(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤の表面に入射したレーザ光を反射して入射したレーザ光とは逆方向にレーザ光を出射する反射体を搭載し、前記円盤を回転手段により一定の回転速度で回転させることで、前記入射したレーザ光を光路長を変化させて戻す光路長可変手段と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して片方のレーザ光である第１のレーザ光を前記光路長可変手段に入射させ、他方のレーザ光である第２のレーザ光を検査対象物に照射させ、前記光路長可変手段からの戻り光と前記検査対象物からの反射光とを合成して受光器で受光させる光学系と、
前記検査対象物に前記第２のレーザ光が照射される前に前記第２のレーザ光が透過するとともに、前記検査対象物からの反射光が透過する基準透光体であって、物体内でのレーザ光の光路長および屈折率が既知である基準透光体と、
前記受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、
前記検査対象物を、前記検査対象物に照射される前記第２のレーザ光に対して移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記ピーク点時間検出手段が検出した前記基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応する前記ピーク点時間と、前記ピーク点時間検出手段が検出した前記検査対象物の表面に対応するピーク点時間と、前記基準透光体の物体内でのレーザ光の光路長および屈折率とを用いて、前記基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面から前記検査対象物までの距離を計算し、前記移動位置に対する前記計算した距離から検査対象物の表面プロファイルを計算する表面プロファイル計算手段とを備えたことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項２】
円盤の表面に入射したレーザ光を反射して入射したレーザ光とは逆方向にレーザ光を出射する反射体を搭載し、前記円盤を回転手段により一定の回転速度で回転させることで、前記入射したレーザ光を光路長を変化させて戻す光路長可変手段と、
前記回転手段による回転位置が所定の回転位置に来るごとに、回転角度０である基準回転位置を示す信号を出力する基準回転位置検出手段と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して片方のレーザ光である第１のレーザ光を前記光路長可変手段に入射させ、他方のレーザ光である第２のレーザ光を検査対象物に照射させ、前記光路長可変手段からの戻り光と前記検査対象物からの反射光とを合成して受光器で受光させる光学系と、
前記検査対象物に前記第２のレーザ光が照射される前に前記第２のレーザ光が透過するとともに、前記検査対象物からの反射光が透過する基準透光体と、
前記受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、
前記検査対象物を、前記検査対象物に照射される前記第２のレーザ光に対して移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記ピーク点時間検出手段が検出した前記基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応する前記ピーク点時間と、前記ピーク点時間検出手段が検出した前記検査対象物の表面に対応するピーク点時間と、予め記憶されている前記円盤の基準回転位置からの回転角度に対する光路長の変化量と、予め記憶されている前記基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応した前記受光器が出力する信号がピークとなるタイミングでの前記円盤の基準回転位置からの回転角度とを用いて、前記基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面から前記検査対象物までの距離を計算し、前記移動位置に対する前記計算した距離から検査対象物の表面プロファイルを計算する表面プロファイル計算手段とを備えたことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項３】
前記ピーク点時間検出手段は、前記受光器が出力する信号の瞬時値を設定された時間間隔で検出し、前記検出した信号の瞬時値をデータ処理することにより、ピーク点時間を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面プロファイル測定装置。
【請求項４】
円盤の表面に入射したレーザ光を反射して入射したレーザ光とは逆方向にレーザ光を出射する反射体を搭載し、前記円盤を回転手段により一定の回転速度で回転させることで、前記入射したレーザ光を光路長を変化させて戻す光路長可変手段と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して片方のレーザ光である第１のレーザ光を前記光路長可変手段に入射させ、他方のレーザ光である第２のレーザ光を透光性物体である検査対象物に照射させ、前記光路長可変手段からの戻り光と前記検査対象物からの反射光とを合成して受光器で受光させる光学系と、
前記検査対象物に前記第２のレーザ光が照射される前に前記第２のレーザ光が透過するとともに、前記検査対象物からの反射光が透過する基準透光体であって、物体内でのレーザ光の光路長および屈折率が既知である基準透光体と、
前記受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、
前記ピーク点時間検出手段が検出した前記基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応する前記ピーク点時間と、前記ピーク点時間検出手段が検出した前記検査対象物の表面および裏面に対応する前記ピーク点時間と、前記基準透光体の物体内でのレーザ光の光路長および屈折率とを用いて、前記検査対象物の厚さを計算する厚さ計算手段とを備えたことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
【請求項５】
円盤の表面に入射したレーザ光を反射して入射したレーザ光とは逆方向にレーザ光を出射する反射体を搭載し、前記円盤を回転手段により一定の回転速度で回転させることで、前記入射したレーザ光を光路長を変化させて戻す光路長可変手段と、
