JP2009079933A - 大型サンプル測定用干渉計装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート状の大型の被検体において、開口合成に必要な被測定領域内の各部分に対応した複数の干渉縞画像を短時間で取得することが可能で、被検体の被測定領域全域に亘る厚みムラを高精度に測定し得る大型サンプル測定用干渉計装置を得る。
【解決手段】被検体９の一面９ａ側から測定光を照射し、被検体９上の各第１領域の透過波面情報を担持した第１干渉縞画像を得る第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇと、被検体９の他面側９ｂから測定光を照射し、被検体９上の各第２領域の透過波面情報を担持した第２干渉縞画像を得る第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆとを、互いに隣接する第１領域と第２領域とが一部重なり合うように、かつ各々の第１領域および第２領域により被測定領域を包含し得るように配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の被検体の厚みムラを測定するための干渉計装置に関し、特に、被測定領域が広い大型の被検体の厚みムラ測定に好適な大型サンプル測定用干渉計装置に関する。

従来、測定光束に対して不透明なシート状の被検体を挟んで互いに対向するように一対の干渉計を配置し、被検体の一方の面と干渉計の基準面との形状差と、被検体の他方の面と他方の干渉計の基準面との形状差とをそれぞれ測定し、測定された各形状差に基づき、被検体の厚みムラを算定する手法が本願出願人より提案されている（下記特許文献１参照）。

また、測定光束に対して透明なシート状の被検体の裏面側に反射基準面を配置しておき、被検体を透過した後に反射基準面で反射され再び被検体を透過した光を、透過型基準板の基準面から反射された参照光と干渉させることにより被検体の透過波面情報を取得し、この透過波面情報に基づき被検体の厚みムラまたは屈折率分布を求める手法も知られている。

また、低可干渉光束を２つに分岐し、一方の光束を他方の光束に対し迂回させた後に互いに合波して出力するパスマッチ経路部を備えた干渉計装置を用いて、測定光束に対して透明で厚みのある被検体の一面側からの反射波面情報、他面側からの反射波面情報および透過波面情報をそれぞれ取得し、得られた各波面情報に基づき、被検体の一面側の形状、他面側の形状、厚みムラおよび被検体の所定の厚みに対応した屈折率分布を求める手法が本願出願人より提案されている（下記特許文献２参照）。

一方、被検体の被測定領域が干渉計の１回の測定可能範囲より大きい場合に用いられる技術として開口合成法が知られている。この手法は、隣接する部分が一部重なるような複数の小領域に被検面を分割してこの小領域ごとに測定を行い、それぞれの測定結果をデータ処理した後、各測定結果を繋ぎ合せることによって被検面の全体形状を求める手法であり、被検面の形状やデータの処理方法の違いにより種々の開口合成法が提案されている（下記特許文献３〜５参照）。

特開２０００−２７５０２２号公報 特開２００５−２７４２３６号公報 特開２００２−１６２２１４号公報 特開平８−２１９７３７号公報 特開平１０−３３２３５０号公報

近年、測定光に対し透明な大型のシート状の被検体の厚みムラを測定したいという要望が高まっている。このような大型の被検体は、被測定領域が干渉計の１回の測定可能範囲より大きくなる場合が多いため、上述の開口合成法を適用する必要がある。

開口合成法を適用する場合は、被検体に対して干渉計を移動させ、移動させる毎に干渉縞画像を撮像するのが一般的であるが、被測定領域が大きくなるに従って干渉計の移動回数および干渉縞の撮像回数も多くなり、測定に要する時間が多大となる。

また、このような大型の被検体は、測定系に対して一定の姿勢を維持したまま保持し続けることが難しく、部分的に変形したり全体的に撓んだりするなど、姿勢の変化が起こり易い。変形等が生じた場合、開口合成の処理を行うことが難しくなり、高精度な測定結果を得ることが困難となるので、被測定領域内の各部分に対応した複数の干渉縞画像をできる限り短い時間内で撮像することが肝要となる。

