計測装置
【課題】高速かつ高精度に被検面の形状を計測することが可能な計測装置を提供すること
【解決手段】計測装置は、光コム光源１０１から射出された光束を、被検光束と参照光束に分割するＰＢＳ１５と、前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる遅延素子９と、前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子２４と、遅延素子が光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて被検面２３の位置を算出する解析器２５と、を有する。
【解決手段】計測装置は、光コム光源１０１から射出された光束を、被検光束と参照光束に分割するＰＢＳ１５と、前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる遅延素子９と、前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子２４と、遅延素子が光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて被検面２３の位置を算出する解析器２５と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の位置を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、被検面位置の走査を広域計測間隔と微小計測間隔に分離し、微小計測間隔の走査を広域計測間隔毎に実施する白色干渉計を提案している。特許文献２は、被検光束と参照光束に光コムを用い、それぞれを異なる周波数間隔とすることで、被検面または参照面の走査なしで被検面位置を計測する光コム干渉計を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５５４３８５号公報
【特許文献２】特許第３７３９９８７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の白色干渉計は、広域計測間隔を数μｍ程度にしたとしても計測レンジ１００ｍｍを実現するためには１０５以上の撮像枚数が必要になり、膨大な計測回数と計測時間のために実用性がない。特許文献２の光コム干渉計は、２つの光コム光源を用いるために計測装置が高価になると共に、２つの光コム光源間の相対位相雑音によって計測精度が制限される。また、特許文献２の光コム干渉計は被検面上に被検光束を集光させて被検面の位置を計測するために、被検面の形状を計測するためにはスポット位置を走査する必要があり、計測に時間がかかる。
【０００５】
本発明は、高速かつ高精度に被検面の形状を計測することが可能な計測装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の計測装置は、等しい周波数間隔で並んだ複数の周波数成分を有する光コムを発する光コム光源と、前記光コム光源から射出された光束を、被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光束に分割する光束分割素子と、前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子と、前記光路長差変化素子が前記光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて前記被検面の位置を算出する解析器と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高速かつ高精度に被検面の形状を計測することが可能な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の計測装置のブロック図である。（実施例１）
【図２】図１に示す解析器の動作フローである。（実施例１）
【図３】干渉信号の時間波形を示した図である。（実施例１）
【図４】干渉信号の周波数波形を示した図である。（実施例１）
【図５】本発明の計測装置のブロック図である。（実施例２）
【図６】図５に示す解析器の動作フローである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１の計測装置のブロック図である。計測装置は、単一の光コム光源１０１、被検光束と参照光束を分割する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５、被検光束と参照光束に時間遅延を印加する遅延素子９、干渉縞を撮像する撮像素子２４、被検面位置を算出する解析器２５を有する。解析器２５は、計測装置の各部の動作を制御すると共に計測結果から被検面の形状（位置）を算出する演算処理を行う制御手段であり、マイクロコンピュータによって具現化される。
【００１１】
光コム光源１０１は、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザ１、光周波数コム発信器（ＯｐｔｉｃａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＯＦＣＧ）２、発振器３を有し、光コムを射出する。特許文献２と異なり、光コム光源１０１の数は一つなので、計測装置の高価化を防止している。
【００１２】
ＤＦＢレーザ１は、発振波長１．５μｍのＤＦＢ半導体レーザであり、電流ドライバ（不図示）により駆動される。ＤＦＢレーザ１は、中心周波数ｆ０において数ＭＨｚ以下程度の線幅を有する単一縦モードレーザであり、光通信用のレーザ素子を安価に入手可能である。被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光の光路長差が長く、ＤＦＢレーザ１の波長安定性による測定誤差が無視できない場合には、ガス吸収線やエタロンに安定化を行えばよい。
【００１３】
ＤＦＢレーザ１から射出した光束はＯＦＣＧ２に入射する。ＯＦＣＧ２は、ファブリペロー共振器の共振器間に電気光学変調素子が配置された構成を有し、波長１．５μｍではニオブ酸リチウムの導波路型の素子が使用可能である。
【００１４】
ＯＦＣＧ２は、発振器３により周波数ｆｍで変調され、ファブリペロー共振器のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）はｆｍの整数倍に制御される。この結果、ＯＦＣＧ２から射出する光束は周波数ｆ０の両側に周波数間隔ｆｍの等間隔に並んだ複数の周波数成分であるサイドバンドを有する光コムとなる。光コムは周波数空間では均等な周波数間隔の櫛歯状のスペクトルを有し、時間空間では周波数間隔の逆数の時間周期のパルス光となる。ここでは、発振器３の周波数ｆｍは２５ＧＨｚであり、光コムの周波数間隔も２５ＧＨｚとなる。
【００１５】
