測定システム
【課題】 被検体と非接触で被検体の立体形状を測定することができるコモンパス型の測定システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 測定システム（１００Ａ）は測定ビーム（Ｌ１）と測定ビームに対して基準となる基準ビーム（Ｌ２）とを出射する光源部１１と、被検物体に隣接して配置され、基準ビームを反射させ測定ビームを被検物体へ透過させる平板状の参照素子（１３）と、被検物体で反射された測定ビームと参照素子で反射された基準ビームとが干渉した干渉ビームを各波長に分光する分光素子（２０）と、分光素子で分光された各波長を検出する検出部（２４）と、光源部から被検物体および分光素子を介して検出部に至る測定ビームの光路長と、光源部から参照素子および分光素子を介して検出部に至る基準ビームの光路長とを揃える迂回路を有する測定光学系（１２）を備える。
【解決手段】 測定システム（１００Ａ）は測定ビーム（Ｌ１）と測定ビームに対して基準となる基準ビーム（Ｌ２）とを出射する光源部１１と、被検物体に隣接して配置され、基準ビームを反射させ測定ビームを被検物体へ透過させる平板状の参照素子（１３）と、被検物体で反射された測定ビームと参照素子で反射された基準ビームとが干渉した干渉ビームを各波長に分光する分光素子（２０）と、分光素子で分光された各波長を検出する検出部（２４）と、光源部から被検物体および分光素子を介して検出部に至る測定ビームの光路長と、光源部から参照素子および分光素子を介して検出部に至る基準ビームの光路長とを揃える迂回路を有する測定光学系（１２）を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物体の三次元表面形状を測定する測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定システムとして、光コヒーレンストモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＯＣＴ）装置が広く使用されている。特許文献１では、低コヒーレンス干渉において共通の光路を有する（コモンパスな）干渉計は困難であることを示唆している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０３８５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、被検体を参照ガラスに直接載置することによって、共通の光路を有する（コモンパス型の）干渉計を実現している。これにより、振動には非常に強くなっているが、細胞などの試料にしか有効ではない。特許文献１に記載された干渉計では非接触での計測ができず、奥行きのある被検体の形状計測も不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、被検体と非接触で被検体の立体形状を測定することができるコモンパス型の測定システムを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の第１態様は、被検物体の凹凸を測定するための測定システムである。この測定システムは、被検物体の凹凸を測定するための測定ビームと測定ビームに対して基準となる基準ビームとを出射する光源部と、被検物体に隣接して配置され、基準ビームを反射させ測定ビームを被検物体へ透過させる平板状の参照素子と、被検物体で反射された測定ビームと参照素子で反射された基準ビームとが干渉した干渉ビームを各波長に分光する分光素子と、分光素子で分光された各波長の強度を検出する検出部と、光源部から被検物体および分光素子を介して検出部に至る測定ビームの光路長と、光源部から参照素子および分光素子を介して検出部に至る基準ビームの光路長とを揃える迂回路を有する測定光学系とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の測定システムは、被検体と非接触で被検体の立体形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図であり、送光系の光路を示した図である。
【図２】光源部１１を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は、光源部１１を＋Ｙ軸方向から見た側面図である。 （ｂ）は、光源部１１を＋Ｚ軸方向から見た上面図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態の迂回部２２の拡大図である。 （ｂ）は、別例の第２迂回部３２を示した拡大図である。
【図５】（ａ）は、図１の破線Ａに囲まれた部分の拡大図である。 （ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図６】＋Ｚ側から見た被検物体Ｔの測定面Ｈｏの断面図であり、走査鏡１２７による測定ビームＬ１の走査を示した図である。
【図７】第１実施形態の第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図であり、受光系の光路を示した図である。
【図８】面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係を説明するための図である。
【図９】面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係を説明するための別の図である。
【図１０】ＳＬＤ光源１１１の波長と強度との関係を示したグラフである。
【図１１】第１測定システム１００Ａが測定するＺ軸方向の範囲を示した図である。
【図１２】測定ビームＬ１の波長と強度との関係を示したグラフである。
【図１３】スペクトルを一次元フーリエ変換することで得られた被検物体Ｔの一次元（Ｙ軸方向）の測定結果を示したグラフである。
【図１４】電動ステージ１５で被検物体ＴをＺ軸方向に移動させ、その移動毎に被検物体Ｔの一次元の測定結果を組み合わせたグラフである。
【図１５】光源部１１、測定光学系１２が参照素子１３のＸＹ平面に対して移動することを示した図である。
【図１６】ＸＹ平面での広い領域に対する測定範囲を示した図である。
【図１７】第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図であり、送光系の光路を示した図である。
【図１８】第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図であり、受光系の光路を示した図である。
【図１９】第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図であり、送光系の光路を示した図である。
【図２０】第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図であり、受光系の光路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態の第１測定システム１００Ａは、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とが共通の光路を有するフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計を適用した一例である。
【００１０】
＜第１測定システム１００Ａの構成＞
まず、第１測定システム１００Ａの送光光学系について、図１〜図６を参照しながら説明する。
＜＜送光光学系の構成＞＞
図１は、第１実施形態の第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図である。図１に示されたように、第１測定システム１００Ａの送光光学系は光源部１１、測定光学系１２及び参照素子１３を備えている。図１において、参照素子１３と平行である面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする。
【００１１】
なお、図１では、測定ビームＬ１のＳＬＤ光源１１１から被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの光路及び基準ビームＬ２のＳＬＤ光源１１１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの光路が示されている。
【００１２】
光源部１１は、スーパールミネッセントダイオード（Super Luminescence Diode：ＳＬＤ）光源１１１（以下はＳＬＤ光源１１１と称する。）、１／２波長板１１２、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４により構成されている。
【００１３】
具体的には、図２及び図３を参照しながら光源部１１について説明する。図２は、光源部１１を示した斜視図である。図３（ａ）は光源部１１を＋Ｙ軸方向から見た側面図であり、図３（ｂ）は光源部１１を＋Ｚ軸方向から見た上面図である。
【００１４】
図２及び図３において、ＳＬＤ光源１１１はたとえば波長帯域が８５０ｎｍ〜９００ｎｍ又は１２５０ｎｍ〜１３００ｎｍなどの広帯域の低コヒーレント光を照射する。ＳＬＤ光源１１１の半値幅は３０ｎｍ以上あることが好ましい。１／２波長板１１２は、入射光線に１／２波長の位相差を生じさせる機能を有する。第１実施形態においては、例えば１／２波長板１１２を光軸に対して回転させて配置することで、１／２波長板１１２がＳＬＤ光源１１１からの直線偏光の照射光をＰ偏光とＳ偏光とに振り分ける。
【００１５】
平凸シリンドリカルレンズ１１３は、図２に示されたように、＋Ｙ側から見ると＋Ｘ軸方向に向かった凸型の曲面であり、その他の面は平面である。したがって、平凸シリンドリカルレンズ１１３は、図３（ａ）に示されたように入射されたビームＬを線Ｓ１で集光することができる。このため、例えば断面が円形のビームＬは、平凸シリンドリカルレンズ１１３を通過すると断面がＺ軸方向に圧縮された楕円状のビームとなって射出される。
【００１６】
平凸シリンドリカルレンズ１１４は、図２に示されたように、＋Ｚ側から見ると＋Ｘ軸方向に向かった凸型の曲面であり、その他の面は平面である。したがって、平凸シリンドリカルレンズ１１４は、平凸シリンドリカルレンズ１１４に入射された楕円状のビームＬを一直線状に集光することができる。すなわち、図３（ｂ）に示されたように入射されたビームＬを線Ｓ１においてＹ軸方向に一直線状に集光することができる。線Ｓ１を含んだＹＺ平面を面Ｈｉとして描いてある。
【００１７】
図１に戻り、測定光学系１２は迂回部２２を有している。迂回部２２について図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は第１実施形態の迂回部２２の拡大図で、図４（ｂ）は別例の第２迂回部３２を示した拡大図である。
【００１８】
図４（ａ）に示された迂回部２２は、２つのブロック状の偏光ビームスプリッタ１２１、１２２と、その偏光ビームスプリッタ１２１、１２２とＺ軸方向で距離ｄを離れて配置された平面ミラー１２３、１２４とを有している。ここで、偏光ビームスプリッタ１２１、１２２は例えばＰ偏光を通過しＳ偏光を反射し、偏光面ＰＭ１１、ＰＭ１２はＸ軸方向に対して４５度傾いている。平面ミラー１２３、１２４もＸ軸方向に対して４５度傾いて配置されている。偏光ビームスプリッタ１２１の偏光面ＰＭ１１と平面ミラー１２３の反射面ＲＭ１１とは距離ｄだけ離れて配置されている。同様に、偏光ビームスプリッタ１２２の偏光面ＰＭ１２と平面ミラー１２４の反射面ＲＭ１２とは距離ｄだけ離れて配置されている。
【００１９】
以下、迂回部２２による迂回路について説明する。説明をしやすくするため、迂回部２２に入射したＰ偏光又はＳ偏光の光軸のみで説明する。まず、偏光ビームスプリッタ１２１の偏光面ＰＭ１１の点Ａ１において、例えば＋Ｘ軸方向に沿って迂回部２２に入射されたＰ偏光は偏光面ＰＭ１１をそのまま通過し、Ｓ偏光は偏光面ＰＭ１１で−Ｚ軸方向に反射する。
【００２０】
偏光面ＰＭ１１を通過したＰ偏光は、点Ｂ１で＋Ｘ軸方向に偏光ビームスプリッタ１２１から射出し、点Ｃ１で偏光ビームスプリッタ１２２に入射される。また偏光ビームスプリッタ１２２の偏光面ＰＭ１２における点Ｄ１をそのまま通過して迂回部２２から射出する。
【００２１】
一方、偏光面ＰＭ１１に反射されたＳ偏光は、点Ｅ１で−Ｚ軸方向に偏光ビームスプリッタ１２１から射出し、平面ミラー１２３の反射面ＲＭ１１における点Ｆ１で再び＋Ｘ軸方向に反射される。平面ミラー１２３の反射面ＲＭ１１に反射されたＳ偏光はまた平面ミラー１２４の反射面ＲＭ１２における点Ｊ１反射されて＋Ｚ軸方向に点Ｋ１で偏光ビームスプリッタ１２２に入射される。偏光ビームスプリッタ１２２に入射されたＳ偏光はその偏光面ＰＭ１２に反射されて迂回部２２に入射するときと同じ方向の＋Ｘ軸方向となって迂回部２２から射出する。
【００２２】
ここで、線分Ｆ１−Ｊ１において、点Ｇ１は点Ｂ１から線分Ｆ１−Ｊ１までの垂直線と線分Ｆ１−Ｊ１との交差点であり、点Ｈ１は点Ｃ１から線分Ｆ１−Ｊ１までの垂直線と線分Ｆ１−Ｊ１との交差点である。
【００２３】
したがって、Ｐ偏光の光路は以下のとおりである。
ガラス中の距離 大気中の距離
Ａ１−Ｂ１＝ｄ２ Ｂ１−Ｃ１
Ｃ１−Ｄ１＝ｄ２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
合計 ２×ｄ２ 合計 Ｂ１−Ｃ１
【００２４】
一方、Ｓ偏光の光路は以下のとおりである。
ガラス中の距離 大気中の距離
Ａ１−Ｅ１＝ｄ３ Ｅ１−Ｆ１＝ｄ１
Ｋ１−Ｄ１＝ｄ３ Ｆ１−Ｇ１＝ｄ２
Ｇ１−Ｈ１
Ｈ１−Ｊ１＝ｄ２
Ｊ１−Ｋ１＝ｄ１
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
合計 ２×ｄ３ 合計 ２×（ｄ１＋ｄ２）、Ｇ１−Ｈ１（＝Ｂ１−Ｃ１）
【００２５】
ここで、ｄ２＝ｄ３より、ガラス中の距離の差は０となり、大気中の距離の差は、２×（ｄ１＋ｄ２）＝２×（ｄ１＋ｄ３）＝２×ｄとなる。したがって、Ｐ偏光に比べて、Ｓ偏光が迂回したことによる光路長は２ｄだけ長くなる。
【００２６】
また、測定光学系１２の迂回部２２は、図４（ｂ）に示されたように第２迂回部３２の構成であってもよい。第２迂回路３２は、１又は２以上のガラスブロックで構成されている。第２迂回路３２はＰ偏光とＳ偏光との一方を通過し他方を反射する偏光面ＰＭ２１、ＰＭ２２を有し、また反射面ＲＭ２１、ＲＭ２２を有している。偏光面ＰＭ２１、ＰＭ２２はＸ軸方向に対して４５度傾いている。反射面ＲＭ２１、ＲＭ２２もＸ軸方向に対して４５度傾いている。偏光面ＰＭ１と反射面ＲＭ２１とは距離ｄだけ離れて配置され、偏向面ＰＭ２２と反射面ＲＭ２２とは距離ｄだけ離れて配置されている。
【００２７】
上述の迂回部２２に対する説明によれば、長さｄ２と長さｄ３は同じであるため、第２迂回部３２において迂回した光路長は線分Ｃ２−Ｄ２、線分Ｄ２−Ｈ２、線分Ｈ２−Ｅ２及び線分Ｅ２−Ｆ２の合計長さとなる。すなわち、迂回した光路長は２倍の（ｄ１＋ｄ２）となる。また、長さ（ｄ１＋ｄ３）を長さｄとすると、迂回した光路長は２ｄとなっている。
【００２８】
再び図１に戻り、迂回部２２の＋Ｘ側にはリレーレンズ１２５、ハーフビームスプリッタ１２６及び走査鏡１２７が順次に配置され、走査鏡１２７の−Ｚ側にはもう１つのリレーレンズ１２８が配置されている。ここで、走査鏡１２７が図示しない駆動部により振動軸Ｏを中心として矢印ＡＲに沿って振動する。また、２つのリレーレンズ１２５、１２８は互いに焦点距離の等しいレンズであればよい。両側テレセントリックとなっている。さらに、走査鏡１２７の振動軸Ｏはリレーレンズ１２５の＋Ｘ側の焦点位置とリレーレンズ１２８の＋Ｚ側の焦点位置とが一致した箇所に配置されている。
【００２９】
参照素子１３は、例えばフィゾー面ＦＭを有しているワイヤグリッドであればよい。ワイヤグリッドは、ビームＬの波長よりも十分小さい間隔で並行に配置されたワイヤー（又は溝）が形成されたガラス板である。ワイヤグリッドは測定ビームＬ１を透過し、基準ビームＬ２を反射することができる。ここで、参照素子１３のフィゾー面ＦＭと測定面Ｈｏとは距離ｄだけ離れている。
【００３０】
＜＜送光光学系の光路の説明＞＞
