は、「周期３」で変化する（欄１２２参照）。
また、ノイズ光ｄが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ123は、「周期１」で変化する（欄１２３参照）。
また、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ124は、「周期１」で変化する（欄１２４参照）。
【００４４】
また、ノイズ光ｆが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ125は、「周期１」で変化する（欄１２５参照）。
すなわち、本実施形態では、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111〜Ｓ125の強度変化周期と、必要な信号成分ＳMの強度変化周期とに差異が設けられる。
図３は、本実施形態における、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111〜Ｓ125と、必要な信号成分ＳMとの変化の仕方を比較する図である。図３（ａ）が必要な信号成分ＳMと同じく「周期２」で変化する信号を示すのに対し、図３（ｂ）はコヒーレントノイズ成分Ｓ111、Ｓ112、Ｓ113、Ｓ115、Ｓ121、Ｓ123、Ｓ124、Ｓ125のように「周期１」で変化する信号を示し、図３（ｃ）はコヒーレントノイズ成分Ｓ114、Ｓ122のように「周期３」で変化する信号を示す（但し、図３に示した振幅および位相は何れも意味を持たない。）。
【００４５】
したがって、上記フリンジスキャン時に撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）には、「周期２」で変化する必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17（図３（ａ）参照）と、「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ24、Ｂ25、Ｂ26、Ｂ27（図３（ｂ）参照）と、「周期３」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33、Ｂ34、Ｂ35、Ｂ36、Ｂ37（図３（ｃ）参照）とが重ね合わされていると考えられる。すなわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積データＢk（実測値）を表すと、Ｂk＝Ｂ1k＋Ｂ2k＋Ｂ3kとなる。
【００４６】
さて、上記したように本実施形態では、式（９）が使用される。この式（９）は、上記した４バケット法の式（８ａ）と同様に式（４）から導かれる初期位相差φ0の算出式である。したがって、式（９）は、コヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下では、式（８ａ）と等価である。
ここで、必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17については、式（４）や図３（ａ）からも明らかなように、その周期的性質から、Ｂ10＝Ｂ14、Ｂ11＝Ｂ15、Ｂ12＝Ｂ16、Ｂ13＝Ｂ17が成立する。また、コヒーレントノイズ成分Ｂ20、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ24、Ｂ25、Ｂ26、Ｂ27については、Ｂ20＋Ｂ24＝Ｂ21＋Ｂ25＝Ｂ22＋Ｂ26＝Ｂ23＋Ｂ27＝Ｂv1が成立し（図３（ｂ）参照）、コヒーレントノイズ成分Ｂ30、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33、Ｂ34、Ｂ35、Ｂ36、Ｂ37については、Ｂ30＋Ｂ34＝Ｂ31＋Ｂ35＝Ｂ32＋Ｂ36＝Ｂ33＋Ｂ37＝Ｂv3が成立する（図３（ｃ）参照）。
【００４７】
このとき、式（９）の右辺に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）を当てはめると、下式（１０）に明らかなように、コヒーレントノイズ成分に相当する項（Ｂ20、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ24、Ｂ25、Ｂ26、Ｂ27、Ｂ30、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33、Ｂ34、Ｂ35、Ｂ36、Ｂ37）は全て消去される。
【数１０】
すなわち、式（９）では、４バケット法の式（８ａ）とは異なり、基づくべき蓄積データが（必要な信号成分Ｂ1kの）２周期分に増えているので、各成分の周期的な性質によって、コヒーレントノイズ成分Ｂ2k、Ｂ3kが除去されて必要な信号成分Ｂ1kのみが残留する。
【００４８】
したがって、本実施形態における式（９）によれば、蓄積データＢk（実測値）にコヒーレントノイズ成分Ｂ2k、Ｂ3kが如何なる強度で重畳されていようとも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
次に、以上説明した本実施形態と比較するため、従来の干渉計測装置７０におけるコヒーレントノイズ成分の振る舞いを、表２、図４に基づいて説明する。
【表２】
上記したように従来の干渉計測装置７０では被検面７２については何ら移動させないので、参照光７３ａの光路変化量が「１」であるときの被検光７２ａの光路変化量は「０」である。これに伴いノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの光路変化量は、それぞれ「０」、「０」、「１」、「２」、「１」となる。
また、必要な信号成分ＳM’（参照光７３ａと被検光７２ａとが成す干渉光）は「周期１」で変化する（欄Ｍ参照）。
【００４９】
また、ノイズ光ｂ、ｃのそれぞれが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ111’、Ｓ112’およびノイズ光ｄ、ｆのそれぞれが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ123’、Ｓ125’は、何れも「周期０」で変化する（すなわち定常的である）（欄１１１、１１２、１２３、１２５参照）。
【００５０】
また、ノイズ光ｄ、ｆのそれぞれが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ113’、Ｓ115’、およびノイズ光ｂ、ｃ、ｅのそれぞれが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ121’、Ｓ122’、Ｓ124’は、何れも「周期１」で変化する（欄１１３、１１５、１２１、１２２、１２４参照）。
【００５１】
また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ114’は、「周期２」で変化する（欄１１４参照）。
すなわち、従来例では、一部のコヒーレントノイズ成分Ｓ113’、Ｓ115’、Ｓ121’、Ｓ122’、Ｓ124’の強度変化周期が、必要な信号成分ＳM’の強度変化周期と同じになっている。
【００５２】
したがって、従来の撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3（実測値）には、図４に示すように、「周期１」で変化する必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13（図４（ａ）参照）と、「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20’、Ｂ21’、Ｂ22’、Ｂ23’（図４（ｂ）参照）と、「周期２」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30’、Ｂ31’、Ｂ32’、Ｂ33’（図４（ｃ）参照）とが重ね合わされていると考えられる。すなわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積データＢk（実測値）を表すと、Ｂk＝Ｂ1k＋Ｂ2k’＋Ｂ3k’となる。
【００５３】
そして、従来適用されていた例えば式（８ａ）では、２つずれた蓄積データ同士が引き算されているので、「周期２」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30’、Ｂ31’、Ｂ32’、Ｂ33’からは、Ｂ30’＝Ｂ32’、Ｂ31’＝Ｂ33’が成立するために影響を受けないものの、必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13と同じ「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20’、Ｂ21’、Ｂ22’、Ｂ23’からは、影響を受ける。
【００５４】
また仮に、別の式を用いたとしても、同じ周期で変化する信号同士は分離不可能であるため、このコヒーレントノイズ成分Ｂ2k’を消去することはできない。
その点、上述した本実施形態では、被検面７２と参照面７３のそれぞれを移動量比１：−１に保ちつつ移動させることにより、コヒーレントノイズ成分の強度変化周期を必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとし、かつ、式（９）の適用によって、このようなコヒーレントノイズ成分の影響を確実に除去することができる。この結果、被検面７２の形状測定が高精度化される。
【００５５】
＜第２実施形態＞
次に、図１、図５に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
（第２実施形態の構成）
本実施形態の干渉計測装置２０は、図１に示す干渉計測装置１０において、制御回路１８に代えて制御回路２８が備えられたものに等しい。
【００５６】
制御回路２８は、制御回路１８と同様に、フリンジスキャン時に移動機構７７、１７のそれぞれに対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照面７３と被検面７２とをそれぞれ所定のパターンで移動させると共に、撮像素子７６を駆動し、そのときに撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・を演算回路１９に与えるが、参照面７３および被検面７２の移動パターンは、制御回路１９によるものとは異なる。
【００５７】
（第２実施形態の動作）
第２実施形態では、フリンジスキャン時に、被検面７２の移動量と参照面７３の移動量との比は、３：１に保たれる。
すなわち、制御回路２８は、８Ｔcの期間中に、移動機構７７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて、参照面７３を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動機構１７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被検面７２を３／２波長分均等に移動させる（なお、移動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の相違に対応する。ただし、どちらの方向を正にとってもよい）。
【００５８】
このフリンジスキャンの結果、順に蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）が得られる（図２（ｂ）参照）。これらの各蓄積データは、第１実施形態で得られる各蓄積データと同様、それぞれ必要な信号成分の１／４周期分に相当し、これらの蓄積データの全体は、必要な信号成分の２周期分のデータに相当する。
【００５９】
そして、演算回路１９が初期位相差φ0を算出する際には、第１実施形態と同様の上式（９）が適用される（図２（ｃ）参照）。
（第２実施形態におけるコヒーレントノイズ成分の振る舞い）
ここで、干渉計測装置２０においてコヒーレントノイズ成分に関係する光は、第１実施形態と同様、ノイズ光ｂ（Ｎ）、ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ）である。
【００６０】
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路がＷ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される。また、干渉計７５内の何れかの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する。
【００６１】
次に、表３に基づいて、必要な信号成分の強度変化周期と、各コヒーレントノイズ成分の強度変化周期とを比較する。
