JPH11264714A - 被測定面を測定するための幾何学的に低感度の干渉計及びその干渉深さの調節方法 - Google Patents

被測定面を測定するための幾何学的に低感度の干渉計及びその干渉深さの調節方法

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JPH11264714A
JPH11264714A JP11001060A JP106099A JPH11264714A JP H11264714 A JPH11264714 A JP H11264714A JP 11001060 A JP11001060 A JP 11001060A JP 106099 A JP106099 A JP 106099A JP H11264714 A JPH11264714 A JP H11264714A
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hole
interferometer
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の干渉計を用いた面測定装置において
は、面が雑な場合や、振動がある場合、正確且つ迅速に
測定を行うことができない欠点があった。 【解決手段】 本発明の幾何学的に低感度の干渉計（Ｇ
ＤＩ）は、発光器と、光学アセンブリと、映像装置と、
上記ＧＤＩの操作を変えるため光学アセンブリに対し、
入射する、または、光学アセンブリから反射するように
光路を選択的に変えるための調節手段とに協同せしめ
る。上記調節手段は、発光器と光学アセンブリ間に配置
し、放射孔の横方向長さと干渉深さの範囲を選択的に変
える。上記ＧＤＩは従って高干渉モード、低干渉モード
の何れかで操作できる。上記調節手段の代りに雑な面の
測定能力を向上するため映像装置に対する光の形を変え
るための入射孔を用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は干渉計、特に、表面
測定のための幾何学的に低感度の、または形状や振動の
影響を受けない干渉計（ＧＤＩ）に関するものである。
より詳細には、本発明は測定深さの範囲を調節できるＧ
ＤＩ及びＧＤＩの測定深さの範囲を調節するための方法
に関するものである。本発明は、更に映像装置に反射光
を戻すことによって雑な表面を写す映像装置の能力を向
上できるようにしたＧＤＩに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】表面形状の光学的測定技術は、干渉的と
幾何学的技術の２つに分類される。幾何学的技術はロン
チ ルール（ｒｏｎｃｈｉ ｒｕｌｉｎｇ）のような周
期的な構造の映写と投影を含む三角測量技術とモアレ像
干渉縞技術である。幾何学的技術は表面あらさと歪に比
較的に影響されないが、比較的に解像度が低く、時間が
かかり、従って高精度の測定を必要とする表面測定の多
くの用途に適用できない。
【０００３】これに対し、干渉技術は供試体またはテス
ト体の表面形状を光の波の性質に依って高精度に定める
ものである。代表的な干渉計は光ビームを作る発光器
と、上記光ビームを発散する球面波面に分岐する空間周
波数フィルタービーム分岐器と、フィルタを通った球面
波面の一部を分散するビームスプリッタと、上記波面を
干渉光の平坦な波面にコリメートするためのコリメータ
レンズとを有する。干渉縞模様を作るため、干渉光の波
面を参照及び供試体面に入射して第１，第２の反射光を
作り、建設的及び破壊的に干渉せしめながら互に結合す
る。固体カメラ等の映像装置によって再結合した波面を
受け、干渉縞模様の像を得る。この干渉縞模様は次いで
解析して供試体の表面形状の情報を得る。
【０００４】表面形状のための縞模様解析は位相シフト
干渉計（ＰＳＩ）の既知の技術によってなされる。この
ＰＳＩにおいては、映像装置上の第１，第２の画素によ
って作られた表面上の位置間の高度差は第１，第２の画
素によって受けられた光間の位相差を用いて計算する。
ＰＳＩの第１の利点は極めて正確なことである。ＰＳＩ
による垂直高さの精度は測定に用いる光源の波長の１／
１００のオーダーである。ＰＳＩの第２の利点は、位相
データが総て画素から同時に得られ、データ取得時間が
短いため振動の影響除去特性が良好なことである。
【０００５】然しながら、従来のＰＳＩは、隣接する測
定位置間の高さ変化が比較的に小さいか、または“表面
経距”の滑らかな面に適用できるのみである。これはＰ
ＳＩが位相アンビギュイテイを有するからである。即
ち、従来のＰＳＩでは表面上の隣接する測定点間の最大
変化を光源波長の１／４以下とする必要がある。換言す
れば、参照光とテスト光ビーム間の最大位相差はπ以下
の絶対値とする必要がある。このことは、“２πアンビ
ギュイテイ”として知られており位相距離に変えるため
に用いるアークタンゼント関数は±πの範囲のみとな
る。即ち、位相測定を採用すれば精度を大きく高め得る
が、隣接する測定点間の最大表面変化を光源波長の１／
４に制限する必要があるという欠点を有する。更に、表
面の傾斜が極めて大きい場合、干渉縞密度が極めて大き
くなって干渉縞の分解や区別ができなくなる欠点があ
る。従って、ＰＳＩ干渉計は幾何学的光学面測定技術に
比べより正確であるが、大きな表面歪を有する雑な物体
には適用できないものと考えられていた。従って、ＰＳ
Ｉを用いた干渉計を表面測定装置に適用することは想定
できなかった。
【０００６】ＰＳＩ波長の１／４制限を有しない干渉技
術の１つは走査白色光干渉計またはＳＷＬＩと呼ばれて
いる。このＳＷＬＩにおいては、狭帯域ではなく広帯域
の白色光照明源により、走査位置の関数として供試体面
上の各位置のため高いコントラストの区域を含む干渉縞
を形成する。所定の画素のための高いコントラストの走
査区域は供試体面上の対応する位置の高さを示す。従っ
て、高いコントラストのこれら区域の時間特性を互に比
較することによって表面上の２つの位置間の高度差を決
定することができる。ＰＳＩと異なり、ＳＷＬＩは位相
差をベースとして高度差を計算することはできず、ＰＳ
Ｉの位相条件はＳＷＬＩには適用できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、ＳＷＬＩ
を工業的用途に適用するには制限がある。例えば、標準
の顕微鏡対物レンズを用い得るほどその視野は大きくな
い。正しく機能せしめるため、対応する干渉縞密度に比
較して映像装置は高い解像度とする必要がある。代表的
なＳＷＬＩ装置の視野が大きくなれば、極めて高い解像
度の映像装置を用いても縞密度を分解することが困難と
なる。この問題は、表面が雑な場合に顕著である。更
に、視野が大きくなったとき対物レンズの開口率（Ｎ
Ａ）が減少するものとすれば、鏡面のための傾斜評客度
は視野サイズに正比例して減少し、雑な面の測定に要求
されるスペックル効果を解決できるのみである。集光光
量はＮＡの２乗に応じて減少するため雑な面からスペッ
クル模様を分解することは最も達成困難なことである。
光量損失の結果、より大きい表面には、より強力な照明
器が必要となる。縞のコントラストは大きく変え得るパ
ラメータであり、測定の質は参照光と対物ビーム強度と
の間のバランスに依存する。
【０００８】代表的なＳＷＬＩ技術の他の欠点はデータ
取得が極めて遅いことである。この速度の遅いのは、走
査位置の関数として干渉効果が急速に変化するからであ
る。正確な測定では上記変化を詳細に記録することが望
まれ、通常走査運動の一回の測定割合を画素当り及び７
５ｎｍ当りで行う。データ取得速度の遅いことにより、
測定の間熱歪と機械的張力に対し高い感度を有する、ま
たは影響されるという他の問題を生ずる。
【０００９】ＳＷＬＩの更に他の欠点は、データ取得速
度が遅く、干渉縞模様に極端に高い感度を有するため、
振動に対して高い感度を有することになり、測定精度は
極めて小さな振動によっても容易に悪化する。ＳＷＬＩ
解析のために作られた装置は、一般に大型の取付具と高
価な振動遮断装置を必要とする。また、これら振動遮断
装置を設けても、通常の環境に比べ比較的に振動のない
環境とすることが依然として要求されている。
【００１０】表面変化が大きく、即ち、雑な表面や表面
歪を有する面を有する製造部品の表面の形状を高速，高
精度で測定できることが近年益々要求されるようになっ
ている。対応する要求が、実験室内におけると反対に製
造の間のデータを得るため生じている。例えば、コンピ
