計測装置および計測方法
【課題】高精度に被検面と参照面の間の絶対距離を計測可能な計測装置および計測方法を提供する。
【解決手段】第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２との間で波長走査が可能な光源１１と、第３の基準波長λ３の光を射出する光源１０を有する光波干渉計測装置は、各波長に対応した干渉光の信号に基づいて被検面と参照面との間の光路長に相当する位相の誤差を補正し、誤差が補正された位相に基づいて被検面と参照面の間の絶対距離を算出する処理部１９を有する。
【解決手段】第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２との間で波長走査が可能な光源１１と、第３の基準波長λ３の光を射出する光源１０を有する光波干渉計測装置は、各波長に対応した干渉光の信号に基づいて被検面と参照面との間の光路長に相当する位相の誤差を補正し、誤差が補正された位相に基づいて被検面と参照面の間の絶対距離を算出する処理部１９を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面と参照面の間の絶対距離を計測する計測装置および計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、固定された波長を使用した相対距離の計測と組み合わせることで計測精度を向上させた被検面と参照面の間の絶対距離を計測する波長走査型の光波干渉計測装置を提案している。特許文献２は、干渉光学系に波長の等しい光を入射させ、発生する位相遅延量の差を測定することにより、原点における位相誤差を測定して、この位相を以後の測定位相から減算することにより補正する方法を提案している。特許文献３は、合成波長の位相から単一波長の位相を予測し、予測位相と実測位相の差が基準を超えた場合、予測位相の干渉次数を位相の差の符号に応じて±１補正する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９９７５６号公報
【特許文献２】特公平６−４１８４５号公報
【特許文献３】特開２００３−１４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の計測装置では、光源から干渉計に入射されるまでの引き廻し系におけるミラーや干渉計内での偏光素子などの偏光特性により原点の位相に誤差を発生する。そして、この誤差は温度などの環境変化により変化し、波長による分散を持つことから一定ではない。特許文献２の方法は、初期位相誤差の測定と除去には適しているが、温度などの環境変化によって変化する位相誤差を除去することは提案していない。また、特許文献３の方法は、合成波長と単独波長間での干渉次数の補正を行うもので、最長の合成波長における絶対位相が分からないので原点を決定するには不十分である。
【０００５】
本発明は、高精度に被検面と参照面の間の絶対距離を計測可能な計測装置および計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の計測装置は、第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光を検出する検出部と、前記干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を求め、前記位相の誤差を補正し、前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出する処理部と、を有し、前記処理部は、前記第１の基準波長について求められる第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長について求められる第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする。
【０００７】
【数１】
【０００８】
ここで、φ３’は前記第３の基準波長においてについて求められる第３の実測位相、ｎ３は前記検出部が検出する前記第３の基準波長における屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１２は前記第１の基準波長と前記第２の基準波長との合成波長である第１の合成波長、φ１２は前記第１の実測位相と前記第２の実測位相の差である前記第１の合成波長の位相、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１２は前記検出部が検出する前記第１の合成波長における群屈折率、ｎｇ１３は前記検出部が検出する前記第２の合成波長における群屈折率である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位相誤差補正部によって位相誤差が補正された位相を処理部が使用するので、高精度に被検面と参照面の間の絶対距離を計測可能な計測装置および計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の絶対距離の算出フロー図である。（実施例１）
【図２】本発明の絶対距離の算出フロー図である。（実施例２）
【図３】本発明の光波干渉計測装置のブロック図である。（実施例１、２）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図３は、本実施形態の計測装置のブロック図であり、後述する実施例１と２に共通の構成である。計測装置は、被検面１４と参照面１５のそれぞれで反射する光を互いに直交する２つの偏光方向を有する光束を利用して位相を高精度に検出し、それにより被検面１４と参照面１５の間の絶対距離を計測するヘテロダイン干渉を用いた光波干渉計測装置である。
【００１２】
計測装置は、図３に示すように、２つの光源１０、１１と、結合ミラー１３、（無偏光）ビームスプリッタ２０、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２、検出部１７、１８、２２、２３、処理部１９、分光素子１６、２１、屈折率検出部２４を有する。ＰＢＳ１２、被検面１４、参照面１５、検出部１７、１８は干渉計を構成する。
【００１３】
光源１０、１１の基準波長は、特許文献１に開示されているような、不図示のガスセルを用いた封入ガスの吸収線または均等な周波数間隔で周期的な透過特性を有するファブリペローエタロンの透過スペクトルなどを用いて安定化が可能なように構成されている。このように、本実施形態の計測装置は複数の光源を有し、その少なくとも一つの光源は波長走査が可能なように構成されている。
【００１４】
光源（第１の光源）１１から射出される光の波長は、既知の真空波長である第１の基準波長λ１と第１の基準波長λ１とは異なる第２の基準波長λ２に安定化が可能であり、第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２との間で走査可能に構成されている。光源（第２の光源）１０から射出される光の波長は、第１の基準波長λ１および第２の基準波長λ２と異なる第３の基準波長λ３に安定化（固定）されている。
【００１５】
光源１０、１１から射出される光は、直交する偏光の周波数が互いにωＲだけ微小に異なるようなヘテロダイン光源となっている。なお、本実施例では、光源１０、１１は独立しているが、光通信に用いる多波長光源と同様に、複数の半導体レーザを１つの光源部に集積して構成してもよく、この場合、コストや装置寸法の面で有利となる。
【００１６】
光源１０からの光は結合ミラー１３に射出され、光源１１からの光は偏向ミラーを経て結合ミラー１３に射出される。結合ミラー１３によって光源１０、１１の光軸ならびに偏光角度が調整されて一致している。
