JP2009063537A - 干渉計、及び形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光強度が変動するような場合でも高精度に測定できる干渉計及び形状測定方法を提供する。
【解決手段】干渉計は、光源１０１と、光源１０１からの光を測定対象物Ｗに照射する測定光と参照面に照射する参照光とに分割し、それらの光を合成するビームスプリッタ１０５と、参照面１０７は、参照光の一部を第１の輝度とすると共に参照光の一部を除く参照光を第１の輝度よりも高い第２の輝度とするコーティング１０７ｂが表面になされている。さらに、干渉計は、第２の輝度とした参照光と干渉しない非干渉領域を形成するように測定光を遮光する遮光部材１０６と、合成光により形成される干渉領域及び非干渉領域を撮像するＣＣＤカメラ１１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の形状を測定するための干渉計、及び形状測定方法に関する。

従来、平面形状を高精度に測定する装置に干渉計がある。この干渉計は、基準となる参照面への照射光（以下、参照光）からの反射光と、測定対象物への照射光（以下、測定光）からの反射光により干渉縞を発生させ、参照面に対する形状を測定する装置である。

干渉縞から測定対象物の形状を算出するには、精度及び処理の簡便さから位相シフト法と呼ばれる方法が広く用いられている。これは、参照光の反射光の位相を測定光の位相に対して相対的にシフトさせた干渉縞を複数枚撮像し、干渉縞を解析する方法である。

このような方法では、形状の算出に必要な位相シフトさせた複数枚の干渉縞を撮像している間は、光源の強度は一定であることが前提である。しかし、参照面を移動させ、位相シフトさせた干渉縞を複数枚撮像するには一定の時間がかかるため、その間に光源の強度が変化する可能性は高い。光源の強度変化により干渉縞ごとに画像強度が異なると、正確な形状算出処理ができない。

上記問題を解決すべく特許文献１においては、１回の撮像で干渉縞のほかに参照光強度のみを撮像できる領域を設け、測定した参照光の画像強度を用い、干渉縞の画像強度を補正する方法が開示されている。これにより、画像強度を測定するための新たなセンサを付加することなく、位相シフト時の複数枚の干渉縞の画像強度補正が可能になる。また、特許文献１によれば、事前測定と測定時の干渉縞画像強度を補正し、より正確な測定が可能になる。
特開２００３−１４８９３３

しかしながら、特許文献１記載の構成であると、実際には、参照光の強度は、干渉縞の強度の最大値に対して、極めて低くなってしまう。例えば、参照光と測定光との強度が等しく、理想的な条件の場合でも、干渉強度の最大値を１とすれば、そのときに観測される参照光の強度は、１／４となる。干渉縞のＳ／Ｎ比をよりよく撮像しようとすると、撮像素子のダイナミックレンジに対し、参照光の画像強度は低くなる。図１０に、従来の干渉計による画像強度のプロファイルの例を示す。図１０（ａ）は、ＣＣＤカメラにより撮像した画像強度の２次元プロファイルであり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ’線上の画像強度を示す図である。図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラには、参照面からの参照光と測定対象物からの測定光との干渉により生じる干渉縞が撮像される干渉領域Ａと、参照光のみが撮像される非干渉領域Ｂが形成される。

このＣＣＤカメラにより撮像された画像には、観測したい強度情報に加えて、撮像素子が原因で発生する電気的なノイズや、光学的に発生する不要な反射光によるノイズ等が含まれている。そのため、参照光の画像強度が低ければ、Ｓ／Ｎ比は下がり、参照光の高精度の測定は困難になる。その結果、正確な画像強度補正が行えない。

そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、光強度が変動するような場合でも高精度に測定できる干渉計及び形状測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る干渉計は、光源と、該光源からの光束の一部を参照面に照射する参照光とし、残りの光束を被検面に照射する測定光とするための第１の光束分割手段と、前記参照光及び前記測定光を重ね合わせた光束により形成される干渉領域及び前記参照光または前記測定光のいずれか一方により形成される非干渉領域を撮像する撮像手段とを備える干渉計であって、前記参照光の一部を第１の輝度にて反射すると共に前記参照光の一部を除く参照光又は前記測定光の一部を前記第１の輝度よりも高い第２の輝度にて反射する光輝度変換手段と、前記撮像手段上に前記干渉領域及び前記非干渉領域を形成するため、前記第１の輝度にて反射された参照光に干渉し、前記第２の輝度第２の輝度にて反射された参照光又は測定光に干渉しないように前記測定光の一部を遮光する第１の遮光手段とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、参照面の一部に反射率の異なる領域を設けることにより、高強度で非干渉領域を撮像することができる。したがって、この非干渉領域の強度変化に応じて、光源の変動に依存することなく、より正確に干渉領域の干渉縞強度を測定することが可能である。

前記撮像手段にて撮像した前記非干渉領域の画像強度に基づき、前記撮像手段にて撮像した前記干渉領域の画像強度を補正する補正手段を備える構成としてもよい。

前記参照光と測定光との間に相対的な位相差を付与する位相シフト手段と、前記撮像手段により異なる位相差を持つ複数の干渉縞を撮像し、当該複数の干渉縞から位相シフト法により前記被検面の形状を算出する形状算出部とを備える構成としてもよい。

前記位相シフト手段は、前記参照面を前記参照光に対して前後方向に移動させる参照面移動手段とする構成としてもよい。

前記参照光と測定光とを重ね合わせた光束を複数の光束に分割するための第２の光束分割手段を備え、前記位相シフト手段は、前記第２の光束分割手段により分割された光束に異なる位相差を付与し、前記撮像手段は分割された複数の光束の干渉縞をそれぞれ撮像するために複数配置された構成としてもよい。

前記光輝度変換手段は、前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第１の輝度にて反射する第１反射面と、前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第２の輝度にて反射する第２反射面とを備える構成としてもよい。また、前記光輝度変換手段は、前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第１の輝度にて反射する第１反射面と、前記第１の光束分割手段に設けられ且つ前記参照光の一部を前記第２の輝度にて反射する第２反射面とを備える構成としてもよい。また、前記光輝度変換手段は、前記第１の光束分割手段と前記参照面との間に設けられ且つ前記参照光の一部を遮光する第２の遮光手段と、前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第１の輝度にて反射する第１反射面と、前記第１の遮光手段の前記測定光の一部を遮光する領域に設けられ且つ前記測定光の一部を前記第２の輝度にて反射する第２反射面とを備える構成としてもよい。

前記光輝度変換手段により変換された第２の輝度は、複数の異なる輝度を有する構成としてもよい。このような構成とすることにより、複数の反射率の異なる被検面に対応できるので、参照面の反射率を変える手間が低減される。

前記光輝度変換手段は、光を偏光させる第１の偏光部と、該第１の偏光部と独立して回転可能な光を変更させる第２の偏光部とを備える参照面とする構成としてもよい。第１及び第２の偏光部の回転により、非干渉領域の光の強度を連続的に変化させることが可能となる。

また、本発明に係る形状測定方法は、光源からの光束の一部を参照面に照射する参照光とし、残りの光束を被検面に照射する測定光とするための光束分割工程と、前記参照光及び前記測定光を重ね合わせた測定光束により形成される干渉領域及び前記参照光または前記測定光のいずれか一方により形成される非干渉領域を撮像する撮像工程とを備える形状測定方法であって、前記参照光の一部を第１の輝度にて反射すると共に前記参照光の一部を除く参照光又は前記測定光の一部を前記第１の輝度よりも高い第２の輝度にて反射する光輝度変換工程と、前記撮像工程にて前記干渉領域及び前記非干渉領域を形成するため、前記第１の輝度にて反射された参照光に干渉し、前記第２の輝度にて反射された参照光又は測定光に干渉しないように前記測定光の一部を遮光する遮光工程とを備える。

本発明によれば、光強度が変動するような場合でも高精度に測定できる干渉計及び形状測定方法を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る干渉計について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る干渉計１の概略構成を示す図である。

