JP2003097922A - 表面形状測定装置及びその方法、プログラム並びに記憶媒体 - Google Patents
表面形状測定装置及びその方法、プログラム並びに記憶媒体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定する。 【解決手段】 被測定物に光を照射したときの反射光と
参照光との間で発生させた干渉縞をＣＣＤで撮像した画
像データである干渉縞データを取り込み（ステップＳ
１）、干渉縞データからフレネル回折計算で画像の複素
振幅を求める（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ１０〜Ｓ１
２）。そして、複素振幅の振幅データを用いて合焦状態
を判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状
のデータを求める（ステップＳ５，Ｓ８，Ｓ９）。ま
た、複素振幅の位相データを用いて干渉計測の原理によ
り被測定物の表面形状のデータを求める（ステップＳ１
３）。そして、この両方の表面形状のデータを合成又は
比較して、最終的に被測定物の表面形状のデータを求め
る（ステップＳ１４）。
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定する。 【解決手段】 被測定物に光を照射したときの反射光と
参照光との間で発生させた干渉縞をＣＣＤで撮像した画
像データである干渉縞データを取り込み（ステップＳ
１）、干渉縞データからフレネル回折計算で画像の複素
振幅を求める（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ１０〜Ｓ１
２）。そして、複素振幅の振幅データを用いて合焦状態
を判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状
のデータを求める（ステップＳ５，Ｓ８，Ｓ９）。ま
た、複素振幅の位相データを用いて干渉計測の原理によ
り被測定物の表面形状のデータを求める（ステップＳ１
３）。そして、この両方の表面形状のデータを合成又は
比較して、最終的に被測定物の表面形状のデータを求め
る（ステップＳ１４）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、被測定物の表面
形状を測定する表面形状測定装置及びその方法、プログ
ラム並びに記憶媒体に関する。
形状を測定する表面形状測定装置及びその方法、プログ
ラム並びに記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】物体の表面形状を光の波長レベルで測定
可能な技術として、レーザ干渉計（例えば、Ｚｙｇｏ社
のレーザ干渉システム等）がある。このレーザ干渉計
は、参照光の位相に変調をかけながら、ＣＣＤなどの撮
像素子を用いて複数の干渉縞画像を収録して、それらの
干渉縞から被測定物の反射光の位相を求め、その位相デ
ータに基づいて光の波長レベルで物体形状を求めるもの
である。
可能な技術として、レーザ干渉計（例えば、Ｚｙｇｏ社
のレーザ干渉システム等）がある。このレーザ干渉計
は、参照光の位相に変調をかけながら、ＣＣＤなどの撮
像素子を用いて複数の干渉縞画像を収録して、それらの
干渉縞から被測定物の反射光の位相を求め、その位相デ
ータに基づいて光の波長レベルで物体形状を求めるもの
である。
【０００３】しかしながら、物体が光源波長の１／２を
超えるような段差を含む場合は、その段差の位置におい
て、位相のアンラップができなくなり、これにより位相
の関連性がとぎれるため、形状測定値に不確定性が含ま
れてしまうという不具合がある。
超えるような段差を含む場合は、その段差の位置におい
て、位相のアンラップができなくなり、これにより位相
の関連性がとぎれるため、形状測定値に不確定性が含ま
れてしまうという不具合がある。
【０００４】走査型白色干渉計（例えば、Ｚｙｇｏ社の
三次元表面構造解析顕微鏡等）は、かかる不具合を解消
するもので、複数の波長でそれぞれ求めた位相情報の相
互関係から、単一波長での光軸方向の測定範囲λ／２を
拡大する方法を用いている（多波長測定）。そして段差
がさらに大きくなった場合には、参照光と物体反射光の
光路長がほぼ一致したときにのみ白色干渉縞が発生する
性質を利用して、干渉計、被測定物体のどちらかを干渉
計の光軸方向に走査し、白色干渉縞の位置と、干渉計又
は被測定物の移動量を検知することで、絶対測長を実施
している。
三次元表面構造解析顕微鏡等）は、かかる不具合を解消
するもので、複数の波長でそれぞれ求めた位相情報の相
互関係から、単一波長での光軸方向の測定範囲λ／２を
拡大する方法を用いている（多波長測定）。そして段差
がさらに大きくなった場合には、参照光と物体反射光の
光路長がほぼ一致したときにのみ白色干渉縞が発生する
性質を利用して、干渉計、被測定物体のどちらかを干渉
計の光軸方向に走査し、白色干渉縞の位置と、干渉計又
は被測定物の移動量を検知することで、絶対測長を実施
している。
【０００５】しかし、このような走査型白色干渉計によ
り大きな段差を測定する場合には、測定のために被測定
物又は測定光学系を測定光学系の光軸方向に移動させる
必要があるために、測定時間がかかるという不具合があ
る。また、測定中の移動であり、かつ、干渉計又は被測
定物の移動量を検出する必要があるため、測定誤差要因
が増え、また移動部の移動範囲内に光軸方向測定範囲が
制限されるという不具合がある。
り大きな段差を測定する場合には、測定のために被測定
物又は測定光学系を測定光学系の光軸方向に移動させる
必要があるために、測定時間がかかるという不具合があ
る。また、測定中の移動であり、かつ、干渉計又は被測
定物の移動量を検出する必要があるため、測定誤差要因
が増え、また移動部の移動範囲内に光軸方向測定範囲が
制限されるという不具合がある。
【０００６】これに対し、特開2000-221013に開示の技
術は、波長を超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測定ミスすることなく行なうため、
走査型白色干渉計において、取得すべき干渉縞画像を低
減し、測定の高速化を図ろうとしたものである。
術は、波長を超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測定ミスすることなく行なうため、
走査型白色干渉計において、取得すべき干渉縞画像を低
減し、測定の高速化を図ろうとしたものである。
【０００７】また、特開2001-41724に開示の技術では、
干渉計を用いた表面形状測定装置において、測定対象物
を移動させることなく、測定対象物表面の三次元形状を
高精度に測定できるようにするため、複屈折位相板を利
用した位相シフト法を実施しており、測定対象物を移動
させることなく三次元形状の測定を可能としている。ま
た、位相板の代わりに電気光学素子を利用して電気的に
位相シフトをさせれば、高速測定が可能としている。
干渉計を用いた表面形状測定装置において、測定対象物
を移動させることなく、測定対象物表面の三次元形状を
高精度に測定できるようにするため、複屈折位相板を利
用した位相シフト法を実施しており、測定対象物を移動
させることなく三次元形状の測定を可能としている。ま
た、位相板の代わりに電気光学素子を利用して電気的に
位相シフトをさせれば、高速測定が可能としている。
【０００８】さらに、物体をＣＣＤなどで観測した強度
データをもとに、物体形状を求める技術として、depth
from focus理論に基づく方法がある。これはレンズの焦
点距離を変化させながら収録した複数の撮像画像をもと
に、物体表面の合焦位置を求め、それにより表面形状を
求めるものである（例えば、石原満宏、佐々木博美「合
焦法による高速三次元形状計測」精密工学会誌，vol.6
3,No.1,1997を参照）。
データをもとに、物体形状を求める技術として、depth
from focus理論に基づく方法がある。これはレンズの焦
点距離を変化させながら収録した複数の撮像画像をもと
に、物体表面の合焦位置を求め、それにより表面形状を
求めるものである（例えば、石原満宏、佐々木博美「合
焦法による高速三次元形状計測」精密工学会誌，vol.6
3,No.1,1997を参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開20
00-221013に開示の技術では、サブフリンジオーダーで
形状を求めるのに、位相変調法（位相シフト法）を用い
ているため、装置内に機械的な駆動部分を有しており、
また、複数の画像を取得する必要があるため、走査型白
色干渉計よりは速いとはいえ、高速化に限界がある。そ
のため、動きを伴う物体の動的形状を測定することは不
可能である。また、機械的な駆動を伴う測定であるため
に、測定誤差要因が増えるという不具合は依然として残
る。また、特開2001-41724に開示の技術では、原理的に
は位相シフト法を用いたレーザ干渉測定であり、上述し
たような光源波長の１／２を超える段差を含む面の測定
には不確定性がある。また、高速化したといっても、複
数の画像データを必要とするために高速化に限界があ
り、動的形状の測定は不可能である。
00-221013に開示の技術では、サブフリンジオーダーで
形状を求めるのに、位相変調法（位相シフト法）を用い
ているため、装置内に機械的な駆動部分を有しており、
また、複数の画像を取得する必要があるため、走査型白
色干渉計よりは速いとはいえ、高速化に限界がある。そ
のため、動きを伴う物体の動的形状を測定することは不
可能である。また、機械的な駆動を伴う測定であるため
に、測定誤差要因が増えるという不具合は依然として残
る。また、特開2001-41724に開示の技術では、原理的に
は位相シフト法を用いたレーザ干渉測定であり、上述し
たような光源波長の１／２を超える段差を含む面の測定
には不確定性がある。また、高速化したといっても、複
数の画像データを必要とするために高速化に限界があ
り、動的形状の測定は不可能である。
【００１０】さらに、前記のdepth from focus理論に基
づく技術では、一般にレーザ干渉に比べると測定分解能
が低いため、サブフリンジオーダーの形状が要求される
部品の評価には適さないという不具合がある。また、光
学系の倍率を上げることで、測定分解能をある程度向上
させることができるが、レーザ干渉による分解能と同じ
レベルまで上げようとすると、横方向の測定範囲（視
野）が狭くなってしまうという不具合がある。またレン
ズの焦点距離を変えながら複数の撮像画像を収録する方
法では、収録方法を工夫したとしても複数の画像を取り
込むだけの時間がかかるうえ、レンズの焦点距離を正確
に変化させるための構成が必要となり、装置構成が複雑
化する。また、移動部分が存在するために誤差要因も増
え、光軸方向の測定範囲も移動部の可動範囲に限定され
るといった不具合がある。
づく技術では、一般にレーザ干渉に比べると測定分解能
が低いため、サブフリンジオーダーの形状が要求される
部品の評価には適さないという不具合がある。また、光
学系の倍率を上げることで、測定分解能をある程度向上
させることができるが、レーザ干渉による分解能と同じ
レベルまで上げようとすると、横方向の測定範囲（視
野）が狭くなってしまうという不具合がある。またレン
ズの焦点距離を変えながら複数の撮像画像を収録する方
法では、収録方法を工夫したとしても複数の画像を取り
込むだけの時間がかかるうえ、レンズの焦点距離を正確
に変化させるための構成が必要となり、装置構成が複雑
化する。また、移動部分が存在するために誤差要因も増
え、光軸方向の測定範囲も移動部の可動範囲に限定され
るといった不具合がある。
【００１１】この発明の目的は、被測定物や光学系を測
定中に移動させることなく、光源波長の１／２を超える
ような段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダ
ーで高精度かつ容易に測定することである。
定中に移動させることなく、光源波長の１／２を超える
ような段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダ
ーで高精度かつ容易に測定することである。
【００１２】この発明の目的は、２次元的な振幅データ
ではコントラストが低下して合焦点はずれが検知できな
い場合にも、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは
光学的にテクスチャを観測できない場合に、被測定面の
形状測定ができるようにすることである。
ではコントラストが低下して合焦点はずれが検知できな
い場合にも、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは
光学的にテクスチャを観測できない場合に、被測定面の
形状測定ができるようにすることである。
【００１３】この発明の目的は、被測定物の位置、姿勢
を観察しやすくし、測定の操作性を向上させることであ
る。
を観察しやすくし、測定の操作性を向上させることであ
る。
【００１４】この発明の目的は、高速に全焦点画像を生
成でき、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる
ようにすることである。
成でき、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる
ようにすることである。
【００１５】この発明の目的は、より正確な全焦点画像
の生成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調
整がより正確に実施可能となり、また、測定の高速化、
高精度化を図ることができるようにすることである。
の生成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調
整がより正確に実施可能となり、また、測定の高速化、
高精度化を図ることができるようにすることである。
【００１６】この発明の目的は、測定の高速化を図れる
ようにすることである。
ようにすることである。
【００１７】この発明の目的は、被測定物の動きが高速
な場合においても、正確に物体の動的形状を測定するこ
とができるようにすることである。
な場合においても、正確に物体の動的形状を測定するこ
とができるようにすることである。
【００１８】この発明の目的は、デフォーカス収差を除
去して、干渉光学系の拡大倍率を高めた測定を正確に実
施することである。
去して、干渉光学系の拡大倍率を高めた測定を正確に実
施することである。
【００１９】この発明の目的は、被測定物表面のより広
い範囲を一度に測定できるようにすることである。
い範囲を一度に測定できるようにすることである。
【００２０】この発明の目的は、被測定物表面のより広
い範囲を一度に測定することを容易に行なえるようにす
ることである。
い範囲を一度に測定することを容易に行なえるようにす
ることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、被測定物に照射する光を発する光源と、その光の被
測定物における反射光と所定の参照光との間で干渉縞を
発生させる干渉光学系と、この干渉縞を撮像して当該干
渉縞の画像データである干渉縞データを出力する撮像素
子と、前記干渉縞データに基づいて前記反射光の光軸方
向の複数位置における前記被測定物の反射光の位相を示
す位相データ及び振幅を示す振幅データを求める光学デ
ータ検出手段と、前記振幅データを用いて合焦状態を判
定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状のデ
ータである第１の表面形状データを求める第１の表面形
状データ作成手段と、前記位相データを用いて干渉計測
の原理により前記被測定物の表面形状のデータである第
２の表面形状データを求める第２の表面形状データ作成
手段と、前記第１の表面形状データと前記第２の表面形
状データとを合成又は比較して、前記被測定物の表面形
状のデータである第３の表面形状データを求める合成又
は比較手段と、を備えている表面形状測定装置である。
は、被測定物に照射する光を発する光源と、その光の被
測定物における反射光と所定の参照光との間で干渉縞を
発生させる干渉光学系と、この干渉縞を撮像して当該干
渉縞の画像データである干渉縞データを出力する撮像素
子と、前記干渉縞データに基づいて前記反射光の光軸方
向の複数位置における前記被測定物の反射光の位相を示
す位相データ及び振幅を示す振幅データを求める光学デ
ータ検出手段と、前記振幅データを用いて合焦状態を判
定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状のデ
ータである第１の表面形状データを求める第１の表面形
状データ作成手段と、前記位相データを用いて干渉計測
の原理により前記被測定物の表面形状のデータである第
２の表面形状データを求める第２の表面形状データ作成
手段と、前記第１の表面形状データと前記第２の表面形
状データとを合成又は比較して、前記被測定物の表面形
状のデータである第３の表面形状データを求める合成又
は比較手段と、を備えている表面形状測定装置である。
【００２２】したがって、被測定物の光源波長の１／２
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。
【００２３】請求項２に記載の発明は、被測定物に照射
する光を発する光源と、その光の被測定物における反射
光と所定の参照光との間で干渉縞を発生させる干渉光学
系と、この干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データで
ある干渉縞データを出力する撮像素子と、前記干渉縞デ
ータに基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置におけ
る前記被測定物の反射光の位相を示す位相データを求め
る光学データ検出手段と、前記位相データを用いて合焦
状態を判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面
形状のデータである第１の表面形状データを求める第１
の表面形状データ作成手段と、前記位相データを用いて
干渉計測の原理により前記被測定物の表面形状のデータ
である第２の表面形状データを求める第２の表面形状デ
ータ作成手段と、前記第１の表面形状データと前記第２
の表面形状データとを合成又は比較して、前記被測定物
の表面形状のデータである第３の表面形状データを求め
る合成又は比較手段と、を備えている表面形状測定装置
である。
する光を発する光源と、その光の被測定物における反射
光と所定の参照光との間で干渉縞を発生させる干渉光学
系と、この干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データで
ある干渉縞データを出力する撮像素子と、前記干渉縞デ
ータに基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置におけ
る前記被測定物の反射光の位相を示す位相データを求め
る光学データ検出手段と、前記位相データを用いて合焦
状態を判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面
形状のデータである第１の表面形状データを求める第１
の表面形状データ作成手段と、前記位相データを用いて
干渉計測の原理により前記被測定物の表面形状のデータ
である第２の表面形状データを求める第２の表面形状デ
ータ作成手段と、前記第１の表面形状データと前記第２
の表面形状データとを合成又は比較して、前記被測定物
の表面形状のデータである第３の表面形状データを求め
る合成又は比較手段と、を備えている表面形状測定装置
である。
【００２４】したがって、被測定物の光源波長の１／２
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。しかも、２次元的な位相データ