図１に示されたように、ＳＬＤ光源１１１からのビームＬは１／２波長板１１２によってＰ偏光とＳ偏光とに振り分けられる。そして、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４を通過することによりＹ軸方向に伸びる線Ｓ１に集光される。
【００３１】
Ｐ偏光とＳ偏光とに振り分けられたビームＬは、測定光学系１２の偏光ビームスプリッタ１２１に入射する。すると、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１は偏光ビームスプリッタ１２１、１２２を通過してリレーレンズ１２５に入射する。Ｓ偏光である基準ビームＬ２は、偏光ビームスプリッタ１２１で−Ｚ軸方向に反射される。偏光ビームスプリッタ１２１に反射された基準ビームＬ２は、平面ミラー１２３及び平面ミラー１２４に順次に反射されて偏光ビームスプリッタ１２２に入射する。偏光ビームスプリッタ１２２に入射された基準ビームＬ２は偏光ビームスプリッタ１２２に反射されて測定ビームＬ１と同じ光路となってリレーレンズ１２５に入射する。
【００３２】
基準ビームＬ２は測定ビームＬ１に比べて迂回部２２内で迂回されたので、基準ビームＬ２の迂回部２２内での光路長は、測定ビームＬ１の迂回部２２内での光路長より距離２ｄ程長くなっている。
【００３３】
リレーレンズ１２５を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、ハーフビームスプリッタ１２６を通過し、走査鏡１２７に入射される。測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡１２７の反射によってその軸Ａｘが＋Ｘ軸方向から−Ｚ側に変更される。軸Ａｘが−Ｚ側向きなった測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、リレーレンズ１２８によりその軸Ａｘが−Ｚ軸方向に変更されて参照素子１３に入射する。
【００３４】
ここで、上述のように迂回部２２によって測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は距離２ｄ程の距離差が発生する。このため、測定ビームＬ１は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離ｄ離れた測定面Ｈｏの集光点Ｔ１で集光する。一方、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから＋Ｚ側で距離ｄ離れた基準面Ｈｂの集光点Ｔ２で集光する。図１では、集光点Ｔ１及び集光点Ｔ２で描かれているが、測定ビームＬ１および基準ビームＬ２はＹ軸方向に沿って伸びた一直線状で集光している（図５を参照）。
【００３５】
また、参照素子１３に入射した測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔで反射される。基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。測定ビームＬ１の集光点Ｔ１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの距離ｄと、基準ビームＬ２の集光点Ｔ２から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの距離ｄとが同じである。測定ビームＬ１の被検物体Ｔの集光点Ｔ１にある部分からの反射ビームと、基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭでの反射ビームとは同一の箇所から射出されたようになり、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２との光路長も等しいので、後述するように、低コヒーレント光であっても測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とが干渉する。具体的には、図５および図６を参照しながら説明する。
【００３６】
図５（ａ）は、図１の破線Ａに囲まれた部分の拡大図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図６は、＋Ｚ側から見た被検物体Ｔの測定面Ｈｏの断面図であり、走査鏡１２７による測定ビームＬ１の走査を示した図である。
【００３７】
図５（ａ）に示されたように、測定ビームＬ１は例えば参照素子１３のフィゾー面ＦＭを通過して参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離ｄ離れた集光点Ｔ１（測定面Ｈｏ）で集光する。また、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから＋Ｚ側で距離ｄ離れた集光点Ｔ２で集光した後、参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。
【００３８】
したがって、被検物体Ｔの集光点Ｔ１にある部分で反射された測定ビームＬ１と、参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２とは重なり合い、あたかも、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は集光点Ｔ１から射出されたようになる。
【００３９】
また、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２を＋Ｘ軸方向から見ると、図５（ｂ）に示されたとおりである。つまり、測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔで反射され、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射されている。
【００４０】
さらに図６に示されたように、第１測定システム１００Ａは走査鏡１２７を振動させることで、測定面Ｈｏにおいて被検物体ＴをＸ軸方向でより幅広く測定することができる。
【００４１】
例えば、一直線状の測定ビームＬ１が測定位置Ｐ１（ｘ＝ｘ０）を照射すると、測定位置Ｐ１の被検物体Ｔの高さ（Ｚ軸方向）を測定することができる。また、測定ビームＬ１が走査鏡１２７の振動によって測定位置Ｐ２（ｘ＝＋ｘ１）を照射すると、測定位置Ｐ１の被検物体Ｔの高さを測定することができる。すなわち、測定ビームＬ１は走査鏡１２７を振動させることで、測定位置Ｐ２（ｘ＝＋ｘ１）から測定位置Ｐ３（ｘ＝−ｘ１）までの領域を測定することができる。
【００４２】
＜＜受光光学系の構成＞＞
次に、第１測定システム１００Ａの受光光学系について、図７を参照しながら説明する。
図７は、図１で示した第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図であり、測定ビームＬ１の被検物体Ｔの測定面Ｈｏから検出部２４までの光路及び基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭから検出部２４までの光路を示した図である。
【００４３】
図７に示されたように、ハーフビームスプリッタ１２６の＋Ｚ側にリレーレンズ１６をさらに有している。そのリレーレンズ１６の＋Ｚ軸方向の焦点位置である点Ｓ２には迷光を除去するようにスリット孔が形成されたスリット板１７が設けられている。ここで、点Ｓ２を含んだＸＹ平面を面Ｈｅとする。また、スリット板１７の＋Ｚ側には焦点位置をスリット板１７の位置（点Ｓ２）に合わせたリレーレンズ１８が配置されている。
【００４４】
また、リレーレンズ１８の＋Ｚ軸方向には偏光子１９及び分光素子２０が順次に設けられている。ここで、偏光子１９はＰ偏光とＳ偏光の中から共通の偏光成分を透過させるものである。分光素子２０は例えば干渉されたビームのスペクトルに応じた角度に回折させる反射型の回折光学素子などであればよい。また、分光素子２０の−Ｘ側には結像レンズ２１が配置され、その結像レンズ２１の−Ｘ側の焦点位置には検出部２４が配置されている。ここで、検出部２４としては例えばＩｎＧａＡｓイメージセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサを２次元に配列したものである。
【００４５】
＜＜受光光学系の光路＞＞
図７に示されたように、被検物体Ｔで反射された測定ビームＬ１及び参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２は、同一の箇所から射出されたように再び測定光学系１２のリレーレンズ１２８に入射する。リレーレンズ１２８を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡１２７に反射されてハーフビームスプリッタ１２６に入射する。そして、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はハーフビームスプリッタ１２６に反射されて＋Ｚ軸方向に沿って射出する。
【００４６】
ハーフビームスプリッタ１２６を射出した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は偏光子１９に入射する。偏光子１９では、Ｐ偏光である測定ビームＬ１及びＳ偏光である基準ビームＬ２の中から共通の偏光成分を透過させる。測定ビームＬ１の面Ｈｉから偏光子１９までの光路長と、基準ビームＬ２の面Ｈｉから偏光子１９までの光路長とが揃っているため、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とは、低コヒーレント光であっても互いに干渉する。
【００４７】
干渉された測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はリレーレンズ１６によって集光され、スリット板１７のスリット孔の位置（面Ｈｅ）でＹ軸方向に伸びた一直線状となる。また、スリット板１７により測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２に含まれた迷光が除去される。
【００４８】
ここで、迂回部２２を備えることにより、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とのどちらの光路に対しても、面Ｈｉと面Ｈｅとは共役関係となり、且つ、両者の光路長は等しいので両者とも面Ｈｅで集光することができる。面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係については、図８及び図９を参照しながら詳しく説明する。
【００４９】
スリット板１７によって迷光が除去された干渉ビームＩＬは、広帯域（たとえば３０ｎｍ以上）であり、回折光学素子などの分光素子２０によって、波長に応じた角度に分光される。
【００５０】
波長に応じて分光された干渉ビームＩＬは、結像レンズ２１を通過して検出部２４に入射されて結像する。検出部２４は分光素子２０でスペクトルに分光された干渉ビームＩＬをそれぞれに検出する。
【００５１】
以下、面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係に関するリレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８及びリレーレンズ１６による投影光学系について詳しく説明する。
まず、図１に戻り、干渉及び迷光の除去のためには面Ｈｉの点Ｓ１（線Ｓ１を示す）から集光点Ｔ１を経てスリット板１７にいたる測定ビームＬ１に沿った光路長と、面Ｈｉの点Ｓ１から集光点Ｔ２を経てスリット板１７にいたる基準ビームＬ２に沿った光路長とは等しくすることが必要である。
【００５２】
リレーレンズ１２８から集光点Ｔ１までの測定ビームＬ１に沿った光路長と、リレーレンズ１２８から集光点Ｔ２までの基準ビームＬ２に沿った光路長とを比較すると前者が２ｄだけ長い。このため、迂回部２２によってＳ偏光の基準ビームＬ２に対して２ｄだけ余計な光路長を加える（図４（ａ）を参照）ことで、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２における面Ｈｉの点Ｓ１と集光点Ｔ１および集光点Ｔ２とが共役となり、面Ｈｉの点Ｓ１から集光点Ｔ１および集光点Ｔ２までの光路長を揃える。
【００５３】
また、図１及び図７において集光点Ｔ１からスリット板１７（面Ｈｅ）までの光路長と、集光点Ｔ２からスリット板１７（面Ｈｅ）までの光路長は等しい。
【００５４】
さらに、干渉縞の明瞭なコントラストを得るためには、測定ビームＬ１の集光点Ｔ１とスリット板１７（面Ｈｅ）とが共役であり、かつ基準ビームＬ２の集光点Ｔ２とスリット板１７（面Ｈｅ）とが共役であることが望ましい。
【００５５】
共役関係はリレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８とから構成されるリレー光学系、又はリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６とから構成されるリレー光学系によって実現される。但し、任意のｄの値で上述の同一光路長条件と共役関係を成立させるためには、リレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８の焦点距離を等しい正の値に備えることが望ましい。また、リレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８をそれぞれ薄肉レンズで表現したとき、リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８と、及びリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６との配列間隔がそれらの焦点距離の２倍になるようにすることが必要がある。以下、理由ついて図８及び図９を参照しながら説明する。
【００５６】
図８では、簡単のために薄肉レンズ７００を一例として、リレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８について説明する。図８に示された焦点距離ｆの薄肉レンズ７００については、以下の数式（１）のニュートン式が成立する。
ｘ＊x’=f2 … （１）
【００５７】
なお、ｘの符号は物点Ｏｂが焦点Ｆより左側にあるときが正とし、ｘ’の符号は像点Ｉが焦点Ｆ’より右側にあるときを正とする。
【００５８】
次に、図９でも簡単のために薄肉レンズで考えることにし、焦点距離ｆの薄肉レンズ７０１と焦点距離ｆの薄肉レンズ７０２とを間隔２ｆで配列する。薄肉レンズ７０１について数式（２）のニュートン式が成立する。
x1＊x1’=f2 … （２）
【００５９】
薄肉レンズ７０２について数式（３）のニュートン式が成立する。
x2＊x2’=f2 … （３）
【００６０】
ここで、物点Ｏｂが薄肉レンズ７０１の左側焦点Ｆ１から左側にある場合、図示しないが物点Ｏｂの薄肉レンズ７０１による中間像は焦点Ｆ１’の右側にできるので、図示しないがｘ１’の符号は、数式（４）を満たす。
x1’＞0 … （４）
【００６１】
また、図示しないがｘ２については、数式（５）が成立する。
x1’=−x2 … （５）
【００６２】
したがって、数式（５）を数式（３）に代入して数式（２）と比較すれば、数式（６）が得られる。
x1=−x2’ … （６）
【００６３】
すなわち、物点Ｏｂと薄肉レンズ７０１及び薄肉レンズ７０２によって形成された像点Ｉとの間隔は、物点Ｏｂの位置にかかわらず恒等的に４ｆとなる。
【００６４】
次に、物点Ｏｂと像点Ｉ間の投影倍率Ｍは、数式（７）のとおりである。
【数１】
… （７）
すなわち、物点Ｏｂの位置にかかわらず恒等的に１倍となる。
【００６５】
また、物体−像投影光束の主光線が焦点Ｆ１’または焦点Ｆ２を通過するものとすれば、物点Ｏｂから薄肉レンズ７０１へ入射する主光線群は当然すべて光軸に平行となり、薄肉レンズ７０２から像点Ｉへ向かう主光線群もすべて光軸に平行となる。すなわち、両テレセントリックになる。
【００６６】