前記回転手段による回転位置が所定の回転位置に来るごとに、回転角度０である基準回転位置を示す信号を出力する基準回転位置検出手段と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して片方のレーザ光である第１のレーザ光を前記光路長可変手段に入射させ、他方のレーザ光である第２のレーザ光を透光性物体である検査対象物に照射させ、前記光路長可変手段からの戻り光と前記検査対象物からの反射光とを合成して受光器で受光させる光学系と、
前記検査対象物に前記第２のレーザ光が照射される前に前記第２のレーザ光が透過するとともに、前記検査対象物からの反射光が透過する基準透光体と、
前記受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、
前記ピーク点時間検出手段が検出した前記基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応する前記ピーク点時間と、前記ピーク点時間検出手段が検出した前記検査対象物の表面および裏面に対応する前記ピーク点時間と、予め記憶されている前記円盤の基準回転位置からの回転角度に対する光路長の変化量と、予め記憶されている前記基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応した前記受光器が出力する信号がピークとなるタイミングでの前記円盤の基準回転位置からの回転角度とを用いて、前記検査対象物の厚さを計算する厚さ計算手段とを備えたことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
【請求項６】
前記ピーク点時間検出手段は、前記受光器が出力する信号の瞬時値を設定された時間間隔で検出し、前記検出した信号の瞬時値をデータ処理することにより、ピーク点時間を検出することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の透光性物体厚さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）により物体の表面プロファイルを測定する装置、および光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体の厚さを測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンストモグラフィーは、低コヒーレンス光を２つに分割し、片方を検査対象物に入射させ、他方を光路長を変化させる装置に入射させて双方の反射光を干渉させ、光路長を変化させる装置に入射させた光の光路長を変化させて、光路長の変化量に対する干渉光の状態を測定し、検査対象物を検査する手法である。光コヒーレンストモグラフィーは、人体（特に眼底）の断面方向像を検出することに用いられることが多いが、例えば下記特許文献１に示されているように、２つの反射光を合成した光の強度が大きくなる時点の光路長の変化量を検出して、物体表面のプロファイルを測定することにも用いることができる。また、検査対象物が透光性物体であれば、表面と裏面で光が反射するので、合成した光の強度が大きくなる２つの時点の光路長の変化量を検出すれば、物体の厚さを測定することもできる。この光コヒーレンストモグラフィーにおいて、例えば下記特許文献２に示されているように、光路長を変化させる装置（以下、光路長可変装置という）には、円盤上に９０°の角度をなすミラーや９０°の角度があるプリズムまたはレトロリフレクタ（以下、総称して三角状反射体という）を配置し、円盤を回転させて光を三角状反射体で反射させる装置がある。この光路長可変装置は、高速掃引が可能であり、バックラッシュなども生じることがないという利点がある。そして、下記特許文献２に示されているように、検査対象物に光を入射させる前に透光体で光を反射させれば、この透光体の面を基準位置として検査対象物の反射位置までの距離を求めることができるため、高い精度で検査対象物を検査することができる。また、この手法を、下記特許文献１に示されているように物体表面のプロファイルを測定することに適用すれば、高い精度で物体表面のプロファイルを測定することができる。また、検査対象物が透光性物体であれば、表面のプロファイルと共に物体の厚さを測定することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３４５４０号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５２８６号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、前述した光路長可変装置は回転角度に対する光路長の変化量を得ておき、合成した光の強度がピークになる時点の回転角度を検出して光路長の変化量を求める必要があるため、回転角度を検出する機器が必要となり、このため装置のコストがUPするという問題がある。また、円盤の回転が一定の回転速度でされるように制御し、回転モータに内蔵されるエンコーダよりインデックス信号が入力してから経過した時間を計測して回転角度を算出すれば、回転角度を検出する機器を設けないようにすることはできる。しかし、その場合は、精度がよい測定を行うためには、高い精度で円盤の回転速度を一定にする（回転ジッタが微量である）よう制御する機器が必要になり、やはり装置のコストがUPするという問題がある。
【０００５】
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、光コヒーレンストモグラフィーにより物体の表面プロファイルを測定する装置および光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体の厚さを測定する装置において、三角状反射体を配置した円盤を回転させる光路長可変装置の円盤の回転角度を検出する機器を設ける必要がなく、前記円盤の回転が一定になるよう制御する機器を高精度にする必要もない、高精度の表面プロファイル測定装置および透光性物体厚さ測定装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、表面プロファイル測定装置において、円盤の表面に入射したレーザ光を反射して入射したレーザ光とは逆方向にレーザ光を出射する反射体を搭載し、円盤を回転手段により一定の回転速度で回転させることで、入射したレーザ光を光路長を変化させて戻す光路長可変手段と、低コヒーレンスのレーザ光を分岐して片方のレーザ光である第１のレーザ光を光路長可変手段に入射させ、他方のレーザ光である第２のレーザ光を検査対象物に照射させ、光路長可変手段からの戻り光と検査対象物からの反射光とを合成して受光器で受光させる光学系と、検査対象物に第２のレーザ光が照射