(57)【要約】【課題】より高精度かつ高分解能で干渉縞周波数を得ることができる干渉縞解析技術を提供することを目的とする。【解決手段】  干渉縞解析装置１２は、干渉縞信号を空間周波数領域のスペクトルに変換するフーリエ変換部１２０と、スペクトルに含まれるピークのうち、光強度が最大となるピークの空間周波数を基準周波数ｆrとして検出するピーク周波数検出部１２１と、基準周波数ｆrを透過させるバンドパスフィルタ１２２と、基準周波数ｆrが透過されたスペクトルを空間領域の信号に変換する逆フーリエ変換部１２３と、変換された空間領域の信号の位相を算出する位相算出部１２４と、算出された位相に基づいて干渉縞周波数ｆを算出する周波数算出部１２５とを備える。【選択図】  図２
2020101517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出器によって検出された干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号を、空間周波数領域のスペクトルに変換するように構成された変換部と、
前記変換部によって変換されたスペクトルに含まれるピークのうち、強度が最大となるピークの空間周波数を基準周波数として検出するように構成されたピーク周波数検出部と、
前記ピーク周波数検出部によって検出された前記基準周波数を透過するように構成されたフィルタと、
前記フィルタによって前記基準周波数が透過されたスペクトルを、空間領域の信号に変換するように構成された逆変換部と、
前記逆変換部によって変換された前記空間領域の信号の位相を算出するように構成された位相算出部と、
算出された前記位相に基づいて干渉縞信号の空間周波数を示す干渉縞周波数を算出するように構成された周波数算出部と
を備える干渉縞解析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉縞解析装置において、
前記基準周波数をシフト量として、スペクトルの空間周波数軸をシフトするように構成された周波数シフタをさらに備え、
前記逆変換部は、前記フィルタによって前記基準周波数が透過され、かつ、前記周波数シフタによって前記空間周波数軸がシフトされたスペクトルを空間領域の信号に変換する
ことを特徴とする干渉縞解析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の干渉縞解析装置において、
前記光検出器は、所定の方向に配列された複数の画素を含む受光面を有し、
前記位相算出部は、前記複数の画素のそれぞれの位置での、前記逆変換部によって変換された前記空間領域の信号の位相を算出し、
前記周波数算出部は、算出された前記位相の空間変化から前記干渉縞周波数を求める
ことを特徴とする干渉縞解析装置。
【請求項４】
請求項２に記載の干渉縞解析装置において、
前記光検出器は、所定の方向に配列された複数の画素を含む受光面を有し、
前記位相算出部は、前記複数の画素のそれぞれの位置での、前記逆変換部によって変換された前記空間領域の信号の位相を算出し、
前記周波数算出部は、算出された前記位相から前記複数の画素のそれぞれの位置における前記干渉縞周波数と前記基準周波数との差を補正周波数として算出し、前記基準周波数と前記補正周波数とに基づいて、前記干渉縞周波数を求める
ことを特徴とする干渉縞解析装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の干渉縞解析装置において、
前記周波数算出部は、前記位相算出部によって算出された前記位相の空間変化の近似直線の傾きから前記干渉縞周波数を求めることを特徴とする干渉縞解析装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載の干渉縞解析装置において、
前記周波数算出部は、算出した前記複数の画素のそれぞれの位置における干渉縞信号の前記干渉縞周波数と前記光検出器の画素同士の間隔を示す画素ピッチと、前記光検出器の画素数とを用いて干渉縞信号の平均周波数を算出する
ことを特徴とする干渉縞解析装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の干渉縞解析装置において、
前記ピーク周波数検出部は、前記スペクトルに含まれる正の空間周波数成分のうち、強度が最大となるピークの空間周波数を前記基準周波数として検出することを特徴とする干渉縞解析装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の干渉縞解析装置において、
前記光検出器によって検出された干渉縞信号に含まれる直流成分を除去するように構成されたＤＣカット部をさらに備え、
前記変換部は、前記ＤＣカット部によって直流成分が除去された干渉縞信号を空間周波数領域のスペクトルに変換する
ことを特徴とする干渉縞解析装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の干渉縞解析装置と、
光源からの光を測定対象に集光させて照射する照射光学系と、
前記測定対象から反射される反射光を入射光として、前記入射光の位相を変えて予め設定された２つの次数の回折光を出射する回折光学素子と、
を有する光学系と、
前記回折光学素子から出射された前記２つの次数の回折光により生じた干渉縞を検出する光検出器と、
前記干渉縞解析装置によって求められた干渉縞の周波数に基づいて、前記光検出器から前記測定対象までの対物距離を算出する距離算出器と
を備える距離測定装置。
【請求項１０】
光検出器によって検出された干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号を、空間周波数領域のスペクトルに変換する第１ステップと、
前記第１ステップで変換されたスペクトルに含まれるピークのうち、強度が最大となるピークの空間周波数を基準周波数として検出する第２ステップと、
前記第２ステップで検出された前記基準周波数をフィルタによって透過させる第３ステップと、
前記第３ステップで前記基準周波数が透過されたスペクトルに基づいて、空間領域の信号に変換する第４ステップと、
前記第４ステップで変換された前記空間領域の信号の位相を算出する第５ステップと、
前記第５ステップで算出された前記位相に基づいて干渉縞信号の空間周波数を示す干渉縞周波数を算出する第６ステップと
を備える干渉縞解析方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の干渉縞解析方法において、
前記基準周波数をシフト量として、スペクトルの空間周波数軸をシフトする第６ステップをさらに備え、
前記第５ステップは、前記第３ステップで前記基準周波数が透過され、かつ、前記第６ステップで前記空間周波数軸がシフトされたスペクトルに基づいて、空間領域の信号に変換する
ことを特徴とする干渉縞解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉縞解析装置、干渉縞解析方法、および距離測定装置に関し、特に物体を反射した光の干渉縞を解析して測定対象までの対物距離を測定する光干渉計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザ光等の光の干渉を利用して、測定対象までの対物距離や形状、変位などを非接触で測定する光学的測定装置が知られている。このような光学的測定装置では、干渉縞の空間周波数（以下、「干渉縞周波数」ということがある。）を求め、干渉縞周波数に応じた対物距離を算出する。
【０００３】
例えば、特許文献１は、レーザ光を測定対象および基準となる参照面に照射して、それらによって反射された反射光が干渉して受光面に生ずる干渉縞の信号を離散フーリエ変換によって解析する技術を開示している。特許文献１では、干渉縞の信号を離散フーリエ変換して求めたパワースペクトルに基づいて干渉縞周波数を求めている。
【０００４】
一方、非特許文献１は、位相補正法を用いて音の周波数をより高精度に測定する技術を開示している。非特許文献１に記載の技術では、ある短い時間間隔（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１）でのパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルのピーク周波数および各時刻Ｔ１，Ｔ２での信号の位相を求め、位相の変化に基づいてピーク周波数を補正してより高精度に音の周波数を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９６６１９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】井口征士「音楽情報の処理−電算機を用いた自動採譜−、計測と制御」ｐ．３１４−４１９  Ｖｏｌ．１９  Ｎｏ．３  昭和５５年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載された従来の離散フーリエ変換を用いた干渉縞の解析技術では、干渉縞周波数の分解能が干渉縞の信号の長さの逆数、すなわち、リニアイメージセンサやフォトダイオードアレイなどの光検出器の受光素子の配列方向における長さの逆数で決まってしまう。しかし、受光素子の配列方向の長さは光検出器の設計による制限を受けるため、干渉縞周波数をより高精度に求めることが困難であった。
【０００８】
一方、非特許文献１に記載された従来の位相補正法を干渉縞の空間周波数に適用した場合、位相差を利用することにより、離散フーリエ変換を用いて信号周波数を求めたときの周波数分解能よりも高い分解能を得ることができる。しかし、より短い空間距離の周波数スペクトルを求めるため、各周波数スペクトルのピーク周波数の分解能が低下する。
【０００９】
また、非特許文献１に記載の技術は、対象とする信号の周波数が変化しない定常状態を前提としており、干渉縞の空間周波数を求める方法として適用した場合、光学収差などに起因する波面のゆがみで干渉縞の間隔が変化する場合には、干渉縞周波数を精度よく求めることが困難になる。