特に、インプロセス計測のように、測定系に対し被検体が移動した状態で測定を行うには、被測定領域全域に亘る干渉縞画像を略同時に取得することが必要となり、従来手法では対応することが極めて困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、シート状の大型の被検体において、開口合成に必要な被測定領域内の各部分に対応した複数の干渉縞画像を短時間で取得することが可能で、被検体の被測定領域全域に亘る厚みムラを高精度に測定し得る大型サンプル測定用干渉計装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明に係る大型サンプル測定用干渉計装置は、シート状の被検体の一面側に配された第１の干渉計ヘッドと、前記被検体の他面側に配された第２の干渉計ヘッドと、前記被検体と前記第１の干渉計ヘッドとの間に配された第１の反射平面と、前記被検体と前記第２の干渉計ヘッドとの間に配された第２の反射平面と、干渉縞画像を解析する解析手段と、を備えた干渉計装置であって、
前記第１の干渉計ヘッドは、前記一面側から前記被検体の被測定領域の一部を含む第１領域に対して測定光を照射し、前記被検体を透過して前記第２の反射平面で反射され、再び該被検体を透過して当該第１の干渉計ヘッドに戻る戻り光と、当該第１の干渉計ヘッドの基準光との光干渉により前記第１領域の透過波面情報を担持した第１干渉縞画像を得るように構成され、
前記第２の干渉計ヘッドは、前記他面側から前記被検体の被測定領域の他の一部を含む第２領域に対して測定光を照射し、前記被検体を透過して前記第１の反射平面で反射され、再び該被検体を透過して当該第２の干渉計ヘッドに戻る戻り光と、当該第２の干渉計ヘッドの基準光との光干渉により前記第２領域の透過波面情報を担持した第２干渉縞画像を得るように構成され、
前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドは、互いに隣接する前記第１領域と前記第２領域とが一部重なり合うように、かつ各々の前記第１領域および前記第２領域により前記被測定領域を包含し得るように、それぞれ所定数配置され、
前記解析手段は、前記第１干渉縞画像および前記第２干渉縞画像に基づき前記第１領域および前記第２領域の各透過波面情報をそれぞれ解析するとともに、前記第１領域および前記第２領域の各透過波面情報に関する各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、前記被測定領域における前記被検体の厚みムラを求めるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明において、前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光と前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光とは、偏光方向が互いに直交する直線偏光により構成されており、
前記第１の干渉計ヘッドは、該第１の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は通過させ、前記第２の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は遮断する第１の検光手段を備え、
前記第２の干渉計ヘッドは、該第２の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は通過させ、前記第１の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は遮断する第２の検光手段を備えている、とすることができる。

また、前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光と前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光とは、波長が互いに異なるように構成されており、
前記第１の干渉計ヘッドは、該第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は通過させ、前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は遮断する第１の波長選択手段を備え、
前記第２の干渉計ヘッドは、該第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は通過させ、前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は遮断する第２の波長選択手段を備えている、とすることもできる。

また、前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は、該第１の干渉計ヘッドにおける前記第１干渉縞画像の露光期間内で、かつ前記第２の干渉計における前記第２干渉縞画像の露光期間外に設定された第１発光期間のみ出力されるように構成され、
前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は、該第２の干渉計ヘッドにおける前記第２干渉縞画像の露光期間内で、かつ前記第１の干渉計における前記第１干渉縞画像の露光期間外に設定された第２発光期間のみ出力されるように構成されている、としてもよい。

なお、前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光は、パルス光としてそれぞれ出力されたものである、とすることができる。

また、前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光は、前記被検体の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光とされ、
前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドは、光源から出力された前記低可干渉光を２光束に分岐し、該２光束の一方を他方に対して所定の光路長分迂回させた後に１光束に再合波するパスマッチ経路部を備え、該パスマッチ経路部において、前記所定の光路長を調整することにより、前記第１領域および前記第２領域における前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を得るように構成され、
前記解析手段は、前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を解析し、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、前記被測定領域における前記被検体の前記一面側および前記他面側の各形状を求めるように構成されている、とすることができる。

また、前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光は、単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な波長変調光源からのレーザ光とされ、
前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドは、前記レーザ光を、前記干渉光を受光する素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で複数の波長に変調することにより、前記第１領域および前記第２領域における前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を得るように構成され、
前記解析手段は、前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を解析し、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、前記被測定領域における前記被検体の前記一面側および前記他面側の各形状を求めるように構成されている、とすることもできる。