ュータデスクのためのハードディスクのような精密な製
品に対しては、製造プロセスの間に受ける振動状態で高
速度，高精度に供試体の形状を測定することが必要とな
る。従来のＰＳＩまたはＳＷＬＩ技術はこれらの要望に
適するものではない。従って、表面あらさと表面歪に比
較的に影響されない“低感度”干渉計の開発がなされて
おり、表面計測を高精度，高速度で達成でき、振動に比
較的に影響されず、従って生産ラインに使用するのに好
適であるものが望まれている。
【００１１】この要望は幾何学的に低感度の干渉計（Ｇ
ＤＩ）の開発に向けられている。ＧＤＩは従来装置のビ
ーム分割器をコリメータレンズと供試体間に配置した光
学アセンブリに置換したことを特徴とする。光学アセン
ブリは、一般に回折格子アセンブリと、ホログラムと、
または、ミラーやレンズのような従来の光学部材と組み
合わせた回析光学部材を有し、平行光を被測定面の同一
点に異なる入射角で入射する２つの方向に向かう２つの
光ビームに分割する。この光ビームは被測定面から反射
し、光学アセンブリを通して異なる方向に通して再結合
する。反射され再結合された光ビームの建設的及び破壊
的干渉計は、光源波長より大きいオーダーの等価波長∧
を有する干渉縞模様を形成する。この結果、ＧＤＩはＰ
ＳＩ解析技術を用いた従来の干渉計に比べ高さ変化と表
面歪によって影響を受けないものとなる。即ち、ＧＤＩ
によって作られた干渉縞模様の縞間隔は光源波長と無関
係である。この結果、ＳＷＬＩ干渉計とは異なり、光源
帯域幅に関連した干渉エンベロープを有しない。ＳＷＬ
Ｉに関する欠点、例えば、視野の制限、低測定速度及び
振動の影響を大きく受けること等は除去される。ＧＤＩ
の感度は、従来の干渉計及びモアレ縞解析装置の中間で
あり、斜入射形干渉計のそれに対応する。従って、ＧＤ
Ｉは従来の干渉計を使用できない製造分野に使用でき
る。
【００１２】ＧＤＩの特徴は、光学アセンブリの面に沿
って横方向に延びる光源光の大きさである光源光の効果
的横方向長さの増加に応じて縞のコントラストが大きく
低下することである。この結果、コントラスト強度の許
容できる最少しきい値となる発光器から供試体表面迄の
距離範囲が光源光の効果的横方向の長さに反比例して変
わるようになる。換言すれば、等価干渉エンベロープは
光源光の効果的横方向長さに反比例するようになる。比
較的狭い光源光を作るＧＤＩでは供試体表面と光学アセ
ンブリ間の距離を変化でき、好ましい縞コントラストを
維持する。比較的広い光源光を作るＧＤＩでは供試体と
光学アセンブリ間の距離の変化を比較的に許容できな
い。
【００１３】光源光の効果的横方向長さは、発光器の放
射孔の効果的横方向長さによって変化するので、放射孔
の効果的横方向長さをできるだけ最少とし、その結果等
価干渉エンベロープの幅と、測定深さの効果的範囲を最
大とするようＧＤＩをデザインすることが試みられてい
る。然しながら、比較的狭い等価干渉エンベロープであ
って測定深さの範囲が比較的に小さいことが望まれるこ
とが判明した。このことは、光学的に透明な素子の−表
面のみを測定し、溝等のテスト面の形とこの形から垂直
方向に離れた隣接する形とを識別することを含む。
【００１４】然しながら、低干渉操作モードを必要とす
る用途は高干渉操作モードが望ましい用途に比べて少な
いため、低干渉操作モード用のＧＤＩの開発は実用的で
ない、更に、ＧＤＩが低干渉操作モードのために特別に
デザインされたとしても、集点合せのため低干渉モード
と高干渉モード間で切り換えることは不可能である。
【００１５】多くの光学装置及ＧＤＩに関する他の問題
は、干渉的解析のため許容できるコントラストの像を作
り得ないほどに映像装置に対する反射光を散乱する雑な
面の測定は困難なことである。この問題は像内の干渉が
最適となるよう映像装置に反射光を戻すことによって解
決されるが、このような装置は得られていない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、適用性
を向上せしめるため光学アセンブリに対する光の形を変
え得る幾何学的に低感度の干渉計（ＧＤＩ）を得るにあ
る。
【００１７】本発明の上記目的は、発光器と、上記発光
器と被測定面間に配置され直角に延びるラインに対して
入射角Δγの範囲で上記発光器から光を受け取る光学ア
センブリと、上記光学アセンブリと上記発光器に共通な
側に配置され、多数の等価な波長の縞を有する干渉模様
を作るため上記発光器によって上記光学アセンブリを通
して伝達され、上記被測定面によって上記光学アセンブ
リを通して反射された光を受け取る映像装置とを有する
ＧＤＩによって達成できる。上記光学アセンブリと、上
記発光器と映像装置の１つとの間には、上記ラインに対
し横方向に延びる、通過光成形のための孔を有する孔形
成素子を配置する。上記孔の横方向長さを調節するため
選択的に操作される調節手段を設ける。
【００１８】本発明の他の目的は、測定深さを調節する
ため高い干渉モードまたは低い干渉モードの何れかで操
作できるＧＤＩを得るにある。
【００１９】上記目的は、光源からの光の横方向長さを
選択的に調節する装置を加えることによって達成でき
る。
【００２０】このため、上記孔形成素子が上記発光器か
らの光の放射素子を有し、上記孔が上記放射素子の放射
孔であり、上記Δγの大きさが上記放射孔の横方向長さ
に依存するようにする。上記Δγの大きさは上記放射孔
の横方向長さに反比例する。この例では上記調節手段が
上記放射素子を選択的に回動するよう上記放射素子に結
合せしめる。
【００２１】本発明の他の目的は、高い干渉モードから
低い干渉モードに簡単且つ最少部品で切り換え得るＧＤ
Ｉを得るにある。
【００２２】この目的は孔の長さを調節する回動可能な
ノブによって達成できる。
【００２３】本発明の他の目的は、被測定面から反射し
た干渉波面の像を作る映像装置の能力を低下せしめる
程、雑な面を正確に測定できるＧＤＩを得るにある。
【００２４】本発明の他の目的は、光学アセンブリと映
像装置との間に孔形成素子を配置したＧＤＩを得るにあ
る。この孔は、これを介して光学アセンブリから上記映
像装置に入る光を成形する。この例では、調節手段によ
って光学アセンブリの光路から上記孔形成素子を選択的
に離脱せしめる。
【００２５】本発明の他の目的は、ＧＤＩの測定深さの
範囲を選択的に調節できる方法を得るにある。
【００２６】上記目的は、上記発光器の光放射孔から上
記光学アセンブリに対し、この光学アセンブリに対し直
角に延びるラインに対し入射角の範囲Δγに光を伝達
し、（２）上記光学アセンブリを通して、（３）被測定
面上の共通する位置に互に異なる角度で２つの光ビーム
を入射し、（４）上記光学アセンブリを通して戻し、
（５）上記映像装置に大きさΔγに応じた数の等価波長
の多数の縞を有する干渉模様として戻す行程によって達
成される。上記等価波長の縞の数と、上記干渉計の等価
干渉深さを変えるため上記Δγの大きさを変える工程を
加え得る。
【００２７】好ましくは、上記光放射孔を上記ラインに
対し横方向に延ばし、Δγの大きさを上記光放射孔の横
方向長さに依存せしめる。例えば、上記光放射孔が、上
記発光器の放射素子内に形成された細長い溝より成る場
合には、上記変える工程が、上記ラインに対して上記細
長い溝の向きを変えるため上記放射素子を回動すること
である。
【００２８】本発明のＧＤＩはその能力を増大するため
発光器と、光学アセンブリと、この光学アセンブリから
の光の伝達度を選択的に変えるための調節手段と共に用
いる。上記調節手段は、光源からの光の効果的横方向長
さを少くとも選択的に変えて測定深さの範囲を選択的に
調節するため発光器と光学アセンブリとの間に配置す
る。本発明のＧＤＩは、高い干渉モードまたは低い干渉
モードで選択的に操作できる。光源光調節手段に加え
て、またはその代わりに雑な面を有する物体の測定能力
を増大するための形状とした開孔を用いることができ
る。
【００２９】（効果的干渉深さを調節するための可変開
孔を有する発光器の使用）
【００３０】本発明においては、１）発光器からＧＤＩ
の光学アセンブリに対する光の光路と、２）光学アセン
ブリからＧＤＩの映像装置に対する反射光の少くとも１
つの効果的横方向長さを調節する。これら２つの調節は
夫々または組み合わせて行う。本発明の第１実施例にお
いては、光学アセンブリに対する光源光の効果的横方向
長さを調節する手段のみを有し、第２実施例において
は、光学アセンブリに対する光源光の効果的横方向長さ