図１に示すように、干渉計１は、主に、干渉部１００と、干渉部１００の制御及び干渉部１００からの情報に基づき測定対象物Ｗの形状を算出する制御演算部２００とからなる。

干渉部１００は、光源１０１、集光レンズ１０２、ピンホール１０３、コリメートレンズ１０４、ビームスプリッタ１０５、遮光部材１０６、参照面１０７、その参照面を移動させる圧電素子１０８、結像レンズ１０９、ミラー１１０、及びＣＣＤカメラ１１１を備えている。

光源１０１は、例えば、単一縦モードのレーザ光を発するように調整されたレーザ光源である。光源１０１からの光は、レンズ１０２で集光されてピンホール１０３に投影される。ピンホール１０３で規制された点光源からの光は、コリメータレンズ１０４により平行光とされてビームスプリッタ１０５に入射される。ビームスプリッタ１０５に入射した平行光は、その一部が反射され、参照面１０７方向に入射され、参照光となる。また、ビームスプリッタ１０５に入射した平行光の一部は、ビームスプリッタ１０５を透過し、遮光部材１０６に入射される測定光となる。すなわち、ビームスプリッタ１０５は、光源からの光束を参照光と測定光とに分割する機能を有する。遮光部材１０６は、例えば、円板状に形成されており、光軸を中心として所定範囲に設けられた光透過部１０６ａと、その外縁に設けられた遮光部１０６ｂとを有している。この遮光部材１０６を透過した測定光は、測定対象物Ｗの表面において反射される。つまり、遮光部材１０６により、測定光の照射領域は、参照光の照射領域よりも小さくなる。

参照面１０７で反射した参照光と、測定対象物Ｗの表面で反射した測定光とは、ビームスプリッタ１０５で合成され、その合成光は結像レンズ１０９により集光される。この後、集光された光は、ミラー１１０により反射され、合成光による干渉縞画像がＣＣＤカメラ１１１の撮像面に形成され、干渉縞画像が撮像される。

制御演算部２００は、ＣＣＤカメラ１１１を制御し、干渉縞画像を撮像させ、その情報を格納する機能を有する。また、制御演算部２００は、圧電素子１０８に印加する電圧を制御し、参照面１０７の位置を移動させる機能を有する。さらに、制御演算部２００は、格納した干渉縞画像を補整し、補正を施した干渉縞画像に基づき測定対象物Ｗの表面形状を算出する機能を有する。

次に、本実施形態に用いられる参照面１０７の構造を詳細に説明する。

参照面１０７は、図２に示すように、例えば、円板状の形状である。この円板状の参照面１０７の中心軸から所定の半径で囲まれた第１の領域１０７ａには、測定対象物Ｗの反射率と略等しくなるようにコーティングが施されている。また、第１の領域１０７ａよりも外径に位置する参照面１０７の縁部であるドーナツ状の第２の領域１０７ｂには、第１の領域１０７ａよりも反射率の高いコーティングが施されている。したがって、第１の領域１０７ａは、参照光の一部を第１の輝度にて反射し、第２の領域１０７ｂは、参照光の一部を除く参照光を第１の輝度よりも高い第２の輝度にて反射する。つまり、第１の領域１０７ａ，及び第２の領域１０７ｂは、光輝度を変換する機能を有する。

図３に、本実施形態による干渉縞の画像強度のプロファイルを示す。参照面１０７を用いることにより、上記した従来例（参照面に反射率の異なる２つの領域を設けていない構成）の画像強度のプロファイル（図９（ｂ））と比較し、非干渉領域Ｂの画像強度が強くなり、ほぼ干渉光領域Ａのピーク値と等しくなる。つまり、Ｓ／Ｎ比の良い、十分な画像強度の参照光に基づく信号が得られる。

従来、干渉計では、コントラストの高い干渉縞を得るため、参照面に測定対象物Ｗの反射率に合わせた反射率コートが施されていた。例えば、測定対象物がガラス面であれば、特別な反射コートを施さない場合であっても、約４％の反射光強度が得られる。