表３は、本実施形態における各光の光路差、および光路差変化量を比較する表である。
【表３】
上記したように本実施形態では、参照光７３ａの光路変化量が「１」であるときの被検光７２ａの光路変化量は「３」であるので、ノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの光路変化量は、それぞれ「０」、「６」、「４」、「２」、「４」となる。
【００６２】
このとき参照光７３ａと被検光７２ａとによる必要な信号成分ＳM”は、「周期２」で変化する（欄Ｍ参照）。
同様に、ノイズ光ｂが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ111”は、「周期３」で変化する（欄１１１参照）。
また、ノイズ光ｃが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ112”は、「周期３」で変化する（欄１１２参照）。
【００６３】
また、ノイズ光ｄが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ113”は、「周期１」で変化する（欄１１３参照）。
また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ114”は、「周期１」で変化する（欄１１４参照）。
また、ノイズ光ｆが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ115”は、「周期１」で変化する（欄１１５参照）。
【００６４】
また、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ121”は、「周期１」で変化する（欄１２１参照）。
また、ノイズ光ｃが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ122”は、「周期５」で変化する（欄１２２参照）。
また、ノイズ光ｄが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ123”は、「周期３」で変化する（欄１２３参照）。
【００６５】
また、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ124”は、「周期１」で変化する（欄１２４参照）。
また、ノイズ光ｆが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ125”は、「周期３」で変化する（欄１２５参照）。
すなわち、本実施形態でも、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111”〜Ｓ125”の強度変化周期が、何れも必要な信号成分ＳM”の強度変化周期とは異なっている。
【００６６】
図５は、本実施形態における、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111”〜Ｓ125”と必要な信号成分ＳM”との変化の仕方を比較する図である。図５（ａ）が必要な信号成分ＳM”と同じく「周期２」で変化する信号を示すのに対し、図５（ｂ）は、コヒーレントノイズ成分Ｓ113”、Ｓ114”、Ｓ115”、Ｓ121”、Ｓ124”と同じく「周期１」で変化する信号を示し、図５（ｃ）は、コヒーレントノイズ成分Ｓ111”、Ｓ112”、Ｓ123”、Ｓ125”と同じく「周期３」で変化する信号を示し、図５（ｄ）は、コヒーレントノイズ成分Ｓ122”と同じく「周期５」で変化する信号を示す（但し、図５に示した振幅および位相は何れも意味を持たない）。
【００６７】
したがって、上記フリンジスキャン時に撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）には、「周期２」で変化する必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17（図５（ａ）参照）と、「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20”、Ｂ21”、Ｂ22”、Ｂ23”、Ｂ24”、Ｂ25”、Ｂ26”、Ｂ27”（図５（ｂ）参照）と、「周期３」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30”、Ｂ31”、Ｂ32”、Ｂ33”、Ｂ34”、Ｂ35”、Ｂ36”、Ｂ37”（図５（ｃ）参照）と、「周期５」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ40、Ｂ41、Ｂ42、Ｂ43、Ｂ44、Ｂ45、Ｂ46、Ｂ47（図５（ｄ）参照）が重ね合わされていると考えられる。すなわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積データＢk（実測値）を表すと、Ｂk＝Ｂ1k＋Ｂ2k”＋Ｂ3k”＋Ｂ4kとなる。
【００６８】
さて、上記したように本実施形態では、式（９）が使用される。この式（９）は、上記第１実施形態において使用されたものと同じである。すなわち、コヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下では、式（８ａ）と等価な初期位相差φ0の算出式である。
ここで、必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17については、その変化周期から、Ｂ10＝Ｂ14、Ｂ11＝Ｂ15、Ｂ12＝Ｂ16、Ｂ13＝Ｂ17が成立する（図５（ａ）参照）。また、コヒーレントノイズ成分Ｂ20”、Ｂ21”、Ｂ22”、Ｂ23”、Ｂ24”、Ｂ25”、Ｂ26”、Ｂ27”については、Ｂ20”＋Ｂ24”＝Ｂ21”＋Ｂ25”＝Ｂ22”＋Ｂ26”＝Ｂ23”＋Ｂ27”＝Ｂv1が成立し（図５（ｂ）参照）、コヒーレントノイズ成分Ｂ30”、Ｂ31”、Ｂ32”、Ｂ33”、Ｂ34”、Ｂ35”、Ｂ36”、Ｂ37”については、Ｂ30”＋Ｂ34”＝Ｂ31”＋Ｂ35”＝Ｂ32”＋Ｂ36”＝Ｂ33”＋Ｂ37”＝Ｂv3が成立し（図５（ｃ）参照）、また、コヒーレントノイズ成分Ｂ40、Ｂ41、Ｂ42、Ｂ43、Ｂ44、Ｂ45、Ｂ46、Ｂ47については、Ｂ40＋Ｂ44＝Ｂ41＋Ｂ45＝Ｂ42＋Ｂ46＝Ｂ43＋Ｂ47＝Ｂv5が成立する（図５（ｄ）参照）。
【００６９】
このとき、式（９）の右辺に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）を当てはめると、下式（１１）に明らかなように、コヒーレントノイズ成分（Ｂ20”、Ｂ21”、Ｂ22”、Ｂ23”、Ｂ24”、Ｂ25”、Ｂ26”、Ｂ27”、Ｂ30”、Ｂ31”、Ｂ32”、Ｂ33”、Ｂ34”、Ｂ35”、Ｂ36”、Ｂ37”、Ｂ40、Ｂ41、Ｂ42、Ｂ43、Ｂ44、Ｂ45、Ｂ46、Ｂ47）は全て消去される。
【数１１】
すなわち、式（９）では、４バケット法の式（８ａ）とは異なり、基づくべき蓄積データが（必要な信号成分Ｂ1kの）２周期分に増えているので、各成分の周期的な性質によって、コヒーレントノイズ成分Ｂ2k”、Ｂ3k”、Ｂ4kが除去されて必要な信号成分Ｂ1kのみが残留する。
したがって、本実施形態における式（９）によれば、蓄積データＢk（実測値）にコヒーレントノイズ成分Ｂ2k”、Ｂ3k”、Ｂ4kが如何なる強度で重畳されていようとも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態では、被検面７２と参照面７３のそれぞれを移動量比３：１に保ちつつ移動させることにより、コヒーレントノイズ成分の強度変化周期を必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとし、かつ、式（９）の適用によって、このようなコヒーレントノイズ成分の影響を確実に除去することができる。この結果、被検面７２の形状測定が高精度化される。
【００７１】
なお、本実施形態においては、被検面７２と参照面７３の移動量比を１：３に代えてもよい。この場合にも、３：１とした場合と同様に形状測定が高精度化される。
＜第３実施形態＞
次に、図２、図６に基づいて本発明の第３実施形態を説明する。ここでは、第１実施形態や第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００７２】
（第３実施形態の構成）
図６は、本実施形態の干渉計測装置３０の構成図である。
干渉計装置３０は、上記第１実施形態や第２実施形態の干渉計測装置１０、２０（なお、干渉計７５はマイケルソン型干渉計である。）とは異なり、フィゾー型干渉計３５が適用されている。
【００７３】
フィゾー型干渉計３５は、光源３１、ビームエキスパンダ３５ａ、ビームスプリッタ３５ｂ、ヌルレンズ３５ｄ、結像レンズ３５ｃ、撮像素子３６等を有する。
フィゾー型干渉計３５において、光源３１から出射された光は、ビームエキスパンダ３５ａ、ビームスプリッタ３５ｂを介してヌルレンズ３５ｄに入射する。
ヌルレンズ３５ｄに入射した光束は、所定位置に配置されたフィゾー面３３（フィゾー型干渉計の参照面である。）に入射する。
【００７４】
フィゾー面３３に入射した光束は、一部がフィゾー面３３で反射して参照光３３ａとなり、他の一部がフィゾー面を透過した後所定位置に配置された被検面３２で反射して被検光３２ａとなる。
参照光３３ａは、ヌルレンズ３５ｄ、ビームスプリッタ３５ｂ、結像レンズ３５ｃを経た後、撮像素子３６に入射し、一方、被検光３２ａは、フィゾー面３３、ヌルレンズ３５ｄ、ビームスプリッタ３５ｂ、結像レンズ３５ｃを経た後、撮像素子３６に入射する。そして、これら参照光３３ａと被検光３２ｂとは干渉して撮像素子３６上に干渉縞を成す。
【００７５】
このフィゾー型干渉計３５とマイケルソン型干渉計（図１符号７５）との相違は、参照光３３ａの光路と、被検光３２ａの光路とが共通している点にある（但し光路長は異なる）。このため、フィゾー型干渉計３５は、参照光３３ａの光路の環境と被検光３２ａの光路の環境とをほぼ一致させることができるので、特に高精度が要求される計測に適している。
【００７６】
そして、このフィゾー型干渉計３５を備えた干渉計測装置３０には、２つの移動機構３７２および移動機構３７３と、制御回路３８と、演算回路３９とが備えられる。
【００７７】
移動機構３７２は、被検光３２ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ被検面３２を光軸方向へ移動させるものであり、移動機構３７３は、参照光３３ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ参照面３３を光軸方向に移動させるものである。これら移動機構３７２、３７３は、例えばピエゾ素子などからなり、本実施形態では、互いに同じ特性のものが使用されるとする。
【００７８】
撮像素子３６は、ＣＣＤ型撮像素子などであり、制御回路３８により駆動されると、各画素において入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔc毎に蓄積し、入射光強度の時間Ｔcに亘る時間積分値を示す信号である蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を順次出力する。
制御回路３８は、フリンジスキャン時に、移動機構３７３、３７２のそれぞれに対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照面３３と被検面３２とをそれぞれ所定のパターンで移動させる。また制御回路３８は、このときに撮像素子３６を駆動し、撮像素子３６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を演算回路３９に与える。
【００７９】
演算回路３９は、所定状態（例えばフリンジスキャン開始時の初期状態）における参照光３３ａと被検光３２ａとの間の位相差（例えば初期位相差φ0）を求める際に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）に対して所定の演算を施す。なお、この演算回路３９は、干渉計測装置３０の外部に備えられていてもよい。また、この演算回路３９に代えて、演算回路３９と同じ動作をするコンピュータを利用してもよい。
【００８０】
（第３実施形態の動作）
本実施形態では、第１実施形態と同様、フリンジスキャンの際に、被検面３２の移動量とフィゾー面３３（参照面）の移動量との比を１：−１に保ちつつ、被検光３２ａと参照光３３ａの光学的距離の差を少なくとも光源３１から出射される光の２波長分（位相差にして２周期分）変化させる（図２（ａ）参照）。また、フィゾー面３３（参照面）の位置と被検面３２の位置とが何れも十分な精度で時間に対して直線的に変化し、かつ単位時間Ｔｃ当たりの被検光３２ａと参照光３３ａとの位相差変化量２πａがπ／２となるよう（すなわち、ａ＝１／４となるよう）設定される（図（ａ）参照）。