される前に第２のレーザ光が透過するとともに、検査対象物からの反射光が透過する基準透光体であって、物体内でのレーザ光の光路長および屈折率が既知である基準透光体と、受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、検査対象物を、検査対象物に照射される第２のレーザ光に対して移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、移動手段によるそれぞれの移動位置において、ピーク点時間検出手段が検出した基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応するピーク点時間と、ピーク点時間検出手段が検出した検査対象物の表面に対応するピーク点時間と、基準透光体の物体内でのレーザ光の光路長および屈折率とを用いて、基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面から検査対象物までの距離を計算し、移動位置に対する計算した距離から検査対象物の表面プロファイルを計算する表面プロファイル計算手段とを備えたことにある。
【０００７】
これによれば、ピーク点時間検出手段が基準透光体のレーザ光入射側の面に対応するピーク点時間を検出してから、検査対象物の表面に対応するピーク点時間を検出するまでの短い時間帯においては、光路長可変手段の円盤は一定の回転速度で回転していると見なすことができる。そして、光路長可変手段による光路長の変化速度も略一定であると見なすことができる。よって、基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応するピーク点時間の時間差と、基準透光体のいずれかの面に対応するピーク点時間と検査対象物の表面に対応するピーク点時間との時間差は、レーザ光の光路長に屈折率を乗算した値に比例する。すなわち、これらのピーク点時間と基準透光体の物体内でのレーザ光の光路長および基準透光体の屈折率とを用いれば、基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面から検査対象物までの距離を精度よく計算することができる。そして、移動手段により検査対象物を第２のレーザ光に対して移動させ、それぞれの移動位置ごとに基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面から検査対象物までの距離を求めれば、検査対象物の表面プロファイルを精度よく求めることができる。すなわち、光路長可変装置の円盤の回転角度を検出する機器を設ける必要がなく、光路長可変装置の円盤の回転が一定になるよう制御する機器を高精度にする必要もなく、基準透光体の厚さと屈折率を精度よく求めて記憶しておけば、精度よく検査対象物の表面プロファイルを求めることができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、表面プロファイル測定装置において、円盤の表面に入射したレーザ光を反射して入射したレーザ光とは逆方向にレーザ光を出射する反射体を搭載し、円盤を回転手段により一定の回転速度で回転させることで、入射したレーザ光を光路長を変化させて戻す光路長可変手段と、回転手段による回転位置が所定の回転位置に来るごとに、回転角度０である基準回転位置を示す信号を出力する基準回転位置検出手段と、低コヒーレンスのレーザ光を分岐して片方のレーザ光である第１のレーザ光を光路長可変手段に入射させ、他方のレーザ光である第２のレーザ光を検査対象物に照射させ、光路長可変手段からの戻り光と検査対象物からの反射光とを合成して受光器で受光させる光学系と、検査対象物に第２のレーザ光が照射される前に第２のレーザ光が透過するとともに、検査対象物からの反射光が透過する基準透光体と、受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、検査対象物を、検査対象物に照射される前記第２のレーザ光に対して移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、移動手段によるそれぞれの移動位置において、ピーク点時間検出手段が検出した基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応するピーク点時間と、ピーク点時間検出手段が検出した検査対象物の表面に対応するピーク点時間と、予め記憶されている円盤の基準回転位置からの回転角度に対する光路長の変化量と、予め記憶されている基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応した受光器が出力する信号がピークとなるタイミングでの円盤の基準回転位置からの回転角度とを用いて、基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面から検査対象物までの距離を計算し、移動位置に対する計算した距離から検査対象物の表面プロファイルを計算する表面プロファイル計算手段とを備えたことにある。
【０００９】
これによれば、ピーク点時間検出手段が基準透光体のレーザ光入射側の面に対応するピーク点時間を検出してから、検査対象物の表面に対応するピーク点時間を検出するまでの短い時間帯においては、光路長可変手段の円盤は一定の回転速度で回転していると見なすことができる。そして、予め、基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面に対応した受光器が出力する信号がピークとなるタイミングでの円盤の回転角度を精度よく測定して記憶しておけば、基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応するピーク点時間と検査対象物の表面に対応するピーク点時間から、検査対象物の表面に対応するピークが生じるタイミングにおける円盤の回転角度を精度よく求めることができる。そして、予め、円盤の回転角度に対する光路長の変化量を精度よく測定して記憶しておけば、求めた回転角度から基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面に対応する光路長の変化量と検査対象物の表面に対応する光路長の変化量を精度よく求めることができる。この光路長の変化量の差から、基準透光体のいずれかの面から検査対象物の表面までの距離を計算できるので、基準透光体のいずれかの面から検査対象物の表面までの距離を精度よく求めることができる。そして、移動手段により検査対象物を第２のレーザ光に対して移動させ、それぞれの移動位置ごとに基準透光体のレーザ光入射側の面またはレーザ光出射側の面から検査対象物までの距離を求めれば、検査対象物の表面プロファイルを精度よく求めることができる。