ＯＦＣＧ２から射出された光束は、ＰＢＳ４によって直交する直線偏光成分を有する２光束に分割される。以下、ＰＢＳ４を透過する光束を「参照光束」、ＰＢＳ４で反射される光束を「被検光束」と呼ぶ。
【００１６】
参照光束は、発振器６で変調された音響光学変調素子（ＡｃｏｕｓｔｉｃＯｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）５により、光コムの全ての周波数成分において均等に周波数ｄｆだけシフトされる。発信器６による周波数のシフト量ｄｆは解析器２５によって調節される。なお、ＡＯＭ５は、参照光束と前記被検光束の少なくとも一つの周波数成分を均等にシフトさせる周波数シフト素子として設けられれば足りる。
【００１７】
ＡＯＭ５（周波数シフト素子）から射出された光束は、ＰＢＳ７を透過し、λ／４板（ＱＷＰ）８で円偏光となった後、遅延素子９で反射され、再びＱＷＰ８で直線偏光となり、ＰＢＳ７、１１を反射する。
【００１８】
遅延素子（光路長差変化素子）９は、エンコーダ等で遅延量が高精度に保証されたリニアステージとリニアステージ上のミラーを有し、被検光束と参照光束間の遅延時間の走査に用いる。遅延素子９は、参照光束と被検光束の光路長差を、光速ｃを光コム光源の周波数間隔ｆｍで除して得られる合成波長以上で被検面２３の高さを計測可能な範囲である計測レンジ未満の量だけ変化させる。遅延素子９は解析器２５からの指令により等速走査を行う。走査速度ｖと走査量ΔＤについては後述する。
【００１９】
被検光束はＰＢＳ４で反射されて偏向ミラーで９０°偏向された後、λ／２板（ＨＷＰ）１０で直交方向の偏光に回転され、ＰＢＳ１１によって参照光束と合波される。
【００２０】
ＰＢＳ１１で合波された被検光束と参照光束は、結合レンズ１２で偏波面保持ファイバ（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭａｉｎｔａｉｎｉｎｇＦｉｂｅｒ：ＰＭＦ）１３に結合され、ＰＭＦ１３によって伝送される。ここで、被検光束と参照光束の偏光はＰＭＦ１３の偏波モードと一致するように調整され、ＰＭＦ１３による伝送中も被検光束と参照光束の偏光の直交関係が維持される。
【００２１】
ＰＭＦ１３を射出した光束は、コリメータレンズ１４で平行光束に変換され、ＰＢＳ（光束分割素子）１５によって再び被検光束と参照光束に分割される。
【００２２】
参照光束は、ＰＢＳ１５を反射した後でＱＷＰ１６を透過し、参照面１７で反射された後で再びＱＷＰ１６を透過して撮像素子２４に入射する。
【００２３】
被検光束は、ＰＢＳ１５を透過した後でＱＷＰ１８を透過し、コンデンサレンズ１９と偏向ミラー２１を経て、放物面鏡２２でビーム径を拡大された後、平行光束となって被検面２３を照明する。被検面２３からの散乱光は放物面鏡２２、折り返しミラー２１、コンデンサレンズ１９、ＱＷＰ１８をそれぞれ通過し、ＰＢＳ１５で反射された後、撮像素子２４に入射する。
【００２４】
コンデンサレンズ１９の焦点位置には絞り２０が配置され、被検面２３からの散乱光の空間周波数成分の一部を切り出して計測に利用する。被検面２３が粗面、つまり計測波長より大きな面粗さを有する場合、撮像素子２４上には大きさ２λＦ／Ａのスペックルが発生する。ここで、λは光コム光源１０１の中心波長、Ｆはコンデンサレンズ１９の焦点距離、Ａは絞り２０の直径である。一般に、絞り２０の直径が大きいほど、多くの散乱光量を受光できる反面、被検光束と参照光束の干渉縞の信号（干渉信号）のコントラストが低減する。これらを両立する絞り２０の直径として、撮像素子２４の画素サイズがスペックルサイズの１／２〜３倍程度になるように設定する。
【００２５】
撮像素子２４は、被検面２３とほぼ共役な位置に配置され、被検光束と参照光束が撮像素子上で干渉することで両光束の干渉縞を撮像してこれを光電変換して干渉信号を解析器２５に出力する。撮像素子２４による撮像タイミングは遅延素子９の走査と同期するように解析器２５によって制御される。撮像素子２４で得られる干渉信号は数式１で表わされる。解析器２５は、撮像素子２４が出力する干渉信号から被検面２３の形状を算出する。
【００２６】
【数１】
【００２７】
ここで、ｐは光コム光源１０１の有する周波数成分の番号、Ｈは被検面２３の位置（形状）、Ｄは光束中心における被検光束と参照光束の光路長差／２である。
【００２８】
本実施例は遅延素子９を走査しながら干渉縞を撮像する。以下、遅延素子９の走査速度ｖと走査量ΔＤの関係について説明する。時刻ｔ＝０において光路長差Ｄが０になるとすると、干渉信号は数式２で表わされる。
【００２９】
【数２】
【００３０】
干渉信号位相の第１項はビート周波数成分、第２項は包絡線成分、第３項は固定位相成分を表わしている。
【００３１】
遅延素子９の走査速度ｖは数式２の第１項により決定される。干渉縞の撮像１枚当たりの位相走査量は、干渉縞のコントラストを維持するためにλ／４以下程度が必要であるため、走査速度ｖ（即ち、ビート周波数の絶対値）は撮像周波数ｆｃに対して数式３を満たす必要がある。
【００３２】
【数３】
【００３３】
白色干渉計ではｄｆの項が存在しないため、遅延素子９の走査によるドップラシフト周波数（数式３の左辺第２項）により走査速度ｖが制限される。一方、本実施例では、ＡＯＭ５の周波数シフトを逆符号に設定することによりビート周波数を低減させることができるため、同一の撮像周波数ｆｃに対して、従来よりも高速に遅延素子９を走査することが可能である。このため、ＡＯＭ５を白色干渉計に設けても効果がある。
【００３４】
走査量ΔＤは数式２の第２項により決定される。第２項は周波数成分ｐに依存するため、全ての周波数成分で強め合う位置をピークとする包絡線を形成する。白色干渉計の場合には、Ｈ（ｘ、ｙ）―ｖｔ＝０なる時刻のみにピークが存在する。光コムの場合には、周波数が離散的であるため、周波数間隔ｆｍ毎に２πの整数倍の光路長差となる場合には、光路長差が０の場合と同様のピークを生成する。その結果、光コムの干渉信号は、遅延素子９の走査に対して周期的となり、その周期ｖ・Δｔはｃ／ｆｍ／２と表わされる。
【００３５】
干渉信号の包絡線ピークを検出するためには遅延素子９により１周期以上の光路長走査が必要である。また、後述する位相算出ステップでフーリエ変換を用いるため、光路長差は干渉信号周期の整数倍であると共に、撮像間隔は光路長差の整数分の１倍とする必要がある。従って、整数Ｍを用いて光路長差ΔＯＰ及び遅延素子９の走査量ΔＤは数式４の条件を満たすことが必要となる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
白色干渉計では被検面の計測レンジの全域に亘って遅延素子を走査する必要があるが、本実施例では数式４で定まる範囲のみを走査すればよいため、計測の高速化を実現することができる。以下、光速ｃを光コムの周波数間隔ｆｍで除して得られる波長を「合成波長Λ」と称し、合成波長Λの１／２を信号周期と称す。