その場合、前記解析手段は、前記一面側の形状、前記他面側の形状および前記厚みムラに基づき、前記被測定領域における前記被検体の所定の厚みに対応した屈折率分布を求めるように構成することができる。

また、前記解析手段は、空間キャリア周波数が重畳された縞画像に基づき位相解析を行うフーリエ変換法を用いて、干渉縞画像の解析を行い得るように構成してもよい。

本発明の大型サンプル測定用干渉計装置によれば、上記構成を備えたことにより、以下のような作用効果を奏する。

すなわち、従来手法のように、被検体の被測定領域に対して干渉計ヘッドを移動させ、移動させる毎に干渉縞画像を撮像するのではなく、被検体の一面側および他面側に被測定領域を包含し得るように第１および第２の干渉計ヘッドを配置しているので、被測定領域の各部分に対応した複数の干渉縞画像を極めて短時間に撮像することが可能となる。

したがって、測定系に対して一定の姿勢を維持したまま保持し続けることが難しく、部分的に変形したり全体的に撓んだりするなど、姿勢の変化が起こり易い大型の被検体においても、被測定領域全域に亘る厚みムラを高精度に測定することが可能となる。

特に、第１および第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光をパルス光とした態様のものによれば、被測定領域の各部分に対応した複数の干渉縞画像を略同時かつ瞬時に撮像することが可能となるので、第１および第２の干渉計ヘッドに対し移動するような被検体のインプロセス計測に好適となる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る大型サンプル測定用干渉計装置の概略構成図であり、図２は被検体の被測定領域と各干渉計ヘッドの測定可能領域との関係を示す図である。

図１に示す大型サンプル測定用干渉計装置（以下、単に「干渉計装置」と称することがある）は、紙面と垂直な方向に移動する、可撓性を有するフィルム状の大型の被検体９の厚みムラをインプロセス計測するものであり、被検体９の一面９ａ側（図中上方）において下向きに配された複数（本実施形態では７個）の第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇと、被検体９の他面９ｂ側（図中下方）において上向きに配された複数（本実施形態では６個）の第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆと、第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇと被検体９との間に配された第１の基準板３と、第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆと被検体９との間に配された第２の基準板４と、各干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇ，２Ａ〜２Ｆにより得られた干渉縞画像に基づき縞解析等のための各種演算を行う解析装置５と、解析結果等を表示する画像表示装置６と、解析装置５に対する各種入力を行うための入力装置７とを備えてなる。

上記第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇは、被検体９の一面９ａ側から、該被検体９の被測定領域Ｓ（図２に１点鎖線で示す長方形内の領域）の一部を含む第１領域Ｐ_１〜Ｐ_７（図２に実線で示す円内の各領域）に対してそれぞれ測定光を照射し、該第１領域Ｐ_１〜Ｐ_７からの戻り光と基準光との光干渉により該第１領域Ｐ_１〜Ｐ_７の透過波面情報を担持した干渉縞画像（第１干渉縞画像）をそれぞれ得るように構成されている。

一方、上記第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆは、被検体９の他面９ｂ側から、上記被測定領域Ｓの他の一部を含む第２領域Ｑ_１〜Ｑ_６（図２に破線で示す円内の各領域）に対してそれぞれ測定光を照射し、該第２領域Ｑ_１〜Ｑ_６からの戻り光と基準光との光干渉により該第２領域Ｑ_１〜Ｑ_６の透過波面情報を担持した干渉縞画像（第２干渉縞画像）をそれぞれ得るように構成されている。

第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇおよび第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆは、図２に示すように、互いに隣接する第１領域と第２領域（例えば、第１領域Ｐ_１と第２領域Ｑ_１や第１領域Ｐ_４と第２領域Ｑ_４）とが一部重なり合うように、かつ各々の第１領域１Ａ〜１Ｇおよび第２領域２Ａ〜２Ｆにより被測定領域Ｓを包含し得るように、図１に示すようにそれぞれ必要な数だけ配置されている。

ここで、第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇおよび第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆの構成について、より詳細に説明する。各々の第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇは互いに同様の構成を有しており、各々の第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆも互いに同様の構成を有しているので、以下では図３に基づき第１の干渉計ヘッド１Ａと第２の干渉計ヘッド２Ａを例にとって説明する。図３は第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドの概略構成図である。

