JPH09318329A - 非接触表面形状測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】白色光干渉計を利用して被測定面の形状を測定
する際に、被測定面までの距離の変化に応じて得られる
干渉縞強度データの処理内容を簡易化し、高速高精度の
測定を可能にする非接触表面形状測定方法及び装置を提
供する。 【解決手段】白色光ランプ１２から出射された光をハー
フミラー１６で分割し、一方をワークＷに、他方を参照
鏡１８に照射する。ワークＷからの反射光（測定光）と
参照鏡１８からの反射光（参照光）とはハーフミラー１
６によって重畳され、光路長差に応じた干渉縞が発生す
る。参照鏡１８を電歪素子２０によって所定のピッチで
変位させ、得られた干渉縞をカメラ２６で撮像する。ワ
ークＷ内の点（x,y)について各測定位置における干渉縞
強度の変化量を差分値として求め、この離散的な干渉縞
強度の差分値データから差分値が最大となるピーク位置
を加重平均により求め、点（x,y)のＺ方向の高さに対応
付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非接触表面形状測定
方法及び装置に係り、特に白色光干渉計を利用して測定
対象物の表面形状を高速高精度に測定する非接触表面形
状測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光の干渉を用いて対象物の微細形状を観
察する方法は従来から広く知られており、中でも干渉計
と顕微鏡を組み合わせた干渉顕微鏡は、マイケルソン
型、リニック型、ミラウ型等いくつかの種類がある。そ
して、干渉顕微鏡をベースにして対象物表面の干渉縞の
パターンを撮像し、参照面等を光軸方向に移動させなが
ら得られる画像信号に基づいて、対象物の３次元形状を
測定する方法及び装置が米国特許５，１３３，６０１号
若しくは特公平６−１１６７号公報等に開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記米国特
許５，１３３，６０１号に記載の方式は、アレイ型検出
器の各測定点において、位相の異なる３画面以上の干渉
縞データからコヒーレンス度を算出して対象面を検出し
ているので、被測定対象物の高さ方向の全測定範囲につ
いてコヒーレンス度の算出を行わなければならないとい
う問題がある。即ち、全測定範囲について全てのデータ
を測定終了まで記憶しておく必要があり、膨大なデータ
量となるために大容量のメモリが必要で演算処理の負荷
が重く、測定の高速化が困難であるという問題があっ
た。

【０００４】一方、特公平６−１１６７号公報に記載の
方式は、干渉縞の最大輝度を検出することにより対象面
を検出しているため、アレイ型検出器の各測定点におい
て、干渉縞が最大輝度をとる瞬間を捉える必要がある。
また、上記方法では、最大振幅位置を測定点より算出し
ているので算出誤差が測定ピッチ程度に大きく、測定精
度が悪いという欠点もある。このため、かかる最大輝度
の瞬間を見逃さないように、光路長変化（測定ピッチ）
を微小とする必要があり、結果的に測定時間が長くなる
という問題がある。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、測定に関するデータ処理内容を簡易化するこ
とにより、被測定対象面を高速高精度に測定することが
できる非接触表面形状測定方法及び装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
するために、スペクトル幅の広い光源と、前記光源から
被測定対象面までの第１の光路長と、前記光源から参照
面までの第２の光路長との光路長差に応じて干渉縞を発
生させる干渉計と、前記干渉縞を撮像する撮像手段と、
前記被測定対象面又は前記参照面を光軸方向に所定の距
離だけ変位させる移動手段と、前記移動手段によって変
位した前記被測定対象面又は参照面の位置を前記被測定
対象面の高さ方向の検査位置として検出する位置検出手
段と、前記撮像手段によって得られた干渉縞の画像デー
タを基に、被測定対象面内の各点毎に干渉縞強度を検出
し、位相の異なる二つの干渉縞画像データから前記干渉
縞強度の差分値を算出する第１の演算手段と、第１の演
算手段で求めた各検査位置毎の差分値データから、差分
値の絶対値を重みとする加重平均を算出し、該算出値に
よって差分値の絶対値が最大となるピーク位置を求める
第２の演算手段と、第２の演算手段で求めたピーク位置
に基づいて、被測定対象面の形状を測定する第３の演算
手段と、を備えたことを特徴としている。