【００３８】
図３は、本実施例の干渉信号を示す。干渉信号の時間間隔はｃ／（２ｖｆｍ）で表わされ、包絡線内部のビート周波数は、点線で示される白色干渉信号よりも低周波となっている。
【００３９】
本実施形態は遅延素子９の走査量ΔＤを信号周期Λ／２に低減できるが、信号周期Λ／２の整数倍の被検面２３の位置については区別がつかない。具体的には、被検面２３の位置Ｈ（ｘ、ｙ）は数式５に示すように、整数の干渉次数Ｎと端数位相ψの和に信号周期を乗じた形で表わされるが、干渉次数Ｎについては不定となる。干渉次数Ｎについて別途決定する必要があるが、これについては後述する。
【００４０】
【数５】
【００４１】
図２は、解析器２５の動作を説明するためのフローチャートである。なお、「Ｓ」はステップ（工程）の略であり、これは後述する図６でも同様である。
【００４２】
まず、解析器２５は、遅延素子９の走査を走査速度ｖ、信号周期Λ／２に相当する遅延量ΔＤで開始し（Ｓ１０１）、撮像素子２４から干渉信号を取得する（Ｓ１０２）。
【００４３】
次に、解析器２５は端数位相ψを算出する（Ｓ１０３）。干渉信号は数式２で表わされるため、これをフーリエ変換することにより、位相の周波数依存性を算出することができる。フーリエ変換後の干渉信号の振幅を図４（ａ）に示す。図４（ａ）の横軸は周波数（任意単位）であり、縦軸は干渉信号の周波数の振幅（任意単位）である。中心周波数ｄｆ−（ｖ／ｃ）・ｆ０にピークを有する。周波数間隔Δｆは、走査量ΔＤ＝Λ／２より数式６で表わされる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
従って、フーリエ変換後の周波数成分の位相が光コムの周波数成分毎の位相に一致する。フーリエ変換により算出される周波数成分毎の位相は、図４（ｂ）に示すように、ラップされており、これを周波数方向に１次元位相接続すると、図４（ｃ）に示す位相が得られる。図４（ｂ）、（ｃ）の横軸は周波数（任意単位）であり、縦軸は干渉信号の位相（ラジアン）である。
【００４６】
端数位相ψは周波数間隔ｆｍ毎の干渉信号の位相差に対応するため、図４（ｃ）の位相傾斜から算出可能である。具体的には、解析器２５は回帰直線や平均値を用いることで端数位相ψの算出を行う。一般に、光コムの周波数成分は均一でなく、位相検出精度は光量に依存するため、周波数振幅を用いて重みづけを行ってもよい。合成波長位相ψの算出は被検面全面にわたって実施する。
【００４７】
次に、解析器２５は、干渉次数Ｎを位相接続により算出する（Ｓ１０４）。被検面２３の位置Ｈの有する段差が信号周期よりも小さく、撮像素子２４の隣接画素間の位相変化が０．５より小さい場合には、光学面形状検査において一般的に使用されている２次元位相接続により干渉次数Ｎの分布を決定することができる。
【００４８】
被検面２３が粗面の場合にはスペックルが発生するが、スペックル暗部では、干渉信号強度が低下することによるＳＮ低下と、スペックルが波長に対して変化することによる位相誤差は発生しやすくなるため、位相計測精度が低下する。粗面計測では、これらの低精度な位相計測結果により位相接続誤差が発生しないように、位相接続時の重み付けにスペックル強度や干渉信号コントラストを用いる必要がある。または、Ｓ１０３の位相計測時にスペックル強度やコントラストに閾値を設け、条件を満たさない画素を予め欠落点にしてもよい。
【００４９】
次に、解析器２５は、Ｓ１０３で算出された端数位相ψとＳ１０４で算出された干渉次数Ｎから数式５を使用して被検面２３の形状（位置）を算出し（Ｓ１０５）、測定を完了する。
【００５０】
本実施例は、光コムを用いて遅延素子９の走査量ΔＤを低減すると共に、遅延素子９によるドップラシフトを周波数シフトにより低減することによって高速な計測装置を実現している。また、光コムを１つしか用いないために相対位相雑音の影響を受けずに安価に高精度な計測装置を実現することができる。
【実施例２】
【００５１】
図５は、実施例２の計測装置のブロック図である。本実施例の計測装置は、光コム光源１０２の内部に周波数間隔を拡大するエタロン２０１が設けられている点と、遅延素子９が撮像中に停止する点が実施例１の計測装置と異なる。図５において、図１と同一の部材には同一の参照符号を付している。
【００５２】
光コム光源１０２は、光コム光源１０１のＯＦＣＧ２にエタロン２０１を取り付けている。光コム光源１０２の数は一つである。
【００５３】
ＯＦＣＧ２までは実施例１と同様であり、ＯＦＣＧ２からは中心周波数ｆ０、周波数間隔ｆｍの光コムが射出されてエタロン２０１へ入射する。エタロン２０１はｆｍの整数Ｎ倍のＦＳＲを有し、エタロン２０１の透過スペクトルがＯＦＣＧ２の射出スペクトルに一致するように制御される。
【００５４】
エタロン２０１の分解能をｆｍより十分に小さくすることによって、エタロン２０１を透過した後の光コムの周波数間隔をＮ×ｆｍとすることができる。本実施例では、ＯＦＣＧ２のｆｍは２５ＧＨｚであるが、Ｎ＝１０となるようにエタロン２０１を設計することによって周波数間隔は２５０ＧＨｚに拡大する。この結果、合成波長は１．２ｍｍに減少し、遅延素子９の変化量は０．６ｍｍに縮小し、更なる計測の高速化を図ることができる。
【００５５】
光コム周波数発生器以外の光コム光源としてモードロックレーザが知られているが、一般のモードロックレーザの周波数間隔は１００ＭＨｚ程度で合成波長が長いが、本実施例のようにエタロンを使用すれば合成波長を短くすることができる。エタロンによる光量損失が問題となる場合には、エタロン２０１を透過した後にエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）や半導体光増幅器（ＳＯＡ）等の光アンプにより増幅すればよい。
【００５６】
光コム光源１０２からの光コムは、ＰＢＳ４により被検光束と参照光束に分離され、実施形態１と同様に、遅延素子９によって参照光束には遅延が与えられる。この参照光束の光路（遅延光路）は、ＡＯＭ５を省略したことを除いては実施例１と同一である。
【００５７】
ＰＢＳ１１で合波された被検光束と参照光束は偏向ミラー群によって空間伝送され、ビームエクスパンダ２０２によってビーム径を拡大される。ＰＢＳ１５へ入射した後の干渉光学系は、偏向ミラー２１と放物面鏡２２をコリメータレンズ２０３に変更した以外は、実施例１と同一である。
【００５８】
撮像素子２４では被検光束と参照光束の干渉縞を撮像して干渉信号を出力し、解析器２５は遅延素子９を駆動して得られる干渉信号の変化から被検面２３の被検面の形状（位置）を算出する。
【００５９】
図２は、解析器２５の動作を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