図３に示すように、第１の干渉計ヘッド１Ａは、光源１１、ビーム径拡大用の発散レンズ１２、ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、第１の検光手段としての第１検光子１５、結像レンズ１６、およびＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子１８を備えた撮像カメラ被検体１７を備えてなる。上記光源１１から出力される光束は、所定の振動面を持つ直線偏光とされており、上記第１検光子１５は光源１１から出力される直線偏光は透過し、該直線偏光の振動面と直交する振動面を持つ直線偏光（後述の光源２１から出力された直線偏光）は遮断するように構成されている。また、上記光源１１は、パルスレーザ光源またはビームチョッパ等の機構を備えた光源であり、光源１１から出力される光束は、発光期間が短いパルス光とされている。

一方、第２の干渉計ヘッド２Ａは、光源２１、ビーム径拡大用の発散レンズ２２、ビームスプリッタ２３、コリメータレンズ２４、第２の検光手段としての第２検光子２５、結像レンズ２６、およびＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子２８を備えた撮像カメラ被検体２７を備えてなる。上記光源２１から出力される光束は、上記光源１１から出力される直線偏光の振動面と直交する振動面を持つ直線偏光とされており、上記第２検光子２５は光源２１から出力される直線偏光は透過し、該直線偏光の振動面と直交する振動面を持つ直線偏光（前述の光源１１から出力された直線偏光）は遮断するように構成されている。また、この光源２１は、パルスレーザ光源またはビームチョッパ等の機構を備えた光源であり、光源２１から出力される光束は、発光期間が短いパルス光とされている。

上記第１の干渉計ヘッド１Ａにおいて、光源１１から出力された直線偏光からなる光束は、発散レンズ１２を透過してビームスプリッタ１３に入射し、該ビームプリッタ１３の光束分岐面１３ａにおいて図中下方に反射され、さらにコリメータレンズ１４により平行光とされ、測定光として被検体９に向けて出力される。

出力された測定光の一部は、第１の基準板３の基準面３ａにおいて反射されて基準光とされ、その余の測定光は第１の基準板３を透過して被検体９の第１領域Ｐ_１（図２参照）に照射される。照射された測定光は、被検体９を透過した後、その一部が第２の基準板４の基準面４ａ（第２の反射平面として機能する）において反射され、さらに被検体９および第１の基準板３を透過して第１の干渉計ヘッド１Ａに入射する戻り光となる。この戻り光と上記基準光との干渉光が、コリメータレンズ１４、ビームスプリッタ１３、第１検光子１５および結像レンズ１６を透過して撮像素子１８上に結像され、被検体９の上記第１領域Ｐ_１に関する透過波面情報を担持した第１干渉縞画像が撮像カメラ１７により撮像される。

一方、上記第２の干渉計ヘッド２Ａにおいて、光源２１から出力された直線偏光からなる光束は、発散レンズ２２を透過してビームスプリッタ２３に入射し、該ビームプリッタ２３の光束分岐面２３ａにおいて図中上方に反射され、さらにコリメータレンズ２４により平行光とされ、測定光として被検体９に向けて出力される。

出力された測定光の一部は、第２の基準板４の基準面４ａにおいて反射されて基準光とされ、その余の測定光は第２の基準板４を透過して被検体９の第２領域Ｑ_１（図２参照）に照射される。照射された測定光は、被検体９を透過した後、その一部が第１の基準板３の基準面３ａ（第１の反射平面として機能する）において反射され、さらに被検体９および第２の基準板４を透過して第２の干渉計ヘッド２Ａに入射する戻り光となる。この戻り光と上記基準面４ａからの基準光との干渉光が、コリメータレンズ２４、ビームスプリッタ２３、第２検光子２５および結像レンズ２６を透過して撮像素子２８上に結像され、被検体９の上記第２領域Ｑ_１に関する透過波面情報を担持した第２干渉縞画像が撮像カメラ２７により撮像される。

