JPH10221032A - 干渉計測方法および干渉計測装置 - Google Patents
干渉計測方法および干渉計測装置Info
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- JPH10221032A JPH10221032A JP9023699A JP2369997A JPH10221032A JP H10221032 A JPH10221032 A JP H10221032A JP 9023699 A JP9023699 A JP 9023699A JP 2369997 A JP2369997 A JP 2369997A JP H10221032 A JPH10221032 A JP H10221032A
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- interference
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長を越える段差や絶対距離を含んだ形状の
測定を高精度かつ高速に行うことが可能な干渉計測方法
および干渉計測装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光源６０から第１および第２の波
長のレーザ光を出射して干渉を生じさせ、第１の撮像管
６７Ａによって第１の波長の干渉縞画像を検出し、第２
の撮像管６７Ａによって第２の波長の干渉縞画像を検出
する。コンピュータ９は、第１の波長の干渉画像を基に
ラップされた第１の位相分布を、第２の波長の干渉縞画
像を基にラップされた第２の位相分布を演算し、第１お
よび第２の位相分布を基に２πの区間より拡大された所
定の測定範囲にわたり平面原器６４と測定対象面４ａと
の絶対距離の概略情報を演算し、第１および第２の位相
分布のいずれか一方の位相分布を基に精密な形状情報を
演算し、絶対距離の概略情報および精密な形状情報を基
に測定対象面の精密な絶対形状情報を演算する。
測定を高精度かつ高速に行うことが可能な干渉計測方法
および干渉計測装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光源６０から第１および第２の波
長のレーザ光を出射して干渉を生じさせ、第１の撮像管
６７Ａによって第１の波長の干渉縞画像を検出し、第２
の撮像管６７Ａによって第２の波長の干渉縞画像を検出
する。コンピュータ９は、第１の波長の干渉画像を基に
ラップされた第１の位相分布を、第２の波長の干渉縞画
像を基にラップされた第２の位相分布を演算し、第１お
よび第２の位相分布を基に２πの区間より拡大された所
定の測定範囲にわたり平面原器６４と測定対象面４ａと
の絶対距離の概略情報を演算し、第１および第２の位相
分布のいずれか一方の位相分布を基に精密な形状情報を
演算し、絶対距離の概略情報および精密な形状情報を基
に測定対象面の精密な絶対形状情報を演算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光波の干渉現象を
利用して物体の形状を測定する干渉計測方法および干渉
計測装置に関し、特に、波長を越える段差や、波長を越
える測定対象面と干渉計との絶対距離を含む形状を高精
度かつ高速に測定する干渉計測方法および干渉計測装置
に関する。
利用して物体の形状を測定する干渉計測方法および干渉
計測装置に関し、特に、波長を越える段差や、波長を越
える測定対象面と干渉計との絶対距離を含む形状を高精
度かつ高速に測定す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】光波の干渉現象を利用した計測は、光の
波長すなわちサブミクロン以上の精度で非接触な計測が
可能であるため、高精度計測の分野で広く使われてお
り、従来の干渉計測方法としては、以下のものが知られ
ている。 (1) ２光束干渉法（以下「従来例１」という。） (2) ２波長干渉法（以下「従来例２」という。） (3) 白色干渉法（以下「従来例３」という。）
波長すなわちサブミクロン以上の精度で非接触な計測が
可能であるため、高精度計測の分野で広く使われてお
り、従来の干渉計測方法としては、以下のものが知られ
ている。 (1) ２光束干渉法（以下「従来例１」という。） (2) ２波長干渉法（以下「従来例２」という。） (3) 白色干渉法（以下「従来例３」という。）
【０００３】（従来例１）２光束干渉法は、原器と呼ば
れる高精度に作製された理想的形状の基準面で反射され
た基準波面と測定対象面で反射された測定対象波面とを
干渉させるものである（例えば、”Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓ
ｈｏｐ Ｔｅｓｔｉｎｇ ２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ”，
Ｄ．Ｍａｌａｃａｒａ編集，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆
Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．発行，（１９９２年），１４章，
ｐ．５０１〜５９１ 参照）。
れる高精度に作製された理想的形状の基準面で反射され
た基準波面と測定対象面で反射された測定対象波面とを
干渉させるものである（例えば、”Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓ
ｈｏｐ Ｔｅｓｔｉｎｇ ２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ”，
Ｄ．Ｍａｌａｃａｒａ編集，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆
Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．発行，（１９９２年），１４章，
ｐ．５０１〜５９１ 参照）。
【０００４】図５はこの２光束干渉法を説明するための
フローを示す。まず、基準面で反射された基準波面と測
定対象面で反射された測定対象波面の２つを干渉させて
生じる干渉縞を式（１）に示す光強度として検出する
（ＳＴ１）。 Ｉ(x,y) ＝ａ(x,y) ＋ｂ(x,y) ×ｃｏｓ｛φ(x,y) ＋δ｝ …（１） 但し、Ｉ(x,y) ：干渉縞を表す光強度 ａ(x,y) ：バイアス成分 ｂ(x,y) ：干渉縞強度の振幅 φ(x,y) ：検出対象の位相分布 δ ：配置で決まる初期位相
フローを示す。まず、基準面で反射された基準波面と測
定対象面で反射された測定対象波面の２つを干渉させて
生じる干渉縞を式（１）に示す光強度として検出する
（ＳＴ１）。 Ｉ(x,y) ＝ａ(x,y) ＋ｂ(x,y) ×ｃｏｓ｛φ(x,y) ＋δ｝ …（１） 但し、Ｉ(x,y) ：干渉縞を表す光強度 ａ(x,y) ：バイアス成分 ｂ(x,y) ：干渉縞強度の振幅 φ(x,y) ：検出対象の位相分布 δ ：配置で決まる初期位相
【０００５】次に、位相分布（ここではラップされた位
相分布）を求める（このステップを「干渉縞位相解析」
という。）（ＳＴ２）。
相分布）を求める（このステップを「干渉縞位相解析」
という。）（ＳＴ２）。
【０００６】図６は位相がラップされる様子を説明する
図であり、同図(a) は実際の位相を示す図、同図(b) は
ラップされた位相を示す図である。上記式（１）に示す
干渉現象の周期的性質により、直接検出されるのは２π
の区間に折り返された位相（ラップされた位相）のみで
ある。すなわち、干渉縞１周期を越える分には不確定性
が存在する。換言すれば、干渉計測とは、上記式（１）
においてＩ(x,y) からφ(x,y) を求める行為である。し
かし、φ(x,y) を求める際に現れるｃｏｓの逆関数が多
価関数であることから、同図(b) に示すように、実際の
位相φを一意に求めることができず、一意に求めること
ができるのは、波長の整数倍成分（この倍数を表す整数
を「縞次数」という。）を除いた１波長未満の端数成分
だけである。
図であり、同図(a) は実際の位相を示す図、同図(b) は
ラップされた位相を示す図である。上記式（１）に示す
干渉現象の周期的性質により、直接検出されるのは２π
の区間に折り返された位相（ラップされた位相）のみで
ある。すなわち、干渉縞１周期を越える分には不確定性
が存在する。換言すれば、干渉計測とは、上記式（１）
においてＩ(x,y) からφ(x,y) を求める行為である。し
かし、φ(x,y) を求める際に現れるｃｏｓの逆関数が多
価関数であることから、同図(b) に示すように、実際の
位相φを一意に求めることができず、一意に求めること
ができるのは、波長の整数倍成分（この倍数を表す整数
を「縞次数」という。）を除いた１波長未満の端数成分
だけである。
【０００７】次に、縞次数ｎｇ(x,y) を求める（このス
テップを「位相アンラッピング」という。）（ＳＴ
３）。位相アンラッピングは数学的に一意に求められる
ものではない。位相アンラッピングにおいては、測定対
象面が「なめらかである」ことを仮定して、位相アンラ
ッピングの後に全体形状がなめらかになるように、試行
錯誤的に縞次数を決定している。なお、このような試行
錯誤を自動的に行うアルゴリズムも近年では精力的に開
発されている（例えば、Ｔ．Ｒ．Ｊｕｄｇｅ ＆Ｐ．
Ｊ．Ｂｒｙａｎｓｔｏｎ−Ｃｒｏｓｓ：”Ａ Ｒｅｖｉ
ｅｗ ｏｆ Ｐｈａｓｅ Ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｆｒｉｎｇｅ Ａｎａｌｙｓ
ｉｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｖｏｌ．２１，（１９９
４），ｐ．１９９−２３９ 参照）。縞次数ｎｇ(x,y)
を求めた後、次の式（２）を用いて実際のラップされて
いない位相分布φ(x,y) を求める。 φ(x,y) ＝ｎｇ(x,y) ×２π＋ψｓ(x,y) …（２） 但し、ｎｇ(x,y) ：縞次数（厳密に整数） ψｓ ：２π未満の端数位相情報
テップを「位相アンラッピング」という。）（ＳＴ
３）。位相アンラッピングは数学的に一意に求められる
ものではない。位相アンラッピングにおいては、測定対
象面が「なめらかである」ことを仮定して、位相アンラ
ッピングの後に全体形状がなめらかになるように、試行
錯誤的に縞次数を決定している。なお、このような試行
錯誤を自動的に行うアルゴリズムも近年では精力的に開
発されている（例えば、Ｔ．Ｒ．Ｊｕｄｇｅ ＆Ｐ．
Ｊ．Ｂｒｙａｎｓｔｏｎ−Ｃｒｏｓｓ：”Ａ Ｒｅｖｉ
ｅｗ ｏｆ Ｐｈａｓｅ Ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｆｒｉｎｇｅ Ａｎａｌｙｓ
ｉｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｖｏｌ．２１，（１９９
４），ｐ．１９９−２３９ 参照）。縞次数ｎｇ(x,y)
を求めた後、次の式（２）を用いて実際のラップされて
いない位相分布φ(x,y) を求める。 φ(x,y) ＝ｎｇ(x,y) ×２π＋ψｓ(x,y) …（２） 但し、ｎｇ(x,y) ：縞次数（厳密に整数） ψｓ ：２π未満の端数位相情報
【０００８】最後に、位相を実際の形状（距離）に換算
する（ＳＴ４）。式（２）を位相ではなく、実際の形状
（距離）の単位に変換するには、式（２）の両辺にλ／
２πをかけ、式（３）を得る。 φ(x,y) ×λ／２π＝ｎｇ(x,y) ×λ＋ψｓ(x,y) ×λ／２π …（３） ここで、φ(x,y) ×λ／２πを総合的な精密絶対形状情
報ｈ(x,y) 、ψｓ(x,y) ×λ／２πを１波長未満の端数
成分である端数形状情報ｈｓ(x,y) とすると、式（３）