まず、解析器２５は遅延素子９のステップ駆動を行う（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。遅延素子９のステップ量δＤを、整数Ｎ１、Ｎ２を用いて数式７を満たすように設定する。Ｎ１を１以上とすることにより、ステップ量δＤは光コム光源１０２の中心波長よりも広くとることができ、従来の白色干渉計よりも計測を高速に行うことができる。また、走査していないため、干渉信号のコントラストが低減する影響はない。
【００６１】
【数７】
【００６２】
次に、解析器２５は、遅延素子９の静止を確認した後、干渉信号を取得する（Ｓ２０３）。ｉ番目の計測ループの遅延素子位置Ｄｉに対する干渉信号は数式８で表わされる。
【００６３】
【数８】
【００６４】
数式８の第１項は位相定数項、第２項は２πの整数倍であるため、その存在を無視できる。第３項はキャリア周波数成分、第４項が包絡線成分となる。
【００６５】
解析器２５は干渉信号を取得するとＳ２０１に戻り、遅延素子９の駆動量がΔＤになるまでＳ２０２とＳ２０３を繰り返す。
【００６６】
次に、解析器２５は、干渉信号の遅延量に対する変化から端数位相ψを算出する（Ｓ２０４）。撮像素子２４の画素毎に得られる干渉信号の計測ループに対する変化をフーリエ変換すると実施例１の図４と同等のスペクトルが得られる。但し、包絡線ピークの周波数はステップ量δＤで定まるＮ１となる。端数位相ψは実施例１と同様の手法で算出すればよい。
【００６７】
次に、解析器２５は、発振器３の周波数を変更することによって光コム光源１０２の合成波長ΛをΛ’に変更し（Ｓ２０５）、Ｓ２０１〜Ｓ２０５と同様のステップを繰り返し、合成波長Λ’における端数位相ψ’の算出を行う（Ｓ２０６〜Ｓ２０９）。
【００６８】
次に、解析器２５は、干渉次数Ｎの算出を行う（Ｓ２１０）。２つの異なる合成波長Λ、Λ’から合成される合成波長Λｓは数式９で表わされる。合成波長ΛとΛ’の差が小さければΛｓ＞＞Λとすることができ、ΛＳ／２＞計測レンジとすることによってΛＳに対する干渉次数は０であることが確定する。
【００６９】
【数９】
【００７０】
被検面の位置Ｈは合成波長ΛＳ，Λにより数式１０で表わされる。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
干渉次数Ｎは数式１１で算出される。
【００７３】
【数１１】
【００７４】
端数位相の計測精度により、一回の合成波長の変更で計測レンジ以上の合成波長を生成することが困難な場合には、複数個の合成波長を生成することによって干渉次数を決定することができる。
【００７５】
解析器２５は、端数位相と干渉次数から被検面形状を算出して（Ｓ２１１）、計測を完了する。
【００７６】
本実施例によれば、光コムを周波数フィルタで間引くことによって遅延素子９の走査量を更に低減すると共に、走査間隔をステップ動作により低減して測定数を低減することによって、高速かつ高精度な計測装置を安価に実現することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態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。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の計測装置は、被検面の形状を計測する用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
９…遅延素子（光路長差変化素子）、１５…ＰＢＳ（光束分割素子）、１７…参照面、２３…被検面、２４…撮像素子、２５…解析器（制御手段）、１０１…光コム光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の位置を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、被検面位置の走査を広域計測間隔と微小計測間隔に分離し、微小計測間隔の走査を広域計測間隔毎に実施する白色干渉計を提案している。特許文献２は、被検光束と参照光束に光コムを用い、それぞれを異なる周波数間隔とすることで、被検面または参照面の走査なしで被検面位置を計測する光コム干渉計を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５５４３８５号公報
【特許文献２】特許第３７３９９８７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の白色干渉計は、広域計測間隔を数μｍ程度にしたとしても計測レンジ１００ｍｍを実現するためには１０５以上の撮像枚数が必要になり、膨大な計測回数と計測時間のために実用性がない。特許文献２の光コム干渉計は、２つの光コム光源を用いるために計測装置が高価になると共に、２つの光コム光源間の相対位相雑音によって計測精度が制限される。また、特許文献２の光コム干渉計は被検面上に被検光束を集光させて被検面の位置を計測するために、被検面の形状を計測するためにはスポット位置を走査する必要があり、計測に時間がかかる。
【０００５】
本発明は、高速かつ高精度に被検面の形状を計測することが可能な計測装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の計測装置は、等しい周波数間隔で並んだ複数の周波数成分を有する光コムを発する光コム光源と、前記光コム光源から射出された光束を、被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光束に分割する光束分割素子と、前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子と、前記光路長差変化素子が前記光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて前記被検面の位置を算出する解析器と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高速かつ高精度に被検面の形状を計測することが可能な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の計測装置のブロック図である。（実施例１）
【図２】図１に示す解析器の動作フローである。（実施例１）
【図３】干渉信号の時間波形を示した図である。（実施例１）
【図４】干渉信号の周波数波形を示した図である。（実施例１）
【図５】本発明の計測装置のブロック図である。（実施例２）