なお、上記第１干渉縞画像と上記第２干渉縞画像とは、互いに同じタイミングで略同時に撮像される。第１領域Ｐ_１と第２領域Ｑ_１とは互いに一部重複しているので、第１の干渉計ヘッド１Ａからの測定光の一部は第２の干渉計ヘッド２Ａに入射し、第２の干渉計ヘッド２Ａからの測定光の一部は第１の干渉計ヘッド１Ａに入射することになるが、各々の測定光は第２検光子２５および第１検光子１５によりそれぞれ遮断されるため、第１干渉縞画像および第２干渉縞画像の撮像に影響を及ぼすことはない。また、測定光の一部は、被検体９の一面９ａおよび他面９ｂにおいて反射されるが、図１，３に示すように第１および第２の基準板３，４を被検体９に対して相対的に傾けて配置することにより、被検体９からの反射光が第１および第２の干渉計ヘッド１Ａ，２Ａに戻ることが防止される。

さらに、上述の第１の基準板３および第２の基準板４はそれぞれ平行平板状に形成されているが、各々の裏面からの反射光が各干渉計ヘッドに入射しないように、各々の裏面には、ウェッジを付けたり反射防止コート処理を施したりしておくことが好ましい。

以上の説明は、第１干渉計ヘッド１Ａと第２の干渉計ヘッド２Ａに関するものであるが、他の第１干渉計ヘッド１Ｂ〜１Ｇおよび他の第２の干渉計ヘッド２Ｂ〜２Ｆについても同様である。すなわち、第１の干渉計ヘッド１Ａ〜１Ｇにより、第１領域Ｐ_１〜Ｐ_７の透過波面情報を担持した各第１干渉縞画像が、第２の干渉計ヘッド２Ａ〜２Ｆにより、第２領域Ｑ_１〜Ｑ_６の透過波面情報を担持した各第２干渉縞画像が、それぞれ略同時に撮像される。

撮像された各々の第１干渉縞画像および第２干渉縞画像は、図１に示す解析装置５に入力され、これら第１および第２干渉縞画像に基づき、上記第１領域Ｐ_１〜Ｐ_７および上記第２領域Ｑ_１〜Ｑ_６の各透過波面情報がそれぞれ解析される。そして、各透過波面情報に関する各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、上記被測定領域Ｓ全域に亘る被検体９の厚みムラが求められる。

なお、開口合成の具体的な処理については、前掲の特許文献３〜５等に記載されている種々の手法を適用することが可能である。また、本実施形態では、被検体９の屈折率が被検体９の各部において一定（屈折率分布が無い）とみなし、上記各透過波面情報により被検体９の厚みムラを求めている。一方、被検体９の厚みが被検体９の各部において一定（厚みムラが無い）とみなせる場合には、上記各透過波面情報により被検体９の屈折率分布を求めることができる。

また、各透過波面情報の解析処理については、「光学」第１３巻第１号（１９８４年２月）第５５頁〜第６５頁の「サブフリンジ干渉計測基礎論」に記載されているフーリエ変換法を適用することができる。このフーリエ変換法は、空間キャリア周波数が重畳された縞画像をフーリエ変換し、周波数領域にて空間キャリア周波数を除去した後、逆フーリエ変換して位相解析を行うものであり、本実施形態では、例えば、第１の基準板３と第２の基準板４との間に相対的な傾きを与えることにより、各々の第１干渉縞画像および第２干渉縞画像に空間キャリア周波数を重畳させることが可能となる。フーリエ変換法を適用することにより、移動する被検体９に対してもサブフリンジ計測を行うことが可能となり、被検体９の厚みムラをより高精度に求めることが可能となる。

以上、本発明に係る大型サンプル測定用干渉計装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、第１の干渉計ヘッドから出力される測定光と第２の干渉計ヘッドから出力される測定光とを、波長が互いに異なるように構成し、第１の干渉計ヘッドにおいて、該第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は通過させ、第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は遮断する第１の波長選択手段を備えるとともに、第２の干渉計ヘッドにおいて、該第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は通過させ、第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は遮断する第２の波長選択手段を備えるようにしてもよい。

具体的には、図３に示す態様において、光源１１からの出力光の波長と、光源２１からの出力光の波長とが互いに異なるようする。また、第１検光子１５に替えて、光源１１からの出力光の波長域は透過し光源２１からの出力光の波長域は遮断するような第１波長選択フィルタを設置するとともに、第２検光子２５に替えて、光源２１からの出力光の波長域は透過し光源１１からの出力光の波長域は遮断するような第２波長選択フィルタを設置するようにする。