は式（４）となる。 ｈ(x,y) ＝ｎｇ(x,y) ×λ＋ｈｓ(x,y) …（４） 式（４）より測定対象面の形状（距離）を求めることが
できる。
する（ＳＴ４）。式（２）を位相ではなく、実際の形状
（距離）の単位に変換するには、式（２）の両辺にλ／
２πをかけ、式（３）を得る。 φ(x,y) ×λ／２π＝ｎｇ(x,y) ×λ＋ψｓ(x,y) ×λ／２π …（３） ここで、φ(x,y) ×λ／２πを総合的な精密絶対形状情
報ｈ(x,y) 、ψｓ(x,y) ×λ／２πを１波長未満の端数
成分である端数形状情報ｈｓ(x,y) とすると、式（３）
は式（４）となる。 ｈ(x,y) ＝ｎｇ(x,y) ×λ＋ｈｓ(x,y) …（４） 式（４）より測定対象面の形状（距離）を求めることが
できる。
【０００９】（従来例２）２波長干渉法は、２つの波長
の光を同時に用いて干渉計測を行うものである（例え
ば、Ｙｕｋｉｈｉｒｏ Ｉｓｈｉｉ ａｎｄ Ｒｉｂｕ
ｎ Ｏｎｏｄｅｒａ：”Ｔｗｏ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｌａｓｅｒ−ｄｉｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔ
ｒｙ ｔｈａｔ ｕｓｅｓ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉ
ｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．１９，（１９９１），
ｐ．１５２３〜１５２５ 参照）。２つの波長により形
成された干渉縞（モワレ縞）の濃淡の等高線は式（５）
で表されるΛ（合成波長）毎に現れる。 Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜ …（５） 但し、λ1 ，λ2 ：使用する２つの波長 このため、不確定性が無い干渉縞１周期に相当する範囲
が、通常の２光束干渉法ではλ＝波長であるのに対し
て、２波長干渉法ではΛに拡大される。従って、λより
広いΛの範囲において、波長を越える段差や、波長を越
える干渉計と測定対象面との絶対距離を含む形状の測定
が可能となる。例えば、波長６６０ｎｍと６７０ｎｍの
２つの赤い光を用いる場合、合成波長Λは４４２２０ｎ
ｍ＝４４．２２μｍとなり、４４．２２μｍまでの段差
や絶対距離を含んむ形状の測定が可能になる。これは、
通常の２光束干渉計の６６倍のレンジの拡大に相当す
る。そして、波長差｜λ1 −λ2 ｜を小さくするほど、
測定可能なΛ範囲は大きくなる。
の光を同時に用いて干渉計測を行うものである（例え
ば、Ｙｕｋｉｈｉｒｏ Ｉｓｈｉｉ ａｎｄ Ｒｉｂｕ
ｎ Ｏｎｏｄｅｒａ：”Ｔｗｏ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｌａｓｅｒ−ｄｉｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔ
ｒｙ ｔｈａｔ ｕｓｅｓ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉ
ｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．１９，（１９９１），
ｐ．１５２３〜１５２５ 参照）。２つの波長により形
成された干渉縞（モワレ縞）の濃淡の等高線は式（５）
で表されるΛ（合成波長）毎に現れる。 Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜ …（５） 但し、λ1 ，λ2 ：使用する２つの波長 このため、不確定性が無い干渉縞１周期に相当する範囲
が、通常の２光束干渉法ではλ＝波長であるのに対し
て、２波長干渉法ではΛに拡大される。従って、λより
広いΛの範囲において、波長を越える段差や、波長を越
える干渉計と測定対象面との絶対距離を含む形状の測定
が可能となる。例えば、波長６６０ｎｍと６７０ｎｍの
２つの赤い光を用いる場合、合成波長Λは４４２２０ｎ
ｍ＝４４．２２μｍとなり、４４．２２μｍまでの段差
や絶対距離を含んむ形状の測定が可能になる。これは、
通常の２光束干渉計の６６倍のレンジの拡大に相当す
る。そして、波長差｜λ1 −λ2 ｜を小さくするほど、
測定可能なΛ範囲は大きくなる。
【００１０】（従来例３）白色干渉法は、白色光あるい
はそれに近いコヒーレンシーの低い光源を用いて干渉計
測を行うものである（例えば、Ｋｕｍｉｋｏ Ｍａｔｓ
ｕｉ ａｎｄ Ｓａｔｏｓｈｉ Ｋａｗａｔａ：”Ｆｒ
ｉｎｇｅ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔ
ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｐ
ｒｏｆｉｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｍａ
ｔｅｒｉａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，Ｐｒ
ｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．１７２０，（１９９
２），ｐ．１２４〜１３２ 参照）。白色干渉法で通常
使用される光のコヒーレント長は数μｍ程度であり、そ
のレンジしか干渉縞が現れない。また干渉縞の現れる数
μｍの範囲内でも、干渉縞のコントラストの変化が最大
で干渉フリンジピークとなる原器と測定対象面との絶対
距離が０になる場所を、正確に検出することができる。
そこで、白色干渉法を用いた形状測定では、何らかの方
法で原器と測定対象面との距離を連続的に変化させ、原
器と測定対象面との絶対距離が０になる場所を順次マッ
ピングして全面の測定データを得るようにしている。通
常は、干渉計と測定対象物の距離を光軸に沿った方向に
直線走査することによって、マッピングを行う。このよ
うに白色干渉を用いると、１００μｍ程度の広範囲にわ
たって、ｎｍオーダの精度で波長を越える段差や、波長
を越える干渉計と測定対象面との絶対距離を含む形状の
測定が可能となる。
はそれに近いコヒーレンシーの低い光源を用いて干渉計
測を行うものである（例えば、Ｋｕｍｉｋｏ Ｍａｔｓ
ｕｉ ａｎｄ Ｓａｔｏｓｈｉ Ｋａｗａｔａ：”Ｆｒ
ｉｎｇｅ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔ
ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｐ
ｒｏｆｉｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｍａ
ｔｅｒｉａｌ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，Ｐｒ
ｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．１７２０，（１９９
２），ｐ．１２４〜１３２ 参照）。白色干渉法で通常
使用される光のコヒーレント長は数μｍ程度であり、そ
のレンジしか干渉縞が現れない。また干渉縞の現れる数
μｍの範囲内でも、干渉縞のコントラストの変化が最大
で干渉フリンジピークとなる原器と測定対象面との絶対
距離が０になる場所を、正確に検出することができる。
そこで、白色干渉法を用いた形状測定では、何らかの方
法で原器と測定対象面との距離を連続的に変化させ、原
器と測定対象面との絶対距離が０になる場所を順次マッ
ピングして全面の測定データを得るようにしている。通
常は、干渉計と測定対象物の距離を光軸に沿った方向に
直線走査することによって、マッピングを行う。このよ
うに白色干渉を用いると、１００μｍ程度の広範囲にわ
たって、ｎｍオーダの精度で波長を越える段差や、波長
を越える干渉計と測定対象面との絶対距離を含む形状の
測定が可能となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例１の２
光束干渉法によると、測定対象面が波長を越える段差を
含む場合は、なめらかさの仮定を使うことができないの
で、位相アンラップを行うことができず、干渉計測のフ
ローを完遂することができない。また、位相アンラッピ
ングは、ラップされた位相の相対的な縞次数関係をなめ
らかになるように決定するだけなので、絶対的な縞次数
が決定できず、干渉計と測定対象面との絶対距離を測定
することができない。すなわち、２光束干渉法では、確
実に絶対距離が求められるレンジが１波長分以内に限ら
れるので、波長を越える段差や絶対距離を含んだ形状の
測定が不可能であるという欠点がある。
光束干渉法によると、測定対象面が波長を越える段差を
含む場合は、なめらかさの仮定を使うことができないの
で、位相アンラップを行うことができず、干渉計測のフ
ローを完遂することができない。また、位相アンラッピ
ングは、ラップされた位相の相対的な縞次数関係をなめ
らかになるように決定するだけなので、絶対的な縞次数
が決定できず、干渉計と測定対象面との絶対距離を測定
することができない。すなわち、２光束干渉法では、確
実に絶対距離が求められるレンジが１波長分以内に限ら
れるので、波長を越える段差や絶対距離を含んだ形状の
測定が不可能であるという欠点がある。
【００１２】また、従来例２の２波長干渉法は、干渉縞
濃淡の等高線周期そのものを大きくする方法であるた
め、測定可能な範囲Λを大きくすると、それに比例して
測定精度が低下し、サブミクロンを越えるような高精度
な測定が著しく困難となる欠点がある。
濃淡の等高線周期そのものを大きくする方法であるた
め、測定可能な範囲Λを大きくすると、それに比例して
測定精度が低下し、サブミクロンを越えるような高精度
な測定が著しく困難となる欠点がある。
【００１３】また、従来例３の白色干渉法によると、原
器と測定対象面との絶対距離が０になる場所を順次マッ
ピングしていく際に、原器と測定対象面の距離を機械的
に連続変化させながら多数枚の干渉縞画像を記録してい
くため、干渉縞の採取だけでも時間がかかる。それに加
えて、形状情報の抽出のための計算機処理も画像が多数
枚になるため時間がかかる。このため、計測に長時間を
要するという欠点がある。従って、変化しつつある対象
面を測定するような場合や、振動環境で測定を行うよう
な場合や、多数の面領域を測定する場合のように、高速
な測定を必要とする場合に使用することはできない。さ
らに、多数枚の画像を記憶しておくためには、大量のメ
モリや外部記憶装置を用意しなくてはならないため、装
置が高価になるという欠点がある。例えば、上記Ｍａｔ
ｓｕｉらの文献では、１回の測定に２５６枚の画像を採
取するが、これを仮に、最高速のビデオレートで行った
としても、８．５秒を要する。実際には原器と測定対象
面との距離を機械的に連続変化させるのであるから、さ
らに遅くなる可能性がある。また、干渉縞のようを高精
細画像をビデオレートのように高速に採取する装置は高
価である。さらに、もし１枚の干渉縞画像を、最近のＴ
Ｖカメラで一般的に実現可能な程度の解像度５１２×５
１２画素、２５６階調（８ｂｉｔ）で採取したとして
も、２５６枚では、５１２×５１２×８×２５６＝６４
Ｍｂｙｔｅにもなる。大容量メモリが普及している昨今
でも、これだけのデータをハンドリングできる計算機環
境を実現することはまだまだ高価である。もちろん、干
渉縞をさらに高精細に採取る必要がある場合は、画像が
２次元データであることから、桁違いに大容量のメモリ
が必要となる。例えば、ハイビジョンの普及やパーソナ
ルコンピュータの高精細ディスプレイの普及で、１００
０×１０００画素程度の画像も珍しくなくなりつつある
が、そのクラスの画像で干渉縞を採取すると、前記の４
倍である２５６Ｍｂｙｔｅクラスのメモリ容量を１回の
測定データだけのために必要とする。
器と測定対象面との絶対距離が０になる場所を順次マッ
ピングしていく際に、原器と測定対象面の距離を機械的