を選択的に調節するための第１手段と、光学アセンブリ
から映像装置に対する反射光の効果的横方向長さを選択
的に調節するための第２手段の両方を有する。
【００３１】本発明の他の目的及び特徴は以下図面の説
明と共に明らかならしめる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。
【００３３】（ＧＤＩの構成）
【００３４】図１〜図６において２０は幾何学的に低感
度の干渉計（ＧＤＩ）を示し、メインフレーム２２と、
供試体またはテスト体支持スタンド２４と、コンピュー
タ２６とを有する。コンピュータ２６は、供試体または
テスト体０をメインフレーム２２に離接するよう制御す
るための操作ステージ５４を含む供試体支持スタンド２
４に結合する。
【００３５】コンピュータ２６は、メインフレーム２２
及びまたは操作ステージ５４の操作を制御できるプログ
ラマブルコンピュータとする。コンピュータ２６は、プ
ロセッサとＲＡＭと、ＲＯＭ等を囲むケース２８と、デ
ータ入力用のキーボード３０と、モニタ３２とを有す
る。このコンピュータ２６は、メインフレームケース３
４内に配置した、コンピュータ２６の操作機能の総てを
実行できる内部電子プロセッサによって置換できる。こ
の例においては、メインフレーム２２に直結した独立型
モニタによってディスプレイ機能を行うことができる。
【００３６】メインフレーム２２はＧＤＩの操作部を囲
むメインフレームケース３４を有する。メインフレーム
ケース３４は、前壁３６、後壁３８、頂壁４０、底壁４
２、左側壁４４、右側壁４６とを有する。発光器の光放
射孔の有効横方向長さを調節するため右側壁４６から外
方に延びるよう調節ノブ４８を上記メインフレームケー
ス３４に回動自在に設ける。メインフレームケース３４
の前壁３６には光を通過せしめるための開口（図示せ
ず）を設ける。
【００３７】供試体支持スタンド２４は、メインフレー
ム２２からの光を受ける面Ｓを測定できる位置に供試体
Ｏを支持できる構成とする。メインフレーム２２から支
持スタンド２４を分離するか、または、メインフレーム
２２に機械的に接続してアセンブリを形成せしめる。支
持スタンド２４には、固定ベース５０と、支持ベッド５
２と、この支持ベッド５２をベース５０に結合するため
の図２に示す操作ステージ５４とを有せしめる。支持ベ
ッド５２と供試体Ｏを支持する操作ステージ５４は焦点
合せのためまたは深さ方向の走査のため面Ｓに対し直交
して配置せしめる。深さ方向走査の詳細はＧＤＩを用い
た米国特許第５，５９８，２６５号明細書に示されてい
る。
【００３８】図２に示すように、ＧＤＩの操作部品には
発光器または光源６０と、光を受け回折する光学アセン
ブリ６２と、映像装置６４が含まれる。光源６０から光
学アセンブリ６２に入る光をコリメートするためコリメ
ータレンズ６６を光源６０と光学アセンブリ６２間に配
置する。同様のレンズ６８を光学アセンブリ６２と映像
装置６４間に配置する。
【００３９】光学アセンブリ６２の目的は、従来の干渉
計に関連する２πアンビギュイテイ及び他の問題に関連
しないよう光源６０の等価波長を増大せしめ、従って、
雑な面の形状測定を実行するための能力を増大すること
にある。光学アセンブリ６２は、ホログラムと、レンズ
システムと、または供試体Ｏの面Ｓ上の同一点Ｐに異な
る入射角で投射される２つの収束ビームＡ，Ｂに光源６
０からの光ビームを分割する他の装置を有する。好まし
い光源６２は、１つ以上の回折格子を有する光学アセン
ブリを有し、この光学アセンブリ６２は従って以下“回
折格子アセンブリ”と称する。
【００４０】上記回折格子アセンブリ６２は、ＸＹ面に
延びる（Ｙ軸は図２の紙面を貫通する方向に延び、Ｘ軸
は図２において縦方向に延びる）、図２において横方向
であるＺ方向に互に分離する第１，第２の平行な直線格
子７０，７２を有する。第２の格子７２は第１の格子７
０の２倍の格子周波数を有する。上記の実施例において
は、第１の格子７０は１ｍｍ当り２５０ラインの格子周
波数を有し、第２の格子７２は１ｍｍ当り５００ライン
の格子周波数を有する。第１，第２の格子７０，７２間
に適当な間隔Ｈを設定することによって供試体Ｏの面Ｓ
と回折格子アセンブリ６２間のワーキング距離Ｗを零か
ら任意の距離に増加できる。
【００４１】上記実施例におけるＧＤＩ２０は、ＰＳＩ
によって干渉縞模様を解析するため映像装置６４の２つ
の画素が受け取る光の間に位相差を作る。位相シフト
は、像測定の間テスト光ビームの光路を変えることによ
って達成される。上記実施例では、コンピュータ２６に
よって制御される移動手段７４によって図２におけるＺ
方向に第１の格子７０を移動する。ＰＳＩ解析を行うた
め操作ステージ５４が面Ｓを移動でき、光源波長変更に
よって位相シフトがなされ、または、ＰＳＩ以外のデー
タ解析が採用されるとするならば、移動手段７４を省略
できる。
【００４２】図２〜図６に示すように、本発明において
は、光源６０に、回折格子アセンブリ６２上に投射され
る光の入射角Δγの範囲を変えるためＧＤＩ装置に共通
に使用される光源とこれに伴う装置を有せしめることが
できる。例えば、光源６０には直線ＬＥＤアレイのよう
なライン型発光器を有せしめることができる。また、大
きな光源を調節可能なダイアフラムと共に用いることが
できる。然しながら、好ましい実施例においては光源６
０に狭帯域光源８０と、この光源８０から回折格子アセ
ンブリ６２に光を伝達するための光ファイバー束８２と
を有せしめる。ダイオードレーザは雑な表面のための照
明を得るための多くの他のレーザに比べ廉価であり、光
源８０として好ましい。
【００４３】小さな焦点レンズ８４を光源８０の光放射
孔と光ファイバー束８２間に配置して光源の効果的な光
放出孔８６を区画せしめる。効果的光放出孔８６はアス
ペクト比を高めるた比較的に長く細くするのが好まし
い。実際の効果的光放出孔８６は、アスペクト比を約１
０対１とするため矩形で幅約１ｍｍ、長さ約１０ｍｍと
する。
【００４４】映像装置６４のタイムスケールを越えて光
源８０の空間干渉性を防ぐため光源６０内に図４に示す
ように干渉バスタまたはスペックルランダム装置８５を
加えることによって光源８０からの光をランダムとす
る。レーザ光は干渉縞模様の室を低下するするためのや
っかいなスペックル模様を作るようにするため光源８０
にレーザを用いるときは光分布うをランダムに改良する
ことは特に好ましい。光分布を改良することは、光ファ
イバー束８２の入口または出口にスペックルランダム装
置８５を設けることによって達成できる。上記実施例に
おいては、スペックルランダム装置８５を光ファイバー
束８２の入口端に配置し、電子モータ８９によって毎分
１００回転される円形拡散素子８７を有せしめる。拡散
素子８７は研磨面ＳＧを有する研磨ガラス板より成る。
面ＳＧは光ファイバー束入口素子８８に十分に接近する
が入口素子８８にこすれることなく、拡散素子８７を回
転するため入口素子８８から十分に離して配置し、入口
素子８８内に対するランダムとされた光の伝達を効果的
ならしめる。上記間隔は約１ｍｍとするのが好ましい。
【００４５】“複数ファイバー束”である光ファイバー
束８２は、放射素子９０と、被覆９２内に配置した放射
素子９０に対し、入口素子８８を接続する複数の光ファ
イバー（図示せず）とを有する。入口素子８８はレンズ
８４と光源８０から光ファイバー束８２に対する光の伝
達効果を最大ならしめるための形とした入口孔９６を有
する。従って、入口孔９６のサイズと形状は、光源８０
の効果的な放出孔８６のサイズと形状に少くとも合致す
るようにする。この構成によれば、光ファイバー束８２
に対し光源８０から放射される光の伝達効率を６０％以
上とすることができる。放出孔８６が上記のように合致
しない形状の場合には伝達効率は大きく低下し、照明能
力と映像能力がこれに応じて低下する。伝達効率は、入
口面９４を機械的に研磨し、効果的放出孔８６に相対的
に入口面９４を機械的に位置決めし、または、入口面９
４から光源８０に反射する光を最少とするため両者の手
段を組み合せることによって大きくできる。
【００４６】光ファイバー束８２の個々のファイバーは
その形と光ファイバー束入口に対する向きが異なるため
異なる伝達モードを有する。光ファイバー束８２の出力
ビームの均一性を向上するため、図３に示すモードミキ
サ９１を光源６０内に設け、光ファイバー束８２に可撓
性を与えることによって光ファイバー束８２内に伝達モ