【００１７】
ビームスプリッタ２０によって光源１０、１１からの光束は一部分離され、透過光は偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）１２に至り、反射光は分光素子２１に至る。ＰＢＳ１２は、入射光を２つの直交する偏光方向の一方（第１の偏光方向）を有する光と２つの直交する偏光方向の他方（第２の偏光方向）を有する光に分離する。
【００１８】
光源１０、１１の偏光方向とＰＢＳ１２の偏光角とが一致するようにＰＢＳ１２が配置され、直交する偏光方向の光束は透過光と反射光とに分離される。透過光（第１の偏光方向を有する光）は被検面１４を構成するコーナーキューブ１４に照射され、反射光（第２の偏光方向を有する光）は参照面１５を構成するコーナーキューブへ照射される。以下、被検面１４で反射された光を「被検光」と呼び、参照面１５で反射された光を「参照光」と呼ぶ。
【００１９】
本実施形態の計測装置においては、参照光と被検光との光路長差が１往復（即ち、被検光が被検面１４で反射される回数が１回）であるが、他の干渉計を構成してもよい。例えば、被検面１４と参照面１５を平面とし、被検光と参照光のそれぞれの光路にλ／４板を挿入し、１往復光を反射するコーナーキューブを配置することで、参照光と被検光との光路長差が２往復となるような干渉計を構成してもよい。
【００２０】
被検光ならびに参照光はＰＢＳ１２で再結合される。ＰＢＳ１２からの射出光は偏向ミラーを介してダイクロイックミラーのような分光素子１６によって光源１０の光束は透過し、光源１１の光束は反射することによって分光され、透過光は検出部１７に、反射光は偏向ミラーを介して検出部１８に入力する。
【００２１】
検出部１７は光源１０の波長である第３の基準波長λ３における被検光と参照光との干渉信号を検出して、検出信号として処理部１９に出力する。同様にして、検出部１８は光源１１の波長である第１の基準波長λ１または第２の基準波長λ２における被検光と参照光との干渉光を検出し、検出信号として処理部１９に出力する。
【００２２】
ビームスプリッタ２０で分離された光束はダイクロイックミラーのような分光素子２１によって光源１０の光束は透過し、光源１１の光束は反射することによって分光され、透過光は検出部２２に、反射光は検出部２３に入力する。検出部２２は光源１０からのヘテロダイン信号を検出し、検出部２３は光源１１からのヘテロダイン信号を検出し、それぞれ参照信号として処理部１９へ出力する。
【００２３】
処理部１９は、干渉光の検出信号を取得し、それぞれの波長における検出信号と参照信号との位相差、つまり被検面１４と参照面１５との間の光路長に相当する位相差を求める。
【００２４】
また、処理部１９は、後述するように、光源１０、１１のそれぞれからの光の被検光と参照光の干渉光の信号から被検面１４と参照面１５との間の光路長に相当する位相を求める。更に、処理部１９は、後述するように、求められた位相の誤差を補正する位相誤差補正部としても機能する。また、後述するように、処理部１９は、位相誤差補正部によって位相誤差が補正（除去）されて原点が決定された位相に基づいて被検面１４と参照面１５の間の絶対距離を算出する。処理部１９は、マイクロコンピュータ（プロセッサ）として構成される。
【００２５】
屈折率検出部２４は、被検面１４と参照面１５の間の空間の屈折率を検出し、温度計や気圧計を含む。具体的には、屈折率検出部２４は、後述する第３の基準波長λ３における屈折率ｎ３、第１の合成波長Λ１２における群屈折率ｎｇ１２、第２の合成波長Λ１３における群屈折率ｎｇ１３、第３の合成波長Λ２３における群屈折率ｎｇ２３等を取得することができる。
【実施例１】
【００２６】
図１は、処理部１９によって実行される実施例１の絶対距離の算出フロー図である。図１において、「Ｓ」はステップ（工程）の略であり、また、図１に示すフローチャートは、コンピュータに各ステップ（手順）を実行させるためのプログラムとして具現化が可能である点は後述する図２も同様である。なお、本実施例の処理部１９は、光源１１の波長を設定する制御処理手段としても機能するが、制御処理手段と別個に設けられてもよい。
【００２７】
まず、処理部１９は、光源１１の波長を第１の基準波長λ１に安定化させ、第１の基準波長λ１における位相を検出部１８、２２からの検出信号に基づいて取得する（Ｓ１０１）。同様にして、処理部１９は、次に、光源１１の波長を第２の基準波長λ２に安定化させ、第２の基準波長λ２における位相を検出部１８、２２からの検出信号に基づいて取得する（Ｓ１０３）。更に、処理部１９は、光源１０の第３の基準波長における位相を検出部１７、２３からの検出信号に基づいて取得する（Ｓ１０４）。
【００２８】
なお、第１の基準波長λ１における干渉信号の第１の位相φ１、第２の基準波長λ２における干渉信号の第２の位相φ２、第３の基準波長λ３における干渉信号の第３の位相φ３はそれぞれ以下の式で与えられる。ここで、「ｍｏｄ（ｕ，ｋ）」は第１引数ｕの第２引数ｋに対する剰余を表す。ｎ１、ｎ２、ｎ３は屈折率検出部２４によって検出される被検光の波長λ１、λ２、λ３の光の光路の屈折率であり、Ｄは被検面１４と参照面１５の間の絶対距離である。
【００２９】
【数２】
【００３０】
また、処理部１９は、波長走査間の位相変化量（φ２−φ１）から第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２との第１の合成波長Λ１２の干渉次数Ｍ１２を求める（Ｓ１０２）。第１の合成波長Λ１２は次式で与えられる。
【００３１】
【数３】
【００３２】
干渉次数Ｍ１２は、被検面１４と参照面１５との間の空間の波長λ１、λ２に対する群屈折率ｎｇ１２と位相φ１、φ２に基づいて次式で与えられる。干渉次数Ｍ１２は、光源１１から射出される光の波長を第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２の間で連続的に走査した際に発生する位相飛び数を表している。
【００３３】
【数４】
【００３４】
ここで、位相誤差がなければ、処理部１９は、第１の基準波長λ１と第３の基準波長λ３との第２の合成波長Λ１３-の回折次数Ｍ１３と第３の基準波長λ３の干渉次数Ｎ３を算出する（Ｓ１１３）。第２の合成波長Λ１３は次式で与えられ、更に、数式５、６が成立する。
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
ここで、λ３＜＜Λ１３＜＜Λ１２から次式が成立する。ｎｇ１３は被検面１４と参照面１５との間の空間の第２の合成波長Λ１３に対する群屈折率である。なお、「ｒｏｕｎｄ（）」は引数を整数に丸める関数を表す。
【００３９】
【数８】
【００４０】
次に、処理部１９は、数式５に代入して絶対距離Ｄを求める（Ｓ１１４）。あるいは、処理部１９は次式を利用して絶対距離を求めてもよい。
【００４１】
【数９】
【００４２】
なお、本実施例では、被検光が被検面１４で反射される回数ｋが１回であるため、数式７においてｋを省略しているが、一般にはＤ１はＤ１＝Λ１２／（２ｋ・ｎｇ１２）・（Ｍ＋｛（φ２−φ１）／２π｝となる。
【００４３】
これによれば、第２の合成波長Λ１３を用いることで、光源１１の波長走査量および波長走査精度の低減が可能になる。
【００４４】
しかしながら、光源１０、１１から干渉計に入射されるまでの引き廻し系におけるミラーや干渉計内での偏光素子などの偏光特性により原点の位相に誤差を発生してしまうため、上記の処理では絶対距離の計測精度が低下するおそれがある。そして、この誤差は温度などの環境変化により変化し、波長による分散を持つことから一定ではなく、特許文献２の方法も適用することもできない。
