特許 7203529 干渉計及び配置調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-04

(45)【発行日】2023-01-13

(54)【発明の名称】干渉計及び配置調整方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02055 20220101AFI20230105BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02055

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018145329

(22)【出願日】2018-08-01

(65)【公開番号】P2020020695

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-07-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 和彦

(72)【発明者】

【氏名】大峠 怜也

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１１５９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３７２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２３３０６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ９／００－９／１０

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物面と、参照面とに低可干渉性の光を照射する光源と、
前記光源の光軸を基準とする前記参照面の角度、又は前記参照面に対する前記対象物面の相対的な角度を取得する取得部と、
前記対象物面から反射した測定光と、前記参照面から反射した参照光とによる干渉光の空間強度を検出する素子からなる検出部と、
前記空間強度を検出する素子で検出された前記干渉光の空間強度の分布から、相対的に大きな前記干渉光の強度に対応する前記空間強度を検出する素子上の位置と、前記空間強度を検出する素子上の基準点との距離を特定する距離特定部と、
前記取得部により取得された前記角度と、前記距離特定部により特定された前記距離とに基づいて、前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との光路長差を特定する解析部と、
前記対象物面、又は前記参照面の少なくとも一方を、前記光路長差が小さくなるように移動させる移動制御部と、
を備える干渉計。

【請求項2】

前記移動制御部は、前記対象物面又は前記参照面のいずれか一方の面を前記光源の光軸に沿って移動させ、前記干渉光が前記検出部により検出される位置を特定する、
請求項１に記載の干渉計。

【請求項3】

前記取得部は、所定の長さの範囲における前記素子により検出された干渉光の縞の数と、前記低可干渉性の光の波長とに基づいて前記角度を取得する、
請求項１又は２に記載の干渉計。

【請求項4】

前記取得部は、前記光軸を基準とする傾斜角を取得し、
前記移動制御部は、前記光軸を基準とする前記対象物面の角度又は前記光軸を基準とする前記参照面の角度のいずれか一方を前記傾斜角になるように傾ける、
請求項１から３のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項5】

前記取得部は、前記干渉光の明線同士又は暗線同士の間隔を前記素子の隣接する二つの画素間の距離より長くする前記相対的な角度を取得する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の干渉計。

【請求項6】

コンピュータが実行する、
対象物面及び参照面に低可干渉性の光を照射する光源の光軸を基準とする傾斜角を取得するステップと、
前記光軸を基準とする前記参照面の角度を、取得した前記傾斜角と等しくなるように傾斜させるステップと、
前記対象物面及び前記参照面に前記光を照射させるステップと、
前記対象物面又は前記参照面のうち、前記傾斜角と等しくなるように変化させた面を前記光軸に沿って移動させるステップと、
光の空間強度を検出する素子により、前記対象物面から反射した測定光と前記参照面から反射した参照光とによる干渉光の空間強度を検出するステップと、
前記空間強度を検出する素子で検出された前記干渉光の強度分布から、相対的に大きな前記干渉光の強度に対応する前記空間強度を検出する素子上の位置と、前記空間強度を検出する素子上の基準点との距離を特定するステップと、
前記傾斜角と、前記距離とに基づいて、前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との光路長差を特定するステップと、
前記対象物面又は前記参照面の少なくとも一方を前記光路長差が小さくなるように移動させるステップと、
を有する配置調整方法。

【請求項7】

コンピュータが実行する、
対象物面及び参照面に低可干渉性の光を照射させるステップと、
光の空間強度を検出する素子により、前記対象物面から反射した測定光と、前記参照面から反射した参照光とによる干渉光の空間強度を検出するステップと、
前記干渉光に基づいて、前記参照面に対する前記対象物面の相対的な角度である相対角を取得するステップと、
前記空間強度を検出する素子で検出された前記干渉光の強度分布から、相対的に大きな前記干渉光の強度に対応する前記空間強度を検出する素子上の位置と、前記空間強度を検出する素子上の基準点との距離を特定するステップと、
前記相対角と、前記距離とに基づいて、前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との光路長差を特定するステップと、
前記対象物面又は前記参照面の少なくとも一方を前記光路長差が小さくなるように移動させるステップと、
を有する配置調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、干渉計及び配置調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

低可干渉性の光を照射する光源を用いた干渉計が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－９１２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の干渉計を使用する作業者は、対象物面の測定を行う前に、対象物面から反射した測定光と参照面から反射した参照光とが干渉した干渉光が検出される位置を特定する。このとき、作業者は、低可干渉性の光が干渉可能な距離より短い距離ずつ対象物面を移動させる必要があり、対象物面を何度も移動させる必要があった。その後、作業者は、干渉光の強度が最も大きくなる位置を特定する。その際、作業者は、干渉光が検出される位置を特定するときに移動させた距離より短い距離で対象物面を移動させるため、干渉光の強度の確認と、対象物面の移動とを何度も繰り返す必要があった。このように、作業者は、干渉計の調整作業に時間がかかっていた。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、干渉計の調整作業にかかる時間を短縮する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様である干渉計は、対象物面と、参照面とに低可干渉性の光を照射する光源と、前記光源の光軸を基準とする前記対象物面の角度、前記光軸を基準とする前記参照面の角度、又は前記参照面に対する前記対象物面の相対的な角度を取得する取得部と、前記対象物面から反射した測定光と、前記参照面から反射した参照光とによる干渉光の空間強度を検出する素子からなる検出部と、前記空間強度を検出する素子で検出された前記干渉光の空間強度の分布から、相対的に大きな前記干渉光の強度に対応する前記空間強度を検出する素子上の位置と、前記空間強度を検出する素子上の基準点との距離を特定する距離特定部と、前記取得部により取得された前記角度と、前記距離特定部により特定された前記距離とに基づいて、前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との光路長差を特定する解析部と、前記対象物面、又は前記参照面の少なくとも一方を、前記光路長差が小さくなるように移動させる移動制御部と、を備える。