また、上記実施形態は、被検体が移動する場合に好適であるが、被検体が移動しない場合には、第１の干渉計ヘッドから出力される測定光が、第１干渉縞画像の露光期間内でかつ第２干渉縞画像の露光期間外に設定された第１発光期間のみ出力されるように構成するとともに、第２の干渉計ヘッドから出力される測定光が、第２干渉縞画像の露光期間内でかつ第１干渉縞画像の露光期間外に設定された第２発光期間のみ出力されるように構成してもよい。この場合、光源１１，２１からの各出力光を直線偏光としたり、互いに波長が異なるようにしたりする必要はなく、また、第１および第２検光子１５，２５や第１および第２波長選択フィルタを設置する必要もない。このため、第１および第２の測定ヘッドの構成を簡易にすることができる。

また、第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光を、被検体の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光とし、第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドにおいて、光源から出力された低可干渉光を２光束に分岐し、該２光束の一方を他方に対して所定の光路長分迂回させた後に１光束に再合波するパスマッチ経路部を備えるようにしてもよい。そして、パスマッチ経路部において、上記所定の光路長を調整することにより、被検体の一面側および他面側からの各反射波面情報を得るとともに、解析手段において各反射波面情報を解析し、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、被測定領域における被検体の一面側および他面側の各形状を求めるようにする。

具体的には、図３に示す態様において、第１の干渉計ヘッド１Ａの光源１１と拡散レンズ１２との間、および第２の干渉計ヘッド２Ａの光源２１と拡散レンズ２２との間に、それぞれパスマッチ経路部を設ける。また、第１および第２の基準板３，４を被検体９に対し略平行となるように配置する。

そして、被検体９の一面９ａの形状を測定する場合、第１の干渉計ヘッド１Ａにおいては、該第１の干渉計ヘッド１Ａから出力された測定光のうち、第１の基準板３の基準面３ａで反射される基準光と、該第１の基準板３を透過した後に被検体９の一面９ａで反射され、さらに第１の基準板３を透過する戻り光との光干渉だけが生じるように、パスマッチ経路部において光路長調整を行う。そして、第１領域Ｐ_１における一面９ａ側からの反射波面情報を担持した干渉縞画像（第３干渉縞画像）を撮像する。また、第２の干渉計ヘッド２Ａにおいては、該第２の干渉計ヘッド２Ａから出力された測定光のうち、第２の基準板４の基準面４ａで反射される基準光と、該第２の基準板４を透過した後に被検体９の一面９ａで反射され、さらに第２の基準板４を透過する戻り光との光干渉だけが生じるように、パスマッチ経路部において光路長調整を行う。そして、第２領域Ｑ_１における一面９ａ側からの反射波面情報を担持した干渉縞画像（第５干渉縞画像）を撮像する。

一方、被検体９の他面９ｂの形状を測定する場合、第１の干渉計ヘッド１Ａにおいては、該第１の干渉計ヘッド１Ａから出力された測定光のうち、第１の基準板３の基準面３ａで反射される基準光と、該第１の基準板３を透過した後に被検体９の他面９ｂで反射され、さらに第１の基準板３を透過する戻り光との光干渉だけが生じるように、パスマッチ経路部において光路長調整を行う。そして、第１領域Ｐ_１における他面９ｂ側からの反射波面情報を担持した干渉縞画像（第４干渉縞画像）を撮像する。また、第２の干渉計ヘッド２Ａにおいては、該第２の干渉計ヘッド２Ａから出力された測定光のうち、第２の基準板４の基準面４ａで反射される基準光と、該第２の基準板４を透過した後に被検体９の他面９ｂで反射され、さらに第２の基準板４を透過する戻り光との光干渉だけが生じるように、パスマッチ経路部において光路長調整を行う。そして、第２領域Ｑ_１における他面９ｂ側からの反射波面情報を担持した干渉縞画像（第６干渉縞画像）を撮像する。