【００４５】
Ｓ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０４において、各波長λ１、λ２、λ３に対して実際に計測される第１の実測位相φ１’、第２の実測位相φ２’、第３の実測位相φ３’は、次式で与えられるように、光学系などの不完全さにより発生する位相誤差の影響を受けている。
φ１’＝φ１＋Δφｔ
φ２’＝φ２＋Δφｔ … （９）
φ３’＝φ３＋Δφｆ
ここで、Δφｔは光源１１の光について発生する位相誤差、Δφｆは光源１０の光について発生する位相誤差、φ１、φ２、φ３は誤差を含まない理想的な第１の位相、第２の位相、第３の位相である。第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２は、同一の計測系により位相検出を行い、例えば、ミリメートルオーダの大きな第１の合成波長Λ１２を生成するためにλ１とλ２の差はサブナノメータ程度とごく微小であり、光学特性はほぼ同一と考えることができる。このため、それぞれの検出位相に対する位相誤差Δφｔは同じ値を用いることができる。
【００４６】
上述の位相誤差を補正するため、本実施例では、波長走査により生成される第１の合成波長Λ１２と走査間における位相変化（φ２−φ１）に基づいて、波長走査の計測系における位相誤差の影響のない絶対距離（後述するＤ１２）を算出する。次いで、本実施例では、絶対距離Ｄ１２に基づいて得られる第２の合成波長Λ１３ならびに第３の基準波長λ３における予測位相と計測位相との差異（後述するφ１３−φ”１３とφ´３‐φ”３）に基づいて各計測系の位相誤差Δφｔ、Δφｆを算出する。
【００４７】
より正確には、λ１とλ２の位相誤差Δφｔの差Δφｔｔが、合成波長間での干渉次数の接続を間違えない位相誤差０＜Δφｔｔ／２π×Λ１２＜Λ１３／２を満たす範囲であれば、Δφｔを共通の位相誤差とみなすことができる。波長λ１とλ２の位相誤差Δφｔが同じとみなせない場合は事前に光学特性を評価して初期位相誤差を補正すればよい。このように、処理部１９は、位相誤差を補正する位相誤差補正部として機能する。
【００４８】
まず、処理部１９は、位相誤差を更新するかどうかを判断し（Ｓ１０５）、位相補正を更新する場合には（Ｓ１０５のＹ）、位相変化量（φ１’−φ２’）に基づいて第２の合成波長Λ１３の位相φ”１３を予測する（Ｓ１０６）。Ｓ１０５の位相誤差の更新は、設定された期間ごと（例えば、リアルタイムで）行うように不図示の入力部を介して計測装置に設定することができる。
【００４９】
φ１２＝φ１’−φ２’＝φ１−φ２ … （１０）
ここで、ある距離Ｄ１２における第１の合成波長Λ１２での位相は次式で与えられ、波長走査側の計測系で発生する位相誤差の影響を受けずに、距離Ｄ１２を決定することができる。そして、距離Ｄ１２を基準として第２の合成波長Λ１３における位相φ１３”を次式のように計算することができる。
【００５０】
【数１０】
【００５１】
【数１１】
【００５２】
次に、処理部１９は、予測された位相φ１３”と計測された位相φ１３との差分を算出する（Ｓ１０７）。実際の計測位相から計算される第２の合成波長Λ１３における位相には、次式のように、それぞれの計測系列によって発生する誤差を含んでいる。
【００５３】
φ１３＝φ１’−φ３’＝φ１−φ３＋Δφｔ−Δφｆ … （１３）
このため、次式に示すように、予測された位相φ”１３と計測された位相φ１３との差分が各計測系列において発生する位相誤差の差分を表すこととなる。
【００５４】
Δφ＝φ１３−φ１３”＝Δφｔ−Δφｆ … （１４）
次に、処理部１９は、位相変化量に基づいて第３の基準波長λ３の位相φ３”を、次式のように、予測する（Ｓ１０８）。
【００５５】
【数１２】
【００５６】
次に、処理部１９は、予測された位相φ３”と計測された位相φ３´との差分を算出する（Ｓ１０９）。数式５から算出される位相φ”３と計測位相φ３´との差分により、光源１０の光の計測系での原点における位相誤差Δφｆ（＝φ３´‐φ３”）を算出する。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
次に、処理部１９は、Ｓ１０７ならびにＳ１０９から得られる差分と次式を用いて各計測系の位相誤差Δφｔ、Δφｆを算出して不図示のメモリに記憶する（Ｓ１１０）。Δφｔは数式１４にＳ１０９で得られたΔφｆを足すことで得られる。
【００５９】
【数１４】
【００６０】
次に、処理部１９は、数式９を利用してＳ１１０で得られた位相誤差Δφｔ、Δφｆを使用して取得した位相を校正する（Ｓ１１１）。
【００６１】
一方、処理部１９は、処理部１９は、Ｓ１０５で位相誤差Δφｔ、Δφｆを更新しない場合には（Ｓ１０５のＮ）前回の位相誤差で校正する（Ｓ１１２）。
【００６２】
次に、処理部１９は、上述したＳ１１３とＳ１１４を行い、被検面１４と参照面１５の間の絶対距離を高精度に算出することができる。次に、処理部１９は、計測が終了したと判断すると（Ｓ１１５のＹ）計測処理を終了、終了していないと判断すると（Ｓ１１５のＮ）Ｓ１０１に戻る。
【００６３】
本実施例では、最長の合成波長Λ１２による絶対距離Ｄ１２を基準とするため、ΔφｆとΔφｔを高精度に決定するためには、φ’１とφ’２の高精度に計測することが必要となるが、これは数式１６の計算結果を移動平均することで可能となる。被検体の移動中に移動平均を行うことで干渉計の有する周期誤差の低減も可能となる。また、移動平均によりφ１’，φ２’を常に更新することでシステムの経時変化によらず正しい原点の決定が実現する。
【００６４】
なお、本実施例はヘテロダイン検出について説明したが、ホモダイン検出を用いてもよい。
【実施例２】
【００６５】
図２は、処理部１９によって実行される実施例２の絶対距離の算出フロー図であり、図１と同様のステップには同様の参照符号を付している。図２は、Ｓ１０６〜Ｓ１１０の代わりにＳ１１６〜Ｓ１２０を設けている点で図１と異なる。以下、図１との相違点について説明する。
【００６６】
実施例２は、第２の合成波長Λ１３の絶対距離Ｄ１３と第３の合成波長Λ２３の絶対距離Ｄ２３の差分に基づいて得られる位相誤差とそれを減算して得られる距離から第３の基準波長λ３の位相を算出し、計測位相との差分を求めて各計測系の位相誤差を算出する。本実施例によれば、より近い合成波長によって得られる距離から第３の基準波長λ３の位相を算出するので算出精度が向上するという効果がある。なお、第３の合成波長における群屈折率をｎｇ２３とし、第２の実測位相と第３の実測位相の差である第３の合成波長の位相をφ２３とする。
【００６７】
Ｓ１０１〜Ｓ１０４が行われ、処理部１９が位相誤差を補正すると判断すると（Ｓ１０５のＹ）、処理部１９は、数式１３と次式を利用して、合成波長Λ１３の距離Ｄ１３を算出する（Ｓ１１６）。
【００６８】
【数１５】
【００６９】
また、処理部１９は、同様にして、合成波長Λ２３の距離Ｄ２３を算出する（Ｓ１１７）。
【００７０】
【数１６】
【００７１】
次に、処理部１９は、次式を利用して、距離Ｄ１３とＤ２３の差分から位相誤差を求める（Ｓ１１８）。
【００７２】
【数１７】
【００７３】
【数１８】
【００７４】
次に、処理部１９は、数式２１から算出される位相φ３”と計測位相φ´３との差分により、固定波長側の計測系の原点における位相誤差を算出する（Ｓ１１９）。これは、Ｓ１０９と同様であるが、Ｓ１０９とは使用するφ３”が異なる。
【００７５】
【数１９】
【００７６】