に連続変化させながら多数枚の干渉縞画像を記録してい
くため、干渉縞の採取だけでも時間がかかる。それに加
えて、形状情報の抽出のための計算機処理も画像が多数
枚になるため時間がかかる。このため、計測に長時間を
要するという欠点がある。従って、変化しつつある対象
面を測定するような場合や、振動環境で測定を行うよう
な場合や、多数の面領域を測定する場合のように、高速
な測定を必要とする場合に使用することはできない。さ
らに、多数枚の画像を記憶しておくためには、大量のメ
モリや外部記憶装置を用意しなくてはならないため、装
置が高価になるという欠点がある。例えば、上記Ｍａｔ
ｓｕｉらの文献では、１回の測定に２５６枚の画像を採
取するが、これを仮に、最高速のビデオレートで行った
としても、８．５秒を要する。実際には原器と測定対象
面との距離を機械的に連続変化させるのであるから、さ
らに遅くなる可能性がある。また、干渉縞のようを高精
細画像をビデオレートのように高速に採取する装置は高
価である。さらに、もし１枚の干渉縞画像を、最近のＴ
Ｖカメラで一般的に実現可能な程度の解像度５１２×５
１２画素、２５６階調（８ｂｉｔ）で採取したとして
も、２５６枚では、５１２×５１２×８×２５６＝６４
Ｍｂｙｔｅにもなる。大容量メモリが普及している昨今
でも、これだけのデータをハンドリングできる計算機環
境を実現することはまだまだ高価である。もちろん、干
渉縞をさらに高精細に採取る必要がある場合は、画像が
２次元データであることから、桁違いに大容量のメモリ
が必要となる。例えば、ハイビジョンの普及やパーソナ
ルコンピュータの高精細ディスプレイの普及で、１００
０×１０００画素程度の画像も珍しくなくなりつつある
が、そのクラスの画像で干渉縞を採取すると、前記の４
倍である２５６Ｍｂｙｔｅクラスのメモリ容量を１回の
測定データだけのために必要とする。
【００１４】従って、本発明の目的は、波長を越える段
差や絶対距離を含んだ形状の測定を高精度かつ高速に行
うことが可能な干渉計測方法および干渉計測装置を提供
することにある。
差や絶対距離を含んだ形状の測定を高精度かつ高速に行
うことが可能な干渉計測方法および干渉計測装置を提供
することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、第１の波長の光波と第２の波長の光波を
基準面および測定対象面に照射し、前記基準面で反射し
た前記第１の波長の光波と前記測定対象面で反射した前
記第１の波長の光波とを干渉させるとともに、前記基準
面で反射した前記第２の波長の光波と前記測定対象面で
反射した前記第２の波長の光波とを干渉させる第１のス
テップと、前記第１の波長の光波の干渉によって生じた
前記第１の波長の干渉縞画像、および前記第２の波長の
光波の干渉によって生じた前記第２の波長の干渉縞画像
を個別に検出する第２のステップと、前記第１の波長の
干渉縞画像に基づいて測定対象波面の２πの区間にラッ
プされた第１の位相分布を演算するとともに、前記第２
の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の２πの区
間にラップされた第２の位相分布を演算する第３のステ
ップと、前記第１および第２の位相分布に基づいて、前
記２πの区間より拡大された所定の測定範囲にわたり、
前記基準面と前記測定対象面との絶対距離の概略情報を
演算する第４のステップと、前記第１および第２の位相
分布のいずれか一方の位相分布に基づいて、前記２πの
区間にわたり、精密な形状情報を演算する第５のステッ
プと、前記絶対距離の概略情報および前記精密な形状情
報に基づいて、前記所定の測定範囲にわたり、前記測定
対象面の精密な絶対形状情報を演算する第６のステップ
を含むことを特徴とする干渉計測方法を提供する。上記
第４のステップでは、第１および第２の位相分布に基づ
いて基準面と測定対象面との絶対距離の概略情報を演算
する。図３に示すように、測定対象面の同じ場所（着目
点）に対応する第１の波長の干渉縞と第２の波長の干渉
縞との間の位相の差は、測定対象面の当該着目点と基準
面との絶対距離（着目点と基準面との光学的距離）によ
って変化する。従って、その位相差から絶対距離を求め
ることができる。その変化量は周期関数であって、その
周期は２波長干渉法と同様に異なる２つの波長λ1 とλ
2 に対して、次の式のΛで与えられる。 Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜ すなわち、絶対距離が求められるレンジは、２πの区間
（λ1 ，λ2 ）より拡大された所定の測定範囲のΛであ
る。このようにして求めた絶対距離は、２波長干渉法と
同様、通常の２光束干渉法と較べると精度が悪い。この
意味で、絶対距離は概略情報であるが、縞次数を定める
には充分な精度を持たせることが可能である。また、第
５のステップでは、第１および第２の位相分布のいずれ
か一方の位相分布に基づいて精密な形状情報を演算す
る。通常の２光束干渉法と同様に、λｎ／５０（但し、
λｎはλ1 もしくはλ2 のうち使用する方を表す。）程
度の高精度で２πの区間にわたり形状情報（１波長以下
の端数成分）が求まる。また、第６のステップでは、絶
対距離の概略情報に基づいて縞次数を求め、求めた縞次
数と２πの区間にラップされた位相分布とを基に、後述
する式（１３），（１４）を用いることによって、波長
を越える段差を持つ面の形状測定や干渉計と測定対象面
の絶対距離測定を含めた形状測定を、λｎより広いΛの
範囲において、高精度に実現することができる。さら
に、測定の際に採取する画像の枚数が白色干渉法に較べ
て圧倒的に少なく、また２つの異なる波長の干渉縞検出
を同時並列に行うことで、従来方法に較べて飛躍的に高
速な測定が可能となる。このように本発明は、２波長干
渉法では不可能な高精度と、白色干渉法では不可能な高
速の両立を図ったものである。
成するために、第１の波長の光波と第２の波長の光波を
基準面および測定対象面に照射し、前記基準面で反射し
た前記第１の波長の光波と前記測定対象面で反射した前
記第１の波長の光波とを干渉させるとともに、前記基準
面で反射した前記第２の波長の光波と前記測定対象面で
反射した前記第２の波長の光波とを干渉させる第１のス
テップと、前記第１の波長の光波の干渉によって生じた
前記第１の波長の干渉縞画像、および前記第２の波長の
光波の干渉によって生じた前記第２の波長の干渉縞画像
を個別に検出する第２のステップと、前記第１の波長の
干渉縞画像に基づいて測定対象波面の２πの区間にラッ
プされた第１の位相分布を演算するとともに、前記第２
の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の２πの区
間にラップされた第２の位相分布を演算する第３のステ
ップと、前記第１および第２の位相分布に基づいて、前
記２πの区間より拡大された所定の測定範囲にわたり、
前記基準面と前記測定対象面との絶対距離の概略情報を
演算する第４のステップと、前記第１および第２の位相
分布のいずれか一方の位相分布に基づいて、前記２πの
区間にわたり、精密な形状情報を演算する第５のステッ
プと、前記絶対距離の概略情報および前記精密な形状情
報に基づいて、前記所定の測定範囲にわたり、前記測定
対象面の精密な絶対形状情報を演算する第６のステップ
を含むことを特徴とする干渉計測方法を提供する。上記
第４のステップでは、第１および第２の位相分布に基づ
いて基準面と測定対象面との絶対距離の概略情報を演算
する。図３に示すように、測定対象面の同じ場所（着目
点）に対応する第１の波長の干渉縞と第２の波長の干渉
縞との間の位相の差は、測定対象面の当該着目点と基準
面との絶対距離（着目点と基準面との光学的距離）によ
って変化する。従って、その位相差から絶対距離を求め
ることができる。その変化量は周期関数であって、その
周期は２波長干渉法と同様に異なる２つの波長λ1 とλ
2 に対して、次の式のΛで与えられる。 Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜ すなわち、絶対距離が求められるレンジは、２πの区間
（λ1 ，λ2 ）より拡大された所定の測定範囲のΛであ
る。このようにして求めた絶対距離は、２波長干渉法と
同様、通常の２光束干渉法と較べると精度が悪い。この
意味で、絶対距離は概略情報であるが、縞次数を定める
には充分な精度を持たせることが可能である。また、第
５のステップでは、第１および第２の位相分布のいずれ
か一方の位相分布に基づいて精密な形状情報を演算す
る。通常の２光束干渉法と同様に、λｎ／５０（但し、
λｎはλ1 もしくはλ2 のうち使用する方を表す。）程
度の高精度で２πの区間にわたり形状情報（１波長以下
の端数成分）が求まる。また、第６のステップでは、絶
対距離の概略情報に基づいて縞次数を求め、求めた縞次
数と２πの区間にラップされた位相分布とを基に、後述
する式（１３），（１４）を用いることによって、波長
を越える段差を持つ面の形状測定や干渉計と測定対象面
の絶対距離測定を含めた形状測定を、λｎより広いΛの
範囲において、高精度に実現することができる。さら
に、測定の際に採取する画像の枚数が白色干渉法に較べ
て圧倒的に少なく、また２つの異なる波長の干渉縞検出
を同時並列に行うことで、従来方法に較べて飛躍的に高
速な測定が可能となる。このように本発明は、２波長干
渉法では不可能な高精度と、白色干渉法では不可能な高
速の両立を図ったものである。
【００１６】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、第１の波長の光波と第２の波長の光波を基準面およ
び測定対象面に照射する光源と、前記基準面で反射した
前記第１の波長の光波と前記測定対象面で反射した前記
第１の波長の光波とを干渉させるとともに、前記基準面
で反射した前記第２の波長の光波と前記測定対象面で反
射した前記第２の波長の光波とを干渉させる光学系と、
前記第１の波長の光波の干渉によって生じた前記第１の
波長の干渉縞画像、および前記第２の波長の光波の干渉
によって生じた前記第２の波長の干渉縞画像を個別に検
出する干渉縞画像検出手段と、前記第１の波長の干渉縞
画像に基づいて測定対象波面の２πの区間にラップされ
た第１の位相分布を演算するとともに、前記第２の波長
の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の２πの区間にラ
ップされた第２の位相分布を演算する位相算出手段と、
前記第１および第２の位相分布に基づいて、前記２πの
区間より拡大された所定の測定範囲にわたり、前記基準
面と前記測定対象面との絶対距離の概略情報を演算する
概略形状算出手段と、前記第１および第２の位相分布の
いずれか一方と前記絶対距離の概略情報に基づいて前記
２πの区間にわたり、精密な形状情報を演算する精密形
状算出手段と、前記絶対距離の概略情報および前記精密
な形状情報に基づいて、前記所定の測定範囲にわたり、
前記測定対象面の精密な絶対形状情報を演算する精密絶
対形状算出手段を有することを特徴とする干渉計測装置
を提供する。
め、第１の波長の光波と第２の波長の光波を基準面およ
び測定対象面に照射する光源と、前記基準面で反射した
前記第１の波長の光波と前記測定対象面で反射した前記
第１の波長の光波とを干渉させるとともに、前記基準面
で反射した前記第２の波長の光波と前記測定対象面で反
射した前記第２の波長の光波とを干渉させる光学系と、
前記第１の波長の光波の干渉によって生じた前記第１の
波長の干渉縞画像、および前記第２の波長の光波の干渉
によって生じた前記第２の波長の干渉縞画像を個別に検
出する干渉縞画像検出手段と、前記第１の波長の干渉縞
画像に基づいて測定対象波面の２πの区間にラップされ
た第１の位相分布を演算するとともに、前記第２の波長