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、より高精度かつ高分解能で干渉縞周波数を得ることができる干渉縞解析技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明に係る干渉縞解析装置は、光検出器によって検出された干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号を、空間周波数領域のスペクトルに変換するように構成された変換部と、前記変換部によって変換されたスペクトルに含まれるピークのうち、強度が最大となるピークの空間周波数を基準周波数として検出するように構成されたピーク周波数検出部と、前記ピーク周波数検出部によって検出された前記基準周波数を透過するように構成されたフィルタと、前記フィルタによって前記基準周波数が透過されたスペクトルを、空間領域の信号に変換するように構成された逆変換部と、前記逆変換部によって変換された前記空間領域の信号の位相を算出するように構成された位相算出部と、算出された前記位相に基づいて干渉縞信号の空間周波数を示す干渉縞周波数を算出するように構成された周波数算出部とを備える。
【００１２】
また、本発明に係る干渉縞解析装置において、前記基準周波数をシフト量として、スペクトルの空間周波数軸をシフトするように構成された周波数シフタをさらに備え、前記逆変換部は、前記フィルタによって前記基準周波数が透過され、かつ、前記周波数シフタによって前記空間周波数軸がシフトされたスペクトルを空間領域の信号に変換してもよい。
【００１３】
また、本発明に係る干渉縞解析装置において、前記光検出器は、所定の方向に配列された複数の画素を含む受光面を有し、前記位相算出部は、前記複数の画素のそれぞれの位置での、前記逆変換部によって変換された前記空間領域の信号の位相を算出し、前記周波数算出部は、算出された前記位相の空間変化から前記干渉縞周波数を求めてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る干渉縞解析装置において、前記光検出器は、所定の方向に配列された複数の画素を含む受光面を有し、前記位相算出部は、前記複数の画素のそれぞれの位置での、前記逆変換部によって変換された前記空間領域の信号の位相を算出し、前記周波数算出部は、算出された前記位相から前記複数の画素のそれぞれの位置における前記干渉縞周波数と前記基準周波数との差を補正周波数として算出し、前記基準周波数と前記補正周波数とに基づいて、前記干渉縞周波数を求めてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る干渉縞解析装置において、前記周波数算出部は、前記位相算出部によって算出された前記位相の空間変化の近似直線の傾きから前記干渉縞周波数を求めてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る干渉縞解析装置において、前記周波数算出部は、算出した前記複数の画素のそれぞれの位置における干渉縞信号の前記干渉縞周波数と前記光検出器の画素同士の間隔を示す画素ピッチと、前記光検出器の画素数とを用いて干渉縞信号の平均周波数を算出してもよい。
【００１７】
また、本発明に係る干渉縞解析装置において、前記ピーク周波数検出部は、前記スペクトルに含まれる正の空間周波数成分のうち、強度が最大となるピークの空間周波数を前記基準周波数として検出してもよい。
【００１８】
また、本発明に係る干渉縞解析装置において、前記光検出器によって検出された干渉縞信号に含まれる直流成分を除去するように構成されたＤＣカット部をさらに備え、前記変換部は、前記ＤＣカット部によって直流成分が除去された干渉縞信号を空間周波数領域のスペクトルに変換してもよい。
【００１９】
上述した課題を解決するために、本発明に係る距離測定装置は、上記の干渉縞解析装置と、光源からの光を測定対象に集光させて照射する照射光学系と、前記測定対象から反射される反射光を入射光として、前記入射光の位相を変えて予め設定された２つの次数の回折光を出射する回折光学素子と、を有する光学系と、前記回折光学素子から出射された前記２つの次数の回折光により生じた干渉縞を検出する光検出器と、前記干渉縞解析装置によって求められた干渉縞の周波数に基づいて、前記光検出器から前記測定対象までの対物距離を算出する距離算出器とを備える。
【００２０】
上述した課題を解決するために、本発明に係る干渉縞解析方法は、光検出器によって検出された干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号を、空間周波数領域のスペクトルに変換する第１ステップと、前記第１ステップで変換されたスペクトルに含まれるピークのうち、強度が最大となるピークの空間周波数を基準周波数として検出する第２ステップと、前記第２ステップで検出された前記基準周波数をフィルタによって透過させる第３ステップと、前記第３ステップで前記基準周波数が透過されたスペクトルに基づいて、空間領域の信号に変換する第４ステップと、前記第４ステップで変換された前記空間領域の信号の位相を算出する第５ステップと、前記第５ステップで算出された前記位相に基づいて干渉縞信号の空間周波数を示す干渉縞周波数を算出する第６ステップとを備える。
【００２１】
また、本発明に係る干渉縞解析方法において、前記基準周波数をシフト量として、スペクトルの空間周波数軸をシフトする第６ステップをさらに備え、前記第５ステップは、前記第３ステップで前記基準周波数が透過され、かつ、前記第６ステップで前記空間周波数軸がシフトされたスペクトルに基づいて、空間領域の信号に変換してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、干渉縞信号における空間周波数領域のスペクトルに含まれるピークのうち、強度が最大となるピークの空間周波数を透過させて得られたスペクトルを空間領域の信号に変換するので、より高精度かつ高分解能な干渉縞周波数を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る干渉縞解析装置を備える距離測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係る干渉縞解析装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係る干渉縞解析装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係る光学系の構成例を示す模式図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態に係る距離測定の原理を説明する図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態に係る回折光学素子による回折を説明する図である。
【図７】図７は、第１の実施の形態に係る異なる次数の回折光と光スポット間隔との関係を説明する図である。
【図８】図８は、第１の実施の形態に係る光スポット間隔と光路差との関係を説明する図である。
【図９】図９は、第１の実施の形態に係る距離測定装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態に係る干渉縞の解析処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１１は、第１の実施の形態に係る検出面に生じた干渉縞を示す画像例である。
【図１２】図１２は、第１の実施の形態に係る周波数スペクトルの強度分布の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の実施の形態に係るバンドパスフィルタを説明するための図である。
【図１４】図１４は、第１の実施の形態に係る干渉縞信号の位相および干渉縞周波数の算出例を説明するための図である。
【図１５】図１５は、第２の実施の形態に係る干渉縞解析装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、第２の実施の形態に係る干渉縞の解析処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１７は、第２の実施の形態に係る周波数シフタを説明するための図である。
【図１８】図１８は、第３の実施の形態に係る干渉縞解析装置の構成例を示すブロック図である。
【図１９】図１６は、第３の実施の形態に係る干渉縞の解析処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図１９を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
距離測定装置１は、測定対象Ｔに光を照射して反射させ、その反射光の干渉縞を解析して得られた干渉縞周波数に基づいて測定対象Ｔまでの対物距離ａを測定する。
【００２５】
距離測定装置１は、図１に示すように、光学系１０、光検出器１１、干渉縞解析装置１２、距離算出器１３、設定器１４、記憶装置１５、および表示装置１６を備える。距離測定装置１は、例えば、図１には図示しないケーシング内部に収納されていてもよい。
【００２６】
光学系１０は、図４に示すように、光源１０１からの光を集光して測定対象Ｔに照射する照射光学系と、測定対象Ｔから反射される反射光を入射光として、入射光の位相を変えて予め設定された２つの次数の回折光を出射する回折光学素子１０４とを備える。回折光学素子１０４から出射された２つの次数の回折光により干渉縞が生ずる。なお、光学系１０の詳細は後述する。
【００２７】
光検出器１１は、複数の受光素子が空間的に配列された検出面１１０を有し、図４に示すように、光学系１０の回折光学素子１０４を挟んで測定対象Ｔとは反対側に配置されている。光検出器１１は、望ましくは、光学系１０の光軸上に、検出面１１０と光軸とが互いに直交するように配置されて、回折光学素子１０４から出射された２つの次数の回折光により生じた干渉縞による明暗パターンを検出する。