次に、処理部１９は、Ｓ１１０と同様にして、Ｓ１１７ならびにＳ１１８から得られる位相量から各計測系列における位相誤差量を算出する（Ｓ１２０）。Ｓ１１２以降は図１と同様である。本実施例においても、処理部１９は絶対距離を高精度に算出することができる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７８】
例えば、計測装置の構成は図３に示すものに限定されず、特許文献１に記載されたものを使用でき、処理部１９が絶対距離を算出する際に適用する式は、以下のいずれによって求めてもよい。
【００７９】
【数２０】
【００８０】
【数２１】
【産業上の利用可能性】
【００８１】
計測装置は絶対距離を計測する光波干渉計の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０…光源（第２の光源）、１１…光源（第１の光源）、１７、１８…検出部、１９…処理部（位相誤差補正部）、２４…屈折率検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面と参照面の間の絶対距離を計測する計測装置および計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、固定された波長を使用した相対距離の計測と組み合わせることで計測精度を向上させた被検面と参照面の間の絶対距離を計測する波長走査型の光波干渉計測装置を提案している。特許文献２は、干渉光学系に波長の等しい光を入射させ、発生する位相遅延量の差を測定することにより、原点における位相誤差を測定して、この位相を以後の測定位相から減算することにより補正する方法を提案している。特許文献３は、合成波長の位相から単一波長の位相を予測し、予測位相と実測位相の差が基準を超えた場合、予測位相の干渉次数を位相の差の符号に応じて±１補正する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９９７５６号公報
【特許文献２】特公平６−４１８４５号公報
【特許文献３】特開２００３−１４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の計測装置では、光源から干渉計に入射されるまでの引き廻し系におけるミラーや干渉計内での偏光素子などの偏光特性により原点の位相に誤差を発生する。そして、この誤差は温度などの環境変化により変化し、波長による分散を持つことから一定ではない。特許文献２の方法は、初期位相誤差の測定と除去には適しているが、温度などの環境変化によって変化する位相誤差を除去することは提案していない。また、特許文献３の方法は、合成波長と単独波長間での干渉次数の補正を行うもので、最長の合成波長における絶対位相が分からないので原点を決定するには不十分である。
【０００５】
本発明は、高精度に被検面と参照面の間の絶対距離を計測可能な計測装置および計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の計測装置は、第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光を検出する検出部と、前記干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を求め、前記位相の誤差を補正し、前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出する処理部と、を有し、前記処理部は、前記第１の基準波長について求められる第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長について求められる第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする。
【０００７】
【数１】
【０００８】
ここで、φ３’は前記第３の基準波長においてについて求められる第３の実測位相、ｎ３は前記検出部が検出する前記第３の基準波長における屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１２は前記第１の基準波長と前記第２の基準波長との合成波長である第１の合成波長、φ１２は前記第１の実測位相と前記第２の実測位相の差である前記第１の合成波長の位相、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１２は前記検出部が検出する前記第１の合成波長における群屈折率、ｎｇ１３は前記検出部が検出する前記第２の合成波長における群屈折率である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位相誤差補正部によって位相誤差が補正された位相を処理部が使用するので、高精度に被検面と参照面の間の絶対距離を計測可能な計測装置および計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の絶対距離の算出フロー図である。（実施例１）
【図２】本発明の絶対距離の算出フロー図である。（実施例２）
【図３】本発明の光波干渉計測装置のブロック図である。（実施例１、２）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図３は、本実施形態の計測装置のブロック図であり、後述する実施例１と２に共通の構成である。計測装置は、被検面１４と参照面１５のそれぞれで反射する光を互いに直交する２つの偏光方向を有する光束を利用して位相を高精度に検出し、それにより被検面１４と参照面１５の間の絶対距離を計測するヘテロダイン干渉を用いた光波干渉計測装置である。
【００１２】
計測装置は、図３に示すように、２つの光源１０、１１と、結合ミラー１３、（無偏光）ビームスプリッタ２０、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２、検出部１７、１８、２２、２３、処理部１９、分光素子１６、２１、屈折率検出部２４を有する。ＰＢＳ１２、被検面１４、参照面１５、検出部１７、１８は干渉計を構成する。
【００１３】
光源１０、１１の基準波長は、特許文献１に開示されているような、不図示のガスセルを用いた封入ガスの吸収線または均等な周波数間隔で周期的な透過特性を有するファブリペローエタロンの透過スペクトルなどを用いて安定化が可能なように構成されている。このように、本実施形態の計測装置は複数の光源を有し、その少なくとも一つの光源は波長走査が可能なように構成されている。
【００１４】
光源（第１の光源）１１から射出される光の波長は、既知の真空波長である第１の基準波長λ１と第１の基準波長λ１とは異なる第２の基準波長λ２に安定化が可能であり、第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２との間で走査可能に構成されている。光源（第２の光源）１０から射出される光の波長は、第１の基準波長λ１および第２の基準波長λ２と異なる第３の基準波長λ３に安定化（固定）されている。
【００１５】
光源１０、１１から射出される光は、直交する偏光の周波数が互いにωＲだけ微小に異なるようなヘテロダイン光源となっている。なお、本実施例では、光源１０、１１は独立しているが、光通信に用いる多波長光源と同様に、複数の半導体レーザを１つの光源部に集積して構成してもよく、この場合、コストや装置寸法の面で有利となる。
【００１６】
光源１０からの光は結合ミラー１３に射出され、光源１１からの光は偏向ミラーを経て結合ミラー１３に射出される。結合ミラー１３によって光源１０、１１の光軸ならびに偏光角度が調整されて一致している。
【００１７】