を用いて合焦法の原理により被測定物の表面形状を測定
するので、２次元的な振幅データではコントラストが低
下して合焦点はずれが検知できない場合にも、被測定物
の表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクスチャを
観測できない場合に、被測定面の形状測定ができる。
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。しかも、２次元的な位相データ
を用いて合焦法の原理により被測定物の表面形状を測定
するので、２次元的な振幅データではコントラストが低
下して合焦点はずれが検知できない場合にも、被測定物
の表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクスチャを
観測できない場合に、被測定面の形状測定ができる。
【００２５】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の表面形状測定装置において、前記第１の表面形
状データ作成手段は、前記光学データ検出手段で検出し
た振幅データ又は位相データを用いて合焦状態を検出
し、合焦法の原理により被測定物の２次元画像における
全領域に焦点のあった画像である全焦点画像を生成して
前記第１の表面形状データを求めるものである。
に記載の表面形状測定装置において、前記第１の表面形
状データ作成手段は、前記光学データ検出手段で検出し
た振幅データ又は位相データを用いて合焦状態を検出
し、合焦法の原理により被測定物の２次元画像における
全領域に焦点のあった画像である全焦点画像を生成して
前記第１の表面形状データを求めるものである。
【００２６】したがって、被測定物の位置、姿勢を観察
しやすくし、測定の操作性を向上させることができる。
しやすくし、測定の操作性を向上させることができる。
【００２７】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の表面形状測定装置において、前記第１の表面形状デー
タ作成手段は、前記全焦点画像における微小領域の焦点
画像を前記合焦状態から求めた合焦距離に対して最も近
い距離にある前記振幅データに置き換えることにより前
記第１の表面形状データを求めるものである。
の表面形状測定装置において、前記第１の表面形状デー
タ作成手段は、前記全焦点画像における微小領域の焦点
画像を前記合焦状態から求めた合焦距離に対して最も近
い距離にある前記振幅データに置き換えることにより前
記第１の表面形状データを求めるものである。
【００２８】したがって、高速に全焦点画像を生成で
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
【００２９】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の表面形状測定装置において、前記第１の表面形状デー
タ作成手段は、前記全焦点画像における微小領域の焦点
画像を前記合焦状態から求めた合焦距離を用いてフレネ
ル回折計算することにより前記第１の表面形状データを
求めるものである。
の表面形状測定装置において、前記第１の表面形状デー
タ作成手段は、前記全焦点画像における微小領域の焦点
画像を前記合焦状態から求めた合焦距離を用いてフレネ
ル回折計算することにより前記第１の表面形状データを
求めるものである。
【００３０】したがって、より正確な全焦点画像の生成
ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整がよ
り正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精度
化を図ることができる。
ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整がよ
り正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精度
化を図ることができる。
【００３１】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の表面形状測定装置において、前記干渉光学系は、その
拡大倍率の２乗に反比例する感度で得られる前記振幅デ
ータによる前記被測定物の表面形状における前記反射光
の光軸方向の測定分解能を、前記光源の波長の１／２よ
り小さくなるように所定の拡大倍率に設定されている。
の表面形状測定装置において、前記干渉光学系は、その
拡大倍率の２乗に反比例する感度で得られる前記振幅デ
ータによる前記被測定物の表面形状における前記反射光
の光軸方向の測定分解能を、前記光源の波長の１／２よ
り小さくなるように所定の拡大倍率に設定されている。
【００３２】したがって、測定分解能を光源波長の１／
２より小さく設定することにより、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
２より小さく設定することにより、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
【００３３】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前記
データ検出手段は、前記反射光の光軸方向の複数位置
を、それぞれの位置の間隔が前記光源の波長の１／２よ
り小さいものとしている。
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前記
データ検出手段は、前記反射光の光軸方向の複数位置
を、それぞれの位置の間隔が前記光源の波長の１／２よ
り小さいものとしている。
【００３４】したがって、反射光の光軸方向の複数位置
は、それぞれの位置の間隔が光源の波長の１／２より小
さくなるように設定しているので、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
は、それぞれの位置の間隔が光源の波長の１／２より小
さくなるように設定しているので、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
【００３５】請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前記
合成又は比較手段は、前記合成として、 ｍ×（λ／２）＋δ （ｍ：次数，λ：光源波長，δ：前記第２の表面形状デ
ータ）における次数ｍを決定する処理を行なうものであ
る。
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前記
合成又は比較手段は、前記合成として、 ｍ×（λ／２）＋δ （ｍ：次数，λ：光源波長，δ：前記第２の表面形状デ
ータ）における次数ｍを決定する処理を行なうものであ
る。
【００３６】したがって、第１と第２の表面形状データ
を的確に合成して、被測定物や光学系を測定中に移動さ
せることなく、光源波長の１／２を超えるような段差を
含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度か
つ容易に測定することができる。
を的確に合成して、被測定物や光学系を測定中に移動さ
せることなく、光源波長の１／２を超えるような段差を
含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度か
つ容易に測定することができる。
【００３７】請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前記
光学データ検出手段は、前記位相データ及び振幅データ
をキャリヤ周波数を与えた単一の前記干渉縞の干渉縞デ
ータから求める。
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前記
光学データ検出手段は、前記位相データ及び振幅データ
をキャリヤ周波数を与えた単一の前記干渉縞の干渉縞デ
ータから求める。
【００３８】したがって、観測する干渉縞にキャリヤ周
波数を与えて、単一の干渉縞データから被測定物の反射
光の振幅データ、位相データを計算することにより、測
定の高速化を図ることができる。
波数を与えて、単一の干渉縞データから被測定物の反射
光の振幅データ、位相データを計算することにより、測
定の高速化を図ることができる。
【００３９】請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９
のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前
記光源は、前記被測定物にパルス光を照射するものであ
る。
のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、前
記光源は、前記被測定物にパルス光を照射するものであ
る。
【００４０】したがって、パルスの発光時間を被測定物
の動きに対応して十分短くすることで、被測定物が光を
反射する瞬間に被測定物がみかけ上静止した状態とな
り、被測定物からの反射光を安定させて、正確に反射光
の振幅データ、位相データを求めることができるので、
被測定物の動きが高速な場合においても、正確に物体の
動的形状を測定することができる。
の動きに対応して十分短くすることで、被測定物が光を
反射する瞬間に被測定物がみかけ上静止した状態とな
り、被測定物からの反射光を安定させて、正確に反射光
の振幅データ、位相データを求めることができるので、
被測定物の動きが高速な場合においても、正確に物体の
動的形状を測定することができる。
【００４１】請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１
０のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
前記変換光学系は、前記反射光及び前記参照光をそれぞ
れ球面波に変換し、前記撮像素子による干渉縞の撮像位
置での前記両球面波の曲率をほぼ一致させて前記干渉光
学系の倍率を設定している。
０のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
前記変換光学系は、前記反射光及び前記参照光をそれぞ
れ球面波に変換し、前記撮像素子による干渉縞の撮像位
置での前記両球面波の曲率をほぼ一致させて前記干渉光
学系の倍率を設定している。
【００４２】したがって、デフォーカス収差を除去し
て、干渉光学系の拡大倍率を高めた測定を正確に実施す
ることができる。
て、干渉光学系の拡大倍率を高めた測定を正確に実施す
ることができる。
【００４３】請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１
１のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
前記干渉光学系の拡大倍率を可変する拡大倍率可変装置
を備え、前記第１の表面形状データ作成手段及び前記第
２の表面形状データ作成手段のうち前者による前記被測
定物の測定分解能又は前記反射光の光軸方向の測定範囲
のみを設定できるようにしている。
１のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
前記干渉光学系の拡大倍率を可変する拡大倍率可変装置
を備え、前記第１の表面形状データ作成手段及び前記第
２の表面形状データ作成手段のうち前者による前記被測
定物の測定分解能又は前記反射光の光軸方向の測定範囲
のみを設定できるようにしている。
【００４４】したがって、光源波長の１／２より小さい
測定分解能のもとで、被測定物の大きさに応じて干渉光
学系の拡大倍率を変化させるようにすれば、被測定物表
面のより広い範囲を一度に測定することができる。
測定分解能のもとで、被測定物の大きさに応じて干渉光
学系の拡大倍率を変化させるようにすれば、被測定物表
面のより広い範囲を一度に測定することができる。
【００４５】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の表面形状測定装置において、前記拡大倍率可変装
置は、前記撮像素子による前記干渉縞の撮像位置におけ
る前記反射光の曲率と前記参照光の曲率とがほぼ一致す
るよう連動させて曲率を変化させることにより、前記干
渉光学系の倍率を可変としている。
記載の表面形状測定装置において、前記拡大倍率可変装
置は、前記撮像素子による前記干渉縞の撮像位置におけ
る前記反射光の曲率と前記参照光の曲率とがほぼ一致す
るよう連動させて曲率を変化させることにより、前記干
渉光学系の倍率を可変としている。
【００４６】したがって、被測定物表面のより広い範囲
を一度に測定することを容易に行なうことができる。
を一度に測定することを容易に行なうことができる。
【００４７】請求項１４に記載の発明は、被測定物に光
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データである干
渉縞データを取得する撮像工程と、前記干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データ及び振幅を示
す振幅データを求める光学データ検出工程と、前記振幅
データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原理により
前記被測定物の表面形状のデータである第１の表面形状
データを求める第１の表面形状データ作成工程と、前記
位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測定物
の表面形状のデータである第２の表面形状データを求め
る第２の表面形状データ作成工程と、前記第１の表面形
状データと前記第２の表面形状データとを合成又は比較
して、前記被測定物の表面形状のデータである第３の表
面形状データを求める合成又は比較工程と、を含んでな
る表面形状測定方法である。
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データである干
渉縞データを取得する撮像工程と、前記干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データ及び振幅を示
す振幅データを求める光学データ検出工程と、前記振幅
データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原理により
前記被測定物の表面形状のデータである第１の表面形状
データを求める第１の表面形状データ作成工程と、前記
位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測定物
の表面形状のデータである第２の表面形状データを求め
る第２の表面形状データ作成工程と、前記第１の表面形
状データと前記第２の表面形状データとを合成又は比較
して、前記被測定物の表面形状のデータである第３の表
面形状データを求める合成又は比較工程と、を含んでな
る表面形状測定方法である。
【００４８】したがって、被測定物の光源波長の１／２
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。
【００４９】請求項１５に記載の発明は、被測定物に光
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データである干
渉縞データを取得する撮像工程と、前記干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データを求める光学
データ検出工程と、前記位相データを用いて合焦状態を
判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状の
データである第１の表面形状データを求める第１の表面
形状データ作成工程と、前記位相データを用いて干渉計
測の原理により前記被測定物の表面形状のデータである
第２の表面形状データを求める第２の表面形状データ作
成工程と、前記第１の表面形状データと前記第２の表面
形状データとを合成又は比較して、前記被測定物の表面
形状のデータである第３の表面形状データを求める合成
又は比較工程と、を含んでなる表面形状測定方法であ
る。
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データである干
渉縞データを取得する撮像工程と、前記干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データを求める光学
データ検出工程と、前記位相データを用いて合焦状態を
判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状の
データである第１の表面形状データを求める第１の表面
形状データ作成工程と、前記位相データを用いて干渉計
測の原理により前記被測定物の表面形状のデータである
第２の表面形状データを求める第２の表面形状データ作
成工程と、前記第１の表面形状データと前記第２の表面
形状データとを合成又は比較して、前記被測定物の表面
形状のデータである第３の表面形状データを求める合成
又は比較工程と、を含んでなる表面形状測定方法であ
る。
【００５０】したがって、被測定物の光源波長の１／２
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。しかも、２次元的な位相データ
を用いて合焦法の原理により被測定物の表面形状を測定
するので、２次元的な振幅データではコントラストが低
下して合焦点はずれが検知できない場合にも、被測定物
の表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクスチャを
観測できない場合に、被測定面の形状測定ができる。
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。しかも、２次元的な位相データ
を用いて合焦法の原理により被測定物の表面形状を測定
するので、２次元的な振幅データではコントラストが低
下して合焦点はずれが検知できない場合にも、被測定物
の表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクスチャを
観測できない場合に、被測定面の形状測定ができる。
【００５１】請求項１６に記載の発明は、請求項１４又
は１５に記載の表面形状測定方法において、前記第１の
表面形状データ作成工程は、前記光学データ検出手段で
検出した振幅データ又は位相データを用いて合焦状態を
検出し、合焦法の原理により被測定物の２次元画像にお
ける全領域に焦点のあった画像である全焦点画像を生成
して前記第１の表面形状データを求めるものである。
は１５に記載の表面形状測定方法において、前記第１の
表面形状データ作成工程は、前記光学データ検出手段で
検出した振幅データ又は位相データを用いて合焦状態を
検出し、合焦法の原理により被測定物の２次元画像にお
ける全領域に焦点のあった画像である全焦点画像を生成
して前記第１の表面形状データを求めるものである。
【００５２】したがって、被測定物の位置、姿勢を観察
しやすくし、測定の操作性を向上させることができる。
しやすくし、測定の操作性を向上させることができる。
【００５３】請求項１７に記載の発明は、請求項１６に
記載の表面形状測定方法において、前記第１の表面形状
データ作成工程は、前記全焦点画像における微小領域の
焦点画像を前記合焦状態から求めた合焦距離に対して最
も近い距離にある前記振幅データに置き換えることによ
り前記第１の表面形状データを求めるものである。
記載の表面形状測定方法において、前記第１の表面形状
データ作成工程は、前記全焦点画像における微小領域の
焦点画像を前記合焦状態から求めた合焦距離に対して最
も近い距離にある前記振幅データに置き換えることによ
り前記第１の表面形状データを求めるものである。
【００５４】したがって、高速に全焦点画像を生成で
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