【００２８】
光検出器１１としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子や、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やフォトダイオードなどの受光素子を空間的に配列したリニアイメージセンサやフォトダイオードアレイなどを用いることができる。
【００２９】
干渉縞解析装置１２は、光検出器１１によって検出された干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号から干渉縞の空間周波数、すなわち干渉縞周波数を求める。干渉縞解析装置１２の詳細は後述する。
【００３０】
距離算出器１３は、干渉縞解析装置１２によって求められた干渉縞周波数に基づいて光検出器１１から測定対象Ｔまでの対物距離ａを算出する。
【００３１】
設定器１４は、光学系１０、光検出器１１、および表示装置１６の動作を制御する。また、設定器１４は、干渉縞解析装置１２が備えるバンドパスフィルタ１２２のフィルタ係数の設定などを外部からの入力に応じて行う。
【００３２】
記憶装置１５は、例えば、ＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置からなり、光検出器１１が検出した干渉縞を記憶する。また、記憶装置１５は、干渉縞解析装置１２によって求められた干渉縞周波数、および距離算出器１３によって算出された対物距離ａを記憶する。さらに、記憶装置１５は、設定器１４が光学系１０や光検出器１１などの駆動制御を行う際の初期設定に関する情報を記憶する。
【００３３】
表示装置１６は、液晶画面などのディスプレイで構成され、光検出器１１によって検出された干渉縞の波形を表示する。また、表示装置１６は、干渉縞解析装置１２によって求められた干渉縞周波数を示す情報や、距離算出器１３によって算出された対物距離ａを示す情報を表示する。
【００３４】
［干渉縞解析装置の構成］
次に、上述した干渉縞解析装置１２の機能構成について図２を参照してより詳細に説明する。
干渉縞解析装置１２は、フーリエ変換部（変換部）１２０、ピーク周波数検出部１２１、バンドパスフィルタ（フィルタ）１２２、逆フーリエ変換部（逆変換部）１２３、位相算出部１２４、干渉縞周波数算出部（周波数算出部）１２５、および記憶部１２６を備える。
【００３５】
フーリエ変換部１２０は、光検出器１１によって検出された干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号を、空間周波数領域のスペクトルに変換する。より詳細には、フーリエ変換部１２０は、空間領域の干渉縞信号を離散フーリエ変換して、干渉縞信号の空間周波数分布を示す周波数スペクトルを出力する。一般的に、フーリエ変換部１２０によって得られる周波数スペクトルには、直流成分および正負の周波数成分を含む複数のピークが含まれている。
【００３６】
ピーク周波数検出部１２１は、フーリエ変換部１２０によって得られた干渉縞信号の周波数スペクトルに含まれるピークのうち、光強度が最大となるピークの空間周波数（以下、「基準周波数ｆr」という。）を検出する。より詳細には、ピーク周波数検出部１２１は、周波数スペクトルに含まれる直流成分（周波数ゼロ）および負の周波数成分を除いた正の周波数成分のピークのうち、光強度が最大となるピークの空間周波数を基準周波数ｆrとして検出する。
【００３７】
バンドパスフィルタ１２２は、フーリエ変換部１２０によって得られた周波数スペクトルに対して基準周波数ｆrを透過させるフィルタである。バンドパスフィルタ１２２の通過帯域は基準周波数ｆrに応じて可変とする。より詳細には、バンドパスフィルタ１２２は、干渉縞信号の周波数スペクトルに対して、基準周波数ｆr付近の周波数帯のみを通過させ、干渉縞信号に含まれる直流成分や負の周波数成分および正の高調波成分を含む他の周波数成分を除去する。バンドパスフィルタ１２２は、中心周波数である基準周波数ｆrから任意の帯域幅に設計すればよく、例えば、基準周波数ｆrに隣接するピークが排除される帯域幅を用いてもよい。これにより、干渉縞信号に含まれるノイズを低減させることができる。
【００３８】
逆フーリエ変換部１２３は、バンドパスフィルタ１２２によって基準周波数ｆr付近の周波数帯のみが透過された空間周波数の周波数スペクトルに基づいて、空間領域の干渉縞信号を復元する。より詳細には、逆フーリエ変換部１２３は、バンドパスフィルタ１２２から出力される周波数スペクトルを逆離散フーリエ変換し、複素数表現の干渉縞信号を復元する。逆フーリエ変換部１２３が出力する干渉縞信号は、元の干渉縞信号からその直流成分や負の周波数成分が除かれた信号である。なお、上述したフーリエ変換部１２０と逆フーリエ変換部１２３とは互いに対応する構成を有する。
【００３９】
位相算出部１２４は、逆フーリエ変換部１２３によって復元された干渉縞信号の位相を算出する。より詳細には、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換部１２３によって復元された複素数表現の干渉縞信号の実部と虚部とに基づいて、光検出器１１の複数の受光素子（画素）のそれぞれの位置での干渉縞信号の位相を算出する。
【００４０】
また、位相算出部１２４は、隣接画素間の位相の値に２πの位相とびがある場合に、２πの整数倍を加減して位相接続を行う。例えば、隣接画素間の位相差を求め、その位相差が予め設定されている位相のしきい値を超えている場合に、位相接続を行う構成としてもよい。このように、位相算出部１２４は、位相接続された位相分布における干渉縞信号の位相を求める。
【００４１】
干渉縞周波数算出部１２５は、位相算出部１２４が算出した、復元された干渉縞信号の位相に基づいて、干渉縞の空間周波数である干渉縞周波数を算出する。より詳細には、干渉縞周波数算出部１２５は、位相算出部１２４が算出した光検出器１１のｉ番目（ｉは整数）およびｉ＋１番目の画素のそれぞれの位置における復元された干渉縞信号の位相φ（ｉ）およびφ（ｉ＋１）の値を用いて、ｉ番目の画素の位置での干渉縞周波数ｆ（ｉ）を次式（１）により算出する。なお、次式（１）においてｐpixelは光検出器１１の受光素子同士の間隔、すなわちピクセルピッチを示す。
ｆ（ｉ）＝｛φ（ｉ＋１）−φ（ｉ）｝／２πｐpixel              ・・・（１）
【００４２】
干渉縞周波数算出部１２５は、例えば、位相算出部１２４が算出した複数の画素について算出した干渉縞信号の位相φ（ｉ）（ただし、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）に対する近似直線の傾きから干渉縞周波数ｆを求めてもよい。干渉縞周波数算出部１２５は、例えば、最小二乗法によって位相φ（ｉ）の近似直線を求めることができる。
【００４３】
【数１】
2020101517.tif 000003
上式（２）において、ｆ（ｉ）はｉ画素位置での干渉縞周波数、ｎは光検出器１１の画素数を示し、ｐpixelは光検出器１１の受光素子同士の間隔、すなわちピクセルピッチを示す。
【００４４】
このように、リニアイメージセンサなどの光検出器１１における一定の距離での干渉縞信号の平均周波数を求めることで、光学系１０に起因した収差などの影響を抑えた干渉縞周波数を求めることができる。
【００４５】
記憶部１２６は、フーリエ変換部１２０によって得られた干渉縞信号の周波数スペクトル、ピーク周波数検出部１２１によって検出された基準周波数ｆr、および逆フーリエ変換部１２３によって復元された干渉縞信号を記憶する。また、記憶部１２６は、位相算出部１２４によって算出された干渉縞信号の位相、干渉縞周波数算出部１２５によって算出された干渉縞周波数ｆを記憶する。
【００４６】
［干渉縞解析の原理］
次に、本実施の形態に係る干渉縞解析の原理について説明する。
光検出器１１で検出された干渉縞信号が正弦波であると仮定して、干渉縞信号を関数ｃｏｓ（ω0ｘ）と表す。ただし、ω0は干渉縞信号における基本角周波数を表し、ω0＝２πｆ0（ｆ0は干渉縞周波数の基本周波数）である。また、ｘは光検出器１１の受光素子の配列方向の距離を示す。光検出器１１で検出された干渉縞信号をフーリエ変換して得られる周波数スペクトルＦ（ω）は次式（３）で表される。
【００４７】
【数２】
2020101517.tif 000004
【００４８】
上式（３）において、干渉縞信号の空間周波数分布を示す周波数スペクトルには、＋ω0と−ω0の正負の周波数成分が含まれている。
ここで、正の周波数成分＋ω0だけを周波数スペクトルから取り出して逆フーリエ変換した信号は、次の式（４）で表される。
【００４９】
【数３】
2020101517.tif 000005
【００５０】
上式（４）の実部と虚部より、光検出器１１に含まれる複数の画素それぞれの位置における位相φは、次の式（５）で求めることができる。
【００５１】
【数４】
2020101517.tif 000006
【００５２】
干渉縞信号の位相の変化が、ここで求める干渉縞の周波数となり、干渉縞周波数ｆ（ｘ）は次の式（６）で求めることができる。
【００５３】
【数５】
2020101517.tif 000007
【００５４】
実際には、上述した式（１）により、ｉ番目の画素の位相φ（ｉ）および（ｉ＋１）番目の画素の位相φ（ｉ＋１）より干渉縞周波数ｆ（ｉ）を求めることができる。
【００５５】
［干渉縞解析装置のコンピュータ構成］
上述した構成を有する干渉縞解析装置１２を実現するコンピュータ構成について図３を参照して説明する。
【００５６】
図３に示すように、干渉縞解析装置１２は、例えば、バス２０１を介して接続されるＣＰＵ２０２、主記憶装置２０３、通信インターフェース２０４、補助記憶装置２０５、入出力装置２０６を備えるコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。干渉縞解析装置１２は、外部に設けられた光学系１０、光検出器１１、および表示装置１６がそれぞれバス２０１を介して接続されている。