ビームスプリッタ２０によって光源１０、１１からの光束は一部分離され、透過光は偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）１２に至り、反射光は分光素子２１に至る。ＰＢＳ１２は、入射光を２つの直交する偏光方向の一方（第１の偏光方向）を有する光と２つの直交する偏光方向の他方（第２の偏光方向）を有する光に分離する。
【００１８】
光源１０、１１の偏光方向とＰＢＳ１２の偏光角とが一致するようにＰＢＳ１２が配置され、直交する偏光方向の光束は透過光と反射光とに分離される。透過光（第１の偏光方向を有する光）は被検面１４を構成するコーナーキューブ１４に照射され、反射光（第２の偏光方向を有する光）は参照面１５を構成するコーナーキューブへ照射される。以下、被検面１４で反射された光を「被検光」と呼び、参照面１５で反射された光を「参照光」と呼ぶ。
【００１９】
本実施形態の計測装置においては、参照光と被検光との光路長差が１往復（即ち、被検光が被検面１４で反射される回数が１回）であるが、他の干渉計を構成してもよい。例えば、被検面１４と参照面１５を平面とし、被検光と参照光のそれぞれの光路にλ／４板を挿入し、１往復光を反射するコーナーキューブを配置することで、参照光と被検光との光路長差が２往復となるような干渉計を構成してもよい。
【００２０】
被検光ならびに参照光はＰＢＳ１２で再結合される。ＰＢＳ１２からの射出光は偏向ミラーを介してダイクロイックミラーのような分光素子１６によって光源１０の光束は透過し、光源１１の光束は反射することによって分光され、透過光は検出部１７に、反射光は偏向ミラーを介して検出部１８に入力する。
【００２１】
検出部１７は光源１０の波長である第３の基準波長λ３における被検光と参照光との干渉信号を検出して、検出信号として処理部１９に出力する。同様にして、検出部１８は光源１１の波長である第１の基準波長λ１または第２の基準波長λ２における被検光と参照光との干渉光を検出し、検出信号として処理部１９に出力する。
【００２２】
ビームスプリッタ２０で分離された光束はダイクロイックミラーのような分光素子２１によって光源１０の光束は透過し、光源１１の光束は反射することによって分光され、透過光は検出部２２に、反射光は検出部２３に入力する。検出部２２は光源１０からのヘテロダイン信号を検出し、検出部２３は光源１１からのヘテロダイン信号を検出し、それぞれ参照信号として処理部１９へ出力する。
【００２３】
処理部１９は、干渉光の検出信号を取得し、それぞれの波長における検出信号と参照信号との位相差、つまり被検面１４と参照面１５との間の光路長に相当する位相差を求める。
【００２４】
また、処理部１９は、後述するように、光源１０、１１のそれぞれからの光の被検光と参照光の干渉光の信号から被検面１４と参照面１５との間の光路長に相当する位相を求める。更に、処理部１９は、後述するように、求められた位相の誤差を補正する位相誤差補正部としても機能する。また、後述するように、処理部１９は、位相誤差補正部によって位相誤差が補正（除去）されて原点が決定された位相に基づいて被検面１４と参照面１５の間の絶対距離を算出する。処理部１９は、マイクロコンピュータ（プロセッサ）として構成される。
【００２５】
屈折率検出部２４は、被検面１４と参照面１５の間の空間の屈折率を検出し、温度計や気圧計を含む。具体的には、屈折率検出部２４は、後述する第３の基準波長λ３における屈折率ｎ３、第１の合成波長Λ１２における群屈折率ｎｇ１２、第２の合成波長Λ１３における群屈折率ｎｇ１３、第３の合成波長Λ２３における群屈折率ｎｇ２３等を取得することができる。
【実施例１】
【００２６】
図１は、処理部１９によって実行される実施例１の絶対距離の算出フロー図である。図１において、「Ｓ」はステップ（工程）の略であり、また、図１に示すフローチャートは、コンピュータに各ステップ（手順）を実行させるためのプログラムとして具現化が可能である点は後述する図２も同様である。なお、本実施例の処理部１９は、光源１１の波長を設定する制御処理手段としても機能するが、制御処理手段と別個に設けられてもよい。
【００２７】
まず、処理部１９は、光源１１の波長を第１の基準波長λ１に安定化させ、第１の基準波長λ１における位相を検出部１８、２２からの検出信号に基づいて取得する（Ｓ１０１）。同様にして、処理部１９は、次に、光源１１の波長を第２の基準波長λ２に安定化させ、第２の基準波長λ２における位相を検出部１８、２２からの検出信号に基づいて取得する（Ｓ１０３）。更に、処理部１９は、光源１０の第３の基準波長における位相を検出部１７、２３からの検出信号に基づいて取得する（Ｓ１０４）。
【００２８】
なお、第１の基準波長λ１における干渉信号の第１の位相φ１、第２の基準波長λ２における干渉信号の第２の位相φ２、第３の基準波長λ３における干渉信号の第３の位相φ３はそれぞれ以下の式で与えられる。ここで、「ｍｏｄ（ｕ，ｋ）」は第１引数ｕの第２引数ｋに対する剰余を表す。ｎ１、ｎ２、ｎ３は屈折率検出部２４によって検出される被検光の波長λ１、λ２、λ３の光の光路の屈折率であり、Ｄは被検面１４と参照面１５の間の絶対距離である。
【００２９】
【数２】
【００３０】
また、処理部１９は、波長走査間の位相変化量（φ２−φ１）から第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２との第１の合成波長Λ１２の干渉次数Ｍ１２を求める（Ｓ１０２）。第１の合成波長Λ１２は次式で与えられる。
【００３１】
【数３】
【００３２】
干渉次数Ｍ１２は、被検面１４と参照面１５との間の空間の波長λ１、λ２に対する群屈折率ｎｇ１２と位相φ１、φ２に基づいて次式で与えられる。干渉次数Ｍ１２は、光源１１から射出される光の波長を第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２の間で連続的に走査した際に発生する位相飛び数を表している。
【００３３】
【数４】
【００３４】
ここで、位相誤差がなければ、処理部１９は、第１の基準波長λ１と第３の基準波長λ３との第２の合成波長Λ１３-の回折次数Ｍ１３と第３の基準波長λ３の干渉次数Ｎ３を算出する（Ｓ１１３）。第２の合成波長Λ１３は次式で与えられ、更に、数式５、６が成立する。
【００３５】
【数５】
【００３６】
【数６】
【００３７】
【数７】
【００３８】
ここで、λ３＜＜Λ１３＜＜Λ１２から次式が成立する。ｎｇ１３は被検面１４と参照面１５との間の空間の第２の合成波長Λ１３に対する群屈折率である。なお、「ｒｏｕｎｄ（）」は引数を整数に丸める関数を表す。
【００３９】
【数８】
【００４０】
次に、処理部１９は、数式５に代入して絶対距離Ｄを求める（Ｓ１１４）。あるいは、処理部１９は次式を利用して絶対距離を求めてもよい。
【００４１】
【数９】
【００４２】
なお、本実施例では、被検光が被検面１４で反射される回数ｋが１回であるため、数式７においてｋを省略しているが、一般にはＤ１はＤ１＝Λ１２／（２ｋ・ｎｇ１２）・（Ｍ＋｛（φ２−φ１）／２π｝となる。
【００４３】
これによれば、第２の合成波長Λ１３を用いることで、光源１１の波長走査量および波長走査精度の低減が可能になる。
【００４４】
しかしながら、光源１０、１１から干渉計に入射されるまでの引き廻し系におけるミラーや干渉計内での偏光素子などの偏光特性により原点の位相に誤差を発生してしまうため、上記の処理では絶対距離の計測精度が低下するおそれがある。そして、この誤差は温度などの環境変化により変化し、波長による分散を持つことから一定ではなく、特許文献２の方法も適用することもできない。
【００４５】