ここで、図１に示された送光光学系に上述の関係をあてはめると、薄肉レンズ７０１がリレーレンズ１２５に相当し、薄肉レンズ７０２がリレーレンズ１２８に相当することになる。
【００６７】
それぞれの焦点距離は等しい正の値に設定されており、図１においてリレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８とを薄肉レンズで表現したときのレンズ間隔は、リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８との間に配置されたハーフプリズム１２６中の光路の長さを空気換算して、等価的に前記焦点距離の２倍に設定されている。物点Ｏｂは点Ｓ１に相当し、像点Ｉは集光点Ｔ１または集光点Ｔ２に相当する。
【００６８】
測定ビームＬ１の光路長についての図９におけるｘ１相当光路長と、基準ビームＬ２の光路長についての同じくｘ１相当光路長の差が、図４（ａ）の迂回部２２によって発生した迂回距離２ｄに相当し、同様に測定ビームＬ１の光路長についてのｘ２’と基準ビームＬ２の光路長についてのｘ２’の差が、図１の集光点Ｔ１と集光点Ｔ２間の光路差２ｄに相当する。すなわち、点Ｓ１から集光点Ｔ１までの光路長と点Ｓ１から集光点Ｔ２までの光路長は常に等しくなる。投影倍率は迂回光路長によらず常に１倍を維持する。
【００６９】
図９使って説明した通り、点Ｓ１を通過する光束がテレセントリックならばリレーレンズ１２８から射出される光束もテレセントリックである。図３に示すように、点Ｓ１を含む面Ｈｉに向かって線状に集光するビームＬが、ＸＹ平面内では平行光束になるようにすれば、いずれの主光線も軸Ａｘに対して平行になるので、リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８とによって形成される投影光学系、又はリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６とは両テレセントリックになる。リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８との共通焦点位置、又はリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６との共通焦点位置、あるいはそれに共役な位置に開口絞りを設置することでも両テレセントリックになることは言うまでもない。
【００７０】
したがって、走査鏡１２７は反射面と振動軸Ｏがリレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８の共通焦点を含むように設置する。このため、走査鏡１２７の振動軸Ｏ周り角度が変化しても、光束主光線はリレーレンズ１２８の焦点を通過するのでリレーレンズ１２８光軸に平行なままであり、リレーレンズ１２８から被検物体Ｔおよび参照素子１３へ向かう光束のテレセントリック性は保持される。
【００７１】
＜第１測定システム１００Ａの電動ステージ１５＞
第１測定システム１００Ａは被検物体Ｔを載置するテーブル１４を有している。テーブル１４は、そのテーブル１４を矢印ＡＲ１に示されたようにＺ軸方向に沿って駆動できる電動ステージ１５を有している。また、参照素子１３とテーブル１４との相対距離を検出する距離センサ装置ＥＸをさらに備えている。
【００７２】
＜第１測定システム１００Ａの演算部２３＞
第１測定システム１００Ａの演算部２３は、検出部２４が干渉信号としてのスペクトルを検出した結果に基づいて、被検物体Ｔの三次元形状を演算する。演算部２３は、図７に示されたように変換部２３１と、距離組み合わせ部２３２とにより構成されている。
【００７３】
変換部２３１は、検出されたスペクトルの干渉信号に対して一次元フーリエ変換をすることにより、被検物体ＴのＺ軸方向の位置を演算する。距離組み合わせ部２３２は、被検物体Ｔを載置したテーブル１４が電動ステージ１５によりＺ軸方向で移動された場合、変換部２３１で変換された凹凸の距離と距離センサ装置ＥＸで検出されたテーブル１４の移動距離とを組み合わせる。具体的には、図１０〜図１４を参照しながら説明する。
【００７４】
図１０は、ＳＬＤ光源１１１の波長と強度との関係を示したグラフである。図１１は、第１測定システム１００Ａが測定するＺ軸方向の範囲を示した拡大図である。ここで、測定する範囲は、測定ビームＬ１が例えば図６で示した測定位置Ｐ１（ｘ＝ｘ０）にある際に、測定する範囲である。
【００７５】
図１０に示されたように、ＳＬＤ光源１１１は波長範囲がλ０〜λ３であり、その波長と強度との関係グラフは一般に山型となる。また、波長λ１及び波長λ２は、波長範囲λ０〜λ３に属されている。図１１は、図９に示されたようなＳＬＤ光源１１１で被検物体Ｔを照射する際の拡大図である。
【００７６】
図１１において、第１測定システム１００ＡのＺ軸方向での測定範囲は、測定面Ｈｏから−Ｚ軸方向で微小距離△Ｚ離れている面Ｈ１までである。測定面Ｈｏから面Ｈ１までの微小距離△Ｚは、分光素子２０、結像レンズ２１、検出部２４から構成される分光系の波長分解能によって変化するが、たとえば広くても数ｍｍ程度である。
【００７７】
図１２は、測定ビームＬ１の測定点Ｔ２１又は測定点Ｔ２２での波長に対する強度分布との関係を示したグラフである。図１２に示されたように波長と強度分布との関係は正弦波形に近い形状である。また、全体が山形になっているのは、図１０に示されたＳＬＤ光源１１１自体の波長スペクトルを反映しているからである。さらに、検出部２４は波長と強度分布の関係を検出する。
【００７８】
検出部２４は、干渉ビームＩＬを検出すると、図１２のグラフに示されたような強度分布を検出する。そして、変換部２３１（図７を参照）が得られたスペクトルについて一次元フーリエ変換をすることで、被検物体ＴのＺ軸方向の高さを求めることができる。
【００７９】
したがって、変換部２３１がスペクトルを複数の測定点（Ｔ２１、Ｔ２２を含むＹ軸方向の点）毎に一次元フーリエ変換をすることで、図１３に示されたような微小距離△Ｚの範囲内のＹ軸方向（ｘ＝ｘ０）における測定結果が得られる。微小距離△Ｚの範囲は、分光素子２０、結像レンズ２１、検出部２４から構成される分光系の波長分解能によって変化するが、たとえば広くても数ｍｍ程度である。被検物体Ｔが高さ（Ｚ軸方向）が微小距離△Ｚの範囲以上である場合には、被検物体Ｔの高さが計測できない。図１３では被検物体Ｔの一部の高さしか測定できていない。そこで、電動ステージ１５により被検物体Ｔを載置しているテーブル１４をＺ軸方向で微小距離△Ｚより小さい距離を移動させる。この移動距離は距離センサ装置ＥＸで検出される。テーブル１４が移動した状態で検出部２４が干渉ビームＩＬを検出する。距離組み合わせ部２３２（図７を参照）は、変換部２３１で変換された微小な凹凸情報と距離センサ装置ＥＸで検出された距離とに基づいて、図１４に示されたようなＹＺ平面での被検物体Ｔの全体グラフを求めることができる。
【００８０】
図１０から図１４では、Ｙ軸方向に伸びる測定ビームＬ１が測定位置Ｐ１（ｘ＝ｘ０）のあるときのみを説明したが、走査鏡１２７で測定ビームＬ１が測定位置Ｐ２（ｘ＝＋ｘ１）から測定位置Ｐ３（ｘ＝−ｘ１）まで走査されることで、第１測定システム１００Ａは被検物体ＴのＸ軸方向の高さも求める。
【００８１】
＜ＸＹ平面での広領域測定＞
図１５は、破線Ｃに囲まれた光源部１１、測定光学系１２が参照素子１３のＸＹ平面に対して平行に移動することを示した図である。図１６は、被検物体ＴのＸＹ平面での広い領域に対する測定範囲を示した図である。
【００８２】
被検物体ＴがＸＹ平面に大きい場合、走査鏡１２７及びリレーレンズ１２８で測定ビームＬ１を走査する範囲を超えることがある。このような場合には、光源部１１、測定光学系１２を一体的に参照素子１３のＸＹ平面に対して平行に移動させることが好ましい。図１５で示される第１測定システム１００Ａは、光源部１１及び測定光学系１２を矢印ＡＲ２に示されるＸ軸方向に移動させ又は矢印ＡＲ３に示されるＸ軸方向に移動させる平面移動部２５を有している。平面移動部２５は、たとえばリニアガイドおよびステッピングモータなどを備えた平面駆動ステージである。
【００８３】
また、第１測定システム１００Ａの演算部２３は、平面組み合わせ部２３３をさらに有している。平面組み合わせ部２３３は、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２がＸＹ平面で移動された場合、平面移動部２５が移動させた距離を組み合わせて、ＸＹ平面に大きな被検物体Ｔの形状を組み合わせる。
【００８４】
第１測定システム１００Ａにおいて、平面移動部２５により光源部１１及び測定光学系１２など、をＸＹ平面に沿って移動させることで、測定ビームＬ１及び測定ビームＬ２の走査範囲も移動する。したがって、第１測定システム１００ＡのＸＹ平面での測定範囲をより広くすることができる。図１５に示されたように参照素子１３は例えば電動ステージ１５の底面などに固定され、参照素子１３と被検物体ＴのＸＹ平面との相対位置は変わらない。
【００８５】
例えば、図１６では矩形の大きな面積の被検物体Ｔｍが示される。また、走査鏡１２７（図１５）が測定ビームＬ１を走査することで、第１測定システム１００Ａは図１６に示された矩形の測定領域ＤＡを測定する。
【００８６】
平面移動部２５が測定光学系１２などをＸＹ平面に沿って移動させると（図１５を参照）、被検物体Ｔｍの全体形状を測定することができる。具体的には、測定領域ＤＡが矢印ＡＲ２に沿って移動すると、第１測定システム１００Ａは測定領域ＤＡ１を測定することができる。同様に測定領域ＤＡが矢印ＡＲ２に沿って移動して被検物体Ｔｍの端まで測定すると、測定領域ＤＡ１が矢印ＡＲ３に沿ってさらに移動する。すると、第１測定システム１００Ａは測定領域ＤＡ２を測定することができる。そして。平面組み合わせ部２３３は測定領域ＤＡ、ＤＡ１、・・・・ＤＡ２・・・に対応する測定データを重ね合わせることで、被検物体Ｔｍ全体を測定することができる。
【００８７】
（第２実施形態）
＜第２測定システム１００Ｂの送光光学系＞
まず、第２測定システム１００Ｂの送光光学系について、図１７を参照しながら説明する。ここで、第１実施形態と同じ構成要件については、同じ符号を付けて説明する。
＜＜送光光学系の構成＞＞
図１７は、第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図である。図１７は、測定ビームＬ１のＳＬＤ光源１１１から被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの光路及び基準ビームＬ２のＳＬＤ光源１１１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの光路を示している。
【００８８】
図１７に示されたように、第２測定システム１００Ｂの送光光学系は、光源部１１、測定光学系４２及び参照素子１３を備えている。特に測定光学系４２が第１実施形態と異なるため、その構成について説明する。
【００８９】
測定光学系４２は、ハーフビームスプリッタ４２１と、互いに焦点距離の等しい２つのリレーレンズ４２２、４２３と、走査鏡４２４とを含んでいる。ここで、走査鏡４２４が図示しない駆動部により振動軸Ｏを中心として矢印ＡＲに沿って振動することにより、ＸＺ平面において走査鏡４２４に入射されたビームを偏向することができる。
【００９０】
＜＜送光光学系の光路＞＞
図１７に示されたように、ＳＬＤ光源１１１からのビームＬは１／２波長板１１２によってＰ偏光とＳ偏光とに振り分けられる。そして、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４を通過することによりＸＺ平面で点Ｓ３（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に集光される。このとき点Ｓ３を含んだＹＺ平面を面Ｈｉとする。
【００９１】
Ｐ偏光とＳ偏光とに振り分けられたビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、ハーフビームスプリッタ４２１を通過してリレーレンズ４２２に入射される。そして、ビームＬはリレーレンズ４２２により集光されて走査鏡４２４に入射し、走査鏡４２４で軸Ａｘが−Ｚ側に向かったビームＬとなって反射される。
【００９２】
測定光学系４２を射出したビームＬは、その−Ｚ側に設けられた参照素子１３に入射される。このとき、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔに入射し、Ｓ偏光である基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。
【００９３】
また、被検物体Ｔに入射された測定ビームＬ１は、参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離ｄ離れている被検物体ＴのＸＺ平面の集光点Ｔ１（Ｙ軸方向に沿って伸びている一直線）で集光する。このため、測定ビームＬ１の光路長は基準ビームＬ２の光路長より距離ｄだけ長く形成されている。
【００９４】
＜第２測定システム１００Ｂの受光光学系＞
次に、第２測定システム１００Ｂの受光光学系について、図１８を参照しながら説明する。
＜＜受光光学系の構成＞＞
図１８は、第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図である。図１８は、測定ビームＬ１の被検物体Ｔの測定面Ｈｏから検出部２４までの光路及び基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭから検出部２４までの光路を示している。
【００９５】
図１８に示されたように、測定光学系４２は迂回部５２をさらに有している。図１８において、迂回路５２は２つの偏光ビームスプリッタ４２５、４２６と、その偏光ビームスプリッタ４２５、４２６からＸ軸方向に距離ｄ離れて配置された平面ミラー４２７、４２８とをそれぞれ有している。ここで、偏光ビームスプリッタ４２５、４２６は例えばＰ偏光を通過し、Ｓ偏光を反射するものである。また、測定光学系４２の迂回部５２は第１実施形態の図４に示されたようなブロックで一体に構成された第２迂回部３２の形状となってもよい。
【００９６】
図１８に示されたように、第２測定システム１００Ｂは測定光学系４２の迂回部５２の＋Ｚ側のリレーレンズ４２２の焦点位置である点Ｓ４（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に迷光を除去するようにスリット板１７が設けられている。
【００９７】
＜＜受光光学系の光路＞＞
図１８に示されたように、被検物体Ｔで反射された測定ビームＬ１はリレーレンズ４２３に入射する。また参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２もリレーレンズ４２３に入射する。したがって、測定ビームＬ１の光路長は、参照素子１３から測定面Ｈｏまでの往復の距離２ｄだけ基準ビームＬ２の光路長より長くなる。リレーレンズ４２２を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はハーフビームスプリッタ４２１により＋Ｚ側に反射されて迂回部５２に入射する。
【００９８】
測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、迂回部５２の偏光ビームスプリッタ４２５に入射し、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１は偏光ビームスプリッタ４２５を通過する。Ｓ偏光である基準ビームＬ２は偏光ビームスプリッタ４２５で−Ｘ軸方向に反射される。偏光ビームスプリッタ４２５に反射された基準ビームＬ２は、平面ミラー４２７及び平面ミラー４２８に順次に反射されて＋Ｘ軸方向に向かって偏光ビームスプリッタ４２６に入射する。偏光ビームスプリッタ４２６に入射された基準ビームＬ２は偏光ビームスプリッタ４２６に反射されて偏光ビームスプリッタ４２６を通過した測定ビームＬ１と同じ方向、すなわち＋Ｚ軸方向に沿って迂回部５２を射出する。迂回部５２を射出した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はリレーレンズ４２２の焦点位置である点Ｓ４で集光される。