【００５７】
主記憶装置２０３には、ＣＰＵ２０２が各種制御や演算を行うためのプログラムが予め格納されている。ＣＰＵ２０２と主記憶装置２０３とによって、図２に示した位相算出部１２４や干渉縞周波数算出部１２５を含む干渉縞解析装置１２の各機能が実現される。
【００５８】
通信インターフェース２０４は、通信ネットワークＮＷを介して各種外部電子機器との通信を行うためのインターフェース回路である。
【００５９】
通信インターフェース２０４としては、例えば、ＬＴＥ、３Ｇ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線データ通信規格に対応した演算インターフェースおよびアンテナを用いることができる。
【００６０】
補助記憶装置２０５は、読み書き可能な記憶媒体と、その記憶媒体に対してプログラムやデータなどの各種情報を読み書きするための駆動装置とで構成されている。補助記憶装置２０５には、記憶媒体としてハードディスクやフラッシュメモリなどの半導体メモリを使用することができる。
【００６１】
補助記憶装置２０５は、光検出器１１によって検出された干渉縞を示すデータを記憶する記憶領域や、干渉縞解析装置１２が干渉縞の解析処理を行うためのプログラムを格納するプログラム格納領域を有する。さらには、例えば、上述したデータやプログラムなどをバックアップするためのバックアップ領域などを有していてもよい。
【００６２】
入出力装置２０６は、光学系１０、光検出器１１や表示装置１６など外部機器からの信号を入力したり、外部機器へ信号を出力したりするＩ／Ｏ端子により構成される。
【００６３】
ここで、補助記憶装置２０５のプログラム格納領域に格納されているプログラムは、本明細書で説明する干渉縞の解析処理の順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよく、並列に、あるいは呼び出しが行われたときなどの必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。また、プログラムは、１つのコンピュータにより処理されるものでもよく、複数のコンピュータによって分散処理されるものであってもよい。
【００６４】
また、図１で説明した距離算出器１３は、上述の干渉縞解析装置１２と同様のコンピュータにより実現することができる。また、図１で説明した距離測定装置１についても、同様のコンピュータによって実現することができる。距離算出器１３と干渉縞解析装置１２とは、同一のコンピュータで構成されていてもよい。
【００６５】
［光学系の構成］
次に、本実施の形態に係る光学系１０について図４を参照して説明する。
光学系１０は、光源１０１、光源レンズ１０２、ビームスプリッタ１０３、回折光学素子１０４、および集光レンズ１０５を備える。光学系１０によって生成された干渉縞は、光検出器１１の検出面１１０で検出され、干渉縞解析装置１２に入力される。
【００６６】
光源１０１と、光源レンズ１０２と、ビームスプリッタ１０３とは、光源１０１から出射される光を測定対象Ｔに集光して照射する照射光学系を構成する。
【００６７】
光源１０１は、距離測定に用いる単一波長の光（単色光）を発する装置である。光源１０１としては、半導体レーザ装置、ナトリウムランプのような単色光や、白色光源と狭帯域バンドパスフィルタにより単一波長化された光を発する装置を用いることができる。
【００６８】
光源レンズ１０２は、光源１０１から出射された光を集光してビームスプリッタ１０３へ出射する。
【００６９】
ビームスプリッタ１０３は、集光学系の光路Ｏ上に配置されて、光源レンズ１０２で集光された光源１０１からの光を反射して、光路Ｏに沿って測定対象Ｔの光スポットＡに照射する。また、ビームスプリッタ１０３は、光スポットＡで拡散反射された反射光のうち、光路Ｏ方向に反射された反射光を回折光学素子１０４に入射させる。
【００７０】
回折光学素子１０４は、光路Ｏ上に配置され、ビームスプリッタ１０３を透過した測定対象Ｔからの反射光が入射される。回折光学素子１０４は、予め設定された回折特性により入射光を制御し、入射光の位相を変えて回折特性に基づく、予め設定された２つの次数の回折光のみを出射する。
【００７１】
より詳細には、回折光学素子１０４は、凹凸構造が２次元に、かつ周期的に配列された回折格子で構成される。本実施の形態では、回折光学素子１０４として、透過型の位相回折格子を用いる場合について説明するが、反射型の位相回折格子を用いてもよい。
【００７２】
回折光学素子１０４は、石英やＺｎＳｅなどの光学基板表面に微細な凹凸構造が形成され、凹凸構造による光の回折現象を利用して入射光の強度分布を所望の分布に整形することができる素子である。より具体的には、回折光学素子１０４は、必要とされる次数の回折光、例えば、±１次の回折光のみを出力し、その他の不要な次数の回折光を出射しないことができる。
【００７３】
回折光学素子１０４は、凹凸構造が、例えば、正弦波形状の断面形状を有していてもよい。正弦波形状の断面形状を有することにより、回折光学素子１０４は、±１次の回折光のみを出射し、高次の回折光を除去することができる。
【００７４】
また、本実施の形態に係る回折光学素子１０４は透過型の位相回折格子であるので、０次の回折光を除去するために、正弦波形状が有する山と谷との段差Ｄは、光路長で次の式（７）を満たす構成とすることができる。
Ｄ＝ｎ（ｍ＋１／２）λ・ｃｏｓφ                                  ・・・（７）
上式（７）において、ｎは回折光学素子１０４の材質の屈折率、ｍは整数（ｍ＝０，±１，・・・）、λは、光源１０１から出射される光の波長、φは回折光学素子１０４における任意の入射角を示す。
【００７５】
一方、回折光学素子１０４として反射型の位相回折格子を用いる場合、正弦波形状が有する山と谷との段差Ｄは、光路長で次の式（８）を満たす構成とすることができる。
Ｄ＝（ｍ＋１／２）λ・ｃｏｓφ／２                                ・・・（８）
上式（８）において、ｍは整数（ｍ＝０，±１，・・・）、λは、光源１０１から出射される光の波長、φは回折光学素子１０４における任意の入射角を示す。
【００７６】
なお、上式（７）および（８）において、位相では、πとなるような段差Ｄを設計すればよい。すなわち、回折光学素子１０４から出射される回折光の位相が互いに逆位相となることにより打ち消し合い、０次の回折光が除去されることになる。
【００７７】
また、回折光学素子１０４である位相型格子の格子周期ｄは、光源１０１の光の波長λに比べて十分に大きく、例えば、ｄ＞１０λ程度とする。これにより、位相型格子として実用に足る構成とすることができる。
【００７８】
上記の条件のもと、例えば、±１次の回折光を得るためには、所望の次数の出射光の分布を逆フーリエ変換した空間的な光路分布に基づいて回折光学素子１０４の格子形状を設計すればよいことになる。
【００７９】
集光レンズ１０５は、回折光学素子１０４による２つの次数の回折光を集光させる。本実施の形態では、集光レンズ１０５は、例えば凸レンズからなり、光路Ｏ上に配置されて、回折光学素子１０４から出射される２つの次数の回折光を結像面Ｆに集光させる。
【００８０】
光検出器１１は、回折光学素子１０４から出射された２つの次数の回折光により発生した干渉縞を検出し、検出結果を出力する。より詳細には、光検出器１１は、検出面１１０を有し、この検出面１１０において干渉縞の明暗パターンを検出する。
【００８１】
［距離測定の原理］
次に、本発明に係る距離測定装置１における距離測定の原理について、図５から図８を参照して説明する。
【００８２】
なお、図５では、光学系１０のうち、集光学系のみを要部として示し、投影光学系については省略している。また、図５から図８において、位相回折格子で構成される回折光学素子１０４における格子の一方の長手方向（紙面垂直方向）をＸ方向とし、格子の面内でかつ格子の長手方向に直交する方向（紙面上下方向）をＹ方向とし、格子面に垂直な方向（紙面左右方向）をＺ方向とする。
【００８３】
また、本来、レンズには光の入射方向に応じて２つの主点があり、それぞれの位置が異なるが、以下では、数式の複雑化を避けるため、集光レンズ１０５が薄肉単レンズからなり、主点がレンズ中心に１つだけ存在すると仮定して、各式を導出した。
【００８４】
図５に示すように、測定対象Ｔから主点Ｍすなわち集光レンズ１０５の位置までの対物距離をａとし、主点から結像面Ｆまでの距離をｂとし、集光レンズ１０５の焦点距離をｆとした場合、これらの関係は、結像の公式（レンズの公式）により、次の式（９）で表される。
【数６】
2020101517.tif 000008
【００８５】
上式（９）からも分かるように、集光レンズ１０５から測定対象Ｔまでの対物距離ａの変化に応じて、結像面Ｆの位置も変化するものとなる。
また、図６に示すように、回折光学素子１０４に形成された凹凸構造の間隔、すなわち格子周期をｄとし、回折次数をｋ（ｋ＝０，±１，±２，・・・）とし、光源１０１の波長をλとし、各回折光の回折角θｋとする。この場合、隣接する回折光間の光路差ΔＬは、次の式（１０）で表される。
【００８６】
【数７】
2020101517.tif 000009
【００８７】
さらに、図７に示すように、回折光学素子１０４から出射された回折光は、集光レンズ１０５により、結像面Ｆ上のＹ方向に複数の光スポットを形成する。ここで、異なる２つの次数ｋ，ｋ’の回折光の回折角をθｋ，θｋ’とし、これら回折光による光スポットをＡｋ，Ａｋ’とし、光軸と結像面が交わる点Ａ０から光スポットＡｋ，Ａｋ’までのＹ方向に沿った距離をＷ１，Ｗ２とした場合、これら光スポットＡｋ，Ａｋ’のＹ方向のずれ幅Ｗは、次の式（１１）で表される。
【００８８】
【数８】
2020101517.tif 000010