すなわち、光路長可変装置の円盤の回転角度を検出する機器を設ける必要がなく、光路長可変装置の円盤の回転が一定になるよう制御する機器を高精度にする必要もなく、円盤の基準回転位置からの回転角度に対する光路長の変化量と、基準透光体のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応した受光器が出力する信号がピークとなるタイミングでの円盤の基準回転位置からの回転角度を精度よく測定して記憶しておけば、精度よく検査対象物の表面プロファイルを求めることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、上記表面プロファイル測定装置における発明において、ピーク点時間検出手段は、受光器が出力する信号の瞬時値を設定された時間間隔で検出し、前記検出した信号の瞬時値をデータ処理することにより、ピーク点時間を検出するようにしたことにある。これによれば、A／D変換器を設けるのみで容易に精度よくピーク点時間を検出することができる。
【００１１】
さらに、本発明の実施にあたっては、本発明は、表面プロファイル測定装置における発明に限定されることなく、透光性物体厚さ測定装置における発明にも適用できるものである。すなわち、検査対象物が透光性物体であれば、レーザ光は検査対象物の表面と裏面にて反射するため、検査対象物の表面および裏面に対応するピーク点時間を検出することができ、基準透光体のいずれかの面から検査対象物の表面までの距離および検査対象物の裏面までの距離を求めることができる。これらの距離の差が、検査対象物の厚さである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用された表面プロファイル測定装置の全体構成図である。
【図２】光路長に対する２つの反射したレーザ光の干渉による光強度を示すグラフである。
【図３】表面プロファイル測定装置のデータ処理装置によって実行されるプログラムのフローチャートである。
【図４】表面プロファイル測定装置のデータ処理装置によって実行されるプログラムのフローチャートである。
【図５】表面プロファイル測定装置のデータ処理装置に記憶される信号の瞬時値データを時系列で並べ視覚的に示した図である。
【図６】光路長可変装置の円盤を回転させるスピンドルモータの回転角度と光路長変化量の関係を示した図である。
【図７】基準透光体の表面と裏面に対応するピーク点が発生するスピンドルモータの回転角度を検出するための装置の構成図である。
【図８】スピンドルモータの回転角度と光路長変化量の関係を検出するための装置の構成図である。
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明が適用された表面プロファイル測定装置の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明が適用された表面プロファイル測定装置の全体構成図である。この表面プロファイル測定装置は、ステージ５１に載置した検査対象物ＯＢの表面プロファイルを測定する装置である。
【００１４】
表面プロファイル測定装置は、ステージ駆動装置５０を備えている。ステージ駆動装置５０は、検査対象物ＯＢを載置固定するステージ５１と、ステージ５１をＸ方向（図１においては左右方向）に移動させるＸ方向フィードモータ５２と、ステージ５１をＹ方向（図１においては紙面垂直方向）に移動させるＹ方向フィードモータ５３とを備えている。Ｘ方向とＹ方向は、ステージ５１の載置面と平行な一つの方向であって、互いに直交する方向である。ステージ駆動装置５０は、Ｘ方向フィードモータ５２の出力軸に連結されたねじ送り機構５４、および、Ｙ方向フィードモータ５３の出力軸に連結されたねじ送り機構（図示略）により、それぞれのフィードモータ５２，５３を回転させることによりステージ５１をＸ方向とＹ方向とに移動させるＸＹステージである。
【００１５】
Ｘ方向フィードモータ５２内には、同モータ５２の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ５２ａが組み込まれている。この回転信号は、Ｘ方向フィードモータ５２が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、回転方向を識別するために互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。回転信号は、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２とＸ方向位置検出回路６４とに出力される。
【００１６】
Ｘ方向位置検出回路６４は、エンコーダ５２ａからの回転信号のパルス数をＸ方向フィードモータ５２の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ５１のＸ方向位置を検出し、Ｘ方向位置（以下、単にＸ位置と呼ぶ）を表す信号をコントローラ９０に出力する。Ｘ位置は、後述する光ヘッド２０に対するステージ５１のＸ方向の相対位置を表すため、光ヘッド２０から検査対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射位置のＸ座標値として扱われる。なお、レーザ光の照射位置とは、光ヘッド２０がレーザ光を集光して照射できる位置であって、実際にレーザ光が検査対象物ＯＢに照射されているか否かを問うものではない。
【００１７】
Ｘ方向位置検出回路６４におけるカウント値の初期設定は、電源投入時にコントローラ９０の指示によって行われる。すなわち、コントローラ９０は、電源投入時に、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２にステージ５１のＸ方向限界位置への移動、および、Ｘ方向位置検出回路６４に初期設定を指示する。この指示により、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２は、Ｘ方向フィードモータ５２を回転させてステージ５１をＸ方向限界位置に移動させる。このＸ方向限界位置は、Ｘ方向フィードモータ５２によって駆動されるステージ５１のＸ方向の駆動限界位置である。Ｘ方向位置検出回路６４は、このステージ５１の移動中、エンコーダ５２ａからの回転信号を入力し続けている。そして、ステージ５１がＸ方向限界位置まで達してＸ方向フィードモータ５２の回転が停止すると、Ｘ方向位置検出回路６４はエンコーダ５２ａからの回転信号の入力停止を検出して、カウント値を「０」にリセットする。このとき、Ｘ方向位置検出回路６４は、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２に出力停止のための信号を出力し、これにより、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２はＸ方向フィードモータ５２への駆動信号の出力を停止する。その後に、Ｘ方向フィードモータ５２が駆動された際には、Ｘ方向位置検出回路６４は、回転信号のパルス数をＸ方向フィードモータ５２の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ５１のＸ位置を計算し、Ｘ位置を表すデジタル信号をＸ方向フィードモータ制御回路６２およびコントローラ９０に出力し続ける。