の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の２πの区間にラ
ップされた第２の位相分布を演算する位相算出手段と、
前記第１および第２の位相分布に基づいて、前記２πの
区間より拡大された所定の測定範囲にわたり、前記基準
面と前記測定対象面との絶対距離の概略情報を演算する
概略形状算出手段と、前記第１および第２の位相分布の
いずれか一方と前記絶対距離の概略情報に基づいて前記
２πの区間にわたり、精密な形状情報を演算する精密形
状算出手段と、前記絶対距離の概略情報および前記精密
な形状情報に基づいて、前記所定の測定範囲にわたり、
前記測定対象面の精密な絶対形状情報を演算する精密絶
対形状算出手段を有することを特徴とする干渉計測装置
を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態に係る干渉計測装置を示す。この干渉計測装置１
は、水平に配置されたテーブル２と、テーブル２の上に
立設された柱３とを有し、テーブル２上に測定対象物４
を上下動させるピエゾステージ５を載置し、柱３に干渉
計６を設けている。
を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態に係る干渉計測装置を示す。この干渉計測装置１
は、水平に配置されたテーブル２と、テーブル２の上に
立設された柱３とを有し、テーブル２上に測定対象物４
を上下動させるピエゾステージ５を載置し、柱３に干渉
計６を設けている。
【００１８】干渉計６は、第１の波長λ1 と第２の波長
λ2 の２種類のレーザ光を同時に発振する例えばアルゴ
ンイオンレーザの如きレーザ光源６０と、レーザ光源６
０からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ６１
と、コリメータレンズ６１からの平行光の一部を測定対
象物４側に反射させる第１のハーフミラー６２Ａと、第
１のハーフミラー６２Ａの測定対象物４側に配置され、
通常の顕微鏡対物レンズと同様の結像性能を有する対物
レンズ６３と、基準面としての平面原器６４と、対物レ
ンズ６３からの光の一部を測定対象物４に導き、残りの
一部を平面原器６４に導く第２のハーフミラー６２Ｂ
と、測定対象物４の表面（測定対象面）４ａと平面原器
６４で各々反射された光が第２のハーフミラー６２Ｂに
戻り、そこで重ねられて生成された干渉光を第１の波長
λ1 の光と第２の波長λ2 の光に選別するダイクロイッ
クミラー６５と、第１の波長λ1 の光を第１の結像レン
ズ６６Ａを介して撮像する第１の撮像管６７Ａと、第２
の波長λ2 の光を第２の結像レンズ６６Ｂを介して撮像
する第２の撮像管６７Ｂとを備えている。なお、対物レ
ンズ６３，平面原器６４および第２のハーフミラー６２
Ｂにより、いわゆるマイケルソン干渉計を構成する。
λ2 の２種類のレーザ光を同時に発振する例えばアルゴ
ンイオンレーザの如きレーザ光源６０と、レーザ光源６
０からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ６１
と、コリメータレンズ６１からの平行光の一部を測定対
象物４側に反射させる第１のハーフミラー６２Ａと、第
１のハーフミラー６２Ａの測定対象物４側に配置され、
通常の顕微鏡対物レンズと同様の結像性能を有する対物
レンズ６３と、基準面としての平面原器６４と、対物レ
ンズ６３からの光の一部を測定対象物４に導き、残りの
一部を平面原器６４に導く第２のハーフミラー６２Ｂ
と、測定対象物４の表面（測定対象面）４ａと平面原器
６４で各々反射された光が第２のハーフミラー６２Ｂに
戻り、そこで重ねられて生成された干渉光を第１の波長
λ1 の光と第２の波長λ2 の光に選別するダイクロイッ
クミラー６５と、第１の波長λ1 の光を第１の結像レン
ズ６６Ａを介して撮像する第１の撮像管６７Ａと、第２
の波長λ2 の光を第２の結像レンズ６６Ｂを介して撮像
する第２の撮像管６７Ｂとを備えている。なお、対物レ
ンズ６３，平面原器６４および第２のハーフミラー６２
Ｂにより、いわゆるマイケルソン干渉計を構成する。
【００１９】また、干渉計測装置１は、ピエゾステージ
５を駆動するピエゾドライバ７と、第１および第２の撮
像管６７Ａ，６７Ｂからの干渉縞の画像信号をデジタル
の干渉縞画像データに変換するイメージデジタイザ８
と、ピエゾドライバ７を制御するとともに、イメージデ
ジタイザ８からのデジタルデータを基に測定対象面４ａ
の形状を求めるコンピュータ９とを備えている。なお、
９ａは後述する制御部９０を備えるコンピュータ本体、
９ｂは測定結果を表示するディスプレイ、９ｃはキーボ
ードである。
５を駆動するピエゾドライバ７と、第１および第２の撮
像管６７Ａ，６７Ｂからの干渉縞の画像信号をデジタル
の干渉縞画像データに変換するイメージデジタイザ８
と、ピエゾドライバ７を制御するとともに、イメージデ
ジタイザ８からのデジタルデータを基に測定対象面４ａ
の形状を求めるコンピュータ９とを備えている。なお、
９ａは後述する制御部９０を備えるコンピュータ本体、
９ｂは測定結果を表示するディスプレイ、９ｃはキーボ
ードである。
【００２０】レーザ光源６０は、第１の波長λ1 として
４８８ｎｍ（青色）、第２の波長λ 2 として５１４．５
ｎｍ（緑色）の２種類の波長のレーザ光を同時に発振す
るようにレーザ光源６０内の共振器が設定されており、
具体的には通常のレーザー共振器に適当に選んだエタロ
ンを挿入して調整されている。
４８８ｎｍ（青色）、第２の波長λ 2 として５１４．５
ｎｍ（緑色）の２種類の波長のレーザ光を同時に発振す
るようにレーザ光源６０内の共振器が設定されており、
具体的には通常のレーザー共振器に適当に選んだエタロ
ンを挿入して調整されている。
【００２１】ダイクロイックミラー６５は、波長選別機
能を有し、第１の波長λ1 の波長４８８ｎｍの光が透過
し、第２の波長λ2 の波長５１４．５ｎｍの光が反射す
るように構成されている。
能を有し、第１の波長λ1 の波長４８８ｎｍの光が透過
し、第２の波長λ2 の波長５１４．５ｎｍの光が反射す
るように構成されている。
【００２２】図２はコンピュータ９の機能ブロック図で
ある。コンピュータ本体９ａは、本装置１全体の制御を
司るＣＰＵ、ＣＰＵのプログラムが記憶されたＲＯＭ、
および測定対象面４ａの形状を求めるのに必要な各種の
情報を記憶するＲＡＭ等からなる制御部９０を備える。
この制御部９０は、イメージデジタイザ８からの干渉縞
画像データを基に測定対象面４ａの精密な絶対形状情報
を算出する処理を行うものであり、機能的には、干渉縞
画像取得手段９１、位相算出手段９２、概略形状算出手
段９３、縞次数検出手段９４、端数形状情報算出手段９
５、および精密絶対形状算出手段９６を有する。
ある。コンピュータ本体９ａは、本装置１全体の制御を
司るＣＰＵ、ＣＰＵのプログラムが記憶されたＲＯＭ、
および測定対象面４ａの形状を求めるのに必要な各種の
情報を記憶するＲＡＭ等からなる制御部９０を備える。
この制御部９０は、イメージデジタイザ８からの干渉縞
画像データを基に測定対象面４ａの精密な絶対形状情報
を算出する処理を行うものであり、機能的には、干渉縞
画像取得手段９１、位相算出手段９２、概略形状算出手
段９３、縞次数検出手段９４、端数形状情報算出手段９
５、および精密絶対形状算出手段９６を有する。
【００２３】次に、制御部９０の上記各手段９１〜９６
を説明する。干渉縞画像取得手段９１は、位相シフト法
（例えば縞走査干渉測定法）により、ピエゾドライバ７
を制御して測定対象物４を上下方向に移動させ、干渉計
６と測定対象面４ａとの距離をλ／４ずつ変化させなが
ら波長毎に４枚の干渉縞画像データを取り込むものであ
る。
を説明する。干渉縞画像取得手段９１は、位相シフト法
（例えば縞走査干渉測定法）により、ピエゾドライバ７
を制御して測定対象物４を上下方向に移動させ、干渉計
６と測定対象面４ａとの距離をλ／４ずつ変化させなが
ら波長毎に４枚の干渉縞画像データを取り込むものであ
る。
【００２４】位相算出手段９２は、干渉縞画像取得手段
９１が取得した干渉縞画像データを基に、以下の式
（６）および式（７）を用いて、第１の波長λ1 の位相
分布ψ1(x,y) と、第２の波長λ2 の位相分布ψ2 (x,y)
を算出するものである。 ψ1 (x,y) ＝arctan〔｛Ia4 (x,y) −Ia2 (x,y) ｝／｛Ia1 (x,y) −Ia3 (x,y) ｝］ …（６） ψ2 (x,y) ＝arctan［｛Ib4 (x,y) −Ib2 (x,y) ｝／｛Ib1 (x,y) −Ib3 (x,y) ｝］ …（７） なお、arctanが多価関数であるため、既に述べたように
ψ1 (x,y) およびψ2(x,y) は２πの区間に折り返され
た位相、すなわちラップされた位相として得られる。ま
た、取り込んだ第１の波長λ1 の４枚の干渉縞画像デー
タをＩａ1 (x,y) 、Ｉａ2 (x,y) 、Ｉａ3 (x,y) 、Ｉａ
4 (x,y) 、同様に第２の波長λ2 の４枚の干渉縞画像デ
ータをＩｂ1 (x,y) 、Ｉｂ2 (x,y) 、Ｉｂ3 (x,y) 、Ｉ
ｂ4 (x,y) とする。
９１が取得した干渉縞画像データを基に、以下の式
（６）および式（７）を用いて、第１の波長λ1 の位相
分布ψ1(x,y) と、第２の波長λ2 の位相分布ψ2 (x,y)
を算出するものである。 ψ1 (x,y) ＝arctan〔｛Ia4 (x,y) −Ia2 (x,y) ｝／｛Ia1 (x,y) −Ia3 (x,y) ｝］ …（６） ψ2 (x,y) ＝arctan［｛Ib4 (x,y) −Ib2 (x,y) ｝／｛Ib1 (x,y) −Ib3 (x,y) ｝］ …（７） なお、arctanが多価関数であるため、既に述べたように
ψ1 (x,y) およびψ2(x,y) は２πの区間に折り返され
た位相、すなわちラップされた位相として得られる。ま
た、取り込んだ第１の波長λ1 の４枚の干渉縞画像デー
タをＩａ1 (x,y) 、Ｉａ2 (x,y) 、Ｉａ3 (x,y) 、Ｉａ
4 (x,y) 、同様に第２の波長λ2 の４枚の干渉縞画像デ
ータをＩｂ1 (x,y) 、Ｉｂ2 (x,y) 、Ｉｂ3 (x,y) 、Ｉ
ｂ4 (x,y) とする。
【００２５】概略形状算出手段９３は、位相算出手段９
２が求めたψ1 (x,y) およびψ2 (x,y) を基に、式
（８）を用いて測定対象面４ａの各点と原器６４との絶
対距離（原器６４と測定対象面４ａとの光学的距離）の
概略情報ｈｇ(x,y) を算出し、その算出結果を縞次数検
出手段９４に出力するものである。 ｈｇ(x,y) ＝｛1/(2π×k)｝・｛( ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y))/(1/λ1 −1/λ2)｝ …（８） 図３に示すように、測定対象面の同じ場所（着目点）に
対応する第１の波長λ 1 の干渉縞と第２の波長λ2 の干
渉縞との間の位相の差は、測定対象面４ａの当該着目点
と原器６４との絶対距離によって変化する。従って、そ
の位相差から絶対距離を求めることができる。その変化
量は周期関数であって、その周期は２波長干渉法と同様
に異なる２つの波長λ1 とλ2 に対して、上記式（５）
と同じ次の式で与えられる。 Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜ すなわち、絶対距離が求められるレンジは、２πの区間
（λ1 ，λ2 ）より拡大された所定の測定範囲のΛであ
る。このようにして求めた絶対距離は、２波長干渉法と
同様、通常の２光束干渉法と較べると精度が悪い。この
意味で、絶対距離は概略情報であるが、縞次数を定める
には充分な精度を持たせることが可能である。ここで、
上記式（８）のｈｇ(x,y) が絶対距離の概略情報である
理由を以下に述べる。ラップされた位相ψと実際の絶対