そして、ＣＣＤなどの撮像素子により撮像すると、受光された反射光を電気信号に変換して出力する際に、ランダムなノイズや暗電流と呼ばれる定常的なノイズが発生する。通常、その量は受光する強度に関わらず、撮像素子の全階調を１とした場合に、数パーセントのノイズが含まれる。このノイズが従来の干渉計の測定精度を低減させるものであった。例えば、参照面１０７の第２の領域１０７ｂからの反射率が４％で画像強度が５０階調程度になるように干渉計を調整したとする。この条件で、撮像素子のノイズ成分が１０階調程度発生する場合には、受光した参照光の画像強度の５０階調に対して、２０％のノイズが含まれていることになる。このような状況では、たとえ参照光のみを受光して光源の強度変化を測定したとしても、正確に測定することは困難であった。

一方、本実施形態のように非干渉領域Ｂにおける画像強度のみを高く設定できれば、画像強度に依存せずに発生するノイズの相対的な割合は小さくなる。例えば、第２の領域１０７ｂの反射率を高くし、非干渉領域Ｂの画像強度を２００階調程度に設定した場合には、ノイズの割合は５％まで低減できる。なお、干渉縞のコントラストを最大とするため、第１の領域１０７ａの反射率は、測定対象物の反射率と等しくなるように、決定されている。

なお、上記の例において、より具体的には、本実施形態の参照面１０７の第２の領域１０７ｂの反射率は、以下の式（１）から求められるように、約２０％（厳密には、１９％）とすればよい。

次に、本実施形態に用いる位相シフト法について説明する。

位相シフト法による干渉縞の撮像は、制御演算部２００から圧電素子１０８（例えば、ピエゾ素子等）に制御信号を入力し、その圧電素子１０８の体積を変化させながら行う。つまり、圧電素子１０８の体積変化によりビームスプリッタ１０５と参照面１０７との距離を変え、参照光と測定光の光学距離差を変化させながら、干渉縞を撮像する。

このような撮像により得られる干渉縞画像強度は、次式で表される。

測定中に光源の強度が、強度比でν倍になったとき，干渉縞画像強度は、次式で表される。

ν_ｉ（ｘ，ｙ）は、位相シフト法に基づく撮像ステップ数ｎ(＞＝３)の内、ある回の画像強度を基準とした受光強度比である。例えばｎ＝１の前記非干渉領域Ｂの画像強度ａ_１（ｘ，ｙ）を基準とし、ｎ回目の受光強度比ν_ｎ（ｘ，ｙ）は、前記非干渉領域Ｂの画像強度ａ_ｎ（ｘ，ｙ）を用いると、次式で表すことができる。

すなわち第ｎステップの干渉縞画像強度Ｉ_ｎ’（ｘ，ｙ）は、受光強度比ν_ｎ（ｘ，ｙ）を用い、基準とする干渉縞画像強度に補正することが可能である。

そこで、本実施形態の干渉計１では、上述したように、干渉縞領域Ａに加え、非干渉領域Ｂの画像強度を精度良く観測可能なように、遮光部材１０６及び参照面１０７を設け、非干渉領域Ｂにおいて画像強度を観測し、画像強度から各受光強度比νを求める構成としている。本実施形態の干渉計１においては、測定毎に、受光強度比νを求め、変動する光源の強度の影響を取り除くことを可能としている。つまり、干渉計１は、非干渉領域Ｂの画像強度に基づき、干渉領域Ａの画像強度の補正を実行可能に構成されている。

次に、図４を参照して上述した干渉計１を用いた測定対象物Ｗの形状測定方法を説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る干渉計を用いた形状測定方法を示すフローチャートである。

先ず、ユーザの操作により制御演算部２００は、光源１０１から、光を照射させる（ステップＳ１０１）。次に、ビームスプリッタ１０５は、照射された光束を参照光と測定光とに分割する（ステップＳ１０２）。そして、参照面１０７は、参照光を２つの反射輝度を有するように変換する（ステップＳ１０３）。また、遮光部材１０６は、測定光の一部を遮光し、残りの測定光を透過させ、測定対象物Ｗに導光する（ステップＳ１０４）。