Ｓ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０４において、各波長λ１、λ２、λ３に対して実際に計測される第１の実測位相φ１’、第２の実測位相φ２’、第３の実測位相φ３’は、次式で与えられるように、光学系などの不完全さにより発生する位相誤差の影響を受けている。
φ１’＝φ１＋Δφｔ
φ２’＝φ２＋Δφｔ … （９）
φ３’＝φ３＋Δφｆ
ここで、Δφｔは光源１１の光について発生する位相誤差、Δφｆは光源１０の光について発生する位相誤差、φ１、φ２、φ３は誤差を含まない理想的な第１の位相、第２の位相、第３の位相である。第１の基準波長λ１と第２の基準波長λ２は、同一の計測系により位相検出を行い、例えば、ミリメートルオーダの大きな第１の合成波長Λ１２を生成するためにλ１とλ２の差はサブナノメータ程度とごく微小であり、光学特性はほぼ同一と考えることができる。このため、それぞれの検出位相に対する位相誤差Δφｔは同じ値を用いることができる。
【００４６】
上述の位相誤差を補正するため、本実施例では、波長走査により生成される第１の合成波長Λ１２と走査間における位相変化（φ２−φ１）に基づいて、波長走査の計測系における位相誤差の影響のない絶対距離（後述するＤ１２）を算出する。次いで、本実施例では、絶対距離Ｄ１２に基づいて得られる第２の合成波長Λ１３ならびに第３の基準波長λ３における予測位相と計測位相との差異（後述するφ１３−φ”１３とφ´３‐φ”３）に基づいて各計測系の位相誤差Δφｔ、Δφｆを算出する。
【００４７】
より正確には、λ１とλ２の位相誤差Δφｔの差Δφｔｔが、合成波長間での干渉次数の接続を間違えない位相誤差０＜Δφｔｔ／２π×Λ１２＜Λ１３／２を満たす範囲であれば、Δφｔを共通の位相誤差とみなすことができる。波長λ１とλ２の位相誤差Δφｔが同じとみなせない場合は事前に光学特性を評価して初期位相誤差を補正すればよい。このように、処理部１９は、位相誤差を補正する位相誤差補正部として機能する。
【００４８】
まず、処理部１９は、位相誤差を更新するかどうかを判断し（Ｓ１０５）、位相補正を更新する場合には（Ｓ１０５のＹ）、位相変化量（φ１’−φ２’）に基づいて第２の合成波長Λ１３の位相φ”１３を予測する（Ｓ１０６）。Ｓ１０５の位相誤差の更新は、設定された期間ごと（例えば、リアルタイムで）行うように不図示の入力部を介して計測装置に設定することができる。
【００４９】
φ１２＝φ１’−φ２’＝φ１−φ２ … （１０）
ここで、ある距離Ｄ１２における第１の合成波長Λ１２での位相は次式で与えられ、波長走査側の計測系で発生する位相誤差の影響を受けずに、距離Ｄ１２を決定することができる。そして、距離Ｄ１２を基準として第２の合成波長Λ１３における位相φ１３”を次式のように計算することができる。
【００５０】
【数１０】
【００５１】
【数１１】
【００５２】
次に、処理部１９は、予測された位相φ１３”と計測された位相φ１３との差分を算出する（Ｓ１０７）。実際の計測位相から計算される第２の合成波長Λ１３における位相には、次式のように、それぞれの計測系列によって発生する誤差を含んでいる。
【００５３】
φ１３＝φ１’−φ３’＝φ１−φ３＋Δφｔ−Δφｆ … （１３）
このため、次式に示すように、予測された位相φ”１３と計測された位相φ１３との差分が各計測系列において発生する位相誤差の差分を表すこととなる。
【００５４】
Δφ＝φ１３−φ１３”＝Δφｔ−Δφｆ … （１４）
次に、処理部１９は、位相変化量に基づいて第３の基準波長λ３の位相φ３”を、次式のように、予測する（Ｓ１０８）。
【００５５】
【数１２】
【００５６】
次に、処理部１９は、予測された位相φ３”と計測された位相φ３´との差分を算出する（Ｓ１０９）。数式５から算出される位相φ”３と計測位相φ３´との差分により、光源１０の光の計測系での原点における位相誤差Δφｆ（＝φ３´‐φ３”）を算出する。
【００５７】
【数１３】
【００５８】
次に、処理部１９は、Ｓ１０７ならびにＳ１０９から得られる差分と次式を用いて各計測系の位相誤差Δφｔ、Δφｆを算出して不図示のメモリに記憶する（Ｓ１１０）。Δφｔは数式１４にＳ１０９で得られたΔφｆを足すことで得られる。
【００５９】
【数１４】
【００６０】
次に、処理部１９は、数式９を利用してＳ１１０で得られた位相誤差Δφｔ、Δφｆを使用して取得した位相を校正する（Ｓ１１１）。
【００６１】
一方、処理部１９は、処理部１９は、Ｓ１０５で位相誤差Δφｔ、Δφｆを更新しない場合には（Ｓ１０５のＮ）前回の位相誤差で校正する（Ｓ１１２）。
【００６２】
次に、処理部１９は、上述したＳ１１３とＳ１１４を行い、被検面１４と参照面１５の間の絶対距離を高精度に算出することができる。次に、処理部１９は、計測が終了したと判断すると（Ｓ１１５のＹ）計測処理を終了、終了していないと判断すると（Ｓ１１５のＮ）Ｓ１０１に戻る。
【００６３】
本実施例では、最長の合成波長Λ１２による絶対距離Ｄ１２を基準とするため、ΔφｆとΔφｔを高精度に決定するためには、φ’１とφ’２の高精度に計測することが必要となるが、これは数式１６の計算結果を移動平均することで可能となる。被検体の移動中に移動平均を行うことで干渉計の有する周期誤差の低減も可能となる。また、移動平均によりφ１’，φ２’を常に更新することでシステムの経時変化によらず正しい原点の決定が実現する。
【００６４】
なお、本実施例はヘテロダイン検出について説明したが、ホモダイン検出を用いてもよい。
【実施例２】
【００６５】
図２は、処理部１９によって実行される実施例２の絶対距離の算出フロー図であり、図１と同様のステップには同様の参照符号を付している。図２は、Ｓ１０６〜Ｓ１１０の代わりにＳ１１６〜Ｓ１２０を設けている点で図１と異なる。以下、図１との相違点について説明する。
【００６６】
実施例２は、第２の合成波長Λ１３の絶対距離Ｄ１３と第３の合成波長Λ２３の絶対距離Ｄ２３の差分に基づいて得られる位相誤差とそれを減算して得られる距離から第３の基準波長λ３の位相を算出し、計測位相との差分を求めて各計測系の位相誤差を算出する。本実施例によれば、より近い合成波長によって得られる距離から第３の基準波長λ３の位相を算出するので算出精度が向上するという効果がある。なお、第３の合成波長における群屈折率をｎｇ２３とし、第２の実測位相と第３の実測位相の差である第３の合成波長の位相をφ２３とする。
【００６７】
Ｓ１０１〜Ｓ１０４が行われ、処理部１９が位相誤差を補正すると判断すると（Ｓ１０５のＹ）、処理部１９は、数式１３と次式を利用して、合成波長Λ１３の距離Ｄ１３を算出する（Ｓ１１６）。
【００６８】
【数１５】
【００６９】
また、処理部１９は、同様にして、合成波長Λ２３の距離Ｄ２３を算出する（Ｓ１１７）。
【００７０】
【数１６】
【００７１】
次に、処理部１９は、次式を利用して、距離Ｄ１３とＤ２３の差分から位相誤差を求める（Ｓ１１８）。
【００７２】
【数１７】
【００７３】
【数１８】
【００７４】
次に、処理部１９は、数式２１から算出される位相φ３”と計測位相φ´３との差分により、固定波長側の計測系の原点における位相誤差を算出する（Ｓ１１９）。これは、Ｓ１０９と同様であるが、Ｓ１０９とは使用するφ３”が異なる。
【００７５】
【数１９】
【００７６】
次に、処理部１９は、Ｓ１１０と同様にして、Ｓ１１７ならびにＳ１１８から得られる位相量から各計測系列における位相誤差量を算出する（Ｓ１２０）。Ｓ１１２以降は図１と同様である。本実施例においても、処理部１９は絶対距離を高精度に算出することができる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７８】