【００１８】
同様に、Ｙ方向フィードモータ５３内にも、同モータ５３の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ５３ａが組み込まれている。この回転信号は、Ｘ方向フィードモータ５２内のエンコーダ５２ａと同様に、Ｙ方向フィードモータ５３が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。この回転信号は、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３とＹ方向位置検出回路６５とに出力される。
【００１９】
Ｙ方向位置検出回路６５は、エンコーダ５３ａからの回転信号のパルス数をＹ方向フィードモータ５３の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ５１のＹ方向位置を検出し、Ｙ方向位置（以下、単にＹ位置と呼ぶ）を表すデジタル信号をコントローラ９０に出力する。Ｙ位置は、光ヘッド２０に対するステージ５１のＹ方向の相対位置を表すため、光ヘッド２０から検査対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射位置のＹ座標値として扱われる。
【００２０】
Ｙ方向位置検出回路６５におけるカウント値の初期設定は、Ｘ方向位置検出回路６４と同様に、電源投入時にコントローラ９０の指示によって行われる。すなわち、コントローラ９０からの初期設定が指示されると、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３がＹ方向フィードモータ５３を回転させてステージ５１をＹ方向限界位置に移動させる。そして、Ｙ方向位置検出回路６５は、ステージ５１がＹ方向限界位置に達してエンコーダ５３ａからの回転信号の入力が停止したことを検知すると、カウント値を「０」にリセットするとともに、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３に出力停止信号を出力する。その後、Ｙ方向位置検出回路６５は、回転信号のパルス数をＹ方向フィードモータ５３の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ５１のＹ位置を計算し、Ｙ位置を表す信号をＹ方向フィードモータ制御回路６３およびコントローラ９０に出力し続ける。
【００２１】
Ｘ方向フィードモータ制御回路６２は、コントローラ９０の指示により、Ｘ方向フィードモータ５２を駆動制御して、ステージ５１を指定Ｘ位置へ移動させる。具体的には、Ｘ方向フィードモータ制御回路５２は、コントローラ９０からＸ位置が入力すると、Ｘ方向位置検出回路６４から入力するＸ位置を用いてＸ方向フィードモータ５２の回転を制御し、Ｘ方向位置検出回路６４から入力するＸ位置がコントローラ９０から入力したＸ位置に等しくなるまでＸ方向フィードモータ５２を回転させる。Ｙ方向フィードモータ制御回路６３も、コントローラ９０の指示により、Ｙ方向フィードモータ５３を駆動制御して、ステージ５１を指定Ｙ位置へ移動させる。具体的には、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３は、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２と同様に、コントローラ９０からＹ位置が入力すると、Ｙ方向位置検出回路６５から入力するＹ位置がコントローラ９０から入力したＹ位置に等しくなるまでＹ方向フィードモータ５３を回転させる。
【００２２】
表面プロファイル測定装置は、測定部１０、光ヘッド２０および光路長可変装置４０を備えている。測定部１０は、レーザ光源１１、コリメーティングレンズ１２、集光レンズ１３、光カプラ１４及び受光センサ１５を有する。レーザ光源１１は、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）又はＬＥＤで構成されていて、低コヒーレンスのレーザ光を出射する。この低コヒーレンスのレーザ光は、図２に示すように、２つに分岐されたレーザ光が干渉した際、２つの分岐されたレーザ光の光路長が等しいときにのみ、干渉後のレーザ光の強度が極めて大きくなる特徴を有する。コリメーティングレンズ１２は、レーザ光源１１からの低コヒーレンスのレーザ光を平行光に変換し、集光レンズ１３は、コリメーティングレンズ１２からの平行光を集光して光ファイバー１６に入射させる。この場合、集光レンズ１３の焦点距離は、光ファイバー１６内に入射したレーザ光が光ファイバー１６内で全反射するように設定されている。光ファイバー１６に入射したレーザ光は、光カプラ１４に導かれる。
【００２３】
光カプラ１４は、光ファイバー１６を介して入射されたレーザ光を２つに分岐させ、一方を光ヘッド２０に通じる光ファイバー３１に入射させ、他方を後述する光路長可変装置４０に通じる光ファイバー３２に入射させる。また、光カプラ１４は、光ファイバー３１を介して光ヘッド２０から導かれる反射光、及び光ファイバー３２を介して光路長可変装置４０から導かれる反射光を、それぞれ２つに分岐させて、それらの各一方を光ファイバー１７を介して受光センサ１５に導く。なお、本実施形態では、光カプラ１４を用いて出射光及び反射光を２つに分岐させているが、出射光及び反射光を断面径の小さな平行光に変換して、ビームスプリッタを用いて２つに分岐させてもよい。
【００２４】
受光センサ１５は、受光したレーザ光の強度を表す大きさの信号を出力する。この場合、受光センサ１５に入射した２つの反射光は干渉し、レーザ光が低コヒーレンスであるため、受光センサ１５から出力される信号は、基準透光体２３の反射位置および検査対象物ＯＢの反射位置から光カプラ１４までの距離と、光路長可変装置４０の反射位置（固定反射体４６）から光カプラ１４までの距離とが一致したときのみ強度が大きくなる。
【００２５】