【０００７】本発明によれば、白色光源などスペクトル
幅の広い光源を用いた干渉計において、被測定対象面又
は参照面を移動手段で所定の距離だけ変位させると、光
源から被測定対象面までの第１の光路長と光源から参照
面までの第２の光路長との間に光路長差が生じ、この光
路長差に応じた干渉縞が発生する。このとき、前記被測
定対象面又は参照面の位置を検出し、その位置を前記被
測定対象面の高さ方向の検査位置に対応付けるととも
に、形成された光学配置により発生する干渉縞を撮像す
る。そして、得られた干渉縞の画像データを基に、被測
定対象面内の各点毎に干渉縞強度を検出する。その後、
被測定対象面又は参照面を所定の距離だけ変位させて検
査位置を変更し、位相の異なる干渉縞の画像データを得
る。こうして得られた２つの干渉縞の画像データを基
に、被測定対象面内の各点について干渉縞強度の変化量
に相当する差分値を求める。前記移動手段で検査位置を
変更する毎に同様の処理を繰り返し、各検査位置毎の差
分値データを取得する。各検査位置毎の差分値データか
ら、差分値の絶対値が最大となるピーク位置を推定する
に際して、統計的手法である加重平均を利用する。即
ち、各検査位置に差分値の絶対値を「重み」として乗算
し、その重み付き位置の総和を重み（差分値の絶対値）
の総和で除算する。このようして得られたピーク位置を
被測定対象面の凹凸方向の高さ位置に対応付け、被測定
対象面の形状を測定するようにしている。

【０００８】このように、測定に関するデータ処理につ
いて、干渉縞強度自体を取り扱うのではなく、２つの干
渉縞強度の差分値を取り扱うようにしたので、データ処
理を簡略化することができる。また、差分値の絶対値が
最大値となる位置を推定するに際して、加重平均を算出
するようにしたので記憶すべきデータ量も少なく、計算
処理時間も短縮される。また、算出されたピーク位置に
ついて算出誤差も小さいという利点がある。したがっ
て、本発明によれば、必要とされるメモリの容量を小さ
くすることが出来るとともに、被測定対象面を高速、高
精度に測定することができる。

【０００９】また、各検査位置毎の差分値データから、
差分値の絶対値が最大となる前記被測定対象面又は参照
面の位置を推定するに際して、差分値データの全データ
について加重平均を算出してもよいし、差分値が正の値
のものだけ、又は差分値が負の値のものだけについて加
重平均を算出してもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る非接触表面形状測定方法及び装置の好ましい実施の
形態について詳説する。図１には、本発明が適用された
非接触表面形状測定装置の構成が示されている。この非
接触表面形状測定装置は、主として白色光ランプ１２、
コリメートレンズ１４、ハーフミラー１６、参照鏡１
８、電歪素子（ＰｚＴ）２０、変位センサ２２、結像レ
ンズ２４、白黒固体撮像カメラ２６、フレームメモリ２
８、中央処理演算装置（ＣＰＵ）３０等から構成され
る。尚、同図ではトワイマン・グリーン型干渉計を例に
説明するが、リニック型、ミラウ型干渉計等でもよい。

【００１１】白色光ランプ１２から出射された光は、コ
リメートレンズ１４により平行光にされ、ハーフミラー
１６によって２つの方向に分割される。即ち、ハーフミ
ラー１６で図中上方に反射された光は、測定の対象とな
るワークＷに照射され、他方、ハーフミラー１６を透過
して直進した光は参照鏡１８に照射される。ワークＷは
図示しないステージ台に載置されており、ステージ台は
所定の位置に固定されている。ワークＷに照射された光
（測定光）は、ワークＷの表面で反射され、照射光路を
逆に辿って再びハーフミラー１６に入射する。この測定
光は、ハーフミラー１６を図中下方向に直進し、結像レ
ンズ２４を経てカメラ２６に達する。他方、参照鏡１８
に向けて進行した光（参照光）は、参照鏡１８で反射さ
れ、照射光路を逆に辿って再びハーフミラー１６に入射
する。この参照光は、ハーフミラー１６によって図中下
方向に向けられ、結像レンズ２４を経てカメラ２６に達
する。