ードを混合せしめる。伝達モード混合は通常のミキサを
含む種々の装置によって達成できる。好ましい実施例に
おいては、モードミキサ９１をシリンダ９５のような心
棒の周りに光ファイバー束を巻いて複数のコイル９３を
形成することによって構成せしめる。コイル９３の巻数
と直径は、光ファイバー束８２を通して効果的に伝達さ
れる光の伝達効率を減少することなくモード混合が最大
になるように選択する。コイル９３の巻数は４〜５回で
直径は約１．５ｃｍとする。
【００４７】放射素子９０は、光源６０の放射孔１００
を形成する放射面９８を有し光ファイバーに結合され
る。放射孔１００は、中心でその強度が最大で、縁に向
って次第に小さくなる、滑らかな干渉エンベロープを作
るため好ましくは矩形以外の楕円または菱形とする。同
様の効果は放射孔１００の下流に減衰器を設けることに
よって達成される。以下述べるように放射素子９０の設
置位置や形を変えてＧＤＩ２０の測定深さの範囲を調節
するよう放射孔１００の効果的横方向長さを選択的に変
える。上記実施例においては、上記効果は、以下述べる
ように回折格子アセンブリ６２に相対的に放射孔１００
の向きを変えることによって達成できる。効果的に横方
向長さを変え、従って、測定深さ範囲を変えるためのポ
テンシャルを最大ならしめるため放射孔１００の長さを
例えば約５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは約７．５ｍｍと
より長くし、幅をやく０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、好まし
くは、約０．５ｍｍとする。勿論、放射素子９０を回転
して放射孔１００の効果的横方向長さを変え得る限り矩
形以外の形としても良い。効果的放射孔形状を変える代
わりに入射角Δγを調節しても良い。
【００４８】回折格子アセンブリ６２に相対的に放射孔
１００の向きを放射素子９０を回転することによって変
えるのが好ましい。このため、放射素子９０を固定カラ
ー１０２に取り付け、カラー１０２に相対的に回動する
ことは可能であるが軸方向及び半径方向には移動不能と
する。この結果、放射孔１００から放射される光ビーム
は、Ｚ方向、例えば回折格子アセンブリ６２が延びるＸ
Ｙ面に直角なラインＮに対し角度γで回折格子アセンブ
リ６２を通る。図５，図６から明らかなように、カラー
１０２内で放射素子９０を図３と図５に示す矢印１０４
の方向に回動すれば放射孔１００の向きが、１）放射孔
１００がＸ方向に延び放射孔１００の効果的横方向長さ
が最大である第１の向きと、２）放射孔１００が図２に
おけるＸ方向に垂直にまたはＹ方向に延び放射孔１００
の効果的横方向長さが最少である第２の向きの間で変化
する。この回動は図３に示す調節ノブ４８によって成さ
れ、この調節ノブ４８は、ケーブル１０６、放射素子９
０に固定した第１のリンク１０８、ノブ４８に固定した
第２のリンク１１０を介して放射素子９０に接続され
る。ケーブル１０６によってノブ４８の回動が第１のリ
ンク１０８に伝達され、ノブ４８の回動に比例して放射
素子９０が回動し放射孔１００の効果的横方向長さが変
るようになる。
【００４９】映像装置６４には、回折格子アセンブリ６
２からの波面または干渉ビームを受け取り、干渉縞模様
の像を作るための手段を有せしめる。映像装置は、荷電
結合素子（ＣＣＤ）１１２のような固体素子とＣＣＤ１
１２に対する光をコリメートする小さな撮像レンズ１１
４とにより構成するのが好ましい。
【００５０】使用に際しては、ＧＤＩ２０の光源６０が
光ビームを作り、この光ビームを入射角γで回折格子ア
センブリ６２の第１の格子７０に入射する前にレンズ６
６によってコリメートする。第１の格子７０は入射光を
２つの第１オーダービームＡとＢに回折する。これら光
ビームは次いで第２の格子７２によって再指向せしめ、
供試体Ｏの面Ｓの同一点Ｐに異なる入射角で入射せしめ
る。面Ｓから反射する光ビームＡ′とＢ′を第２，第１
の格子７２と７０を通して建設的及び破壊的干渉により
再結合する。干渉ビームまたは波面はレンズ６８によっ
てコリメートし、映像装置６４によって映像化する。映
像化された干渉縞模様は次いでコンピュータ、例えばＰ
ＳＩ解析装置によって解析し正確な面測定結果を得る。
【００５１】（操作理論）
【００５２】上述したように、ＧＤＩ２０は光源の効果
的横方向長さと共に幅が変る等価干渉エンベロープを有
する。光源光の効果的横方向長さは放射孔１００の効果
的横方向長さの変化に応じて変化する。効果的横方向長
さと等価干渉エンベロープ間の関係をＧＤＩ２０につい
て詳細に説明する。説明を簡単ならしめるため矩形の放
射孔１００を有するＧＤＩから後述する数を求めた。非
矩形放射孔、例えば楕円孔を有するＧＤＩから得た数２
〜１４は基本的な結論、即ち、放射孔の効果的横方向長
さに反比例して等価干渉エンベロープが変るが入射孔の
形の変化によっては変わらないことを示す。この数には
従って大きな制限はない。
【００５３】図７〜図１０に示すように、小さな入射角
γ（例えばγ≦３０°）の場合におけるＧＤＩ２０の等
価波長は下記数１で示される。
【００５４】
【数１】
【００５５】ここで、Ｎ1 は第１の回折格子７０の格子
周波数である。
【００５６】光源波長は数１には現れない。実験により
縞間隔は色によっては変わらず、従ってＧＤＩ２０は無
色用で良いことが判明している。従って、白色光を用い
てカラー像に比べ鮮明さを数１００倍とすることができ
る。従って、干渉計２０は光源スペクトルに関連する干
渉エンベロープを有しないが、等価波長∧に関連する等
価干渉エンベロープを有する。本発明においては、ＧＤ
Ｉによる測定深さの範囲を調節するため等価干渉エンベ
ロープの幅を好ましくは放射素子９０を回動して放射孔
１００の効果的横方向長さを調節することによって調節
する。
【００５７】ＧＤＩ２０の等価干渉エンベロープは、異
なる縞密度の多くの干渉縞模様を合成して得られる。等
価干渉エンベロープの幅は、干渉白色光の走査によって
定めることができる。例えば、等価波数Ｋは数２で定め
得る。
【００５８】
【数２】
【００５９】ここで∧は光源の等価波長、γは回折格子
アセンブリ６２に対す入射角である。
【００６０】発光器は入射角の範囲Δγを有し、図７の
線１２０で示すように縞コントラストを低下せしめる等
価波長の“スペクトル”となる。範囲Δγの中心は平均
入射角γ0 となり、数３が得られる。
【００６１】
【数３】−Δγ／２＜γ−γ0 ＜Δγ／２
【００６２】等価波数の範囲ΔＫは数４で示される。
【００６３】
【数４】−ΔＫ／２＜Ｋ′＜ΔＫ／２
【００６４】ここで、Ｋ＝Ｋ′＋Ｋ0 及びＫ0 ＝４πＮ
1 γ0 である。
【００６５】単一の等価波数のための２つの干渉ビーム
の強度パターンは数５で示される。
【００６６】
【数５】
【００６７】ここでＩ0 は標準化された光源光強度、Ｌ
は光路差（ＯＰＤ）である。
【００６８】全体強度ＩT を定めるため全範囲ΔＫに亘
り総ての干渉縞模様Ｉを加算する。ＩT は数６で示され
る。
【００６９】
【数６】
【００７０】数６から数７が得られる。
【００７１】
【数７】
【００７２】数７から数８が得られる。
【００７３】
【数８】ｃｏｓ（ａ＋ｂ）＝ｃｏｓ（ａ）ｃｏｓ（ｂ）
−ｓｉｎ（ａ）ｓｉｎ（ｂ）
【００７４】Ｋ0 を定数とすれば数７から数９が得られ
る。
【００７５】
【数９】ＩT ＝Ｉ0 ＋Ｉ0 Ｖｃｏｓ（Ｋ0 Ｌ）
【００７６】ここでＶ＝ｓｉｎ（ΔＫＬ／２）／（ΔＫ
Ｌ／２）と示され、Ｖの絶対値は縞定数であり、サイン
の項が±πに近づけばＶは零となる。従って、標準化し
たＯＰＤ（Ｌ0 ）＝２π／ΔＫのときＶ＝０となる。
【００７７】標準化したＯＰＤ（Ｌ0 ）における等価波
長の縞の数ｍ0 は、数１０で示される。
【００７８】
【数１０】ｍ0 ＝Ｌ0 ／∧
【００７９】従って、Ｌ0 のＯＰＤで数１１が得られ
る。
【００８０】
【数１１】ｍ0 ＝２π／∧ΔＫ
【００８１】数１〜１１を再結合して数１２が得られ
る。
【００８２】
【数１２】ｍ0 ＝２γ0 ／Δγ
【００８３】数１２は、入射角を均一な分布とするため
には、等価干渉エンベロープ内の縞の総数ｍ0 を入射角
の範囲Δγに対する平均入射角γ0 の比の２倍とすれば
良いことを示す。
【００８４】入射角の範囲Δγは放射孔１００の横方向
長さΔｘと、大きなコリメータレンズ６６の焦点距離ｆ
によって定められる。従って数１３が得られる。
【００８５】