光ヘッド２０は、コリメーティングレンズ２１、対物レンズ２２及び基準透光体２３を有する。コリメーティングレンズ２１は、光ファイバー３１から出射された低コヒーレンスのレーザ光を平行光にして対物レンズ２２に導く。対物レンズ２２は、コリメーティングレンズ２１からの平行光であるレーザ光を集光し、基準透光体２３を介して測定対象物である検査対象物ＯＢに照射する。基準透光体２３を介することで、レーザ光は基準透光体２３の入射面、基準透光体２３の出射面及び検査対象物ＯＢの表面の３箇所で反射する。なお、対物レンズ２２の開口数は小さく、検査対象物ＯＢの表面に凹凸があっても検査対象物ＯＢの表面は対物レンズ２２の焦点深度内にあるようになっている。また、基準透光体２３は材質がガラスであり、厚さ（基準透光体２３内でのレーザ光の光路長）および屈折率は、高精度の測定器で測定され、後述するデータ処理装置７０内のメモリに記憶されている。なお、本実施形態では基準透光体２３はガラスを用いたが、光の透過率が高ければ、基準透光体２３の材質はガラス以外のものであってもよい。
【００２６】
光路長可変装置４０は、スピンドルモータ４４によって回転駆動される円盤状プレート４１を有し、円盤状プレート４１は４つの三角状反射体４２を周方向に９０°の間隔で配置している。三角状反射体４２は、反射面を９０度の角度をもって交差させた２枚の反射体からそれぞれなり、反射面が円盤状プレート４１に対して垂直になるように円盤状プレート４１にそれぞれ固定されている。そして、各三角状反射体４２の各一対の反射面の法線ベクトルの合成ベクトルが円盤状プレート４１の回転方向になる向きに設定されている。また、この三角状反射体４２は、入射したレーザ光を反射して入射したレーザ光とは逆方向（入射したレーザ光の光軸と平行であって、入射したレーザ光とは反対方向）にレーザ光を出射するもので、入射するレーザ光の光軸は、２枚の反射体の両反射面に垂直な平面（円盤状プレート４１の上面）に対して平行となるように設定されている。
【００２７】
光ファイバー３２から出射された低コヒーレンスのレーザ光は、コリメーティングレンズ４３により断面径が微小の平行光になり、光路長可変装置４０の三角状反射体４２に入射する。レーザ光が入射した三角状反射体４２は、その一方の反射面にて入射したレーザ光を反射して他方の反射面に入射させ、他方の反射面では入射したレーザ光を反射して固定反射体４６に向けて出射する、すなわち入射したレーザ光を入射したレーザ光とは逆方向に出射する。この固定反射体４６に向けて出射されたレーザ光は、固定反射体４６の反射面に垂直に入射する。固定反射体４６は、入射したレーザ光を反射して、三角状反射体４２の他方の反射面に入射させる。三角状反射体４２は、その他方の反射面で入射したレーザ光を反射してその一方の反射面に入射させ、その後、その一方の反射面でレーザ光を反射して、コリメーティングレンズ４３を介して前記レーザ光の出射された光ファイバー３２に入射させる。すなわち、光ファイバー３２から出射されたレーザ光は、光路長可変装置４０にて光軸位置が同一で進行方向が逆方向のレーザ光となって光ファイバー３２に入射する。出射レーザ光と入射レーザ光の光軸位置が同一になるのは、三角状反射体４２の２枚の反射体が９０°の角度であるとともに、出射レーザ光の光軸が２枚の反射体の両反射面に垂直な平面に対して平行であり、さらに出射レーザ光の光軸が固定反射体４６の反射面の法線と平行であるためである。なお、本実施形態においては三角状反射体４２を、反射面を９０度の角度をもって交差させた２枚の反射体から成るものにしたが、光ファイバー３２における出射レーザ光と入射レーザ光の光軸位置が同一になればよく、三角状反射体４２には、９０°の角度があるプリズムまたはレトロリフレクタを用いてもよい。
【００２８】
スピンドルモータ４４は、スピンドルモータ制御回路４７により駆動制御されて、円盤状プレート４１を一定の回転速度で回転させる。スピンドルモータ４４内には、同モータ４４すなわち円盤状プレート４１の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ４４ａが組み込まれている。この回転検出信号は、円盤状プレート４１の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるインデックス信号Indexと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰返すとともに互いにπ／２だけ位相のずれた１対のパルス列信号φA，φBとからなる。スピンドルモータ制御回路４７は、コントローラ９０の指令により作動開始し、エンコーダ４４ａからのパルス列信号φA，φBの単位時間あたりのパルス数が予め設定されている値になるようスピンドルモータ４４を回転制御する。これにより、円盤状プレート４１は設定された回転速度で回転する。また、エンコーダ４４ａから発生するインデックス信号Indexは、後述するデータ処理装置７０の距離計算回路７３に入力する。
【００２９】
円盤状プレート４１が回転すると三角状反射体４２でレーザ光が反射する位置は変化するが、光ファイバー３２における出射レーザ光と入射レーザ光の光軸位置は同一のままである。しかし、光ファイバー３２から出射してから入射するまでのレーザ光の光路長は変化する。これにより、受光センサ１５が出力する受光強度に相当する信号は、１つの三角状反射体４２において円盤状プレート４１がある回転位置にあるときに、基準透光体２３の反射位置または検査対象物ＯＢの反射位置から光カプラ１４までの距離と、光路長可変装置４０の反射位置（固定反射体４６）から光カプラ１４までの距離とが一致してピークとなる。この場合、検査対象物ＯＢに照射されたレーザ光は、基準透光体２３の入射面、基準透光体２３の出射面及び検査対象物ＯＢの表面の３箇所で反射するので、受光センサ１５が出力する信号は、１つの三角状反射体４２において円盤状プレート４１が３つの回転位置にあるときにピークとなる。
【００３０】
表面プロファイル測定装置は、レーザ駆動回路３０とデータ処理装置５０とを備えている。レーザ駆動回路３０は、コントローラ９０からレーザ照射開始の指令が入力すると、レーザ光源１１から設定された強度のレーザ光が出射するよう、設定された強度の電圧および電流をレーザ光源１１に供給する。
【００３１】