【００１２】カメラ２６は、前記測定光と参照光の二つ
の光の光学距離の差（光路長差）に応じて観察される干
渉縞を撮像すると共に、該干渉縞画像を所定の電気信号
に変換してフレームメモリ２８に出力する。フレームメ
モリ２８は、前記干渉縞画像を前記参照鏡１８の位置又
は変位量を変数として記録する。参照鏡１８は、光軸方
向（図中左右方向）に移動自在に支持され、前記所定の
位置に固定されたワークＷに対して測定光と参照光との
間に光路長差を形成できるようになっている。参照鏡１
８を変位させる手段として、電歪素子２０が用いられて
いる。この電歪素子２０はＰｚＴドライバ３２からの駆
動信号に基づいて駆動され、参照鏡１８を光軸方向に変
位させることができる。ワークＷの表面形状を測定する
際には、参照鏡１８を所定のサンプリングピッチ（所定
の距離）ずつ変位させ、測定終了後又は測定を行ってい
ない間は参照鏡１８を任意に変位させることができる。

【００１３】また、電歪素子２０には、変位センサ２２
が設けられている。変位センサ２２は変位センサドライ
バ３４からの信号に基づいて駆動され、該変位センサ２
２によって参照鏡１８の変位量を測定し、参照鏡１８の
位置を検出するようになっている。前記フレームメモリ
２８、ＰｚＴドライバ３２及び変位センサドライバ３４
は、バス３６を介して中央演算処理装置（ＣＰＵ）３０
に接続されており、それぞれＣＰＵ３０によって制御さ
れるとともに、必要なデータをＣＰＵ３０に通知するよ
うに構成されている。また、ＣＰＵ３０には、各種デー
タを記憶する書き換え／読み出し可能なメモリ３８が接
続されている。

【００１４】ＣＰＵ３０は、バス３６を介して前記フレ
ームメモリ２８、ＰｚＴドライバ３２及び変位センサド
ライバ３４を制御するとともに、フレームメモリ２８を
介して入力する干渉縞データを処理してワークＷの表面
形状を測定する。このデータ処理については後述する。
また、ＣＰＵ３０には、キーボード４０、モニタＴＶ４
２及び記録装置５８が接続されており、操作者はモニタ
ＴＶ４２の表示を見ながら、キーボード４０を介して各
種入力を行うことができるとともに、モニタＴＶ４２に
ワークＷの表面形状測定結果等を表示させることができ
る。

【００１５】記録装置５８は、ハードディスクドライブ
６０及びフロッピディスクドライブ６２を含み、シリア
ルインタフェース６４及びバス３６を介してＣＰＵ３０
と接続されており、測定したワークＷの表面形状の測定
データ等を保存することができるようになっている。次
に、図１に示した非接触表面形状測定装置の測定原理に
ついて説明する。

【００１６】図２は図１の干渉計部分の拡大図である。
ハーフミラー１６と参照鏡１８との間の距離をＬＲ、ハ
ーフミラー１６とワークＷとの間の距離をＬＷとする
と、この場合の参照光と測定光の光路長差（ＯＰＤ：Op
tical path difference ）は、次式（１）、

【００１７】

【数１】ＯＰＤ＝２×（ＬＲ−ＬＷ） …（１） で表される。前記ＯＰＤは、参照鏡１８を光軸方向に変
位させることにより変化させることができるので、参照
鏡１８の移動方向をＺ方向として、ＯＰＤに対応する変
数を参照鏡１８の位置Ｚで表すことにする。このとき、
参照鏡１８の変位量がΔｚのとき、ＯＰＤは２Δｚとな
る。