【0007】

例えば、前記移動制御部は、前記対象物面又は前記参照面のいずれか一方の面を前記光源の光軸に沿って移動させ、前記干渉光が前記検出部により検出される位置を特定する。

【0008】

前記取得部は、所定の長さの範囲における前記素子により検出された干渉光の縞の数と、前記低可干渉性の光の波長とに基づいて前記角度を取得してもよい。

【0009】

例えば、前記取得部は、前記光軸を基準とする傾斜角を取得し、前記移動制御部は、前記光軸を基準とする前記対象物面の角度又は前記光軸を基準とする前記参照面の角度のいずれか一方を前記傾斜角になるように傾ける。

【0010】

例えば、前記取得部は、前記干渉光の明線同士又は暗線同士の間隔を前記素子の隣接する二つの画素間の距離より長くする前記相対的な角度を取得する。

【0011】

本発明の第２の態様である配置調整方法は、コンピュータが実行する、対象物面及び参照面に低可干渉性の光を照射する光源の光軸を基準とする傾斜角を取得するステップと、前記光軸を基準とする前記対象物面の角度又は前記光軸を基準とする前記参照面の角度のいずれかを、取得した前記傾斜角と等しくなるように傾斜させるステップと、前記対象物面及び前記参照面に前記光を照射させるステップと、前記対象物面又は前記参照面のうち、前記傾斜角と等しくなるように変化させた面を前記光軸に沿って移動させるステップと、光の空間強度を検出する素子により、前記対象物面から反射した測定光と前記参照面から反射した参照光とによる干渉光の空間強度を検出するステップと、前記空間強度を検出する素子で検出された前記干渉光の強度分布から、相対的に大きな前記干渉光の強度に対応する前記空間強度を検出する素子上の位置と、前記空間強度を検出する素子上の基準点との距離を特定するステップと、前記傾斜角と、前記距離とに基づいて、前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との光路長差を特定するステップと、前記対象物面又は前記参照面の少なくとも一方を前記光路長差が小さくなるように移動させるステップと、を有する。

【0012】

本発明の第３の態様である配置調整方法は、コンピュータが実行する、対象物面及び参照面に低可干渉性の光を照射させるステップと、光の空間強度を検出する素子により、前記対象物面から反射した測定光と、前記参照面から反射した参照光とによる干渉光の空間強度を検出するステップと、前記干渉光に基づいて、前記参照面に対する前記対象物面の相対的な角度である相対角を取得するステップと、前記空間強度を検出する素子で検出された前記干渉光の強度分布から、相対的に大きな前記干渉光の強度に対応する前記空間強度を検出する素子上の位置と、前記空間強度を検出する素子上の基準点との距離を特定するステップと、前記相対角と、前記距離とに基づいて、前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との光路長差を特定するステップと、前記対象物面又は前記参照面の少なくとも一方を前記光路長差が小さくなるように移動させるステップと、を有する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、干渉計の調整作業にかかる時間を短縮することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】干渉計の概要を説明するための図である。

【図2】光路長差と干渉縞画像との関係を模式的に示す図である。

【図3】対象物面が参照面に対して傾いている場合の干渉縞画像について説明するための図である。

【図4】干渉計の機能構成を示す図である。

【図5】検出部の複数の画素のそれぞれが検出した干渉光の強度を、複数の画素のそれぞれの位置に対してプロットしたグラフを模式的に示す図である。

【図6】対象物面の角度と距離と光路長差との関係を説明するための図である。

【図7】光路長差を小さくする処理のフローチャートである。

【図8】相対角γを用いて光路長差ΔＬを特定することについて説明するための図である。

【図9】相対角γが大きくなるほど干渉縞の間隔Δｄが小さくなることを説明するための図である。

【図10】対象物面が参照面に対して平行な状態で干渉光が検出される位置を特定する場合について説明するための図である。

【図11】対象物面が参照面に対して傾いた状態で干渉光が検出される位置を特定する場合について説明するための図である。

【図12】干渉光が検出される位置を特定する処理のフローチャートである。

【図13】変形例３に係る干渉計の概要を示す図である。

【図14】変形例４に係る干渉計の概要を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第１の実施の形態＞
［実施の形態に係る干渉計の概要］
図１は、干渉計１の概要を説明するための図である。干渉計１は、低可干渉性の光を照射する光源１１と、検出部１２と、制御部１３と、可動ステージ１５と、レンズ２（２ａ、２ｂ、及び２ｃ）と、ピンホール３と、ビームスプリッタ４と、参照面５と、対象物面６とを備える。参照面５は、光源１１の光軸と垂直になるように配置される。対象物面６は、参照面５に対して干渉縞が数本以下で観察される程度に概略平行になるように配置される。

【0016】

光源１１が照射した光は、レンズ２ａと、ピンホール３と、レンズ２ｂとを通過することにより拡大され、コリメートされる。コリメートされた光は、ビームスプリッタ４において分岐される。ビームスプリッタ４において分岐された一方の光は直進して対象物面６に至り、もう一方の光は参照面５に至る。対象物面６で反射した測定光及び参照面５で反射した参照光は、それぞれビームスプリッタ４を経由してレンズ２ｃに至る。

【0017】

図１の光路長Ｌ２は、ビームスプリッタ４から対象物面６に至り、対象物面６で反射して再びビームスプリッタ４に至るまでの測定光の光路長を示す。図１の光路長Ｌ１は、ビームスプリッタ４から参照面５に至り、参照面５で反射して再びビームスプリッタ４に至るまでの参照光の光路長を示す。測定光及び参照光は、ビームスプリッタ４を通過後、レンズ２ｃを経由して検出部１２に入射する。検出部１２は、例えばデジタルカメラであり、入射した干渉光に基づく干渉縞画像を生成する。