データ処理装置７０は、増幅回路７１、Ａ／Ｄ変換器７２及び距離計算回路７３を備えている。増幅回路７１は、受光センサ１５が出力する受光強度に相当する強度の信号を入力し、設定された増幅率で増幅し、Ａ／Ｄ変換器７２へ出力する。Ａ／Ｄ変換器７２は、距離計算回路７３からＡ／Ｄ変換開始の指令が入力すると、増幅回路７１から入力する信号を設定された時間間隔でＡ／Ｄ変換し、信号の瞬時値であるデジタルデータを距離計算回路７３に出力する。また、距離計算回路７３からＡ／Ｄ変換終了の指令が入力すると、Ａ／Ｄ変換を停止する。距離計算回路７３はメモリを内蔵し、Ａ／Ｄ変換器７２から入力したデジタルデータを記憶する。また、予め、基準透光体２３の厚さ（基準透光体２３内のレーザ光の光路長）、基準透光体２３の屈折率、Ａ／Ｄ変換器７２から入力するデジタルデータの記憶を開始する時間、および入力するデジタルデータの記憶を停止する時間が記憶されている。また、距離計算回路７３はマイクロコンピュータを内蔵し、後述するプログラムを実行することでＡ／Ｄ変換器７２から入力するデジタルデータを記憶し、記憶したデジタルデータを処理して、基準透光体２３のレーザ光出射面から検査対象物ＯＢまでの距離を算出し、そのデジタルデータをコントローラ９０に出力する。
【００３２】
以下、表面プロファイル測定装置の電源を入れ、ステージ５１に検査対象物ＯＢを載置した後、コントローラ９０が実行するプログラムと距離計算回路７３が実行するプログラムに沿って説明する。作業者はステージ５１に検査対象物ＯＢを載置した後、入力装置９２から検査対象物ＯＢにおける測定位置であるＸ位置とＹ位置を入力し、測定開始の指令を入力する。なお、コントローラ９０のメモリに記憶されている測定位置をそのまま使用するときは、Ｘ位置とＹ位置の入力は不要である。コントローラ９０は入力装置９２から測定開始の指令が入力すると、図示しないプログラムをスタートさせ、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２とＹ方向フィードモータ制御回路６３に最初の測定位置であるＸ位置とＹ位置を出力し、レーザ駆動回路３０、スピンドルモータ制御回路４７に作動開始の指令を出力する。これにより、検査対象物ＯＢの最初の測定位置にレーザ光が照射され、光路長可変装置４０は入射するレーザ光の光路長を変化させて元に戻し、受光センサ１５が出力する信号は、円盤状プレート４１がある回転位置にあるときにピークが発生する信号になる。
【００３３】
次にコントローラ９０は、距離計算回路７３に作動開始の指令を出力する。この指令が入力すると、距離計算回路７３は図３のフローチャートが示すプログラムと図４のフローチャートが示すプログラムを同時にスタートさせる。以下、図３のフローチャートに沿って説明する。距離計算回路７３はステップＳ１００にてプログラムをスタートさせると、ステップＳ１０２にて変数ｎと変数ｋを１に設定する。変数ｎは、予め記憶しているＡ／Ｄ変換器７２から入力するデータの記憶を開始する時間および終了する時間を指定するものである。また、変数ｋは、円盤状プレート４１の回転回数を示すものである。
【００３４】
次に距離計算回路７３はステップＳ１０４にて、Ａ／Ｄ変換器７２にＡ／Ｄ変換開始の指令を出力する。これによりＡ／Ｄ変換器７２はＡ／Ｄ変換を開始し、設定された時間間隔で信号の瞬時値であるデジタルデータが距離計算回路７３に入力するようになる。次に距離計算回路７３はステップＳ１０６にて時間計測を開始し、ステップＳ１０８にてスピンドルモータ４４に内臓されるエンコーダ４４ａからインデックス信号が入力するのを待って、インデックス信号が入力するとステップＳ１１０にて時間をリセットする（値＝０にする）。
【００３５】
次に距離計算回路７３はステップＳ１１２にて、計測している時間が予め記憶している時間ｔ（１）以上になったか判定することを繰り返し、計測している時間が時間ｔ（１）以上になると「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１１４に進み、ステップＳ１１４にて、Ａ／Ｄ変換器７２から入力するデジタルデータの記憶を開始する。そして、ステップＳ１１６にて、計測している時間が予め記憶している時間ｔ（２）以上になったか判定することを繰り返し、計測している時間が時間ｔ（２）以上になると「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１１８に進み、ステップＳ１１８にて、Ａ／Ｄ変換器７２から入力するデジタルデータの記憶を停止する。
【００３６】
次に距離計算回路７３はステップＳ１２０にて、変数ｎが７になったか判定する、現段階ではｎは１であるので、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１２２に進み、ステップＳ１２２にて変数ｎに２を加算して３にし、ステップＳ１１２に戻る。そして、前述したステップＳ１１２〜ステップＳ１１８の処理を行う。この場合、変数ｎは３になっているので、計測している時間が時間ｔ（３）から時間ｔ（４）の間、Ａ／Ｄ変換器７２から入力するデジタルデータを記憶する。そして、ステップＳ１２０にて、変数ｎが７になったかの判定で「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１２２にて変数ｎに２を加算して５にし、ステップＳ１１２に戻る。この処理を変数ｎが７になるまで行う。これにより、距離計算回路７３には、計測している時間が時間ｔ（１）から時間ｔ（２）の間、時間ｔ（３）から時間ｔ（４）の間、時間ｔ（５）から時間ｔ（６）の間および時間ｔ（７）から時間ｔ（８）の間にＡ／Ｄ変換器７２から入力したデジタルデータが記憶される。
【００３７】
ここでデータ記憶開始の時間ｔ（１）、ｔ（３）、ｔ（５）、ｔ（７）およびデータ記憶停止の時間ｔ（２）、ｔ（４）、ｔ（６）、ｔ（８）について説明する。前述のように、これらの時間は予め距離計算回路７３に記憶されているが、この時間は、以下のようにして設定すればよい。任意の検査対象物ＯＢを測定した際の、インデックス信号が入力してから光路長可変装置４０の円盤状プレート４１が１回転するまでの間（次のインデックス信号が入力するまでの間）に、Ａ／Ｄ変換器７２から入力するデジタルデータを記憶する。円盤状プレート４１には４つの三角状反射体４２が配置されているので、記憶した信号の瞬時値であるデジタルデータを時系列で並べると、図５に示すように３つのピークが得られる箇所は４つある。図５のピークＡは基準透光体２３のレーザ光入射面（図１の上側の面）に対応するピークであり、ピークＢは基準透光体２３のレーザ光出射面（図１の下側の面）に対応するピークであり、ピークＣは検査対象物ＯＢの表面に対応するピークである。光カプラ１４から基準透光体２３までの距離は一定であるので、ピークＡおよびピークＢが生じる時間４つは一定である。データ記憶開始の時間ｔ（１）、ｔ（３）、ｔ（５）、ｔ（７）は、ピークＡが生じる時間より微小時間手前の時間で設定する。この時間は、ピークＡの時間を必ず得ることができ余計なデータを記憶させないようにする時間である。この時間は、デジタルデータの記憶が開始されてからデータに番号をつけ、ピークＡとなるデータの番号にＡ／Ｄ変換器７２がＡ／Ｄ変換を行う時間間隔を乗算して求めた時間から、微小時間を減算して求めればよい。
