JP5149486B2 - 干渉計、形状測定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、干渉縞を用いて測定対象物の形状を測定する干渉計及びその干渉計を用いた形状測定方法に関する。

平面度を測定する干渉計には、一般にHe−Neレーザなどの可干渉性の高い光源が使用される。ところが、平行なガラス基板を測定する場合、測定したい表面(被検面)からの反射光と、不要な裏面からの反射光が互いに干渉し、これが干渉ノイズとなる。可干渉性の低い光源を使用して、表面/裏面間を往復する光の光路長dよりも可干渉距離ΔLを十分短く設定することにより、裏面からの反射による干渉ノイズを防ぐことができる(特許文献1参照)。

一方で、可干渉距離ΔLをあまりに短く設定すると、測定光の光路長と参照光の光路長の差(光路長差)を可干渉距離ΔL以下にしなければ測定を行うことができず、従って凹凸の大きい被検面の測定が困難になると共に、測定対象物の設定の際にも、熟練した作業者による厳密な作業が必要となる。
特開2001−91223号公報

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、干渉ノイズを回避しつつ、かつ測定対象物の配置調整が容易となる干渉計及びその干渉計を用いた形状測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る干渉計は、出射する光の波長を変更可能に構成された波長可変光源と、該波長可変光源からの光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割すると共に、前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする光分割合成部材と、前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する撮像部と、前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる制御部と、前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する形状算出部とを備え、前記制御部は、前記測定対象物の位置の粗調整時に比べ、前記測定対象物の位置の微調整時及び測定時において前記波長の変化の範囲を大きく設定し、前記波長可変光源は、照射する光の中心波長を周期関数状に変化させて、前記周期関数の一部の時間帯において、前記撮像素子で選択的に積分受光し、前記周期関数の一部の時間帯は、前記周期関数上の変化量が最大の時間帯であることを特徴とする。

また、本発明に係る形状測定方法は、波長を変化させながら光を照射する工程と、前記光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割する工程と、前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする工程と、前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する工程と、前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる工程と、前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する工程とを備え、前記測定対象物の位置の粗調整時に比べ、前記測定対象物の位置の微調整時及び測定時において前記波長の変化の範囲を大きく設定し、前記波長を変化させながら照射された光は、該光の中心波長を周期関数状に変化させて、前記周期関数の一部の時間帯において、前記撮像素子で選択的に積分受光し、前記周期関数の一部の時間帯は、前記周期関数上の変化量が最大の時間帯であることを特徴とする。


この発明によれば、干渉ノイズを回避しつつ、かつ測定対象物の配置調整が容易となる干渉計及びその干渉計を用いた形状測定方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

[第1実施形態] 図1は、本発明の第1実施形態に係る干渉計の概略構成図である。図1中に示す干渉計200は、波長可変光源201、集光レンズ202、ピンホール203、コリメータレンズ204、ビームスプリッタ205、参照ミラー206、レンズ208及びCCDカメラ209を備えている。ここでの測定対象Wは、表面を被検面とする透過性の物体であり、裏面で測定光の反射を生じさせる厚さtを有する物体である。

波長可変光源201は、単一縦モードのレーザ光を発するように調整されたレーザ光源であり、その中心波長λが制御部300からの制御信号により波長走査幅Δλ=λ±Δλ/2に亘って変化するように制御されるものである。制御部300は、測定対象物Wの厚さtや、参照光と測定光の光路長差等によって決めるべき可干渉距離ΔLに従い、波長可変光源201が発する光の中心波長λを制御する。

この波長可変光源201からの光は、レンズ202で集光されてピンホール203に投影される。ピンホール203で形成された点光源からの光は、コリメータレンズ204により平行光とされてビームスプリッタ205に入射される。ビームスプリッタ205に入射した平行光は一部が参照ミラー206の方向に反射されて参照光となり、他は透過して測定対象物Wに向かう測定光となる。

参照ミラー206で反射した参照光と、測定対象物Wの表面(被検面)で反射した測定光とは、それぞれビームスプリッタ205で反射又は透過して合成され、その合成光はレンズ208により集光される。この後この合成光による干渉縞画像がCCD209の撮像面に形成され、干渉縞画像が撮像される。