さらに、解析手段において、上記第３干渉縞画像および上記第５干渉縞画像に基づき第１領域Ｐ_１および第２領域Ｑ_１における一面９ａ側からの各反射波面情報を解析する。そして、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、第１領域Ｐ_１および第２領域Ｑ_１に亘る被検体９の一面９ａ側の形状を求める。また、上記第４干渉縞画像および上記第６干渉縞画像に基づき第１領域Ｐ_１および第２領域Ｑ_１における他面９ｂ側からの反射波面情報を解析し、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、第１領域Ｐ_１および第２領域Ｑ_１に亘る被検体９の他面９ｂ側の形状を求めるようにする。

なお、上記パスマッチ経路部の具体的態様としては、特開平９−２１６０６号公報や特開２００５−２７４２３６号公報に記載されているものを適用することが可能である。

また、他の態様として、第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光を、単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な波長変調光源からのレーザ光とすることも可能である。そして、第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドにおいて、上記レーザ光を、干渉光を受光する素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で複数の波長に変調することにより、第１領域および第２領域における被検体の一面側および他面側からの各反射波面情報を得るとともに、解析手段において、被検体の一面側および他面側からの各反射波面情報を解析し、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、被測定領域における被検体の一面側および他面側の各形状を求めるようにしてもよい。

この態様のものは、波長変調光源からのレーザ光を波長走査することにより、上述のパスマッチ経路部を備えたものと同様に、所定面からの戻り光のみが基準光と干渉するように調整するもので、具体的には、図３に示す態様において、第１の干渉計ヘッド１Ａの光源１１および第２の干渉計ヘッド２Ａの光源２１を、上述の波長変調光源とすればよい。なお、単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な波長変調光源、および波長走査の具体的態様としては、特許第３６２１６９３号公報に記載されているものを適用することが可能である。

また、上述のパスマッチ経路部を備えた態様のもの、および波長変調光源を備えた態様のものにおいては、求められた被検体の一面側の形状と他面側の形状、および被検体の透過波面情報により得られる厚みムラに基づき、被測定領域における被検体の所定の厚みに対応した屈折率分布を求めることができる。なお、被検体の所定の厚みに対応した屈折率分布を求める具体的手法としては、上記特開２００５−２７４２３６号公報に記載されているものを適用することが可能である。

また、第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドの個数（最低限１基ずつは必要）や配列の仕方は、設定された被測定領域の大きさや形状等に応じて適宜変更することができる。例えば、第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドを縦横アレイ状に配置することも可能である。

なお、上述した実施形態においては、被検体９として、可撓性を有するフィルムを例示しているが、本発明は、液晶パネル等の可撓性を有しない板状の被検体に対しても適用し得る。

本発明の一実施形態に係る大型サンプル測定用干渉計装置の概略構成図 被検体の被測定領域と各干渉計ヘッドの測定可能領域との関係を示す図 第１の干渉計ヘッドおよび第２の干渉計ヘッドの概略構成図

符号の説明

１Ａ〜１Ｇ 第１の干渉計ヘッド
２Ａ〜２Ｆ 第２の干渉計ヘッド
３ 第１の基準板
３ａ （第１の基準板の）基準面
４ 第２の基準板
４ａ （第２の基準板の）基準面
５ 解析装置
６ 画像表示装置
７ 入力装置
９ 被検体
１１，２１ 光源
１２，２２ 発散レンズ
１３，２３ ビームスプリッタ
１３ａ，２３ａ 光束分岐面
１４，２４ コリメータレンズ
１５ 第１検光子
１６，２６ 結像レンズ
１７，２７ 撮像カメラ
１８，２８ 撮像素子
１９ 傾き調整ステージ
２５ 第２検光子
Ｓ 被測定領域
Ｐ_１〜Ｐ_７ 第１領域
Ｑ_１〜Ｑ_６ 第２領域

Claims (9)