【0018】

以下、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との光路長差ΔＬと、検出部１２が生成する干渉縞画像との関係について、図２を参照しながら説明する。

【0019】

図２は、光路長差ΔＬと干渉縞画像との関係を模式的に示す図である。図２において、左から右に向かう矢印は、光路長差ΔＬが大きくなること示す。図２の左端の画像は、光路長差ΔＬが小さい（例えばΔＬ＝０）ときに検出部１２が生成した干渉縞画像であり、干渉縞の明暗の差が大きな干渉縞画像である。

【0020】

図２の左から２番目の画像は、左端の画像が取得されたときの光路長差ΔＬよりも光路長差ΔＬが大きいときに検出部１２が生成した干渉縞画像である。また、図２の左から３番目の画像は、左から２番目の画像が取得されたときの光路長差ΔＬよりも光路長差ΔＬが大きいときに検出部１２が生成した干渉縞画像である。図２の右端の画像は、光路長差ΔＬが大きく、測定光と参照光とが干渉する可干渉距離Δｌよりも、光路長差ΔＬが大きいときに検出部１２が生成した画像である。図２の右端の画像は、明暗の差がなく干渉縞が確認できない。このように、検出部１２が生成する干渉縞画像は、光路長差ΔＬが小さいほど明暗の差が大きくなり、光路長差ΔＬが０であるとき明暗の差が最も大きくなる。

【0021】

以上、対象物面６が参照面５に対して干渉縞が数本以下で観察される程度に概略平行になるように配置された場合に検出部１２が生成する干渉縞画像について説明した。続いて、対象物面６が参照面５に対して傾いた状態で配置された場合に検出部１２が生成する干渉縞画像について説明する。

【0022】

図３は、対象物面６が参照面５に対して傾いている場合の干渉縞画像について説明するための図である。図３の一点鎖線は、参照面５により発生した参照光の光軸を示す。一点鎖線上の点Ｓは、光軸（ｚ軸）上において、測定光の光路長Ｌ１と参照光の光路長Ｌ２との光路長差ΔＬが０となる点である。

【0023】

図３（ａ）の左側の図は、光軸をＺ軸として紙面内において光軸と垂直な軸をＸ軸とし、ＸＺ面に対して垂直な軸をＹ軸として表している。つまり、参照面５に対してＹ軸周りに角度θで傾いている対象物面６をＸＺ面内で見た模式図である。図３（ａ）に示すように、対象物面６が参照面５に対して傾いている場合、測定光の光路長Ｌ１と参照光の光路長Ｌ２との光路長差ΔＬは、対象物面６における複数の位置それぞれで、異なる光路長差となる。対象物面６の中心と点Ｓとが一致している場合、複数の位置それぞれの光路長差ΔＬは、対象物面６の中心からの距離が大きくなるほど大きくなる。

【0024】

図３（ａ）の右側のＸＹ面を紙面においた画像は、対象物面６が参照面５に対して角度θで傾き、対象物面６の中心と点Ｓとが一致している場合に検出部１２で検出された干渉縞画像である。図３（ａ）に示すように、対象物面６が傾いている場合に検出部１２が生成する干渉縞画像は、位置に応じて干渉縞の明暗が異なっている。また、干渉縞の明暗の差は、干渉縞画像の中心（光路長差ΔＬが０となる位置）で、最も大きくなり、干渉縞画像の中心から干渉縞画像の端部になるほど（対象物面６の中心から離れるほど）小さくなる。

【0025】

次に、点Ｓの位置と対象物面６の中心とが一致していない場合について図３（ｂ）を参照しながら説明する。点Ｓの位置と対象物面６の中心とが一致していない場合、光路長差ΔＬが０となる位置は、対象物面６の中心から移動する。図３（ｂ）の左側の図に、対象物面６の中心から移動した光路長差ΔＬが０となる位置を点Ｑで示す。図３（ｂ）の右側の画像は、検出部１２が生成した干渉縞画像を示す。図３（ｂ）に示すように、干渉縞の明暗の差が最も大きくなる位置は、干渉縞画像の中心から移動する。このとき、干渉縞画像の中心から干渉縞の明暗の差が最も大きくなる位置までの距離ΔＸは、点Ｓと点Ｑとの距離に相当する。

【0026】

以上の説明を踏まえて、干渉計１の動作の概要について説明する。干渉計１は、対象物面６が参照面５に対して傾いている状態で、光路長差ΔＬが異なる複数の干渉光を同時に検出する。次に、干渉計１は、検出した光路長差ΔＬの異なる複数の干渉光に基づく干渉縞画像に基づいて、干渉縞画像の中心から干渉縞の明暗の差が最も大きくなる位置までの距離ΔＸを特定する。そして、干渉計１は、参照面５に対する対象物面６の角度θと、特定した距離ΔＸとに基づいて、光路長差ΔＬが０となる位置を特定する。

【0027】

このようにすることで、干渉計１は、一度の測定で光路長差ΔＬが異なる複数の干渉光を検出することができる。そのため、干渉計１は、対象物面６を移動させる回数を減らせるので、調整時間を短縮することができる。

【0028】

［干渉計１の機能構成］
図４は、干渉計１の機能構成を示す図である。干渉計１は、図１を参照しながら説明した構成と、記憶部１４とを備える。

【0029】

光源１１は、図１を参照しながら説明した光学系を経由して、対象物面６と、参照面５とに低可干渉性の光を照射する。光源１１は、例えば波長７８０ｎｍ、可干渉距離１０μｍの光を照射する。

【0030】

検出部１２は、例えば複数の画素を備えるデジタルカメラである。検出部１２は、検出部１２に入射した対象物面６から反射した測定光と、参照面５から反射した参照光とによる干渉光の空間強度を検出する。空間強度は、空間上の複数の位置それぞれにおける干渉光の強度である。空間強度は、例えば、２次元平面上の複数の位置それぞれにおける干渉光の強度である。また、検出部１２は、検出部１２が有する受光最小部位である複数の画素のそれぞれの位置と、複数の画素のそれぞれが検出した干渉光の強度とを対応付けた干渉縞画像を生成してもよい。