【図６】図５に示す解析器の動作フローである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１の計測装置のブロック図である。計測装置は、単一の光コム光源１０１、被検光束と参照光束を分割する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５、被検光束と参照光束に時間遅延を印加する遅延素子９、干渉縞を撮像する撮像素子２４、被検面位置を算出する解析器２５を有する。解析器２５は、計測装置の各部の動作を制御すると共に計測結果から被検面の形状（位置）を算出する演算処理を行う制御手段であり、マイクロコンピュータによって具現化される。
【００１１】
光コム光源１０１は、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザ１、光周波数コム発信器（ＯｐｔｉｃａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＯＦＣＧ）２、発振器３を有し、光コムを射出する。特許文献２と異なり、光コム光源１０１の数は一つなので、計測装置の高価化を防止している。
【００１２】
ＤＦＢレーザ１は、発振波長１．５μｍのＤＦＢ半導体レーザであり、電流ドライバ（不図示）により駆動される。ＤＦＢレーザ１は、中心周波数ｆ０において数ＭＨｚ以下程度の線幅を有する単一縦モードレーザであり、光通信用のレーザ素子を安価に入手可能である。被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光の光路長差が長く、ＤＦＢレーザ１の波長安定性による測定誤差が無視できない場合には、ガス吸収線やエタロンに安定化を行えばよい。
【００１３】
ＤＦＢレーザ１から射出した光束はＯＦＣＧ２に入射する。ＯＦＣＧ２は、ファブリペロー共振器の共振器間に電気光学変調素子が配置された構成を有し、波長１．５μｍではニオブ酸リチウムの導波路型の素子が使用可能である。
【００１４】
ＯＦＣＧ２は、発振器３により周波数ｆｍで変調され、ファブリペロー共振器のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）はｆｍの整数倍に制御される。この結果、ＯＦＣＧ２から射出する光束は周波数ｆ０の両側に周波数間隔ｆｍの等間隔に並んだ複数の周波数成分であるサイドバンドを有する光コムとなる。光コムは周波数空間では均等な周波数間隔の櫛歯状のスペクトルを有し、時間空間では周波数間隔の逆数の時間周期のパルス光となる。ここでは、発振器３の周波数ｆｍは２５ＧＨｚであり、光コムの周波数間隔も２５ＧＨｚとなる。
【００１５】
ＯＦＣＧ２から射出された光束は、ＰＢＳ４によって直交する直線偏光成分を有する２光束に分割される。以下、ＰＢＳ４を透過する光束を「参照光束」、ＰＢＳ４で反射される光束を「被検光束」と呼ぶ。
【００１６】
参照光束は、発振器６で変調された音響光学変調素子（ＡｃｏｕｓｔｉｃＯｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）５により、光コムの全ての周波数成分において均等に周波数ｄｆだけシフトされる。発信器６による周波数のシフト量ｄｆは解析器２５によって調節される。なお、ＡＯＭ５は、参照光束と前記被検光束の少なくとも一つの周波数成分を均等にシフトさせる周波数シフト素子として設けられれば足りる。
【００１７】
ＡＯＭ５（周波数シフト素子）から射出された光束は、ＰＢＳ７を透過し、λ／４板（ＱＷＰ）８で円偏光となった後、遅延素子９で反射され、再びＱＷＰ８で直線偏光となり、ＰＢＳ７、１１を反射する。
【００１８】
遅延素子（光路長差変化素子）９は、エンコーダ等で遅延量が高精度に保証されたリニアステージとリニアステージ上のミラーを有し、被検光束と参照光束間の遅延時間の走査に用いる。遅延素子９は、参照光束と被検光束の光路長差を、光速ｃを光コム光源の周波数間隔ｆｍで除して得られる合成波長以上で被検面２３の高さを計測可能な範囲である計測レンジ未満の量だけ変化させる。遅延素子９は解析器２５からの指令により等速走査を行う。走査速度ｖと走査量ΔＤについては後述する。
【００１９】
被検光束はＰＢＳ４で反射されて偏向ミラーで９０°偏向された後、λ／２板（ＨＷＰ）１０で直交方向の偏光に回転され、ＰＢＳ１１によって参照光束と合波される。
【００２０】
ＰＢＳ１１で合波された被検光束と参照光束は、結合レンズ１２で偏波面保持ファイバ（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭａｉｎｔａｉｎｉｎｇＦｉｂｅｒ：ＰＭＦ）１３に結合され、ＰＭＦ１３によって伝送される。ここで、被検光束と参照光束の偏光はＰＭＦ１３の偏波モードと一致するように調整され、ＰＭＦ１３による伝送中も被検光束と参照光束の偏光の直交関係が維持される。
【００２１】
ＰＭＦ１３を射出した光束は、コリメータレンズ１４で平行光束に変換され、ＰＢＳ（光束分割素子）１５によって再び被検光束と参照光束に分割される。
【００２２】
参照光束は、ＰＢＳ１５を反射した後でＱＷＰ１６を透過し、参照面１７で反射された後で再びＱＷＰ１６を透過して撮像素子２４に入射する。
【００２３】
被検光束は、ＰＢＳ１５を透過した後でＱＷＰ１８を透過し、コンデンサレンズ１９と偏向ミラー２１を経て、放物面鏡２２でビーム径を拡大された後、平行光束となって被検面２３を照明する。被検面２３からの散乱光は放物面鏡２２、折り返しミラー２１、コンデンサレンズ１９、ＱＷＰ１８をそれぞれ通過し、ＰＢＳ１５で反射された後、撮像素子２４に入射する。
【００２４】
コンデンサレンズ１９の焦点位置には絞り２０が配置され、被検面２３からの散乱光の空間周波数成分の一部を切り出して計測に利用する。被検面２３が粗面、つまり計測波長より大きな面粗さを有する場合、撮像素子２４上には大きさ２λＦ／Ａのスペックルが発生する。ここで、λは光コム光源１０１の中心波長、Ｆはコンデンサレンズ１９の焦点距離、Ａは絞り２０の直径である。一般に、絞り２０の直径が大きいほど、多くの散乱光量を受光できる反面、被検光束と参照光束の干渉縞の信号（干渉信号）のコントラストが低減する。これらを両立する絞り２０の直径として、撮像素子２４の画素サイズがスペックルサイズの１／２〜３倍程度になるように設定する。
【００２５】
撮像素子２４は、被検面２３とほぼ共役な位置に配置され、被検光束と参照光束が撮像素子上で干渉することで両光束の干渉縞を撮像してこれを光電変換して干渉信号を解析器２５に出力する。撮像素子２４による撮像タイミングは遅延素子９の走査と同期するように解析器２５によって制御される。撮像素子２４で得られる干渉信号は数式１で表わされる。解析器２５は、撮像素子２４が出力する干渉信号から被検面２３の形状を算出する。
【００２６】
【数１】
【００２７】
ここで、ｐは光コム光源１０１の有する周波数成分の番号、Ｈは被検面２３の位置（形状）、Ｄは光束中心における被検光束と参照光束の光路長差／２である。
【００２８】
本実施例は遅延素子９を走査しながら干渉縞を撮像する。以下、遅延素子９の走査速度ｖと走査量ΔＤの関係について説明する。時刻ｔ＝０において光路長差Ｄが０になるとすると、干渉信号は数式２で表わされる。