【００５５】請求項１８に記載の発明は、請求項１６に
記載の表面形状測定方法において、前記第１の表面形状
データ作成工程は、前記全焦点画像における微小領域の
焦点画像を前記合焦状態から求めた合焦距離を用いてフ
レネル回折計算することにより前記第１の表面形状デー
タを求めるものである。
記載の表面形状測定方法において、前記第１の表面形状
データ作成工程は、前記全焦点画像における微小領域の
焦点画像を前記合焦状態から求めた合焦距離を用いてフ
レネル回折計算することにより前記第１の表面形状デー
タを求めるものである。
【００５６】したがって、より正確な全焦点画像の生成
ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整がよ
り正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精度
化を図ることができる。
ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整がよ
り正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精度
化を図ることができる。
【００５７】なお、前記データ検出工程は、前記反射光
の光軸方向の複数位置を、それぞれの位置の間隔が前記
光源の波長の１／２より小さいものとすることができ
る。
の光軸方向の複数位置を、それぞれの位置の間隔が前記
光源の波長の１／２より小さいものとすることができ
る。
【００５８】これにより、反射光の光軸方向の複数位置
は、それぞれの位置の間隔が光源の波長の１／２より小
さくなるように設定しているので、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
は、それぞれの位置の間隔が光源の波長の１／２より小
さくなるように設定しているので、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
【００５９】前記合成又は比較工程は、前記合成とし
て、 ｍ×（λ／２）＋δ （ｍ：次数，λ：光源波長，δ：前記第２の表面形状デ
ータ）における次数ｍを決定する処理を行なうものであ
る。
て、 ｍ×（λ／２）＋δ （ｍ：次数，λ：光源波長，δ：前記第２の表面形状デ
ータ）における次数ｍを決定する処理を行なうものであ
る。
【００６０】これにより、第１と第２の表面形状データ
を的確に合成して、被測定物や光学系を測定中に移動さ
せることなく、光源波長の１／２を超えるような段差を
含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度か
つ容易に測定することができる。
を的確に合成して、被測定物や光学系を測定中に移動さ
せることなく、光源波長の１／２を超えるような段差を
含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度か
つ容易に測定することができる。
【００６１】前記光学データ検出工程は、前記位相デー
タ及び振幅データをキャリヤ周波数を与えた単一の前記
干渉縞の干渉縞データから求めることができる。
タ及び振幅データをキャリヤ周波数を与えた単一の前記
干渉縞の干渉縞データから求めることができる。
【００６２】これにより、観測する干渉縞にキャリヤ周
波数を与えて、単一の干渉縞データから被測定物の反射
光の振幅データ、位相データを計算することにより、測
定の高速化を図ることができる。
波数を与えて、単一の干渉縞データから被測定物の反射
光の振幅データ、位相データを計算することにより、測
定の高速化を図ることができる。
【００６３】前記撮像工程は、前記被測定物に照射する
光をパルス光とすることができる。
光をパルス光とすることができる。
【００６４】これにより、パルスの発光時間を被測定物
の動きに対応して十分短くすることで、被測定物が光を
反射する瞬間に被測定物がみかけ上静止した状態とな
り、被測定物からの反射光を安定させて、正確に反射光
の振幅データ、位相データを求めることができるので、
被測定物の動きが高速な場合においても、正確に物体の
動的形状を測定することができる。
の動きに対応して十分短くすることで、被測定物が光を
反射する瞬間に被測定物がみかけ上静止した状態とな
り、被測定物からの反射光を安定させて、正確に反射光
の振幅データ、位相データを求めることができるので、
被測定物の動きが高速な場合においても、正確に物体の
動的形状を測定することができる。
【００６５】請求項１９に記載の発明は、被測定物に光
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像した画像データである干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データ及び振幅を示
す振幅データを求める光学データ検出処理と、前記振幅
データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原理により
前記被測定物の表面形状のデータである第１の表面形状
データを求める第１の表面形状データ作成処理と、前記
位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測定物
の表面形状のデータである第２の表面形状データを求め
る第２の表面形状データ作成処理と、前記第１の表面形
状データと前記第２の表面形状データとを合成又は比較
して、前記被測定物の表面形状のデータである第３の表
面形状データを求める合成又は比較処理と、をコンピュ
ータに実行させるコンピュータに読み取り可能なプログ
ラムである。
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像した画像データである干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データ及び振幅を示
す振幅データを求める光学データ検出処理と、前記振幅
データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原理により
前記被測定物の表面形状のデータである第１の表面形状
データを求める第１の表面形状データ作成処理と、前記
位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測定物
の表面形状のデータである第２の表面形状データを求め
る第２の表面形状データ作成処理と、前記第１の表面形
状データと前記第２の表面形状データとを合成又は比較
して、前記被測定物の表面形状のデータである第３の表
面形状データを求める合成又は比較処理と、をコンピュ
ータに実行させるコンピュータに読み取り可能なプログ
ラムである。
【００６６】したがって、被測定物の光源波長の１／２
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。
【００６７】請求項２０に記載の発明は、被測定物に光
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像した画像データである干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データを求める光学
データ検出処理と、前記位相データを用いて合焦状態を
判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状の
データである第１の表面形状データを求める第１の表面
形状データ作成処理と、前記位相データを用いて干渉計
測の原理により前記被測定物の表面形状のデータである
第２の表面形状データを求める第２の表面形状データ作
成処理と、前記第１の表面形状データと前記第２の表面
形状データとを合成又は比較して、前記被測定物の表面
形状のデータである第３の表面形状データを求める合成
又は比較処理と、をコンピュータに実行させるコンピュ
ータに読み取り可能なプログラムである。
を照射したときの反射光と所定の参照光との間で発生さ
せた干渉縞を撮像した画像データである干渉縞データに
基づいて前記反射光の光軸方向の複数位置における前記
被測定物の反射光の位相を示す位相データを求める光学
データ検出処理と、前記位相データを用いて合焦状態を
判定し、合焦法の原理により前記被測定物の表面形状の
データである第１の表面形状データを求める第１の表面
形状データ作成処理と、前記位相データを用いて干渉計
測の原理により前記被測定物の表面形状のデータである
第２の表面形状データを求める第２の表面形状データ作
成処理と、前記第１の表面形状データと前記第２の表面
形状データとを合成又は比較して、前記被測定物の表面
形状のデータである第３の表面形状データを求める合成
又は比較処理と、をコンピュータに実行させるコンピュ
ータに読み取り可能なプログラムである。
【００６８】したがって、被測定物の光源波長の１／２
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。しかも、２次元的な位相データ
を用いて合焦法の原理により被測定物の表面形状を測定
するので、２次元的な振幅データではコントラストが低
下して合焦点はずれが検知できない場合にも、被測定物
の表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクスチャを
観測できない場合に、被測定面の形状測定ができる。
を超える段差については第１の表面形状データで受け持
ち、それ以外の領域の形状測定については第２の表面形
状データで受け持って、この両者を合成又は比較するこ
とにより、被測定物や光学系を測定中に移動させること
なく、光源波長の１／２を超えるような段差を含む被測
定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度かつ容易に
測定することができる。しかも、２次元的な位相データ
を用いて合焦法の原理により被測定物の表面形状を測定
するので、２次元的な振幅データではコントラストが低
下して合焦点はずれが検知できない場合にも、被測定物
の表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクスチャを
観測できない場合に、被測定面の形状測定ができる。
【００６９】請求項２１に記載の発明は、請求項１９又
は２０に記載のプログラムにおいて、前記第１の表面形
状データ作成処理は、前記光学データ検出手段で検出し
た振幅データ又は位相データを用いて合焦状態を検出
し、合焦法の原理により被測定物の２次元画像における
全領域に焦点のあった画像である全焦点画像を生成して
前記第１の表面形状データを求めるものである。
は２０に記載のプログラムにおいて、前記第１の表面形
状データ作成処理は、前記光学データ検出手段で検出し
た振幅データ又は位相データを用いて合焦状態を検出
し、合焦法の原理により被測定物の２次元画像における
全領域に焦点のあった画像である全焦点画像を生成して
前記第１の表面形状データを求めるものである。
【００７０】したがって、被測定物の位置、姿勢を観察
しやすくし、測定の操作性を向上させることができる。
しやすくし、測定の操作性を向上させることができる。
【００７１】請求項２２に記載の発明は、請求項２１に
記載のプログラムにおいて、前記第１の表面形状データ
作成処理は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画
像を前記合焦状態から求めた合焦距離に対して最も近い
距離にある前記振幅データに置き換えることにより前記
第１の表面形状データを求めるものである。
記載のプログラムにおいて、前記第１の表面形状データ
作成処理は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画
像を前記合焦状態から求めた合焦距離に対して最も近い
距離にある前記振幅データに置き換えることにより前記
第１の表面形状データを求めるものである。
【００７２】したがって、高速に全焦点画像を生成で
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
【００７３】請求項２３に記載の発明は、請求項２１に
記載のプログラムにおいて、前記第１の表面形状データ
作成処理は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画
像を前記合焦状態から求めた合焦距離を用いてフレネル
回折計算することにより前記第１の表面形状データを求
めるものである。
記載のプログラムにおいて、前記第１の表面形状データ
作成処理は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画
像を前記合焦状態から求めた合焦距離を用いてフレネル
回折計算することにより前記第１の表面形状データを求
めるものである。
【００７４】したがって、より正確な全焦点画像の生成
ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整がよ
り正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精度
化を図ることができる。
ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整がよ
り正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精度
化を図ることができる。
【００７５】なお、前記データ検出処理は、前記反射光
の光軸方向の複数位置を、それぞれの位置の間隔が前記
光源の波長の１／２より小さいものとすることができ
る。
の光軸方向の複数位置を、それぞれの位置の間隔が前記
光源の波長の１／２より小さいものとすることができ
る。
【００７６】これにより、反射光の光軸方向の複数位置
は、それぞれの位置の間隔が光源の波長の１／２より小
さくなるように設定しているので、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
は、それぞれの位置の間隔が光源の波長の１／２より小
さくなるように設定しているので、光源波長の１／２を
超える段差も測定することができる。
【００７７】前記合成又は比較処理は、前記合成とし
て、 ｍ×（λ／２）＋δ （ｍ：次数，λ：光源波長，δ：前記第２の表面形状デ
ータ）における次数ｍを決定する処理を行なうものであ
る。
て、 ｍ×（λ／２）＋δ （ｍ：次数，λ：光源波長，δ：前記第２の表面形状デ
ータ）における次数ｍを決定する処理を行なうものであ
る。
【００７８】これにより、第１と第２の表面形状データ
を的確に合成して、被測定物や光学系を測定中に移動さ
せることなく、光源波長の１／２を超えるような段差を
含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度か
つ容易に測定することができる。
を的確に合成して、被測定物や光学系を測定中に移動さ
せることなく、光源波長の１／２を超えるような段差を
含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精度か
つ容易に測定することができる。
【００７９】前記光学データ検出処理は、前記位相デー
タ及び振幅データをキャリヤ周波数を与えた単一の前記
干渉縞の干渉縞データから求めることができる。
タ及び振幅データをキャリヤ周波数を与えた単一の前記
干渉縞の干渉縞データから求めることができる。
【００８０】これにより、観測する干渉縞にキャリヤ周
波数を与えて、単一の干渉縞データから被測定物の反射
光の振幅データ、位相データを計算することにより、測
定の高速化を図ることができる。
波数を与えて、単一の干渉縞データから被測定物の反射
光の振幅データ、位相データを計算することにより、測
定の高速化を図ることができる。
【００８１】前記撮像処理は、前記被測定物に照射する
光をパルス光とすることができる。
光をパルス光とすることができる。
【００８２】これにより、パルスの発光時間を被測定物
の動きに対応して十分短くすることで、被測定物が光を
反射する瞬間に被測定物がみかけ上静止した状態とな
り、被測定物からの反射光を安定させて、正確に反射光
の振幅データ、位相データを求めることができるので、
被測定物の動きが高速な場合においても、正確に物体の
動的形状を測定することができる。
の動きに対応して十分短くすることで、被測定物が光を
反射する瞬間に被測定物がみかけ上静止した状態とな
り、被測定物からの反射光を安定させて、正確に反射光
の振幅データ、位相データを求めることができるので、
被測定物の動きが高速な場合においても、正確に物体の
動的形状を測定することができる。
【００８３】請求項２４に記載の発明は、請求項１９〜
２３のいずれかの一に記載のプログラムを記憶した記憶
媒体である。
２３のいずれかの一に記載のプログラムを記憶した記憶
媒体である。
【００８４】したがって、請求項１９〜２３のいずれか
の一に記載の発明と同様の作用、効果を奏する。
の一に記載の発明と同様の作用、効果を奏する。
【００８５】
【発明の実施の形態】この発明の一実施の形態について
説明する。
説明する。
【００８６】図１は、この発明の一実施の形態である表
面形状測定装置の概略構成を示すブロック図である。図
１に示すように、この表面形状測定装置は、光源となる
Ｈｅ−Ｎｅレーザ１と、その出力するレーザ光の被測定
物１４への照射光強度を調整するためのＮＤフィルタ２
と、レーザ光を拡大するためのビームエキスパンダ３と
を備えている。ビームエキスパンダ３はスペイシャルフ
ィルタとしても作用する。
面形状測定装置の概略構成を示すブロック図である。図
１に示すように、この表面形状測定装置は、光源となる
Ｈｅ−Ｎｅレーザ１と、その出力するレーザ光の被測定
物１４への照射光強度を調整するためのＮＤフィルタ２
と、レーザ光を拡大するためのビームエキスパンダ３と
を備えている。ビームエキスパンダ３はスペイシャルフ
ィルタとしても作用する。
【００８７】ビームエキスパンダ３にて拡大された光
は、ミラー４にて折り返され、ビームスプリッタ５に入
射する。ビームスプリッタ５で反射した光は、光を球面
波に変換するためのレンズ６を通り、ミラー７で折り返
され、光強度を調整するためのＮＤフィルタ８、ハーフ
ミラー９を介して撮像素子であるＣＣＤ１０に入射す
る。この光は、被測定物１４の反射光と干渉するための
参照光となる。
は、ミラー４にて折り返され、ビームスプリッタ５に入
射する。ビームスプリッタ５で反射した光は、光を球面
波に変換するためのレンズ６を通り、ミラー７で折り返
され、光強度を調整するためのＮＤフィルタ８、ハーフ
ミラー９を介して撮像素子であるＣＣＤ１０に入射す
る。この光は、被測定物１４の反射光と干渉するための
参照光となる。
【００８８】一方、ビームスプリッタ５を透過した光
は、ミラー１１にて折り返され、レンズ１２により球面
波に変換され、ハーフミラー９を透過して、対物レンズ
１３によりほぼ平行光に変換されて、被測定物１４に照
射する。被測定物１４で反射した光は、対物レンズ１３
を通過し、ハーフミラー９で反射して物体光としてＣＣ
Ｄ１０に到達し、前記の参照光との間に干渉をおこして
干渉縞を発生する。したがって、これらの光学素子によ
り干渉光学系を実現している。この干渉縞はＣＣＤ１０
にて撮像され、フレームグラバー１５を介してコンピュ
ータ１６に転送され、コンピュータ１６に記録される。
は、ミラー１１にて折り返され、レンズ１２により球面
波に変換され、ハーフミラー９を透過して、対物レンズ
１３によりほぼ平行光に変換されて、被測定物１４に照
射する。被測定物１４で反射した光は、対物レンズ１３
を通過し、ハーフミラー９で反射して物体光としてＣＣ
Ｄ１０に到達し、前記の参照光との間に干渉をおこして
干渉縞を発生する。したがって、これらの光学素子によ
り干渉光学系を実現している。この干渉縞はＣＣＤ１０
にて撮像され、フレームグラバー１５を介してコンピュ