【0031】

記憶部１４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体を含む。また、記憶部１４は、制御部１３が実行するプログラムを記憶する。

【0032】

可動ステージ１５は、対象物面６を配置する台座、及び一以上のアクチュエータを備える。可動ステージ１５は、制御部１３の指示に基づいてアクチュエータを動作させることにより、台座に配置された対象物面６を光軸方向に移動させることができる。また、可動ステージ１５は、参照面５に対する対象物面６の角度を変更することもできる。

【0033】

制御部１３は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部１３は、記憶部１４に記憶されたプログラムを実行することによって、取得部１３１、距離特定部１３２、解析部１３３、及び移動制御部１３４の機能を実現する。

【0034】

取得部１３１は、対象物面６の角度θを取得する。例えば、取得部１３１は、可動ステージ１５の角度を計測する角度センサを備え、角度センサが計測した光源１１の光軸を基準とする角度を対象物面６の角度θとして取得する。

【0035】

距離特定部１３２は、検出部１２で検出された干渉光の空間強度の分布に基づいて、相対的に大きな干渉光の強度を検出した画素の位置を特定する。例えば、距離特定部１３２は、検出部１２で検出された２次元平面上における干渉光の空間強度の分布のうち、１次元上の空間強度の分布に基づいて、相対的に大きな干渉光の強度を検出した画素の位置を特定する。具体的には、まず、距離特定部１３２は、対象物面６が参照面５に対して傾いた状態で検出部１２に干渉光の強度を検出させる。続いて、距離特定部１３２は、一方向に配列された複数の画素のそれぞれが検出した干渉光の強度における複数のピークを抽出する。次に、距離特定部１３２は、抽出した複数のピークのうち隣接するピークの差、又はピークの比を算出することにより、相対的に大きな干渉光の強度を検出した画素の位置を特定する。以下の説明において、相対的に大きな干渉光の強度を検出した画素の位置を最大位置ということがある。図５を参照しながら、最大位置を特定する方法の一例について説明する。

【0036】

図５は、検出部１２の複数の画素のそれぞれが検出した干渉光の強度を、複数の画素のそれぞれの位置に対してプロットしたグラフを模式的に示す図である。図５に示すピークＰは、距離特定部１３２が抽出した強度のピークを示す。ピークＰの添え字ｋは、強度のピークを抽出した順序を示す。距離特定部１３２は、隣接するピークＰ間の差の絶対値を算出する。例えば、距離特定部１３２は、ピークＰ_ｋとピークＰ_ｋ＋１との差の絶対値、ピークＰ_ｋ＋１とピークＰ_ｋ＋２との差の絶対値、及びピークＰ_ｋ＋２とピークＰ_ｋ＋３との差の絶対値をそれぞれ算出する。

【0037】

距離特定部１３２は、算出した複数の差の絶対値のうち、差の絶対値が最も大きなピークの組に基づいて、最大位置を特定する。例えば、距離特定部１３２は、差の絶対値が最も大きなピークの組のうち、より大きな強度を検出したピークＰに対応する画素の位置を最大位置として特定する。また、距離特定部１３２は、差の絶対値が最も大きなピークの組のそれぞれに対応する画素の位置の中点を最大位置として特定してもよい。

【0038】

なお、距離特定部１３２は、特定した位置から所定の距離内に含まれる位置を、最大位置として特定しなおしてもよい。所定の距離は、干渉計１の構成により定まる距離である。干渉計１の構成により定まる距離は、干渉計１の光学系の製造上の誤差、検出部１２の画素の誤差、又は実験によって定めればよい。このように、最大位置として特定する場合は、大まかに最大位置を特定するので、光路長差ΔＬを厳密に０にする必要がないときに有効である。

【0039】

距離特定部１３２は、検出部１２の基準点を特定し、検出部１２の基準点と光軸との交点を特定する。なお、干渉計１の製造時に光軸が検出部１２の中心を通るように調整されるので、距離特定部１３２は、検出部１２の中心を検出部１２の基準点と光軸との交点であると特定する。距離特定部１３２は、特定した最大位置と、検出部１２の基準点と光軸との交点との距離ΔＸを特定する。具体的には、距離特定部１３２は、検出部１２の中心から特定した位置までの距離を距離ΔＸとして特定する。

【0040】

解析部１３３は、取得部１３１により取得された角度θと、距離特定部１３２により特定された距離ΔＸとに基づいて、測定光の光路長Ｌ１と参照光の光路長Ｌ２との光路長差ΔＬを特定する。以下、角度θと距離ΔＸと光路長差ΔＬとの関係について説明する。図６は、対象物面６の角度θと距離ΔＸと光路長差ΔＬとの関係を説明するための図である。図６においては、参照面５は光軸Ｚ軸に垂直であり、対象物面６が点Ｏを中心に参照面５に対して角度θだけ傾いていることを示す。また、検出部１２は干渉縞画像を生成したものとして説明する。

【0041】

図６において、点０のｘ軸座標をＸ_０とし、Ｚ軸座標をＺ_０とする。点Ｍは、対象物面６が参照面５に対して傾いた状態で検出部１２が生成した干渉縞画像について最も大きな明暗の差が特定された位置に対応する対象物面６上の位置を示す。点Ｍのｘ軸座標をＸ_１とし、Ｚ軸座標をＺ_１とする。Ｚ_１における光路長差は０である。Ｚ_０とＺ_１との距離は光路長差ΔＬに対応する。このとき、光路長差ΔＬは、角度θと距離ΔＸとを用いて式（１）で表される。
ΔＬ＝ΔＸ・ｔａｎθ・・・（１）
解析部１３３は、式（１）を用いて光路長差ΔＬを特定する。