【数１３】Δγ＝Δｘ／ｆ
【００８６】数１３を書き直して数１４が得られる。
【００８７】
【数１４】ｍ0 ＝２γ0 ｆ／Δｘ
【００８８】数１４は、代表的なＧＤＩにおけるように
ｆとγ0 が一定の場合所定のＯＰＤで等価波長の縞の数
ｍ0 が放射孔１００の効果的横方向長さΔγに反比例し
て変化することを示す。従って、等価干渉エンベロープ
の幅、従ってまたＧＤＩ２０の測定深さの範囲が発光器
の放射孔１００の効果的横方向長さに反比例して変化す
ることを示す。
【００８９】例えば、放射孔の効果的横方向長さΔｘが
９ｍｍで対物焦点距離ｆが４５０ｍｍの発光器に対して
は、入射角の範囲Δγは１／５０である。平均または公
称入射角γ0 が０．１６ラジアン（９°）の場合には等
価波長の縞の数ｍ0 は、図８のカーブ１２２で示すよう
なＯＰＤ位置、即ち、面Ｓが図２に示すように回折格子
アセンブリ６２から距離Ｗだけ離れている位置では±８
〜０である。図９のカーブ１２４は、ＯＰＤ位置が３０
μｍ〜０の場合、強度が零に近く低下することを示す。
従って、比較的大きな効果的横方向長さを有する光源装
置の等価干渉エンベロープは小さい。
【００９０】これに対し、放射孔１００の効果的横方向
長さΔｘが比較的小さく、例えばΔｘが１ｍｍの場合に
は、図１０のカーブ１２６に示すように等価波長の縞は
ＯＰＤ位置±７０〜０に亘り見られる。以上のように、
これらの特徴は比較的に広い等価干渉エンベロープ、従
って、広い範囲の測定深さ有することにある。
【００９１】従って、ノブ４８を回して発光器放射孔１
００の効果的横方向長さを調節することによって測定深
さの範囲を高い精度で大きく変えることができる。この
調節は、ノブ４８の回動範囲を設定することによって断
続的にまたは連続的に行うことができる。干渉計２０の
調節はノブ４８に２つの止め具その他を夫々高干渉モー
ドと低干渉モードのために形成することによって断続的
になし得る。上記止め具を設けず干渉計２０を連続的に
調節できるようにしても良い。
【００９２】（実際の用途）
【００９３】測定深さの範囲が小さい低干渉モード及び
または測定範囲が大きい高干渉モードで使用できるＧＤ
Ｉの幾つかの用途を以下説明する。
【００９４】低干渉モードの干渉計に対する用途の１つ
は透明なまたは部分的に透明な被測定面の測定である。
従来の干渉計では透明な被測定面の場合には、反対側の
面からの偽の反射が干渉効果を作り、従って縞解析を妨
害するようになる。これに対し低干渉モードの干渉計で
は、テスト体Ｏの被測定面Ｓが等価干渉エンベロープ内
にあり、対向する面Ｓが等価干渉エンベロープの外側と
なるようにテスト体Ｏを位置決めすることによって偽の
反射による効果を消去できるようになる。この結果、解
析すべき干渉縞模様が被測定面Ｓによってのみ作られる
ようになる。従って、測定深さを調節すれば干渉計２０
に対するテスト体Ｏの位置を干渉計２０による測定範囲
を越えて反対側の面Ｓ′に対し再位置決めする必要性が
ない。
【００９５】低干渉モードは焦点合せのために有用であ
る。上記のように、最大コントラストための最適な距離
Ｗはテスト体Ｏの被測定面Ｓと回折格子アセンブリ６２
間にある。前もってこの距離Ｗが不明な場合には、干渉
計２０をメインフレーム２２に対してＺ方向のテスト体
の少ない移動範囲で高いコントラストの縞が現れるよう
低干渉モード内に設定する。テスト体Ｏの被測定面Ｓを
比較的小さいエンベロープ内に設定した場合には、テス
ト体Ｏが回折格子アセンブリ６２から最適距離Ｗにあり
良好な指示が得られるようになる。次いでノブ４８を回
して干渉計２０を表面測定のため高干渉モードに切り換
える。
【００９６】低干渉モードでの操作が望ましい他の例
は、測定すべき形とその周りの形がＺ方向に離れている
面Ｓの測定である。例えば、放射孔１００の効果的横方
向長さを減少し、ＧＤＩ２０を低干渉モードに設定する
ため例えばコンピュータハードディスクようなテスト体
Ｏの面Ｓの溝をこれに隣接する部分を測定することなく
測定できる。テスト体Ｏの面Ｓの溝が比較的狭い等価干
渉エンベロープ内に位置し、その周りの部分がエンベロ
ープの外側となるようにテスト体Ｏを設置するため支持
ステージ２４を付勢する。溝を測定したときのみ所望の
コントラストの干渉縞が現れる。支持ステージ２４を付
勢して溝を等価干渉エンベロープの外側に設置しその周
りの部分を等価干渉エンベロープの内側に位置せしめた
ときは、溝とその周りの両者を結果的に測定することが
できる。テスト体ＯをＺ方向に移動せしめることなし
に、ノブ４８を廻し、同じＧＤＩ２０を高い干渉モード
に戻して溝とその周りの部分を測定するようにすれば面
Ｓ全体を単一の像で得ることができる。
【００９７】（雑な面の測定のための可変開孔を有する
映像装置の使用）
【００９８】光源光の波長の１／４以上高さが変化する
雑な面は、僅かな散乱反射光から高いコントラストの像
を作る干渉測定技術による映像装置を用いて測定する。
数１２〜１４は映像装置の開孔と光源光放出孔を示す。
即ち、映像装置の等価干渉エンベロープの効果的幅、従
って、最大強度より低い拡散光その他の光から安定した
コントラストの像を作る映像装置の能力は、映像装置の
開孔の効果的横方向長さに反比例して変化する。本発明
においては、細長い孔を選択的に使用することによって
雑な面からの反射光から像を作る映像装置６４の能力を
改良できる。
【００９９】図１１と図１２に示すＧＤＩ２２０は図１
〜図６に示すＧＤＩ２０と異なり、更に、映像装置の上
流に配置した、細長い開孔３５２を形成した可動素子３
５０を有する。図１１と図１２に示すＧＤＩ２２０の構
成部材中図１〜図６に示すＧＤＩ２０と同一部分には同
一の符号に２００を付加して示す。図１１に示すように
ＧＤＩ２２０は、メインフレーム２２０と、テスト体支
持スタンド２２４と、コンピュータ２２６とを有する。
コンピュータ２２６はＲＡＭやＲＯＭ等のプロセッサを
含むケース２２８と、データ入力のためのキーボード２
３０と、モニタ２３２とを有する。メインフレーム２２
２は、メインフレームケース２３４を有し、このケース
２３４は、前壁２３６と、後壁２３８と、頂壁２４０
と、底壁２４２と、左側壁２４４と、右側壁２４６とを
有する。第１及び第２の調節ノブ２４８と２４９を右側
壁２４６から外方に突出して回動自在に設ける。テスト
体支持スタンド２２４は、図１２に示すように固定ベー
ス２５０と、支持ベッド２５２と操作ステージ２５４と
を有する。図１２は更に、発光器２６０と、回折格子ア
センブリ２６２と、映像装置２６４と、発光器２６０と
回折格子アセンブリ２６２間に配置した第１のコリメー
タレンズまたは焦点れんず２６６と、回折格子アセンブ
リ２６２と映像装置２６４との間に配置した第２のコリ
メータレンズ２６８とを示す。
【０１００】回折格子アセンブリ２６２は、ＸＹ面上に
延びる互にＺ方向に距離Ｈだけ離間する第１の格子２７
０と第２の格子２７２とを有する。テスト面ＳのＯＰＤ
の零位置は回折格子アセンブリ２６２から距離Ｗだけ離
れた位置とする。ＰＳＩ解析のため第１の格子２７０は
Ｚ方向移動手段２７４によってＺ方向に移動自在とす
る。
【０１０１】発光器２６０は、被覆２９２内に包んだ多
数の光ファイバー束を含む多数モード光ファイバー束２
８２と、入口素子２８８と、スペックルランダム装置２
８５と、モードミキサ２９１とを有する。第１実施例と
同様、入口素子２８８の入口孔の形状は光源２８０の放
出口に合致せしめ、放射素子２９０の放射孔は、細長い
溝とし、放射孔の効果的長さはノブ（図示せず）を操作
して放射素子２９０を回動することによって調節できる
ようにする。
【０１０２】可動素子３５０は、テスト体Ｏの雑な面Ｓ
から反射した光を開孔３５２を通して、映像装置２６４
に導くため選択的に移動できるようにする。この実施例
では、可動素子３５０は、支持体３５４に取り付けた比
較的に平坦な板とする。この板に設けた開孔３５２は、
映像装置２６４によって受けられる光量を好ましくない
値に減少するほど狭くはないが比較的に長いものとして
干渉縞のコントラストを最適なものとする。上記孔３５
２は長さ約１０ｍｍ、幅は２〜４ｍｍとする。
【０１０３】使用に際しては、図１１に示すノブ２４９
によって可動素子３５０を支持体３５４内で摺動するこ
とによって開孔３５２が反射光の光路に位置されるよう
移動せしめる。光拡散を減少せしめるため狭い開孔３５
２を用いれば映像２６４の等価干渉エンベロープを増大
できる。然しながら、開孔３５２の横方向の幅を小さく