ータ１６に転送され、コンピュータ１６に記録される。
【００８９】ビームスプリッタ５で分岐された後の参照
光路と物体光路の長さは、光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ
１のコヒーレンス長以下になるように設定されている。
また、被測定物１４からの反射光がＣＣＤ１０で撮像す
るのに適した強度になるように、ＮＤフィルタ２により
被測定物１４への照射光強度を調整してあり、さらに、
被測定物１４からの反射光と参照光との干渉により発生
する干渉縞のコントラストが高くなるように、ＮＤフィ
ルタ８により参照光強度が調整されている。
光路と物体光路の長さは、光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ
１のコヒーレンス長以下になるように設定されている。
また、被測定物１４からの反射光がＣＣＤ１０で撮像す
るのに適した強度になるように、ＮＤフィルタ２により
被測定物１４への照射光強度を調整してあり、さらに、
被測定物１４からの反射光と参照光との干渉により発生
する干渉縞のコントラストが高くなるように、ＮＤフィ
ルタ８により参照光強度が調整されている。
【００９０】対物レンズ１３は被測定物１４の反射光を
球面波に変換するように作用し、これにより後述のよう
に被測定物１４の反射光の複素振幅（被測定物１４の
像）を再生したときに、像が拡大して観測される。レン
ズ１２と対物レンズ１３の位置関係は、被測定物１４に
ほぼ平行光が照射されるように調整されている。レンズ
６は、参照光を球面波に変換するように作用し、対物レ
ンズ１３により球面波に変換された被測定物１４の反射
光の曲率と、参照光の曲率とが、ＣＣＤ１０の撮像位置
においてほぼ一致するように、位置が調整されている。
球面波に変換するように作用し、これにより後述のよう
に被測定物１４の反射光の複素振幅（被測定物１４の
像）を再生したときに、像が拡大して観測される。レン
ズ１２と対物レンズ１３の位置関係は、被測定物１４に
ほぼ平行光が照射されるように調整されている。レンズ
６は、参照光を球面波に変換するように作用し、対物レ
ンズ１３により球面波に変換された被測定物１４の反射
光の曲率と、参照光の曲率とが、ＣＣＤ１０の撮像位置
においてほぼ一致するように、位置が調整されている。
【００９１】被測定物１４の像を拡大しない場合は、対
物レンズ１３は不要であり、それに伴い、レンズ６、レ
ンズ１２も不要である。また後で詳細を説明するが、こ
こでは干渉縞をホログラムとして扱い、ＣＣＤ１０にて
撮像したホログラム干渉縞に仮想的に参照光を照射し
て、その回折光波により被測定物１４からの反射光（被
測定物１４の像）の複素振幅を再生する。単一の干渉縞
データをＣＣＤ１０にて撮像し、被測定物１４の反射光
を再生する場合、ホログラムを透過する０次回折光と実
像と虚像の３つが再生されるため、この３つを分離して
再生できるように、被測定物１４からの反射光の光軸と
参照光の光軸との間に適当な傾きを与えて、干渉縞にキ
ャリヤ周波数がのるようにしている。前記の両光軸に傾
きを与えるためには、例えば、ミラー７、被測定物１４
又はハーフミラー９かの傾きを調整すればよい。
物レンズ１３は不要であり、それに伴い、レンズ６、レ
ンズ１２も不要である。また後で詳細を説明するが、こ
こでは干渉縞をホログラムとして扱い、ＣＣＤ１０にて
撮像したホログラム干渉縞に仮想的に参照光を照射し
て、その回折光波により被測定物１４からの反射光（被
測定物１４の像）の複素振幅を再生する。単一の干渉縞
データをＣＣＤ１０にて撮像し、被測定物１４の反射光
を再生する場合、ホログラムを透過する０次回折光と実
像と虚像の３つが再生されるため、この３つを分離して
再生できるように、被測定物１４からの反射光の光軸と
参照光の光軸との間に適当な傾きを与えて、干渉縞にキ
ャリヤ周波数がのるようにしている。前記の両光軸に傾
きを与えるためには、例えば、ミラー７、被測定物１４
又はハーフミラー９かの傾きを調整すればよい。
【００９２】次に、被測定物１４からの反射光（被測定
物１４の像）の複素振幅（この明細書において、光の振
幅と位相を併せて複素振幅と呼ぶ）を再生計算する方法
について説明する。
物１４の像）の複素振幅（この明細書において、光の振
幅と位相を併せて複素振幅と呼ぶ）を再生計算する方法
について説明する。
【００９３】まず、被測定物１４からの反射光と参照光
との干渉により発生する干渉縞のＣＣＤ１０の撮像位置
での強度は、（１）式で与えられる。
との干渉により発生する干渉縞のＣＣＤ１０の撮像位置
での強度は、（１）式で与えられる。
【００９４】
【数１】
【００９５】ここで、Ｉは干渉縞の強度であり、ｘ，ｙ
はＣＣＤ１０の撮像位置のｘ，ｙ座標、Ｒは参照光の複
素振幅であり、Ａ，φはそれぞれ被測定物１４の反射光
の振幅と位相である。
はＣＣＤ１０の撮像位置のｘ，ｙ座標、Ｒは参照光の複
素振幅であり、Ａ，φはそれぞれ被測定物１４の反射光
の振幅と位相である。
【００９６】干渉縞をＣＣＤ１０にて撮像し、ホログラ
ム画像データとしてコンピュータ１６に記憶する。乾板
を用いたホログラフィでは、干渉縞を記録した乾板（ホ
ログラム）に改めて参照光を照射すると、参照光がホロ
グラムに記録された干渉縞にて回折し、それが記録時の
物体反射光として振舞うので、これにより、物体反射光
（物体像）が再生されることになった。ここでは、実際
に参照光を照射せずに、仮想的に参照光がホログラムに
照射されたものとして、ＣＣＤ１０にて記録したホログ
ラム画像からフレネル近似のもとに物体反射光（物体
像）を再生する。ホログラムに参照光として平行光が照
射されたとすると、ホログラムによる回折光、すなわち
物体反射光は（２）式のように表される。
ム画像データとしてコンピュータ１６に記憶する。乾板
を用いたホログラフィでは、干渉縞を記録した乾板（ホ
ログラム）に改めて参照光を照射すると、参照光がホロ
グラムに記録された干渉縞にて回折し、それが記録時の
物体反射光として振舞うので、これにより、物体反射光
（物体像）が再生されることになった。ここでは、実際
に参照光を照射せずに、仮想的に参照光がホログラムに
照射されたものとして、ＣＣＤ１０にて記録したホログ
ラム画像からフレネル近似のもとに物体反射光（物体
像）を再生する。ホログラムに参照光として平行光が照
射されたとすると、ホログラムによる回折光、すなわち
物体反射光は（２）式のように表される。
【００９７】
【数２】
【００９８】ここで、Ｕは再生距離ｄだけ離れた像面位
置での物体反射光波の複素振幅、ｘ’，ｙ’は像面位置
でのｘ，ｙ座標、ｃは複素定数、λは光源波長を表す。
置での物体反射光波の複素振幅、ｘ’，ｙ’は像面位置
でのｘ，ｙ座標、ｃは複素定数、λは光源波長を表す。
【００９９】したがって、再生距離ｄを入力し、収録し
た干渉縞データを用いて（２）式を計算することによ
り、再生距離ｄにおける物体反射光の複素振幅が再生さ
れることになる。被測定物１４の像を拡大しない場合
は、再生距離ｄにＣＣＤ１０の撮像位置と被測定物１４
の表面との距離を代入すればよい。図１に示した装置の
ように、被測定物１４の像を拡大する場合は、対物レン
ズ１３による被測定物１４の拡大像面とＣＣＤ１０の撮
像位置との距離を、再生距離ｄとして入力する。
た干渉縞データを用いて（２）式を計算することによ
り、再生距離ｄにおける物体反射光の複素振幅が再生さ
れることになる。被測定物１４の像を拡大しない場合
は、再生距離ｄにＣＣＤ１０の撮像位置と被測定物１４
の表面との距離を代入すればよい。図１に示した装置の
ように、被測定物１４の像を拡大する場合は、対物レン
ズ１３による被測定物１４の拡大像面とＣＣＤ１０の撮
像位置との距離を、再生距離ｄとして入力する。
【０１００】図２は、図１における被測定物１４、対物
レンズ１３、ホログラム面（ＣＣＤ１０の撮像位置）、
対物レンズ１３による被測定物１４の拡大像それぞれの
位置関係を示す説明図である。図２において、符号１７
は被測定物１４の位置を示し、符号１８は対物レンズ１
３の位置、符号１９はホログラム面（ＣＣＤ１０の撮像
位置）、符号２０は対物レンズ１３による被測定物１４
の拡大像面である。
レンズ１３、ホログラム面（ＣＣＤ１０の撮像位置）、
対物レンズ１３による被測定物１４の拡大像それぞれの
位置関係を示す説明図である。図２において、符号１７
は被測定物１４の位置を示し、符号１８は対物レンズ１
３の位置、符号１９はホログラム面（ＣＣＤ１０の撮像
位置）、符号２０は対物レンズ１３による被測定物１４
の拡大像面である。
【０１０１】図２における距離ｄ’が再生距離となり、
それを（２）式に入力して、被測定物１４の像を再生計
算する。図２の距離ｓ及び距離ｓ’はレンズ結像の下記
（３）式の関係にあるため、対物レンズ１８の焦点距離
ｆと距離ｓをあらかじめ測定しておくことにより、距離
ｓ’を求めることができる。そして、対物レンズ１３
（位置１８）からほぼ距離ｓ’の位置にＣＣＤ１０の撮
像位置を設置すれば、距離ｄ’はほぼ０となり、目視で
はほぼ焦点のあった被測定物１４の像が得られ、被測定
物１４の位置などの調整が容易になる。また、距離ｄ’
が大きくなると、再生した像の周辺部に歪が生じる場合
があるため、歪の少ない再生した像を得るためにも効果
がある。
それを（２）式に入力して、被測定物１４の像を再生計
算する。図２の距離ｓ及び距離ｓ’はレンズ結像の下記
（３）式の関係にあるため、対物レンズ１８の焦点距離
ｆと距離ｓをあらかじめ測定しておくことにより、距離
ｓ’を求めることができる。そして、対物レンズ１３
（位置１８）からほぼ距離ｓ’の位置にＣＣＤ１０の撮
像位置を設置すれば、距離ｄ’はほぼ０となり、目視で
はほぼ焦点のあった被測定物１４の像が得られ、被測定
物１４の位置などの調整が容易になる。また、距離ｄ’
が大きくなると、再生した像の周辺部に歪が生じる場合
があるため、歪の少ない再生した像を得るためにも効果
がある。
【０１０２】
【数３】
【０１０３】再生像には、ホログラムを透過する光（０
次回折光）による像、実像、虚像の３つの像が含まれて
いて、被測定物１４の形状を求めるためには、そのうち
の実像に注目する。撮像時において物体反射光と参照光
との光軸が平行に近いと、その３つの像が重なって再生
されるため、前記したように、物体反射光と参照光の光
軸に相対的な傾きを与えて、干渉縞にキャリヤ周波数を
のせた状態でホログラム（干渉縞画像）を取り込み、こ
れにより像面位置でそれらの３つの像を離れた位置に再
生することができる。
次回折光）による像、実像、虚像の３つの像が含まれて
いて、被測定物１４の形状を求めるためには、そのうち
の実像に注目する。撮像時において物体反射光と参照光
との光軸が平行に近いと、その３つの像が重なって再生
されるため、前記したように、物体反射光と参照光の光
軸に相対的な傾きを与えて、干渉縞にキャリヤ周波数を
のせた状態でホログラム（干渉縞画像）を取り込み、こ
れにより像面位置でそれらの３つの像を離れた位置に再
生することができる。
【０１０４】（２）式で表される複素振幅の実部を“Re
al｛Ｕ（ｘ’，ｙ’）｝”とし、虚部を“Imaginary
｛Ｕ（ｘ’，ｙ’）｝”とすると、被測定物１４の反射
光の振幅Ａ、位相φは、それぞれ次の（４）、（５）式
にて与えられる。
al｛Ｕ（ｘ’，ｙ’）｝”とし、虚部を“Imaginary
｛Ｕ（ｘ’，ｙ’）｝”とすると、被測定物１４の反射
光の振幅Ａ、位相φは、それぞれ次の（４）、（５）式
にて与えられる。
【０１０５】
【数４】
【０１０６】（４）式にて計算される振幅Ａと、（５）
式にて計算される位相φが、それぞれ、振幅データ、位
相データに相当する。この位相データの示す位相φに、
“λ／（４π）”を乗じて長さ単位に変換し、位相の飛
びがある場合、それをアンラップすることにより、被測
定物１４の物体形状を光源の波長λ以下の精度で求める
ことができる。
式にて計算される位相φが、それぞれ、振幅データ、位
相データに相当する。この位相データの示す位相φに、
“λ／（４π）”を乗じて長さ単位に変換し、位相の飛
びがある場合、それをアンラップすることにより、被測
定物１４の物体形状を光源の波長λ以下の精度で求める
ことができる。
【０１０７】しかしながら、被測定物１４の物体面に、
レーザ光の波長λに対し、λ／２を超えるような大きな
段差があると、その段差位置で位相φ（形状）の関連性
が途切れるため、測定値に不確定性が生じてくる。
レーザ光の波長λに対し、λ／２を超えるような大きな
段差があると、その段差位置で位相φ（形状）の関連性
が途切れるため、測定値に不確定性が生じてくる。
【０１０８】そのため、この形状測定装置では、（４）
式による振幅データを活用することによっても、被測定
物１４の表面形状を測定し、振幅データによる表面形状
の測定値と位相データによる表面形状の測定値とを比較
し、又は、合成することによって、λ／２を超える段差
を含む被測定面であっても、表面形状の測定を可能なも
のとしている。かかる点について以下に説明する。
式による振幅データを活用することによっても、被測定
物１４の表面形状を測定し、振幅データによる表面形状
の測定値と位相データによる表面形状の測定値とを比較
し、又は、合成することによって、λ／２を超える段差
を含む被測定面であっても、表面形状の測定を可能なも
のとしている。かかる点について以下に説明する。
【０１０９】まず、振幅データを用いた表面形状の測定
について説明する。簡単のため、被測定物１４を、光学
系を用いて拡大しない場合における被測定物１４、ホロ
グラム面（ＣＣＤ１０の撮像位置）、及び、再生像の位
置関係を表す図３を参照して説明する。図３において、
符号２１は被測定物１４の位置、符号２２はホログラム
面（ＣＣＤ１０の撮像位置）、符号２３は被測定物１４
の再生像を示す。
について説明する。簡単のため、被測定物１４を、光学
系を用いて拡大しない場合における被測定物１４、ホロ
グラム面（ＣＣＤ１０の撮像位置）、及び、再生像の位
置関係を表す図３を参照して説明する。図３において、
符号２１は被測定物１４の位置、符号２２はホログラム
面（ＣＣＤ１０の撮像位置）、符号２３は被測定物１４
の再生像を示す。
【０１１０】ホログラム（ＣＣＤ１０の撮像位置）を原
点とした場合、再生距離ｄを−ｘ１とすると、ｘ１の位
置にある面の実像が焦点のあった状態で再生され、同様
に、再生距離ｄを−ｘ２，−ｘ３とすると、それぞれｘ
２，ｘ３の位置にある面の実像が焦点のあった状態で再
生されることを示している。その場合、“ｄ＝−ｘ１”
とした場合には、ｘ２，ｘ３にある面は焦点ずれするこ
とになる。したがって焦点があっているかどうかを検出
することにより、ｘ１，ｘ２，ｘ３の相対的な距離の差
（すなわち段差）を求めることができる。
点とした場合、再生距離ｄを−ｘ１とすると、ｘ１の位
置にある面の実像が焦点のあった状態で再生され、同様
に、再生距離ｄを−ｘ２，−ｘ３とすると、それぞれｘ
２，ｘ３の位置にある面の実像が焦点のあった状態で再
生されることを示している。その場合、“ｄ＝−ｘ１”
とした場合には、ｘ２，ｘ３にある面は焦点ずれするこ
とになる。したがって焦点があっているかどうかを検出
することにより、ｘ１，ｘ２，ｘ３の相対的な距離の差
（すなわち段差）を求めることができる。
【０１１１】その焦点が合っているかどうかの判定のた
めに、ここでは、（４）式で求めた振幅データを用い
て、depth from focus理論に基づいた演算を実施する。
depthfrom focus理論に基づく演算方法としてはさまざ
まな種類のものがあるが、例えば、“石原満宏、佐々木
博美「合焦法による高速三次元形状計測」精密工学会
誌，vol.63,No.1,1997”に示された方法を用いることが
できる。
めに、ここでは、（４）式で求めた振幅データを用い
て、depth from focus理論に基づいた演算を実施する。
depthfrom focus理論に基づく演算方法としてはさまざ
まな種類のものがあるが、例えば、“石原満宏、佐々木
博美「合焦法による高速三次元形状計測」精密工学会
誌，vol.63,No.1,1997”に示された方法を用いることが
できる。
【０１１２】すなわち、撮像した干渉縞データを用い
て、再生距離ｄを微小量（Δｄ）ずつ変えながら、複数
の複素振幅を（２）式を用いて計算し、各々の再生距離
ｄにおける振幅データを（４）式により計算する。そし
て各々の振幅データにおいて、ＣＣＤ１０の撮像面の任
意の小領域Ｌにおける振幅値Ａの微分値の和を合焦測度
ｖとして求め、これらの合焦測度ｖのうちピークを示す
再生距離ｄを、焦点のあった位置と判定する。
て、再生距離ｄを微小量（Δｄ）ずつ変えながら、複数
の複素振幅を（２）式を用いて計算し、各々の再生距離
ｄにおける振幅データを（４）式により計算する。そし
て各々の振幅データにおいて、ＣＣＤ１０の撮像面の任
意の小領域Ｌにおける振幅値Ａの微分値の和を合焦測度
ｖとして求め、これらの合焦測度ｖのうちピークを示す
再生距離ｄを、焦点のあった位置と判定する。
【０１１３】図４に、撮像画像の任意の小領域Ｌにおい
て、再生距離ｄを変化させたときの合焦測度ｖの変化を
示すが、図４の距離Ｄが焦点のあう再生距離ｄ（合焦距
離Ｄ）となる。したがって、任意の小領域Ｌにおいて振
幅値Ａの微分値の和がピークになる再生距離ｄを求め、
それを画像全体にわたって繰り返すことにより、被測定
物１４の表面全体の各小領域Ｌにおける合焦距離Ｄが計
算できる。そして基準位置を任意の小領域にとり、基準
位置の再生距離との差を求めることによって、被測定物
１４全体の表面形状を求めることができる。よって、撮
像画像の各画素について、被測定物１４の表面形状デー
タＳijが得られる。ここで、ｉ，ｊは、撮像画像の画素
単位で表わされる座標を示す。
て、再生距離ｄを変化させたときの合焦測度ｖの変化を
示すが、図４の距離Ｄが焦点のあう再生距離ｄ（合焦距
離Ｄ）となる。したがって、任意の小領域Ｌにおいて振
幅値Ａの微分値の和がピークになる再生距離ｄを求め、
それを画像全体にわたって繰り返すことにより、被測定
物１４の表面全体の各小領域Ｌにおける合焦距離Ｄが計
算できる。そして基準位置を任意の小領域にとり、基準
位置の再生距離との差を求めることによって、被測定物
１４全体の表面形状を求めることができる。よって、撮
像画像の各画素について、被測定物１４の表面形状デー
タＳijが得られる。ここで、ｉ，ｊは、撮像画像の画素
単位で表わされる座標を示す。
【０１１４】合焦測度ｖを求めるとき、再生距離ｄを少
しずつ変化させながら、被測定物１４の反射光の略光軸
方向における複数位置での被測定物１４の反射光の超え
るを計算により求めるが、その場合、再生距離ｄの変化
の間隔（ピッチ）Δｄは、光源波長λの１／２より小さ
いことが望ましい。ただし、図４に示したように、複数
の合焦測度ｖのプロットをガウス関数などの関数に近似
し、関数の頂点を求める作業により合焦距離Ｄを求めて
もよく、その場合は、前記の再生距離ｄの変化の間隔Δ
ｄは、厳密に光源波長λの１／２より小さくなくてもよ
い。
しずつ変化させながら、被測定物１４の反射光の略光軸
方向における複数位置での被測定物１４の反射光の超え
るを計算により求めるが、その場合、再生距離ｄの変化
の間隔（ピッチ）Δｄは、光源波長λの１／２より小さ
いことが望ましい。ただし、図４に示したように、複数
の合焦測度ｖのプロットをガウス関数などの関数に近似
し、関数の頂点を求める作業により合焦距離Ｄを求めて
もよく、その場合は、前記の再生距離ｄの変化の間隔Δ
ｄは、厳密に光源波長λの１／２より小さくなくてもよ
い。
【０１１５】ここで、振幅データを用いた測定の縦方向
の感度γは、定数ｋと光学系の倍率βを用いて、
の感度γは、定数ｋと光学系の倍率βを用いて、
【０１１６】
【数５】
【０１１７】と表わすことができ、光学系の倍率の２乗
に反比例して分解能が上がる。
に反比例して分解能が上がる。
【０１１８】一方、光源波長λの１／２の段差を、振幅
データを用いる方法により測定しようとすると、光源波
長λの１／２より小さい測定分解能が、振幅データを用
いる方法に要求される。
データを用いる方法により測定しようとすると、光源波
長λの１／２より小さい測定分解能が、振幅データを用