【００２９】
【数２】
【００３０】
干渉信号位相の第１項はビート周波数成分、第２項は包絡線成分、第３項は固定位相成分を表わしている。
【００３１】
遅延素子９の走査速度ｖは数式２の第１項により決定される。干渉縞の撮像１枚当たりの位相走査量は、干渉縞のコントラストを維持するためにλ／４以下程度が必要であるため、走査速度ｖ（即ち、ビート周波数の絶対値）は撮像周波数ｆｃに対して数式３を満たす必要がある。
【００３２】
【数３】
【００３３】
白色干渉計ではｄｆの項が存在しないため、遅延素子９の走査によるドップラシフト周波数（数式３の左辺第２項）により走査速度ｖが制限される。一方、本実施例では、ＡＯＭ５の周波数シフトを逆符号に設定することによりビート周波数を低減させることができるため、同一の撮像周波数ｆｃに対して、従来よりも高速に遅延素子９を走査することが可能である。このため、ＡＯＭ５を白色干渉計に設けても効果がある。
【００３４】
走査量ΔＤは数式２の第２項により決定される。第２項は周波数成分ｐに依存するため、全ての周波数成分で強め合う位置をピークとする包絡線を形成する。白色干渉計の場合には、Ｈ（ｘ、ｙ）―ｖｔ＝０なる時刻のみにピークが存在する。光コムの場合には、周波数が離散的であるため、周波数間隔ｆｍ毎に２πの整数倍の光路長差となる場合には、光路長差が０の場合と同様のピークを生成する。その結果、光コムの干渉信号は、遅延素子９の走査に対して周期的となり、その周期ｖ・Δｔはｃ／ｆｍ／２と表わされる。
【００３５】
干渉信号の包絡線ピークを検出するためには遅延素子９により１周期以上の光路長走査が必要である。また、後述する位相算出ステップでフーリエ変換を用いるため、光路長差は干渉信号周期の整数倍であると共に、撮像間隔は光路長差の整数分の１倍とする必要がある。従って、整数Ｍを用いて光路長差ΔＯＰ及び遅延素子９の走査量ΔＤは数式４の条件を満たすことが必要となる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
白色干渉計では被検面の計測レンジの全域に亘って遅延素子を走査する必要があるが、本実施例では数式４で定まる範囲のみを走査すればよいため、計測の高速化を実現することができる。以下、光速ｃを光コムの周波数間隔ｆｍで除して得られる波長を「合成波長Λ」と称し、合成波長Λの１／２を信号周期と称す。
【００３８】
図３は、本実施例の干渉信号を示す。干渉信号の時間間隔はｃ／（２ｖｆｍ）で表わされ、包絡線内部のビート周波数は、点線で示される白色干渉信号よりも低周波となっている。
【００３９】
本実施形態は遅延素子９の走査量ΔＤを信号周期Λ／２に低減できるが、信号周期Λ／２の整数倍の被検面２３の位置については区別がつかない。具体的には、被検面２３の位置Ｈ（ｘ、ｙ）は数式５に示すように、整数の干渉次数Ｎと端数位相ψの和に信号周期を乗じた形で表わされるが、干渉次数Ｎについては不定となる。干渉次数Ｎについて別途決定する必要があるが、これについては後述する。
【００４０】
【数５】
【００４１】
図２は、解析器２５の動作を説明するためのフローチャートである。なお、「Ｓ」はステップ（工程）の略であり、これは後述する図６でも同様である。
【００４２】
まず、解析器２５は、遅延素子９の走査を走査速度ｖ、信号周期Λ／２に相当する遅延量ΔＤで開始し（Ｓ１０１）、撮像素子２４から干渉信号を取得する（Ｓ１０２）。
【００４３】
次に、解析器２５は端数位相ψを算出する（Ｓ１０３）。干渉信号は数式２で表わされるため、これをフーリエ変換することにより、位相の周波数依存性を算出することができる。フーリエ変換後の干渉信号の振幅を図４（ａ）に示す。図４（ａ）の横軸は周波数（任意単位）であり、縦軸は干渉信号の周波数の振幅（任意単位）である。中心周波数ｄｆ−（ｖ／ｃ）・ｆ０にピークを有する。周波数間隔Δｆは、走査量ΔＤ＝Λ／２より数式６で表わされる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
従って、フーリエ変換後の周波数成分の位相が光コムの周波数成分毎の位相に一致する。フーリエ変換により算出される周波数成分毎の位相は、図４（ｂ）に示すように、ラップされており、これを周波数方向に１次元位相接続すると、図４（ｃ）に示す位相が得られる。図４（ｂ）、（ｃ）の横軸は周波数（任意単位）であり、縦軸は干渉信号の位相（ラジアン）である。
【００４６】
端数位相ψは周波数間隔ｆｍ毎の干渉信号の位相差に対応するため、図４（ｃ）の位相傾斜から算出可能である。具体的には、解析器２５は回帰直線や平均値を用いることで端数位相ψの算出を行う。一般に、光コムの周波数成分は均一でなく、位相検出精度は光量に依存するため、周波数振幅を用いて重みづけを行ってもよい。合成波長位相ψの算出は被検面全面にわたって実施する。
【００４７】
次に、解析器２５は、干渉次数Ｎを位相接続により算出する（Ｓ１０４）。被検面２３の位置Ｈの有する段差が信号周期よりも小さく、撮像素子２４の隣接画素間の位相変化が０．５より小さい場合には、光学面形状検査において一般的に使用されている２次元位相接続により干渉次数Ｎの分布を決定することができる。
【００４８】
被検面２３が粗面の場合にはスペックルが発生するが、スペックル暗部では、干渉信号強度が低下することによるＳＮ低下と、スペックルが波長に対して変化することによる位相誤差は発生しやすくなるため、位相計測精度が低下する。粗面計測では、これらの低精度な位相計測結果により位相接続誤差が発生しないように、位相接続時の重み付けにスペックル強度や干渉信号コントラストを用いる必要がある。または、Ｓ１０３の位相計測時にスペックル強度やコントラストに閾値を設け、条件を満たさない画素を予め欠落点にしてもよい。
【００４９】
次に、解析器２５は、Ｓ１０３で算出された端数位相ψとＳ１０４で算出された干渉次数Ｎから数式５を使用して被検面２３の形状（位置）を算出し（Ｓ１０５）、測定を完了する。
【００５０】
本実施例は、光コムを用いて遅延素子９の走査量ΔＤを低減すると共に、遅延素子９によるドップラシフトを周波数シフトにより低減することによって高速な計測装置を実現している。また、光コムを１つしか用いないために相対位相雑音の影響を受けずに安価に高精度な計測装置を実現することができる。
【実施例２】
【００５１】
図５は、実施例２の計測装置のブロック図である。本実施例の計測装置は、光コム光源１０２の内部に周波数間隔を拡大するエタロン２０１が設けられている点と、遅延素子９が撮像中に停止する点が実施例１の計測装置と異なる。図５において、図１と同一の部材には同一の参照符号を付している。
【００５２】
光コム光源１０２は、光コム光源１０１のＯＦＣＧ２にエタロン２０１を取り付けている。光コム光源１０２の数は一つである。
【００５３】