【００１８】ここで、ＯＰＤ（＝Ｚ）をゼロ付近、即ち
コモンパス付近で連続的に変化させた場合、カメラ上の
１点（被測定対象面内の１点（x,y)に相当）で観察され
る干渉縞の強度Ｉ（Ｚ）は、図３に示すＩ（Ｚ）のよう
なグラフになる。また、前記Ｉ（Ｚ）の変化を示す微分
は、同図Ｊ（Ｚ）のようなグラフになる。本測定装置
は、ある測定範囲にわたってＺ位置を所定の間隔（サン
プリングピッチという）で変化させることによって得ら
れる各測定位置（検査位置）における離散的な干渉縞強
度のデータから、微分値が最大となる位置（ピーク位
置）を加重平均という統計的手法を利用して推定し、こ
の推定したピーク位置に基づいてワークＷの表面形状を
測定するものである。

【００１９】以下、離散的に取得されたデータからＪ
（Ｚ）の最大値を与えるＺ値、即ちＺａを簡易に検出す
る方法を説明する。参照鏡１８のＺ方向の位置は、電歪
素子２０によって一定のサンプリングピッチで離散的に
変化させることができ、各Ｚ位置に応じて発生する干渉
縞はカメラ２６で撮影される。こうして得られた画像デ
ータから画面内の点Ｐ（x,y)に着目し、点Ｐ（x,y)にお
ける干渉縞強度を観察する。

【００２０】検査位置Ｚi における点Ｐの干渉縞強度を
Ｉ（Ｚi)と表示すると、隣合う二つの検査位置Ｚi ，Ｚ
i-1 でのそれぞれの干渉縞強度Ｉ（Ｚi)，Ｉ（Ｚi-1)を
用いて、差分値Ｊ（Ｚi)を次式（２）、

【００２１】

【数２】Ｊ（Ｚi)＝Ｉ（Ｚi)−Ｉ（Ｚi-1)…（２） 但し、 Ｚi −Ｚi-1 ＝定数Ｃ ：Ｃは参照鏡１８を移動さ
せる一定間隔距離 ０＜Ｚi −Ｚi-1 ≦λ／６ ：λは光源の中心波長 で算出する。この差分値は、図３に示した干渉縞強度Ｉ
（Ｚ）の傾きに相当している。なお、白色光ランプ１２
の中心波長は、例えば、５４４ｎｍである。

【００２２】図４には、サンプリングピッチを７０ｎｍ
に設定した場合の、差分値のデータが示されている。同
図の横軸は、コモンパスをＺ＝０として示され、−２０
００ｎｍから＋２０００ｎｍまでの範囲について７０ｎ
ｍ毎に干渉縞強度の差分を示している。同図の縦軸は、
差分値を０から２５６までの値でデジタル的に表示して
いる。

【００２３】当該非接触表面測定装置は白色干渉計を利
用していることから、干渉縞の変化が観察される可干渉
領域が狭く、コモンパスから±１０００ｎｍ以上離れた
位置では、干渉強度の変化が極端に小さくなっている。
なお、同図に示した差分値の全体的な分布は、図３に示
した微分曲線Ｊ（Ｚ）によく合致している。図４に示し
た差分値データから、差分値が最大となる位置（ピーク
位置）を推定するに際し、各検査位置における差分値の
絶対値を「重み」として加重平均を求める。即ち、先
ず、各差分値を絶対値化し、差分値の絶対値を示す値に
変換する。そして、各測定位置Ｚi(i ＝1,2,3 … N) 毎
に、干渉縞強度の差分値（傾き）の絶対値Ｅi(i ＝1,2,
3 …N)を測定位置毎に順次加算してゆき、干渉縞強度の
差分値（傾き）の総和Ａをメモリ３８に記憶する。即
ち、次式（３）、

【００２４】

【数３】 Ａ(N) ＝Ｅ1 ＋Ｅ2 ＋Ｅ3 ＋……＋ＥN …（３） によって総和Ａが算出され、測定位置Ｚn からＺn+1 に
変更されるに従って、総和Ａは、次式（４）、