つづいて、制御演算部２００は、ＣＣＤカメラ１１１を制御し、測定光と参照光とにより形成された干渉領域Ａ及び参照光のみにより形成された非干渉領域Ｂを撮像し（ステップＳ１０５）、干渉領域Ａ及び非干渉領域Ｂの画像情報を格納する（ステップＳ１０６）。続いて、制御演算部２００は、予め設定された所定数の撮像を実行したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ここで、制御演算部２００が、所定数の撮像を実行していないと判断すると（ステップＳ１０７，Ｎ）、制御演算部２００は、圧電素子１０８に電圧を印加し、参照面１０７を移動させ（ステップＳ１０９）、再び、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０６の制御を実行する。一方、制御演算部２００が、所定数の撮像を実行したと判断すると（ステップＳ１０７，Y）、制御演算部２００は、格納された干渉領域Ａ及び非干渉領域Ｂの画像情報を読み出し、得られた非干渉領域Ｂの画像強度に基づき、干渉領域Ａの画像強度を補正する（ステップＳ１０８）。そして、制御演算部２００は、補正を施した複数の干渉領域Ａに基づき、測定対象物Ｗの形状を算出する（ステップＳ１１０）。

以上のように、２領域に異なる反射率を有する参照面１０７を用いることにより、測定時と同時間、同環境において、非干渉領域ＢにおいてＳ／Ｎ比の高い信号の測定が可能になる。また、参照光を測定するため、本来、干渉計に不要なセンサを新たに、付加する必要もないので、装置は安価に製作可能である。

［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る干渉計２を説明する。図５に示すように、第２実施形態に係る干渉計２は、ビームスプリッタ１０５’及び参照面１０７’の構造のみが、第１実施形態と異なる。その他、干渉計２の構成は、第１実施形態の干渉計１と同様である。以下、第１実施形態と同様の構成要素は、図５において、第１実施形態と同様の符号を付し、その説明は省略する。

ビームスプリッタ１０５’において、参照面１０７’に対向する面の中心軸を中心に所定の範囲で囲まれた第１の領域１０５’ａは、光を透過させる光透過部として構成されている。また、第１の領域１０５’ａよりも外径に位置するビームスプリッタ１０５’の縁部である第２の領域１０５’ｂ（第２反射面）には、参照面１０７’（第１反射面）よりも反射率の高いコーティングが施されている。したがって、参照面１０７’は、参照光の一部を第１の輝度にて反射し、第２の領域１０５’ｂは、参照光の一部を除く参照光を第１の輝度よりも高い第２の輝度にて反射する。つまり、参照面１０７’、及び第２の領域１０５’ｂは、光輝度を変換する機能を有する。

このような構成とすることにより、第１実施形態と同様に、非干渉領域ＢにおいてＳ／Ｎ比の高い信号の測定が可能となる。

［第３実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態に係る干渉計３を説明する。図６に示すように、第３実施形態に係る干渉計３は、遮光部材１０６’の構造が、第２実施形態と異なる。更に、参照面１０７’の前面には、遮光部材１１２が備えられている。遮光部材１１２は、第１及び第２実施形態の遮光部材１０６と同様の構成である。その他、干渉計３の構成は、第１実施形態の干渉計１と同様である。以下、第１実施形態と同様の構成要素は、第１実施形態と同様の符号を付し、その説明は省略する。

遮光部材１０６’は、その外縁の遮光部１０６ｂのビームスプリッタ１０５と対向する面に少なくとも参照面１０７’（第１反射面）よりも反射率の高いコーティング１０６ｃ（第２反射面）が施されている。したがって、参照面１０７’は、参照光の一部を第１の輝度にて反射させ、コーティング１０６ｃは、測定光の一部を第１の輝度よりも高い第２の輝度にて反射する。つまり、遮光部材１１２、参照面１０７’、及びコーティング１０６ｃは、光輝度を変換する機能を有する。