CCDカメラ209は、その露光時間Teを、測長可変光源201により波長λが波長走査幅Δλだけ変化する時間Tcよりも長い時間となるよう、制御部300により制御される。例えば、波長可変光源201の波長を走査して積分露光するときの合成の強度分布が正規分布だった場合には、可干渉距離ΔLは、波長走査幅Δλによって、概略次のように決定される。


波長走査幅Δλの大きさを制御することにより、可干渉距離ΔLを任意の大きさに設定することができる。すなわち、測定対象物Wの位置の粗調整の際には可干渉距離ΔLを大きくして位置調整を容易にすることができる。また、位置の粗調整完了後には、測定対象物Wの例えば厚さ等に応じて可干渉距離ΔLを小さく設定して微調整を行い、その測定を行うことが出来るので、測定対象物Wの裏面反射に基づく干渉ノイズを除去した高精度な計測が可能となる。制御部300は、必要な可干渉距離ΔLに応じて、波長走査幅Δλを決定して波長可変光源201を制御する。なお、波長可変光源201を波長走査し積分露光する際の合成の強度分布が正規分布とみなせない場合には、可干渉距離ΔLは、上記[数1]でなく、より複雑な関数により表せるが、この場合も、その関数に従って可干渉距離ΔLを演算すればよい。

次に、波長走査を行うことにより、干渉ノイズを除去した測定対象物Wの計測の原理を以下に説明する。まず、光路長を図1に示すように定義する。すなわち、参照光の光路長(ビームスプリッタ205で反射し参照ミラー206で反射してビームスプリッタ205に戻るまでの光路の長さ)をlと定義する。また、測定光の光路長(ビームスプリッタ205を通過し測定対象物Wの被検面で反射してビームスプリッタ205に再び戻るまでの光路の長さ)をlと定義する。さらに、ノイズ光の光路長(ビームスプリッタ205を通過し測定対象物Wの裏面で反射してビームスプリッタ205に再び戻るまでの光路の長さ)をlと定義する。

この場合、参照光、測定光、及びノイズ光の合成光の干渉強度は、次の式で表される。なお、参照光、測定光及びノイズ光を複素振幅で表した場合の振幅を1とし、簡略化して示している。また、干渉縞画像は2次元の光強度分布を有するが、次の式ではある1点の光強度を1次元で簡略化して示している。


ここで、kは波数(=2π/λ)である。

とlの差、lとlの差をそれぞれΔl21、Δl31とすると、[数2]は次式のように表現することができる。

CCDカメラ209の露光時間Teに波長λを波長走査幅Δλに亘って変化させた場合に、各波長により発生する干渉縞画像の積分強度としての干渉強度Iintが得られる。干渉強度Iintは、次の式で表される。


ここで、参照光の光路長lと測定光の光路長lが略等しくなるように測定対象物Wの位置調整がなされていると考える。この場合、[数4]の各項のうち、第2項のようにΔl21のみを含む項は、波長に関係なく略一定の強度となり、測定対象物Wの形状によって変化する強度となる。

一方、第3項のようにΔl31のみを含む項は、波長が走査されることで強度が変動するが、積分されると平均強度となり、Δl31とは無関係の強度となる。従ってこの第3項は、干渉強度Iintにおいて、バイアスを表す項となる。第1項の定数項も、バイアスを表す項となる。第4項、第5項は、測定対象物Wの形状に応じて変化する強度にバイアス成分が積算された強度となる。従って、[数4]は、次式のように簡略化して表現することができる。


ただし、Bはバイアス、Aは振幅を表している。

従って、波長走査幅Δλに亘って波長走査を行って積分された干渉縞画像を得ることにより、裏面反射の影響を除いた干渉縞計測を行うことが可能となる。

次に、この実施形態の干渉計200における測定対象物Wの位置調整の方法を、図2のフローチャートを参照して説明する。

測定対象物Wを図示しない載置部に設置した後(S1)、波長可変光源201の出射光の波長λの走査幅をΔλ1に設定し、波長走査を行う(S2)。このΔλは、上記[数1]に基づき、可干渉距離ΔLが測定対象物Wの粗調整が可能な距離L1(図3参照)に設定される。ユーザは、干渉縞が観測できるような位置に測定対象物Wを移動させることにより、測定対象物Wの位置の粗調整を行う(S3)。