【００８１】
すなわち、制御回路３８は、制御回路１８と同様に、８Ｔcの期間中に、移動機構３７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて、フィゾー面３３（参照面）を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動機構３７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被検面３２を−１／２波長分均等に移動させる（なお、移動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の相違に対応する。ただし、どちらの方向を正にとってもよい）。
【００８２】
このフリンジスキャンの結果、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）が得られる（図２（ｂ）参照）。
そして、演算回路３９は、初期位相差φ0を求める際に、これら２周期分の蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）に対して、上式（９）を適用する（図２（ｃ）参照）。
【００８３】
（第３実施形態におけるコヒーレントノイズ成分の振る舞い）
ここで、図６に示すフィゾー型干渉計３５と、図１、図７に示す干渉計７５（マイケルソン型干渉計である。）との相違は、上記したように光路が一部重なっているか否かの相違のみであるので、干渉計測装置３０においてコヒーレントノイズ成分に関係するノイズ光の種類は、干渉計測装置１０、２０、７０におけるノイズ光の種類と同じである。
【００８４】
すなわち、図６に細線で示したように、光源３１からの出射光の一部であってフィゾー型干渉計３５内の必要反射面以外の何れかの箇所で反射して被検面３２やフィゾー面３３を介することなく被検光３２ａや参照光３３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｂ（Ｎ））、被検面３２またはフィゾー面３３からの反射光の一部であってフィゾー型干渉計３５内の光源３１の射出口やその他の光学系の表面などで反射して再び被検面３２またはフィゾー面３３に向かい、被検面３２やフィゾー面３３で反射した後に被検光３２ａや参照光３３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ））である。
【００８５】
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面３２の反射経路がＷ、フィゾー面３３の反射経路がＲ、フィゾー型干渉計３５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される。また、フィゾー型干渉計３５内の何れかの箇所の反射率は、被検面３２やフィゾー面３３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する。
【００８６】
そして、第１実施形態と同様のパターンで被検面３２とフィゾー面３３（参照面）とのそれぞれを移動させる本実施形態では、各光の光路差、および光路差変化量は、第１実施形態と同様、表１に示す通りとなる。
すなわち、本実施形態でも、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111〜Ｓ125の強度変化周期と必要な信号成分ＳMの強度変化周期とに第１実施形態と同様の差異が設けられる。
【００８７】
この結果、上記第１実施形態の説明中に記載したのと同じ理由で、式（９）によってコヒーレント成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
以上説明したように、本実施形態では、フィゾー型干渉計３５が適用された干渉計測装置３０において、第１実施形態と同様のパターンで被検面３２とフィゾー面３３（参照面）のそれぞれを移動させ、かつ、式（９）を適用することによって、コヒーレントノイズ成分の影響を確実に除去することができる。この結果、被検面３２の形状測定が高精度化される。
【００８８】
なお、本実施形態においては、被検面３２とフィゾー面３３（参照面）の移動量比を、第２実施形態と同様の３：１または１：３に代えてもよい。この場合にも、上記第２実施形態の説明中に記載したのと同じ理由で、形状測定が高精度化される。
＜その他＞
上記各実施形態においては、必要な信号成分が偶数周期変化する間にコヒーレントノイズ成分が整数周期（但し、必要な信号成分とは異なる周期）変化するのであれば、被検面７２、３２、参照面７３、３３のそれぞれを如何なるパターンで移動させてもよい。このような周期関係を実現させる移動パターンであれば、上式（９）によって確実にコヒーレントノイズ成分の影響を除去できる。ただし、被検面７２、３２と参照面７３（フィゾー面３３）の移動量比は１：−１とすることがこれらの面の移動距離の合計を小さく抑えられる点で好ましい。次いで、この移動量比を３：１または１：３とすることが好ましい。この結果、干渉計測装置の大型化が抑えられる。
【００８９】
また、上記各実施形態においては、取得する蓄積データの数を８個に代えて９個とする（すなわちフリンジスキャンは少なくとも位相差にして（２＋１／４）周期分行われる。）と共に、式（９）に代えて式（１２）を適用してもよい。この式（１２）は、上記した５バケット法の式（８ｂ）と同様に式（４）から導かれる初期位相差φ0の算出式である。したがって、式（１２）は、コヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下では、式（８ｂ）と等価である。
【数１２】
因みに、この式（１２）の右辺に、上記各実施形態において説明したようにコヒーレント成分が重畳された蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7、Ｂ8（実測値）を当てはめると、下式（１３）に示すように、コヒーレントノイズ成分に相当する項は全て消去される。
【数１３】
すなわち、式（１２）では、５バケット法の式（８ｂ）とは異なり、基づくべき蓄積データが（必要な信号成分の）２周期分に増えているので、各成分の周期的な性質によって、コヒーレントノイズ成分が除去されて必要な信号成分のみが残留する。
【００９０】
したがって、上記各実施形態に適用された式（１２）によれば、蓄積データＢk（実測値）にコヒーレントノイズ成分が如何なる強度で重畳されていようとも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
また、上記各実施形態においては、コヒーレントノイズ成分を消去することができるのであれば、如何なる数の蓄積データに基づく演算式を適用してもよい。
【００９１】
さらには、上記各実施形態において、必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分との周期に差異を与えるようなパターンで参照面と被検面とを移動させ、かつ必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分とを分離または消去することができるのであれば、如何なる移動パターンと、如何なる演算式とが組み合わされてもよい。
【００９２】
また、上記各実施形態において説明したように、移動機構１７と移動機構７７との間、または移動機構３７３と移動機構３７２との間で、同じ特性のピエゾ素子を適用すると、上記したフリンジスキャンを実現するための駆動電圧の設定が容易である点で好ましいが、十分な精度で所望のフリンジスキャンを実現できるのであれば、異なる特性のピエゾ素子を適用してもよい。
【００９３】
特に、上記各実施形態におけるピエゾ素子として、伸縮量を測定しながら駆動電圧を制御できるフィードバック機構を備えたピエゾ素子を適用すると、その伸縮の直線性を高くすることができ、時間に対して参照面及び被検面の位置が高精度で直線的に変化させることができるので、高精度の計測が可能となる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コヒーレントノイズ成分による影響が確実に低減するので、形状情報を高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態および第２実施形態の干渉計測装置の構成図である。
【図２】第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態の動作を説明する図である。
【図３】第１実施形態における各コヒーレントノイズ成分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図である。
【図４】従来例における各コヒーレントノイズ成分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図である。
【図５】第２実施形態における各コヒーレントノイズ成分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図である。
【図６】第３実施形態の干渉計測装置の構成図である。
【図７】従来の干渉計測装置の構成図である。
【図８】従来の干渉計測装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 干渉計測装置
１８、２８、３８ 制御回路
１９、３９ 演算回路
１７、７７、３７３、３７２ 移動機構
３１、７１ 光源
３２、７２ 被検面
３３ フィゾー面（参照面）
７３ 参照面
３５ フィゾー型干渉計
７５ 干渉計
７４ 干渉光学系
３５ａ、７４ａ ビームエキスパンダ
３５ｂ ７４ｂ ビームスプリッタ
３５ｃ、７４ｃ 結像レンズ
３５ｄ ヌルレンズ
３６、７６ 撮像素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉計による干渉計測方法、および干渉計測装置に関し、特に、被検面からの被検光と参照面からの参照光との間の位相差を変化させる走査（フリンジスキャン）を行い、その結果得られる干渉信号に基づいて、所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める干渉計測方法、および干渉計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、被検面７２の面形状を測定するための従来の干渉計測装置７０の構成図である。
干渉計測装置７０では、光源７１から出射された光が被検面７２と参照面７３との双方に導かれると共に、その光が被検面７２で反射することにより生じた被検光７２ａと、その光が参照面７３で反射することにより生じた参照光７３ａとが干渉して干渉縞を生じさせ、その干渉縞はＣＣＤ型撮像素子などの撮像素子７６によって検知される。このようにして検知された干渉縞から、被検光７２ａと参照光７３ａとの間の位相差の二次元分布を知ることができ、この二次元分布によって、参照面７３を基準とした被検面７２の面形状が表される。
【０００３】
さらに高精度化を図る場合には、以下に説明するフリンジスキャン干渉法が適用される。
フリンジスキャン干渉法は、ピエゾ素子などの移動機構７７により参照面７３を１／２波長分程度移動させることで、被検光７２ａと参照光７３ａとの光学的距離を１波長分（位相差にして１周期分）程度変化させ（フリンジスキャン）、そのときの干渉縞の濃淡の変化の仕方を検知することにより、所定の状態（例えばフリンジスキャン開始時の初期状態）における被検光７２ａと参照光７３ａとの位相差（初期位相差）の値を正確に求めるものである。
【０００４】
一般に、干渉計測装置７０では、このフリンジスキャンの際に、参照面７３の位置が時間に対して直線的に変化するように設定されている（移動機構７７、および制御回路７８の設定による。）。
また、撮像素子７６は、受光面に配置された各画素において、入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔc毎に蓄積し、入射光強度の時間Ｔc間に亘る時間積分値、すなわち蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・を順次出力する。この蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・が、干渉信号として使用される。
【０００５】