【００２５】

【数４】Ａ（N+1)＝Ａ(N) ＋ＥN+1 …（４） と変更され、メモリ３８に記憶される総和Ａの値が順次
更新されていく。図５には、各差分値を絶対値化したグ
ラフが示されている。なお、図中実線は正の差分値の絶
対値、点線の負の差分値の絶対値を示す。各測定位置Ｚ
i(i ＝1,2,3 …N)に、それぞれ干渉縞強度の傾きの絶対
値Ｅi(i ＝1,2,3 …N)を乗算し、その総和Ｂを総和Ａと
ともにメモリ３８に記憶する。即ち、次式（５）、

【００２６】

【数５】 Ｂ(N) ＝Ｚ1 ×Ｅ1 ＋Ｚ2 ×Ｅ2 ＋Ｚ3 ×Ｅ3 ＋…＋ＺN ×ＥN …（５） によって総和Ｂが算出され、測定位置Ｚn からＺn+1 に
変更されるに従って、総和Ｂは、次式（６）、

【００２７】

【数６】Ｂ（N+1)＝Ｂ(N) ＋Ｚn+1 ×ＥN+1 …（６） と変更され、メモリ３８に記憶される総和Ｂの値が順次
更新されていく。図６には、（干渉縞強度の傾きの大き
さ）×位置により算出した値のグラフが示されている。
同図には、Ｚ位置をコモンパスＺ＝０を基準（中心）と
して正の値と負の値で表示しているが、これに限らず、
同図に示した右端の正の値（測定範囲の最大値）を基準
にとれば、測定範囲内ののＺ位置は全て負の値で表すこ
とができ、また、同図に示した左端の負の値（測定範囲
の最小値）を基準にとれば、測定範囲内のＺ位置は全て
正の値として表すことができる。

【００２８】このように、差分値の大きさを「重み」と
する重み付き位置Ｚ1 ×Ｅ1 ，Ｚ2×Ｅ2 ，Ｚ3 ×Ｅ3
…を測定位置毎に順次加算してゆき、干渉縞強度の差分
値（傾き）の総和Ｂをメモリ３８に記憶する。そして、
測定範囲内のピッチ送りが終了した後、メモリ３８に記
憶されている総和Ｂを総和Ａで除算することにより、干
渉縞強度の差分値が最大となるピーク位置を求める。こ
うして求めたピーク位置を、測定点Ｐ（x,y)のＺ高さに
対応付ける。テレビカメラで撮影された干渉縞画像の全
ての点について同時にＺ高さを求めることによって、ワ
ークＷの表面形状を測定できる。

【００２９】上記の如く構成された非接触表面形状測定
装置の測定手順について、図７に示すフローチャートを
参照しながら説明する。先ず、測定開始に先立って測定
装置を初期化する（ステップＳ７０１、以下ステップ番
号のみを表示する）。即ち、干渉縞データを記憶するフ
レームメモリ２８及びメモリ３８をクリアするととも
に、ＰｚＴ２０を駆動してＺ位置を検査開始位置（初期
位置）にセットする。また、適正なサンプリングピッチ
を選択して設定する。サンプリングピッチは、光源の中
心波長λの８分の１程度（λ／８≒６８ｎｍ）にするの
が好ましい。

【００３０】次いで、参照鏡１８が初期位置Ｚ0 に位置
する光学配置の下で発生する干渉縞をカメラ２６で撮像
し、カメラ２６で撮影された画面内の測定点（x,y)につ
いて干渉縞強度Ｉ（Ｚ0 ）を検出する（Ｓ７０２）。検
出した全測定点の干渉縞強度データはメモリ３８の第１
の記憶領域に記憶される。続いて、参照鏡１８をＺ方向
に６８ｎｍだけ移動し、検査位置をＺ1 に変更する（Ｓ
７０３）。参照鏡１８が検査位置Ｚ1 に位置する光学配
置の下で発生する干渉縞をカメラ２６で撮像し、カメラ
で撮影された画面内の各測定点（x,y)について干渉縞強
度Ｉ（Ｚ1 ）を検出する（Ｓ７０４）。