このような構成とすることにより、第１実施形態と同様に、非干渉領域ＢにおいてＳ／Ｎ比の高い信号の測定が可能となる。

［第４実施形態］
次に、図７を参照して、本発明の第４実施形態に係る干渉計を説明する。図７に示すように、第４実施形態に係る干渉計は、参照面１０７’’の構造が第１実施形態と異なる。なお、図示は省略するが、参照面１０７’’を除き、第４実施形態に係る干渉計の構成は、第１実施形態の干渉計１の構成（図１）と同一である。

参照面１０７’’の構造は、第１実施形態と同様の第１の領域１０７ａと、第２の領域１０７ｂとを備える。そして、第２の領域１０７ｂには、各々反射率の異なる基板１０７’’ｃ１〜１０７’’ｃ４が配置されている。このように反射率の異なる基板１０７’’ｃ１〜１０７’’ｃ４を配置しておけば、測定対象物Ｗの反射率に応じて光源の光強度を変えたり、シャッタースピードを変えたりした場合であっても、それに適した基板１０７’’ｃ１〜１０７’’ｃ４からの反射光を選択することにより、高いＳ／Ｎ比で参照光強度を測定することが可能になる。

例えば、高反射率の測定対象物を測定時、撮像素子が飽和するため、シャッタースピードを早くして干渉縞を撮像する場合がある。仮に、シャッタースピードを２倍にした場合、得られる画像強度は半分になり、高反射率の測定対象物の干渉縞も良好に撮像できる。しかし、参照面からの反射光強度は変わらないため、干渉に寄与しない非干渉領域Ｂの画像強度は半分になり、正確な測定はさらに困難になる。そこで図７に示すように、基板１０７’’ｃ１〜１０７’’ｃ４のうち一つの反射率を、第２の領域１０７ｂの２倍にしておけば、参照光強度を良好に測定可能になる。このように、反射率の異なる複数種の基板１０７’’ｃ１〜１０７’’ｃ４を付加しておくことにより、測定対象物Ｗに応じて参照面の反射率を変える必要がなく、高いＳ／Ｎ比で画像強度を測定することが可能になる。

［第５実施形態］
次に、図８を参照して、本発明の第５実施形態に係る干渉計を説明する。図８に示すように、第５実施形態に係る干渉計は、参照面１０７’’’の構造が第１実施形態と異なる。なお、図示は省略するが、参照面１０７’’’を除き、第５実施形態に係る干渉計の構成は、第１実施形態の干渉計１の構成（図１）と同一である。

参照面１０７’’’は、偏光板が設けられた円板状の第１部材１０７’’’ａと、この第１の領域１０７’’’ａの外周を摺動可能に形成された、偏光板が設けられたリング状の第２部材１０７’’’ｂとからなる。

ここで、光源１０１から、例えば水平偏光した光を干渉計に入射する。そして、測定対象物Ｗの反射率に応じ偏光板を回転させ、参照光と測定光の強度を略等しくする。次に、第１部材１０７’’’ａと第２部材１０７’’’ｂとを独立に回転させることにより、非干渉領域Ｂのうち干渉に寄与しない領域の画像強度を連続的に変化させ、高いＳ／Ｎ比で測定することが可能である。

［第６実施形態］
上記第１〜第５実施形態においては、所謂、トワイマン・グリーン型の干渉方式を説明したが、第６実施形態の干渉計６のようにフィゾー型の干渉方式においても適応可能である。この実施形態の干渉計６は、図９に示すように、第１〜第５実施形態と異なり、光学的に異なる位相差の干渉縞を同時に取得して位相シフト法を実行する干渉計である。なお、図９において、両側矢印の記号は、紙面に平行な直線偏光成分を模式的に示したものであり、二重丸の記号は、紙面に垂直な直線偏光成分を、丸矢印記号は、左右の円偏光成分を示したものである。

図９に示すように、干渉計６は、主に、干渉部３００と、干渉部３００の制御及び干渉部３００からの情報に基づき測定対象物Ｗの形状を演算する制御演算部４００とからなる。

干渉部３００は、図８に示すように、光源３０１、集光レンズ３０２、ピンホール３０３、ビームスプリッタ３０４，３１０Ａ，３１０Ｂ、コリメータレンズ３０５、参照面３０６、１／４波長板３０７，３０９、遮光部材３０８、ミラー３１０Ｃ、偏光板３１１Ａ〜３１１Ｃ、ＣＣＤカメラ３１２Ａ〜３１２Ｃを備えている。