【００８９】
ここで、上式（１１）において、実際の回折光学素子１０４における凹凸構造の格子周期ｄは、ｋλ，ｋ’λに比べて十分大きく、ｋλ／ｄおよびｋ’λ／ｄが十分小さい値となるため、式（１１）は次の式（１２）のように近似される。
【数９】
2020101517.tif 000011
【００９０】
一方、図８に示すように、結像面Ｆ上の光スポットＡｋ，Ａｋ’の光スポット間隔をＷとし、光スポットＡｋ，Ａｋ’からの回折光が光検出器１１の検出面１１０に到達した到達点をＶとする。また、光スポットＡｋ，Ａｋ’の中間点からＺ方向に伸ばした線と光検出器１１の検出面１１０とが交わる点をＶ０とし、検出面１１０上でＹ方向に沿ったＶ０からＶまでの距離をＰとする。結像面Ｆから検出面１１０までの距離をｃとした場合、光スポットＡｋから到達点Ｖへの回折光の光路長Ｌｋは三平方の定理により求められる。しかし、距離ｃに比較して光スポット間隔Ｗと距離Ｐとが十分小さいため、次の式（１３）のように近似できる。
【００９１】
【数１０】
2020101517.tif 000012
また、光スポットＡｋから到達点Ｖへの回折光の光路長Ｌｋ’も、光路長Ｌｋと同様にして、次の式（１４）のように近似できる。
【００９２】
【数１１】
2020101517.tif 000013
【００９３】
したがって、これら光路長Ｌｋ，Ｌｋ’の光路差ΔＬは、次の式（１５）で求められる。検出面１１０上では、この光路差ΔＬにより干渉縞が生ずる。より具体的には、光路差ΔＬが光の波長λの整数ｊ（ｊは、０以上の整数）倍となる場合、検出面１１０において明線が生じる。
【００９４】
【数１２】
2020101517.tif 000014
【００９５】
ここで、検出面１１０上に生じた各明線のうち、隣接する明線の間隔が干渉縞ピッチｐとなり、式（１５）のｊ＝１の場合に相当する。よって、光検出器１１の検出面１１０上に生じた干渉縞の干渉縞ピッチｐは、式（１５）を変形することにより、次の式（１６）で求められる。
【数１３】
2020101517.tif 000015
【００９６】
この際、光スポット間隔Ｗは式（１２）で求められているため、これを式（１６）に代入すれば、式（１７）となる。
【数１４】
2020101517.tif 000016
【００９７】
さらに、回折次数ｋ，ｋ’の次数差をΔｋとし、集光レンズ１０５の主点から結像面Ｆまでの距離ｂと、結像面Ｆから検出面１１０までの距離ｃを、集光レンズ１０５の主点から検出面１１０までの距離Ｌで置換する。この場合、式（１７）は、次の式（１８）となる。
【数１５】
2020101517.tif 000017
【００９８】
したがって、干渉縞ピッチｐは、集光レンズ１０５の主点から検出面１１０までの距離Ｌに依存する関数で求められることが分かる。
この際、集光レンズ１０５の主点から結像面Ｆまでの距離ｂは、前述した式（９）に示したように、測定対象Ｔから主点Ｍすなわち集光レンズ１０５の位置までの対物距離ａと、集光レンズ１０５の焦点距離ｆとで表される。これより、式（１８）は式（１９）のように変形できる。
【数１６】
2020101517.tif 000018
【００９９】
ここで、集光レンズ１０５の焦点距離ｆ、集光レンズ１０５の主点から検出面１１０までの距離Ｌ、および回折次数ｋ，ｋ’の次数差Δｋは、それぞれ既知の値である。このことから、結果として、干渉縞ピッチｐは、測定対象Ｔから主点Ｍすなわち集光レンズ１０５の位置までの対物距離ａの関数となることが分かる。そのため、光検出器１１の検出面１１０で検出される干渉縞ピッチｐを測定することにより、次の式（２０）により、測定対象Ｔまでの対物距離ａを求めることができる。
【数１７】
2020101517.tif 000019
【０１００】
［距離測定方法］
次に、本実施の形態に係る干渉縞解析装置１２を備える距離測定装置１の動作について、図９のフローチャートを参照して説明する。まず、測定対象Ｔが光学系１０の所定の測定領域に配置される。また、設定器１４は、外部からの入力により、光源１０１の光量や露光時間などの初期調整を行う。
【０１０１】
その後、光源１０１から出射された光は、光源レンズ１０２によって集光されて、ビームスプリッタ１０３により測定対象Ｔに向けて照射される（ステップＳ１）。次に、測定対象Ｔの表面で反射された光は、ビームスプリッタ１０３を透過して、回折光学素子１０４に入射する。回折光学素子１０４は、予め設定された回折特性により入射光を制御し、入射光の位相を変えてその回折特性に基づく、予め設定された２つの次数の回折光のみを出射する（ステップＳ２）。
【０１０２】
次に、回折光学素子１０４から出射された２つの次数の回折光は、集光レンズ１０５によって集光される。そして、２つの次数の回折光により発生する干渉縞は、光検出器１１によって検出される（ステップＳ３）。
【０１０３】
その後、光検出器１１は、検出した干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号を干渉縞解析装置１２に入力する（ステップＳ４）。そして、干渉縞解析装置１２は、上述した干渉縞解析の原理に基づく演算を行い、干渉縞周波数ｆを求める（ステップＳ５）。
【０１０４】
次に、距離算出器１３は、干渉縞解析装置１２によって求められた干渉縞周波数ｆを用いて、上述した距離測定の原理に基づく演算を行い、集光レンズ１０５から測定対象Ｔまでの対物距離ａを算出する（ステップＳ６）。
【０１０５】
［干渉縞解析方法］
次に、干渉縞解析装置１２による干渉縞の解析処理（図９のステップＳ５）について、図１０のフローチャートを参照して説明する。まず、光検出器１１によって検出された、例えば、図１１に示す干渉縞の明暗パターンは、干渉縞信号として干渉縞解析装置１２に入力される。図１１に示す干渉縞は、横軸が干渉縞に直行するＹ方向に沿った画像のピクセル位置［ｐｉｃ］を示し、縦軸が各ピクセル位置における光強度（無単位）である。得られた検出結果は、ほぼ正弦波形状をなしており、そのピーク位置が明線に相当している。
【０１０６】
まず、フーリエ変換部１２０は、光検出器１１によって検出された干渉縞信号をフーリエ変換して、干渉縞信号の周波数スペクトルを出力する（ステップＳ５０）。図１２は、フーリエ変換部１２０から出力される周波数スペクトルの強度分布の一例を示す図である。図１２において、横軸は空間周波数、縦軸は光強度を示している。図１２の例に示すように、フーリエ変換部１２０によって干渉縞信号がフーリエ変換されて得られた周波数スペクトルには、周波数ゼロの直流成分のピークｐｋ０、負の周波数のピークｐｋ２、およびこれと対となる正の周波数のピークｐｋ１など複数のピークを含んでいる。
【０１０７】
次に、ピーク周波数検出部１２１は、ステップＳ５０で得られた干渉縞信号の周波数スペクトルに含まれる複数のピークのうち、直流成分のピークおよび負の周波数成分のピークを除いた正の周波数成分のピークのなかで光強度が最大となるピークの空間周波数を検出する（ステップＳ５１）。図１２の例では、ピーク周波数検出部１２１は、ピークｐｋ１を検出し、この空間周波数を基準周波数ｆrとして記憶部１２６に記憶する。
【０１０８】
次に、バンドパスフィルタ１２２は、干渉縞信号の周波数スペクトルに含まれる空間周波数成分のうち、基準周波数ｆr付近の周波数帯を透過させる（ステップＳ５２）。具体的には、図１３の太線で示すように、バンドパスフィルタ１２２は、基準周波数ｆr付近の周波数帯を透過させ、それ以外の直流成分のピークｐｋ０および負の周波数成分のピークｐｋ２を含む点線で示す周波数成分を除去する。
【０１０９】
その後、逆フーリエ変換部１２３は、ステップＳ５１で基準周波数ｆr付近の周波数帯が透過された周波数スペクトルを逆フーリエ変換する（ステップＳ５３）。より詳細には、逆フーリエ変換部１２３は、上述した干渉縞解析の原理による演算（式（４））に従って逆フーリエ変換を行う。
【０１１０】
次に、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換部１２３によって復元された空間領域の干渉縞信号の位相を算出する（ステップＳ５４）。より詳細には、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換によって得られた複素数表現の干渉縞信号の実部および虚部（式（４））より、光検出器１１に含まれる複数の画素それぞれの位置における位相を算出する（式（５）。
【０１１１】
次に、位相算出部１２４は、ステップＳ５４で算出した位相において、隣接画素の位相差に基づいて位相接続を行う（ステップＳ５５）。ｉ画素位置での干渉縞信号の位相φ（ｉ）は−π〜πの間に畳み込まれ、２π周期で不連続な値となる。そのため、位相算出部１２４は、隣接画素間の位相の値に２πの位相とびがある場合に、２πの整数倍を加減して位相接続を行う。
【０１１２】
次に、干渉縞周波数算出部１２５は、位相算出部１２４によって算出された、復元された干渉縞信号の位相に基づいて干渉縞周波数ｆを算出する（ステップＳ５６）。より詳細には、干渉縞周波数算出部１２５は、光検出器１１の複数の画素それぞれの位置での干渉縞信号の位相の空間変化を干渉縞周波数ｆとして求める（式（６））。干渉縞周波数算出部１２５は、例えば、図１４に示すように、画素位置ごとの位相のデータから最小二乗法による近似直線の傾きを求め、これを干渉縞周波数ｆとして求めてもよい。
【０１１３】
なお、干渉縞周波数算出部１２５は、ステップＳ５６で算出した干渉縞周波数に基づいて、光検出器１１における受光素子の配列距離における平均周波数を算出してもよい（式（２））。
【０１１４】
このように、本実施の形態に係る干渉縞解析方法では、干渉縞信号の空間周波数領域において直流成分や負の周波数成分を除去するので、より高精度な干渉縞周波数を得ることができる。また、干渉縞周波数の平均周波数を求めることにより、収差による影響が低減された干渉縞周波数を得ることができる。
【０１１５】
その後、処理は図９のステップＳ６に戻り、距離算出器１３によって干渉縞周波数または干渉縞信号の平均周波数に基づいて対物距離ａが算出される。