距離あるいは形状ｈとの関係は式（９）で表される。 ｈｇ・（２π×ｋ）／λ＝ψ＋２π×Ｎ …（９） 但し、ｋ：反射測定の場合は２、透過測定の場合は１ Ｎ：波長λでの縞次数 ψ測定を反射で行う場合は、光波が往復するため、同じ
距離の差でも位相差は２倍になり、ｋ＝２となる。この
ことは、干渉縞１フリンジが示す距離（干渉縞の間隔）
が反射と透過で２倍異なることに対応する。次に、λ1
とλ2 について上記式（９）を作り、辺々引き算して整
理すると式（１０）となる。 ｈｇ ＝｛1/(2π×k)｝・［｛( ψ1 −ψ2)＋２π×ΔN ｝/(1/λ1 −1/λ2)］ …（１０） ここで、ΔＮ＝Ｎ（λ1 ）−Ｎ（λ2 ）である。ｈｇが
Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜より小さいときは、λ
1 の縞次数Ｎ（λ 1 ）とλ2 の縞次数Ｎ（λ2 ）が等し
く、ΔＮ＝０となる。従って、上記ｈｇの式（８）が得
られる。
２が求めたψ1 (x,y) およびψ2 (x,y) を基に、式
（８）を用いて測定対象面４ａの各点と原器６４との絶
対距離（原器６４と測定対象面４ａとの光学的距離）の
概略情報ｈｇ(x,y) を算出し、その算出結果を縞次数検
出手段９４に出力するものである。 ｈｇ(x,y) ＝｛1/(2π×k)｝・｛( ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y))/(1/λ1 −1/λ2)｝ …（８） 図３に示すように、測定対象面の同じ場所（着目点）に
対応する第１の波長λ 1 の干渉縞と第２の波長λ2 の干
渉縞との間の位相の差は、測定対象面４ａの当該着目点
と原器６４との絶対距離によって変化する。従って、そ
の位相差から絶対距離を求めることができる。その変化
量は周期関数であって、その周期は２波長干渉法と同様
に異なる２つの波長λ1 とλ2 に対して、上記式（５）
と同じ次の式で与えられる。 Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜ すなわち、絶対距離が求められるレンジは、２πの区間
（λ1 ，λ2 ）より拡大された所定の測定範囲のΛであ
る。このようにして求めた絶対距離は、２波長干渉法と
同様、通常の２光束干渉法と較べると精度が悪い。この
意味で、絶対距離は概略情報であるが、縞次数を定める
には充分な精度を持たせることが可能である。ここで、
上記式（８）のｈｇ(x,y) が絶対距離の概略情報である
理由を以下に述べる。ラップされた位相ψと実際の絶対
距離あるいは形状ｈとの関係は式（９）で表される。 ｈｇ・（２π×ｋ）／λ＝ψ＋２π×Ｎ …（９） 但し、ｋ：反射測定の場合は２、透過測定の場合は１ Ｎ：波長λでの縞次数 ψ測定を反射で行う場合は、光波が往復するため、同じ
距離の差でも位相差は２倍になり、ｋ＝２となる。この
ことは、干渉縞１フリンジが示す距離（干渉縞の間隔）
が反射と透過で２倍異なることに対応する。次に、λ1
とλ2 について上記式（９）を作り、辺々引き算して整
理すると式（１０）となる。 ｈｇ ＝｛1/(2π×k)｝・［｛( ψ1 −ψ2)＋２π×ΔN ｝/(1/λ1 −1/λ2)］ …（１０） ここで、ΔＮ＝Ｎ（λ1 ）−Ｎ（λ2 ）である。ｈｇが
Λ＝λ1 ×λ2 ／｜λ1 −λ2 ｜より小さいときは、λ
1 の縞次数Ｎ（λ 1 ）とλ2 の縞次数Ｎ（λ2 ）が等し
く、ΔＮ＝０となる。従って、上記ｈｇの式（８）が得
られる。
【００２６】縞次数検出手段９４は、概略形状算出手段
９３が求めたｈｇ(x,y) を基に、式（１１）および式
（１２）を満足するようにｎｇ1 (x,y) あるいはｎｇ2
(x,y)の一方を定め、λ1 あるいはλ2 の一方の単一の
波長に対する縞次数ｎｇ1 (x,y) あるいは縞次数ｎｇ2
(x,y) を算出するものである。 ｎｇ1 (x,y) ×λ1 ＞ｈｇ(x,y) ≧｛ｎｇ1 (x,y) −１｝×λ1 …（１１） ｎｇ2 (x,y) ×λ2 ＞ｈｇ(x,y) ≧｛ｎｇ2 (x,y) −１｝×λ2 …（１２）
９３が求めたｈｇ(x,y) を基に、式（１１）および式
（１２）を満足するようにｎｇ1 (x,y) あるいはｎｇ2
(x,y)の一方を定め、λ1 あるいはλ2 の一方の単一の
波長に対する縞次数ｎｇ1 (x,y) あるいは縞次数ｎｇ2
(x,y) を算出するものである。 ｎｇ1 (x,y) ×λ1 ＞ｈｇ(x,y) ≧｛ｎｇ1 (x,y) −１｝×λ1 …（１１） ｎｇ2 (x,y) ×λ2 ＞ｈｇ(x,y) ≧｛ｎｇ2 (x,y) −１｝×λ2 …（１２）
【００２７】端数形状情報算出手段９５は、位相算出手
段９２が求めたψ1 (x,y) あるいはψ2 (x,y) を基に、
次の式（１３）を用いてλ1 あるいはλ2 の１波長未満
の端数成分である端数形状情報ｈｓk (x,y) を算出する
ものである。 ｈｓk (x,y) ＝ψk (x,y) ×λk ／２π …（１３） 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２
段９２が求めたψ1 (x,y) あるいはψ2 (x,y) を基に、
次の式（１３）を用いてλ1 あるいはλ2 の１波長未満
の端数成分である端数形状情報ｈｓk (x,y) を算出する
ものである。 ｈｓk (x,y) ＝ψk (x,y) ×λk ／２π …（１３） 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２
【００２８】精密絶対形状算出手段９６は、縞次数検出
手段９４が求めた縞次数ｎｇk (x,y) と、端数形状情報
算出手段９５が求めた端数形状情報ｈｓk (x,y) を基
に、次の式（１４）を用いて総合的な精密絶対形状情報
ｈ(x,y) を算出するものである。 ｈk (x,y) ＝ｎｇk (x,y) ×λk ＋ｈｓk (x,y) …（１４） 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２
手段９４が求めた縞次数ｎｇk (x,y) と、端数形状情報
算出手段９５が求めた端数形状情報ｈｓk (x,y) を基
に、次の式（１４）を用いて総合的な精密絶対形状情報
ｈ(x,y) を算出するものである。 ｈk (x,y) ＝ｎｇk (x,y) ×λk ＋ｈｓk (x,y) …（１４） 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２
【００２９】次に、本装置１の動作を説明する。まず、
コンピュータ９内の制御部９０の干渉縞画像取得手段９
１は、位相シフト法（例えば縞走査干渉測定法）によ
り、ピエゾドライバ７を制御して測定対象物４を上下方
向に移動させ、干渉計６と測定対象面４ａとの距離をλ
／４ずつ変化させながら波長毎に４枚の干渉縞画像デー
タを取り込む。
コンピュータ９内の制御部９０の干渉縞画像取得手段９
１は、位相シフト法（例えば縞走査干渉測定法）によ
り、ピエゾドライバ７を制御して測定対象物４を上下方
向に移動させ、干渉計６と測定対象面４ａとの距離をλ
／４ずつ変化させながら波長毎に４枚の干渉縞画像デー
タを取り込む。
【００３０】ここで、１枚の干渉縞画像データを取得す
る場合について説明する。レーザ光源６０から出射され
た２種の波長λ1 ，λ2 からなるレーザ光は、コリメー
タレンズ６１で平行光にされ、第１のハーフミラー６２
Ａによってその一部の光が反射され、対物レンズ６３に
到達する。対物レンズ６３からの光は第２のハーフミラ
ー６２Ｂで一部が測定対象面４ａに導かれ、残りの一部
が平面原器６４に導かれる。測定対象面４ａと平面原器
６４で各々反射された光は、再び第２のハーフミラー６
２Ｂへ戻り、そこで重ねられて干渉光となる。対物レン
ズ６３から出た光は、その一部が第１のハーフミラー６
２Ａを透過して、ダイクロイックミラー６５に到達す
る。従って、波長４８８ｎｍの光は、第１の結像レンズ
６６Ａを経て第１の撮像管６７Ａに到達し、波長５１
４．５ｎｍの光は、第２の結像レンズ６６Ｂを経て第２
の撮像管６７Ｂに到達する。このようにして、第１の撮
像管６７Ａでは波長４８８ｎｍの光のみによる干渉縞の
画像が、第２の撮像管６７Ｂでは波長５１４．５ｎｍの
光のみによる干渉縞の画像が、個別同時に光強度として
検出される。波長毎に検出された干渉縞の画像信号は、
イメージデジタイザ８でデジタルの干渉縞画像データに
変換され、コンピュータ９内の制御部９０に転送され
る。このようにして制御部９０の干渉縞画像取得手段９
１は、波長毎に４枚の干渉縞画像データを取得し、位相
算出手段９２に出力する。この干渉縞画像データは、従
来の技術で説明した式（１）に示すように、ａ(x,y) 、
ｂ(x,y) 、φ(x,y) が未知量であるので、δを変化させ
て最低３枚の干渉縞画像データを取得すれば、φ(x,y)
を求めることができるが、ここでは、計算精度および計
算速度を考慮して４枚の干渉縞画像データを取得するよ
うにしたものである。
る場合について説明する。レーザ光源６０から出射され
た２種の波長λ1 ，λ2 からなるレーザ光は、コリメー
タレンズ６１で平行光にされ、第１のハーフミラー６２
Ａによってその一部の光が反射され、対物レンズ６３に
到達する。対物レンズ６３からの光は第２のハーフミラ
ー６２Ｂで一部が測定対象面４ａに導かれ、残りの一部
が平面原器６４に導かれる。測定対象面４ａと平面原器
６４で各々反射された光は、再び第２のハーフミラー６
２Ｂへ戻り、そこで重ねられて干渉光となる。対物レン
ズ６３から出た光は、その一部が第１のハーフミラー６
２Ａを透過して、ダイクロイックミラー６５に到達す
る。従って、波長４８８ｎｍの光は、第１の結像レンズ
６６Ａを経て第１の撮像管６７Ａに到達し、波長５１
４．５ｎｍの光は、第２の結像レンズ６６Ｂを経て第２
の撮像管６７Ｂに到達する。このようにして、第１の撮
像管６７Ａでは波長４８８ｎｍの光のみによる干渉縞の
画像が、第２の撮像管６７Ｂでは波長５１４．５ｎｍの
光のみによる干渉縞の画像が、個別同時に光強度として
検出される。波長毎に検出された干渉縞の画像信号は、
イメージデジタイザ８でデジタルの干渉縞画像データに
変換され、コンピュータ９内の制御部９０に転送され
る。このようにして制御部９０の干渉縞画像取得手段９
１は、波長毎に４枚の干渉縞画像データを取得し、位相
算出手段９２に出力する。この干渉縞画像データは、従
来の技術で説明した式（１）に示すように、ａ(x,y) 、
ｂ(x,y) 、φ(x,y) が未知量であるので、δを変化させ
て最低３枚の干渉縞画像データを取得すれば、φ(x,y)
を求めることができるが、ここでは、計算精度および計
算速度を考慮して４枚の干渉縞画像データを取得するよ
うにしたものである。
【００３１】次に、位相算出手段９２は、干渉縞画像取
得手段９１が取得した干渉縞画像データを基に、上記式
（６）および式（７）を用いて、第１の波長λ1 の位相
分布ψ1 (x,y) と、第２の波長λ2 の位相分布ψ2 (x,
y) を算出し、その算出結果を概略形状算出手段９３お
よび端数形状情報算出手段９５に出力する。
得手段９１が取得した干渉縞画像データを基に、上記式
（６）および式（７）を用いて、第１の波長λ1 の位相
分布ψ1 (x,y) と、第２の波長λ2 の位相分布ψ2 (x,
y) を算出し、その算出結果を概略形状算出手段９３お
よび端数形状情報算出手段９５に出力する。
【００３２】次に、概略形状算出手段９３は、位相算出
手段９２が求めたψ1 (x,y) ，ψ2(x,y) を基に、上記
式（８）を用いて測定対象面４ａの各点と原器６４との
絶対距離（原器６４と測定対象面４ａの光学的な距離の
差）の概略情報ｈｇ(x,y) を算出し、その算出結果を縞
次数検出手段９４に出力する。
手段９２が求めたψ1 (x,y) ，ψ2(x,y) を基に、上記
式（８）を用いて測定対象面４ａの各点と原器６４との
絶対距離（原器６４と測定対象面４ａの光学的な距離の