【００９９】
ここで、基準ビームＬ２が迂回部５２内で距離２ｄだけ迂回したので、その光路長は迂回部５２内で測定ビームＬ１の光路長より距離２ｄだけ長く形成されている（図４（ａ）を参照）。このため、上述の送光光学系及び受光光学系に対する説明から分かれるように、迂回部５２を備えることにより、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とのどちらの光路に対しても、面Ｈｉと面Ｈｅとは共役関係となり、且つ、両者の光路長は等しい。
【０１００】
（第３実施形態）
＜第３測定システム１００Ｃの送光光学系＞
まず、第３測定システム１００Ｃの送光光学系について、図１９を参照しながら説明する。ここで、第１実施形態と同じ構成要件については、同じ符号を付けている。
＜＜送光光学系の構成＞＞
図１９は、第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図である。図１９は、測定ビームＬ１のＳＬＤ光源１１１から被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの光路及び基準ビームＬ２のＳＬＤ光源１１１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの光路を示している。
【０１０１】
図１９に示されたように、第３測定システム１００Ｃの送光光学系は、光源部１１、測定光学系６２及び参照素子１３を備えている。第３実施形態において参照素子１３のフィゾー面ＦＭから測定面Ｈｏまでの距離は２ｄとなっている点が、第１実施形態または第２実施形態と特に異なる。
【０１０２】
測定光学系６２は、迂回部７２と、互いに焦点距離の等しい２つのリレーレンズ６２５、６２７と、走査鏡６２６とを含んでいる。図１９において、迂回路７２はハーフビームスプリッタ６２１と、偏光ビームスプリッタ６２２と、そのハーフビームスプリッタ６２１及び偏光ビームスプリッタ６２２とＺ軸方向で距離ｄを離れて配置された平面ミラー６２３、６２４とをそれぞれ有している。ここで、偏光ビームスプリッタ６２２は例えばＰ偏光を通過し、Ｓ偏光を反射するものである。また、測定光学系６２の迂回部７２は第１実施形態の図４に示されたように一体に形成されてもよい。
【０１０３】
迂回部７２の＋Ｘ側には、リレーレンズ６２５及び走査鏡６２６が順次に配置されている。走査鏡６２６の−Ｚ側にはもう１つのリレーレンズ６２７が配置されている。ここで、走査鏡６２６が図示しない駆動部により振動軸Ｏを中心として矢印ＡＲに沿って振動することにより、ＸＺ平面において走査鏡６２６に入射されたビームを偏向する。
【０１０４】
さらに、走査鏡６２６はリレーレンズ６２７の＋Ｚ側の焦点面に配置され、リレーレンズ６２７の−Ｚ側の焦点面が第３測定システム１００Ｃの測定面Ｈｏとなる。
【０１０５】
＜＜送光光学系の光路＞＞
図１９に示されたように、ＳＬＤ光源１１１からのビームＬは１／２波長板１１２によってＰ偏光とＳ偏光とに振り分けられる。そして、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４を通過することによりＸＺ平面で点Ｓ５（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に集光される。点Ｓ５を含んだＹＺ平面を面Ｈｉとする。
【０１０６】
Ｐ偏光とＳ偏光とに振り分けられたビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、測定光学系６２のハーフビームスプリッタ６２１に入射し、ビームＬの一部がハーフビームスプリッタ６２１を通過し、ビームＬの残りがハーフビームスプリッタ６２１で−Ｚ側に反射される。
【０１０７】
ハーフビームスプリッタ６２１を通過して偏光ビームスプリッタ６２２に入射したビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、その中に含まれたＰ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ６２２を通過して＋Ｘ軸方向に向かう測定ビームＬ１となる。Ｓ偏光成分は＋Ｚ方向に反射され不図示の光吸収体で吸収される。一方、ハーフビームスプリッタ６２１に反射されたビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、平面ミラー６２３及び平面ミラー６２４に順次に反射されて＋Ｚ軸方向に向かって偏光ビームスプリッタ６２２に入射する。−Ｚ側から偏光ビームスプリッタ６２２に入射されたビームＬは、その中に含まれたＳ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ６２２に反射されて＋Ｘ軸方向に向かう基準ビームＬ２となる。Ｐ偏光成分は＋Ｚ方向に通過して不図示の光吸収体で吸収される。
【０１０８】
ここで、基準ビームＬ２は迂回部７２内で迂回されたので、基準ビームＬ２の迂回部７２内での光路長は、測定ビームＬ１の迂回部７２内での光路長より距離２ｄだけ長くなっている。
【０１０９】
リレーレンズ６２５を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡６２６に入射する。測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡６２６の反射によってその軸Ａｘが＋Ｘ軸方向から−Ｚ側に変更される。軸Ａｘが−Ｚ側向きなった測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、リレーレンズ６２７によりその軸Ａｘが−Ｚ軸方向に変更されて参照素子１３に入射する。
【０１１０】
ここで、上述のように迂回部７２によって測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は２ｄだけの光路長差がある。このため、測定ビームＬ１は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離２ｄ離れた測定面Ｈｏの集光点Ｔ１（Ｙ軸方向に沿って伸びている一直線）で集光し、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭの集光点Ｔ２（Ｙ軸方向に沿って伸びている一直線）で集光する。また、参照素子１３に入射した測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔで反射され、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。
【０１１１】
＜第３測定システム１００Ｃの受光光学系＞
次に、第３測定システム１００Ｃの受光光学系について、図２０を参照しながら説明する。
＜＜受光光学系の構成＞＞
図２０は、第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図である。図２０は、測定ビームＬ１の被検物体Ｔの測定面Ｈｏから検出部２４までの光路及び基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭから検出部２４までの光路を示している。
【０１１２】
図２０に示されたように、第３測定システム１００Ｃは測定光学系６２のハーフビームスプリッタ６２１の＋Ｚ側のリレーレンズ６２５の焦点位置である点Ｓ６（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に迷光を除去するようにスリット板１７が設けられている。点Ｓ６を含んだＸＹ平面を面Ｈｅとする。また、スリット板１７の＋Ｚ側には焦点位置をスリット板１７の位置に合わせたリレーレンズ１８が配置されている。
【０１１３】
＜＜受光光学系の光路＞＞
図２０に示されたように、被検物体Ｔで反射された測定ビームＬ１及び参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２は、再び測定光学系６２のリレーレンズ６２７に入射する。ここで、参照素子１３のフィゾー面ＦＭから被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの距離は２ｄであるため、上述の送光光学系の迂回路を合わせて、測定ビームＬ１は基準ビームＬ２より２ｄだけ長い光路長である。また、リレーレンズ６２７を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡６２６で−Ｘ側に反射されて再び迂回部７２に入射する。
【０１１４】
迂回部７２に入射したＰ偏光である測定ビームＬ１は、偏光ビームスプリッタ６２２をそのまま通過してハーフビームスプリッタ６２１に入射する。一方、迂回部７２に入射したＳ偏光である基準ビームＬ２は、偏光ビームスプリッタ６２２に反射され、平面ミラー６２４及び平面ミラー６２３に順次に反射されて＋Ｚ軸方向に向かってハーフビームスプリッタ６２１に入射する。そして、ハーフビームスプリッタ６２１で反射された測定ビームＬ１とハーフビームスプリッタ６２１を通過した基準ビームＬ２は＋Ｚ方向に沿って迂回部７２を射出する。迂回部７２に入射するまでは、測定ビームＬ１は基準ビームＬ２より光路長が２ｄだけ長かったが、迂回部７２から射出する際には、基準ビームＬ２の光路長と測定ビームＬ１の光路長とが揃っている（図４（ａ）を参照）。
【０１１５】
迂回部７２を射出した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、偏光子１９に入射する。偏光子１９では、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１及びＳ偏光である基準ビームＬ２の中から共通の偏光成分を透過させる。
【０１１６】
その後、リレーレンズ６２５の焦点位置（面Ｈｅ）に設けられたスリット板１７でＹ軸方向に伸びた一直状となる。また、スリット板１７により測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２に含まれた迷光が除去される。
【０１１７】
迂回部７２を備えることにより、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とのどちらの光路に対しても、面Ｈｉと面Ｈｅとは共役関係となり、且つ、両者の光路長は等しい。
【０１１８】
偏光子１９により干渉された干渉ビームＩＬは回折光学素子などの分光素子２０によって、スペクトルに応じた角度に分光される。
【０１１９】
スペクトルに応じて分光された干渉ビームＩＬは、結像レンズ２１を通過して検出部２４に入射されて結像する。検出部２４は分光素子２０でスペクトルに分光された干渉ビームＩＬをそれぞれに検出する。
【０１２０】
また、第３実施形態においても、偏光子１９による測定ビームＬ１と基準ビームＬ２との干渉、その干渉ビームを分光素子２０で分光することなどは、第１実施形態と同じである。
【０１２１】
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更を加えて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１ … 光源部
１２、４２、６２ … 測定光学系
１３ … 参照素子
１４ … テーブル
１５ … 電動ステージ
１６、１８、１２５、１２８、４２２、４２３、６２５、６２７ … リレーレンズ
１７ … スリット板
１９ … 偏光子
２０ … 分光素子
２１ … 結像レンズ
２２、３２、５２、７２ … 迂回部
２３ … 演算部
２４ … 検出部
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ … 測定システム
１１１ … ＳＬＤ光源
１１２ … １／２波長板
１１３、１１４ … 平凸シリンドリカルレンズ
１２１、１２２、４２５、４２６、６２２ … 偏光ビームスプリッタ
１２３、１２４、４２７、４２８、６２３、６２４ … 平面ミラー
１２６、４２１、６２１ … ハーフビームスプリッタ
１２７、４２４、６２６ … 走査鏡
２３１ … 変換部
２３２ … 距離組み合わせ部
２３３ … 平面組み合わせ部
Ａｘ … 軸
ＦＭ … フィゾー面
Ｌ１ … 測定ビーム
Ｌ２ … 基準ビーム
Ｔ … 被検物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物体の三次元表面形状を測定する測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定システムとして、光コヒーレンストモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＯＣＴ）装置が広く使用されている。特許文献１では、低コヒーレンス干渉において共通の光路を有する（コモンパスな）干渉計は困難であることを示唆している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０３８５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、被検体を参照ガラスに直接載置することによって、共通の光路を有する（コモンパス型の）干渉計を実現している。これにより、振動には非常に強くなっているが、細胞などの試料にしか有効ではない。特許文献１に記載された干渉計では非接触での計測ができず、奥行きのある被検体の形状計測も不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、被検体と非接触で被検体の立体形状を測定することができるコモンパス型の測定システムを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の第１態様は、被検物体の凹凸を測定するための測定システムである。この測定システムは、被検物体の凹凸を測定するための測定ビームと測定ビームに対して基準となる基準ビームとを出射する光源部と、被検物体に隣接して配置され、基準ビームを反射させ測定ビームを被検物体へ透過させる平板状の参照素子と、被検物体で反射された測定ビームと参照素子で反射された基準ビームとが干渉した干渉ビームを各波長に分光する分光素子と、分光素子で分光された各波長の強度を検出する検出部と、光源部から被検物体および分光素子を介して検出部に至る測定ビームの光路長と、光源部から参照素子および分光素子を介して検出部に至る基準ビームの光路長とを揃える迂回路を有する測定光学系とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の測定システムは、被検体と非接触で被検体の立体形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図であり、送光系の光路を示した図である。
【図２】光源部１１を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は、光源部１１を＋Ｙ軸方向から見た側面図である。 （ｂ）は、光源部１１を＋Ｚ軸方向から見た上面図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態の迂回部２２の拡大図である。 （ｂ）は、別例の第２迂回部３２を示した拡大図である。
【図５】（ａ）は、図１の破線Ａに囲まれた部分の拡大図である。 （ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図６】＋Ｚ側から見た被検物体Ｔの測定面Ｈｏの断面図であり、走査鏡１２７による測定ビームＬ１の走査を示した図である。
【図７】第１実施形態の第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図であり、受光系の光路を示した図である。
【図８】面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係を説明するための図である。
【図９】面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係を説明するための別の図である。