いる方法に要求される。
【０１１９】光の波長は、可視光の場合は数百ｎｍであ
るため、振幅データを用いた測定の測定分解能はｎｍオ
ーダーでなければならない。それを考慮すると、被測定
物１４の像を拡大せずに振幅データを用いた測定分解能
の要求を満たそうとするのは困難であると考えられる。
そこで、図１の装置構成では、対物レンズ１３を用いて
被測定物１４の像を拡大して測定する装置構成を示し
た。ただし、光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ１の波長をμ
ｍやｍｍのオーダーまで大きくした場合などにおいて
は、被測定物１４の像を拡大せずとも、振幅データを用
いた測定の測定分解能の要求は満足でき、測定が可能と
なる。次に、（５）式により計算した位相データを用い
て、被測定物１４の表面におけるλ／２を下回る微小形
状を演算する方法について説明する。以下では、図１に
おける、レンズ６、レンズ１２、対物レンズ１３を用い
ずに被測定物１４の像を拡大しない場合について説明す
る。
るため、振幅データを用いた測定の測定分解能はｎｍオ
ーダーでなければならない。それを考慮すると、被測定
物１４の像を拡大せずに振幅データを用いた測定分解能
の要求を満たそうとするのは困難であると考えられる。
そこで、図１の装置構成では、対物レンズ１３を用いて
被測定物１４の像を拡大して測定する装置構成を示し
た。ただし、光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ１の波長をμ
ｍやｍｍのオーダーまで大きくした場合などにおいて
は、被測定物１４の像を拡大せずとも、振幅データを用
いた測定の測定分解能の要求は満足でき、測定が可能と
なる。次に、（５）式により計算した位相データを用い
て、被測定物１４の表面におけるλ／２を下回る微小形
状を演算する方法について説明する。以下では、図１に
おける、レンズ６、レンズ１２、対物レンズ１３を用い
ずに被測定物１４の像を拡大しない場合について説明す
る。
【０１２０】すなわち、任意の小領域において、振幅デ
ータを用いる方法で焦点のあった再生距離ｄで再生した
複素振幅を用い、（４）式により位相データを計算す
る。そして計算した位相φに“λ／４π”を乗じて長さ
単位に変換して、被測定物１４の表面形状を求める。こ
の場合も撮像画像の各画素について、被測定物１４の表
面形状データが得られる。図１に示した装置のように、
対物レンズ１３を用いて被測定物１４の像を拡大した場
合において、被測定物１４の反射光の曲率と参照光の曲
率が一致していないと、前記の曲率の差に起因して、位
相φの測定値に図５に示すような同心円状のデフォーカ
ス収差が含まれてくる。被測定物１４の表面形状を正確
に求めるためには、それを除去しなければならない。
ータを用いる方法で焦点のあった再生距離ｄで再生した
複素振幅を用い、（４）式により位相データを計算す
る。そして計算した位相φに“λ／４π”を乗じて長さ
単位に変換して、被測定物１４の表面形状を求める。こ
の場合も撮像画像の各画素について、被測定物１４の表
面形状データが得られる。図１に示した装置のように、
対物レンズ１３を用いて被測定物１４の像を拡大した場
合において、被測定物１４の反射光の曲率と参照光の曲
率が一致していないと、前記の曲率の差に起因して、位
相φの測定値に図５に示すような同心円状のデフォーカ
ス収差が含まれてくる。被測定物１４の表面形状を正確
に求めるためには、それを除去しなければならない。
【０１２１】図１においてレンズ６の位置を調整して、
被測定物１４の反射光の曲率と参照光の曲率をほぼ一致
させると、両者の曲率の差はなくなるため、それにより
位相データにデフォーカス収差は含まれなくなる。した
がって任意の小領域Ｌにおいて、振幅データを用いる方
法で焦点のあった再生距離ｄで再生した複素振幅を用
い、（５）式により位相データを計算する。そして、こ
の計算した位相φに“λ／４π”を乗じて長さ単位に変
換して、被測定物１４の表面形状を求める。この場合
も、撮像画像の各画素について被測定物１４の表面形状
データＴijが得られる。ここで、ｉ，ｊは画像の画素単
位で表わされる座標を示す。
被測定物１４の反射光の曲率と参照光の曲率をほぼ一致
させると、両者の曲率の差はなくなるため、それにより
位相データにデフォーカス収差は含まれなくなる。した
がって任意の小領域Ｌにおいて、振幅データを用いる方
法で焦点のあった再生距離ｄで再生した複素振幅を用
い、（５）式により位相データを計算する。そして、こ
の計算した位相φに“λ／４π”を乗じて長さ単位に変
換して、被測定物１４の表面形状を求める。この場合
も、撮像画像の各画素について被測定物１４の表面形状
データＴijが得られる。ここで、ｉ，ｊは画像の画素単
位で表わされる座標を示す。
【０１２２】次に、振幅データにより求めた形状データ
Ｓijと、位相データにより求めた形状データＴijとを合
成する方法について説明する。まず、振幅データより得
られた形状データＳijの値をλ／２で除算し、その商ｍ
を求める。そして、形状データＳijの値にｍとλ／２の
積を加えたものを、形状データＺijの値に代入する。こ
の処理を、撮像画像の各画素にわたって実施することに
より、被測定物１４のλ／２を超える段差を含む表面で
あっても、表面形状の正しい測定値を得ることができ
る。
Ｓijと、位相データにより求めた形状データＴijとを合
成する方法について説明する。まず、振幅データより得
られた形状データＳijの値をλ／２で除算し、その商ｍ
を求める。そして、形状データＳijの値にｍとλ／２の
積を加えたものを、形状データＺijの値に代入する。こ
の処理を、撮像画像の各画素にわたって実施することに
より、被測定物１４のλ／２を超える段差を含む表面で
あっても、表面形状の正しい測定値を得ることができ
る。
【０１２３】以上の処理は、言いかえると、次のように
表わすこともできる。すなわち、光源の波長λの１／２
を超える段差を含む面の正しい形状データをＺijとし、
光源波長をλ、次数をｍij、位相データにより求めた形
状をδijとすると、次の（７）式に示す関係が成り立つ
ので、撮像画像の各画素において次数ｍijを求めればよ
い。
表わすこともできる。すなわち、光源の波長λの１／２
を超える段差を含む面の正しい形状データをＺijとし、
光源波長をλ、次数をｍij、位相データにより求めた形
状をδijとすると、次の（７）式に示す関係が成り立つ
ので、撮像画像の各画素において次数ｍijを求めればよ
い。
【０１２４】
【数６】
【０１２５】以上のようにして測定を行なうことによ
り、被測定物１４や光学系を測定中に移動させることな
く、光源波長λの１／２を超えるような段差を含む面を
サブフリンジオーダーで高精度に測定可能となる。
り、被測定物１４や光学系を測定中に移動させることな
く、光源波長λの１／２を超えるような段差を含む面を
サブフリンジオーダーで高精度に測定可能となる。
【０１２６】次に、以上説明した方法を用いて、コンピ
ュータ１６が行なう形状データＺijの測定処理について
概要を整理して説明する。
ュータ１６が行なう形状データＺijの測定処理について
概要を整理して説明する。
【０１２７】まず、コンピュータ１６の構成について説
明する。図６は、コンピュータ１６の電気的な接続を示
すブロック図である。図６に示すように、コンピュータ
１６は、各種演算を行ないコンピュータ１６の各部を集
中的に制御するＣＰＵ３１と、各種のＲＯＭ、ＲＡＭか
らなるメモリ３２とが、バス３３で接続されている。
明する。図６は、コンピュータ１６の電気的な接続を示
すブロック図である。図６に示すように、コンピュータ
１６は、各種演算を行ないコンピュータ１６の各部を集
中的に制御するＣＰＵ３１と、各種のＲＯＭ、ＲＡＭか
らなるメモリ３２とが、バス３３で接続されている。
【０１２８】バス３３には、所定のインターフェイスを
介して、ハードディスクなどの磁気記憶装置３４と、マ
ウス、キーボード等により構成される入力装置３５と、
ＬＣＤ、ＣＲＴ等の表示装置３６と、光ディスクなどの
記憶媒体３７を読み取る記憶媒体読取装置３８とが接続
され、また、インターネットなどのネットワーク３９と
通信を行なう所定の通信インターフェイス４０が接続さ
れている。なお、記憶媒体３７は、この発明の記憶媒体
を実施するものであり、ＣＤ，ＤＶＤなどの光ディス
ク、光磁気ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク
などの各種方式のメディアを用いることができる。ま
た、記憶媒体読取装置３８は、具体的には記憶媒体３７
の種類に応じて光ディスク装置、光磁気ディスク装置、
フロッピーディスク装置などが用いられる。
介して、ハードディスクなどの磁気記憶装置３４と、マ
ウス、キーボード等により構成される入力装置３５と、
ＬＣＤ、ＣＲＴ等の表示装置３６と、光ディスクなどの
記憶媒体３７を読み取る記憶媒体読取装置３８とが接続
され、また、インターネットなどのネットワーク３９と
通信を行なう所定の通信インターフェイス４０が接続さ
れている。なお、記憶媒体３７は、この発明の記憶媒体
を実施するものであり、ＣＤ，ＤＶＤなどの光ディス
ク、光磁気ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク
などの各種方式のメディアを用いることができる。ま
た、記憶媒体読取装置３８は、具体的には記憶媒体３７
の種類に応じて光ディスク装置、光磁気ディスク装置、
フロッピーディスク装置などが用いられる。
【０１２９】磁気記憶装置３４には、この発明のプログ
ラムを実現する測定演算プログラムが記憶されている。
この測定演算プログラムは、記憶媒体３７に記憶されて
いたものを記憶媒体読取装置３８により読み取るか、あ
るいは、インターネットなどのネットワーク３９からダ
ウンロードするなどして、磁気記憶装置３４にインスト
ールしたものである。このインストールによりコンピュ
ータ１６は、形状データＺijの測定処理の実行が可能な
状態となる。この測定演算プログラムは、所定のＯＳ上
で動作するものであってもよい。
ラムを実現する測定演算プログラムが記憶されている。
この測定演算プログラムは、記憶媒体３７に記憶されて
いたものを記憶媒体読取装置３８により読み取るか、あ
るいは、インターネットなどのネットワーク３９からダ
ウンロードするなどして、磁気記憶装置３４にインスト
ールしたものである。このインストールによりコンピュ
ータ１６は、形状データＺijの測定処理の実行が可能な
状態となる。この測定演算プログラムは、所定のＯＳ上
で動作するものであってもよい。
【０１３０】以下では、測定演算プログラムに基づいて
コンピュータ１６が行なう形状データＺijの測定処理の
内容について、図７のフローチャートを参照して説明す
る。
コンピュータ１６が行なう形状データＺijの測定処理の
内容について、図７のフローチャートを参照して説明す
る。
【０１３１】図７に示すように、まず、ＣＰＵ３１は、
ＣＣＤ１０にて撮像された干渉縞の干渉縞データを取り
込んで、メモリ３２に記憶し（ステップＳ１）、メモリ
３２の所定領域に記憶される所定のカウント値ｋを０に
リセットし（ステップＳ２）、干渉縞データを用いて以
下の処理を行なう。ステップＳ１により、撮像工程を実
現している。
ＣＣＤ１０にて撮像された干渉縞の干渉縞データを取り
込んで、メモリ３２に記憶し（ステップＳ１）、メモリ
３２の所定領域に記憶される所定のカウント値ｋを０に
リセットし（ステップＳ２）、干渉縞データを用いて以
下の処理を行なう。ステップＳ１により、撮像工程を実
現している。
【０１３２】まず、再生距離ｄの初期値ｄ０に対し、再
生距離ｄの微小量Δｄにカウント値ｋを乗算した値を加
算し（ステップＳ３）、フレネル回折計算を行って、
“再生距離ｄ０＋Δｄ×ｋ”での複素振幅を取得する
（ステップＳ４）。ステップＳ３，Ｓ４により光学デー
タ検出手段、光学データ検出工程、光学データ検出処理
を実現している。そして、その複素振幅の振幅データに
おける微小領域Ｌでの合焦測度を求め（ステップＳ
５）、カウント値ｋを＋１だけインクリメントする（ス
テップＳ６）、という処理を、カウント値ｋが所定値Ｋ
になるまで繰り返す（ステップＳ７のＮ）。
生距離ｄの微小量Δｄにカウント値ｋを乗算した値を加
算し（ステップＳ３）、フレネル回折計算を行って、
“再生距離ｄ０＋Δｄ×ｋ”での複素振幅を取得する
（ステップＳ４）。ステップＳ３，Ｓ４により光学デー
タ検出手段、光学データ検出工程、光学データ検出処理
を実現している。そして、その複素振幅の振幅データに
おける微小領域Ｌでの合焦測度を求め（ステップＳ
５）、カウント値ｋを＋１だけインクリメントする（ス
テップＳ６）、という処理を、カウント値ｋが所定値Ｋ
になるまで繰り返す（ステップＳ７のＮ）。
【０１３３】カウント値ｋが所定値Ｋになったときは
（ステップＳ７のＹ）、各微小領域Ｌでの合焦距離を求
めて、全微小領域Ｌでの合焦距離Ｄを求め（ステップＳ
８）、合焦距離Ｄから表面形状データＳijを求める（ス
テップＳ９）。ステップＳ８，Ｓ９により第１の表面形
状データ作成手段、第１の表面形状データ作成工程、第
１の表面形状データ作成処理を実現している。
（ステップＳ７のＹ）、各微小領域Ｌでの合焦距離を求
めて、全微小領域Ｌでの合焦距離Ｄを求め（ステップＳ
８）、合焦距離Ｄから表面形状データＳijを求める（ス
テップＳ９）。ステップＳ８，Ｓ９により第１の表面形
状データ作成手段、第１の表面形状データ作成工程、第
１の表面形状データ作成処理を実現している。
【０１３４】次に、各画素での次数ｍijを計算し（ステ
ップＳ１０）、微小領域Ｌにおける合焦距離Ｄを再生距
離ｄとして（ステップＳ１１）、フレネル回折計算を行
い、各微小領域Ｌにおける複素振幅を取得する（ステッ
プＳ１２）。ステップＳ１０〜Ｓ１２により、光学デー
タ検出手段、光学データ検出工程、光学データ検出処理
を実現している。
ップＳ１０）、微小領域Ｌにおける合焦距離Ｄを再生距
離ｄとして（ステップＳ１１）、フレネル回折計算を行
い、各微小領域Ｌにおける複素振幅を取得する（ステッ
プＳ１２）。ステップＳ１０〜Ｓ１２により、光学デー
タ検出手段、光学データ検出工程、光学データ検出処理
を実現している。
【０１３５】そして、その複素振幅の位相データによ
り、各画素での位相φの値を表面形状データＴijに変換
する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３により、第２
の表面形状データ作成手段、第２の表面形状データ作成
工程、第２の表面形状データ作成処理を実現している。
り、各画素での位相φの値を表面形状データＴijに変換
する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３により、第２
の表面形状データ作成手段、第２の表面形状データ作成
工程、第２の表面形状データ作成処理を実現している。
【０１３６】最後に、以上のようにして求めた表面形状
データＳijと表面形状データＴijとを、前記のように合
成又は比較して、表面形状データＺijを求める（ステッ
プＳ１４）。ステップＳ１４により、合成又は比較手
段、合成又は比較工程、合成又は比較処理を実現してい
る。
データＳijと表面形状データＴijとを、前記のように合
成又は比較して、表面形状データＺijを求める（ステッ
プＳ１４）。ステップＳ１４により、合成又は比較手
段、合成又は比較工程、合成又は比較処理を実現してい
る。
【０１３７】なお、以上の処理では、振幅データを用い
た合焦法を実施した結果、得られた各微小領域Ｌにおけ
る合焦距離Ｄを用いて、フレネル回折計算を繰り返し、
各微小領域Ｌでの複素振幅を再計算して（ステップＳ１
２）、その位置での位相データを再度求めている。正確
に計算するためにはそのほうが望ましいが、フレネル回
折計算には時間がかかるため、全画素で位相データを計
算するのに多大な時間を要する。そこで、求めた合焦距
離Ｄが初期位置に対して微小な場合は、初期位置での位
相データを代用しても誤差が小さいため、求めた合焦距
離Ｄの値によっては、ステップＳ１２のフレネル回折計
算を実施しなくてもよい。これにより演算時間、測定時
間の短縮が図れる。
た合焦法を実施した結果、得られた各微小領域Ｌにおけ
る合焦距離Ｄを用いて、フレネル回折計算を繰り返し、
各微小領域Ｌでの複素振幅を再計算して（ステップＳ１
２）、その位置での位相データを再度求めている。正確
に計算するためにはそのほうが望ましいが、フレネル回
折計算には時間がかかるため、全画素で位相データを計
算するのに多大な時間を要する。そこで、求めた合焦距
離Ｄが初期位置に対して微小な場合は、初期位置での位
相データを代用しても誤差が小さいため、求めた合焦距
離Ｄの値によっては、ステップＳ１２のフレネル回折計
算を実施しなくてもよい。これにより演算時間、測定時
間の短縮が図れる。
【０１３８】図１の表面形状測定装置では、キャリヤ周
波数をのせた干渉縞を用いて被測定物１４の反射光の複
素振幅を求めたが、キャリヤ周波数をのせない同軸の干
渉縞においても、参照光、被測定物１４の反射光の位相
を変調することによって、被測定物１４の反射光の複素
振幅を独立して求めることができる。この場合は、この
ような複素振幅を用いてもよいし、また、光源であるＨ
ｅ−Ｎｅレーザ１のレーザ光の波長λを大きくした場合
は、直接ＣＣＤ１０で被測定物１４の反射光の複素振幅
を求められるようになるため、このようにして直接取得
した複素振幅を用いてもよい。
波数をのせた干渉縞を用いて被測定物１４の反射光の複
素振幅を求めたが、キャリヤ周波数をのせない同軸の干
渉縞においても、参照光、被測定物１４の反射光の位相
を変調することによって、被測定物１４の反射光の複素
振幅を独立して求めることができる。この場合は、この
ような複素振幅を用いてもよいし、また、光源であるＨ
ｅ−Ｎｅレーザ１のレーザ光の波長λを大きくした場合
は、直接ＣＣＤ１０で被測定物１４の反射光の複素振幅
を求められるようになるため、このようにして直接取得
した複素振幅を用いてもよい。
【０１３９】図１の表面形状測定装置によると、ＣＣＤ
１０の撮像時間より遅い速度で動く物体に対しては、そ
の動いている瞬間の動的形状の測定が可能になる。ただ
し、物体の動きが速くなり、ＣＣＤ１０の撮像時間より
速くなると、撮像している最中に被測定物１４からの反
射光の強度や位相が変化するため、正確に反射光の複素
振幅を求めることができなくなる。
１０の撮像時間より遅い速度で動く物体に対しては、そ
の動いている瞬間の動的形状の測定が可能になる。ただ
し、物体の動きが速くなり、ＣＣＤ１０の撮像時間より
速くなると、撮像している最中に被測定物１４からの反
射光の強度や位相が変化するため、正確に反射光の複素
振幅を求めることができなくなる。
【０１４０】この場合は、被測定物１４の動く速度に対
して、十分短い時間で被測定物１４にパルス光を照射
し、その反射光を受光するようにすると、光の照射中
は、被測定物１４は見かけ上静止している状態とみなせ
るため、被測定物１４の反射光が安定し、正確にその複
素振幅を求めることができて、正確な被測定物１４の動
的表面形状測定が可能になる。
して、十分短い時間で被測定物１４にパルス光を照射
し、その反射光を受光するようにすると、光の照射中
は、被測定物１４は見かけ上静止している状態とみなせ
るため、被測定物１４の反射光が安定し、正確にその複
素振幅を求めることができて、正確な被測定物１４の動
的表面形状測定が可能になる。
【０１４１】被測定物１４にパルス光を照射する光源に
は、ルビーレーザやＹＡＧレーザのようにパルス光を出
力する固体レーザや、パルス光を出力する半導体レーザ
を用いることができ、また、ＣＷ光を出力する半導体レ
ーザをパルス変調駆動してパルス光を生成してもよい
し、Ｈｅ−ＮｅレーザやアルゴンレーザからのＣＷ光
を、回転チョッパを用いてパルス化して用いてもよい。
は、ルビーレーザやＹＡＧレーザのようにパルス光を出
力する固体レーザや、パルス光を出力する半導体レーザ
を用いることができ、また、ＣＷ光を出力する半導体レ
ーザをパルス変調駆動してパルス光を生成してもよい