差）の概略情報ｈｇ(x,y) を算出し、その算出結果を縞
次数検出手段９４に出力する。
【００３３】次に、縞次数検出手段９４は、概略形状算
出手段９３が求めたｈｇ(x,y) を基に、上記式（１１）
および式（１２）を満足するようにｎｇ1 (x,y) あるい
はｎｇ2 (x,y) の一方を定め、λ1 あるいはλ2 の一方
の単一の波長に対する縞次数ｎｇ1 (x,y) あるいは縞次
数ｎｇ2 (x,y) を算出し、その算出結果を精密絶対形状
算出手段９６に出力する。
出手段９３が求めたｈｇ(x,y) を基に、上記式（１１）
および式（１２）を満足するようにｎｇ1 (x,y) あるい
はｎｇ2 (x,y) の一方を定め、λ1 あるいはλ2 の一方
の単一の波長に対する縞次数ｎｇ1 (x,y) あるいは縞次
数ｎｇ2 (x,y) を算出し、その算出結果を精密絶対形状
算出手段９６に出力する。
【００３４】次に、端数形状情報算出手段９５は、位相
算出手段９２が求めたψ1 (x,y) あるいはψ2 (x,y) を
基に、上記式（１３）を用いてλ1 あるいはλ2 の１波
長未満の端数成分である端数形状情報ｈｓk (x,y) を算
出し、その算出結果を精密絶対形状算出手段９６に出力
する。
算出手段９２が求めたψ1 (x,y) あるいはψ2 (x,y) を
基に、上記式（１３）を用いてλ1 あるいはλ2 の１波
長未満の端数成分である端数形状情報ｈｓk (x,y) を算
出し、その算出結果を精密絶対形状算出手段９６に出力
する。
【００３５】次に、精密絶対形状算出手段９６は、縞次
数検出手段９４が求めた縞次数ｎｇ k (x,y) と、端数形
状情報算出手段９５が求めた端数形状情報ｈｓk (x,y)
を基に、次の式（１４）を用いて総合的な精密絶対形状
情報ｈ(x,y) を算出する。
数検出手段９４が求めた縞次数ｎｇ k (x,y) と、端数形
状情報算出手段９５が求めた端数形状情報ｈｓk (x,y)
を基に、次の式（１４）を用いて総合的な精密絶対形状
情報ｈ(x,y) を算出する。
【００３６】制御部９０は、求めた精密絶対形状情報ｈ
(x,y) をディスプレイ９ｂに表示する。
(x,y) をディスプレイ９ｂに表示する。
【００３７】上記第１の実施の形態によれば、以下の効
果が得られる。 (イ) ２つの波長λ1 ，λ2 を用いているので、絶対距離
ｈが求められるレンジΛが広くなり（９４７５０ｎｍ＝
９４．７５μｍ）、波長λ1 ，λ2 を越える段差や絶対
距離を含んだ形状の測定が可能になる。 (ロ) λ1 あるいはλ2 の一方の単一の波長の位相分布ψ
1 (x,y) あるいはψ2(x,y) に基づいて端数形状情報ｈ
ｓk (x,y) を求めているので、１波長以下の端数成分を
精度良く求めることができる。この方法は通常の２光束
干渉法と同等であるので、λｎ／５０程度の精度は容易
に得ることができる（但し、λｎはλ1あるいは
λ2 ）。この結果、測定対象面の精密な絶対形状情報ｈ
(x,y) を得ることができる。 (ハ) 干渉計６と測定対象面４ａとの距離をλ／４ずつ変
化させながら、波長毎に４枚の干渉縞画像データを取り
込む位相シフト法（縞走査干渉測定法）を採用している
ので、高速に形状を測定することが可能となる。さら
に、干渉縞を検出する手段として、２次元的な領域で光
強度を検出できる撮像管６７Ａ，６７Ｂを使用している
ので、測定対象面４ａの一定範囲ついての測定を１度に
行うことができ、高速な測定が可能になる。従って、従
来例３の白色干渉法では、最短で８．５秒要していたも
のが、本装置１によれば、１秒以内に大幅に短縮するこ
とができる。 (ニ) 絶対距離の概略情報ｈｇ(x,y) の測定誤差が、第１
および第２の波長λ1，λ2 のうち長い方の干渉縞の間
隔より小さくなるように第１および第２の波長λ1 ，λ
2 を予め選定しているので、縞次数の判定を必要な精度
で確実に行うことができるため、縞次数判定の誤りによ
る誤差を防止できる。 (ホ) 白色干渉と異なり、広いレンジで信号が得られるた
め、測定対象面と干渉計の相対位置姿勢の初期調整のた
めの信号もより広い範囲で得ることができる。そのた
め、白色干渉法において著しく困難であった初期位置姿
勢調整を容易に行うことができる。 (ヘ) 短時間に測定できるので、工場現場などの振動や騒
音のある場所でも、防振台なしに使用することができ
る。
果が得られる。 (イ) ２つの波長λ1 ，λ2 を用いているので、絶対距離
ｈが求められるレンジΛが広くなり（９４７５０ｎｍ＝
９４．７５μｍ）、波長λ1 ，λ2 を越える段差や絶対
距離を含んだ形状の測定が可能になる。 (ロ) λ1 あるいはλ2 の一方の単一の波長の位相分布ψ
1 (x,y) あるいはψ2(x,y) に基づいて端数形状情報ｈ
ｓk (x,y) を求めているので、１波長以下の端数成分を
精度良く求めることができる。この方法は通常の２光束
干渉法と同等であるので、λｎ／５０程度の精度は容易
に得ることができる（但し、λｎはλ1あるいは
λ2 ）。この結果、測定対象面の精密な絶対形状情報ｈ
(x,y) を得ることができる。 (ハ) 干渉計６と測定対象面４ａとの距離をλ／４ずつ変
化させながら、波長毎に４枚の干渉縞画像データを取り
込む位相シフト法（縞走査干渉測定法）を採用している
ので、高速に形状を測定することが可能となる。さら
に、干渉縞を検出する手段として、２次元的な領域で光
強度を検出できる撮像管６７Ａ，６７Ｂを使用している
ので、測定対象面４ａの一定範囲ついての測定を１度に
行うことができ、高速な測定が可能になる。従って、従
来例３の白色干渉法では、最短で８．５秒要していたも
のが、本装置１によれば、１秒以内に大幅に短縮するこ
とができる。 (ニ) 絶対距離の概略情報ｈｇ(x,y) の測定誤差が、第１
および第２の波長λ1，λ2 のうち長い方の干渉縞の間
隔より小さくなるように第１および第２の波長λ1 ，λ
2 を予め選定しているので、縞次数の判定を必要な精度
で確実に行うことができるため、縞次数判定の誤りによ
る誤差を防止できる。 (ホ) 白色干渉と異なり、広いレンジで信号が得られるた
め、測定対象面と干渉計の相対位置姿勢の初期調整のた
めの信号もより広い範囲で得ることができる。そのた
め、白色干渉法において著しく困難であった初期位置姿
勢調整を容易に行うことができる。 (ヘ) 短時間に測定できるので、工場現場などの振動や騒
音のある場所でも、防振台なしに使用することができ
る。
【００３８】図４は本発明の第２の実施の形態に係る干
渉計測装置を示す。なお、第１の実施の形態と同一の機
能を有するものには同一の符号を用いてその詳細な説明
は省略する。この干渉計測装置１０は、水平に配置され
たテーブル１１と、テーブル１１の上に立設された一対
の柱１２，１２と、一対の柱１２，１２間に架設された
レール１３Ａおよび直進部１３Ｂからなる直進ステージ
１３とを有し、テーブル１１上に測定対象物４を上下動
させるピエゾステージ５を載置し、直進ステージ１３の
直進部１３Ｂに干渉計１６を設け、干渉計１６を直進ス
テージ１３によって水平方向に移動させて測定対象面４
ａ上を走査し、広い領域の計測ができるように構成した
ものである。
渉計測装置を示す。なお、第１の実施の形態と同一の機
能を有するものには同一の符号を用いてその詳細な説明
は省略する。この干渉計測装置１０は、水平に配置され
たテーブル１１と、テーブル１１の上に立設された一対
の柱１２，１２と、一対の柱１２，１２間に架設された
レール１３Ａおよび直進部１３Ｂからなる直進ステージ
１３とを有し、テーブル１１上に測定対象物４を上下動
させるピエゾステージ５を載置し、直進ステージ１３の
直進部１３Ｂに干渉計１６を設け、干渉計１６を直進ス
テージ１３によって水平方向に移動させて測定対象面４
ａ上を走査し、広い領域の計測ができるように構成した
ものである。
【００３９】干渉計１６は、第１の波長λ1 として４８
８ｎｍ（青色）のレーザ光を出射する第１のレーザ光源
１６０Ａと、第２の波長λ2 として５１４．５ｎｍ（緑
色）のレーザ光を出射する第２のレーザ光源１６０Ｂ
と、第１のレーザ光源１６０Ａからのレーザ光を平行光
にする第１のコリメータレンズ１６１Ａと、第２のレー
ザ光源１６０Ｂからのレーザ光を平行光にする第２のコ
リメータレンズ１６１Ｂと、第１のレーザ光源１６０Ａ
からの第１の波長λ1 の光を透過させ、第２のレーザ光
源１６０Ｂからの第２の波長λ2 の光を反射させるダイ
クロイックミラー１６２と、第１および第２のコリメー
タレンズ１６１Ａ，１６１Ｂからの平行光の一部を測定
対象物４側に反射させる第１のハーフミラー１６３Ａ
と、第１のハーフミラー１６３Ａの測定対象物４側に配
置され、通常の顕微鏡対物レンズと同様の結像性能を有
する対物レンズ１６４と、対物レンズ１６４と測定対象
物４との間に配置された基準面としての平面原器１６５
と、対物レンズ１６４からの光を一部を測定対象物４に
導き、残りの一部を平面原器１６５に導く第２のハーフ
ミラー１６３Ｂと、測定対象物４の表面（測定対象面）
４ａと平面原器１６５で各々反射されたレーザ光が第２
のハーフミラー１６３Ｂに戻り、そこで重ねられた干渉
光を結像レンズ１６６を介して撮像するカラーＣＣＤカ
メラ１６７とを備えている。なお、対物レンズ１６５，
平面原器１６５および第２のハーフミラー１６３Ｂによ
り、いわゆるミラウ干渉計を構成する。
８ｎｍ（青色）のレーザ光を出射する第１のレーザ光源
１６０Ａと、第２の波長λ2 として５１４．５ｎｍ（緑
色）のレーザ光を出射する第２のレーザ光源１６０Ｂ
と、第１のレーザ光源１６０Ａからのレーザ光を平行光
にする第１のコリメータレンズ１６１Ａと、第２のレー
ザ光源１６０Ｂからのレーザ光を平行光にする第２のコ
リメータレンズ１６１Ｂと、第１のレーザ光源１６０Ａ
からの第１の波長λ1 の光を透過させ、第２のレーザ光
源１６０Ｂからの第２の波長λ2 の光を反射させるダイ
クロイックミラー１６２と、第１および第２のコリメー
タレンズ１６１Ａ，１６１Ｂからの平行光の一部を測定
対象物４側に反射させる第１のハーフミラー１６３Ａ
と、第１のハーフミラー１６３Ａの測定対象物４側に配
置され、通常の顕微鏡対物レンズと同様の結像性能を有
する対物レンズ１６４と、対物レンズ１６４と測定対象
物４との間に配置された基準面としての平面原器１６５
と、対物レンズ１６４からの光を一部を測定対象物４に
導き、残りの一部を平面原器１６５に導く第２のハーフ
ミラー１６３Ｂと、測定対象物４の表面（測定対象面）
４ａと平面原器１６５で各々反射されたレーザ光が第２
のハーフミラー１６３Ｂに戻り、そこで重ねられた干渉
光を結像レンズ１６６を介して撮像するカラーＣＣＤカ
メラ１６７とを備えている。なお、対物レンズ１６５，
平面原器１６５および第２のハーフミラー１６３Ｂによ
り、いわゆるミラウ干渉計を構成する。
【００４０】第１および第２のレーザ光源１６０Ａ，１
６０Ｂは、カラーＣＣＤカメラ１６７で色分解できる第
１および第２の波長λ1 ，λ2 が選定されている。例え
ば、第１のレーザ光源１６０Ａは、第１の波長λ1 とし
てカラーＣＣＤカメラ１６７のＢ信号に分解可能な４８
８ｎｍ（青色）のレーザ光を出射するように選定され、
第２のレーザ光源１６０Ｂは、第２の波長λ2 としてカ
ラーＣＣＤカメラ１６７のＢ色信号にＧ信号に分解可能
な５１４．５ｎｍ（緑色）のレーザ光を出射するように
選定されている。
６０Ｂは、カラーＣＣＤカメラ１６７で色分解できる第
１および第２の波長λ1 ，λ2 が選定されている。例え
ば、第１のレーザ光源１６０Ａは、第１の波長λ1 とし
てカラーＣＣＤカメラ１６７のＢ信号に分解可能な４８
８ｎｍ（青色）のレーザ光を出射するように選定され、
第２のレーザ光源１６０Ｂは、第２の波長λ2 としてカ
ラーＣＣＤカメラ１６７のＢ色信号にＧ信号に分解可能
な５１４．５ｎｍ（緑色）のレーザ光を出射するように
選定されている。
【００４１】また、干渉計測装置１０は、ピエゾステー