【図１０】ＳＬＤ光源１１１の波長と強度との関係を示したグラフである。
【図１１】第１測定システム１００Ａが測定するＺ軸方向の範囲を示した図である。
【図１２】測定ビームＬ１の波長と強度との関係を示したグラフである。
【図１３】スペクトルを一次元フーリエ変換することで得られた被検物体Ｔの一次元（Ｙ軸方向）の測定結果を示したグラフである。
【図１４】電動ステージ１５で被検物体ＴをＺ軸方向に移動させ、その移動毎に被検物体Ｔの一次元の測定結果を組み合わせたグラフである。
【図１５】光源部１１、測定光学系１２が参照素子１３のＸＹ平面に対して移動することを示した図である。
【図１６】ＸＹ平面での広い領域に対する測定範囲を示した図である。
【図１７】第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図であり、送光系の光路を示した図である。
【図１８】第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図であり、受光系の光路を示した図である。
【図１９】第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図であり、送光系の光路を示した図である。
【図２０】第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図であり、受光系の光路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態の第１測定システム１００Ａは、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とが共通の光路を有するフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計を適用した一例である。
【００１０】
＜第１測定システム１００Ａの構成＞
まず、第１測定システム１００Ａの送光光学系について、図１〜図６を参照しながら説明する。
＜＜送光光学系の構成＞＞
図１は、第１実施形態の第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図である。図１に示されたように、第１測定システム１００Ａの送光光学系は光源部１１、測定光学系１２及び参照素子１３を備えている。図１において、参照素子１３と平行である面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とする。
【００１１】
なお、図１では、測定ビームＬ１のＳＬＤ光源１１１から被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの光路及び基準ビームＬ２のＳＬＤ光源１１１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの光路が示されている。
【００１２】
光源部１１は、スーパールミネッセントダイオード（Super Luminescence Diode：ＳＬＤ）光源１１１（以下はＳＬＤ光源１１１と称する。）、１／２波長板１１２、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４により構成されている。
【００１３】
具体的には、図２及び図３を参照しながら光源部１１について説明する。図２は、光源部１１を示した斜視図である。図３（ａ）は光源部１１を＋Ｙ軸方向から見た側面図であり、図３（ｂ）は光源部１１を＋Ｚ軸方向から見た上面図である。
【００１４】
図２及び図３において、ＳＬＤ光源１１１はたとえば波長帯域が８５０ｎｍ〜９００ｎｍ又は１２５０ｎｍ〜１３００ｎｍなどの広帯域の低コヒーレント光を照射する。ＳＬＤ光源１１１の半値幅は３０ｎｍ以上あることが好ましい。１／２波長板１１２は、入射光線に１／２波長の位相差を生じさせる機能を有する。第１実施形態においては、例えば１／２波長板１１２を光軸に対して回転させて配置することで、１／２波長板１１２がＳＬＤ光源１１１からの直線偏光の照射光をＰ偏光とＳ偏光とに振り分ける。
【００１５】
平凸シリンドリカルレンズ１１３は、図２に示されたように、＋Ｙ側から見ると＋Ｘ軸方向に向かった凸型の曲面であり、その他の面は平面である。したがって、平凸シリンドリカルレンズ１１３は、図３（ａ）に示されたように入射されたビームＬを線Ｓ１で集光することができる。このため、例えば断面が円形のビームＬは、平凸シリンドリカルレンズ１１３を通過すると断面がＺ軸方向に圧縮された楕円状のビームとなって射出される。
【００１６】
平凸シリンドリカルレンズ１１４は、図２に示されたように、＋Ｚ側から見ると＋Ｘ軸方向に向かった凸型の曲面であり、その他の面は平面である。したがって、平凸シリンドリカルレンズ１１４は、平凸シリンドリカルレンズ１１４に入射された楕円状のビームＬを一直線状に集光することができる。すなわち、図３（ｂ）に示されたように入射されたビームＬを線Ｓ１においてＹ軸方向に一直線状に集光することができる。線Ｓ１を含んだＹＺ平面を面Ｈｉとして描いてある。
【００１７】
図１に戻り、測定光学系１２は迂回部２２を有している。迂回部２２について図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は第１実施形態の迂回部２２の拡大図で、図４（ｂ）は別例の第２迂回部３２を示した拡大図である。
【００１８】
図４（ａ）に示された迂回部２２は、２つのブロック状の偏光ビームスプリッタ１２１、１２２と、その偏光ビームスプリッタ１２１、１２２とＺ軸方向で距離ｄを離れて配置された平面ミラー１２３、１２４とを有している。ここで、偏光ビームスプリッタ１２１、１２２は例えばＰ偏光を通過しＳ偏光を反射し、偏光面ＰＭ１１、ＰＭ１２はＸ軸方向に対して４５度傾いている。平面ミラー１２３、１２４もＸ軸方向に対して４５度傾いて配置されている。偏光ビームスプリッタ１２１の偏光面ＰＭ１１と平面ミラー１２３の反射面ＲＭ１１とは距離ｄだけ離れて配置されている。同様に、偏光ビームスプリッタ１２２の偏光面ＰＭ１２と平面ミラー１２４の反射面ＲＭ１２とは距離ｄだけ離れて配置されている。
【００１９】
以下、迂回部２２による迂回路について説明する。説明をしやすくするため、迂回部２２に入射したＰ偏光又はＳ偏光の光軸のみで説明する。まず、偏光ビームスプリッタ１２１の偏光面ＰＭ１１の点Ａ１において、例えば＋Ｘ軸方向に沿って迂回部２２に入射されたＰ偏光は偏光面ＰＭ１１をそのまま通過し、Ｓ偏光は偏光面ＰＭ１１で−Ｚ軸方向に反射する。
【００２０】
偏光面ＰＭ１１を通過したＰ偏光は、点Ｂ１で＋Ｘ軸方向に偏光ビームスプリッタ１２１から射出し、点Ｃ１で偏光ビームスプリッタ１２２に入射される。また偏光ビームスプリッタ１２２の偏光面ＰＭ１２における点Ｄ１をそのまま通過して迂回部２２から射出する。
【００２１】
一方、偏光面ＰＭ１１に反射されたＳ偏光は、点Ｅ１で−Ｚ軸方向に偏光ビームスプリッタ１２１から射出し、平面ミラー１２３の反射面ＲＭ１１における点Ｆ１で再び＋Ｘ軸方向に反射される。平面ミラー１２３の反射面ＲＭ１１に反射されたＳ偏光はまた平面ミラー１２４の反射面ＲＭ１２における点Ｊ１反射されて＋Ｚ軸方向に点Ｋ１で偏光ビームスプリッタ１２２に入射される。偏光ビームスプリッタ１２２に入射されたＳ偏光はその偏光面ＰＭ１２に反射されて迂回部２２に入射するときと同じ方向の＋Ｘ軸方向となって迂回部２２から射出する。
【００２２】
ここで、線分Ｆ１−Ｊ１において、点Ｇ１は点Ｂ１から線分Ｆ１−Ｊ１までの垂直線と線分Ｆ１−Ｊ１との交差点であり、点Ｈ１は点Ｃ１から線分Ｆ１−Ｊ１までの垂直線と線分Ｆ１−Ｊ１との交差点である。
【００２３】
したがって、Ｐ偏光の光路は以下のとおりである。
ガラス中の距離 大気中の距離
Ａ１−Ｂ１＝ｄ２ Ｂ１−Ｃ１
Ｃ１−Ｄ１＝ｄ２
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
合計 ２×ｄ２ 合計 Ｂ１−Ｃ１
【００２４】
一方、Ｓ偏光の光路は以下のとおりである。
ガラス中の距離 大気中の距離
Ａ１−Ｅ１＝ｄ３ Ｅ１−Ｆ１＝ｄ１
Ｋ１−Ｄ１＝ｄ３ Ｆ１−Ｇ１＝ｄ２
Ｇ１−Ｈ１
Ｈ１−Ｊ１＝ｄ２
Ｊ１−Ｋ１＝ｄ１
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
合計 ２×ｄ３ 合計 ２×（ｄ１＋ｄ２）、Ｇ１−Ｈ１（＝Ｂ１−Ｃ１）
【００２５】
ここで、ｄ２＝ｄ３より、ガラス中の距離の差は０となり、大気中の距離の差は、２×（ｄ１＋ｄ２）＝２×（ｄ１＋ｄ３）＝２×ｄとなる。したがって、Ｐ偏光に比べて、Ｓ偏光が迂回したことによる光路長は２ｄだけ長くなる。
【００２６】
また、測定光学系１２の迂回部２２は、図４（ｂ）に示されたように第２迂回部３２の構成であってもよい。第２迂回路３２は、１又は２以上のガラスブロックで構成されている。第２迂回路３２はＰ偏光とＳ偏光との一方を通過し他方を反射する偏光面ＰＭ２１、ＰＭ２２を有し、また反射面ＲＭ２１、ＲＭ２２を有している。偏光面ＰＭ２１、ＰＭ２２はＸ軸方向に対して４５度傾いている。反射面ＲＭ２１、ＲＭ２２もＸ軸方向に対して４５度傾いている。偏光面ＰＭ１と反射面ＲＭ２１とは距離ｄだけ離れて配置され、偏向面ＰＭ２２と反射面ＲＭ２２とは距離ｄだけ離れて配置されている。
【００２７】
上述の迂回部２２に対する説明によれば、長さｄ２と長さｄ３は同じであるため、第２迂回部３２において迂回した光路長は線分Ｃ２−Ｄ２、線分Ｄ２−Ｈ２、線分Ｈ２−Ｅ２及び線分Ｅ２−Ｆ２の合計長さとなる。すなわち、迂回した光路長は２倍の（ｄ１＋ｄ２）となる。また、長さ（ｄ１＋ｄ３）を長さｄとすると、迂回した光路長は２ｄとなっている。
【００２８】
再び図１に戻り、迂回部２２の＋Ｘ側にはリレーレンズ１２５、ハーフビームスプリッタ１２６及び走査鏡１２７が順次に配置され、走査鏡１２７の−Ｚ側にはもう１つのリレーレンズ１２８が配置されている。ここで、走査鏡１２７が図示しない駆動部により振動軸Ｏを中心として矢印ＡＲに沿って振動する。また、２つのリレーレンズ１２５、１２８は互いに焦点距離の等しいレンズであればよい。両側テレセントリックとなっている。さらに、走査鏡１２７の振動軸Ｏはリレーレンズ１２５の＋Ｘ側の焦点位置とリレーレンズ１２８の＋Ｚ側の焦点位置とが一致した箇所に配置されている。
【００２９】
参照素子１３は、例えばフィゾー面ＦＭを有しているワイヤグリッドであればよい。ワイヤグリッドは、ビームＬの波長よりも十分小さい間隔で並行に配置されたワイヤー（又は溝）が形成されたガラス板である。ワイヤグリッドは測定ビームＬ１を透過し、基準ビームＬ２を反射することができる。ここで、参照素子１３のフィゾー面ＦＭと測定面Ｈｏとは距離ｄだけ離れている。
【００３０】
＜＜送光光学系の光路の説明＞＞
図１に示されたように、ＳＬＤ光源１１１からのビームＬは１／２波長板１１２によってＰ偏光とＳ偏光とに振り分けられる。そして、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４を通過することによりＹ軸方向に伸びる線Ｓ１に集光される。
【００３１】
Ｐ偏光とＳ偏光とに振り分けられたビームＬは、測定光学系１２の偏光ビームスプリッタ１２１に入射する。すると、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１は偏光ビームスプリッタ１２１、１２２を通過してリレーレンズ１２５に入射する。Ｓ偏光である基準ビームＬ２は、偏光ビームスプリッタ１２１で−Ｚ軸方向に反射される。偏光ビームスプリッタ１２１に反射された基準ビームＬ２は、平面ミラー１２３及び平面ミラー１２４に順次に反射されて偏光ビームスプリッタ１２２に入射する。偏光ビームスプリッタ１２２に入射された基準ビームＬ２は偏光ビームスプリッタ１２２に反射されて測定ビームＬ１と同じ光路となってリレーレンズ１２５に入射する。
【００３２】
基準ビームＬ２は測定ビームＬ１に比べて迂回部２２内で迂回されたので、基準ビームＬ２の迂回部２２内での光路長は、測定ビームＬ１の迂回部２２内での光路長より距離２ｄ程長くなっている。
【００３３】
リレーレンズ１２５を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、ハーフビームスプリッタ１２６を通過し、走査鏡１２７に入射される。測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡１２７の反射によってその軸Ａｘが＋Ｘ軸方向から−Ｚ側に変更される。軸Ａｘが−Ｚ側向きなった測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、リレーレンズ１２８によりその軸Ａｘが−Ｚ軸方向に変更されて参照素子１３に入射する。
【００３４】
ここで、上述のように迂回部２２によって測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は距離２ｄ程の距離差が発生する。このため、測定ビームＬ１は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離ｄ離れた測定面Ｈｏの集光点Ｔ１で集光する。一方、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから＋Ｚ側で距離ｄ離れた基準面Ｈｂの集光点Ｔ２で集光する。図１では、集光点Ｔ１及び集光点Ｔ２で描かれているが、測定ビームＬ１および基準ビームＬ２はＹ軸方向に沿って伸びた一直線状で集光している（図５を参照）。
【００３５】
また、参照素子１３に入射した測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔで反射される。基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。測定ビームＬ１の集光点Ｔ１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの距離ｄと、基準ビームＬ２の集光点Ｔ２から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの距離ｄとが同じである。測定ビームＬ１の被検物体Ｔの集光点Ｔ１にある部分からの反射ビームと、基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭでの反射ビームとは同一の箇所から射出されたようになり、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２との光路長も等しいので、後述するように、低コヒーレント光であっても測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とが干渉する。具体的には、図５および図６を参照しながら説明する。
【００３６】
図５（ａ）は、図１の破線Ａに囲まれた部分の拡大図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図６は、＋Ｚ側から見た被検物体Ｔの測定面Ｈｏの断面図であり、走査鏡１２７による測定ビームＬ１の走査を示した図である。
【００３７】
図５（ａ）に示されたように、測定ビームＬ１は例えば参照素子１３のフィゾー面ＦＭを通過して参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離ｄ離れた集光点Ｔ１（測定面Ｈｏ）で集光する。また、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから＋Ｚ側で距離ｄ離れた集光点Ｔ２で集光した後、参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。
【００３８】
したがって、被検物体Ｔの集光点Ｔ１にある部分で反射された測定ビームＬ１と、参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２とは重なり合い、あたかも、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は集光点Ｔ１から射出されたようになる。
【００３９】