【0042】

移動制御部１３４は、解析部１３３により特定された光路長差ΔＬが小さくなるように対象物面６を移動させる。具体的には、移動制御部１３４は、可動ステージ１５を制御することにより対象物面６を移動させる。

【0043】

［光路長差ΔＬを小さくする処理］
干渉計１が光路長差ΔＬを小さくする処理の流れについて説明する。図７は、光路長差ΔＬを小さくする処理のフローチャートである。まず、制御部１３は、光源１１に対象物面６及び参照面５に低可干渉性の光を照射させる（ステップＳ１）。対象物面６及び参照面５に低可干渉性の光が照射されると、検出部１２は、測定光と参照光とによる干渉光を検出する。

【0044】

続いて、取得部１３１は、角度センサが計測した対象物面６の角度θを取得する（ステップＳ２）。次に、距離特定部１３２は、検出部１２が検出した干渉光に基づいて、干渉縞の明暗の差が最も大きな位置を特定し、明暗の差が最も大きな位置から、検出部１２と光軸との交点までの距離ΔＸを特定する（ステップＳ３）。

【0045】

取得部１３１が角度θを取得し、距離特定部１３２が距離ΔＸを特定すると、解析部１３３は、角度θと距離ΔＸとに基づいて光路長差ΔＬを特定する（ステップＳ４）。続いて、移動制御部１３４は、光路長差ΔＬが小さくなるように対象物面６を移動させる（ステップＳ５）。そして、移動制御部１３４は、対象物面６が参照面５と概略平行になるように対象物面６を傾ける（ステップＳ６）。

【0046】

［第１の実施の形態に係る干渉計１の効果］
以上説明したように、干渉計１は、対象物面６の角度θを取得し、干渉縞の明暗の差が相対的に大きな位置から検出部１２と光軸との交点までの距離ΔＸを特定する。そして、干渉計１は、角度θと距離ΔＸとに基づいて光路長差ΔＬを特定する。このようすることで、干渉計１は、光路長差ΔＬの特定に係る時間を短縮することができる。この結果、干渉計１は、作業者が光路長差を調整する作業にかかる時間を短縮することができる。

【0047】

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る干渉計１は、角度センサを備えず、参照面５に対する対象物面６の相対的な角度である相対角γを取得する。干渉計１は、後述する相対角γを特定する処理により取得した相対角γを用いて、基準となる光軸上における参照面５と対象物面６との光路長差ΔＬを特定する。以下、相対角γを用いて参照面５と対象物面６との光路長差ΔＬを特定することについて、第１の実施の形態と異なる点について説明し、同様の点については適宜省略する。

【0048】

図８は、相対角γを用いて光路長差ΔＬを特定することについて説明するための図である。図８において、角度θは、光軸に対する対象物面６の角度を示す。角度θ－γは、光軸に対する参照面５の角度を示す。

【0049】

距離Ｌ３は、素子上において干渉光の強度が最大となる位置に対応する光路長差である。距離Ｌ４は、素子上の基準点の位置に対応する光路長差である。基準となる光軸上の光路長差ΔＬは、距離Ｌ３と距離Ｌ４との差で表される。距離Ｌ３と距離Ｌ４との差は、角度θと相対角γと距離ΔＸとを用いて、式（２）で表される。

【0050】

【数1】

【0051】

ここで、角度θが取りうる値の範囲について説明する。干渉計１が備える結像レンズのＮ／Ａに制限があるため、特別な観測系を用いない場合、干渉計１は、角度θが大きいと干渉光を観測できなくなる。さらに、角度θが０度近傍でない場合、結像レンズの収差により発生する誤差が増大する。そのため、干渉計１においては、光軸に対する対象物面６の角度θは、０度近傍に設定する。角度θの範囲は、望ましくは数°以下であり、実際には１°よりも小さい角度で調整されることが多い。以下の説明においては、角度θは、１°より小さいものとして説明する。

【0052】

続いて、相対角γが取りうる値の範囲について説明する。相対角γは、干渉縞の間隔Δｄに関係し、相対角γの大きさにより、干渉縞の間隔Δｄが決まる。具体的には、干渉縞の間隔Δｄは、相対角γが大きくなるほど小さくなる。図９は、相対角γが大きくなるほど干渉縞の間隔Δｄが小さくなることを説明するための図である。図９においては、光軸を基準とする参照面５の角度を９０度、参照面５に対する対象物面６の相対的な角度を相対角γとする。

【0053】

光路長差Ｌ_ｉは、干渉縞画像における、ある明線（ｉ）の位置に対応する干渉光の光路長差である。光路長差Ｌ_ｉ＋１は、干渉縞画像における明線（ｉ）に隣接する明線（ｉ＋１）の位置に対応する干渉光の光路長差である。光路長差Ｌ_ｉと光路長差Ｌ_ｉ＋１との差はλ／２である。したがって、明線（ｉ）の位置から明線（ｉ＋１）の位置までの距離に相当する干渉縞の間隔Δｄは、相対角γを用いて式（３）で表される。
Δｄ＝［λ／（２ｔａｎγ）］ 式（３）

【0054】

式（２）に示したように、干渉縞の間隔Δｄは、ｔａｎγに反比例するので、相対角γが大きくなるほど小さくなる。干渉縞の間隔Δｄが小さくなり、検出部１２の分解能以下になってしまうと、干渉計１は、明線（ｉ）と明線（ｉ＋１）とを分解できなくなる。言い換えると、干渉計１は、明線（ｉ）と明線（ｉ＋１）とが異なる明線であると特定できなくなる。この場合、干渉計１は、干渉光の強度が最大になる明線を特定することができないので、干渉光の強度が最大になる位置が特定できなくなる。したがって、相対角γは、検出部１２の分解能以上である必要がある。