【０１１６】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、干渉縞解析装置１２は、干渉縞信号からノイズの原因となる直流成分や負の周波数成分などを分離するので、リニアイメージセンサなどの受光素子の配列における設計上の制限を受けずに、より高精度かつ高分解能な干渉縞周波数を得ることができる。
【０１１７】
また、本実施の形態に係る干渉縞解析装置１２によれば、干渉縞信号から直流成分や負の周波数成分などを分離した信号を逆フーリエ変換して得られた位相変化を周波数変換するので、計算量や回路規模を抑えつつ、より高精度かつ高分解能な干渉縞周波数を得ることができる。
【０１１８】
また、本実施の形態に係る距離測定装置１によれば、高精度かつ高分解能な干渉縞周波数を用いるので、対物距離ａの測定精度を向上させることができる。
【０１１９】
なお、上述の実施の形態において、ピーク周波数検出部１２１は、干渉縞信号の周波数スペクトルから基準周波数ｆrを検出する場合について説明したが、これとは異なる方法により基準周波数ｆrを取得してもよい。例えば、光検出器１１によって検出された干渉縞信号から直流成分を除去してゼロクロス点を検出して、そのゼロクロス点に同期した信号を基準周波数ｆrとして求めてもよい。
【０１２０】
あるいは、ピーク周波数検出部１２１は、光検出器１１によって検出された干渉縞信号を微分して、微分した値における減少から増加への切り替わりを検出して基準周波数ｆrを求めてもよい。
【０１２１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した第１の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１２２】
第１の実施の形態では、バンドパスフィルタ１２２によって基準周波数ｆr付近の周波数が透過された周波数スペクトルを逆フーリエ変換部１２３が逆フーリエ変換する場合について説明した。これに対して、第２の実施の形態は、バンドパスフィルタ１２２を透過された周波数スペクトルに対して周波数シフトを行う周波数シフタ１２７をさらに備える。以下、第１の実施の形態と異なる構成を中心に説明する。
【０１２３】
図１５に示すように、第２の実施の形態に係る干渉縞解析装置１２Ａは、フーリエ変換部１２０、ピーク周波数算出部１２１、バンドパスフィルタ１２２、逆フーリエ変換部１２３、位相算出部１２４、干渉縞周波数算出部１２５、記憶部１２６、および周波数シフタ１２７を備える。なお、干渉縞解析装置１２Ａを備える距離測定装置１の構成は、図１で説明した第１の実施の形態の構成と同様である。
【０１２４】
周波数シフタ１２７は、基準周波数ｆrをシフト量として、フーリエ変換部１２０によって得られた周波数スペクトルの空間周波数軸をシフトさせる周波数シフトを行う。より詳細には、周波数シフタ１２７は、バンドパスフィルタ１２２から出力された周波数スペクトルに対して周波数シフトを行う。周波数シフタ１２７は、基準周波数ｆrを有する周波数スペクトルの強度のピーク位置が周波数ゼロの位置となるように周波数スペクトルの空間周波数軸を−ｆrだけずらす。
【０１２５】
周波数シフタ１２７は、干渉縞信号の周波数スペクトルにおいて、基準周波数ｆr、すなわち、周波数スペクトルの強度が最大となるピークの空間周波数をキャリア周波数としたときに、この空間的なキャリア周波数に相当する空間周波数を除去して、基準周波数ｆrを変調する変調周波数成分、または揺らぎの空間周波数成分を抽出することになる。
【０１２６】
なお、周波数シフタ１２７は、バンドパスフィルタ１２２を通す前の、直流成分が含まれている干渉縞信号の周波数スペクトルに対して周波数シフトを行ってもよい。
【０１２７】
逆フーリエ変換部１２３は、バンドパスフィルタ１２２によって基準周波数ｆr付近の周波数帯のみが透過され、かつ、周波数シフタ１２７によって周波数がシフトされた空間周波数の周波数スペクトルに基づいて、空間領域の干渉縞信号を復元する。より詳細には、逆フーリエ変換部１２３は、周波数シフタ１２７から出力される周波数スペクトルを逆離散フーリエ変換し、複素数表現の干渉縞信号を復元する。逆フーリエ変換部１２３が出力する干渉縞信号は、元の干渉縞信号からその直流成分や負の周波数成分、および空間的なキャリア周波数成分（基準周波数ｆr）が除かれた信号である。
【０１２８】
位相算出部１２４は、逆フーリエ変換部１２３によって復元された干渉縞信号の位相を算出する。より詳細には、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換部１２３によって復元された複素数表現の干渉縞信号の実部と虚部とに基づいて、光検出器１１の複数の受光素子（画素）のそれぞれの位置での干渉縞信号の位相を算出する。
【０１２９】
また、位相算出部１２４は、隣接画素間の位相の値に２πの位相とびがある場合に、２πの整数倍を加減して位相接続を行う。例えば、隣接画素間の位相差を求め、その位相差が予め設定されている位相のしきい値を超えている場合に、位相接続を行う構成としてもよい。このように、位相算出部１２４は、位相接続された位相分布における干渉縞信号の位相を求める。
【０１３０】
干渉縞周波数算出部１２５は、位相算出部１２４が算出した、復元された干渉縞信号の位相に基づいて、干渉縞の空間周波数である干渉縞周波数を算出する。より詳細には、干渉縞周波数算出部１２５は、位相算出部１２４が算出した光検出器１１のｉ番目（ｉは整数）およびｉ＋１番目の画素のそれぞれの位置における復元された干渉縞信号の位相φ（ｉ）およびφ（ｉ＋１）の値を用いて、ｉ番目の画素の位置での干渉縞周波数ｆ（ｉ）を上述した式（１）（ｆ（ｉ）＝ｆr＋｛φ（ｉ＋１）−φ（ｉ）｝／２πｐpixel）により算出する。
【０１３１】
これを換言するならば、干渉縞周波数算出部１２５は、まず、式（１）における位相φ（ｉ）と位相φ（ｉ＋１）の差、すなわち位相の空間変化から補正周波数ｆc＝｛φ（ｉ＋１）−φ（ｉ）｝／２πを求める。干渉縞周波数算出部１２５は、例えば、位相算出部１２４が算出した複数の画素について算出した干渉縞信号の位相φ（ｉ）（ただし、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）に対する近似直線の傾きを求めて補正周波数ｆcとしてもよい。干渉縞周波数算出部１２５は、例えば、最小二乗法によって位相φ（ｉ）の近似直線を求めてもよい。次いで、干渉縞周波数算出部１２５は、基準周波数ｆrに補正周波数ｆcを加えた空間周波数を干渉縞周波数ｆとして算出する。
【０１３２】
また、干渉縞周波数算出部１２５は、上式（１）によって求めたｉ画素位置での干渉縞周波数ｆ（ｉ）を用いて、干渉縞信号の平均周波数ｆavgを上述した式（２）により求めることができる。
【０１３３】
このように、リニアイメージセンサなどの光検出器１１における一定の距離での干渉縞信号の平均周波数を求めることで、光学系１０に起因した収差などの影響を抑えた干渉縞周波数を求めることができる。
【０１３４】
記憶部１２６は、フーリエ変換部１２０によって得られた干渉縞信号の周波数スペクトル、ピーク周波数検出部１２１によって検出された基準周波数ｆr、および逆フーリエ変換部１２３によって復元された干渉縞信号を記憶する。また、記憶部１２６は、位相算出部１２４によって算出された干渉縞信号の位相、干渉縞周波数算出部１２５によって算出された補正周波数ｆc、および補正後の干渉縞周波数ｆを記憶する。
【０１３５】
［干渉縞解析の原理］
次に、本実施の形態に係る干渉縞解析の原理について説明する。
フーリエ変換の性質より、光検出器１１によって検出された干渉縞信号をフーリエ変換した信号をＦ（ω−ωr）とする。ただし、ω，ωrは、それぞれ干渉縞信号ｆの角周波数、基準周波数ｆrの角周波数であり、ω＝２πｆ、ωr＝２πｆrである。
【０１３６】
上記の干渉縞信号をフーリエ変換した信号Ｆ（ω−ωr）を逆フーリエ変換した信号は、次の式（２１）で表される。
【数１８】
2020101517.tif 000020
【０１３７】
上式（２１）において、ｘは光検出器１１の受光素子の配列方向の距離を示す。上式（２１）の干渉縞周波数ｆ（ｘ）を次の式（２２）で表す。
【０１３８】
【数１９】
2020101517.tif 000021
【０１３９】
上式（２２）において、φxは初期位相を示す。また、上式（２１）を、式（２２）を用いて書き直すと次の式（２３）で表される。
【０１４０】
【数２０】
2020101517.tif 000022
【０１４１】
上式（２３）の実部および虚部より、光検出器１１に含まれる複数の画素それぞれの位置における位相φcは、次の式（２４）で求めることができる。
【０１４２】
【数２１】
2020101517.tif 000023
【０１４３】
上式（２４）は、干渉縞信号の位相φc（ｘ）と干渉縞周波数ｆ（ｘ）との関係を示しており、画素間における位相φc（ｘ）の変化ｄφc（ｘ）／ｄｘは、干渉縞周波数ｆと基準周波数ｆrとの差ｆc（ｘ）に比例する。各画素位置間の干渉縞周波数ｆと基準周波数ｆrとの差の補正周波数ｆcは、位相φcの微分から、次式（２５）で表される。
【０１４４】
【数２２】
2020101517.tif 000024
【０１４５】
上式（２５）より、干渉縞周波数ｆが距離との関係ｆ（ｘ）となり、そのｆ（ｘ）は、基準周波数ｆrに補正周波数ｆcを加えた式（２６）により求まる。
【０１４６】
【数２３】
2020101517.tif 000025
【０１４７】
［干渉縞解析方法］
次に、干渉縞解析装置１２Ａによる干渉縞の解析処理について、図１６のフローチャートを参照して説明する。なお、本実施の形態に係る距離測定方法については、第１の実施の形態（図９）と同様である。まず、光検出器１１によって検出された、例えば、図１１に示す干渉縞の明暗パターンは、干渉縞信号として干渉縞解析装置１２に入力される。図１１に示す干渉縞は、横軸が干渉縞に直行するＹ方向に沿った画像のピクセル位置［ｐｉｃ］を示し、縦軸が各ピクセル位置における光強度（無単位）である。得られた検出結果は、ほぼ正弦波形状をなしており、そのピーク位置が明線に相当している。