また、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２を＋Ｘ軸方向から見ると、図５（ｂ）に示されたとおりである。つまり、測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔで反射され、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射されている。
【００４０】
さらに図６に示されたように、第１測定システム１００Ａは走査鏡１２７を振動させることで、測定面Ｈｏにおいて被検物体ＴをＸ軸方向でより幅広く測定することができる。
【００４１】
例えば、一直線状の測定ビームＬ１が測定位置Ｐ１（ｘ＝ｘ０）を照射すると、測定位置Ｐ１の被検物体Ｔの高さ（Ｚ軸方向）を測定することができる。また、測定ビームＬ１が走査鏡１２７の振動によって測定位置Ｐ２（ｘ＝＋ｘ１）を照射すると、測定位置Ｐ１の被検物体Ｔの高さを測定することができる。すなわち、測定ビームＬ１は走査鏡１２７を振動させることで、測定位置Ｐ２（ｘ＝＋ｘ１）から測定位置Ｐ３（ｘ＝−ｘ１）までの領域を測定することができる。
【００４２】
＜＜受光光学系の構成＞＞
次に、第１測定システム１００Ａの受光光学系について、図７を参照しながら説明する。
図７は、図１で示した第１測定システム１００Ａの全体構成を示した図であり、測定ビームＬ１の被検物体Ｔの測定面Ｈｏから検出部２４までの光路及び基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭから検出部２４までの光路を示した図である。
【００４３】
図７に示されたように、ハーフビームスプリッタ１２６の＋Ｚ側にリレーレンズ１６をさらに有している。そのリレーレンズ１６の＋Ｚ軸方向の焦点位置である点Ｓ２には迷光を除去するようにスリット孔が形成されたスリット板１７が設けられている。ここで、点Ｓ２を含んだＸＹ平面を面Ｈｅとする。また、スリット板１７の＋Ｚ側には焦点位置をスリット板１７の位置（点Ｓ２）に合わせたリレーレンズ１８が配置されている。
【００４４】
また、リレーレンズ１８の＋Ｚ軸方向には偏光子１９及び分光素子２０が順次に設けられている。ここで、偏光子１９はＰ偏光とＳ偏光の中から共通の偏光成分を透過させるものである。分光素子２０は例えば干渉されたビームのスペクトルに応じた角度に回折させる反射型の回折光学素子などであればよい。また、分光素子２０の−Ｘ側には結像レンズ２１が配置され、その結像レンズ２１の−Ｘ側の焦点位置には検出部２４が配置されている。ここで、検出部２４としては例えばＩｎＧａＡｓイメージセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサを２次元に配列したものである。
【００４５】
＜＜受光光学系の光路＞＞
図７に示されたように、被検物体Ｔで反射された測定ビームＬ１及び参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２は、同一の箇所から射出されたように再び測定光学系１２のリレーレンズ１２８に入射する。リレーレンズ１２８を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡１２７に反射されてハーフビームスプリッタ１２６に入射する。そして、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はハーフビームスプリッタ１２６に反射されて＋Ｚ軸方向に沿って射出する。
【００４６】
ハーフビームスプリッタ１２６を射出した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は偏光子１９に入射する。偏光子１９では、Ｐ偏光である測定ビームＬ１及びＳ偏光である基準ビームＬ２の中から共通の偏光成分を透過させる。測定ビームＬ１の面Ｈｉから偏光子１９までの光路長と、基準ビームＬ２の面Ｈｉから偏光子１９までの光路長とが揃っているため、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とは、低コヒーレント光であっても互いに干渉する。
【００４７】
干渉された測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はリレーレンズ１６によって集光され、スリット板１７のスリット孔の位置（面Ｈｅ）でＹ軸方向に伸びた一直線状となる。また、スリット板１７により測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２に含まれた迷光が除去される。
【００４８】
ここで、迂回部２２を備えることにより、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とのどちらの光路に対しても、面Ｈｉと面Ｈｅとは共役関係となり、且つ、両者の光路長は等しいので両者とも面Ｈｅで集光することができる。面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係については、図８及び図９を参照しながら詳しく説明する。
【００４９】
スリット板１７によって迷光が除去された干渉ビームＩＬは、広帯域（たとえば３０ｎｍ以上）であり、回折光学素子などの分光素子２０によって、波長に応じた角度に分光される。
【００５０】
波長に応じて分光された干渉ビームＩＬは、結像レンズ２１を通過して検出部２４に入射されて結像する。検出部２４は分光素子２０でスペクトルに分光された干渉ビームＩＬをそれぞれに検出する。
【００５１】
以下、面Ｈｉと面Ｈｅとの共役関係に関するリレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８及びリレーレンズ１６による投影光学系について詳しく説明する。
まず、図１に戻り、干渉及び迷光の除去のためには面Ｈｉの点Ｓ１（線Ｓ１を示す）から集光点Ｔ１を経てスリット板１７にいたる測定ビームＬ１に沿った光路長と、面Ｈｉの点Ｓ１から集光点Ｔ２を経てスリット板１７にいたる基準ビームＬ２に沿った光路長とは等しくすることが必要である。
【００５２】
リレーレンズ１２８から集光点Ｔ１までの測定ビームＬ１に沿った光路長と、リレーレンズ１２８から集光点Ｔ２までの基準ビームＬ２に沿った光路長とを比較すると前者が２ｄだけ長い。このため、迂回部２２によってＳ偏光の基準ビームＬ２に対して２ｄだけ余計な光路長を加える（図４（ａ）を参照）ことで、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２における面Ｈｉの点Ｓ１と集光点Ｔ１および集光点Ｔ２とが共役となり、面Ｈｉの点Ｓ１から集光点Ｔ１および集光点Ｔ２までの光路長を揃える。
【００５３】
また、図１及び図７において集光点Ｔ１からスリット板１７（面Ｈｅ）までの光路長と、集光点Ｔ２からスリット板１７（面Ｈｅ）までの光路長は等しい。
【００５４】
さらに、干渉縞の明瞭なコントラストを得るためには、測定ビームＬ１の集光点Ｔ１とスリット板１７（面Ｈｅ）とが共役であり、かつ基準ビームＬ２の集光点Ｔ２とスリット板１７（面Ｈｅ）とが共役であることが望ましい。
【００５５】
共役関係はリレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８とから構成されるリレー光学系、又はリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６とから構成されるリレー光学系によって実現される。但し、任意のｄの値で上述の同一光路長条件と共役関係を成立させるためには、リレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８の焦点距離を等しい正の値に備えることが望ましい。また、リレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８をそれぞれ薄肉レンズで表現したとき、リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８と、及びリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６との配列間隔がそれらの焦点距離の２倍になるようにすることが必要がある。以下、理由ついて図８及び図９を参照しながら説明する。
【００５６】
図８では、簡単のために薄肉レンズ７００を一例として、リレーレンズ１２５、リレーレンズ１２８について説明する。図８に示された焦点距離ｆの薄肉レンズ７００については、以下の数式（１）のニュートン式が成立する。
ｘ＊x’=f2 … （１）
【００５７】
なお、ｘの符号は物点Ｏｂが焦点Ｆより左側にあるときが正とし、ｘ’の符号は像点Ｉが焦点Ｆ’より右側にあるときを正とする。
【００５８】
次に、図９でも簡単のために薄肉レンズで考えることにし、焦点距離ｆの薄肉レンズ７０１と焦点距離ｆの薄肉レンズ７０２とを間隔２ｆで配列する。薄肉レンズ７０１について数式（２）のニュートン式が成立する。
x1＊x1’=f2 … （２）
【００５９】
薄肉レンズ７０２について数式（３）のニュートン式が成立する。
x2＊x2’=f2 … （３）
【００６０】
ここで、物点Ｏｂが薄肉レンズ７０１の左側焦点Ｆ１から左側にある場合、図示しないが物点Ｏｂの薄肉レンズ７０１による中間像は焦点Ｆ１’の右側にできるので、図示しないがｘ１’の符号は、数式（４）を満たす。
x1’＞0 … （４）
【００６１】
また、図示しないがｘ２については、数式（５）が成立する。
x1’=−x2 … （５）
【００６２】
したがって、数式（５）を数式（３）に代入して数式（２）と比較すれば、数式（６）が得られる。
x1=−x2’ … （６）
【００６３】
すなわち、物点Ｏｂと薄肉レンズ７０１及び薄肉レンズ７０２によって形成された像点Ｉとの間隔は、物点Ｏｂの位置にかかわらず恒等的に４ｆとなる。
【００６４】
次に、物点Ｏｂと像点Ｉ間の投影倍率Ｍは、数式（７）のとおりである。
【数１】
… （７）
すなわち、物点Ｏｂの位置にかかわらず恒等的に１倍となる。
【００６５】
また、物体−像投影光束の主光線が焦点Ｆ１’または焦点Ｆ２を通過するものとすれば、物点Ｏｂから薄肉レンズ７０１へ入射する主光線群は当然すべて光軸に平行となり、薄肉レンズ７０２から像点Ｉへ向かう主光線群もすべて光軸に平行となる。すなわち、両テレセントリックになる。
【００６６】
ここで、図１に示された送光光学系に上述の関係をあてはめると、薄肉レンズ７０１がリレーレンズ１２５に相当し、薄肉レンズ７０２がリレーレンズ１２８に相当することになる。
【００６７】
それぞれの焦点距離は等しい正の値に設定されており、図１においてリレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８とを薄肉レンズで表現したときのレンズ間隔は、リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８との間に配置されたハーフプリズム１２６中の光路の長さを空気換算して、等価的に前記焦点距離の２倍に設定されている。物点Ｏｂは点Ｓ１に相当し、像点Ｉは集光点Ｔ１または集光点Ｔ２に相当する。
【００６８】
測定ビームＬ１の光路長についての図９におけるｘ１相当光路長と、基準ビームＬ２の光路長についての同じくｘ１相当光路長の差が、図４（ａ）の迂回部２２によって発生した迂回距離２ｄに相当し、同様に測定ビームＬ１の光路長についてのｘ２’と基準ビームＬ２の光路長についてのｘ２’の差が、図１の集光点Ｔ１と集光点Ｔ２間の光路差２ｄに相当する。すなわち、点Ｓ１から集光点Ｔ１までの光路長と点Ｓ１から集光点Ｔ２までの光路長は常に等しくなる。投影倍率は迂回光路長によらず常に１倍を維持する。
【００６９】
図９使って説明した通り、点Ｓ１を通過する光束がテレセントリックならばリレーレンズ１２８から射出される光束もテレセントリックである。図３に示すように、点Ｓ１を含む面Ｈｉに向かって線状に集光するビームＬが、ＸＹ平面内では平行光束になるようにすれば、いずれの主光線も軸Ａｘに対して平行になるので、リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８とによって形成される投影光学系、又はリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６とは両テレセントリックになる。リレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８との共通焦点位置、又はリレーレンズ１２８とリレーレンズ１６との共通焦点位置、あるいはそれに共役な位置に開口絞りを設置することでも両テレセントリックになることは言うまでもない。
【００７０】
したがって、走査鏡１２７は反射面と振動軸Ｏがリレーレンズ１２５とリレーレンズ１２８の共通焦点を含むように設置する。このため、走査鏡１２７の振動軸Ｏ周り角度が変化しても、光束主光線はリレーレンズ１２８の焦点を通過するのでリレーレンズ１２８光軸に平行なままであり、リレーレンズ１２８から被検物体Ｔおよび参照素子１３へ向かう光束のテレセントリック性は保持される。
【００７１】
＜第１測定システム１００Ａの電動ステージ１５＞
第１測定システム１００Ａは被検物体Ｔを載置するテーブル１４を有している。テーブル１４は、そのテーブル１４を矢印ＡＲ１に示されたようにＺ軸方向に沿って駆動できる電動ステージ１５を有している。また、参照素子１３とテーブル１４との相対距離を検出する距離センサ装置ＥＸをさらに備えている。
【００７２】
＜第１測定システム１００Ａの演算部２３＞
第１測定システム１００Ａの演算部２３は、検出部２４が干渉信号としてのスペクトルを検出した結果に基づいて、被検物体Ｔの三次元形状を演算する。演算部２３は、図７に示されたように変換部２３１と、距離組み合わせ部２３２とにより構成されている。
【００７３】
変換部２３１は、検出されたスペクトルの干渉信号に対して一次元フーリエ変換をすることにより、被検物体ＴのＺ軸方向の位置を演算する。距離組み合わせ部２３２は、被検物体Ｔを載置したテーブル１４が電動ステージ１５によりＺ軸方向で移動された場合、変換部２３１で変換された凹凸の距離と距離センサ装置ＥＸで検出されたテーブル１４の移動距離とを組み合わせる。具体的には、図１０〜図１４を参照しながら説明する。
【００７４】
図１０は、ＳＬＤ光源１１１の波長と強度との関係を示したグラフである。図１１は、第１測定システム１００Ａが測定するＺ軸方向の範囲を示した拡大図である。ここで、測定する範囲は、測定ビームＬ１が例えば図６で示した測定位置Ｐ１（ｘ＝ｘ０）にある際に、測定する範囲である。
【００７５】
図１０に示されたように、ＳＬＤ光源１１１は波長範囲がλ０〜λ３であり、その波長と強度との関係グラフは一般に山型となる。また、波長λ１及び波長λ２は、波長範囲λ０〜λ３に属されている。図１１は、図９に示されたようなＳＬＤ光源１１１で被検物体Ｔを照射する際の拡大図である。
【００７６】
図１１において、第１測定システム１００ＡのＺ軸方向での測定範囲は、測定面Ｈｏから−Ｚ軸方向で微小距離△Ｚ離れている面Ｈ１までである。測定面Ｈｏから面Ｈ１までの微小距離△Ｚは、分光素子２０、結像レンズ２１、検出部２４から構成される分光系の波長分解能によって変化するが、たとえば広くても数ｍｍ程度である。
【００７７】
図１２は、測定ビームＬ１の測定点Ｔ２１又は測定点Ｔ２２での波長に対する強度分布との関係を示したグラフである。図１２に示されたように波長と強度分布との関係は正弦波形に近い形状である。また、全体が山形になっているのは、図１０に示されたＳＬＤ光源１１１自体の波長スペクトルを反映しているからである。さらに、検出部２４は波長と強度分布の関係を検出する。
【００７８】
検出部２４は、干渉ビームＩＬを検出すると、図１２のグラフに示されたような強度分布を検出する。そして、変換部２３１（図７を参照）が得られたスペクトルについて一次元フーリエ変換をすることで、被検物体ＴのＺ軸方向の高さを求めることができる。
【００７９】