いま仮に、干渉縞のある点Ａにおける、被検光７２ａと参照光７３ａとの初期位相差をφ0とおき、単位時間Ｔc当たりの位相差変化量を２πａ（定数）とおくと、フリンジスキャン開始からの時間ｔ経過時における被検光７３ａと参照光７２ａとの位相差φ（ｔ）は、式（１）で表される。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数７】
【０００６】
さらにこの初期位相差φ0の値の算出は、撮像素子７６の各画素の出力についてそれぞれ行われ、算出された初期位相差φ0の二次元分布が、参照面７３を基準とした被検面７２の形状情報として、モニタなどの表示器（不図示）に出力される。
ここで、以上のようなフリンジスキャン干渉法においては、参照面７３の移動のさせ方を限定して演算を簡略化させることができる。
【０００７】
例えば、図８（ａ）に示すように、単位時間Ｔｃ当たりの被検光７２ａと参照光７３ａとの位相差変化量２πａがπ／２となるよう（すなわち、ａ＝１／４となるよう）設定すれば、次式（８ａ）又は式（８ｂ）（何れも式（４）においてａ＝１／４とおくことで導かれる式である。）によって、連続する４つの蓄積データ、例えばＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3（実測値）、または連続する５つの蓄積データ、例えばＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4（実測値）から、直接的に初期位相差φ0を求めることができる（図８（ｂ）、（ｃ）参照）。
【数８】
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、撮像素子７６が出力する各蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）には、必要な信号成分（参照光７３ａと被検光７２ａとが成す干渉光による）の他に、コヒーレントノイズ成分（余分な反射を行って撮像素子７６に入射したノイズ光が成す干渉光による）が重畳されている。
【０００９】
ここで、ノイズ光は、図７中細線で示すように、光源７１からの出射光の一部であって干渉計７５内の何れかの箇所で反射して被検面７２や参照面７３を介することなく被検光７２ａや参照光７３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｂ（Ｎ））、および、被検面７２または参照面７３からの反射光の一部であって干渉光学系７４の表面や光源７１の射出口などで反射して再び被検面７２または参照面７３に向かい、被検面７２または参照面７３で反射した後に被検光７２ａや参照光７３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ））である。
【００１０】
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路がＷ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される（干渉計７５内の何れかの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する）。
【００１１】
これらノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆによって干渉信号に重畳されるコヒーレントノイズ成分は、何らかの演算によって必要な信号成分と分離し、かつ除去することが望まれる。
しかしながら、従来の干渉計測装置７０では、上記したように式（８ａ）や式（８ｂ）が適用されることからも明らかなように、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）にコヒーレントノイズ成分が重畳されていないとみなされていたので、最終的に形状情報として求められる初期位相差φ0には、誤差が含まれていた。
【００１２】
ここで、必要な信号成分とは異なった周期で変化するコヒーレントノイズ成分については、何らかの演算によってその信号成分からの分離が可能であるが、必要な信号成分と同じ周期で変化するコヒーレントノイズ成分については、如何なる演算を適用しても、その分離が不可能である。
因みに、干渉計測装置７０では、コヒーレントノイズ成分のうち、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｃが参照光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｄが被検光７２ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉して生じさせるもの、ノイズ光ｆが参照光７３ａに干渉して生じさせるものについては、参照面７３の移動に伴って必要な信号成分と同じ周期で変化するために、分離（すなわち除去）できない（なお、詳細は後述する表２参照。）。
【００１３】
そこで考えられるのは、コヒーレントノイズ成分の原因であるノイズ光ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの発生自体を、干渉計７５内の光学素子の変更などにより回避することであるが、光学素子の面の反射率と配置角度などに応じて生じるノイズ光は、どのような光学素子からなる干渉計においても少なからず発生し得るため、その完全な回避は不可能である。
【００１４】
したがって従来では、コヒーレントノイズ成分による影響を抑えることは、演算内容の変更によっても、ハードウエアの変更によっても不可能と考えられ、光学素子の表面に反射防止膜を形成したり、余分な反射光を光路から外すための素子を挿入したりして、コヒーレントノイズ成分の強度を僅かに抑えるという程度のことしかされていなかった。
【００１５】
そこで、本発明は、上記のフリンジスキャン干渉法を応用することによって、コヒーレントノイズ成分による影響を確実に低減させることができる干渉計測方法および干渉計測装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の干渉計測方法は、光源から出射された光を被検面と参照面との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射することにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置され、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子とを備えた干渉計による干渉計測方法であって、前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の際に、前記被検光光路の光学的距離と、前記参照光光路の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化させることによって、前記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必要な信号成分の強度変化周期と、前記被検光光路および前記参照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光または前記参照光に干渉することにより生じるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走査手順と、前記変調走査手順が行われているときに前記受光素子から出力される干渉信号に基づき、前記走査中の所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める算出手順とを有し、 前記変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量ΔＷと前記参照光光路の光学的距離の変化量ΔＲとの比ΔＷ：ΔＲは、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々が｜ΔＷ−ΔＲ｜と一致せず、かつ、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々の整数倍が｜ΔＷ−ΔＲ｜の偶数倍と一致するように保たれる。
【００１７】
一般に、変化周期の互いに異なる２つの信号は、演算により分離可能である。
したがって、前記変調走査手順によってその強度変化周期に差異が設けられた必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分とは、演算により互いに分離可能である。したがって、受光素子が出力する干渉信号に、上記のようなコヒーレントノイズ成分が重畳されていたとしても、その後行われる算出手順においてその影響を除去することができる。
【００１８】
請求項２に記載の干渉計測方法は、請求項１に記載の干渉計測方法において、前記変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：−１に保たれることを特徴とする。
ここで、コヒーレントノイズ成分を重畳させるノイズ光は、光源からの出射光の一部であって干渉計内の何れかの箇所で反射して被検面や参照面を介することなく被検光や参照光に干渉するノイズ光、および、被検面または参照面からの反射光の一部であって干渉光学系の表面や光源の射出口などで反射して再び被検面または参照面に向かい、被検面または参照面で反射した後に被検光や参照光に干渉するノイズ光である。
【００１９】
しかし、上記した変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量と前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：−１に保たれるので、少なくともこれらのノイズ光が成すコヒーレントノイズ成分の強度変化周期は、必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとなる。つまりこのコヒーレントノイズ成分による影響を、その後行われる算出手順において確実に除去することができる。
【００２０】
なお、干渉計内では、何れかの箇所で２回以上反射したノイズ光が発生するが、その箇所の反射率は、被検面や参照面の反射率と比較して十分に低いので、このノイズ光が成すコヒーレントノイズ成分は、先に示したコヒーレントノイズ成分と比較して十分に小さい。したがって、この干渉計測方法によると、コヒーレントノイズ成分による影響は十分に小さく抑えられる。
【００２１】
また、変調走査手段による移動量比については１：−１以外の他の値であっても同じ効果が得られるようなものはあるが、１：−１の比によれば、被検光光路と参照光光路との光学的距離の変化量の合計を小さく抑えられる点で好ましい。
請求項３に記載の干渉計測方法は、請求項１に記載の干渉計測方法において、前記変調走査手順では、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：３または３：１に保たれることを特徴とする。
【００２２】
この比が保たれているときには、請求項２に記載の干渉計測方法と同じノイズ光によるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期が、必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとなるので、請求項２に記載の干渉計測方法と同様にして、コヒーレントノイズ成分による影響を十分に小さく抑えることができる。
また、このような移動量の比１：３、または３：１によると、光学的距離の変化量の合計は、比１：−１による場合と比較すると大きくなるものの、その他の比が設定された場合よりは小さく抑えられる。
【００２３】
請求項４に記載の干渉計測方法は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の干渉計測方法において、前記変調走査手順では、前記走査が、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分行われ、前記算出手順では、前記被検面の形状情報が、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づいて求められることを特徴とする。
【００２４】
このように、基づくべき干渉信号を２周期分とすれば、必要な信号成分の周期的な性質と、コヒーレントノイズ成分の周期的な性質とを利用して、コヒーレントノイズ成分を除去して必要な信号成分のみを残留させることができる。この結果、コヒーレントノイズ成分による影響を、確実に抑えることができる。