例えば、計測装置の構成は図３に示すものに限定されず、特許文献１に記載されたものを使用でき、処理部１９が絶対距離を算出する際に適用する式は、以下のいずれによって求めてもよい。
【００７９】
【数２０】
【００８０】
【数２１】
【産業上の利用可能性】
【００８１】
計測装置は絶対距離を計測する光波干渉計の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０…光源（第２の光源）、１１…光源（第１の光源）、１７、１８…検出部、１９…処理部（位相誤差補正部）、２４…屈折率検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光を検出する検出部と、
前記干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を求め、前記位相の誤差を補正し、前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出する処理部と、
を有し、
前記処理部は、前記第１の基準波長について求められる第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長について求められる第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測装置。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長においてについて求められる第３の実測位相、ｎ３は前記検出部が検出する前記第３の基準波長における屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１２は前記第１の基準波長と前記第２の基準波長との合成波長である第１の合成波長、φ１２は前記第１の実測位相と前記第２の実測位相の差である前記第１の合成波長の位相、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１２は前記検出部が検出する前記第１の合成波長における群屈折率、ｎｇ１３は前記検出部が検出する前記第２の合成波長における群屈折率である。
【請求項２】
前記処理部は、前記第３の実測位相に含まれる位相誤差Δφｆを次式により算出して前記第３の実測位相から除くことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光を検出する検出部と、
前記干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を求め、前記位相の誤差を補正し、前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出する処理部と、
を有し、
前記処理部は、前記第１の基準波長について求められる第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長について求められる第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測装置。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長について求められる第３の実測位相、ｎ３は前記検出部が検出する前記第３の基準波長における屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１３は前記検出部が検出する前記第２の合成波長における群屈折率、Λ２３は前記第２の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第３の合成波長、φ２３は前記第２の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第３の合成波長の位相、ｎｇ２３は前記検出部が検出する前記第３の合成波長における群屈折率である。
【請求項４】
前記処理部は、前記第３の実測位相に含まれる位相誤差Δφｆを次式により算出して前記第３の実測位相から除くことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記被検面を移動させながら前記共通の位相誤差を平均することによって前記共通の位相誤差を算出することを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記共通の位相誤差を設定された期間ごとに補正することを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の計測装置。
【請求項７】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を取得するステップと、
該取得される前記位相の誤差を補正するステップと、
前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出するステップと、
を有し、
前記位相の誤差を補正するステップにおいて、前記第１の基準波長において取得される第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長において取得される第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測方法。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長において取得される第３の実測位相、ｎ３は前記第３の基準波長における群屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１２は前記第１の基準波長と前記第２の基準波長との合成波長である第１の合成波長、φ１２は前記第１の実測位相と前記第２の実測位相の差である前記第１の合成波長の位相、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１２は前記第１の合成波長における群屈折率、ｎｇ１３は前記第２の合成波長における群屈折率である。
【請求項８】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を取得するステップと、
該取得される前記位相の誤差を補正するステップと、
前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出するステップと、
を有し、
前記位相の誤差を補正するステップにおいては、前記第１の基準波長において取得される第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長において取得される第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測方法。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長において取得される第３の実測位相、ｎ３は前記第３の基準波長における群屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１３は前記第２の合成波長における群屈折率、Λ２３は前記第２の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第３の合成波長、φ２３は前記第２の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第３の合成波長の位相、ｎｇ２３は前記第３の合成波長における群屈折率である。
【請求項１】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光を検出する検出部と、