粗調整が完了した後、波長可変光源201の出射光λの走査幅を、Δλ1よりも大きいΔλ2に設定し、波長走査を行う(S4)。Δλ2は、可干渉距離ΔLが、測定対象物Wの屈折率をn、厚さをtとして、ΔL2<2ntとなるような短い可干渉距離L2(図3参照)に設定される。ユーザは、干渉縞が観測できるような位置に測定対象物Wを移動させることにより、測定対象物Wの位置の微調整を行う(S5)。

微調整が完了すると、その位置では測定対象物Wの裏面反射による不要な干渉を抑制した干渉縞画像が観察可能となり、正確な干渉縞計測が可能となる(S6)。このようにして、波長λの走査幅を変更して可干渉距離ΔL1、ΔL2と段階的に短くしながら測定対象物Wの位置調整を行うことにより、初めから短い可干渉距離で位置調整を行う場合に比べて簡単に位置調整を完了し、裏面反射のノイズを抑えた干渉縞測定を行うことが可能となる。なお、ここでは可干渉距離ΔLを2段階に変化させる例を説明したが、これに限らず例えば3段階以上にΔLを変化させるのでも構わない。

次に、図4及び図5を参照して、上述した波長走査幅Δλで走査した光による干渉縞測定時の積分受光方法及びその例について説明する。

まず、上述したように波長可変光源の発振波長λ(t)を周期的に変調させる。例えば、図4に示すように正弦波状に変調した場合、発振波長λ(t)は時間tの関数として以下の式で表される。


ここで、Δλ(波長λを中心として±Δλ/2の波長走査を行う)は波長走査幅で、ωは光源の波長の変調周波数(波長λの変化周期Tの逆数)を表す。以下に詳細を説明する。発振波長λ(t)が周期的に変化するので、粗調整を行う場合には、波長走査幅Δλを小さくするか、あるいは、波長の変化が小さくなるようなタイミングにおいて積分受光させる。一方、微調整を行う場合には、波長走査幅Δλを大きくするか、あるいは、波長の変化が大きくなるようなタイミングにおいて積分受光させることにより、それぞれの調整モードの可干渉距離に適した波長走査幅の光を選択的に受光させることができる。

所定の受光時間Δtで変調された光を積分受光した受光波長変化幅ΔΛは、たとえば、波長が単調増加または減少するような区間であった場合には、以下の[数7]で表される。


つまり、波長可変光源201は、[数6]に示される波長変調幅Δλの光を照射し、CCDカメラ209は、[数7]に示される受光波長変化幅ΔΛにより干渉縞画像を取得する。

そして、Δt≪1/ωの場合、[数7]に示されるΔΛは、近似的に微小時間変化における受光波長変化幅ΔΛ’として[数8]で表される。


積分受光するタイミングtを以下の[数9]で示した時間の付近、すなわち、λ(t)=λとなるような時間t付近に設定する場合、[数8]は、さらに[数10]に簡素化される。


ここで、以下に示す[数11]のように、仮に受光時間、つまりCCDカメラ209のシャッター時間をΔtとして、そのΔtが変調周期Tの1/mとすれば、微小時間変化における受光波長変化幅ΔΛ’は以下に示す[数12]となる。


すなわち、変調周期Tの時間をかけてCCDカメラ209により積分受光させれば、図4の(ア)に示すように、その受光波長変化幅はΔΛ=Δλとなり、波長変化幅Δλ全体の波長の光を積分受光することとなる。また、波長λを中心として、T/mの時間を要するタイミングで積分受光させれば、図4の(イ)に示すように、その受光波長変化幅はΔΛ=Δλπ/mとなる。つまり、所定のタイミングに合わせて、特定波長領域の光を選択的に積分受光させることにより、可干渉距離に応じた粗調整モードと微調整モードに対応する波長変化幅を有する光を積分受光することができる。

一方、発振波長の変調を、図4のように時間tに対して正弦関数的に変調させるのではなく、図5のように時間tに対して線形的に変化する関数、例えば鋸歯状の関数にすることも可能である。この場合、受光時間Δtを周期Tの1/m倍にすれば、図5の(イ)に示すように、受光波長変化幅ΔΛも周期Tで積分受光した受光波長変化幅ΔΛ(図5の(ア))と比較して、その波長領域を1/m倍に短くすることができる。