ジ５を駆動するピエゾドライバ７と、直進ステージ１３
を駆動する直進ステージ用ドライバ１７と、カラーＣＣ
Ｄカメラ１６７からの干渉縞の画像信号をデジタルの干
渉縞画像データに変換するイメージデジタイザ８と、ピ
エゾドライバ７および直進ステージ用ドライバ１７を制
御するとともに、イメージデジタイザ８からのデジタル
データを基に測定対象面４ａの形状を求めるコンピュー
タ９とを備えている。
ジ５を駆動するピエゾドライバ７と、直進ステージ１３
を駆動する直進ステージ用ドライバ１７と、カラーＣＣ
Ｄカメラ１６７からの干渉縞の画像信号をデジタルの干
渉縞画像データに変換するイメージデジタイザ８と、ピ
エゾドライバ７および直進ステージ用ドライバ１７を制
御するとともに、イメージデジタイザ８からのデジタル
データを基に測定対象面４ａの形状を求めるコンピュー
タ９とを備えている。
【００４２】次に、本装置１０の動作を説明する。な
お、干渉縞画像データのコンピュータへの取り込みまで
を以下に説明する。まず、第１のレーザ光源１６０Ａか
ら出射された第１の波長λ1 のレーザ光と、第２のレー
ザ光源１６０Ｂから出射された第２の波長λ2 のレーザ
光は、第１および第２のコリメータレンズ１６１Ａ，１
６１Ｂを経てダイクロイックミラー１６２で重ねられ
る。ダイクロイックミラー１６２からの２種類の波長を
含む光は第１のハーフミラー１６３Ａでその一部が反射
されて測定対象面４ａと原器１６５で反射され、第１の
実施の形態と同様に再び第１のハーフミラー１６３Ａへ
干渉光として戻る。ミラウ干渉計から出た光は、結像レ
ンズ１６６を経てカラーＣＣＤカメラ１６７に到達す
る。カラーＣＣＤカメラ１６７は、波長の異なる光を個
別に画像として検出する機能を備えているため、第１の
波長λ1 の光のみによる第１の干渉縞画像と、第２の波
長λ2 の光のみによる第２の干渉縞画像が、個別同時に
検出される。波長毎に検出された干渉縞の画像信号は、
イメージデジタイザ１６でデジタルデータに変換され、
コンピュータ９に転送される。測定対象面４ａの一定範
囲について干渉縞画像データが得られると、コンピュー
タ９は、直進ステージ用ドライバ１７を制御して直進ス
テージ１３により干渉計１６を水平方向に所定距離移動
させ、同様に干渉縞画像データを取り込む。上記のよう
にして取り込んだ干渉縞画像データは、コンピュータ９
にて第１の実施の形態と同様に処理される。
お、干渉縞画像データのコンピュータへの取り込みまで
を以下に説明する。まず、第１のレーザ光源１６０Ａか
ら出射された第１の波長λ1 のレーザ光と、第２のレー
ザ光源１６０Ｂから出射された第２の波長λ2 のレーザ
光は、第１および第２のコリメータレンズ１６１Ａ，１
６１Ｂを経てダイクロイックミラー１６２で重ねられ
る。ダイクロイックミラー１６２からの２種類の波長を
含む光は第１のハーフミラー１６３Ａでその一部が反射
されて測定対象面４ａと原器１６５で反射され、第１の
実施の形態と同様に再び第１のハーフミラー１６３Ａへ
干渉光として戻る。ミラウ干渉計から出た光は、結像レ
ンズ１６６を経てカラーＣＣＤカメラ１６７に到達す
る。カラーＣＣＤカメラ１６７は、波長の異なる光を個
別に画像として検出する機能を備えているため、第１の
波長λ1 の光のみによる第１の干渉縞画像と、第２の波
長λ2 の光のみによる第２の干渉縞画像が、個別同時に
検出される。波長毎に検出された干渉縞の画像信号は、
イメージデジタイザ１６でデジタルデータに変換され、
コンピュータ９に転送される。測定対象面４ａの一定範
囲について干渉縞画像データが得られると、コンピュー
タ９は、直進ステージ用ドライバ１７を制御して直進ス
テージ１３により干渉計１６を水平方向に所定距離移動
させ、同様に干渉縞画像データを取り込む。上記のよう
にして取り込んだ干渉縞画像データは、コンピュータ９
にて第１の実施の形態と同様に処理される。
【００４３】上記第２の実施の形態によれば、波長選別
手段および干渉縞検出手段の機能を合わせ持つ波長選別
機能付き干渉縞検出手段として２次元カラーＣＣＤカメ
ラ１６７を備えているため、波長選別手段を別に備える
必要が無く、小型・軽量で安価な装置を実現することが
できる。
手段および干渉縞検出手段の機能を合わせ持つ波長選別
機能付き干渉縞検出手段として２次元カラーＣＣＤカメ
ラ１６７を備えているため、波長選別手段を別に備える
必要が無く、小型・軽量で安価な装置を実現することが
できる。
【００４４】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々な実施の形態が可能である。例えば、波長毎
に得られた端数形状情報ｈｓk (x,y) の相加平均を新た
な端数形状情報ｈｓ0 (x,y) として使用してもよい。平
均としては、単純な相加平均，重み付相加平均，あるい
は相乗平均など目的に応じて適当なものを選んで構わな
い。平均の効果によって、精度を向上させることができ
る。また、上記実施の形態では、位相シフト法として干
渉縞画像データを４枚取得する方法を採用したが、３枚
あるいは５枚取得する方法でもよい。３枚取得する方法
によれば、４枚取得する方法よりも誤差の影響があるが
高速に測定することができる。５枚取得する方法によれ
ば、４枚取得する方法よりも計算時間がかかるが、誤差
の影響が少なくなる。また、位相シフト法として干渉計
と測定対象面との距離を変化させずにδを変化させる位
相シフト電子モアレ法（「レーザー科学研究」，Ｎｏ．
１３（１９９１）参照）によってもよい。これによれ
ば、干渉計と測定対象面との距離を変化させる必要がな
くなり、高速化をより図ることができる。また、上記実
施の形態では、干渉計と測定対象面との距離を変化させ
る場合に、測定対象面側を移動させたが、干渉計側を移
動させてもよい。また、第１の実施の形態の干渉計６に
第２の実施の形態の干渉計１６を用いてもよく、第２の
実施の形態の干渉計１６に第１の実施の形態の干渉計６
を用いてよい。
れず、種々な実施の形態が可能である。例えば、波長毎
に得られた端数形状情報ｈｓk (x,y) の相加平均を新た
な端数形状情報ｈｓ0 (x,y) として使用してもよい。平
均としては、単純な相加平均，重み付相加平均，あるい
は相乗平均など目的に応じて適当なものを選んで構わな
い。平均の効果によって、精度を向上させることができ
る。また、上記実施の形態では、位相シフト法として干
渉縞画像データを４枚取得する方法を採用したが、３枚
あるいは５枚取得する方法でもよい。３枚取得する方法
によれば、４枚取得する方法よりも誤差の影響があるが
高速に測定することができる。５枚取得する方法によれ
ば、４枚取得する方法よりも計算時間がかかるが、誤差
の影響が少なくなる。また、位相シフト法として干渉計
と測定対象面との距離を変化させずにδを変化させる位
相シフト電子モアレ法（「レーザー科学研究」，Ｎｏ．
１３（１９９１）参照）によってもよい。これによれ
ば、干渉計と測定対象面との距離を変化させる必要がな
くなり、高速化をより図ることができる。また、上記実
施の形態では、干渉計と測定対象面との距離を変化させ
る場合に、測定対象面側を移動させたが、干渉計側を移
動させてもよい。また、第１の実施の形態の干渉計６に
第２の実施の形態の干渉計１６を用いてもよく、第２の
実施の形態の干渉計１６に第１の実施の形態の干渉計６
を用いてよい。
【００４５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、異
なる２つの波長を用いているので、絶対距離が求められ
るレンジが、従来の２波長干渉法と同程度に広くなる。
また、測定対象波面の２πの区間にわたり、測定対象面
の精密な形状情報、すなわち、１波長以下の端数成分を
高精度に求め、この端数成分と縞次数に基づいて精密な
絶対形状情報を求めているので、従来の２光束干渉法と
同程度の精度で形状を測定することができる。また、測
定の際に採取する画像の枚数が白色干渉法に較べて圧倒
的に少なく、また２つの異なる波長の干渉縞検出を同時
並列に行うことで、従来方法に較べて飛躍的に高速な測
定が可能となる。従って、波長を越える段差や絶対距離
を含んだ形状の測定を高精度かつ高速に行うことが可能
となる。
なる２つの波長を用いているので、絶対距離が求められ
るレンジが、従来の２波長干渉法と同程度に広くなる。
また、測定対象波面の２πの区間にわたり、測定対象面
の精密な形状情報、すなわち、１波長以下の端数成分を
高精度に求め、この端数成分と縞次数に基づいて精密な
絶対形状情報を求めているので、従来の２光束干渉法と
同程度の精度で形状を測定することができる。また、測
定の際に採取する画像の枚数が白色干渉法に較べて圧倒
的に少なく、また２つの異なる波長の干渉縞検出を同時
並列に行うことで、従来方法に較べて飛躍的に高速な測
定が可能となる。従って、波長を越える段差や絶対距離
を含んだ形状の測定を高精度かつ高速に行うことが可能
となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る干渉計測装置
の構成図
の構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る干渉計測装置
の制御部の機能ブロック図
の制御部の機能ブロック図
【図３】本発明に係る干渉計測装置により絶対距離の概
略情報を得る原理を説明する図
略情報を得る原理を説明する図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る干渉計測装置
の構成図
の構成図
【図５】２光束干渉法を説明するためのフロー
【図６】位相がラップされる様子を説明する図
１ 干渉計測装置 ２ テーブル ３ 柱 ４ 測定対象物 ４ａ 測定対象面 ５ ピエゾステージ ６ 干渉計 ６０ レーザ光源 ６１ コリメータレンズ ６２Ａ 第１のハーフミラー ６３ 対物レンズ ６４ 平面原器 ６２Ｂ 第２のハーフミラー ６５ ダイクロイックミラー ６６Ａ 第１の結像レンズ ６６Ｂ 第２の結像レンズ ６７Ａ 第１の撮像管 ６７Ｂ 第２の撮像管 ７ ピエゾドライバ ８ イメージデジタイザ ９ コンピュータ ９ａ コンピュータ本体 ９ｂ ディスプレイ ９ｃ キーボード ９０ 制御部 ９１ 干渉縞画像取得手段 ９２ 位相算出手段 ９３ 概略形状算出手段 ９４ 縞次数検出手段 ９５ 端数形状情報算出手段 ９６ 精密絶対形状算出手段 １０ 干渉計測装置 １１ テーブル １２ 柱 １３Ａ レール １３Ｂ 直進部 １３ 直進ステージ １６ 干渉計 １６０Ａ 第１のレーザ光源 １６０Ｂ 第２のレーザ光源 １６１Ａ 第１のコリメータレンズ １６１Ｂ 第２のコリメータレンズ １６２ ダイクロイックミラー １６３Ａ 第１のハーフミラー １６３Ｂ 第２のハーフミラー １６４ 対物レンズ １６５ 平面原器 １６６ 結像レンズ １６７ カラーＣＣＤカメラ １７ 直進ステージ用ドライバ
Claims (11)
- 【請求項１】第１の波長の光波と第２の波長の光波を基
準面および測定対象面に照射し、前記基準面で反射した
前記第１の波長の光波と前記測定対象面で反射した前記
第１の波長の光波とを干渉させるとともに、前記基準面
で反射した前記第２の波長の光波と前記測定対象面で反
射した前記第２の波長の光波とを干渉させる第１のステ
ップと、 前記第１の波長の光波の干渉によって生じた前記第１の
波長の干渉縞画像、および前記第２の波長の光波の干渉
によって生じた前記第２の波長の干渉縞画像を個別に検
出する第２のステップと、 前記第１の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の
２πの区間にラップされた第１の位相分布を演算すると
ともに、前記第２の波長の干渉縞画像に基づいて測定対
象波面の２πの区間にラップされた第２の位相分布を演
算する第３のステップと、 前記第１および第２の位相分布に基づいて、前記２πの