【０１４８】
まず、フーリエ変換部１２０は、光検出器１１によって検出された干渉縞信号をフーリエ変換して、干渉縞信号の周波数スペクトルを出力する（ステップＳ５０Ａ）。図１２の例に示すように、フーリエ変換部１２０によって干渉縞信号がフーリエ変換されて得られた周波数スペクトルには、周波数ゼロの直流成分のピークｐｋ０、負の周波数のピークｐｋ２、およびこれと対となる正の周波数のピークｐｋ１など複数のピークを含んでいる。
【０１４９】
次に、ピーク周波数検出部１２１は、ステップＳ５０Ａで得られた干渉縞信号の周波数スペクトルに含まれる複数のピークのうち、直流成分のピークおよび負の周波数成分のピークを除いた正の周波数成分のピークのなかで光強度が最大となるピークの空間周波数を検出する（ステップＳ５１Ａ）。図１２の例では、ピーク周波数検出部１２１は、ピークｐｋ１を検出し、この空間周波数を基準周波数ｆrとして記憶部１２６に記憶する。
【０１５０】
次に、バンドパスフィルタ１２２は、干渉縞信号の周波数スペクトルに含まれる空間周波数成分のうち、基準周波数ｆr付近の周波数帯を透過させる（ステップＳ５２Ａ）。具体的には、図１３の太線で示すように、バンドパスフィルタ１２２は、基準周波数ｆr付近の周波数帯を透過させ、それ以外の直流成分のピークｐｋ０および負の周波数成分のピークｐｋ２を含む点線で示す周波数成分を除去する。
【０１５１】
次に、周波数シフタ１２７は、バンドパスフィルタ１２２から出力された周波数スペクトルに対して周波数シフトを行う（ステップＳ５３Ａ）。より詳細には、図１７に示すように、周波数シフタ１２７は、基準周波数ｆrの周波数をシフト量として、干渉縞信号の周波数スペクトルについて、ピークｐｋ１の周波数を原点（周波数ゼロ）の位置になるように空間周波数軸をシフトさせる。
【０１５２】
その後、逆フーリエ変換部１２３は、ステップＳ５２Ａで基準周波数ｆr付近の周波数帯が透過され、さらに、ステップＳ５３Ａで周波数シフトされた周波数スペクトルを逆フーリエ変換する（ステップＳ５４Ａ）。より詳細には、逆フーリエ変換部１２３は、上述した干渉縞解析の原理による演算（式（２１）から式（２３））に従って逆フーリエ変換を行う。
【０１５３】
次に、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換部１２３によって復元された空間領域の干渉縞信号の位相を算出する（ステップＳ５５Ａ）。より詳細には、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換によって得られた複素数表現の干渉縞信号の実部および虚部（式（２４））より、光検出器１１に含まれる複数の画素それぞれの位置における位相を算出する。
【０１５４】
また、位相算出部１２４は、ステップＳ５５Ａにおいて隣接画素の位相差に基づいて位相接続を行う。ｉ画素位置での干渉縞信号の位相φc（ｉ）は−π〜πの間に畳み込まれ、２π周期で不連続な値となる。そのため、位相算出部１２４は、隣接画素間の位相の値に２πの位相とびがある場合に、２πの整数倍を加減して位相接続を行う。例えば、隣接画素間の位相差を求め、その位相差が予め設定されている位相のしきい値を超えている場合に、位相接続を行う構成としてもよい。このように、位相算出部１２４は、位相接続された位相分布における干渉縞信号の位相φc（ｉ）を求める。
【０１５５】
次に、干渉縞周波数算出部１２５は、位相算出部１２４によって算出された、復元された干渉縞信号の位相に基づいて補正周波数ｆcを算出する（ステップＳ５６Ａ）。より詳細には、干渉縞周波数算出部１２５は、光検出器１１の複数の画素それぞれの位置での干渉縞信号の位相の空間変化を補正周波数ｆcとして求める。干渉縞周波数算出部１２５は、例えば、図１４に示すように、画素位置ごとの位相のデータから最小二乗法による近似直線の傾きを求め、これを補正周波数ｆcとしてもよい。
【０１５６】
次に、干渉縞周波数算出部１２５は、ステップＳ５６Ａで算出された補正周波数ｆcで基準周波数ｆrを補正し、干渉縞周波数ｆを求める（ステップＳ５７Ａ）。より詳細には、干渉縞周波数算出部１２５は、基準周波数ｆrと補正周波数ｆcとを足し合わせることで、補正された干渉縞周波数ｆを算出する。
【０１５７】
なお、干渉縞周波数算出部１２５は、ステップＳ５７Ａで算出した干渉縞周波数に基づいて、光検出器１１における受光素子の配列距離における平均周波数を算出してもよい。
【０１５８】
このように、本実施の形態に係る干渉縞解析方法では、干渉縞信号の空間周波数領域において直流成分や負の周波数成分を除去して周波数シフトを行うので、より高精度な干渉縞周波数を得ることができる。また、干渉縞周波数の平均周波数を求めることにより、収差による影響が低減された干渉縞周波数を得ることができる。
【０１５９】
その後、処理は図９のステップＳ６に戻り、距離算出器１３によって干渉縞周波数または干渉縞信号の平均周波数に基づいて対物距離ａが算出される。
【０１６０】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、干渉縞解析装置１２は、干渉縞信号からノイズの原因となる直流成分や負の周波数成分などを分離して干渉縞信号を補正するので、リニアイメージセンサなどの受光素子の配列における設計上の制限を受けずに、より高精度かつ高分解能な干渉縞周波数を得ることができる。
【０１６１】
また、本実施の形態に係る距離測定装置１によれば、高精度かつ高分解能な干渉縞周波数を用いるので、対物距離ａの測定精度を向上させることができる。
【０１６２】
なお、説明した実施の形態では、周波数シフタ１２７は、バンドパスフィルタ１２２から出力された基準周波数ｆr付近の周波数帯が透過された周波数スペクトルについての周波数シフトを行う場合について説明した。しかし、これらの手順が実行される順序はこれに制限されない。例えば、周波数シフタ１２７が干渉縞信号の周波数スペクトルの周波数シフトを行った後に、バンドパスフィルタ１２２を通してもよい。
【０１６３】
また、周波数シフタ１２７は、基準周波数ｆrをシフト量として、基準周波数ｆrのピークが原点（周波数ゼロ）の位置となるように、周波数スペクトルの空間周波数軸に対する周波数シフトを行う場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、周波数シフタ１２７は、所定のシフト量を用いて周波数ゼロ付近に周波数をシフトすれば、必ずしも原点の位置に一致するように周波数シフトしなくてもよい。
【０１６４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した第１および第２の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６５】
第１および第２の実施の形態では、干渉縞信号の周波数スペクトルにバンドパスフィルタ１２２を通して、基準周波数ｆr付近の周波数帯を透過させ、直流成分および負の周波数成分を除去する場合について説明した。これに対し、第３の実施の形態では、干渉縞解析装置１２は、ＤＣカット部１２８を備え、フーリエ変換部１２０に入力される干渉縞信号から予め直流成分を除去する。以下、第１および第２の実施の形態と異なる構成を中心に説明する。
【０１６６】
図１８に示すように、干渉縞解析装置１２Ｂは、フーリエ変換部１２０、ピーク周波数検出部１２１、バンドパスフィルタ１２２、逆フーリエ変換部１２３、位相算出部１２４、干渉縞周波数算出部１２５、記憶部１２６、周波数シフタ１２７、およびＤＣカット部１２８を備える。
【０１６７】
ＤＣカット部１２８は、光検出器１１によって検出された干渉縞信号に含まれる直流成分を除去する。ＤＣカット部１２８は、例えば、光検出器１１の受光素子（画素）に対応する値（輝度）の平均値を求め、画素ごとにこの平均値と輝度との差分を求めることによって直流成分を除去することができる。ＤＣカット部１２８によって直流成分が除去された干渉縞信号は、フーリエ変換部１２０に入力される。フーリエ変換部１２０に入力される干渉縞信号から予め直流成分を低減させることで、干渉縞信号に含まれるノイズをより確実に低減することができる。
【０１６８】
次に、本実施の形態に係る干渉縞解析装置１２Ｂによって実行される干渉縞の解析処理について、図１９のフローチャートを用いて説明する。なお、距離測定装置１による動作は図９で説明した処理と同様である。
【０１６９】
まず、ＤＣカット部１２８は、光検出器１１によって検出された干渉縞の明暗パターンを示す干渉縞信号から直流成分を除去する（ステップＳ１５０）。その後、フーリエ変換部１２０は、ＤＣカット部１２８によって直流成分が除去された干渉縞信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを出力する（ステップＳ１５１）。
【０１７０】
次に、ピーク周波数検出部１２１は、ステップＳ１５１で得られた、直流成分が除去された周波数スペクトルに含まれるピークのうち、正の周波数帯で光強度が最大となっているピークの空間周波数を検出する（ステップＳ１５２）。ピーク周波数検出部１２１は、検出したピークの空間周波数を基準周波数ｆrとして記憶部１２７に記憶する。
【０１７１】
次に、バンドパスフィルタ１２２は、干渉縞信号に含まれる空間周波数帯のうち、基準周波数ｆr付近の周波数帯を透過させる（ステップＳ１５３）。より詳細には、バンドパスフィルタ１２２は、直流成分が除去された干渉縞信号の周波数スペクトルにおいて、基準周波数ｆr付近の周波数帯のみを透過させ、負の周波数成分を含む他の空間周波数の成分を除去する。
【０１７２】
次に、周波数シフタ１２７は、バンドパスフィルタ１２２から出力された干渉縞信号の周波数スペクトルについて、周波数シフトを行う（ステップＳ１５４）。具体的には、周波数シフタ１２７は、基準周波数ｆrをシフト量として、基準周波数ｆrのピークを原点（周波数ゼロ）の位置となるように、周波数スペクトルの空間周波数軸に対する周波数シフトを行う。