すれば、映像装置２６４に達する反射光の光量が制限さ
れるため、及び滑らかな面に対する光の入射角の許容範
囲を制限するため、開孔３５２を有する可動素子３５０
は雑な面を測定するときのみに用いる。また、可動素子
３５０は反射光の光路から外れるように移動でき、及び
または従来の円形孔を有するものに置換可能である。
【０１０４】本発明は、上記実施例に制限されることな
く、本発明の範囲内で種々変更できることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における幾何学的に低感度
の干渉計（ＧＤＩ）の斜視図である。
【図２】図１に示すＧＤＩの説明図である。
【図３】図１に示すＧＤＩの一部の説明図である。
【図４】図３に示す発光器の光源と関連する光ファイバ
ー束の入力端を示す斜視図である。
【図５】図３に示す光ファイバー束の出力端と、第１の
向きにおける光放射孔を示す斜視図である。
【図６】図３に示す光ファイバー束の出力端と、第２の
向きにおける光反射孔を示す斜視図である。
【図７】図１に示すＧＤＩのための光の強度と波長との
関係を示すグラフである。
【図８】図１に示すＧＤＩのための干渉縞のコントラス
トと縞数との関係を示すグラフである。
【図９】図１に示すＧＤＩのための低干渉または測定深
さの範囲が小さい時の光の強度と測定深さの関係を示す
グラフである。
【図１０】図１に示すＧＤＩのための高干渉または測定
深さの範囲が大きい時の光の強度と測定深さの関係を示
すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施例における、映像装置との
間に開口形成素子を除去自在に配置したＧＤＩの斜視図
である。
【図１２】図１１に示すＧＤＩの説明図である。
【図１３】図１２の可動素子の正面図である。
【符号の説明】
２０ 干渉計（ＧＤＩ） ２２ メインフレーム ２４ 供試体またはテスト体支持スタンド ２６ コンピュータ ２８ ケース ３０ キーボード ３２ モニタ ３４ メインフレームケース ３６ 前壁 ３８ 後壁 ４０ 頂壁 ４２ 底壁 ４４ 左側壁 ４６ 右側壁 ４８ 調節ノブ ５０ 固定ベース ５２ 支持ベッド ５４ 操作ステージ ６０ 発光器または光源 ６２ 光学アセンブリ ６４ 映像装置 ６６ コリメータレンズ ６８ レンズ ７０ 第１の格子 ７２ 第２の格子 ７４ 移動手段 ８０ 光源 ８２ 光ファイバー束 ８４ 焦点レンズ ８５ スペックルランダム装置 ８６ 光放出孔 ８７ 拡散素子 ８８ 入口素子 ８９ 電子モータ ９０ 放射素子 ９１ モードミキサ ９２ 被覆 ９３ コイル ９４ 入口面 ９５ シリンダ ９６ 入口孔 ９８ 放射面 １００ 放射孔 １０２ カラー １０４ 矢印 １０６ ケーブル １０８ 第１のリンク １１０ 第２のリンク １１２ 荷電結合素子（ＣＣＤ） １２０ 線 １２２ カーブ １２４ カーブ １２６ カーブ ２２０ ＧＤＩ ２２２ メインフレーム ２２４ テスト体支持スタンド ２２６ コンピュータ ２２８ ケース ２３０ キーボード ２３２ モニタ ２３６ 前壁 ２３８ 後壁 ２４０ 頂壁 ２４２ 底壁 ２４４ 左側壁 ２４６ 右側壁 ２４８ 第１の調節ノブ ２４９ 第２の調節ノブ ２５０ ベース ２５２ 支持ベッド ２５４ 操作ステージ ２６０ 発光器 ２６２ 回折格子アセンブリ ２６４ 映像装置 ２６６ コリメータレンズ ２６８ 焦点レンズ ２７０ 第１の格子 ２７２ 第２の格子 ２７４ 移動手段 ２８０ 光源 ２８２ 光ファイバー束 ２８４ 焦点レンズ ２８５ スペックルランダム装置 ２８６ 光放出孔 ２８８ 入口素子 ２９０ 放射素子 ２９１ モードミキサ ２９２ 被覆 ３５０ 可動素子 ３５２ 開孔 ３５４ 支持体 Ｏ 供試体 Ｈ 間隔 Ｗ ワーキング距離 Ａ 第１オーダービーム Ｂ 第１オーダービーム Ａ′ 光ビーム Ｂ′ 光ビーム ∧ 等価波長 γ 入射角

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ａ）発光器と、 （Ｂ）上記発光器と被測定面間に配置され直角に延びる
    ラインに対して入射角Δγの範囲で上記発光器から光を
    受け取り、２つの異なる方向の光ビームに分割し、本質
    的に同一の位置に異なる角度で被測定面に加える光学ア
    センブリと、 （Ｃ）上記光学アセンブリと上記発光器に共通な側に配
    置され、多数の等価な波長の縞を有する干渉模様を作る
    ため上記発光器によって上記光学アセンブリを通して伝
    達され、上記被測定面によって上記光学アセンブリを通
    して反射された光を受け取る映像装置と、 （Ｄ）上記光学アセンブリと、上記発光器と映像装置の
    １つとの間に配置され、上記ラインに対し横方向に延び
    る、通過光成形のための孔を有する孔形成素子と、 （Ｅ）上記孔の横方向長さを調節するため選択的に操作
    される調節手段と、 より成る被測定面を測定するための幾何学的に低干渉モ
    ード感度の干渉計。
  2. 【請求項２】 上記孔形成素子が上記発光器からの光の
    放射素子を有し、 上記孔が上記放射素子の放射孔であり、 上記Δγの大きさが上記放射孔の横方向長さに依存する
    請求項１記載の干渉計。
  3. 【請求項３】 上記Δγの大きさが上記放射孔の横方向
    長さに反比例する請求項２記載の干渉計。
  4. 【請求項４】 上記調節手段が上記放射素子を選択的に
    回動するよう上記放射素子に結合されている請求項３記
    載の干渉計。
  5. 【請求項５】 上記調節手段が回動自在なノブを含む請
    求項４記載の干渉計。
  6. 【請求項６】 上記ノブが手動で回動される請求項５記
    載の干渉計。
  7. 【請求項７】 上記発光器が（１）光放出孔を有する光
    源と、（２）（ａ）上記光源の光放出孔からの光を受け
    取る入口孔と（ｂ）上記放射素子とを有する光ファイバ
    ー束とを有する請求項２記載の干渉計。
  8. 【請求項８】 上記光ファイバー束の入口孔が上記光源
    の光放出孔の形に合致する形を有する請求項７記載の干
    渉計。
  9. 【請求項９】 上記孔形成素子が上記光学アセンブリと
    上記映像装置間に配置されており、上記孔が上記光学ア
    センブリから映像装置に入る光を成形する請求項１記載
    の干渉計。
  10. 【請求項１０】 上記調節手段が上記孔形成素子を上記
    映像装置に入る光の通路から選択的に除去する請求項９
    記載の干渉計。
  11. 【請求項１１】 上記光ファイバー束の入口と出口の１
    つに隣接して配置したスペックルランダム装置を有する
    請求項７記載の干渉計。
  12. 【請求項１２】 上記スペックルランダム装置が回転可
    能な拡散素子である請求項１１記載の干渉計。
  13. 【請求項１３】 上記光ファイバー束内で伝達モードを
    混合するモードミキサを有する請求項７記載の干渉計。
  14. 【請求項１４】 上記モードミキサが上記光ファイバー
    束のコイル部分を有する請求項７記載の干渉計。
  15. 【請求項１５】 上記光学アセンブリが回折格子アセン
    ブリを有する請求項１記載の干渉計。
  16. 【請求項１６】 （Ａ）発光器と、 （Ｂ）上記発光器と被測定面間に配置され直角に延びる
    ラインに対して入射角の範囲Δγで上記発光器から光を
    受け取る回折格子アセンブリと、 （Ｃ）上記回折格子アセンブリと上記発光器に共通な側
    に配置され、上記ラインに対して上記発光器から横方向
    に離間され、多数の等価な波長の縞を作るため上記発光
    器によって上記回折格子アセンブリを通して伝達され、
    上記被測定面によって上記回折格子アセンブリを通して
    反射された光を受け取る映像装置と、 （Ｄ）上記回折格子アセンブリと上記発光器との間に配
    置され、上記ラインに対し横方向に延びる、通過光成形
    のための光放射孔を有する孔形成素子と、 （Ｅ）上記光放射孔の横方向長さを調節するため選択的
    に操作される調節手段と、 を有し、等価波長の縞の和がΔγの大きさに依存し、こ
    のΔγの大きさが上記光放射孔の横方向長さに依存す
    る、 被測定面を測定するための幾何学的に低感度の干渉計。