し、Ｈｅ−ＮｅレーザやアルゴンレーザからのＣＷ光
を、回転チョッパを用いてパルス化して用いてもよい。
【０１４２】また、パルス光を被測定物１４に照射する
のに代えて、図１の表面形状測定装置におけるＣＣＤ１
０を高速撮像が可能な高速カメラに置き換えることによ
り、光源をパルス化するのと同様の効果を得ることもで
きる。
のに代えて、図１の表面形状測定装置におけるＣＣＤ１
０を高速撮像が可能な高速カメラに置き換えることによ
り、光源をパルス化するのと同様の効果を得ることもで
きる。
【０１４３】さらに、（３）式の関係において、光学系
倍率は“距離ｓ’／距離ｓ”で決まるため、対物レンズ
１３の位置や焦点距離を変えることによって、光学系倍
率を変えることができる。光学系倍率を変えることによ
り、振幅データを用いた表面形状測定方法の測定分解能
を変化させることができるため、被測定物１４の大きさ
に応じて光学系倍率を変化させるようにして、被測定物
１４の表面のより広い範囲（視野）を一度に測定できる
ようにすることができる。
倍率は“距離ｓ’／距離ｓ”で決まるため、対物レンズ
１３の位置や焦点距離を変えることによって、光学系倍
率を変えることができる。光学系倍率を変えることによ
り、振幅データを用いた表面形状測定方法の測定分解能
を変化させることができるため、被測定物１４の大きさ
に応じて光学系倍率を変化させるようにして、被測定物
１４の表面のより広い範囲（視野）を一度に測定できる
ようにすることができる。
【０１４４】図１の装置構成に代えて、図８のような装
置構成としてもよい。図８において、図１と同一符号の
部材は図１の装置と同様であるため、詳細な説明は省略
する。
置構成としてもよい。図８において、図１と同一符号の
部材は図１の装置と同様であるため、詳細な説明は省略
する。
【０１４５】すなわち、図８の装置構成が図１のものと
相違するのは、被測定物１４を光学系の略光軸方向に移
動させる拡大倍率可変装置であるステージ２４を設け、
これにより被測定物１４と対物レンズ１３との間隔を変
化させるようにしている点である。
相違するのは、被測定物１４を光学系の略光軸方向に移
動させる拡大倍率可変装置であるステージ２４を設け、
これにより被測定物１４と対物レンズ１３との間隔を変
化させるようにしている点である。
【０１４６】被測定物１４と対物レンズ１３との間隔が
変化すると（３）式における距離ｓの値が変化し、それ
に合わせて（３）式が成り立つように距離ｓ’が変化す
るため、もって光学系の倍率を変化させることができ
る。
変化すると（３）式における距離ｓの値が変化し、それ
に合わせて（３）式が成り立つように距離ｓ’が変化す
るため、もって光学系の倍率を変化させることができ
る。
【０１４７】また、図８の構成は、レンズ６を略光軸方
向に移動させるための拡大倍率可変装置であるステージ
２５を設けている点も相違する。すなわち、ステージ２
４の移動に伴う被測定物１４と対物レンズ１３との間隔
の変化に合わせてステージ２５を移動させ、ＣＣＤ１０
の撮像位置での被測定物１４の反射光と参照光の曲率を
ほぼ一致させる。これにより、干渉縞データから計算し
た位相データにデフォーカス収差（図５参照）が含まれ
ずに、光学系の倍率を変化させることが可能になる。ま
た、距離ｓ’の変化にあわせて、ＣＣＤ１０の位置を変
化させるためのステージを設けるようにしてもよい。
向に移動させるための拡大倍率可変装置であるステージ
２５を設けている点も相違する。すなわち、ステージ２
４の移動に伴う被測定物１４と対物レンズ１３との間隔
の変化に合わせてステージ２５を移動させ、ＣＣＤ１０
の撮像位置での被測定物１４の反射光と参照光の曲率を
ほぼ一致させる。これにより、干渉縞データから計算し
た位相データにデフォーカス収差（図５参照）が含まれ
ずに、光学系の倍率を変化させることが可能になる。ま
た、距離ｓ’の変化にあわせて、ＣＣＤ１０の位置を変
化させるためのステージを設けるようにしてもよい。
【０１４８】さらに、図１の装置構成に代えて、図９の
ような装置構成とすることも考えられる。図９におい
て、図１と同一符号の部材は図１の装置と同様であるた
め、詳細な説明は省略する。
ような装置構成とすることも考えられる。図９におい
て、図１と同一符号の部材は図１の装置と同様であるた
め、詳細な説明は省略する。
【０１４９】すなわち、図９の装置構成が図１のものと
相違するのは、被測定物１４の反射光を球面波に変換す
る可変焦点レンズ２６と、参照光を球面波に変換する可
変焦点レンズ２７と、レンズ１２をほぼ光軸方向に移動
させるための拡大倍率可変装置であるステージ２８とを
備えている点である。
相違するのは、被測定物１４の反射光を球面波に変換す
る可変焦点レンズ２６と、参照光を球面波に変換する可
変焦点レンズ２７と、レンズ１２をほぼ光軸方向に移動
させるための拡大倍率可変装置であるステージ２８とを
備えている点である。
【０１５０】そして、可変焦点レンズ２６とレンズ１２
との間にアフォーカル系の関係が成り立つように、可変
焦点レンズ２６の焦点距離の変化に応じて、ステージ２
８でレンズ１２を移動させることで、可変焦点レンズ２
６から被測定物１４に照射される光がほぼ平行化される
ようになっている。
との間にアフォーカル系の関係が成り立つように、可変
焦点レンズ２６の焦点距離の変化に応じて、ステージ２
８でレンズ１２を移動させることで、可変焦点レンズ２
６から被測定物１４に照射される光がほぼ平行化される
ようになっている。
【０１５１】可変焦点レンズ２６又は２７のどちらかの
焦点距離を変え、球面波の曲率を変化させることによ
り、拡大倍率を変化させることができるが、被測定物１
４の反射光と参照光のＣＣＤ１０の撮像位置での曲率に
差が生じると、それに応じて、干渉縞から計算した位相
データにデフォーカス収差が含まれてしまう。そのた
め、被測定物１４の反射光と参照光との間にＣＣＤ１０
の撮像位置での曲率に差が生じないように、可変焦点レ
ンズ２６、２７の焦点距離の変化を連動させるようにす
る。
焦点距離を変え、球面波の曲率を変化させることによ
り、拡大倍率を変化させることができるが、被測定物１
４の反射光と参照光のＣＣＤ１０の撮像位置での曲率に
差が生じると、それに応じて、干渉縞から計算した位相
データにデフォーカス収差が含まれてしまう。そのた
め、被測定物１４の反射光と参照光との間にＣＣＤ１０
の撮像位置での曲率に差が生じないように、可変焦点レ
ンズ２６、２７の焦点距離の変化を連動させるようにす
る。
【０１５２】これにより、干渉縞データから計算した位
相データにデフォーカス収差が含まれることなく、光学
系の倍率を変化させることが可能になる。また、可変焦
点レンズ２６又は２７を固定焦点レンズにして、それを
ほぼ光軸方向に移動可能なステージに搭載して移動させ
ることによって、被測定物１４の反射光と参照光の曲率
の差が生じないように調整してもよい。さらに、対物レ
ンズ１３の焦点距離を変えたことにより、（３）式の関
係から距離ｓが変化するが、距離ｓ’の変化に応じてＣ
ＣＤ１０の位置を変化させるためのステージを設けても
よい。
相データにデフォーカス収差が含まれることなく、光学
系の倍率を変化させることが可能になる。また、可変焦
点レンズ２６又は２７を固定焦点レンズにして、それを
ほぼ光軸方向に移動可能なステージに搭載して移動させ
ることによって、被測定物１４の反射光と参照光の曲率
の差が生じないように調整してもよい。さらに、対物レ
ンズ１３の焦点距離を変えたことにより、（３）式の関
係から距離ｓが変化するが、距離ｓ’の変化に応じてＣ
ＣＤ１０の位置を変化させるためのステージを設けても
よい。
【０１５３】ところで、以上説明した例では、合焦法の
原理により求めた表面形状データと、干渉計測の原理に
より求めた表面形状データＴijとを合成又は比較するこ
とによって表面形状データＺijを求めて、光源波長λの
１／２を超えるような段差を含む被測定物１４の表面形
状をサブフリンジオーダーで測定できるようにしてい
る。
原理により求めた表面形状データと、干渉計測の原理に
より求めた表面形状データＴijとを合成又は比較するこ
とによって表面形状データＺijを求めて、光源波長λの
１／２を超えるような段差を含む被測定物１４の表面形
状をサブフリンジオーダーで測定できるようにしてい
る。
【０１５４】しかし、合焦法の原理により表面形状デー
タを求める手段としては、前記の例に限定されるもので
はない。すなわち、前記の例では合焦法の原理により表
面形状データＳijを求めるために振幅データを用いた
が、これに代えて位相データを２次元画像データとして
捉え、これを用いて合焦法を実施してもよい。
タを求める手段としては、前記の例に限定されるもので
はない。すなわち、前記の例では合焦法の原理により表
面形状データＳijを求めるために振幅データを用いた
が、これに代えて位相データを２次元画像データとして
捉え、これを用いて合焦法を実施してもよい。
【０１５５】合焦法では、物体像のボケ具合（合焦測
度）をコントラストの低下として検知する。しかし、被
測定面が鏡面のような平滑面であると、被測定物１４の
表面の明確なテクスチャ（模様）を観察できない場合が
ある。そして、テクスチャが観察できないと、像のボケ
によるコントラストの低下が検出できなくなるため、合
焦法が実施できず、表面形状測定が不可能になる。
度）をコントラストの低下として検知する。しかし、被
測定面が鏡面のような平滑面であると、被測定物１４の
表面の明確なテクスチャ（模様）を観察できない場合が
ある。そして、テクスチャが観察できないと、像のボケ
によるコントラストの低下が検出できなくなるため、合
焦法が実施できず、表面形状測定が不可能になる。
【０１５６】このような場合、振幅データに比べて比較
的物体像をコントラストよく観察できる位相データ（位
相像）を２次元強度データとして捉えて用いることがで
きる。すなわち、平滑な面であっても、その表面を光学
的に拡大していけば、表面粗さが光学系の空間解像力を
下回らない限り表面粗さのテクスチャが観察されるよう
になる。そのため、その像をコントラストの高い位相像
として観察することによって、合焦法による形状測定が
可能となる。
的物体像をコントラストよく観察できる位相データ（位
相像）を２次元強度データとして捉えて用いることがで
きる。すなわち、平滑な面であっても、その表面を光学
的に拡大していけば、表面粗さが光学系の空間解像力を
下回らない限り表面粗さのテクスチャが観察されるよう
になる。そのため、その像をコントラストの高い位相像
として観察することによって、合焦法による形状測定が
可能となる。
【０１５７】そのために、コンピュータ１６で行なう処
理としては、図７のフローチャートにおいて、振幅デー
タの微小領域Ｌで合焦法を行なうのに（ステップＳ５）
代えて、位相データの微小領域Ｌにおいて合焦法を行な
えばよい。
理としては、図７のフローチャートにおいて、振幅デー
タの微小領域Ｌで合焦法を行なうのに（ステップＳ５）
代えて、位相データの微小領域Ｌにおいて合焦法を行な
えばよい。
【０１５８】また、合焦法により表面形状測定を実施す
る場合には、焦点の合う画像領域を被測定撮像位置で探
索していくこととなる。そのため、焦点の合った画像領
域をつなぎ合わせることで、全視野で焦点の合った全焦
点画像を生成することができる。顕微鏡などのように拡
大倍率が大きい光学系では焦点深度が浅くなり、そのた
め、被測定物１４の位置や姿勢の調整がしづらくなる。
このような場合に、全焦点画像を生成することにより、
調整作業が容易になる。
る場合には、焦点の合う画像領域を被測定撮像位置で探
索していくこととなる。そのため、焦点の合った画像領
域をつなぎ合わせることで、全視野で焦点の合った全焦
点画像を生成することができる。顕微鏡などのように拡
大倍率が大きい光学系では焦点深度が浅くなり、そのた
め、被測定物１４の位置や姿勢の調整がしづらくなる。
このような場合に、全焦点画像を生成することにより、
調整作業が容易になる。
【０１５９】全焦点画像の生成の方法としては、フレネ
ル回折計算を繰り返して複数のデフォーカス画像を取得
した後、画像における各微小領域Ｌで合焦距離Ｄを求め
る。そして、各微小領域Ｌにおいて、求めた合焦距離Ｄ
と最も近い距離で得られたデフォーカス画像の画素濃度
を、表示するための画像における同じ位置の微小領域Ｌ
に入れる。その作業を画像の全域にわたって繰り返すこ
とにより、画像上のすべての微小領域Ｌで焦点のあった
全焦点画像を、高速に取得することができる。
ル回折計算を繰り返して複数のデフォーカス画像を取得
した後、画像における各微小領域Ｌで合焦距離Ｄを求め
る。そして、各微小領域Ｌにおいて、求めた合焦距離Ｄ
と最も近い距離で得られたデフォーカス画像の画素濃度
を、表示するための画像における同じ位置の微小領域Ｌ
に入れる。その作業を画像の全域にわたって繰り返すこ
とにより、画像上のすべての微小領域Ｌで焦点のあった
全焦点画像を、高速に取得することができる。
【０１６０】また、全焦点画像を生成する別の処理方法
としては、各微小領域Ｌにおいて求めた合焦点距離Ｄを
回折距離として入力し、取得した干渉縞データを用いて
フレネル回折計算を実施するようにしてもよい。そし
て、フレネル回折計算の結果得られた画像における微小
領域Ｌの画素濃度を、表示するための画像における同じ
位置の微小領域Ｌに入れる。その作業を画像の全域にわ
たって繰り返すことによって、画像上のすべての微小領
域Ｌで、より正確に焦点のあった全焦点画像を取得する
ことができる。
としては、各微小領域Ｌにおいて求めた合焦点距離Ｄを
回折距離として入力し、取得した干渉縞データを用いて
フレネル回折計算を実施するようにしてもよい。そし
て、フレネル回折計算の結果得られた画像における微小
領域Ｌの画素濃度を、表示するための画像における同じ
位置の微小領域Ｌに入れる。その作業を画像の全域にわ
たって繰り返すことによって、画像上のすべての微小領
域Ｌで、より正確に焦点のあった全焦点画像を取得する
ことができる。
【０１６１】以上説明した、この実施の形態の表面形状
測定装置によれば、次のような作用効果を奏することが
わかる。
測定装置によれば、次のような作用効果を奏することが
わかる。
【０１６２】すなわち、図１に示す表面形状測定装置に
よれば、撮像した干渉縞データにより、被測定物１４の
反射光のほぼ光軸方向における複数位置での複素振幅を
求めて、そのうちの振幅データを用いて、合焦状態の検
知により表面形状を求めるdepth from focus理論に基づ
いた演算処理を施すことによって、被測定物１４の表面
形状データＳijを測定する。
よれば、撮像した干渉縞データにより、被測定物１４の
反射光のほぼ光軸方向における複数位置での複素振幅を
求めて、そのうちの振幅データを用いて、合焦状態の検
知により表面形状を求めるdepth from focus理論に基づ
いた演算処理を施すことによって、被測定物１４の表面
形状データＳijを測定する。
【０１６３】その場合、測定分解能および光軸方向の測
定範囲は光学系の拡大倍率により任意に設定することが
できるため、その測定分解能を光源波長λの１／２より
小さく設定することにより、レーザ干渉により測定でき
ない光源波長λの１／２を超える段差を測定することが
できる。
定範囲は光学系の拡大倍率により任意に設定することが
できるため、その測定分解能を光源波長λの１／２より
小さく設定することにより、レーザ干渉により測定でき
ない光源波長λの１／２を超える段差を測定することが
できる。
【０１６４】一方、干渉縞データから求めた複素振幅の
うち、位相データを用いれば、通常のレーザ干渉と同様
にしてサブフリンジオーダーの微小形状を測定すること
ができる。したがって、被測定物１４の表面において光
源波長λの１／２を超える段差については振幅データを
用いた測定で受け持ち（表面形状データＳij）、それ以
外の領域の形状測定については位相データを用いた測定
で受け持ち（表面形状データＴij）、両測定結果を合成
又は比較することにより（表面形状データＺij）、光源
波長λの１／２を超える段差をもつ被測定面であって
も、サブフリンジオーダーで測定可能となる。
うち、位相データを用いれば、通常のレーザ干渉と同様
にしてサブフリンジオーダーの微小形状を測定すること
ができる。したがって、被測定物１４の表面において光
源波長λの１／２を超える段差については振幅データを
用いた測定で受け持ち（表面形状データＳij）、それ以
外の領域の形状測定については位相データを用いた測定
で受け持ち（表面形状データＴij）、両測定結果を合成
又は比較することにより（表面形状データＺij）、光源
波長λの１／２を超える段差をもつ被測定面であって
も、サブフリンジオーダーで測定可能となる。
【０１６５】また、従来の走査型白色干渉計に比べて、
光源波長λの１／２を超える段差を含む面を測定するた
めに、干渉光学系や被測定物１４を機械的な駆動で移動
させる必要がないため、測定誤差要因が減るうえ、移動
範囲の制限によって光軸方向の測定範囲が制限されな
い。振幅データを用いた測定については、レンズの焦点
距離を変化させる振幅データを用いた従来法に対して、
干渉縞データを用いて、光学系の光軸方向における複数
位置での被測定物１４の反射光の複素振幅を計算し、そ
のうちの振幅データを用いてdepth from focus法を実施
するため、数値演算でdepth from focus法を実施してい
ることになり、depth from focus法を実施するために、
やはり従来のように機械的な駆動を伴わないため、その
誤差の影響を受けず、機械的駆動部分の可動範囲で決ま
る測定範囲の制限も生じない。
光源波長λの１／２を超える段差を含む面を測定するた
めに、干渉光学系や被測定物１４を機械的な駆動で移動
させる必要がないため、測定誤差要因が減るうえ、移動
範囲の制限によって光軸方向の測定範囲が制限されな
い。振幅データを用いた測定については、レンズの焦点
距離を変化させる振幅データを用いた従来法に対して、
干渉縞データを用いて、光学系の光軸方向における複数
位置での被測定物１４の反射光の複素振幅を計算し、そ
のうちの振幅データを用いてdepth from focus法を実施
するため、数値演算でdepth from focus法を実施してい
ることになり、depth from focus法を実施するために、
やはり従来のように機械的な駆動を伴わないため、その
誤差の影響を受けず、機械的駆動部分の可動範囲で決ま
る測定範囲の制限も生じない。
【０１６６】また、測定のために機械的な駆動を要さな
いため、高速測定が可能であり、動きを伴う物体の動的
形状が測定可能である。
いため、高速測定が可能であり、動きを伴う物体の動的
形状が測定可能である。
【０１６７】さらに、観測する干渉縞にキャリヤ周波数
を与えて単一の干渉縞データから被測定物１４の反射光
の複素振幅を計算するようにすると、そのデータが得ら
れるまでに要する時間はＣＣＤ１０による撮像時間のみ
で決まることになり、前記した複数の画像を撮像する必
要がある走査型白色干渉計やレンズ焦点距離を変化させ
る方法に比べて、高速測定が可能になる。
を与えて単一の干渉縞データから被測定物１４の反射光
の複素振幅を計算するようにすると、そのデータが得ら
れるまでに要する時間はＣＣＤ１０による撮像時間のみ
で決まることになり、前記した複数の画像を撮像する必
要がある走査型白色干渉計やレンズ焦点距離を変化させ
る方法に比べて、高速測定が可能になる。
【０１６８】このようにして、高速測定が可能になって
も、被測定物１４の動きの速度がＣＣＤ１０による撮像
時間より速くなると、被測定物１４からの反射光が安定
しないため、正確に反射光の複素振幅を求めることがで
きなくなり、正確な測定ができなくなる。そこで、前記
のように、被測定物１４にパルス光を照射し、そのパル
スの発光時間を被測定物１４の動きに対応して十分短く
することにより、被測定物１４が光を反射する瞬間にお
いて、被測定物１４をみかけ上静止した状態にして、被
測定物１４からの反射光を安定させることができるた
め、反射光の複素振幅を正確に求めることができ、正確
な測定が可能になる。
も、被測定物１４の動きの速度がＣＣＤ１０による撮像