【０１７３】
その後、逆フーリエ変換部１２３は、ステップＳ１５３で基準周波数ｆr付近の周波数帯を透過させ、ステップＳ１５４で周波数シフトした干渉縞信号の周波数スペクトルを逆フーリエ変換する（ステップＳ１５５）。逆フーリエ変換部１２３は、空間周波数領域の周波数スペクトルを逆フーリエ変換して空間領域の干渉縞信号を復元する（式（２１）から（式（２３））。
【０１７４】
次に、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換部１２３によって復元された空間領域の干渉縞信号の位相を算出する（ステップＳ１５６）。より詳細には、位相算出部１２４は、逆フーリエ変換により得られた複素数表現の干渉縞信号の実部および虚部（式（２４））より、光検出器１１に含まれる複数の画素それぞれの位置における位相を算出する。
【０１７５】
次に、干渉縞周波数算出部１２５は、位相算出部１２４によって算出された、復元された干渉縞信号の位相に基づいて補正周波数ｆcを算出する（ステップＳ１５７）。より詳細には、干渉縞周波数算出部１２５は、光検出器１１の複数の画素それぞれの位置での干渉縞信号の位相の空間変化を補正周波数ｆcとして求める。干渉縞周波数算出部１２５は、画素位置ごとの位相のデータから最小二乗法による回帰直線の傾きを求め、これを補正周波数ｆcとしてもよい。
【０１７６】
次に、干渉縞周波数算出部１２５は、ステップＳ１５７で算出された補正周波数ｆcで基準周波数ｆrを補正し、干渉縞周波数ｆを求める（ステップＳ１５８）。より詳細には、干渉縞周波数算出部１２５は、基準周波数ｆrと補正周波数ｆcとを足し合わせることで、補正された干渉縞周波数ｆを算出する。
【０１７７】
なお、干渉縞周波数算出部１２５は、ステップＳ１５８で算出した干渉縞周波数に基づいて、光検出器１１における受光素子の配列距離における平均周波数を算出してもよい。
【０１７８】
その後、処理は図９のステップＳ６に戻り、距離算出器１３によって干渉縞周波数または干渉縞信号の平均周波数に基づいて対物距離ａが算出される。
【０１７９】
なお、説明した第３の実施の形態に係る干渉縞解析装置１２Ｂは、周波数フィルタ１２７を備える構成を用いて説明したが、干渉縞解析装置１２Ｂは、周波数フィルタ１２７を備えていない第１の実施の形態に係る干渉縞解析装置１２と同様の構成にも適用できる。
【０１８０】
以上説明したように、第３の実施の形態に係る干渉縞解析装置１２Ｂによれば、ＤＣカット部１２８が、光検出器１１によって検出された干渉縞信号の直流成分を予め除去するので、基準周波数ｆrの検出やバンドパスフィルタ１２２による負の周波数帯の除去および基準周波数ｆr付近の周波数帯の透過においてノイズの影響をより確実に抑制することができる。その結果として、より高精度な干渉縞周波数を得ることができ、対物距離ａの測定精度も向上する。
【０１８１】
また、説明した実施の形態に係る距離測定装置１によれば、測定対象Ｔから反射される反射光を入射光として、入射光の位相を変えて予め設定された２つの次数の回折光のみを出射する回折光学素子１０４を有するので、スペイシアルフィルタを不要とし、より簡素化された光学系１０を用いて対物距離ａを測定することができる。
【０１８２】
また、回折光学素子１０４は、予め設定された２つの次数の回折光のみを出射するため、従来の振幅型の回折格子を用いた技術では必要とされた、フーリエ変換を行うためのレンズも不要となる。そのため、距離測定装置１は、フーリエ変換面の位置にスペイシアルフィルタを設置するためなどの光学系における精密な位置調整を行うことなく、対物距離ａを測定することができる。
【０１８３】
また、説明した実施の形態に係る距離測定装置１は、回折光学素子１０４において、入射光の一部を遮断することなく回折光を出射する。そのため、振幅型の回折格子を用いた場合と比較して、本実施の形態に係る距離測定装置１は、所望の次数の回折光に対してより高い回折効率が得られる。その結果として、より信号強度の強い光を用いて距離測定を行うことができる。
【０１８４】
また、説明した実施の形態では、レーザ光などの光の反射光によって生ずる干渉縞の周波数を求める場合について説明したが、Ｘ線など、可視光、紫外線、および赤外線以外の電磁波の干渉計測を行うこともできる。この場合、光学系１０はミラーなどを有する反射光学系で構成することができる。また、光検出器１１は、例えば、シンチレータなどを用いて構成することができる。
【０１８５】
また、説明した実施の形態では、位相算出部１２４がｉ画素位置における位相φ（ｉ）を算出し、干渉縞周波数算出部１２５が位相変化、すなわち位相の微分を行って干渉縞信号を補正した干渉縞周波数ｆ（ｉ）を求める場合について説明した。このときに、位相算出部１２４は、例えば、算出したｉ画素位置での位相φ（ｉ）について、光学系１０に起因した収差による干渉縞の影響を補正してもよい。
【０１８６】
また、説明した実施の形態では、対物距離ａを測定する場合について説明したが、干渉縞解析装置１２によって算出された干渉縞周波数に基づいて、測定対象Ｔの形状や変位を測定してもよい。
【０１８７】
また、説明した実施の形態では、距離測定装置１は、集光レンズ１０５を備え、収束光を構成する場合について説明した。しかし、距離測定装置１は、結像面Ｆにおいてフーリエ変換面を構成する必要はないため、集光レンズ１０５の代わりに、平行光や発散光を生成するレンズを用いてもよい。
【０１８８】
また、集光レンズ１０５を用いずに、回折光学素子１０４から出射される２つの次数の回折光により発生する干渉縞を、直接的に、光検出器１１で検出する構成を採用してもよい。この場合、距離測定装置１は、対物距離ａとして、光検出器１１の検出面１１０から測定対象Ｔまでの距離を測定する。
【０１８９】
また、説明した実施の形態に係る距離測定装置１において、回折光学素子１０４と光検出器１１との間の光路Ｏ上に、回折光学素子１０４の回折方向と光軸に直交する方向に２つの次数の回折光を集光する手段を設けてもよい。集光手段としては、例えば、光の屈折を利用したシリンドリカルレンズや、反射鏡などが挙げられる。また、回折光学素子１０４自体にレンズの機能を設け、集光手段を構成してもよい。このような集光手段をさらに備えることで、距離測定装置１において、回折光の信号強度をより大きくさせることが可能となる。
【０１９０】
また、説明した実施の形態に係る距離測定装置１は、位相回折格子で構成される回折光学素子１０４を備える場合について説明した。しかし、回折光学素子１０４は、位相回折格子に限られず、例えば、空間光変調器を用いることができる。
【０１９１】
空間光変調器は、例えば、液晶層と、その液晶層の表面に沿って配置された複数の電極を有し、複数の電極のそれぞれから液晶層に個別に電圧を印加して、液晶層を入射する入射光に対して位相変調を行い、予め設定された２つの次数の回折光のみを出射する。空間光変調器を用いることにより、出射する２つの回折光の次数を用途に応じて可変とすることができる。
【０１９２】
なお、ここで開示された実施の形態に関連して記述された機能ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、ＧＰＵ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ＦＰＧＡあるいはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートあるいはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア部品、または上述した機能を実現するために設計された上記いずれかの組み合わせを用いて実行されうる。
【０１９３】
汎用プロセッサとしてマイクロプロセッサを用いることが可能であるが、代わりに、従来技術によるプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、あるいは状態機器を用いることも可能である。プロセッサは、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに接続された１つ以上のマイクロプロセッサ、またはこのような任意の構成である計算デバイスの組み合わせとして実現することも可能である。
【０１９４】
以上、本発明の干渉縞解析装置、干渉縞解析方法、および距離測定装置における実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１９５】
１…距離測定装置、１０…光学系、１１…光検出器、１２…干渉縞解析装置、１３…距離算出器、１４…設定器、１５…記憶装置、１６…表示装置、１０１…光源、１０２…光源レンズ、１０３…ビームスプリッタ、１０４…回折光学素子、１０５…集光レンズ、１１０…検出面、１２０…フーリエ変換部、１２１…ピーク周波数検出部、１２２…バンドパスフィルタ、１２３…逆フーリエ変換部、１２４…位相算出部、１２５…干渉縞周波数算出部、１２６…記憶部、２０１…バス、２０２…ＣＰＵ、２０３…主記憶装置、２０４…通信インターフェース、２０５…補助記憶装置、２０６…入出力装置、ＮＷ…通信ネットワーク、Ｔ…測定対象、Ｆ…結像面、ａ…対物距離、ｐ…干渉縞ピッチ。
【図１】
2020101517.tif 000026
【図２】
2020101517.tif 000027
【図３】
2020101517.tif 000028
【図４】
2020101517.tif 000029
【図５】
2020101517.tif 000030
【図６】
2020101517.tif 000031
【図７】
2020101517.tif 000032
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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