請求項５に記載の干渉計測装置は、光源から出射された光を被検面と参照面との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射することにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置され、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子と、前記被検光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的距離との双方を同時に移動させる移動手段と、前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の際に、前記移動手段を動作させて、前記被検光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化させることにより、前記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必要な信号成分の強度変化周期と、前記被検光光路および前記参照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光または前記参照光に干渉することにより生じるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走査手段と、前記変調走査手段による走査中に前記受光素子から出力される干渉信号に基づき、前記走査中の所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める算出手段とを備え、前記変調走査手段は、前記被検光光路の光学的距離の変化量ΔＷと前記参照光光路の光学的距離の変化量ΔＲとの比ΔＷ：ΔＲを、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々が｜ΔＷ−ΔＲ｜と一致せず、かつ、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々の整数倍が｜ΔＷ−ΔＲ｜の偶数倍と一致するように保つ。
【００２５】
請求項６に記載の干渉計測装置は、請求項５に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手段は、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比を１：−１に保つことを特徴とする。
請求項７に記載の干渉計測装置は、請求項５に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手段は、前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比を１：３または３：１に保つことを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の干渉計測装置は、請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の干渉計測装置において、前記変調走査手段は、前記走査を、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分行い、前記算出手段は、前記被検面の形状情報を、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づいて求めることを特徴とする。
【００２７】
請求項５、請求項６、請求項７、請求項８に記載の干渉計測装置によれば、それぞれ請求項１、請求項２、請求項３、請求項４に記載の干渉計測方法が自動的に実施される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
以下、図１、図２、図３、図４に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。
（第１実施形態の構成）
図１は、本実施形態の干渉計測装置１０（および後述する第２実施形態の干渉計測装置２０）の構成図である。図１において、図７に示す従来の干渉計測装置７０と同じものについては同一の符号を付して示した。
【００２９】
干渉計測装置１０は、図７に示した干渉計測装置７０において、被検面７２を移動させる移動機構１７がさらに備えられ、制御回路７８に代えて制御回路１８が備えられ、演算回路７９に代えて演算回路１９が備えられたものに等しい。すなわち、干渉計測装置１０は、光源７１と、干渉光学系７４（ビームスプリッタ７４ｂ、ビームエキスパンダ７４ａ、結像レンズ７４ｃ等）と、撮像素子７６と、２つの移動機構７７、１７と、制御回路１８と、演算回路１９とを備える（以下、光源７１、干渉光学系７４、撮像素子７６からなる系を、干渉計７５とする）。
【００３０】
この中で干渉光学系７４は、光源７１から出射された光を被検面７２と参照面７３との双方に導くと共に、その光が被検面７２で反射することにより生じた被検光７２ａと、その光が参照面７３で反射することにより生じた参照光７３ａとを干渉させるものである。
移動機構１７は、被検光７２ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ被検面７２を光軸方向へ移動させるものであり、移動機構７７は、参照光７３ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ参照面７３を光軸方向に移動させるものである。これら移動機構１７、７７は、例えばピエゾ素子などからなり、本実施形態では、互いに同じ特性のものが使用されるとする。
【００３１】
撮像素子７６は、被検光７２ａと参照光７３ａとが成す干渉光の光路に配置されたＣＣＤ型撮像素子などであり、制御回路１８により駆動されると、各画素において入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔc毎に蓄積し、入射光強度の時間Ｔcに亘る時間積分値を示す信号である蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を順次出力する（本明細書では、取得順に添え字を付す。）。干渉計測装置１０においては、この蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）が、干渉縞の濃淡を示す干渉信号として利用される。
【００３２】
制御回路１８は、フリンジスキャン時に、光源７１を駆動すると共に、移動機構７７、１７のそれぞれに対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照面７３と被検面７２とをそれぞれ所定のパターンで移動させる。また、制御回路１８はこのときに撮像素子７６を駆動し、撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を演算回路１９に与える。
【００３３】
演算回路１９は、所定状態（例えばフリンジスキャン開始時の初期状態）における参照光７３ａと被検光７２ａとの間の位相差（例えば初期位相差φ0）を求める際に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）に対して所定の演算を施す。なお、この演算回路１９は、干渉計測装置１０の外部に備えられていてもよい。また、この演算回路１９に代えて、演算回路１９と同じ動作をするコンピュータを利用してもよい。
【００３４】
（第１実施形態の動作）
図２は、本実施形態の動作を説明する図である。
本実施形態では、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）に重畳されるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期を、必要な信号成分の強度変化周期と違うものとするために、フリンジスキャン時に被検面７２と参照面７３との双方を、同時に移動させる。この際、被検面７２の移動量と参照面７３の移動量との比は、１：−１に保たれる。
【００３５】
さらに、必要な信号成分の２周期分に相当する情報を得るために、図２（ａ）に示すように、被検光７２ａと参照光７３ａの光学的距離の差を、少なくとも光源７１から出射される光の２波長分（位相差にして２周期分）変化させる。
また、後述する式（９）を適用するための条件として、参照面７３の位置と被検面７２の位置とが何れも十分な精度で時間に対して直線的に変化し、かつ単位時間Ｔｃ当たりの被検光７２ａと参照光７３ａとの位相差変化量２πａがπ／２となるよう（すなわち、ａ＝１／４となるよう）設定される（図２（ａ）参照）。
【００３６】
すなわち、制御回路１８は、８Ｔcの期間中に、移動機構７７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて参照面７３を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動機構１７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被検面７２を−１／２波長分均等に移動させる（なお、移動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の相違に対応する。ただし、どちらの方向を正にとってもよい）。
【００３７】
このフリンジスキャンの結果、順に蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）が得られる（図２（ｂ）参照）。これらの各蓄積データは、それぞれ必要な信号成分の１／４周期分に相当し、これらの蓄積データの全体は、必要な信号成分の２周期分のデータに相当する。
さらに、本実施形態の演算回路１９は、初期位相差φ0を求める際に、これら２周期分の蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）に対して、次式（９）を適用する（図２（ｃ）参照）（なお、この式（９）の意味については後述する。）。
【数９】
ここで、干渉計測装置１０においてコヒーレントノイズ成分に関係するノイズ光は、従来と同様、ノイズ光ｂ（Ｎ）、ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ）である。
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路がＷ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される。また、干渉計７５内の何れかの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する。
【００３８】
次に、表１に基づいて、必要な信号成分の強度変化周期と、各コヒーレントノイズ成分の強度変化周期とを比較する。
表１は、本実施形態における各光の光路差、および光路差変化量を比較する表である。
【表１】
【００３９】
このときの参照光７３ａと被検光７２ａとが成す干渉光、すなわち必要な信号成分ＳMの強度変化周期は、欄Ｍによって示される。この欄Ｍには、参照光７３ａと被検光７２ａとの光路差「Ｗ−Ｒ」と、光路差変化量「−２」とが記されており、この光路差変化量「−２」の大きさが、この２光が成す干渉光の強度変化の速さを示す。
【００４０】
そこで以下では、各干渉光の強度変化周期を、その干渉光を成す２光の「光路差変化量の大きさ」で以て表す。すなわち、必要な信号成分ＳMは「周期２」で変化する。
同様に、ノイズ光ｂが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ111は、「周期１」で変化する（欄１１１参照）。
【００４１】
また、ノイズ光ｃが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ112は、「周期１」で変化する（欄１１２参照）。
また、ノイズ光ｄが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ113は、「周期１」で変化する（欄１１３参照）。
【００４２】
また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ114は、「周期３」で変化する（欄１１４参照）。
また、ノイズ光ｆが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ115は、「周期１」で変化する（欄１１５参照）。
また、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ121は、「周期１」で変化する（欄１２１参照）。
【００４３】
また、ノイズ光ｃが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ122は、「周期３」で変化する（欄１２２参照）。