時間より速くなると、被測定物１４からの反射光が安定
しないため、正確に反射光の複素振幅を求めることがで
きなくなり、正確な測定ができなくなる。そこで、前記
のように、被測定物１４にパルス光を照射し、そのパル
スの発光時間を被測定物１４の動きに対応して十分短く
することにより、被測定物１４が光を反射する瞬間にお
いて、被測定物１４をみかけ上静止した状態にして、被
測定物１４からの反射光を安定させることができるた
め、反射光の複素振幅を正確に求めることができ、正確
な測定が可能になる。
【０１６９】変形、変位、あるいは振動中の物体の形状
測定に関し、単一画像から物体反射光の複素振幅を求め
る方法として、パルス光源を用いたデジタルホログラフ
ィによる物体の動的測定法（例えば、G.Pedrini,H.J.Ti
ziani,「Quantitative evaluation of two-dimensional
dynamic deformations using digital holography」,O
ptics＆Laser Technology,Vol.29,No.5,pp249-256,1997
を参照）があるが、かかる方法においては、粗面物体を
測定対象としており、光源波長レベルでの物体形状の測
定や、また光源波長λの１／２を超える段差を含む面を
光源波長レベルで測定する方法については示されていな
い。
測定に関し、単一画像から物体反射光の複素振幅を求め
る方法として、パルス光源を用いたデジタルホログラフ
ィによる物体の動的測定法（例えば、G.Pedrini,H.J.Ti
ziani,「Quantitative evaluation of two-dimensional
dynamic deformations using digital holography」,O
ptics＆Laser Technology,Vol.29,No.5,pp249-256,1997
を参照）があるが、かかる方法においては、粗面物体を
測定対象としており、光源波長レベルでの物体形状の測
定や、また光源波長λの１／２を超える段差を含む面を
光源波長レベルで測定する方法については示されていな
い。
【０１７０】かかる方法に比べ、この表面形状測定装置
による測定は、被測定物１４が微小であっても、鏡面又
はそれに近い面であっても測定可能で、被測定物１４の
表面に光源波長λの１／２を超える段差が含まれていて
も測定可能である。
による測定は、被測定物１４が微小であっても、鏡面又
はそれに近い面であっても測定可能で、被測定物１４の
表面に光源波長λの１／２を超える段差が含まれていて
も測定可能である。
【０１７１】また、この表面形状測定装置によれば、光
学系倍率を設定することにより、振幅データを用いた表
面形状測定と位相データを用いた表面形状測定のうち、
振幅データを形状測定についてのみ、その測定分解能を
設定することができる。
学系倍率を設定することにより、振幅データを用いた表
面形状測定と位相データを用いた表面形状測定のうち、
振幅データを形状測定についてのみ、その測定分解能を
設定することができる。
【０１７２】一方、振幅データを用いた表面形状測定に
より光源波長λの１／２の段差を測定するには、その測
定分解能は光源波長λの１／２より小さいほうが望まし
く、通常の可視光を光源に用いると波長はｎｍオーダー
になるため、干渉光学系の拡大倍率を上げたほうがよ
い。
より光源波長λの１／２の段差を測定するには、その測
定分解能は光源波長λの１／２より小さいほうが望まし
く、通常の可視光を光源に用いると波長はｎｍオーダー
になるため、干渉光学系の拡大倍率を上げたほうがよ
い。
【０１７３】その場合、被測定物１４からの反射光又は
参照光のどちらか一方を球面波にすることによって干渉
光学系の拡大倍率を設定し、前記振幅データを用いた形
状測定の測定分解能を光源波長の１／２より小さくする
ことができるが、被測定物１４からの反射光か参照光か
のどちらか一方を球面波にすると、被測定物１４の反射
光の波面と参照光の波面との曲率の差に応じたデフォー
カス収差が位相データに含まれてくる。デフォーカス収
差が含まれると、位相データから正確に被測定物１４の
表面形状を求めることができなくなるため、デフォーカ
ス収差を除去する必要がある。
参照光のどちらか一方を球面波にすることによって干渉
光学系の拡大倍率を設定し、前記振幅データを用いた形
状測定の測定分解能を光源波長の１／２より小さくする
ことができるが、被測定物１４からの反射光か参照光か
のどちらか一方を球面波にすると、被測定物１４の反射
光の波面と参照光の波面との曲率の差に応じたデフォー
カス収差が位相データに含まれてくる。デフォーカス収
差が含まれると、位相データから正確に被測定物１４の
表面形状を求めることができなくなるため、デフォーカ
ス収差を除去する必要がある。
【０１７４】そのため、この表面形状測定装置では、被
測定物１４からの反射光か参照光のどちらか一方を球面
波にしたとき、他方の光についても球面波にし、両者の
曲率をほぼ一致させることにより、上記のデフォーカス
収差を除去することができる。これにより、干渉光学系
の拡大倍率をあげた場合でも、測定を正確に実施するこ
とができる。
測定物１４からの反射光か参照光のどちらか一方を球面
波にしたとき、他方の光についても球面波にし、両者の
曲率をほぼ一致させることにより、上記のデフォーカス
収差を除去することができる。これにより、干渉光学系
の拡大倍率をあげた場合でも、測定を正確に実施するこ
とができる。
【０１７５】この表面形状測定装置では、光学系倍率を
設定することにより、振幅データを用いた表面形状測定
と位相データを用いた表面形状測定のうち、振幅データ
を用いた表面形状測定についてのみ、その測定分解能を
設定する。
設定することにより、振幅データを用いた表面形状測定
と位相データを用いた表面形状測定のうち、振幅データ
を用いた表面形状測定についてのみ、その測定分解能を
設定する。
【０１７６】しかし、その測定分解能を過剰に小さくす
ると光学系倍率が大きくなるため、横方向の測定範囲
（視野）は狭くなり、被測定物１４の表面における広い
範囲（視野）を一度に測定することができなくなる。
ると光学系倍率が大きくなるため、横方向の測定範囲
（視野）は狭くなり、被測定物１４の表面における広い
範囲（視野）を一度に測定することができなくなる。
【０１７７】そこで、この表面形状測定装置では、光源
波長の１／２より小さい測定分解能をもつという条件の
もとで、被測定物１４の大きさに応じて光学系倍率を変
化させるようにし、被測定物１４の表面のより広い範囲
（視野）を一度に測定できるようにしている。
波長の１／２より小さい測定分解能をもつという条件の
もとで、被測定物１４の大きさに応じて光学系倍率を変
化させるようにし、被測定物１４の表面のより広い範囲
（視野）を一度に測定できるようにしている。
【０１７８】合焦法の原理を用いて、合焦点はずれを検
出することにより被測定物１４の表面形状を測定する場
合、被測定物１４の表面が平滑で光学的にテクスチャを
観測できないと、合焦点はずれの検知が困難になること
がある。
出することにより被測定物１４の表面形状を測定する場
合、被測定物１４の表面が平滑で光学的にテクスチャを
観測できないと、合焦点はずれの検知が困難になること
がある。
【０１７９】合焦点はずれは被測定物１４の表面のパタ
ーンのコントラストの低下により検出されるものであ
る。２次元的な振幅データではコントラストが低下して
合焦点はずれが検出できない場合でも、２次元的な位相
データではコントラストが得られる場合がある。
ーンのコントラストの低下により検出されるものであ
る。２次元的な振幅データではコントラストが低下して
合焦点はずれが検出できない場合でも、２次元的な位相
データではコントラストが得られる場合がある。
【０１８０】そのような場合は、前記のように位相デー
タを２次元強度データとして用いて、合焦法の原理によ
り被測定物１４の表面形状を測定する。これにより被測
定物１４表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクス
チャを観測できない場合でも、被測定面の形状測定が可
能となり、測定の汎用性を向上させることができる。
タを２次元強度データとして用いて、合焦法の原理によ
り被測定物１４の表面形状を測定する。これにより被測
定物１４表面が平滑で、振幅データでは光学的にテクス
チャを観測できない場合でも、被測定面の形状測定が可
能となり、測定の汎用性を向上させることができる。
【０１８１】物体形状を測定する場合、測定者が被測定
物１４を観察しながら測定できたほうが、被測定物１４
の設置、姿勢の調整などの点において便利である。被測
定物１４が微小になると肉眼で観察することは難しくな
るため、光学的に拡大して観察できたほうがよい。しか
しながら、拡大光学系は焦点深度が浅く、光軸方向で焦
点のあう範囲が狭いため、観察しづらいという欠点があ
る。
物１４を観察しながら測定できたほうが、被測定物１４
の設置、姿勢の調整などの点において便利である。被測
定物１４が微小になると肉眼で観察することは難しくな
るため、光学的に拡大して観察できたほうがよい。しか
しながら、拡大光学系は焦点深度が浅く、光軸方向で焦
点のあう範囲が狭いため、観察しづらいという欠点があ
る。
【０１８２】これに対し、この表面形状測定装置では、
振幅データを用いて合焦法の原理により被測定物１４の
表面形状を測定するが、その場合、２次元画像内で合焦
点の位置を求める処理を実施するため、測定のために取
得した合焦点の情報を用いて、２次元的な全領域で焦点
のあった全焦点画像を、生成、表示することができ、被
測定物１４の位置、姿勢を観察しやすくすることによ
り、測定の操作性を向上させることができる。
振幅データを用いて合焦法の原理により被測定物１４の
表面形状を測定するが、その場合、２次元画像内で合焦
点の位置を求める処理を実施するため、測定のために取
得した合焦点の情報を用いて、２次元的な全領域で焦点
のあった全焦点画像を、生成、表示することができ、被
測定物１４の位置、姿勢を観察しやすくすることによ
り、測定の操作性を向上させることができる。
【０１８３】この場合、高速に画像を生成、表示するこ
とが重要な課題となる。この表面形状測定装置では、全
焦点画像における微小領域の焦点画像を、合焦状態から
求めた合焦距離に対して最も近い距離にある振幅データ
に置き換えて生成することによって、高速に全焦点画像
を生成することができるので、より自然な被測定物１４
の観測が可能となり、測定の操作性を向上させることが
できる。
とが重要な課題となる。この表面形状測定装置では、全
焦点画像における微小領域の焦点画像を、合焦状態から
求めた合焦距離に対して最も近い距離にある振幅データ
に置き換えて生成することによって、高速に全焦点画像
を生成することができるので、より自然な被測定物１４
の観測が可能となり、測定の操作性を向上させることが
できる。
【０１８４】また、全焦点画像を生成する場合、全焦点
画像における微小領域の焦点画像を、合焦状態から求め
た合焦距離を用いてフレネル回折計算することにより、
より正確な全焦点画像の生成が可能となり、測定におけ
る被測定物１４の位置、姿勢の調整が、より正確に実施
可能となるので、測定の高速化、高精度化を図ることが
できる。
画像における微小領域の焦点画像を、合焦状態から求め
た合焦距離を用いてフレネル回折計算することにより、
より正確な全焦点画像の生成が可能となり、測定におけ
る被測定物１４の位置、姿勢の調整が、より正確に実施
可能となるので、測定の高速化、高精度化を図ることが
できる。
【０１８５】
【発明の効果】請求項１に記載の発明は、被測定物の光
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。
【０１８６】請求項２に記載の発明は、被測定物の光源
波長の１／２を超える段差については第１の表面形状デ
ータで受け持ち、それ以外の領域の形状測定については
第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成又
は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に移
動させることなく、光源波長の１／２を超えるような段
差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精
度かつ容易に測定することができる。しかも、２次元的
な位相データを用いて合焦法の原理により被測定物の表
面形状を測定するので、２次元的な振幅データではコン
トラストが低下して合焦点はずれが検知できない場合に
も、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは光学的に
テクスチャを観測できない場合に、被測定面の形状測定
ができる。
波長の１／２を超える段差については第１の表面形状デ
ータで受け持ち、それ以外の領域の形状測定については
第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成又
は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に移
動させることなく、光源波長の１／２を超えるような段
差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高精
度かつ容易に測定することができる。しかも、２次元的
な位相データを用いて合焦法の原理により被測定物の表
面形状を測定するので、２次元的な振幅データではコン
トラストが低下して合焦点はずれが検知できない場合に
も、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは光学的に
テクスチャを観測できない場合に、被測定面の形状測定
ができる。
【０１８７】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の表面形状測定装置において、被測定物の位置、
姿勢を観察しやすくし、測定の操作性を向上させること
ができる。
に記載の表面形状測定装置において、被測定物の位置、
姿勢を観察しやすくし、測定の操作性を向上させること
ができる。
【０１８８】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の表面形状測定装置において、高速に全焦点画像を生成
でき、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
の表面形状測定装置において、高速に全焦点画像を生成
でき、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
【０１８９】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の表面形状測定装置において、より正確な全焦点画像の
生成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整
がより正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高
精度化を図ることができる。
の表面形状測定装置において、より正確な全焦点画像の
生成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整
がより正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高
精度化を図ることができる。
【０１９０】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の表面形状測定装置において、測定分解能を光源波長の
１／２より小さく設定することにより、光源波長の１／
２を超える段差も測定することができる。
の表面形状測定装置において、測定分解能を光源波長の
１／２より小さく設定することにより、光源波長の１／
２を超える段差も測定することができる。
【０１９１】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、反射
光の光軸方向の複数位置は、それぞれの位置の間隔が光
源の波長の１／２より小さくなるように設定しているの
で、光源波長の１／２を超える段差も測定することがで
きる。
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、反射
光の光軸方向の複数位置は、それぞれの位置の間隔が光
源の波長の１／２より小さくなるように設定しているの
で、光源波長の１／２を超える段差も測定することがで
きる。
【０１９２】請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、第１
と第２の表面形状データを的確に合成して、被測定物や
光学系を測定中に移動させることなく、光源波長の１／
２を超えるような段差を含む被測定物の表面もサブフリ
ンジオーダーで高精度かつ容易に測定することができ
る。
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、第１
と第２の表面形状データを的確に合成して、被測定物や
光学系を測定中に移動させることなく、光源波長の１／
２を超えるような段差を含む被測定物の表面もサブフリ
ンジオーダーで高精度かつ容易に測定することができ
る。
【０１９３】請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、観測
する干渉縞にキャリヤ周波数を与えて、単一の干渉縞デ
ータから被測定物の反射光の振幅データ、位相データを
計算することにより、測定の高速化を図ることができ
る。
いずれかの一に記載の表面形状測定装置において、観測
する干渉縞にキャリヤ周波数を与えて、単一の干渉縞デ
ータから被測定物の反射光の振幅データ、位相データを
計算することにより、測定の高速化を図ることができ
る。
【０１９４】請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９
のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、パ
ルスの発光時間を被測定物の動きに対応して十分短くす
ることで、被測定物が光を反射する瞬間に被測定物がみ
かけ上静止した状態となり、被測定物からの反射光を安
定させて、正確に反射光の振幅データ、位相データを求
めることができるので、被測定物の動きが高速な場合に
おいても、正確に物体の動的形状を測定することができ
る。
のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、パ
ルスの発光時間を被測定物の動きに対応して十分短くす
ることで、被測定物が光を反射する瞬間に被測定物がみ
かけ上静止した状態となり、被測定物からの反射光を安
定させて、正確に反射光の振幅データ、位相データを求
めることができるので、被測定物の動きが高速な場合に
おいても、正確に物体の動的形状を測定することができ
る。
【０１９５】請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１
０のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
デフォーカス収差を除去して、干渉光学系の拡大倍率を
高めた測定を正確に実施することができる。
０のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
デフォーカス収差を除去して、干渉光学系の拡大倍率を
高めた測定を正確に実施することができる。
【０１９６】請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１
１のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
光源波長の１／２より小さい測定分解能のもとで、被測
定物の大きさに応じて干渉光学系の拡大倍率を変化させ