ここで、図4のように正弦関数的に発振波長を変調させた場合と、図5のような線形的に発振波長を変調させた場合とを同じ受光時間で比較すると、正弦関数的に発振波長を変調させた場合にあって波長λを中心として積分受光すれば、波長を線形的に変調したときに比べて、π倍だけ広い波長区間で積分受光が可能となる。つまり、可干渉距離を短くしたいにもかかわらず、積分受光時間Δtに対して十分に短い周期Tで、光源の波長を変調できない場合において、極めて有効な方法となる。

以上、発振波長を周期的に変調し、一周期中の一部の区間のみで選択的に積分受光することにより、短時間で所望とする波長領域の光を積分受光することができるので、可干渉距離に応じた波長領域の光を選択的に受光することができる。さらには、単位時間あたりの波長変化量が最大となるタイミング(正弦波状に変調した場合にあっては、中心λ)にあわせ、選択的に積分受光することで、より効率的に積分受光することができる。また、短時間で積分受光可能であるので、振動条件下においても撮像される干渉縞がぼやけることなく、干渉ノイズの発生しない鮮明な干渉縞を得ることが可能になる。

また、本手法は、高い周波数で変調可能な光源を使用すれば、干渉縞の撮像時により高速なシャッターを用いることが出来る。一方で、機械的な駆動機構を利用して波長変調を行う回折光フィードバックによる外部共振器型の半導体レーザの場合、変調周波数を高くすることは困難である。光源として、このようなレーザ光を使用する場合、変調周期に対し短い時間で効果的に積分受光できる本手法は、極めて有効な手段となる。

[第2実施形態] 次に、本発明の第2実施形態に係る干渉計を、図6を参照して説明する。図6において、第1実施形態と共通する構成部材については同一又は対応する符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。この実施形態の干渉計は、光学的に異なる位相差の干渉縞を同時に取得して位相シフト法を実行する干渉計である点で、第1実施形態と異なっている。

波長可変光源201から出射された出射光は、偏光ビームスプリッタ205’により、直交する直線偏光である測定光と参照光とに分割される。測定光と参照光はそれぞれ、1/4波長板210、1/4波長板211により直線偏光から円偏光に変換された後、測定対象物W及び参照面206で反射する。反射した測定光と参照光とは、それぞれ1/4波長板210、211により、入射時とは90度振動方向が異なる互いに直交する直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ205により合成される。合成された合成光は、1/4波長板212により、左回り円偏光、右回り円偏光の合成光に変換される。

またこの干渉計は、ビームスプリッタ213A、213B及び反射プリズム213Cからなる光分割部材とを備えている。この光分割部材により分割された3つの分割光は、それぞれ3つの偏光板214A−Cを介して、3つのCCDカメラ209A−Cにそれぞれ投影される。

偏光板214A−Cは、図7に示すように透過軸方向0°、45°、90°と45度ずつ異なっており、これらを透過した3つの分割光の位相を90度ずつ異ならせる(0°、90°、180°)ようにするものである。前記3つの分割光による干渉縞の各対応点同士でバイアス、振幅が等しければ、次のような演算手段により、測定対象物の形状を測定することができる。すなわち、3つの分割光による干渉縞画像の画像信号の差を求め、その余弦信号S、正弦信号Cを得る。そして、S/Cの逆正接arctan(S/C)を計算する。これにより、参照光と測定光の位相差が特定され、これにより測定対象物の形状を測定することができる。この実施形態の干渉計によれば、参照面206の変位などの可動部分を設けなくとも位相シフトされた複数の干渉縞を瞬時に撮像することができるため、第1実施形態に比べ一層高精度な測定を実行することが可能となる。

なお、この実施形態では光を偏光して分割させるための偏光ビームスプリッタ205’及び1/4波長板210,211を用いているが、無偏光のハーフミラー、偏光板等に置き換えて特定方向の偏光を抽出する方法も採用可能である。