【００３１】そして、この干渉縞強度Ｉ（Ｚ1 ）と、先
にメモリ３８に記憶したＩ（Ｚ0 ）とから、次式（７）

【００３２】

【数７】 Ｊ（Ｚi ）＝Ｉ（Ｚi ）−Ｉ（Ｚi-1) …（７） 但し、 i＝1,2,3 … に従って干渉縞強度の差分値Ｊ（Ｚi ）を算出し、その
絶対値を求める（Ｓ７０５）。

【００３３】そして、これまでの全検査位置における各
干渉縞強度の差分値の絶対値の総和Ａをメモリ３８内の
第２の記憶領域に記憶する（Ｓ７０６）。検査位置Ｚ1
にあっては、他の検査位置のデータは取得されていない
ので、式（７）で求めたＪ（Ｚ1)の絶対値が記憶され
る。また、式（７）によって算出されるＪ（Ｚi ) の絶
対値に検査位置Ｚｉを乗算した値をこれまでの全検査位
置について加算した総和Ｂをメモリ３８の第３の記憶領
域に記憶する（Ｓ７０７）。検査位置Ｚ1 においては、
他の検査位置のデータは取得されていないので、式
（７）で求めたＪ（Ｚ1)の絶対値にＺ1 が乗算された値
がメモリ３８の第３の記憶領域に記憶される。

【００３４】そして、メモリ３８の第１の記憶領域に記
憶された検査位置Ｚ0 に関する干渉縞データは消去さ
れ、検査位置Ｚ1 における干渉縞データに書換えられ
る。このように、メモリ３８の第１の記憶領域には、最
後に検査されたＺ位置における干渉縞データが記憶され
るようになっている。Ｓ７０８において、変位センサ２
２が全検査範囲の測定の終了位置を検出したか否かが判
断され、最終測定位置が検出されなければ、処理はＳ７
０３に戻り、上記Ｓ７０３からＳ７０８までの工程が複
数回繰り返される。即ち、検査位置を１ピッチ分（６８
ｎｍ）移動させ、検査位置Ｚi の光学配置の下で発生す
る干渉縞を撮像する。そして、各点(x,y) 毎に干渉縞強
度の差分値Ｊ( Ｚi)を算出し、その絶対値を求める。次
いで、その絶対値を、メモリ３８の第２の記憶領域に記
憶していたこれまでの全検査位置における総和Ａに加算
し、その加算結果を新たな総和値Ａとして第２の記憶領
域に記憶しなおす。

【００３５】また、干渉縞強度の差分値Ｊ（Ｚi)の絶対
値に検査位置Ｚｉを乗算した値を求め、その求めた値を
メモリ３８の第３の記憶領域に記憶しているこれまでの
全検査位置分の総和Ｂに加算する。そして、この加算結
果を新たな総和値Ｂとして第３の記憶領域に記憶しなお
す。そして、Ｓ７０８において、変位センサ２２が最終
測定位置を検出したら、測定を終了し、メモリ３８の第
２、第３の記憶領域に記憶されている総和Ａと総和Ｂに
基づいて、差分値が最大となるピーク位置 <ｚ> を次式
（８）、

【００３６】

【数８】<ｚ> ＝Ｂ／Ａ …（８） によって求める（Ｓ７０９）。こうして求めたピーク位
置 <ｚ> を、測定点（x,y)のＺ高さに対応付ける。カメ
ラ２６で撮影された測定エリア内全ての点（x,y)につい
て、Ｚ高さを同時に算出し、ワークＷの三次元形状を把
握することができる（Ｓ７１０）。

【００３７】このように、本実施の形態では、離散的な
差分値データから、差分値のピーク位置を推定するに際
して加重平均を利用し、差分値の大きさの総和Ａや、検
査位置Ｚを重みとする重み付け差分値の総和Ｂのみのデ
ータを保存し、処理するようにしたので、計算負担が小
さくなり、処理時間を短縮できる。また、必要とされる
メモリの容量も小さいという利点がある。