前記干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を求め、前記位相の誤差を補正し、前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出する処理部と、
を有し、
前記処理部は、前記第１の基準波長について求められる第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長について求められる第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測装置。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長においてについて求められる第３の実測位相、ｎ３は前記検出部が検出する前記第３の基準波長における屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１２は前記第１の基準波長と前記第２の基準波長との合成波長である第１の合成波長、φ１２は前記第１の実測位相と前記第２の実測位相の差である前記第１の合成波長の位相、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１２は前記検出部が検出する前記第１の合成波長における群屈折率、ｎｇ１３は前記検出部が検出する前記第２の合成波長における群屈折率である。
【請求項２】
前記処理部は、前記第３の実測位相に含まれる位相誤差Δφｆを次式により算出して前記第３の実測位相から除くことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光を検出する検出部と、
前記干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を求め、前記位相の誤差を補正し、前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出する処理部と、
を有し、
前記処理部は、前記第１の基準波長について求められる第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長について求められる第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測装置。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長について求められる第３の実測位相、ｎ３は前記検出部が検出する前記第３の基準波長における屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１３は前記検出部が検出する前記第２の合成波長における群屈折率、Λ２３は前記第２の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第３の合成波長、φ２３は前記第２の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第３の合成波長の位相、ｎｇ２３は前記検出部が検出する前記第３の合成波長における群屈折率である。
【請求項４】
前記処理部は、前記第３の実測位相に含まれる位相誤差Δφｆを次式により算出して前記第３の実測位相から除くことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記被検面を移動させながら前記共通の位相誤差を平均することによって前記共通の位相誤差を算出することを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記共通の位相誤差を設定された期間ごとに補正することを特徴とする請求項１乃至４のうち１項に記載の計測装置。
【請求項７】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を取得するステップと、
該取得される前記位相の誤差を補正するステップと、
前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出するステップと、
を有し、
前記位相の誤差を補正するステップにおいて、前記第１の基準波長において取得される第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長において取得される第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測方法。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長において取得される第３の実測位相、ｎ３は前記第３の基準波長における群屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１２は前記第１の基準波長と前記第２の基準波長との合成波長である第１の合成波長、φ１２は前記第１の実測位相と前記第２の実測位相の差である前記第１の合成波長の位相、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１２は前記第１の合成波長における群屈折率、ｎｇ１３は前記第２の合成波長における群屈折率である。
【請求項８】
第１の基準波長と当該第１の基準波長とは異なる第２の基準波長との間で波長走査が可能な第１の光源と、前記第１の基準波長および前記第２の基準波長と異なる第３の基準波長の光を射出する第２の光源のそれぞれからの光の被検面による反射光である被検光と参照面による反射光である参照光の干渉光の信号から前記被検面と前記参照面との間の光路長に相当する位相を取得するステップと、
該取得される前記位相の誤差を補正するステップと、
前記誤差が補正された位相に基づいて前記被検面と前記参照面の間の絶対距離を算出するステップと、
を有し、
前記位相の誤差を補正するステップにおいては、前記第１の基準波長において取得される第１の実測位相φ１’と前記第２の基準波長において取得される第２の実測位相φ２’に含まれる共通の位相誤差Δφｔを次式により算出して前記第１の実測位相φ１’と前記第２の実測位相φ２’から除くことにより前記位相の誤差を補正することを特徴とする計測方法。
ここで、φ３’は前記第３の基準波長において取得される第３の実測位相、ｎ３は前記第３の基準波長における群屈折率、λ３は前記第３の基準波長、Λ１３は前記第１の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第２の合成波長、φ１３は前記第１の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第２の合成波長の位相、ｎｇ１３は前記第２の合成波長における群屈折率、Λ２３は前記第２の基準波長と前記第３の基準波長との合成波長である第３の合成波長、φ２３は前記第２の実測位相と前記第３の実測位相の差である前記第３の合成波長の位相、ｎｇ２３は前記第３の合成波長における群屈折率である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−５７６１９（Ｐ２０１３−５７６１９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７０００（Ｐ２０１１−１９７０００）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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