ＯＦＣＧ２までは実施例１と同様であり、ＯＦＣＧ２からは中心周波数ｆ０、周波数間隔ｆｍの光コムが射出されてエタロン２０１へ入射する。エタロン２０１はｆｍの整数Ｎ倍のＦＳＲを有し、エタロン２０１の透過スペクトルがＯＦＣＧ２の射出スペクトルに一致するように制御される。
【００５４】
エタロン２０１の分解能をｆｍより十分に小さくすることによって、エタロン２０１を透過した後の光コムの周波数間隔をＮ×ｆｍとすることができる。本実施例では、ＯＦＣＧ２のｆｍは２５ＧＨｚであるが、Ｎ＝１０となるようにエタロン２０１を設計することによって周波数間隔は２５０ＧＨｚに拡大する。この結果、合成波長は１．２ｍｍに減少し、遅延素子９の変化量は０．６ｍｍに縮小し、更なる計測の高速化を図ることができる。
【００５５】
光コム周波数発生器以外の光コム光源としてモードロックレーザが知られているが、一般のモードロックレーザの周波数間隔は１００ＭＨｚ程度で合成波長が長いが、本実施例のようにエタロンを使用すれば合成波長を短くすることができる。エタロンによる光量損失が問題となる場合には、エタロン２０１を透過した後にエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）や半導体光増幅器（ＳＯＡ）等の光アンプにより増幅すればよい。
【００５６】
光コム光源１０２からの光コムは、ＰＢＳ４により被検光束と参照光束に分離され、実施形態１と同様に、遅延素子９によって参照光束には遅延が与えられる。この参照光束の光路（遅延光路）は、ＡＯＭ５を省略したことを除いては実施例１と同一である。
【００５７】
ＰＢＳ１１で合波された被検光束と参照光束は偏向ミラー群によって空間伝送され、ビームエクスパンダ２０２によってビーム径を拡大される。ＰＢＳ１５へ入射した後の干渉光学系は、偏向ミラー２１と放物面鏡２２をコリメータレンズ２０３に変更した以外は、実施例１と同一である。
【００５８】
撮像素子２４では被検光束と参照光束の干渉縞を撮像して干渉信号を出力し、解析器２５は遅延素子９を駆動して得られる干渉信号の変化から被検面２３の被検面の形状（位置）を算出する。
【００５９】
図２は、解析器２５の動作を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
まず、解析器２５は遅延素子９のステップ駆動を行う（Ｓ２０１、Ｓ２０２）。遅延素子９のステップ量δＤを、整数Ｎ１、Ｎ２を用いて数式７を満たすように設定する。Ｎ１を１以上とすることにより、ステップ量δＤは光コム光源１０２の中心波長よりも広くとることができ、従来の白色干渉計よりも計測を高速に行うことができる。また、走査していないため、干渉信号のコントラストが低減する影響はない。
【００６１】
【数７】
【００６２】
次に、解析器２５は、遅延素子９の静止を確認した後、干渉信号を取得する（Ｓ２０３）。ｉ番目の計測ループの遅延素子位置Ｄｉに対する干渉信号は数式８で表わされる。
【００６３】
【数８】
【００６４】
数式８の第１項は位相定数項、第２項は２πの整数倍であるため、その存在を無視できる。第３項はキャリア周波数成分、第４項が包絡線成分となる。
【００６５】
解析器２５は干渉信号を取得するとＳ２０１に戻り、遅延素子９の駆動量がΔＤになるまでＳ２０２とＳ２０３を繰り返す。
【００６６】
次に、解析器２５は、干渉信号の遅延量に対する変化から端数位相ψを算出する（Ｓ２０４）。撮像素子２４の画素毎に得られる干渉信号の計測ループに対する変化をフーリエ変換すると実施例１の図４と同等のスペクトルが得られる。但し、包絡線ピークの周波数はステップ量δＤで定まるＮ１となる。端数位相ψは実施例１と同様の手法で算出すればよい。
【００６７】
次に、解析器２５は、発振器３の周波数を変更することによって光コム光源１０２の合成波長ΛをΛ’に変更し（Ｓ２０５）、Ｓ２０１〜Ｓ２０５と同様のステップを繰り返し、合成波長Λ’における端数位相ψ’の算出を行う（Ｓ２０６〜Ｓ２０９）。
【００６８】
次に、解析器２５は、干渉次数Ｎの算出を行う（Ｓ２１０）。２つの異なる合成波長Λ、Λ’から合成される合成波長Λｓは数式９で表わされる。合成波長ΛとΛ’の差が小さければΛｓ＞＞Λとすることができ、ΛＳ／２＞計測レンジとすることによってΛＳに対する干渉次数は０であることが確定する。
【００６９】
【数９】
【００７０】
被検面の位置Ｈは合成波長ΛＳ，Λにより数式１０で表わされる。
【００７１】
【数１０】
【００７２】
干渉次数Ｎは数式１１で算出される。
【００７３】
【数１１】
【００７４】
端数位相の計測精度により、一回の合成波長の変更で計測レンジ以上の合成波長を生成することが困難な場合には、複数個の合成波長を生成することによって干渉次数を決定することができる。
【００７５】
解析器２５は、端数位相と干渉次数から被検面形状を算出して（Ｓ２１１）、計測を完了する。
【００７６】
本実施例によれば、光コムを周波数フィルタで間引くことによって遅延素子９の走査量を更に低減すると共に、走査間隔をステップ動作により低減して測定数を低減することによって、高速かつ高精度な計測装置を安価に実現することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態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。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の計測装置は、被検面の形状を計測する用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
９…遅延素子（光路長差変化素子）、１５…ＰＢＳ（光束分割素子）、１７…参照面、２３…被検面、２４…撮像素子、２５…解析器（制御手段）、１０１…光コム光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等しい周波数間隔で並んだ複数の周波数成分を有する光コムを発する光コム光源と、
前記光コム光源から射出された光束を、被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光束に分割する光束分割素子と、
前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、
前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子と、
前記光路長差変化素子が前記光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて前記被検面の位置を算出する解析器と、