るようにすれば、被測定物表面のより広い範囲を一度に
測定することができる。
１のいずれかの一に記載の表面形状測定装置において、
光源波長の１／２より小さい測定分解能のもとで、被測
定物の大きさに応じて干渉光学系の拡大倍率を変化させ
るようにすれば、被測定物表面のより広い範囲を一度に
測定することができる。
【０１９７】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の表面形状測定装置において、被測定物表面のより
広い範囲を一度に測定することを容易に行なうことがで
きる。
記載の表面形状測定装置において、被測定物表面のより
広い範囲を一度に測定することを容易に行なうことがで
きる。
【０１９８】請求項１４に記載の発明は、被測定物の光
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。
【０１９９】請求項１５に記載の発明は、被測定物の光
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。しかも、２次元
的な位相データを用いて合焦法の原理により被測定物の
表面形状を測定するので、２次元的な振幅データではコ
ントラストが低下して合焦点はずれが検知できない場合
にも、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは光学的
にテクスチャを観測できない場合に、被測定面の形状測
定ができる。
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。しかも、２次元
的な位相データを用いて合焦法の原理により被測定物の
表面形状を測定するので、２次元的な振幅データではコ
ントラストが低下して合焦点はずれが検知できない場合
にも、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは光学的
にテクスチャを観測できない場合に、被測定面の形状測
定ができる。
【０２００】請求項１６に記載の発明は、請求項１４又
は１５に記載の表面形状測定方法において、被測定物の
位置、姿勢を観察しやすくし、測定の操作性を向上させ
ることができる。
は１５に記載の表面形状測定方法において、被測定物の
位置、姿勢を観察しやすくし、測定の操作性を向上させ
ることができる。
【０２０１】請求項１７に記載の発明は、請求項１６に
記載の表面形状測定方法において、高速に全焦点画像を
生成でき、より自然な被測定物の画像の観測が可能とな
る。
記載の表面形状測定方法において、高速に全焦点画像を
生成でき、より自然な被測定物の画像の観測が可能とな
る。
【０２０２】請求項１８に記載の発明は、請求項１６に
記載の表面形状測定方法において、より正確な全焦点画
像の生成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の
調整がより正確に実施可能となり、また、測定の高速
化、高精度化を図ることができる。
記載の表面形状測定方法において、より正確な全焦点画
像の生成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の
調整がより正確に実施可能となり、また、測定の高速
化、高精度化を図ることができる。
【０２０３】請求項１９に記載の発明は、被測定物の光
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。
【０２０４】請求項２０に記載の発明は、被測定物の光
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。しかも、２次元
的な位相データを用いて合焦法の原理により被測定物の
表面形状を測定するので、２次元的な振幅データではコ
ントラストが低下して合焦点はずれが検知できない場合
にも、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは光学的
にテクスチャを観測できない場合に、被測定面の形状測
定ができる。
源波長の１／２を超える段差については第１の表面形状
データで受け持ち、それ以外の領域の形状測定について
は第２の表面形状データで受け持って、この両者を合成
又は比較することにより、被測定物や光学系を測定中に
移動させることなく、光源波長の１／２を超えるような
段差を含む被測定物の表面もサブフリンジオーダーで高
精度かつ容易に測定することができる。しかも、２次元
的な位相データを用いて合焦法の原理により被測定物の
表面形状を測定するので、２次元的な振幅データではコ
ントラストが低下して合焦点はずれが検知できない場合
にも、被測定物の表面が平滑で、振幅データでは光学的
にテクスチャを観測できない場合に、被測定面の形状測
定ができる。
【０２０５】請求項２１に記載の発明は、請求項１９又
は２０に記載のプログラムにおいて、被測定物の位置、
姿勢を観察しやすくし、測定の操作性を向上させること
ができる。
は２０に記載のプログラムにおいて、被測定物の位置、
姿勢を観察しやすくし、測定の操作性を向上させること
ができる。
【０２０６】請求項２２に記載の発明は、請求項２１に
記載のプログラムにおいて、高速に全焦点画像を生成で
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
記載のプログラムにおいて、高速に全焦点画像を生成で
き、より自然な被測定物の画像の観測が可能となる。
【０２０７】請求項２３に記載の発明は、請求項２１に
記載のプログラムにおいて、より正確な全焦点画像の生
成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整が
より正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精
度化を図ることができる。
記載のプログラムにおいて、より正確な全焦点画像の生
成ができ、測定における被測定物の位置、姿勢の調整が
より正確に実施可能となり、また、測定の高速化、高精
度化を図ることができる。
【０２０８】請求項２４記載の発明は、請求項１９〜２
３のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏
する。
３のいずれかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏
する。
【図１】この発明の一実施の形態である表面形状測定装
置の概略構成を示すブロック図である。
置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】前記表面形状測定装置における光学系の位置関
係を示す説明図である。
係を示す説明図である。
【図３】同説明図である。
【図４】前記表面形状測定装置が行なう処理で再生距離
と合焦測度との関係を示すグラフである。
と合焦測度との関係を示すグラフである。
【図５】デフォーカス収差について説明する説明図であ
る。
る。
【図６】前記表面形状測定装置を構成するコンピュータ
の電気的な接続を示すブロック図である。
の電気的な接続を示すブロック図である。
【図７】コンピュータが実行する処理のフローチャート
である。
である。
【図８】前記表面形状測定装置の他の例について概略構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図９】同ブロック図である。
１ 光源
５〜９，１１〜１３ 干渉光学系
１０ 撮像素子
１４ 被測定物
２４，２５，２８ 拡大倍率可変装置
３７ 記憶媒体
Claims (24)
- 【請求項１】 被測定物に照射する光を発する光源と、 その光の被測定物における反射光と所定の参照光との間
で干渉縞を発生させる干渉光学系と、 この干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データである干
渉縞データを出力する撮像素子と、 前記干渉縞データに基づいて前記反射光の光軸方向の複
数位置における前記被測定物の反射光の位相を示す位相
データ及び振幅を示す振幅データを求める光学データ検
出手段と、 前記振幅データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原
理により前記被測定物の表面形状のデータである第１の
表面形状データを求める第１の表面形状データ作成手段
と、 前記位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測
定物の表面形状のデータである第２の表面形状データを
求める第２の表面形状データ作成手段と、 前記第１の表面形状データと前記第２の表面形状データ
とを合成又は比較して、前記被測定物の表面形状のデー
タである第３の表面形状データを求める合成又は比較手
段と、を備えている表面形状測定装置。 - 【請求項２】 被測定物に照射する光を発する光源と、 その光の被測定物における反射光と所定の参照光との間
で干渉縞を発生させる干渉光学系と、 この干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データである干
渉縞データを出力する撮像素子と、 前記干渉縞データに基づいて前記反射光の光軸方向の複
数位置における前記被測定物の反射光の位相を示す位相
データを求める光学データ検出手段と、 前記位相データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原
理により前記被測定物の表面形状のデータである第１の
表面形状データを求める第１の表面形状データ作成手段
と、 前記位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測
定物の表面形状のデータである第２の表面形状データを
求める第２の表面形状データ作成手段と、 前記第１の表面形状データと前記第２の表面形状データ
とを合成又は比較して、前記被測定物の表面形状のデー
タである第３の表面形状データを求める合成又は比較手
段と、を備えている表面形状測定装置。 - 【請求項３】 前記第１の表面形状データ作成手段は、
前記光学データ検出手段で検出した振幅データ又は位相
データを用いて合焦状態を検出し、合焦法の原理により
被測定物の２次元画像における全領域に焦点のあった画
像である全焦点画像を生成して前記第１の表面形状デー
タを求めるものである請求項１又は２に記載の表面形状
測定装置。 - 【請求項４】 前記第１の表面形状データ作成手段は、
前記全焦点画像における微小領域の焦点画像を前記合焦
状態から求めた合焦距離に対して最も近い距離にある前
記振幅データに置き換えることにより前記第１の表面形
状データを求めるものである請求項３に記載の表面形状
測定装置。 - 【請求項５】 前記第１の表面形状データ作成手段は、
前記全焦点画像における微小領域の焦点画像を前記合焦
状態から求めた合焦距離を用いてフレネル回折計算する
ことにより前記第１の表面形状データを求めるものであ
る請求項３に記載の表面形状測定装置。 - 【請求項６】 前記干渉光学系は、その拡大倍率の２乗
に反比例する感度で得られる前記振幅データによる前記
被測定物の表面形状における前記反射光の光軸方向の測
定分解能を、前記光源の波長の１／２より小さくなるよ
うに所定の拡大倍率に設定されている請求項１に記載の
表面形状測定装置。 - 【請求項７】 前記データ検出手段は、前記反射光の光
軸方向の複数位置を、それぞれの位置の間隔が前記光源
の波長の１／２より小さいものとしている請求項１〜６
のいずれかの一に記載の表面形状測定装置。 - 【請求項８】 前記合成又は比較手段は、前記合成とし
て、 ｍ×（λ／２）＋δ （ｍ：次数，λ：光源波長，δ：前記第２の表面形状デ
ータ）における次数ｍを決定する処理を行うものである
請求項１〜７のいずれかの一に記載の表面形状測定装
置。 - 【請求項９】 前記光学データ検出手段は、前記位相デ
ータ及び振幅データをキャリヤ周波数を与えた単一の前
記干渉縞の干渉縞データから求める請求項１〜８のいず
れかの一に記載の表面形状測定装置。 - 【請求項１０】 前記光源は、前記被測定物にパルス光
を照射するものである請求項１〜９のいずれかの一に記
載の表面形状測定装置。 - 【請求項１１】 前記変換光学系は、前記反射光及び前
記参照光をそれぞれ球面波に変換し、前記撮像素子によ
る干渉縞の撮像位置での前記両球面波の曲率をほぼ一致
させて前記干渉光学系の倍率を設定している請求項１〜
１０のいずれかの一に記載の表面形状測定装置。 - 【請求項１２】 前記干渉光学系の拡大倍率を可変する
拡大倍率可変装置を備え、前記第１の表面形状データ作
成手段及び前記第２の表面形状データ作成手段のうち前
者による前記被測定物の測定分解能又は前記反射光の光
軸方向の測定範囲のみを設定できるようにしている請求
項１〜１１のいずれかの一に記載の表面形状測定装置。 - 【請求項１３】 前記拡大倍率可変装置は、前記撮像素
子による前記干渉縞の撮像位置における前記反射光の曲
率と前記参照光の曲率とがほぼ一致するよう連動させて
曲率を変化させることにより、前記干渉光学系の倍率を
可変としている請求項１２に記載の表面形状測定装置。 - 【請求項１４】 被測定物に光を照射したときの反射光
と所定の参照光との間で発生させた干渉縞を撮像して当
該干渉縞の画像データである干渉縞データを取得する撮
像工程と、 前記干渉縞データに基づいて前記反射光の光軸方向の複
数位置における前記被測定物の反射光の位相を示す位相
データ及び振幅を示す振幅データを求める光学データ検
出工程と、 前記振幅データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原
理により前記被測定物の表面形状のデータである第１の
表面形状データを求める第１の表面形状データ作成工程
と、 前記位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測
定物の表面形状のデータである第２の表面形状データを
求める第２の表面形状データ作成工程と、 前記第１の表面形状データと前記第２の表面形状データ
とを合成又は比較して、前記被測定物の表面形状のデー
タである第３の表面形状データを求める合成又は比較工
程と、を含んでなる表面形状測定方法。 - 【請求項１５】 被測定物に光を照射したときの反射光
と所定の参照光との間で発生させた干渉縞を撮像して当
該干渉縞の画像データである干渉縞データを取得する撮
像工程と、 前記干渉縞データに基づいて前記反射光の光軸方向の複
数位置における前記被測定物の反射光の位相を示す位相
データを求める光学データ検出工程と、 前記位相データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原
理により前記被測定物の表面形状のデータである第１の
表面形状データを求める第１の表面形状データ作成工程
と、 前記位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測
定物の表面形状のデータである第２の表面形状データを
求める第２の表面形状データ作成工程と、 前記第１の表面形状データと前記第２の表面形状データ
とを合成又は比較して、前記被測定物の表面形状のデー
タである第３の表面形状データを求める合成又は比較工
程と、を含んでなる表面形状測定方法。 - 【請求項１６】 前記第１の表面形状データ作成工程
は、前記光学データ検出手段で検出した振幅データ又は
位相データを用いて合焦状態を検出し、合焦法の原理に
より被測定物の２次元画像における全領域に焦点のあっ
た画像である全焦点画像を生成して前記第１の表面形状
データを求めるものである請求項１４又は１５に記載の
表面形状測定方法。 - 【請求項１７】 前記第１の表面形状データ作成工程
は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画像を前記
合焦状態から求めた合焦距離に対して最も近い距離にあ
る前記振幅データに置き換えることにより前記第１の表
面形状データを求めるものである請求項１６に記載の表
面形状測定方法。 - 【請求項１８】 前記第１の表面形状データ作成工程
は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画像を前記
合焦状態から求めた合焦距離を用いてフレネル回折計算
することにより前記第１の表面形状データを求めるもの
である請求項１６に記載の表面形状測定方法。 - 【請求項１９】 被測定物に光を照射したときの反射光
と所定の参照光との間で発生させた干渉縞を撮像した画
像データである干渉縞データに基づいて前記反射光の光
軸方向の複数位置における前記被測定物の反射光の位相
を示す位相データ及び振幅を示す振幅データを求める光
学データ検出処理と、 前記振幅データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原
理により前記被測定物の表面形状のデータである第１の
表面形状データを求める第１の表面形状データ作成処理
と、 前記位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測
定物の表面形状のデータである第２の表面形状データを
求める第２の表面形状データ作成処理と、 前記第１の表面形状データと前記第２の表面形状データ
とを合成又は比較して、前記被測定物の表面形状のデー
タである第３の表面形状データを求める合成又は比較処
理と、をコンピュータに実行させるコンピュータに読み
取り可能なプログラム。 - 【請求項２０】 被測定物に光を照射したときの反射光
と所定の参照光との間で発生させた干渉縞を撮像した画
像データである干渉縞データに基づいて前記反射光の光
軸方向の複数位置における前記被測定物の反射光の位相
を示す位相データを求める光学データ検出処理と、 前記位相データを用いて合焦状態を判定し、合焦法の原
理により前記被測定物の表面形状のデータである第１の
表面形状データを求める第１の表面形状データ作成処理
と、 前記位相データを用いて干渉計測の原理により前記被測
定物の表面形状のデータである第２の表面形状データを
求める第２の表面形状データ作成処理と、 前記第１の表面形状データと前記第２の表面形状データ
とを合成又は比較して、前記被測定物の表面形状のデー
タである第３の表面形状データを求める合成又は比較処
理と、をコンピュータに実行させるコンピュータに読み
取り可能なプログラム。 - 【請求項２１】 前記第１の表面形状データ作成処理
は、前記光学データ検出手段で検出した振幅データ又は
位相データを用いて合焦状態を検出し、合焦法の原理に
より被測定物の２次元画像における全領域に焦点のあっ
た画像である全焦点画像を生成して前記第１の表面形状
データを求めるものである請求項１９又は２０に記載の
プログラム。 - 【請求項２２】 前記第１の表面形状データ作成処理
は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画像を前記
合焦状態から求めた合焦距離に対して最も近い距離にあ
る前記振幅データに置き換えることにより前記第１の表
面形状データを求めるものである請求項２１に記載のプ
ログラム。 - 【請求項２３】 前記第１の表面形状データ作成処理
は、前記全焦点画像における微小領域の焦点画像を前記
合焦状態から求めた合焦距離を用いてフレネル回折計算
することにより前記第１の表面形状データを求めるもの
である請求項２１に記載のプログラム。 - 【請求項２４】 請求項１９〜２３のいずれかの一に記
載のプログラムを記憶した記憶媒体。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005315850A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-11-10 | Kgt Inc | 三次元位置計測装置 |
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