区間より拡大された所定の測定範囲にわたり、前記基準
面と前記測定対象面との絶対距離の概略情報を演算する
第４のステップと、 前記第１および第２の位相分布のいずれか一方の位相分
布に基づいて、前記２πの区間にわたり、精密な形状情
報を演算する第５のステップと、 前記絶対距離の概略情報および前記精密な形状情報に基
づいて、前記所定の測定範囲にわたり、前記測定対象面
の精密な絶対形状情報を演算する第６のステップを含む
ことを特徴とする干渉計測方法。 - 【請求項２】前記第４のステップは、前記第１の波長を
λ1 、前記第２の波長をλ2 （λ2＞λ1 ）、前記第１
の位相分布をψ1 (x,y) 、前記第２の位相分布をψ
2 (x,y)とするとき、前記絶対距離の概略情報ｈｇ(x,y)
を ｈｇ(x,y)＝｛1/(2π×k)｝・｛( ψ1 (x,y) −ψ2 (x,
y))/(1/λ1 −1/λ2)｝ 但し、ｋ ：反射による測定の場合は２、透過による測
定の場合は１ ｘ，ｙ：測定対象面に概略沿った平面の座標成分 によって求め、 前記第５のステップは、前記精密な形状情報ｈｓk (x,
y) を ｈｓk (x,y) ＝ψk (x,y) ×λk ／２π 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２ によって求め、 前記第６のステップは、前記ｈｇ(x,y) を用いて前記第
１の波長λ1 あるいは前記第２の波長λ2 に対する縞次
数ｎｇk (x,y) を求め、前記精密な絶対形状情報ｈ
k (x,y) を ｈk (x,y) ＝ｎｇk (x,y) ×λk ＋ｈｓk (x,y) 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２ によって求める構成の請求項１記載の干渉計測方法。 - 【請求項３】前記第５のステップは、前記第１の位相分
布に基づく前記精密な形状情報と第２の位相分布に基づ
く前記精密な形状情報を求め、両者の平均値を前記ステ
ップ６の演算に供する構成の請求項１記載の干渉計測方
法。 - 【請求項４】前記第１のステップにおいて用いる第１お
よび第２の波長の組合せは、前記絶対距離の概略情報の
測定誤差が、前記第２の波長の干渉縞１フリンジが示す
距離よりも小さくなるように選定した構成の請求項１記
載の干渉計測方法。 - 【請求項５】前記第２のステップおいて前記第１および
第２の波長の干渉縞画像を検出する手段として、２次元
的領域で光強度を検出する撮像手段を用いる構成の請求
項１記載の干渉計測方法。 - 【請求項６】第１の波長の光波と第２の波長の光波を基
準面および測定対象面に照射する光源と、 前記基準面で反射した前記第１の波長の光波と前記測定
対象面で反射した前記第１の波長の光波とを干渉させる
とともに、前記基準面で反射した前記第２の波長の光波
と前記測定対象面で反射した前記第２の波長の光波とを
干渉させる光学系と、 前記第１の波長の光波の干渉によって生じた前記第１の
波長の干渉縞画像、および前記第２の波長の光波の干渉
によって生じた前記第２の波長の干渉縞画像を個別に検
出する干渉縞画像検出手段と、 前記第１の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の
２πの区間にラップされた第１の位相分布を演算すると
ともに、前記第２の波長の干渉縞画像に基づいて測定対
象波面の２πの区間にラップされた第２の位相分布を演
算する位相算出手段と、 前記第１および第２の位相分布に基づいて、前記２πの
区間より拡大された所定の測定範囲にわたり、前記基準
面と前記測定対象面との絶対距離の概略情報を演算する
概略形状算出手段と、 前記第１および第２の位相分布のいずれか一方の位相分
布に基づいて、前記２πの区間にわたり、精密な形状情
報を演算する精密形状算出手段と、 前記絶対距離の概略情報および前記精密な形状情報に基
づいて、前記所定の測定範囲にわたり、前記測定対象面
の精密な絶対形状情報を演算する精密絶対形状算出手段
を有することを特徴とする干渉計測装置。 - 【請求項７】前記概略形状算出手段は、前記第１の波長
をλ1 、前記第２の波長をλ2 （λ 2 ＞λ1 ）、前記第
１の位相分布をψ1 (x,y) 、前記第２の位相分布をψ2
(x,y) とするとき、前記絶対距離の概略情報ｈｇ(x,y)
を ｈｇ(x,y)＝｛1/(2π×k)｝・｛( ψ1 (x,y) −ψ2 (x,
y))/(1/λ1 −1/λ2)｝ 但し、ｋ ：反射による測定の場合は２、透過による測
定の場合は１ ｘ，ｙ：測定対象面に概略沿った平面の座標成分 によって求め、 前記精密形状算出手段は、前記精密な形状情報ｈｓ
k (x,y) を ｈｓk (x,y) ＝ψk (x,y) ×λk ／２π 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２ によって演算する端数形状情報算出手段を備え、 前記精密絶対形状算出手段は、前記ｈｇ(x,y) を用いて
前記第１の波長λ1 あるいは前記第２の波長λ2 に対す
る縞次数ｎｇk (x,y) を検出する縞次数検出手段を備
え、前記精密な絶対形状情報ｈk (x,y) を ｈk (x,y) ＝ｎｇk (x,y) ×λk ＋ｈｓk (x,y) 但し、ｋ：波長を区別する添字の１あるいは２ によって求める構成の請求項６記載の干渉計測装置。 - 【請求項８】前記端数形状情報算出手段は、前記第１の
位相分布に基づく前記精密な形状情報と第２の位相分布
に基づく前記精密な形状情報を求め、両者の平均値を前
記精密絶対形状算出手段の演算に供する構成の請求項６
記載の干渉計測装置。 - 【請求項９】前記光源が照射する第１および第２の波長
の組合せは、前記絶対距離の概略情報の測定誤差が、前
記第２の波長の干渉縞１フリンジが示す距離よりも小さ
くなるように選定した構成の請求項６記載の干渉計測装
置。 - 【請求項１０】前記干渉縞画像検出手段は、２次元的領
域で光強度を検出する撮像手段を用いる構成の請求項６
記載の干渉計測装置。 - 【請求項１１】前記干渉縞画像検出手段は、２次元カラ
ーＣＣＤカメラを用いる構成の請求項６記載の干渉計測
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023699A JPH10221032A (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 干渉計測方法および干渉計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023699A JPH10221032A (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 干渉計測方法および干渉計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10221032A true JPH10221032A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12117649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9023699A Pending JPH10221032A (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 干渉計測方法および干渉計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10221032A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010016126A1 (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-11 | Koyama Naoyuki | 測距方法及びレーザ測距装置 |
| CN105091781A (zh) * | 2015-05-21 | 2015-11-25 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种单桢干涉条纹图测量光学表面的方法与装置 |
| JP2017167115A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光検出装置 |
| US10082389B2 (en) | 2016-03-14 | 2018-09-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photodetection device including interference element |
| JP2021060312A (ja) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 株式会社ミツトヨ | 解析装置、解析方法、干渉測定システム、およびプログラム |
| CN113251945A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-13 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种线轮廓成像装置的解调方法及成像装置 |
-
1997
- 1997-02-06 JP JP9023699A patent/JPH10221032A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010016126A1 (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-11 | Koyama Naoyuki | 測距方法及びレーザ測距装置 |
| CN105091781A (zh) * | 2015-05-21 | 2015-11-25 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种单桢干涉条纹图测量光学表面的方法与装置 |
| JP2017167115A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光検出装置 |
| US10082389B2 (en) | 2016-03-14 | 2018-09-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photodetection device including interference element |
| US10190872B2 (en) | 2016-03-14 | 2019-01-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photodetection device including interference element |
| JP2021060312A (ja) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 株式会社ミツトヨ | 解析装置、解析方法、干渉測定システム、およびプログラム |
| CN113251945A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-13 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种线轮廓成像装置的解调方法及成像装置 |
| CN113251945B (zh) * | 2021-05-17 | 2022-07-12 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种线轮廓成像装置的解调方法及成像装置 |
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