したがって、変換部２３１がスペクトルを複数の測定点（Ｔ２１、Ｔ２２を含むＹ軸方向の点）毎に一次元フーリエ変換をすることで、図１３に示されたような微小距離△Ｚの範囲内のＹ軸方向（ｘ＝ｘ０）における測定結果が得られる。微小距離△Ｚの範囲は、分光素子２０、結像レンズ２１、検出部２４から構成される分光系の波長分解能によって変化するが、たとえば広くても数ｍｍ程度である。被検物体Ｔが高さ（Ｚ軸方向）が微小距離△Ｚの範囲以上である場合には、被検物体Ｔの高さが計測できない。図１３では被検物体Ｔの一部の高さしか測定できていない。そこで、電動ステージ１５により被検物体Ｔを載置しているテーブル１４をＺ軸方向で微小距離△Ｚより小さい距離を移動させる。この移動距離は距離センサ装置ＥＸで検出される。テーブル１４が移動した状態で検出部２４が干渉ビームＩＬを検出する。距離組み合わせ部２３２（図７を参照）は、変換部２３１で変換された微小な凹凸情報と距離センサ装置ＥＸで検出された距離とに基づいて、図１４に示されたようなＹＺ平面での被検物体Ｔの全体グラフを求めることができる。
【００８０】
図１０から図１４では、Ｙ軸方向に伸びる測定ビームＬ１が測定位置Ｐ１（ｘ＝ｘ０）のあるときのみを説明したが、走査鏡１２７で測定ビームＬ１が測定位置Ｐ２（ｘ＝＋ｘ１）から測定位置Ｐ３（ｘ＝−ｘ１）まで走査されることで、第１測定システム１００Ａは被検物体ＴのＸ軸方向の高さも求める。
【００８１】
＜ＸＹ平面での広領域測定＞
図１５は、破線Ｃに囲まれた光源部１１、測定光学系１２が参照素子１３のＸＹ平面に対して平行に移動することを示した図である。図１６は、被検物体ＴのＸＹ平面での広い領域に対する測定範囲を示した図である。
【００８２】
被検物体ＴがＸＹ平面に大きい場合、走査鏡１２７及びリレーレンズ１２８で測定ビームＬ１を走査する範囲を超えることがある。このような場合には、光源部１１、測定光学系１２を一体的に参照素子１３のＸＹ平面に対して平行に移動させることが好ましい。図１５で示される第１測定システム１００Ａは、光源部１１及び測定光学系１２を矢印ＡＲ２に示されるＸ軸方向に移動させ又は矢印ＡＲ３に示されるＸ軸方向に移動させる平面移動部２５を有している。平面移動部２５は、たとえばリニアガイドおよびステッピングモータなどを備えた平面駆動ステージである。
【００８３】
また、第１測定システム１００Ａの演算部２３は、平面組み合わせ部２３３をさらに有している。平面組み合わせ部２３３は、測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２がＸＹ平面で移動された場合、平面移動部２５が移動させた距離を組み合わせて、ＸＹ平面に大きな被検物体Ｔの形状を組み合わせる。
【００８４】
第１測定システム１００Ａにおいて、平面移動部２５により光源部１１及び測定光学系１２など、をＸＹ平面に沿って移動させることで、測定ビームＬ１及び測定ビームＬ２の走査範囲も移動する。したがって、第１測定システム１００ＡのＸＹ平面での測定範囲をより広くすることができる。図１５に示されたように参照素子１３は例えば電動ステージ１５の底面などに固定され、参照素子１３と被検物体ＴのＸＹ平面との相対位置は変わらない。
【００８５】
例えば、図１６では矩形の大きな面積の被検物体Ｔｍが示される。また、走査鏡１２７（図１５）が測定ビームＬ１を走査することで、第１測定システム１００Ａは図１６に示された矩形の測定領域ＤＡを測定する。
【００８６】
平面移動部２５が測定光学系１２などをＸＹ平面に沿って移動させると（図１５を参照）、被検物体Ｔｍの全体形状を測定することができる。具体的には、測定領域ＤＡが矢印ＡＲ２に沿って移動すると、第１測定システム１００Ａは測定領域ＤＡ１を測定することができる。同様に測定領域ＤＡが矢印ＡＲ２に沿って移動して被検物体Ｔｍの端まで測定すると、測定領域ＤＡ１が矢印ＡＲ３に沿ってさらに移動する。すると、第１測定システム１００Ａは測定領域ＤＡ２を測定することができる。そして。平面組み合わせ部２３３は測定領域ＤＡ、ＤＡ１、・・・・ＤＡ２・・・に対応する測定データを重ね合わせることで、被検物体Ｔｍ全体を測定することができる。
【００８７】
（第２実施形態）
＜第２測定システム１００Ｂの送光光学系＞
まず、第２測定システム１００Ｂの送光光学系について、図１７を参照しながら説明する。ここで、第１実施形態と同じ構成要件については、同じ符号を付けて説明する。
＜＜送光光学系の構成＞＞
図１７は、第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図である。図１７は、測定ビームＬ１のＳＬＤ光源１１１から被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの光路及び基準ビームＬ２のＳＬＤ光源１１１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの光路を示している。
【００８８】
図１７に示されたように、第２測定システム１００Ｂの送光光学系は、光源部１１、測定光学系４２及び参照素子１３を備えている。特に測定光学系４２が第１実施形態と異なるため、その構成について説明する。
【００８９】
測定光学系４２は、ハーフビームスプリッタ４２１と、互いに焦点距離の等しい２つのリレーレンズ４２２、４２３と、走査鏡４２４とを含んでいる。ここで、走査鏡４２４が図示しない駆動部により振動軸Ｏを中心として矢印ＡＲに沿って振動することにより、ＸＺ平面において走査鏡４２４に入射されたビームを偏向することができる。
【００９０】
＜＜送光光学系の光路＞＞
図１７に示されたように、ＳＬＤ光源１１１からのビームＬは１／２波長板１１２によってＰ偏光とＳ偏光とに振り分けられる。そして、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４を通過することによりＸＺ平面で点Ｓ３（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に集光される。このとき点Ｓ３を含んだＹＺ平面を面Ｈｉとする。
【００９１】
Ｐ偏光とＳ偏光とに振り分けられたビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、ハーフビームスプリッタ４２１を通過してリレーレンズ４２２に入射される。そして、ビームＬはリレーレンズ４２２により集光されて走査鏡４２４に入射し、走査鏡４２４で軸Ａｘが−Ｚ側に向かったビームＬとなって反射される。
【００９２】
測定光学系４２を射出したビームＬは、その−Ｚ側に設けられた参照素子１３に入射される。このとき、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔに入射し、Ｓ偏光である基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。
【００９３】
また、被検物体Ｔに入射された測定ビームＬ１は、参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離ｄ離れている被検物体ＴのＸＺ平面の集光点Ｔ１（Ｙ軸方向に沿って伸びている一直線）で集光する。このため、測定ビームＬ１の光路長は基準ビームＬ２の光路長より距離ｄだけ長く形成されている。
【００９４】
＜第２測定システム１００Ｂの受光光学系＞
次に、第２測定システム１００Ｂの受光光学系について、図１８を参照しながら説明する。
＜＜受光光学系の構成＞＞
図１８は、第２実施形態の第２測定システム１００Ｂの全体構成を示した図である。図１８は、測定ビームＬ１の被検物体Ｔの測定面Ｈｏから検出部２４までの光路及び基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭから検出部２４までの光路を示している。
【００９５】
図１８に示されたように、測定光学系４２は迂回部５２をさらに有している。図１８において、迂回路５２は２つの偏光ビームスプリッタ４２５、４２６と、その偏光ビームスプリッタ４２５、４２６からＸ軸方向に距離ｄ離れて配置された平面ミラー４２７、４２８とをそれぞれ有している。ここで、偏光ビームスプリッタ４２５、４２６は例えばＰ偏光を通過し、Ｓ偏光を反射するものである。また、測定光学系４２の迂回部５２は第１実施形態の図４に示されたようなブロックで一体に構成された第２迂回部３２の形状となってもよい。
【００９６】
図１８に示されたように、第２測定システム１００Ｂは測定光学系４２の迂回部５２の＋Ｚ側のリレーレンズ４２２の焦点位置である点Ｓ４（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に迷光を除去するようにスリット板１７が設けられている。
【００９７】
＜＜受光光学系の光路＞＞
図１８に示されたように、被検物体Ｔで反射された測定ビームＬ１はリレーレンズ４２３に入射する。また参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２もリレーレンズ４２３に入射する。したがって、測定ビームＬ１の光路長は、参照素子１３から測定面Ｈｏまでの往復の距離２ｄだけ基準ビームＬ２の光路長より長くなる。リレーレンズ４２２を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はハーフビームスプリッタ４２１により＋Ｚ側に反射されて迂回部５２に入射する。
【００９８】
測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、迂回部５２の偏光ビームスプリッタ４２５に入射し、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１は偏光ビームスプリッタ４２５を通過する。Ｓ偏光である基準ビームＬ２は偏光ビームスプリッタ４２５で−Ｘ軸方向に反射される。偏光ビームスプリッタ４２５に反射された基準ビームＬ２は、平面ミラー４２７及び平面ミラー４２８に順次に反射されて＋Ｘ軸方向に向かって偏光ビームスプリッタ４２６に入射する。偏光ビームスプリッタ４２６に入射された基準ビームＬ２は偏光ビームスプリッタ４２６に反射されて偏光ビームスプリッタ４２６を通過した測定ビームＬ１と同じ方向、すなわち＋Ｚ軸方向に沿って迂回部５２を射出する。迂回部５２を射出した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２はリレーレンズ４２２の焦点位置である点Ｓ４で集光される。
【００９９】
ここで、基準ビームＬ２が迂回部５２内で距離２ｄだけ迂回したので、その光路長は迂回部５２内で測定ビームＬ１の光路長より距離２ｄだけ長く形成されている（図４（ａ）を参照）。このため、上述の送光光学系及び受光光学系に対する説明から分かれるように、迂回部５２を備えることにより、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とのどちらの光路に対しても、面Ｈｉと面Ｈｅとは共役関係となり、且つ、両者の光路長は等しい。
【０１００】
（第３実施形態）
＜第３測定システム１００Ｃの送光光学系＞
まず、第３測定システム１００Ｃの送光光学系について、図１９を参照しながら説明する。ここで、第１実施形態と同じ構成要件については、同じ符号を付けている。
＜＜送光光学系の構成＞＞
図１９は、第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図である。図１９は、測定ビームＬ１のＳＬＤ光源１１１から被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの光路及び基準ビームＬ２のＳＬＤ光源１１１から参照素子１３のフィゾー面ＦＭまでの光路を示している。
【０１０１】
図１９に示されたように、第３測定システム１００Ｃの送光光学系は、光源部１１、測定光学系６２及び参照素子１３を備えている。第３実施形態において参照素子１３のフィゾー面ＦＭから測定面Ｈｏまでの距離は２ｄとなっている点が、第１実施形態または第２実施形態と特に異なる。
【０１０２】
測定光学系６２は、迂回部７２と、互いに焦点距離の等しい２つのリレーレンズ６２５、６２７と、走査鏡６２６とを含んでいる。図１９において、迂回路７２はハーフビームスプリッタ６２１と、偏光ビームスプリッタ６２２と、そのハーフビームスプリッタ６２１及び偏光ビームスプリッタ６２２とＺ軸方向で距離ｄを離れて配置された平面ミラー６２３、６２４とをそれぞれ有している。ここで、偏光ビームスプリッタ６２２は例えばＰ偏光を通過し、Ｓ偏光を反射するものである。また、測定光学系６２の迂回部７２は第１実施形態の図４に示されたように一体に形成されてもよい。
【０１０３】
迂回部７２の＋Ｘ側には、リレーレンズ６２５及び走査鏡６２６が順次に配置されている。走査鏡６２６の−Ｚ側にはもう１つのリレーレンズ６２７が配置されている。ここで、走査鏡６２６が図示しない駆動部により振動軸Ｏを中心として矢印ＡＲに沿って振動することにより、ＸＺ平面において走査鏡６２６に入射されたビームを偏向する。
【０１０４】
さらに、走査鏡６２６はリレーレンズ６２７の＋Ｚ側の焦点面に配置され、リレーレンズ６２７の−Ｚ側の焦点面が第３測定システム１００Ｃの測定面Ｈｏとなる。
【０１０５】
＜＜送光光学系の光路＞＞
図１９に示されたように、ＳＬＤ光源１１１からのビームＬは１／２波長板１１２によってＰ偏光とＳ偏光とに振り分けられる。そして、平凸シリンドリカルレンズ１１３及び平凸シリンドリカルレンズ１１４を通過することによりＸＺ平面で点Ｓ５（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に集光される。点Ｓ５を含んだＹＺ平面を面Ｈｉとする。
【０１０６】
Ｐ偏光とＳ偏光とに振り分けられたビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、測定光学系６２のハーフビームスプリッタ６２１に入射し、ビームＬの一部がハーフビームスプリッタ６２１を通過し、ビームＬの残りがハーフビームスプリッタ６２１で−Ｚ側に反射される。
【０１０７】
ハーフビームスプリッタ６２１を通過して偏光ビームスプリッタ６２２に入射したビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、その中に含まれたＰ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ６２２を通過して＋Ｘ軸方向に向かう測定ビームＬ１となる。Ｓ偏光成分は＋Ｚ方向に反射され不図示の光吸収体で吸収される。一方、ハーフビームスプリッタ６２１に反射されたビームＬ（測定ビームＬ１および基準ビームＬ２）は、平面ミラー６２３及び平面ミラー６２４に順次に反射されて＋Ｚ軸方向に向かって偏光ビームスプリッタ６２２に入射する。−Ｚ側から偏光ビームスプリッタ６２２に入射されたビームＬは、その中に含まれたＳ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ６２２に反射されて＋Ｘ軸方向に向かう基準ビームＬ２となる。Ｐ偏光成分は＋Ｚ方向に通過して不図示の光吸収体で吸収される。
【０１０８】
ここで、基準ビームＬ２は迂回部７２内で迂回されたので、基準ビームＬ２の迂回部７２内での光路長は、測定ビームＬ１の迂回部７２内での光路長より距離２ｄだけ長くなっている。
【０１０９】
リレーレンズ６２５を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡６２６に入射する。測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡６２６の反射によってその軸Ａｘが＋Ｘ軸方向から−Ｚ側に変更される。軸Ａｘが−Ｚ側向きなった測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、リレーレンズ６２７によりその軸Ａｘが−Ｚ軸方向に変更されて参照素子１３に入射する。
【０１１０】