【００３８】更に、本実施の形態の加重平均による差分
値のピーク位置の算出誤差は、ピッチ幅の１／５程度
（１４ｎｍ）であることが実験的に確認されている。従
来の装置ではピッチ幅程度（６８ｎｍ）の算出誤差が生
じていたことから、測定精度の点からも有利な効果を奏
している。上記実施の形態では、各検査位置毎の差分値
データから、差分値の大きさが最大となる前記被測定対
象面又は参照面の位置を推定するに際して、差分値デー
タの全データについて加重平均を算出する場合について
説明したが、図４に示した差分値のデータのうち差分値
が正の値のものだけについて、加重平均を算出してもよ
い。この場合、差分値が負の値にとなったＺ位置につい
ては無視され、統計的な処理の標本となるデータの数は
少なくなるが、差分値のピーク位置の算出誤差は比較的
小さいことが確かめられている。

【００３９】同様に、図４に示した差分値のデータのう
ち差分値が正の値のものは無視し、差分値が負の値のも
のだけについて加重平均を算出してもよい。このよう
に、差分値のデータのうち差分値が正の値のものだけ、
又は負の値のものだけをデータ処理の対象とすることに
より、計算負担が一層低減され、測定時間を更に短縮す
ることができる。

【００４０】上記実施の形態では、光源を白色光ランプ
１２として説明したが、これに限るものでなく、白色光
源にフィルタを使用してスペクトル幅を適宜調整しても
よいし、又は、白色光源に似た干渉性の悪い広いスペク
トル幅を有する広域光源を用いてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る非接
触表面形状測定方法及び装置によれば、被測定対象面又
は参照面を光軸方向に所定のピッチで移動させて得られ
た干渉縞の離散的な差分値データから加重平均を算出し
て差分値のピーク位置を求めるようにしたので、記憶す
べきデータ量も少なく、計算処理時間も短縮化される。
従って、メモリの少容量化、処理の高速化を達成でき、
被測定対象面を高速高精度に測定することができる。

【００４２】また、各検査位置毎の差分値データから、
差分値の絶対値が最大となる前記被測定対象面又は参照
面の位置を推定するに際して、差分値が正の値のものだ
け、又は差分値が負の値のものだけについて加重平均を
算出することにより、算出精度を著しく損なうことな
く、データ処理内容を一層簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明が適用された非接触表面形状測
定装置の構成図