[第3実施形態] 次に、本発明の第3実施形態に係る干渉計を、図8を参照して説明する。この実施形態に係る干渉計も、第2実施形態と同様、位相シフト法を用いた干渉計である。第2実施形態と異なっているのは、偏光ビームスプリッタ205’とビームスプリッタ213Aとの間の1/4波長板212が省略される一方、偏光板214Bの手前に新たに1/4波長板215が配置されている点である。この1/4波長板215は、その進相軸方位及び遅相軸方位を、参照光及び測定光の偏光方向に一致させられており、これにより、参照光と測定光との間に90°の相対的な位相差を与えるものである。

また、図9に示すように、偏光板214A、214B,214Cは、それぞれ透過軸の角度がα、α、α+90°に設定される。なお、この角度αは、参照光及び測定光の偏光方位と全く同一でなければどのような方位でもよい。この構成により、CCDカメラ209A、209B、209Cでは、それぞれ位相シフト量が0°、90°、180°の干渉縞画像が撮像される。

以上、発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、上記実施形態では、光学的な位相シフト法による干渉計を説明したが、参照面を移動させて位相シフトを行う干渉計や、フーリエ変換法を用いた干渉計等にも、本発明は適応可能である。また、CCDカメラ209A−Cを複数台準備する例を説明したが、これに限らず、光路切換部材による切換を行うこと等により、1台のCCDカメラのみで撮像を行うことも可能である。

また、図1に示す干渉計200において、波長可変光源201をたとえば図10のように変調し、Δt1、Δt2といった時間間隔で、中心波長を変えて複数枚の干渉縞を積分受光する。この場合、積分受光により対象物裏面からの反射光による干渉ノイズが低減され、さらに、光路長l1とl2の関係から、中心波長が変わることで、測定したい対象物面からの反射光による干渉縞の位相がシフトする。つまり、波長可変光源201の波長変調とCCDカメラ209での画像の取り込みのコントロールのみにより、平行なガラス基板を測定対象物とした位相シフト法による干渉縞解析が可能となる。波長を変調する関数は線形である必要もなく、また、積分受光するタイミングや画像取り込みの枚数なども図10の方法に限定するものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更は可能である。

本発明の第1実施形態に係る干渉計200の概略構成図である。 第1実施形態の干渉計200における測定対象物Wの位置調整の方法を説明するフローチャートである。 第1実施形態の干渉縞200における測定対象物Wの位置調整の方法を説明する概念図である。 第1実施形態の干渉計200における発振波長の変調周期に対すると積分時間と積分受光される波長幅を説明する図である。 第1実施形態の干渉計200における発振波長を他の関数で変調する場合の変調周期に対する積分時間と積分受光される波長幅を説明する図である。 本発明の第2実施形態に係る干渉計200の概略構成図である。 図6の偏光板214A〜Cの構成を示す。 本発明の第3実施形態に係る干渉計200の概略構成図である。 図8の偏光板214A〜C及び1/4波長板215の構成を示す。 第1実施形態の干渉計200で、干渉縞の位相シフトを実施する場合の波長の変調関数と積分受光のタイミングも模式的に表した図である。

符号の説明

200…干渉計、201…測長可変光源、202…集光レンズ、203…ピンホール、204…コリメータレンズ、205,205’…ビームスプリッタ、206…参照ミラー、208…レンズ、209,209A〜C…CCDカメラ、210,211,215…1/4波長板、214A〜214C…偏光板。

Claims (14)