【0055】

そこで、取得部１３１は、干渉縞の間隔が検出部１２の分解能以上になる相対角γを取得する。例えば、取得部１３１は、干渉光の明線同士又は暗線同士の間隔を検出部１２の隣接する二つの画素間の距離より長くする相対角γを取得する。隣接する二つの画素間の距離は、例えば、画素の中心から、隣接する画素の中心までの距離である。相対角γの具体的な値を例えば０．０２°とした場合、干渉縞の間隔Δｄは、１．０８９ｍｍである。撮像素子の１画素のサイズは１０μｍ以下が一般的であり、対象物面上を１／１００に縮小する光学系であったとしても、干渉縞の間隔Δｄを隣接する二つの画素間の距離より長くできる。

【0056】

角度θと相対角γが１°以下のような場合には、ｔａｎθｔａｎγ＜３．０５×１０^－４である。よって、［１－ｔａｎθｔａｎγ］は、１に近似できる。この近似を用いることにより、光路長差ΔＬは、式（４）で表される。

【数2】

【0057】

（相対角γを特定する処理）
取得部１３１は、検出部１２により検出された干渉光に基づいて相対角γを特定する。具体的には、取得部１３１は、検出部１２が生成した干渉縞画像の所定の長さの範囲における干渉縞の数と、低可干渉性の光の波長λとに基づいて相対角γを特定する。より具体的には、取得部１３１は、干渉縞画像における所定の長さの範囲ｗにおいて、波長λの光による干渉縞の数がｔ本である場合、式（５）を用いて相対角γを特定する。

【0058】

【数3】

所定の長さの範囲は、例えば干渉縞と垂直な方向における干渉縞画像の端部からもう一方の端部までの長さである。また、取得部１３１は、干渉光の強度が所定の強度以上の強度を検出した画素を含む範囲を所定の長さの範囲としてもよい。所定の強度は、干渉縞の数が計測できる強度以上であればよく、また光源１１が照射する光の波長分布により定めてもよい。

【0059】

取得部１３１は、検出された干渉光に基づいて干渉縞の本数ｔを取得する。例えば、取得部１３１は、既知の画像解析方法を用いて干渉縞画像を解析することにより干渉縞の縞を特定し、長さの範囲に含まれる干渉縞の本数ｔを特定する。このようにすることで、干渉計１は、角度センサを備える必要がないため、製造コストを低減できる。

【0060】

以下、第１の実施の形態と同様に、干渉計１は、相対角γを用いて、光路長差ΔＬを特定する。そして、干渉計１は、光路長差ΔＬが小さくなるように、参照面５又は対象物面６を移動させる。

【0061】

［第２の実施の形態に係る干渉計１の効果］
以上説明したように、第２の実施の形態に係る干渉計１は、参照面５と対象物面６との相対的な角度である相対角γを、干渉縞の本数ｔに基づいて特定する。次に、干渉計１は、特定した相対角γに基づいて、参照面５と対象物面６との基準となる光軸上の光路長差ΔＬを特定する。そして、干渉計１は、光路長差ΔＬが小さくなるように参照面５又は対象物面６を移動させる。

【0062】

このようにすることで、干渉計１は、角度センサを備えなくてもよくなる。そのため、干渉計１を製造する事業者は、干渉計１の製造コストを低減できる。また、干渉計１は、相対角γを用いて光路長差ΔＬを求めることができるので、参照面５又は対象物面６を何度も移動させる必要がなく、光路長差ΔＬの特定にかかる時間を短縮することができる。この結果、干渉計１は、作業者が光路長差を調整する作業にかかる時間を短縮することができる。

【0063】

＜第３の実施の形態＞
第１の実施の形態においては、光源１１が照射する光が干渉可能な距離内に対象物面６が配置されていることを前提としていた。しかしながら、干渉計１に対象物面６を配置したときの位置が、測定光と参照光とが干渉する干渉可能な距離内に含まれていない場合がある。この場合、作業者は、対象物面６を光軸に沿って移動させながら、検出部１２に干渉光が検出される光軸上の位置を特定する必要がある。

【0064】

従来の干渉計においては、対象物面６が参照面５に平行になるように配置した状態で、干渉光が検出される位置を特定していた。そのため、作業者は、測定光と参照光とが干渉する干渉可能な距離より短い距離で対象物面６を移動させなければならなかった。そのため、作業者は何度も対象物面６を移動させる必要があり、位置を特定する作業に時間がかかっていた。以下、検出部１２に干渉光が検出される位置を特定する作業について具体的に説明する。

【0065】

図１０は、対象物面６が参照面５に対して平行な状態で干渉光が検出される位置を特定する場合について説明するための図である。測定光と参照光とを干渉させることができる干渉可能範囲は、光軸上において光路長差ΔＬが０になる位置を中心とする干渉可能な距離内に制限されている。図１０の範囲Ａ０は、干渉可能範囲を示す。

【0066】

図１０（ａ）は、対象物面６が干渉可能範囲Ａ０に含まれていない状態を示す模式図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の状態から、対象物面６が干渉可能な距離より短い距離ａだけ移動された状態を示す図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の状態から、対象物面６が、干渉可能な距離より長い距離ｂだけ移動された状態を示す図である。このように、作業者は、干渉可能な距離より短い距離で対象物面６を移動しないと、干渉可能範囲Ａ０に対象物面６を含めることができない。そのため、従来の干渉計を使用する作業者は、干渉光が検出される位置を特定するときに、対象物面６を干渉可能な距離より短い距離で移動させなければならず、干渉光が検出される位置を特定するのに時間がかかっていた。