1. シート状の被検体の一面側に配された第１の干渉計ヘッドと、前記被検体の他面側に配された第２の干渉計ヘッドと、前記被検体と前記第１の干渉計ヘッドとの間に配された第１の反射平面と、前記被検体と前記第２の干渉計ヘッドとの間に配された第２の反射平面と、干渉縞画像を解析する解析手段と、を備えた干渉計装置であって、
   前記第１の干渉計ヘッドは、前記一面側から前記被検体の被測定領域の一部を含む第１領域に対して測定光を照射し、前記被検体を透過して前記第２の反射平面で反射され、再び該被検体を透過して当該第１の干渉計ヘッドに戻る戻り光と、当該第１の干渉計ヘッドの基準光との光干渉により前記第１領域の透過波面情報を担持した第１干渉縞画像を得るように構成され、
   前記第２の干渉計ヘッドは、前記他面側から前記被検体の被測定領域の他の一部を含む第２領域に対して測定光を照射し、前記被検体を透過して前記第１の反射平面で反射され、再び該被検体を透過して当該第２の干渉計ヘッドに戻る戻り光と、当該第２の干渉計ヘッドの基準光との光干渉により前記第２領域の透過波面情報を担持した第２干渉縞画像を得るように構成され、
   前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドは、互いに隣接する前記第１領域と前記第２領域とが一部重なり合うように、かつ各々の前記第１領域および前記第２領域により前記被測定領域を包含し得るように、それぞれ所定数配置され、
   前記解析手段は、前記第１干渉縞画像および前記第２干渉縞画像に基づき前記第１領域および前記第２領域の各透過波面情報をそれぞれ解析するとともに、前記第１領域および前記第２領域の各透過波面情報に関する各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、前記被測定領域における前記被検体の厚みムラを求めるように構成されている、ことを特徴とする大型サンプル測定用干渉計装置。
2. 前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光と前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光とは、偏光方向が互いに直交する直線偏光により構成されており、
   前記第１の干渉計ヘッドは、該第１の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は通過させ、前記第２の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は遮断する第１の検光手段を備え、
   前記第２の干渉計ヘッドは、該第２の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は通過させ、前記第１の干渉計ヘッドから出力される直線偏光は遮断する第２の検光手段を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
3. 前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光と前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光とは、波長が互いに異なるように構成されており、
   前記第１の干渉計ヘッドは、該第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は通過させ、前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は遮断する第１の波長選択手段を備え、
   前記第２の干渉計ヘッドは、該第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は通過させ、前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は遮断する第２の波長選択手段を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
4. 前記第１の干渉計ヘッドから出力される測定光は、該第１の干渉計ヘッドにおける前記第１干渉縞画像の露光期間内で、かつ前記第２の干渉計における前記第２干渉縞画像の露光期間外に設定された第１発光期間のみ出力されるように構成され、
   前記第２の干渉計ヘッドから出力される測定光は、該第２の干渉計ヘッドにおける前記第２干渉縞画像の露光期間内で、かつ前記第１の干渉計における前記第１干渉縞画像の露光期間外に設定された第２発光期間のみ出力されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
5. 前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光は、パルス光としてそれぞれ出力されたものである、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
6. 前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光は、前記被検体の厚みの光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光とされ、
   前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドは、光源から出力された前記低可干渉光を２光束に分岐し、該２光束の一方を他方に対して所定の光路長分迂回させた後に１光束に再合波するパスマッチ経路部を備え、該パスマッチ経路部において、前記所定の光路長を調整することにより、前記第１領域および前記第２領域における前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を得るように構成され、
   前記解析手段は、前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を解析し、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、前記被測定領域における前記被検体の前記一面側および前記他面側の各形状を求めるように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
7. 前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドから出力される各測定光は、単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な波長変調光源からのレーザ光とされ、
   前記第１の干渉計ヘッドおよび前記第２の干渉計ヘッドは、前記レーザ光を、前記干渉光を受光する素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で複数の波長に変調することにより、前記第１領域および前記第２領域における前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を得るように構成され、
   前記解析手段は、前記一面側および前記他面側からの各反射波面情報を解析し、各々の解析結果に対して開口合成の処理を施すことにより、前記被測定領域における前記被検体の前記一面側および前記他面側の各形状を求めるように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
8. 前記解析手段は、前記一面側の形状、前記他面側の形状および前記厚みムラに基づき、前記被測定領域における前記被検体の所定の厚みに対応した屈折率分布を求めるように構成されている、ことを特徴とする請求項６または７記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
9. 前記解析手段は、空間キャリア周波数が重畳された縞画像に基づき位相解析を行うフーリエ変換法を用いて、干渉縞画像の解析を行い得るように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の大型サンプル測定用干渉計装置。
   

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