レーザなどの光源３０１からの水平偏光（光軸に垂直でかつ紙面に対して平行な偏光）した光は、レンズ３０２及びピンホール３０３を介して、ビームスプリッタ３０４に導かれる。ビームスプリッタ３０４を透過した光の一部は、レンズ３０５によりコリメートされ、参照面３０６に達する。参照面３０６において、一部の光は、参照光として反射し、残りの光を測定光として透過させる。すなわち、参照面３０６は、光源からの光束を参照光と測定光とに分割する機能を有する。参照面３０６を透過した光は、λ／４波長板３０７を透過し円偏光とされる。円偏光とされた光は、測定対象物Ｗにおいて反射され、再びλ／４波長板３０７を透過し、垂直偏光（光軸に対して垂直で且つ紙面に対して垂直な偏光）になる。そして、参照光及び測定光は、λ／４波長板３０９を透過し、互いに左右逆回りの円偏光になる。これらの光束は、無偏光ビームスプリッタ３１０Ａ，３１０Ｂ、及びミラー３０９Ｃで複数に分割し、偏光板３１１Ａ〜３１１Ｃを透過させＣＣＤカメラ３１１Ａ〜３１１Ｃにより撮像する。このとき偏光板３１１Ａ〜３１１Ｃの透過軸の方向により干渉縞の位相が決まる。

制御演算部４００は、ＣＣＤカメラ３１２Ａ〜３１２Ｃを制御し、干渉縞画像を撮像させ、後述するように干渉縞画像の強度を補正し、その情報を格納する機能を有する。また、制御演算部４００は、格納した干渉縞の情報に基づき、測定対象物Ｗの表面形状を算出する機能を有する。

なお、参照面３０６は、中心軸から所定の半径で囲まれた第１の領域３０６ａは、所定の透過率及び反射率を有するコーティングがなされている。また、第１の領域３０６ａよりも外径に位置する参照面３０６の縁部の第２の領域３０６ｂには、第１の領域３０６ａよりも反射率の高いコーティングが施されている。

このような構成とすることにより、同時に複数枚の干渉縞を計測することができるので、瞬時に測定対象物Ｗの形状を算出することが可能となる。

以上、実施の形態を説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、例えば、第６実施形態（図９）に係るフィゾー型の干渉計で機械的な位相シフトを行ってもよい。または、第１〜第５実施形態に係るトワイマン・グリーン型の干渉計（図１，図５，図６）で光学的な位相シフトを行うものであってもよい。

本発明の第１実施形態に係る干渉計の概略構成を示す図である。 図１の参照面を示す正面図である。 本発明の第１実施形態に係る干渉計により測定される画像強度を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る干渉計を用いた形状測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る干渉計の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る干渉計の概略構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る干渉計の概略構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る干渉計の概略構成を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る干渉計の概略構成を示す図である。 従来の干渉計により測定される干渉縞を説明する図である。

符号の説明

１０１，３０１…光源、１０３，３０３…ピンホール、１０２，１０４，１１０，３０２，３０５…レンズ、１０５，１０５’，２０４…ビームスプリッタ、１０６，１０６’，３０８…遮光部材、１０７，１０７’，１０７’’，１０７’’’，３０６…参照面、１０７ａ…第１の領域、１０７ｂ…第２の領域、１０７ｃ’’１〜１０７ｃ’’４…基板、１０８…圧電素子、３１０Ａ，３１０Ｂ…無偏光ビームスプリッタ、３１０Ｃ…ミラー、１１１，３１２Ａ〜３１２Ｃ…ＣＣＤカメラ、Ｗ…測定対象物、３０７，３０９…λ／４波長板、３１１Ａ〜３１１Ｃ…偏光板、２００，４００…制御演算部。