【0067】

次に、第３の実施の形態に係る干渉計１の概要について図１１を参照しながら説明する。図１１は、対象物面６が参照面５に対して傾いた状態で干渉光が検出される位置を特定する場合について説明するための図である。図１１（ａ）は、対象物面６が参照面５に対して傾いていることを示す模式図である。図１１の高低差Δｈは、光軸上における対象物面６の一方の端部からもう一方の端部までの距離を示す。図１１（ａ）において、対象物面６の中心Ｓは干渉可能範囲Ａ０の外にあるが、対象物面６の下端は干渉可能範囲Ａ０内に含まれている。そのため、検出部１２は干渉光を検出することができる。

【0068】

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）と同様に、対象物面６が参照面５に対して傾いていることを示す模式図である。図１１（ｂ）において、対象物面６の中心Ｓは干渉可能範囲Ａ０の外にあるが、対象物面６の上端は干渉可能範囲Ａ０内に含まれている。そのため、検出部１２は、干渉光を検出することができる。このように、検出部１２は、対象物面６が参照面５に対して傾いているとき、干渉可能範囲Ａ０に、対象物面６が参照面５に対して傾いた角度に対応する距離を加えた検出可能範囲Ａ１に対象物面６の一部が含まれているとき、干渉光を検出することができる。図１１（ｃ）は、干渉光を検出可能な検出可能範囲Ａ１を模式的に示す図である。

【0069】

第３の実施の形態に係る干渉計１は、光源１１が照射する光が干渉可能な距離に、対象物面６を参照面５に対して傾いた角度に対応する距離を加えた検出可能距離で、対象物面６を移動させる。このようにすることで、干渉計１は、対象物面６を移動させる回数を減らせるので、検出部１２に干渉光が検出される位置を特定するのにかかる時間を短縮することができる。以下、第３の実施の形態に係る干渉計１の機能構成について、第１の実施の形態と異なる点について説明し、同様の点については適宜省略する。

【0070】

［第３の実施の形態に係る干渉計１の機能構成］
取得部１３１は、対象物面６を傾ける角度θとして、光軸を基準とする傾斜角を取得する。取得部１３１は、例えば作業者が制御部１３に入力した傾斜角を取得する。また、取得部１３１は、記憶部１４に記憶された傾斜角を取得してもよい。

【0071】

移動制御部１３４は、光軸を基準とする対象物面６の角度θを取得部１３１により取得された傾斜角になるように変化させる。移動制御部１３４は、取得された傾斜角に基づいて対象物面６を移動させる移動距離を特定する。例えば、移動制御部１３４は、光源１１が照射する光の可干渉距離Δｌに、傾斜角により定まる対象物面６の一方の端部からもう一方の端部までの光軸上の距離を示す高低差Δｈを加えた距離を移動距離として特定する。

【0072】

対象物面６が検出部１２でｍ本の干渉縞が検出されるように傾いている場合、高低差Δｈは、光源１１が照射する光の波長λを用いて、ｍ×λ／２と表される。このことを利用して、移動制御部１３４は、一方向に配列されたＮ個の画素においてｍ本の干渉縞が検出されるように、対象物面６を傾けてもよい。移動制御部１３４は、波長λと干渉縞の本数ｍとに基づいて高低差Δｈを特定し、特定した高低差Δｈを加えた距離を移動距離として特定する。

【0073】

具体的な数値をあげて説明する。例えば、干渉縞の本数ｍが１００本であり、光源の波長λが７８０ｎｍであり、可干渉距離Δｌが１０μｍの場合、対象物面６の高低差Δｈは３９μｍである。このとき、実質的な干渉可能範囲は、高低差Δｈ（＝３９μｍ）に可干渉距離Δｌ（＝１０μｍ）を加えた４９μｍである。干渉計１は、可干渉距離（１０μｍ）に対し、約５倍粗い距離で対象物面６を移動させることができる。

【0074】

続いて、移動制御部１３４は、光源１１から低可干渉性の光が対象物面６及び参照面５に照射されると、対象物面６を光源１１の光軸に沿って特定した移動距離だけ移動させる。そして、移動制御部１３４は、検出部１２により検出される光の強度に基づいて、干渉光が検出部１２により検出される位置を特定する。

【0075】

（干渉光が検出される位置を特定する処理）
以下、図１２を参照しながら、干渉光が検出される位置を特定する処理の流れについて説明する。図１２は、干渉光が検出される位置を特定する処理のフローチャートである。まず、取得部１３１は、対象物面６を傾ける光軸を基準とする角度θを取得する（ステップＳ１１）。続いて、移動制御部１３４は、対象物面６を角度θになるように傾ける（ステップＳ１２）。

【0076】

移動制御部１３４が対象物面６を傾けると、移動制御部１３４は、対象物面６及び参照面５に光を照射させる（ステップＳ１３）。そして、移動制御部１３４は、検出部１２が干渉光を検出したか否かを判定する（ステップＳ１４）。移動制御部１３４は、検出部１２が干渉光を検出していないと判定すると（ステップＳ１４でＮｏ）、光源１１の波長λに基づく可干渉距離Δｌに、角度θにより定まる高低差Δｈを加えた距離だけ対象物面６を移動させる（ステップＳ１５）。移動制御部１３４は、ステップＳ１４とステップＳ１５とを干渉光が検出されたと判定するまで繰り返す。以下、ステップＳ１６からステップＳ１９までの処理は、図９の光路長差ΔＬを小さくする処理のフローチャートにおけるステップＳ３からステップＳ６までの処理と同様なので説明を省略する。

【0077】

［第３の実施の形態に係る干渉計１の効果］
以上説明したように、第３の実施の形態に係る干渉計１は、対象物面６を傾けた状態で干渉光が検出される位置を特定する。このようにすることで、干渉計１は、光源１１が照射する光が干渉可能な距離より長い距離で対象物面６を移動させることができるので、干渉光が検出される位置を短時間で特定することができる。

【0078】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、取得部１３１は、相対角γを取得する処理と同様の処理を用いて、光軸を基準とする参照面５の角度、又は光軸を基準とする対象物面６の角度を取得することができる。また、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