また、ノイズ光ｄが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ123は、「周期１」で変化する（欄１２３参照）。
また、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ124は、「周期１」で変化する（欄１２４参照）。
【００４４】
また、ノイズ光ｆが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ125は、「周期１」で変化する（欄１２５参照）。
すなわち、本実施形態では、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111〜Ｓ125の強度変化周期と、必要な信号成分ＳMの強度変化周期とに差異が設けられる。
図３は、本実施形態における、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111〜Ｓ125と、必要な信号成分ＳMとの変化の仕方を比較する図である。図３（ａ）が必要な信号成分ＳMと同じく「周期２」で変化する信号を示すのに対し、図３（ｂ）はコヒーレントノイズ成分Ｓ111、Ｓ112、Ｓ113、Ｓ115、Ｓ121、Ｓ123、Ｓ124、Ｓ125のように「周期１」で変化する信号を示し、図３（ｃ）はコヒーレントノイズ成分Ｓ114、Ｓ122のように「周期３」で変化する信号を示す（但し、図３に示した振幅および位相は何れも意味を持たない。）。
【００４５】
したがって、上記フリンジスキャン時に撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）には、「周期２」で変化する必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17（図３（ａ）参照）と、「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ24、Ｂ25、Ｂ26、Ｂ27（図３（ｂ）参照）と、「周期３」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33、Ｂ34、Ｂ35、Ｂ36、Ｂ37（図３（ｃ）参照）とが重ね合わされていると考えられる。すなわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積データＢk（実測値）を表すと、Ｂk＝Ｂ1k＋Ｂ2k＋Ｂ3kとなる。
【００４６】
さて、上記したように本実施形態では、式（９）が使用される。この式（９）は、上記した４バケット法の式（８ａ）と同様に式（４）から導かれる初期位相差φ0の算出式である。したがって、式（９）は、コヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下では、式（８ａ）と等価である。
ここで、必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17については、式（４）や図３（ａ）からも明らかなように、その周期的性質から、Ｂ10＝Ｂ14、Ｂ11＝Ｂ15、Ｂ12＝Ｂ16、Ｂ13＝Ｂ17が成立する。また、コヒーレントノイズ成分Ｂ20、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ24、Ｂ25、Ｂ26、Ｂ27については、Ｂ20＋Ｂ24＝Ｂ21＋Ｂ25＝Ｂ22＋Ｂ26＝Ｂ23＋Ｂ27＝Ｂv1が成立し（図３（ｂ）参照）、コヒーレントノイズ成分Ｂ30、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33、Ｂ34、Ｂ35、Ｂ36、Ｂ37については、Ｂ30＋Ｂ34＝Ｂ31＋Ｂ35＝Ｂ32＋Ｂ36＝Ｂ33＋Ｂ37＝Ｂv3が成立する（図３（ｃ）参照）。
【００４７】
このとき、式（９）の右辺に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）を当てはめると、下式（１０）に明らかなように、コヒーレントノイズ成分に相当する項（Ｂ20、Ｂ21、Ｂ22、Ｂ23、Ｂ24、Ｂ25、Ｂ26、Ｂ27、Ｂ30、Ｂ31、Ｂ32、Ｂ33、Ｂ34、Ｂ35、Ｂ36、Ｂ37）は全て消去される。
【数１０】
【００４８】
したがって、本実施形態における式（９）によれば、蓄積データＢk（実測値）にコヒーレントノイズ成分Ｂ2k、Ｂ3kが如何なる強度で重畳されていようとも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
次に、以上説明した本実施形態と比較するため、従来の干渉計測装置７０におけるコヒーレントノイズ成分の振る舞いを、表２、図４に基づいて説明する。
【表２】
また、必要な信号成分ＳM’（参照光７３ａと被検光７２ａとが成す干渉光）は「周期１」で変化する（欄Ｍ参照）。
【００４９】
また、ノイズ光ｂ、ｃのそれぞれが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ111’、Ｓ112’およびノイズ光ｄ、ｆのそれぞれが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ123’、Ｓ125’は、何れも「周期０」で変化する（すなわち定常的である）（欄１１１、１１２、１２３、１２５参照）。
【００５０】
また、ノイズ光ｄ、ｆのそれぞれが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ113’、Ｓ115’、およびノイズ光ｂ、ｃ、ｅのそれぞれが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ121’、Ｓ122’、Ｓ124’は、何れも「周期１」で変化する（欄１１３、１１５、１２１、１２２、１２４参照）。
【００５１】
また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ114’は、「周期２」で変化する（欄１１４参照）。
すなわち、従来例では、一部のコヒーレントノイズ成分Ｓ113’、Ｓ115’、Ｓ121’、Ｓ122’、Ｓ124’の強度変化周期が、必要な信号成分ＳM’の強度変化周期と同じになっている。
【００５２】
したがって、従来の撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3（実測値）には、図４に示すように、「周期１」で変化する必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13（図４（ａ）参照）と、「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20’、Ｂ21’、Ｂ22’、Ｂ23’（図４（ｂ）参照）と、「周期２」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30’、Ｂ31’、Ｂ32’、Ｂ33’（図４（ｃ）参照）とが重ね合わされていると考えられる。すなわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積データＢk（実測値）を表すと、Ｂk＝Ｂ1k＋Ｂ2k’＋Ｂ3k’となる。
【００５３】
そして、従来適用されていた例えば式（８ａ）では、２つずれた蓄積データ同士が引き算されているので、「周期２」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30’、Ｂ31’、Ｂ32’、Ｂ33’からは、Ｂ30’＝Ｂ32’、Ｂ31’＝Ｂ33’が成立するために影響を受けないものの、必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13と同じ「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20’、Ｂ21’、Ｂ22’、Ｂ23’からは、影響を受ける。
【００５４】
また仮に、別の式を用いたとしても、同じ周期で変化する信号同士は分離不可能であるため、このコヒーレントノイズ成分Ｂ2k’を消去することはできない。
その点、上述した本実施形態では、被検面７２と参照面７３のそれぞれを移動量比１：−１に保ちつつ移動させることにより、コヒーレントノイズ成分の強度変化周期を必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとし、かつ、式（９）の適用によって、このようなコヒーレントノイズ成分の影響を確実に除去することができる。この結果、被検面７２の形状測定が高精度化される。
【００５５】
＜第２実施形態＞
次に、図１、図５に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
（第２実施形態の構成）
本実施形態の干渉計測装置２０は、図１に示す干渉計測装置１０において、制御回路１８に代えて制御回路２８が備えられたものに等しい。
【００５６】
制御回路２８は、制御回路１８と同様に、フリンジスキャン時に移動機構７７、１７のそれぞれに対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照面７３と被検面７２とをそれぞれ所定のパターンで移動させると共に、撮像素子７６を駆動し、そのときに撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・を演算回路１９に与えるが、参照面７３および被検面７２の移動パターンは、制御回路１９によるものとは異なる。
【００５７】
（第２実施形態の動作）
第２実施形態では、フリンジスキャン時に、被検面７２の移動量と参照面７３の移動量との比は、３：１に保たれる。
すなわち、制御回路２８は、８Ｔcの期間中に、移動機構７７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて、参照面７３を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動機構１７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被検面７２を３／２波長分均等に移動させる（なお、移動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の相違に対応する。ただし、どちらの方向を正にとってもよい）。
【００５８】
このフリンジスキャンの結果、順に蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）が得られる（図２（ｂ）参照）。これらの各蓄積データは、第１実施形態で得られる各蓄積データと同様、それぞれ必要な信号成分の１／４周期分に相当し、これらの蓄積データの全体は、必要な信号成分の２周期分のデータに相当する。
【００５９】
そして、演算回路１９が初期位相差φ0を算出する際には、第１実施形態と同様の上式（９）が適用される（図２（ｃ）参照）。
（第２実施形態におけるコヒーレントノイズ成分の振る舞い）
ここで、干渉計測装置２０においてコヒーレントノイズ成分に関係する光は、第１実施形態と同様、ノイズ光ｂ（Ｎ）、ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ）である。
【００６０】
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面７２の反射経路がＷ、参照面７３の反射経路がＲ、干渉計７５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される。また、干渉計７５内の何れかの箇所の反射率は、被検面７２や参照面７３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する。
【００６１】
次に、表３に基づいて、必要な信号成分の強度変化周期と、各コヒーレントノイズ成分の強度変化周期とを比較する。
表３は、本実施形態における各光の光路差、および光路差変化量を比較する表である。
【表３】
【００６２】
このとき参照光７３ａと被検光７２ａとによる必要な信号成分ＳM”は、「周期２」で変化する（欄Ｍ参照）。
同様に、ノイズ光ｂが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ111”は、「周期３」で変化する（欄１１１参照）。
また、ノイズ光ｃが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ112”は、「周期３」で変化する（欄１１２参照）。
【００６３】
また、ノイズ光ｄが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ113”は、「周期１」で変化する（欄１１３参照）。