  1. 出射する光の波長を変更可能に構成された波長可変光源と、
    該波長可変光源からの光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割すると共に、前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする光分割合成部材と、
    前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する撮像部と、
    前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる制御部と、
    前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する形状算出部とを備え、
    前記制御部は、前記測定対象物の位置の粗調整時に比べ、前記測定対象物の位置の微調整時及び測定時において前記波長の変化の範囲を大きく設定し、
    前記波長可変光源は、照射する光の中心波長を周期関数状に変化させて、前記周期関数の一部の時間帯において、前記撮像素子で選択的に積分受光し、
    前記周期関数の一部の時間帯は、前記周期関数上の変化量が最大の時間帯である
    ことを特徴とする干渉計。
  2. 前記制御部は、設定すべき測定対象物の位置によって生じる参照光と測定光の光路長差に基づいて、前記所定の露光時間内における波長の変化の範囲を決定する請求項1記載の干渉計。
  3. 前記合成光を複数の分割光に分割する光分割部材と、
    前記複数の分割光の各々の間に所定の位相差を与える複数の位相シフト光学部材とを備え、
    前記撮像部は、位相シフトさせられた前記複数の分割光の各々により形成される複数の干渉縞画像を撮像するよう構成された
    ことを特徴とする請求項1記載の干渉計。
  4. 前記光分割合成部材は、前記波長可変光源から入射する光を、互いに直交する直線偏光である測定光と参照光とに分割するものであり、
    前記位相シフト光学部材は、
    前記合成光における互いに直交する直線偏光を、左回り円偏光、右回り円偏光に変換する1/4波長板と、
    前記光分割部材により分割された分割光の光路に挿入された偏光軸が互いに異なる複数の偏光板と
    を備えたことを特徴とする請求項3記載の干渉計。
  5. 前記光分割合成部材は、前記波長可変光源から入射する光を、互いに直交する直線偏光である測定光と参照光とに分割するものであり、
    前記位相シフト光学部材は、
    前記光分割部材により分割された第1の分割光の光路に挿入され第1の偏光軸を有する第1偏光板と、
    前記光分割部材により分割された第2の分割光の光路に挿入され前記第1の偏光軸と同一の第2の偏光軸を有する第2偏光板と、
    前記光分割部材により分割された第3の分割光の光路に挿入され前記第1の偏光軸とは90°異なる第3の偏光軸を有する第3の偏光板と、
    前記第2の分割光の光路に挿入され前記合成光の偏光方向と進相軸方向及び遅軸方位が略一致した1/4波長板と
    を備えたことを特徴とする請求項3記載の干渉計。
  6. 前記周期関数は正弦波関数とすることを特徴とする請求項記載の干渉計。
  7. 前記形状算出部は、前記干渉縞画像からフーリエ変換法などの干渉縞解析手法により形状を算出することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項記載の干渉計。
  8. 前記形状算出部は、前記参照面または前記測定対象物を移動させるかまたは、前記参照光または前記測定光の光路上に位相遅延を生じさせる光学媒体を配置して、前記参照光と前記測定光との間に相対的な位相差を与え、位相シフト法により形状を算出することを特徴とする請求項1、2、のいずれか1項記載の干渉計。
  9. 前記形状算出部は、前記周期関数の一部の時間帯において前記撮像素子で選択的に積分受光する際に異なる波長範囲にて選択的に積分受光して、複数の位相シフトされた干渉縞を撮像して、形状を算出することを特徴とする請求項1又は6記載の干渉計。
  10. 波長を変化させながら光を照射する工程と、
    前記光を測定対象物に照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割する工程と、
    前記参照面で反射した前記参照光と前記測定対象物で反射した前記測定光を合成して合成光とする工程と、
    前記合成光により形成される干渉縞画像を所定の露光時間で撮像する工程と、
    前記波長可変光源を制御して、出射する光の波長を前記所定の露光時間内で所定の波長範囲内で変化させる工程と、
    前記波長の所定の波長範囲内での変化により積分された前記干渉縞画像を解析して前記測定対象物の形状を算出する工程とを備え、
    前記測定対象物の位置の粗調整時に比べ、前記測定対象物の位置の微調整時及び測定時において前記波長の変化の範囲を大きく設定し、
    前記波長を変化させながら照射された光は、該光の中心波長を周期関数状に変化させて、前記周期関数の一部の時間帯において、前記撮像素子で選択的に積分受光し、
    前記周期関数の一部の時間帯は、前記周期関数上の変化量が最大の時間帯である
    ことを特徴とする形状測定方法。
  11. 設定すべき測定対象物の位置によって生じる参照光と測定光の光路長差に基づいて、前記所定の露光時間内における波長の変化の範囲を決定することを特徴とする請求項10記載の形状測定方法。
  12. 前記合成光を複数の分割光に分割する工程と、
    前記複数の分割光の各々の間に所定の位相差を与える工程と
    を備え、
    前記所定の露光時間で撮像する工程は、位相差を与えられた前記複数の分割光の各々により形成される複数の干渉縞画像を撮像する
    ことを特徴とする請求項10記載の形状測定方法。
  13. 前記周期関数は正弦波関数とすることを特徴とする請求項10記載の形状測定方法。
  14. 前記形状算出部は、前記周期関数の一部の時間帯において前記撮像素子で選択的に積分受光する際に異なる波長範囲にて選択的に積分受光して、複数の位相シフトされた干渉縞を撮像して、形状を算出することを特徴とする請求項10又は13記載の形状測定方法。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7564568B2 (en) * 2006-03-02 2009-07-21 Zygo Corporation Phase shifting interferometry with multiple accumulation
US20100149519A1 (en) * 2008-06-12 2010-06-17 Mehrdad Toofan Polarization contrast imager (pci)
JP5480479B2 (ja) * 2008-08-04 2014-04-23 株式会社ミツトヨ 形状測定装置および形状測定装置の校正方法
KR101335233B1 (ko) 2009-01-28 2013-11-29 가부시키가이샤 코베루코 카겐 형상 측정 장치
JP5289383B2 (ja) * 2009-06-05 2013-09-11 株式会社コベルコ科研 形状測定装置,形状測定方法
JP5495718B2 (ja) * 2009-11-04 2014-05-21 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置
JP5590524B2 (ja) * 2010-03-17 2014-09-17 学校法人北里研究所 オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置とその光源
JP5394317B2 (ja) * 2010-05-17 2014-01-22 富士フイルム株式会社 回転対称非球面形状測定装置
DE102010063760A1 (de) * 2010-12-21 2012-06-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement
US9678443B2 (en) 2011-03-30 2017-06-13 Mapper Lithography Ip B.V. Lithography system with differential interferometer module
US9234843B2 (en) 2011-08-25 2016-01-12 Alliance For Sustainable Energy, Llc On-line, continuous monitoring in solar cell and fuel cell manufacturing using spectral reflectance imaging
KR101213786B1 (ko) 2011-12-21 2012-12-18 부산대학교 산학협력단 광의 공간 분할을 이용한 측정 시스템
US20130226330A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Alliance For Sustainable Energy, Llc Optical techniques for monitoring continuous manufacturing of proton exchange membrane fuel cell components
CN102589416B (zh) * 2012-03-15 2014-05-07 浙江大学 用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法
US9464882B2 (en) * 2012-04-05 2016-10-11 Nanowave, Inc. Interferometer with continuously varying path length measured in wavelengths to the reference mirror
NL2011504C2 (en) 2012-09-27 2015-01-05 Mapper Lithography Ip Bv Multi-axis differential interferometer.
CN104380035B (zh) 2013-05-20 2018-02-13 株式会社高永科技 利用频率扫描干涉仪的形状测量装置
JP6271278B2 (ja) * 2014-02-13 2018-01-31 株式会社ミツトヨ 位置計測装置および位置計測方法
CN105890538A (zh) * 2014-12-30 2016-08-24 广东工业大学 三表面干涉式高精度曲面轮廓测量系统及方法
US10480935B2 (en) 2016-12-02 2019-11-19 Alliance For Sustainable Energy, Llc Thickness mapping using multispectral imaging