  17. 【請求項１７】 （Ａ）発光器と、 （Ｂ）上記発光器と被測定面間に配置され直角に延びる
    ラインに対して入射角の範囲Δγで上記発光器から光を
    受け取る回折格子アセンブリと、 （Ｃ）上記回折格子アセンブリと上記発光器に共通な側
    に配置され、上記ラインに対して上記発光器から横方向
    に離間され、多数の等価な波長の縞を作るため上記発光
    器によって上記回折格子アセンブリを通して伝達され、
    上記被測定面によって上記回折格子アセンブリを通して
    反射された光を受け取る映像装置と、 （Ｄ）上記回折格子アセンブリと上記映像装置との間に
    配置され、 上記回折格子アセンブリから上記映像装置に向かう光を
    通さない位置に選択的に移動可能な孔形成素子と、 より成る被測定面を測定するための幾何学的に低感度の
    干渉計。
  18. 【請求項１８】 発光器と、光学アセンブリと、この光
    学アセンブリと上記発光器に共通な側に配置された映像
    装置とを含む幾何学的に低感度の干渉計の干渉深さを調
    節するための方法であって、 （Ａ）（１）上記発光器の光放射孔から上記光学アセン
    ブリに対し、この光学アセンブリに対し直角に延びるラ
    インに対し入射角の範囲Δγに光を伝達し、（２）上記
    光学アセンブリを通して、（３）被測定面上の共通する
    位置に互に異なる角度で２つの光ビームを入射し、
    （４）上記光学アセンブリを通して戻し、（５）上記映
    像装置に大きさΔγに応じた数の等価波長の多数の縞を
    有する干渉模様として戻す行程と、 （Ｂ）上記等価波長の縞の数と、上記干渉計の等価干渉
    深さを変えるため上記Δγの大きさを変える工程と、 より成る方法。
  19. 【請求項１９】 上記光放射孔が上記ラインに対し横方
    向に延び、Δγの大きさが上記光放射孔の横方向長さに
    依存する請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 上記変える工程が、上記光放射孔の横
    方向長さを減少せしめることによって、Δγの大きさ増
    大せしめたことを含む請求項１９記載の方法。
  21. 【請求項２１】 上記光放射孔が、上記発光器の放射素
    子内に形成された細長い溝より成り、上記変える工程
    が、上記ラインに対して上記細長い溝の向きを変えるた
    め上記放射素子を回動することを含む請求項２０記載の
    方法。
  22. 【請求項２２】 上記変える工程が、上記放射素子に結
    合したノブを回動することを含む請求項２１記載の方
    法。
  23. 【請求項２３】 上記ノブを手動で回動することを特徴
    とする請求項２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 上記発光器が（１）光放出孔を有する
    光源と、（２）（ａ）上記光源の光放出孔からの光を受
    け取る入口孔と（ｂ）上記放射素子とを有し、上記光放
    出光からの光の少くとも５０％が上記入口孔を介して上
    記光ファイバー束に入る請求項１８記載の方法。
  25. 【請求項２５】 上記放出孔からの光の少くとも６０％
    が上記入口孔を介して上記光ファイバー束に入る請求項
    ２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 上記光ファイバー束からの光をランダ
    ムとする工程を含む請求項２４記載の方法。
  27. 【請求項２７】 上記ランダムとする工程が、上記光フ
    ァイバー束に入る光ビームを横切る拡散素子を回動する
    ことを含む請求項２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 上記光ファイバー束内で伝達モードを
    混合する工程を含む請求項２４記載の方法。
  29. 【請求項２９】 上記混合工程が上記光ファイバー束の
    コイル部分を通して光を伝達することを含む請求項２８
    記載の方法。
  30. 【請求項３０】 （１）光源と光ファイバー束とを含む
    発光器と、（２）回折格子アセンブリと、（３）この回
    折格子アセンブリと上記発光器に共通な側に配置され、
    上記回折格子に対し直角に延びるラインに対して、上記
    発光器から横方向に離間した映像装置を含む干渉計の干
    渉深さを調節するための方法であって、 （Ａ）上記光ファイバー束の入口孔を通し光ファイバー
    束内に上記光源の放出孔から光の少くとも６０％を導く
    工程と、 （Ｂ）（１）上記光ファイバー束の光放射孔となる細長
    い溝から上記回折格子アセンブリに対し、上記ラインに
    対し入射角の範囲Δγで光を伝達し、（２）上記回折格
    子アセンブリを通して、被測定面に入射し、（３）上記
    回折格子アセンブリを通して戻し、（４）上記ラインに
    対する上記細長い溝の横方向長さに反比例する大きさΔ
    γに応じた数の等価波長の縞を有する干渉模様として上
    記映像装置に戻す行程と、 （Ｃ）上記細長い溝と、従ってΔγの大きさと、等価波
    長の縞の数と、上記干渉計の干渉深さとを変えるため、
    上記光ファイバー束の放射孔を回動する工程と、 より成る方法。
  31. 【請求項３１】 （Ａ）（１）光放出孔を有する光源
    と、 （２）（ａ）上記光放出孔からの光を受け取る、上記光
    放出孔の形に少くとも合致する入口孔と（ｂ）放射素子
    とを含む光ファイバー束とより成る発光器と、 （Ｂ）上記放射素子と被測定面間に配置され上記発光器
    から光を受け取り、２つの異なる方向の光ビームに分割
    し、本質的に同一の位置に異なる角度で被測定面に加え
    る光学アセンブリと、 （Ｃ）上記光学アセンブリと上記発光器に共通な側に配
    置され、干渉模様を作るため上記発光器によって上記光
    学アセンブリを通して伝達され、上記被測定面によって
    上記光学アセンブリを通して光を受け取る映像装置と、 より成る被測定面を測定するための幾何学的に低感度の
    干渉計。
  32. 【請求項３２】 （Ａ）光源を含む発光器と、 （Ｂ）上記発光器と被測定面間に配置され受け取った光
    を２つの異なる方向の光ビームに分割し、本質的に同一
    の位置に異なる角度で被測定面に加える光学アセンブリ
    と、 （Ｃ）上記光学アセンブリと上記発光器に共通な側に配
    置され、干渉模様を作るため上記発光器によって上記光
    学アセンブリを通して伝達され、上記被測定面によって
    上記光学アセンブリを通して反射された光を受け取る映
    像装置と、 （Ｄ）上記光源と、上記光学アセンブリ間に配置され、
    上記光源からの光をランダムとするスペックルランダム
    装置と、 より成る被測定面を測定するための幾何学的に低感度の
    干渉計。
  33. 【請求項３３】 上記スペックルランダム装置が回転可
    能な拡散素子である請求項３２記載の干渉計。
  34. 【請求項３４】 （Ａ）（１）光放出孔を含む光源と、
    （２）（ａ）上記光放出からの光を受け取る入口孔と
    （ｂ）放射素子とを有する発光器と、 （Ｂ）上記放射素子と被測定面間に配置され受け取った
    光を、２つの異なる方向の光ビームに分割し、本質的に
    同一の位置に異なる角度で被測定面に加える光学アセン
    ブリと、 （Ｃ）上記光学アセンブリと上記発光器に共通な側に配
    置され、干渉模様を作るため上記発光器によって上記光
    学アセンブリを通して伝達され、上記被測定面によって
    上記光学アセンブリを通して反射された光を受け取る映
    像装置と、 （Ｄ）上記光ファイバー束内で伝達モードを混合するモ
    ードミキサと、 より成る被測定面を測定するための幾何学的に低感度の
    干渉計。
  35. 【請求項３５】 上記モードミキサが上記光ファイバー
    束のコイル部分を有する請求項３４記載の干渉計。
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5987189A (en) * 1996-12-20 1999-11-16 Wyko Corporation Method of combining multiple sets of overlapping surface-profile interferometric data to produce a continuous composite map