また、ノイズ光ｅが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ114”は、「周期１」で変化する（欄１１４参照）。
また、ノイズ光ｆが被検光７２ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ115”は、「周期１」で変化する（欄１１５参照）。
【００６４】
また、ノイズ光ｂが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ121”は、「周期１」で変化する（欄１２１参照）。
また、ノイズ光ｃが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ122”は、「周期５」で変化する（欄１２２参照）。
また、ノイズ光ｄが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ123”は、「周期３」で変化する（欄１２３参照）。
【００６５】
また、ノイズ光ｅが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ124”は、「周期１」で変化する（欄１２４参照）。
また、ノイズ光ｆが参照光７３ａに干渉して生じさせるコヒーレントノイズ成分Ｓ125”は、「周期３」で変化する（欄１２５参照）。
すなわち、本実施形態でも、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111”〜Ｓ125”の強度変化周期が、何れも必要な信号成分ＳM”の強度変化周期とは異なっている。
【００６６】
図５は、本実施形態における、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111”〜Ｓ125”と必要な信号成分ＳM”との変化の仕方を比較する図である。図５（ａ）が必要な信号成分ＳM”と同じく「周期２」で変化する信号を示すのに対し、図５（ｂ）は、コヒーレントノイズ成分Ｓ113”、Ｓ114”、Ｓ115”、Ｓ121”、Ｓ124”と同じく「周期１」で変化する信号を示し、図５（ｃ）は、コヒーレントノイズ成分Ｓ111”、Ｓ112”、Ｓ123”、Ｓ125”と同じく「周期３」で変化する信号を示し、図５（ｄ）は、コヒーレントノイズ成分Ｓ122”と同じく「周期５」で変化する信号を示す（但し、図５に示した振幅および位相は何れも意味を持たない）。
【００６７】
したがって、上記フリンジスキャン時に撮像素子７６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）には、「周期２」で変化する必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17（図５（ａ）参照）と、「周期１」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ20”、Ｂ21”、Ｂ22”、Ｂ23”、Ｂ24”、Ｂ25”、Ｂ26”、Ｂ27”（図５（ｂ）参照）と、「周期３」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ30”、Ｂ31”、Ｂ32”、Ｂ33”、Ｂ34”、Ｂ35”、Ｂ36”、Ｂ37”（図５（ｃ）参照）と、「周期５」で変化するコヒーレントノイズ成分Ｂ40、Ｂ41、Ｂ42、Ｂ43、Ｂ44、Ｂ45、Ｂ46、Ｂ47（図５（ｄ）参照）が重ね合わされていると考えられる。すなわち、コヒーレントノイズ成分を考慮して各蓄積データＢk（実測値）を表すと、Ｂk＝Ｂ1k＋Ｂ2k”＋Ｂ3k”＋Ｂ4kとなる。
【００６８】
さて、上記したように本実施形態では、式（９）が使用される。この式（９）は、上記第１実施形態において使用されたものと同じである。すなわち、コヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下では、式（８ａ）と等価な初期位相差φ0の算出式である。
ここで、必要な信号成分Ｂ10、Ｂ11、Ｂ12、Ｂ13、Ｂ14、Ｂ15、Ｂ16、Ｂ17については、その変化周期から、Ｂ10＝Ｂ14、Ｂ11＝Ｂ15、Ｂ12＝Ｂ16、Ｂ13＝Ｂ17が成立する（図５（ａ）参照）。また、コヒーレントノイズ成分Ｂ20”、Ｂ21”、Ｂ22”、Ｂ23”、Ｂ24”、Ｂ25”、Ｂ26”、Ｂ27”については、Ｂ20”＋Ｂ24”＝Ｂ21”＋Ｂ25”＝Ｂ22”＋Ｂ26”＝Ｂ23”＋Ｂ27”＝Ｂv1が成立し（図５（ｂ）参照）、コヒーレントノイズ成分Ｂ30”、Ｂ31”、Ｂ32”、Ｂ33”、Ｂ34”、Ｂ35”、Ｂ36”、Ｂ37”については、Ｂ30”＋Ｂ34”＝Ｂ31”＋Ｂ35”＝Ｂ32”＋Ｂ36”＝Ｂ33”＋Ｂ37”＝Ｂv3が成立し（図５（ｃ）参照）、また、コヒーレントノイズ成分Ｂ40、Ｂ41、Ｂ42、Ｂ43、Ｂ44、Ｂ45、Ｂ46、Ｂ47については、Ｂ40＋Ｂ44＝Ｂ41＋Ｂ45＝Ｂ42＋Ｂ46＝Ｂ43＋Ｂ47＝Ｂv5が成立する（図５（ｄ）参照）。
【００６９】
このとき、式（９）の右辺に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）を当てはめると、下式（１１）に明らかなように、コヒーレントノイズ成分（Ｂ20”、Ｂ21”、Ｂ22”、Ｂ23”、Ｂ24”、Ｂ25”、Ｂ26”、Ｂ27”、Ｂ30”、Ｂ31”、Ｂ32”、Ｂ33”、Ｂ34”、Ｂ35”、Ｂ36”、Ｂ37”、Ｂ40、Ｂ41、Ｂ42、Ｂ43、Ｂ44、Ｂ45、Ｂ46、Ｂ47）は全て消去される。
【数１１】
したがって、本実施形態における式（９）によれば、蓄積データＢk（実測値）にコヒーレントノイズ成分Ｂ2k”、Ｂ3k”、Ｂ4kが如何なる強度で重畳されていようとも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態では、被検面７２と参照面７３のそれぞれを移動量比３：１に保ちつつ移動させることにより、コヒーレントノイズ成分の強度変化周期を必要な信号成分の強度変化周期とは異なるものとし、かつ、式（９）の適用によって、このようなコヒーレントノイズ成分の影響を確実に除去することができる。この結果、被検面７２の形状測定が高精度化される。
【００７１】
なお、本実施形態においては、被検面７２と参照面７３の移動量比を１：３に代えてもよい。この場合にも、３：１とした場合と同様に形状測定が高精度化される。
＜第３実施形態＞
次に、図２、図６に基づいて本発明の第３実施形態を説明する。ここでは、第１実施形態や第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００７２】
（第３実施形態の構成）
図６は、本実施形態の干渉計測装置３０の構成図である。
干渉計装置３０は、上記第１実施形態や第２実施形態の干渉計測装置１０、２０（なお、干渉計７５はマイケルソン型干渉計である。）とは異なり、フィゾー型干渉計３５が適用されている。
【００７３】
フィゾー型干渉計３５は、光源３１、ビームエキスパンダ３５ａ、ビームスプリッタ３５ｂ、ヌルレンズ３５ｄ、結像レンズ３５ｃ、撮像素子３６等を有する。
フィゾー型干渉計３５において、光源３１から出射された光は、ビームエキスパンダ３５ａ、ビームスプリッタ３５ｂを介してヌルレンズ３５ｄに入射する。
ヌルレンズ３５ｄに入射した光束は、所定位置に配置されたフィゾー面３３（フィゾー型干渉計の参照面である。）に入射する。
【００７４】
フィゾー面３３に入射した光束は、一部がフィゾー面３３で反射して参照光３３ａとなり、他の一部がフィゾー面を透過した後所定位置に配置された被検面３２で反射して被検光３２ａとなる。
参照光３３ａは、ヌルレンズ３５ｄ、ビームスプリッタ３５ｂ、結像レンズ３５ｃを経た後、撮像素子３６に入射し、一方、被検光３２ａは、フィゾー面３３、ヌルレンズ３５ｄ、ビームスプリッタ３５ｂ、結像レンズ３５ｃを経た後、撮像素子３６に入射する。そして、これら参照光３３ａと被検光３２ｂとは干渉して撮像素子３６上に干渉縞を成す。
【００７５】
このフィゾー型干渉計３５とマイケルソン型干渉計（図１符号７５）との相違は、参照光３３ａの光路と、被検光３２ａの光路とが共通している点にある（但し光路長は異なる）。このため、フィゾー型干渉計３５は、参照光３３ａの光路の環境と被検光３２ａの光路の環境とをほぼ一致させることができるので、特に高精度が要求される計測に適している。
【００７６】
そして、このフィゾー型干渉計３５を備えた干渉計測装置３０には、２つの移動機構３７２および移動機構３７３と、制御回路３８と、演算回路３９とが備えられる。
【００７７】
移動機構３７２は、被検光３２ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ被検面３２を光軸方向へ移動させるものであり、移動機構３７３は、参照光３３ａの光路の光学的距離を変化させるために、与えられる駆動電圧に応じた距離だけ参照面３３を光軸方向に移動させるものである。これら移動機構３７２、３７３は、例えばピエゾ素子などからなり、本実施形態では、互いに同じ特性のものが使用されるとする。
【００７８】
撮像素子３６は、ＣＣＤ型撮像素子などであり、制御回路３８により駆動されると、各画素において入射光強度に応じた量の電荷を単位時間Ｔc毎に蓄積し、入射光強度の時間Ｔcに亘る時間積分値を示す信号である蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を順次出力する。
制御回路３８は、フリンジスキャン時に、移動機構３７３、３７２のそれぞれに対して所定のパターンで駆動電圧を印加し、参照面３３と被検面３２とをそれぞれ所定のパターンで移動させる。また制御回路３８は、このときに撮像素子３６を駆動し、撮像素子３６から出力される蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）を演算回路３９に与える。
【００７９】
演算回路３９は、所定状態（例えばフリンジスキャン開始時の初期状態）における参照光３３ａと被検光３２ａとの間の位相差（例えば初期位相差φ0）を求める際に、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、・・・（実測値）に対して所定の演算を施す。なお、この演算回路３９は、干渉計測装置３０の外部に備えられていてもよい。また、この演算回路３９に代えて、演算回路３９と同じ動作をするコンピュータを利用してもよい。
【００８０】
（第３実施形態の動作）
本実施形態では、第１実施形態と同様、フリンジスキャンの際に、被検面３２の移動量とフィゾー面３３（参照面）の移動量との比を１：−１に保ちつつ、被検光３２ａと参照光３３ａの光学的距離の差を少なくとも光源３１から出射される光の２波長分（位相差にして２周期分）変化させる（図２（ａ）参照）。また、フィゾー面３３（参照面）の位置と被検面３２の位置とが何れも十分な精度で時間に対して直線的に変化し、かつ単位時間Ｔｃ当たりの被検光３２ａと参照光３３ａとの位相差変化量２πａがπ／２となるよう（すなわち、ａ＝１／４となるよう）設定される（図（ａ）参照）。
【００８１】
すなわち、制御回路３８は、制御回路１８と同様に、８Ｔcの期間中に、移動機構３７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて、フィゾー面３３（参照面）を１／２波長分均等に移動させると同時に、移動機構３７に与える駆動電圧を時間に応じて変化させて被検面３２を−１／２波長分均等に移動させる（なお、移動量の正／負の相違は、光路短縮方向／光路拡張方向の相違に対応する。ただし、どちらの方向を正にとってもよい）。
【００８２】
このフリンジスキャンの結果、蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）が得られる（図２（ｂ）参照）。
そして、演算回路３９は、初期位相差φ0を求める際に、これら２周期分の蓄積データＢ0、Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4、Ｂ5、Ｂ6、Ｂ7（実測値）に対して、上式（９）を適用する（図２（ｃ）参照）。
【００８３】
（第３実施形態におけるコヒーレントノイズ成分の振る舞い）
ここで、図６に示すフィゾー型干渉計３５と、図１、図７に示す干渉計７５（マイケルソン型干渉計である。）との相違は、上記したように光路が一部重なっているか否かの相違のみであるので、干渉計測装置３０においてコヒーレントノイズ成分に関係するノイズ光の種類は、干渉計測装置１０、２０、７０におけるノイズ光の種類と同じである。
【００８４】