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2821685B2 (ja) * 1989-04-27 1998-11-05 理化学研究所 2次元情報取得装置
US5398113A (en) * 1993-02-08 1995-03-14 Zygo Corporation Method and apparatus for surface topography measurement by spatial-frequency analysis of interferograms
JP3784035B2 (ja) * 1997-03-28 2006-06-07 フジノン株式会社 光波干渉装置の被検体ポジショニング装置
JP2001091223A (ja) 1999-09-24 2001-04-06 Olympus Optical Co Ltd 面間隔測定方法及び装置
JP4298105B2 (ja) * 2000-01-18 2009-07-15 フジノン株式会社 干渉縞測定解析方法
JP2002090110A (ja) * 2000-09-12 2002-03-27 Shimadzu Corp 2光束偏光干渉計
DE10130902A1 (de) * 2001-06-27 2003-01-16 Zeiss Carl Interferometersystem, Verfahren zum Aufnehmen eines Interferogramms und Verfahren zum Bereitstellen und Herstellen eines Objekts mit einer Soll-Oberfläche
JP3621693B2 (ja) * 2002-07-01 2005-02-16 フジノン株式会社 干渉計装置
JP3916545B2 (ja) * 2002-10-24 2007-05-16 株式会社 清原光学 干渉計
US6992778B2 (en) 2003-08-08 2006-01-31 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for self-calibration of a tunable-source phase shifting interferometer

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