【0079】

（変形例１）
以上の説明においては、参照面５は光源１１の光軸に対して垂直になるように配置されているものとしたが、これに限らず、参照面５が可動ステージに配置されていてもよい。この場合、取得部１３１は、光軸を基準とする参照面５の角度θ、又は対象物面６に対する参照面５の相対的な角度である相対角γを取得する。そして、移動制御部１３４は、参照面５を光路長差ΔＬが小さくなるように移動させる。このようにすることでも、干渉計１は、光路長差ΔＬを小さくする作業にかかる時間を短縮することができる。

【0080】

（変形例２）
距離特定部１３２は、複数の干渉光に基づいて干渉縞の明暗の差が最大となる位置Ｘ_１を特定してもよい。例えば、距離特定部１３２は、干渉縞解析における位相シフト法の原理を利用して、対象物面６を参照面５に対して光軸方向に移動させて得られる複数の干渉光に基づいて、干渉縞の明暗の差が最大となる位置Ｘ_１を特定する。例えば、フィゾー干渉計又はトワイマングリーン干渉計などの反射光により対象物面６の形状を測定する干渉計の場合であって、光源の波長λの半分の距離をＮ分割して対象物をさせるとき、距離特定部１３２は、式（６）に従って画素単位で振幅分布Ａ（ｘ）を特定する。

【0081】

【数4】

距離特定部１３２は、干渉縞の明暗の周期（空間周波数）に関係なく、画素単位で振幅分布Ａ（ｘ）を特定することができるので、位置Ｘ_１の特定精度が向上し、光路長差ΔＬをより正確に特定することができる。

【0082】

（変形例３）
本発明は、位相の異なる複数の干渉光を同時に検出する干渉計にも適用できる。図１３は、変形例３に係る干渉計１ａの概要を示す図である。変形例３に係る干渉計１は、λ／４板７と、３分割ビームスプリッタ８と、偏光板９とをさらに備える。また、変形例３に係る干渉計１は、ビームスプリッタ４に替えて、偏光ビームスプリッタ１０を備える。距離特定部１３２は、複数の検出部１２で同時に得られた複数の干渉光に基づいて干渉縞の明暗の差が最大となる位置Ｘ_１を特定する。このようにすることで、距離特定部１３２は、対象物面６を参照面５に対して相対的に移動させることなく、振幅分布Ａ（ｘ）を特定することができる。

【0083】

（変形例４）
本発明は、参照面５に対する相対的な対象物面６の形状を高精度に測定する場合に用いられるフィゾー型干渉計においても適用できる。図１４は、参照面５に対する相対的な対象物面６の形状を高精度に測定する場合に用いられるフィゾー型干渉計において低可干渉性の光を用いる干渉計１ｂの概要を示す図である。

【0084】

光源１１が照射した光は、偏光ビームスプリッタ１０１ａにおいて偏光して分岐される。偏光ビームスプリッタ１０１ａにおいて偏光して分岐された一方の光は直進して偏光ビームスプリッタ１０１ｂに至り、もう一方の光はミラー１０２を経由して偏光ビームスプリッタ１０１ｂに至る。偏光ビームスプリッタ１０１ａ及び偏光ビームスプリッタ１０１ｂのそれぞれとミラー１０２との距離は距離Ｌａで配置されており、二つの光の光路長差は２Ｌａである。

【0085】

二つの光のそれぞれは、各種光学系を通過して、距離Ｌｂで配置された対象物面６及び参照面５に入射し、それぞれの面で反射する。対象物面６で反射した測定光の光路長と、参照面５で反射した参照光の光路長との光路長差は、２Ｌｂである。測定光及び参照光は、各種光学系を経由して、３分割ビームスプリッタ８で複数の光に分岐される。分岐された複数の光のそれぞれは、複数の検出部１２のそれぞれで検出される。干渉計１ｂは、距離Ｌａと距離Ｌｂとを等しくすることで、二つの偏光ビームスプリッタ１０１ａ及び１０１ｂを反射したＳ偏光の参照光と、二つの偏光ビームスプリッタ１０１ａ及び１０１ｂを通過した測定光とを、異なる位相差で干渉させることができる。このようにすることで、干渉計１ｂは、異なる位相の複数の干渉縞画像を瞬間的に取得することができる。

【0086】

干渉計１ｂは、対象物面６及び参照面５に低可干渉性の光を照射して複数の検出部１２で干渉光を検出する。次に、干渉計１ｂは、光軸を基準とする参照面５の角度θ、又は光軸を基準とする対象物面６の角度θを取得する。干渉計１ｂは、干渉縞明暗の振幅が大きい位置と検出部１２の基準点との交点との距離ΔＸと、角度θとに基づいてＬ_ａとＬ_ｂとの差である光路長差ΔＬを特定する。なお、干渉計１ｂは、角度θに替えて参照面５に対する対象物面６の相対的な角度である相対角γを取得し、距離ΔＸと相対角γとに基づいて光路長差ΔＬを特定してもよい。そして、干渉計１ｂは、光路長差ΔＬが小さくなるように干渉計１ｂの光学系を調整する。このようにすることで、干渉計１ｂは、他の実施の形態、又は他の変形例と同様に、光路長差ΔＬを小さくする作業を短くすることができる。

【符号の説明】

【0087】

１ 干渉計
２ レンズ
３ ピンホール
４ ビームスプリッタ
５ 参照面
６ 対象物面
７ λ／４板
８ ３分割ビームスプリッタ
９ 偏光板
１０ 偏光ビームスプリッタ
１１ 光源
１２ 検出部
１３ 制御部
１４ 記憶部
１５ 可動ステージ
１０１ 偏光ビームスプリッタ
１０２ ミラー
１３１ 取得部
１３２ 距離特定部
１３３ 解析部
１３４ 移動制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】