【図２】図２は、図１の干渉計部分の拡大図

【図３】図３は、カメラ上のある１点で観測される干渉
縞強度及びその微分値を示すグラフ

【図４】図４は、サンプリングピッチを７０ｎｍに設定
した場合の差分値のデータを示すグラフ

【図５】図５は、加算平均を算出する過程を説明するた
めのグラフであり、検査位置毎の各差分値を絶対値化し
たものを示すグラフ

【図６】図６は、加算平均を算出する過程を説明するた
めのグラフであり、（干渉縞強度の傾きの大きさ）×
（位置）により算出した値を示すグラフ

【図７】図７は、本実施の形態に係る非接触表面形状測
定装置の測定手順を説明するためのフローチャート

【符号の説明】

１２…白色光ランプ １６、５２…ハーフミラー １８…参照鏡 ２０…電歪素子（ＰｚＴ） ２２…変位センサ ２６…白黒固体撮像カメラ ２８…フレームメモリ ３０…中央演算処理装置（ＣＰＵ） ３８…メモリ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スペクトル幅の広い光源を使用し、前記
   光源から被測定対象面までの第１の光路長と、前記光源
   から参照面までの第２の光路長との光路長差に応じて干
   渉縞を発生させ、前記干渉縞の強度に基づいて被測定対
   象面の凹凸形状を測定する非接触表面形状測定方法にお
   いて、 前記被測定対象面又は前記参照面を光軸方向に所定の距
   離だけ変位させる第１の工程と、 前記第１の工程により移動した前記被測定対象面又は参
   照面の位置を前記被測定対象面の高さ方向の検査位置と
   して検出する第２の工程と、 前記第１の工程によって形成された光学配置により発生
   する干渉縞を撮像する第３の工程と、 前記第３の工程で得られた干渉縞の画像データを基に、
   前記被測定対象面内の各点毎に干渉縞強度を検出する第
   ４の工程と、 前記被測定対象面内の各点について、前記第１から第４
   の工程を繰り返して得られる２つの干渉縞強度から各検
   査位置毎に干渉縞強度の差分値を求める第５の工程と、 第５の工程で求めた各検査位置毎の差分値データから、
   差分値の絶対値を重みとする加重平均を算出し、差分値
   の絶対値が最大となるピーク位置を求める第６の工程
   と、 第６の工程で求めたピーク位置に基づいて、被測定対象
   面の形状を測定する第７の工程と、 からなることを特徴とする非接触表面形状測定方法。
2. 【請求項２】 前記第６の工程は、第５の工程で求めた
   検査位置毎の差分値の絶対値に検査位置を示す値を乗算
   した値を、前記第１の工程から第５の工程を繰り返す過
   程で加算し、その加算総和値を記憶する第８の工程と、 第５の工程で求めた検査位置毎の差分値の絶対値を、前
   記第１の工程から第５の工程を繰り返す過程で加算し、
   その加算総和値を記憶する第９の工程と、を含み、前記
   第８の工程で記憶した第１の加算総和値を前記第９の工
   程で記憶した第２の加算総和値で除算した値を差分値の
   絶対値が最大となるピーク位置として求めることを特徴
   とする請求項１記載の非接触表面形状測定方法。
3. 【請求項３】 前記第６の工程は、第１から第５の工程
   を繰り返して得られた差分値データの全データについて
   加重平均を算出することを特徴とする請求項１記載の非
   接触表面形状測定方法。
4. 【請求項４】 前記第６の工程は、第１から第５の工程
   を繰り返して得られた差分値データのうち、差分値が正
   の値のデータについて加重平均を算出することを特徴と
   する請求項１記載の非接触表面形状測定方法。
5. 【請求項５】 前記第６の工程は、第１から第５の工程
   を繰り返して得られた差分値データのうち、差分値が負
   の値のデータについて加重平均を算出することを特徴と
   する請求項１記載の非接触表面形状測定方法。
6. 【請求項６】 前記所定の距離は、光源の中心波長の８
   分の１に設定されることを特徴とする請求項１記載の非
   接触表面形状測定方法。
7. 【請求項７】 スペクトル幅の広い光源と、 前記光源から被測定対象面までの第１の光路長と、前記
   光源から参照面までの第２の光路長との光路長差に応じ
   て干渉縞を発生させる干渉計と、 前記干渉縞を撮像する撮像手段と、 前記被測定対象面又は前記参照面を光軸方向に所定の距
   離だけ変位させる移動手段と、 前記移動手段によって変位した前記被測定対象面又は参
   照面の位置を前記被測定対象面の高さ方向の検査位置と
   して検出する位置検出手段と、 前記撮像手段によって得られた干渉縞の画像データを基
   に、被測定対象面内の各点毎に干渉縞強度を検出し、位
   相の異なる二つの干渉縞画像データから前記干渉縞強度
   の差分値を算出する第１の演算手段と、 第１の演算手段で求めた各検査位置毎の差分値データか
   ら、差分値の絶対値を重みとする加重平均を算出し、該
   算出値によって差分値の絶対値が最大となるピーク位置
   を求める第２の演算手段と、 第２の演算手段で求めたピーク位置に基づいて、被測定
   対象面の形状を測定する第３の演算手段と、 を備えたことを特徴とする非接触表面形状測定装置。
8. 【請求項８】 前記第２の演算手段は、第１の演算手段
   で求めた検査位置毎の差分値の絶対値に検査位置を示す
   値を乗算した値を加算し、その加算総和値を記憶する第
   １の記憶手段と、第１の演算手段で求めた検査位置毎の
   差分値の絶対値を加算し、その加算総和値を記憶する第
   ２の記憶手段とを有し、第１の記憶手段に記憶した第１
   の加算総和値を第２の記憶手段に記憶した第２の加算総
   和値で除算した値を差分値の絶対値が最大となるピーク
   位置として求めることを特徴とする請求項７記載の非接
   触表面形状測定装置。
9. 【請求項９】 前記第１乃至第３の演算手段は、一つの
   演算処理装置に兼備されていることを特徴とする請求項
   ７記載の非接触表面形状測定装置。