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記解析器は、光速を前記光コム光源の前記周波数間隔で除して得られる合成波長の整数分の１倍だけ前記光路長差を変化させるたびに前記撮像素子から前記干渉縞の信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
光源から射出された光束を、被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光束に分割する光束分割素子と、
前記参照光束と前記被検光束の少なくとも一つの周波数成分を均等にシフトさせる周波数シフト素子と、
前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、
前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子と、
前記光路長差変化素子が前記光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて前記被検面の位置を算出する解析器と、
を有し、
前記周波数シフト素子によるシフトがない場合の前記干渉縞の信号のビート周波数の絶対値よりも前記周波数シフト素子によるシフトがある場合の前記干渉縞の信号のビート周波数の絶対値が小さくなるように前記周波数シフト素子によるシフト量が設定されていることを特徴とする計測装置。
【請求項４】
前記被検面の位置をＨ（ｘ、ｙ）、光速を前記光コム光源の前記周波数間隔で除して得られる合成波長をΛ、干渉次数をＮ（ｘ、ｙ）、前記周波数間隔ごとの前記干渉縞の信号の位相差に対応する端数位相をψ（ｘ、ｙ）とすると、前記解析器は、以下の式を使用して前記被検面の位置を算出し、
前記解析器は、前記干渉次数を前記端数位相の位相接続により決定することを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記被検面の位置をＨ（ｘ、ｙ）、光速を前記光コム光源の前記周波数間隔で除して得られる合成波長をΛ、干渉次数をＮ（ｘ、ｙ）、前記周波数間隔ごとの前記干渉縞の信号の位相差に対応する端数位相をψ（ｘ、ｙ）とすると、前記解析器は、以下の式を使用して前記被検面の位置を算出し、
前記解析器は、異なる２つの合成波長ΛとΛ’に対応する端数位相ψ（ｘ、ｙ）とψ’（ｘ、ｙ）から、前記干渉次数を以下の式を使用して決定することを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項６】
前記光コム光源は、前記光コムの周波数間隔を整数倍にするエタロンを有することを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項１】
等しい周波数間隔で並んだ複数の周波数成分を有する光コムを発する光コム光源と、
前記光コム光源から射出された光束を、被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光束に分割する光束分割素子と、
前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、
前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子と、
前記光路長差変化素子が前記光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて前記被検面の位置を算出する解析器と、
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記解析器は、光速を前記光コム光源の前記周波数間隔で除して得られる合成波長の整数分の１倍だけ前記光路長差を変化させるたびに前記撮像素子から前記干渉縞の信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
光源から射出された光束を、被検面に照射される被検光束と参照面に照射される参照光束に分割する光束分割素子と、
前記参照光束と前記被検光束の少なくとも一つの周波数成分を均等にシフトさせる周波数シフト素子と、
前記参照光束と前記被検光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、
前記被検光束と前記参照光束が干渉して形成する干渉縞を撮像する撮像素子と、
前記光路長差変化素子が前記光路長差を変化させて撮像された干渉縞の信号に基づいて前記被検面の位置を算出する解析器と、
を有し、
前記周波数シフト素子によるシフトがない場合の前記干渉縞の信号のビート周波数の絶対値よりも前記周波数シフト素子によるシフトがある場合の前記干渉縞の信号のビート周波数の絶対値が小さくなるように前記周波数シフト素子によるシフト量が設定されていることを特徴とする計測装置。
【請求項４】
前記被検面の位置をＨ（ｘ、ｙ）、光速を前記光コム光源の前記周波数間隔で除して得られる合成波長をΛ、干渉次数をＮ（ｘ、ｙ）、前記周波数間隔ごとの前記干渉縞の信号の位相差に対応する端数位相をψ（ｘ、ｙ）とすると、前記解析器は、以下の式を使用して前記被検面の位置を算出し、
前記解析器は、前記干渉次数を前記端数位相の位相接続により決定することを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記被検面の位置をＨ（ｘ、ｙ）、光速を前記光コム光源の前記周波数間隔で除して得られる合成波長をΛ、干渉次数をＮ（ｘ、ｙ）、前記周波数間隔ごとの前記干渉縞の信号の位相差に対応する端数位相をψ（ｘ、ｙ）とすると、前記解析器は、以下の式を使用して前記被検面の位置を算出し、
前記解析器は、異なる２つの合成波長ΛとΛ’に対応する端数位相ψ（ｘ、ｙ）とψ’（ｘ、ｙ）から、前記干渉次数を以下の式を使用して決定することを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項６】
前記光コム光源は、前記光コムの周波数間隔を整数倍にするエタロンを有することを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
【図３】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６１２５５（Ｐ２０１３−６１２５５Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０００９７（Ｐ２０１１−２０００９７）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【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４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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