ここで、上述のように迂回部７２によって測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は２ｄだけの光路長差がある。このため、測定ビームＬ１は参照素子１３のフィゾー面ＦＭから−Ｚ側で距離２ｄ離れた測定面Ｈｏの集光点Ｔ１（Ｙ軸方向に沿って伸びている一直線）で集光し、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭの集光点Ｔ２（Ｙ軸方向に沿って伸びている一直線）で集光する。また、参照素子１３に入射した測定ビームＬ１は参照素子１３を通過して被検物体Ｔで反射され、基準ビームＬ２は参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射される。
【０１１１】
＜第３測定システム１００Ｃの受光光学系＞
次に、第３測定システム１００Ｃの受光光学系について、図２０を参照しながら説明する。
＜＜受光光学系の構成＞＞
図２０は、第３実施形態の第３測定システム１００Ｃの全体構成を示した図である。図２０は、測定ビームＬ１の被検物体Ｔの測定面Ｈｏから検出部２４までの光路及び基準ビームＬ２の参照素子１３のフィゾー面ＦＭから検出部２４までの光路を示している。
【０１１２】
図２０に示されたように、第３測定システム１００Ｃは測定光学系６２のハーフビームスプリッタ６２１の＋Ｚ側のリレーレンズ６２５の焦点位置である点Ｓ６（Ｙ軸方向に沿って伸びた一直線）に迷光を除去するようにスリット板１７が設けられている。点Ｓ６を含んだＸＹ平面を面Ｈｅとする。また、スリット板１７の＋Ｚ側には焦点位置をスリット板１７の位置に合わせたリレーレンズ１８が配置されている。
【０１１３】
＜＜受光光学系の光路＞＞
図２０に示されたように、被検物体Ｔで反射された測定ビームＬ１及び参照素子１３のフィゾー面ＦＭで反射された基準ビームＬ２は、再び測定光学系６２のリレーレンズ６２７に入射する。ここで、参照素子１３のフィゾー面ＦＭから被検物体Ｔの測定面Ｈｏまでの距離は２ｄであるため、上述の送光光学系の迂回路を合わせて、測定ビームＬ１は基準ビームＬ２より２ｄだけ長い光路長である。また、リレーレンズ６２７を通過した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、走査鏡６２６で−Ｘ側に反射されて再び迂回部７２に入射する。
【０１１４】
迂回部７２に入射したＰ偏光である測定ビームＬ１は、偏光ビームスプリッタ６２２をそのまま通過してハーフビームスプリッタ６２１に入射する。一方、迂回部７２に入射したＳ偏光である基準ビームＬ２は、偏光ビームスプリッタ６２２に反射され、平面ミラー６２４及び平面ミラー６２３に順次に反射されて＋Ｚ軸方向に向かってハーフビームスプリッタ６２１に入射する。そして、ハーフビームスプリッタ６２１で反射された測定ビームＬ１とハーフビームスプリッタ６２１を通過した基準ビームＬ２は＋Ｚ方向に沿って迂回部７２を射出する。迂回部７２に入射するまでは、測定ビームＬ１は基準ビームＬ２より光路長が２ｄだけ長かったが、迂回部７２から射出する際には、基準ビームＬ２の光路長と測定ビームＬ１の光路長とが揃っている（図４（ａ）を参照）。
【０１１５】
迂回部７２を射出した測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２は、偏光子１９に入射する。偏光子１９では、例えばＰ偏光である測定ビームＬ１及びＳ偏光である基準ビームＬ２の中から共通の偏光成分を透過させる。
【０１１６】
その後、リレーレンズ６２５の焦点位置（面Ｈｅ）に設けられたスリット板１７でＹ軸方向に伸びた一直状となる。また、スリット板１７により測定ビームＬ１及び基準ビームＬ２に含まれた迷光が除去される。
【０１１７】
迂回部７２を備えることにより、測定ビームＬ１と基準ビームＬ２とのどちらの光路に対しても、面Ｈｉと面Ｈｅとは共役関係となり、且つ、両者の光路長は等しい。
【０１１８】
偏光子１９により干渉された干渉ビームＩＬは回折光学素子などの分光素子２０によって、スペクトルに応じた角度に分光される。
【０１１９】
スペクトルに応じて分光された干渉ビームＩＬは、結像レンズ２１を通過して検出部２４に入射されて結像する。検出部２４は分光素子２０でスペクトルに分光された干渉ビームＩＬをそれぞれに検出する。
【０１２０】
また、第３実施形態においても、偏光子１９による測定ビームＬ１と基準ビームＬ２との干渉、その干渉ビームを分光素子２０で分光することなどは、第１実施形態と同じである。
【０１２１】
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更を加えて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１ … 光源部
１２、４２、６２ … 測定光学系
１３ … 参照素子
１４ … テーブル
１５ … 電動ステージ
１６、１８、１２５、１２８、４２２、４２３、６２５、６２７ … リレーレンズ
１７ … スリット板
１９ … 偏光子
２０ … 分光素子
２１ … 結像レンズ
２２、３２、５２、７２ … 迂回部
２３ … 演算部
２４ … 検出部
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ … 測定システム
１１１ … ＳＬＤ光源
１１２ … １／２波長板
１１３、１１４ … 平凸シリンドリカルレンズ
１２１、１２２、４２５、４２６、６２２ … 偏光ビームスプリッタ
１２３、１２４、４２７、４２８、６２３、６２４ … 平面ミラー
１２６、４２１、６２１ … ハーフビームスプリッタ
１２７、４２４、６２６ … 走査鏡
２３１ … 変換部
２３２ … 距離組み合わせ部
２３３ … 平面組み合わせ部
Ａｘ … 軸
ＦＭ … フィゾー面
Ｌ１ … 測定ビーム
Ｌ２ … 基準ビーム
Ｔ … 被検物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体の凹凸を測定するための測定システムにおいて、
前記被検物体の凹凸を測定するための測定ビームと前記測定ビームに対して基準となる基準ビームとを射出する光源部と、
前記被検物体に隣接して配置され、前記基準ビームを反射させ前記測定ビームを前記被検物体へ透過させる平板状の参照素子と、
前記被検物体で反射された前記測定ビームと前記参照素子で反射された前記基準ビームとが干渉した干渉ビームを各波長に分光する分光素子と、
前記分光素子で分光された前記各波長を検出する検出部と、
前記光源部から前記被検物体および前記分光素子を介して前記検出部に至る前記測定ビームの光路長と、前記光源部から前記参照素子および前記分光素子を介して前記検出部に至る前記基準ビームの光路長とを揃える迂回路を有する測定光学系と、
を備える測定システム。
【請求項２】
前記測定ビームの光路で前記光源部側にある第１面と、前記参照素子よりも前記被検物体側に置かれた第２面と、前記分光素子側にある第３面とが互いに光学的共役関係を成す際、
前記基準ビームの光路で前記第１面と前記第３面とが互いに光学的共役関係を成す請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記光源部は、前記測定ビーム及び前記基準ビームを射出する光源と、前記光源からの前記測定ビーム及び前記基準ビームを前記第１面に１次元方向に集光させる第１凸シリンドリカルレンズ及び第２凸シリンドリカルレンズと、を含む請求項１又は請求項２に記載の測定システム。
【請求項４】
前記測定光学系は、前記第３面に配置され前記各波長の検出に不要な迷光を除去するスリットを含む請求項２に記載の測定システム。
【請求項５】
前記測定光学系は、前記光源部側に配置され正の屈折力を有する第１光学系と、前記第１光学系と同一の正の屈折力を有し前記第１光学系の２つの焦点の内前記光源側とは反対側に存在する焦点に焦点位置を合わせて設置される第２光学系とを有し、
前記参照素子は前記第２光学系と前記被検物体との間に設置される請求項１から請求項４のいずれに記載の測定システム。
【請求項６】
前記第１光学系と前記第２光学系とは、前記光源側および前記参照素子側で両側テレセントリックの関係をなす請求項５に記載の測定システム。
【請求項７】
前記第２光学系は前記測定ビームを前記被検物体に一直線状に集光させ、
前記測定光学系は前記一直線状の前記測定ビームを前記一直線と直交する方向に走査する走査鏡を含む請求項５又は請求項６に記載の測定システム。
【請求項８】
前記走査鏡は回転軸を中心に回転する平面鏡を含む、前記平面鏡は前記第１光学系と前記第２光学系との共通焦点を反射面内および前記回転軸内に含む請求項７に記載の測定システム。
【請求項９】
前記測定光学系の迂回路は、ブロック状の光学プリズムまたは平板状の反射鏡で構成され、一体構造となっている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１０】
前記光源部は、所定帯域を有する光ビームを出射する光源と、前記光源からのビームの偏光方向を回転させる波長板とを含み、
前記干渉ビームは、前記所定帯域を有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１１】
前記測定ビームと前記基準ビームとは互いに異なる偏光方向の直線偏光ビームであり、
前記参照素子は、前記偏光ビームの波長よりも短いグリッド間隔を有するワイヤグリッドを含む請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１２】
前記分光素子は、前記干渉ビームを前記各波長に応じた角度に回折させる回折部材を備え、
前記検出部は、前記回折部材で回折された各波長を検出する二次元センサを含む請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１３】
前記各波長の強度分布を、前記測定ビームの前記被検物体側での前記測定面から前記被検物体の各部までの距離に変換する変換部を備える請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１４】
前記被検物体の凹凸が前記検出部で検出される範囲を超える場合に、前記被検物体の凹凸を測定するために、前記被検物体と前記参照素子との距離を可変させる高さ可変部と，
前記高さ可変部で前記被検物体と前記参照素子との距離が変えられた状態で、前記変換部で変換された凹凸の距離を組み合わせる距離組み合わせ部と、
を備える請求項１３に記載の測定システム。
【請求項１５】
前記参照素子と平行な平面内において前記被検物体が前記検出部で検出される範囲を超える場合に、前記光源部、前記測定光学系を前記平面に沿って移動させる平面移動部と、
前記平面移動部によって前記被検物体及び前記参照素子に対する前記測定ビーム及び前記基準ビームの照射位置が変えられた状態で、前記変換部で変換された距離を前記平面内で組み合わせる平面組み合わせ部と、
を備える請求項１３または請求項１４に記載の測定システム。
【請求項１】
被検物体の凹凸を測定するための測定システムにおいて、
前記被検物体の凹凸を測定するための測定ビームと前記測定ビームに対して基準となる基準ビームとを射出する光源部と、
前記被検物体に隣接して配置され、前記基準ビームを反射させ前記測定ビームを前記被検物体へ透過させる平板状の参照素子と、
前記被検物体で反射された前記測定ビームと前記参照素子で反射された前記基準ビームとが干渉した干渉ビームを各波長に分光する分光素子と、
前記分光素子で分光された前記各波長を検出する検出部と、
前記光源部から前記被検物体および前記分光素子を介して前記検出部に至る前記測定ビームの光路長と、前記光源部から前記参照素子および前記分光素子を介して前記検出部に至る前記基準ビームの光路長とを揃える迂回路を有する測定光学系と、
を備える測定システム。
【請求項２】
前記測定ビームの光路で前記光源部側にある第１面と、前記参照素子よりも前記被検物体側に置かれた第２面と、前記分光素子側にある第３面とが互いに光学的共役関係を成す際、
前記基準ビームの光路で前記第１面と前記第３面とが互いに光学的共役関係を成す請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記光源部は、前記測定ビーム及び前記基準ビームを射出する光源と、前記光源からの前記測定ビーム及び前記基準ビームを前記第１面に１次元方向に集光させる第１凸シリンドリカルレンズ及び第２凸シリンドリカルレンズと、を含む請求項１又は請求項２に記載の測定システム。
【請求項４】
前記測定光学系は、前記第３面に配置され前記各波長の検出に不要な迷光を除去するスリットを含む請求項２に記載の測定システム。
【請求項５】
前記測定光学系は、前記光源部側に配置され正の屈折力を有する第１光学系と、前記第１光学系と同一の正の屈折力を有し前記第１光学系の２つの焦点の内前記光源側とは反対側に存在する焦点に焦点位置を合わせて設置される第２光学系とを有し、
前記参照素子は前記第２光学系と前記被検物体との間に設置される請求項１から請求項４のいずれに記載の測定システム。
【請求項６】
前記第１光学系と前記第２光学系とは、前記光源側および前記参照素子側で両側テレセントリックの関係をなす請求項５に記載の測定システム。
【請求項７】
前記第２光学系は前記測定ビームを前記被検物体に一直線状に集光させ、
前記測定光学系は前記一直線状の前記測定ビームを前記一直線と直交する方向に走査する走査鏡を含む請求項５又は請求項６に記載の測定システム。
【請求項８】
前記走査鏡は回転軸を中心に回転する平面鏡を含む、前記平面鏡は前記第１光学系と前記第２光学系との共通焦点を反射面内および前記回転軸内に含む請求項７に記載の測定システム。
【請求項９】
前記測定光学系の迂回路は、ブロック状の光学プリズムまたは平板状の反射鏡で構成され、一体構造となっている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１０】
前記光源部は、所定帯域を有する光ビームを出射する光源と、前記光源からのビームの偏光方向を回転させる波長板とを含み、
前記干渉ビームは、前記所定帯域を有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１１】
前記測定ビームと前記基準ビームとは互いに異なる偏光方向の直線偏光ビームであり、
前記参照素子は、前記偏光ビームの波長よりも短いグリッド間隔を有するワイヤグリッドを含む請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１２】
前記分光素子は、前記干渉ビームを前記各波長に応じた角度に回折させる回折部材を備え、
前記検出部は、前記回折部材で回折された各波長を検出する二次元センサを含む請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１３】
前記各波長の強度分布を、前記測定ビームの前記被検物体側での前記測定面から前記被検物体の各部までの距離に変換する変換部を備える請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項１４】
前記被検物体の凹凸が前記検出部で検出される範囲を超える場合に、前記被検物体の凹凸を測定するために、前記被検物体と前記参照素子との距離を可変させる高さ可変部と，
前記高さ可変部で前記被検物体と前記参照素子との距離が変えられた状態で、前記変換部で変換された凹凸の距離を組み合わせる距離組み合わせ部と、
を備える請求項１３に記載の測定システム。
【請求項１５】
前記参照素子と平行な平面内において前記被検物体が前記検出部で検出される範囲を超える場合に、前記光源部、前記測定光学系を前記平面に沿って移動させる平面移動部と、
前記平面移動部によって前記被検物体及び前記参照素子に対する前記測定ビーム及び前記基準ビームの照射位置が変えられた状態で、前記変換部で変換された距離を前記平面内で組み合わせる平面組み合わせ部と、
を備える請求項１３または請求項１４に記載の測定システム。
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１７９９５０（Ｐ２０１１−１７９９５０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４４１４２（Ｐ２０１０−４４１４２）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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