Claims (11)

1. 光源と、
   該光源からの光束の一部を参照面に照射する参照光とし、残りの光束を被検面に照射する測定光とするための第１の光束分割手段と、
   前記参照光及び前記測定光を重ね合わせた光束により形成される干渉領域及び前記参照光または前記測定光のいずれか一方により形成される非干渉領域を撮像する撮像手段と
   を備える干渉計であって、
   前記参照光の一部を第１の輝度にて反射すると共に前記参照光の一部を除く参照光又は前記測定光の一部を前記第１の輝度よりも高い第２の輝度にて反射する光輝度変換手段と、
   前記撮像手段上に前記干渉領域及び前記非干渉領域を形成するため、前記第１の輝度にて反射された参照光に干渉し、前記第２の輝度にて反射された参照光又は測定光に干渉しないように前記測定光の一部を遮光する第１の遮光手段と
   を備えることを特徴とする干渉計。
2. 前記撮像手段にて撮像した前記非干渉領域の画像強度に基づき、前記撮像手段にて撮像した前記干渉領域の画像強度を補正する補正手段
   を備えることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
3. 前記参照光と測定光との間に相対的な位相差を付与する位相シフト手段と、
   前記撮像手段により異なる位相差を持つ複数の干渉縞を撮像し、当該複数の干渉縞から位相シフト法により前記被検面の形状を算出する形状算出部と
   を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の干渉計。
4. 前記位相シフト手段は、前記参照面を前記参照光に対して前後方向に移動させる参照面移動手段であることを特徴とする請求項３記載の干渉計。
5. 前記参照光と測定光とを重ね合わせた光束を複数の光束に分割するための第２の光束分割手段を備え、
   前記位相シフト手段は、前記第２の光束分割手段により分割された光束に異なる位相差を付与し、前記撮像手段は分割された複数の光束の干渉縞をそれぞれ撮像するために複数配置されたことを特徴とする請求項３記載の干渉計。
6. 前記光輝度変換手段は、
   前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第１の輝度にて反射する第１反射面と、
   前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第２の輝度にて反射する第２反射面と
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の干渉計。
7. 前記光輝度変換手段は、
   前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第１の輝度にて反射する第１反射面と、
   前記第１の光束分割手段に設けられ且つ前記参照光の一部を前記第２の輝度にて反射する第２反射面と
   を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の干渉計。
8. 前記光輝度変換手段は、
   前記第１の光束分割手段と前記参照面との間に設けられ且つ前記参照光の一部を遮光する第２の遮光手段と、
   前記参照面に設けられ且つ前記参照光を前記第１の輝度にて反射する第１反射面と、
   前記第１の遮光手段の前記測定光の一部を遮光する領域に設けられ且つ前記測定光の一部を前記第２の輝度にて反射する第２反射面と
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の干渉計。
9. 前記光輝度変換手段により変換された第２の輝度は、複数の異なる輝度を有することを特徴とする請求項１〜８記載のいずれか１項記載の干渉計。
10. 前記光輝度変換手段は、
    光を偏光させる第１の偏光部と、
    該第１の偏光部と独立して回転可能な光を変更させる第２の偏光部と
    を備える参照面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の干渉計。
11. 光源からの光束の一部を参照面に照射する参照光とし、残りの光束を被検面に照射する測定光とするための光束分割工程と、
    前記参照光及び前記測定光を重ね合わせた光束により形成される干渉領域及び前記参照光または前記測定光のいずれか一方により形成される非干渉領域を撮像する撮像工程と
    を備える形状測定方法であって、
    前記参照光の一部を第１の輝度にて反射すると共に前記参照光の一部を除く参照光又は前記測定光の一部を前記第１の輝度よりも高い第２の輝度にて反射する光輝度変換工程と、
    前記撮像工程にて前記干渉領域及び前記非干渉領域を形成するため、前記第１の輝度にて反射された参照光に干渉し、前記第２の輝度にて反射された参照光又は測定光に干渉しないように前記測定光の一部を遮光する遮光工程と
    を備えることを特徴とする形状測定方法。