すなわち、図６に細線で示したように、光源３１からの出射光の一部であってフィゾー型干渉計３５内の必要反射面以外の何れかの箇所で反射して被検面３２やフィゾー面３３を介することなく被検光３２ａや参照光３３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｂ（Ｎ））、被検面３２またはフィゾー面３３からの反射光の一部であってフィゾー型干渉計３５内の光源３１の射出口やその他の光学系の表面などで反射して再び被検面３２またはフィゾー面３３に向かい、被検面３２やフィゾー面３３で反射した後に被検光３２ａや参照光３３ａに干渉するノイズ光（ノイズ光ｃ（ＷＮＷ）、ノイズ光ｄ（ＷＮＲ）、ノイズ光ｅ（ＲＮＲ）、ノイズ光ｆ（ＲＮＷ））である。
【００８５】
なお、括弧内に示したアルファベットは、反射経路を示す。すなわち、被検面３２の反射経路がＷ、フィゾー面３３の反射経路がＲ、フィゾー型干渉計３５内の何れかの箇所の反射経路がＮで表される。また、フィゾー型干渉計３５内の何れかの箇所の反射率は、被検面３２やフィゾー面３３の反射率と比較して十分に低いので、その箇所で２回以上反射したノイズ光については無視する。
【００８６】
そして、第１実施形態と同様のパターンで被検面３２とフィゾー面３３（参照面）とのそれぞれを移動させる本実施形態では、各光の光路差、および光路差変化量は、第１実施形態と同様、表１に示す通りとなる。
すなわち、本実施形態でも、各コヒーレントノイズ成分Ｓ111〜Ｓ125の強度変化周期と必要な信号成分ＳMの強度変化周期とに第１実施形態と同様の差異が設けられる。
【００８７】
この結果、上記第１実施形態の説明中に記載したのと同じ理由で、式（９）によってコヒーレント成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
以上説明したように、本実施形態では、フィゾー型干渉計３５が適用された干渉計測装置３０において、第１実施形態と同様のパターンで被検面３２とフィゾー面３３（参照面）のそれぞれを移動させ、かつ、式（９）を適用することによって、コヒーレントノイズ成分の影響を確実に除去することができる。この結果、被検面３２の形状測定が高精度化される。
【００８８】
なお、本実施形態においては、被検面３２とフィゾー面３３（参照面）の移動量比を、第２実施形態と同様の３：１または１：３に代えてもよい。この場合にも、上記第２実施形態の説明中に記載したのと同じ理由で、形状測定が高精度化される。
＜その他＞
上記各実施形態においては、必要な信号成分が偶数周期変化する間にコヒーレントノイズ成分が整数周期（但し、必要な信号成分とは異なる周期）変化するのであれば、被検面７２、３２、参照面７３、３３のそれぞれを如何なるパターンで移動させてもよい。このような周期関係を実現させる移動パターンであれば、上式（９）によって確実にコヒーレントノイズ成分の影響を除去できる。ただし、被検面７２、３２と参照面７３（フィゾー面３３）の移動量比は１：−１とすることがこれらの面の移動距離の合計を小さく抑えられる点で好ましい。次いで、この移動量比を３：１または１：３とすることが好ましい。この結果、干渉計測装置の大型化が抑えられる。
【００８９】
また、上記各実施形態においては、取得する蓄積データの数を８個に代えて９個とする（すなわちフリンジスキャンは少なくとも位相差にして（２＋１／４）周期分行われる。）と共に、式（９）に代えて式（１２）を適用してもよい。この式（１２）は、上記した５バケット法の式（８ｂ）と同様に式（４）から導かれる初期位相差φ0の算出式である。したがって、式（１２）は、コヒーレントノイズ成分が発生しないとの仮定の下では、式（８ｂ）と等価である。
【数１２】
【数１３】
【００９０】
したがって、上記各実施形態に適用された式（１２）によれば、蓄積データＢk（実測値）にコヒーレントノイズ成分が如何なる強度で重畳されていようとも、その成分の影響を受けずに初期位相差φ0が求められる。
また、上記各実施形態においては、コヒーレントノイズ成分を消去することができるのであれば、如何なる数の蓄積データに基づく演算式を適用してもよい。
【００９１】
さらには、上記各実施形態において、必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分との周期に差異を与えるようなパターンで参照面と被検面とを移動させ、かつ必要な信号成分とコヒーレントノイズ成分とを分離または消去することができるのであれば、如何なる移動パターンと、如何なる演算式とが組み合わされてもよい。
【００９２】
また、上記各実施形態において説明したように、移動機構１７と移動機構７７との間、または移動機構３７３と移動機構３７２との間で、同じ特性のピエゾ素子を適用すると、上記したフリンジスキャンを実現するための駆動電圧の設定が容易である点で好ましいが、十分な精度で所望のフリンジスキャンを実現できるのであれば、異なる特性のピエゾ素子を適用してもよい。
【００９３】
特に、上記各実施形態におけるピエゾ素子として、伸縮量を測定しながら駆動電圧を制御できるフィードバック機構を備えたピエゾ素子を適用すると、その伸縮の直線性を高くすることができ、時間に対して参照面及び被検面の位置が高精度で直線的に変化させることができるので、高精度の計測が可能となる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コヒーレントノイズ成分による影響が確実に低減するので、形状情報を高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態および第２実施形態の干渉計測装置の構成図である。
【図２】第１実施形態、第２実施形態、および第３実施形態の動作を説明する図である。
【図３】第１実施形態における各コヒーレントノイズ成分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図である。
【図４】従来例における各コヒーレントノイズ成分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図である。
【図５】第２実施形態における各コヒーレントノイズ成分と必要な信号成分との変化の仕方を比較する図である。
【図６】第３実施形態の干渉計測装置の構成図である。
【図７】従来の干渉計測装置の構成図である。
【図８】従来の干渉計測装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 干渉計測装置
１８、２８、３８ 制御回路
１９、３９ 演算回路
１７、７７、３７３、３７２ 移動機構
３１、７１ 光源
３２、７２ 被検面
３３ フィゾー面（参照面）
７３ 参照面
３５ フィゾー型干渉計
７５ 干渉計
７４ 干渉光学系
３５ａ、７４ａ ビームエキスパンダ
３５ｂ ７４ｂ ビームスプリッタ
３５ｃ、７４ｃ 結像レンズ
３５ｄ ヌルレンズ
３６、７６ 撮像素子
Claims (8)
- 光源から出射された光を被検面と参照面との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射することにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系と、
前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置され、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子と
を備えた干渉計による干渉計測方法であって、
前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の際に、前記被検光光路の光学的距離と、前記参照光光路の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化させることによって、前記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必要な信号成分の強度変化周期と、前記被検光光路および前記参照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光または前記参照光に干渉することにより生じるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走査手順と、 前記変調走査手順が行われているときに前記受光素子から出力される干渉信号に基づき、所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める算出手順とを有し、
前記変調走査手順では、
前記被検光光路の光学的距離の変化量ΔＷと前記参照光光路の光学的距離の変化量ΔＲとの比ΔＷ：ΔＲは、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々が｜ΔＷ−ΔＲ｜と一致せず、かつ、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々の整数倍が｜ΔＷ−ΔＲ｜の偶数倍と一致するように保たれる
ことを特徴とする干渉計測方法。 - 請求項１に記載の干渉計測方法において、
前記変調走査手順では、
前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：−１に保たれる
ことを特徴とする干渉計測方法。 - 請求項１に記載の干渉計測方法において、
前記変調走査手順では、
前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比が１：３または３：１に保たれる
ことを特徴とする干渉計測方法。 - 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の干渉計測方法において、
前記変調走査手順では、
前記走査が、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分行われ、前記算出手順では、前記被検面の形状情報が、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づいて求められる
ことを特徴とする干渉計測方法。 - 光源から出射された光を被検面と参照面との双方に導くと共に、その光が前記被検面で反射することにより生じた被検光と、その光が前記参照面で反射することにより生じた参照光とを干渉させる干渉光学系と、
前記被検光と前記参照光とが成す干渉光の光路に配置され、入射光の強度に応じた干渉信号を出力する受光素子と、
前記被検光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的距離との双方を同時に移動させる移動手段と、
前記被検光と前記参照光との位相差を変化させる走査の際に、前記移動手段を動作させて、前記被検光光路の光学的距離と前記参照光光路の光学的距離との双方をそれぞれ所定のパターンで同時に変化させることにより、前記干渉信号のうち、前記参照光と前記被検光との間の位相差に応じて変化する必要な信号成分の強度変化周期と、
前記被検光光路および前記参照光光路の少なくとも一部を経由した所定のノイズ光が前記被検光または前記参照光に干渉することにより生じるコヒーレントノイズ成分の強度変化周期とに、差異を設ける変調走査手段と、
前記変調走査手段による走査中に前記受光素子から出力される干渉信号に基づき、所定の状態における前記被検光と前記参照光との位相差を前記被検面の形状情報として求める算出手段とを備え、
前記変調走査手段は、
前記被検光光路の光学的距離の変化量ΔＷと前記参照光光路の光学的距離の変化量ΔＲとの比ΔＷ：ΔＲを、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々が｜ΔＷ−ΔＲ｜と一致せず、かつ、｜ΔＷ｜、｜ΔＲ｜、｜ΔＷ−２ΔＲ｜、｜ΔＲ−２ΔＷ｜の各々の整数倍が｜ΔＷ−ΔＲ｜の偶数倍と一致するように保つ
ことを特徴とする干渉計測装置。 - 請求項５に記載の干渉計測装置において、
前記変調走査手段は、
前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比を１：−１に保つ
ことを特徴とする干渉計測装置。 - 請求項５に記載の干渉計測装置において、
前記変調走査手段は、
前記被検光光路の光学的距離の変化量と、前記参照光光路の光学的距離の変化量との比を１：３または３：１に保つ
ことを特徴とする干渉計測装置。 - 請求項５〜請求項７の何れか１項に記載の干渉計測装置において、
前記変調走査手段は、
前記走査を、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分行い、前記算出手段は、前記被検面の形状情報を、少なくとも前記必要な信号成分の強度変化の２周期分に対応する前記干渉信号に基づいて求める
ことを特徴とする干渉計測装置。
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