TW550377B (en) * 2000-02-23 2003-09-01 Zeiss Stiftung Apparatus for wave-front detection
US6850333B1 (en) * 2000-08-24 2005-02-01 Therma-Wave, Inc. Optimized aperture shape for optical CD/profile metrology
AUPR086100A0 (en) * 2000-10-20 2000-11-16 Q-Vis Limited Improved surface profiling apparatus
EP1769219A1 (en) * 2004-07-20 2007-04-04 Universidade do Minho Method of microtopographic inspection of surfaces of transparent objects by optical triangulation
US7450243B2 (en) * 2006-07-10 2008-11-11 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Volumetric endoscopic coherence microscopy using a coherent fiber bundle
US8121356B2 (en) 2006-09-15 2012-02-21 Identix Incorporated Long distance multimodal biometric system and method
WO2008033784A2 (en) * 2006-09-15 2008-03-20 Retica Systems, Inc. Long distance multimodal biometric system and method
US7812968B2 (en) * 2008-03-05 2010-10-12 Ge Inspection Technologies, Lp Fringe projection system and method for a probe using a coherent fiber bundle
US8422030B2 (en) * 2008-03-05 2013-04-16 General Electric Company Fringe projection system with intensity modulating by columns of a plurality of grating elements
US8120781B2 (en) * 2008-11-26 2012-02-21 Zygo Corporation Interferometric systems and methods featuring spectral analysis of unevenly sampled data
US8107084B2 (en) * 2009-01-30 2012-01-31 Zygo Corporation Interference microscope with scan motion detection using fringe motion in monitor patterns
KR101422971B1 (ko) * 2010-12-17 2014-07-23 파나소닉 주식회사 표면 형상 측정 방법 및 표면 형상 측정 장치
US10019812B2 (en) 2011-03-04 2018-07-10 General Electric Company Graphic overlay for measuring dimensions of features using a video inspection device
US10157495B2 (en) 2011-03-04 2018-12-18 General Electric Company Method and device for displaying a two-dimensional image of a viewed object simultaneously with an image depicting the three-dimensional geometry of the viewed object
US9984474B2 (en) 2011-03-04 2018-05-29 General Electric Company Method and device for measuring features on or near an object
US9875574B2 (en) 2013-12-17 2018-01-23 General Electric Company Method and device for automatically identifying the deepest point on the surface of an anomaly
US10586341B2 (en) 2011-03-04 2020-03-10 General Electric Company Method and device for measuring features on or near an object
US9842430B2 (en) 2013-12-17 2017-12-12 General Electric Company Method and device for automatically identifying a point of interest on a viewed object
US9818039B2 (en) 2013-12-17 2017-11-14 General Electric Company Method and device for automatically identifying a point of interest in a depth measurement on a viewed object
EP3387368B1 (en) 2015-12-11 2019-10-16 Nanojet Oy Properties of a surface and subsurface structures with white light interferometry using photonic jets
KR102597197B1 (ko) 2018-01-24 2023-11-01 사이버옵틱스 코포레이션 거울 표면을 위한 구조화 광의 투영
US12566061B2 (en) * 2021-12-03 2026-03-03 The Texas A&M University System Systems and methods for inspecting photomasks

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4594003A (en) * 1983-07-20 1986-06-10 Zygo Corporation Interferometric wavefront measurement
US4732483A (en) * 1987-03-19 1988-03-22 Zygo Corporation Interferometric surface profiler
US5526116A (en) * 1994-11-07 1996-06-11 Zygo Corporation Method and apparatus for profiling surfaces using diffractive optics which impinges the beams at two different incident angles
US5598265A (en) * 1995-04-06 1997-01-28 Zygo Corporation Method for profiling an object surface using a large equivalent wavelength and system therefor

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