【００３８】
そして、データ記憶停止の時間ｔ（２）、ｔ（４）、ｔ（６）、ｔ（８）は、データの値のレベル（信号強度のレベル）が急激に減少する時間より微小時間手前の時間で設定する。これは、ピークＣは検査対象物ＯＢにより発生する時間が異なるので、ピークＣを得ることができる最大の時間である。別の言い方をすると、データが有効になる最大の時間である。円盤状プレート４１には４つの三角状反射体４２が配置されているが、光路長可変装置４０に入射したレーザ光は常に三角状反射体４２にて反射されるわけではなく、ある三角状反射体４２で反射した後、次の三角状反射体４２で反射するには円盤状プレート４１はある程度回転しなければならない。よって円盤状プレート４１が１回転する間に、光路長可変装置４０からレーザ光が戻ってこない期間が存在し、この期間は受光センサ１５には基準透光体２３と検査対象物ＯＢで反射した光しか受光されないため、受光センサ１５が出力する信号のレベルは急激に減少する。すなわち、データの値のレベルが小さくなる期間はデータが無効になる期間である。よって、この期間になる手前でデータ記憶停止の時間を設定する。この時間も、デジタルデータの記憶が開始されてからデータに番号をつけ、値のレベルが急激に減少するデータ群の最初のデータの番号に、Ａ／Ｄ変換器７２がＡ／Ｄ変換を行う時間間隔を乗算して求めた時間から、微小時間を減算して求めればよい。
【００３９】
時間ｔ（７）から時間ｔ（８）の間にＡ／Ｄ変換器７２から入力したデジタルデータが記憶されると、変数ｎは７になっているので、ステップＳ１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１２４に進む。この時点では４つのデータ群を記憶しているので、時系列で並べると図５に示すようにピークＡ，Ｂ，Ｃが存在するデータ群が４つある。距離計算回路７３はステップＳ１２４にて、変数ｋが設定値Ｍになったかを判定する。前述のように変数ｋは、円盤状プレート４１の回転回数を示すものであり、この判定は設定された回転回数であるＭだけ円盤状プレート４１が回転したかを判定する処理である。設定値Ｍは適切な値を設定すればよく、例えば３である。変数ｋはこの段階では１であるので設定値Ｍを１で設定していない限り「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１２６へ進み、ステップＳ１２６にて変数ｋをインクリメントし、ステップＳ１２８にて変数ｎを１にして、再びステップＳ１０８〜ステップＳ１２４の処理を行う。これにより、ピークＡ，Ｂ，Ｃが存在するデータ群がさらに４つ記憶される。そして、ステップＳ１０８〜ステップＳ１２４の処理は円盤状プレート４１の回転回数を示す変数ｋが設定値Ｍに等しくなるまで実施され、ステップＳ１２４にて変数ｋが設定値Ｍに等しくなり、「Ｙｅｓ」と判定されたときには、ピークＡ，Ｂ，Ｃが存在するデータ群が４×Ｍ個記憶されている。
【００４０】
距離計算回路７３はステップＳ１２４にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１３０に進むと、ステップＳ１３０にてＡ／Ｄ変換器７２にＡ／Ｄ変換終了の指令を出力する。これによりＡ／Ｄ変換器７２はＡ／Ｄ変換を停止する。次に、距離計算回路７３はステップＳ１３２にて時間計測を停止し、ステップＳ１３４にてプログラムの実行を終了する。
【００４１】
前述のように、距離計算回路７３は図３のフローチャートが示すプログラムをスタートさせると同時に、図４のフローチャートが示すプログラムもスタートさせている。以下、図４のフローチャートが示すプログラムに沿って説明する。距離計算回路７３はステップＳ２００にてプログラムをスタートさせると、ステップＳ２０２にて変数ｐを１に設定する。変数ｐは、計算された基準透光体２３のレーザ光出射面から検査対象物ＯＢの表面までの距離に、計算されるごとに付加される番号である。
【００４２】
次に距離計算回路７３はステップＳ２０４にて、図３のフローチャートが示すプログラムが実行されることによりＡ／Ｄ変換器７２から入力し、記憶したデータ群が有るか否かを判定する。図４のフローチャートが示すプログラムがスタートした時点ではデータ群は存在しないが、ある程度の微少時間が経過すると、図３のフローチャートが示すプログラムが実行されることによりデータ群がメモリに記憶されるので「Ｙｅｓ」と判定されてステップＳ２０６へ進む。
【００４３】
距離計算回路７３はステップＳ２０６に進むと、ステップＳ２０６にてデータ群を時系列で並べ、図５に示すピークＡが発生する時間を、時間Ａとして設定する。同様に、ステップＳ２０８にて図５に示すピークＢが発生する時間を、時間Ｂとして設定し、ステップＳ２１０にて図５に示すピークＣが発生する時間を、時間Ｃとして設定する。そしてステップＳ２１２にて、時間Ａ，Ｂ，Ｃと予め記憶している基準透光体２３の厚さｔと、基準透光体２３の屈折率ｎを用いて以下の数１により基準透光体２３のレーザ光出射面から検査対象物ＯＢの表面までの距離ｄを計算する。
（数１）
ｄ ＝ ｔ×ｎ×（Ｃ−Ｂ）／（Ｂ−Ａ）
この式は、光路長の変化の速さは、時間Ａ〜時間Ｃまでは一定であるとした場合に成り立つ式である。円盤状プレート４１の回転角度に対する光路長変化量ＣＨは、理論的には以下の数２によるため、厳密には円盤状プレート４１の回転速度が一定でも光路長変化の速さは一定にはならない。
（数２）
ＣＨ ＝ ４・｛ｒ・sinΘ  ＋  ｄｉ・（１−cosΘ）｝
ｄｉ：三角状反射体４２の２つの反射面の交点ａからの回転方向のラインと円盤状プレート４１の半径ラインとの交点ｂと交点ａの間の距離
ｒ：円盤状プレート４１の中心から交点ｂまでの距離
Θ：交点ａからの回転方向のラインが入射するレーザ光の光軸と平行である場合を０°としたときの円盤状プレート４１の回転角度
しかし、数２に基づいて回転角度に対する光路長の変化量のグラフを作成すると、図６に示すようにほぼ比例の関係が得られるため、時間Ａから時間Ｃまでの短い時間内では光路長変化の速さは回転速度一定であれば一定とみなしてよい。また、スピンドルモータ制御回路４７によりスピンドルモータ４４が回転速度一定で回転するよう制御しても回転速度にはジッタがあるが、時間Aから時間Ｃまでの短い時間内では回転速度は一定とみなしてよい。よって、数１により基準透光体２３のレーザ光出射面から検査対象物ＯＢの表面までの距離を精度よく求めることができる。
【００４４】
ステップＳ２１２にて計算される距離ｄは、ピークＡ，Ｂ，Ｃが存在する４×Ｍ個のデータ群ごとに得られるため、距離ｄが得られるごとに変数ｐによる番号を対応させ、ｄ（ｐ）として記憶する。そして、ステップＳ２１４にて変数ｐが４×Ｍになったか、すなわち、距離ｄ（ｐ）が４×Ｍ個揃ったかが判定され、変数ｐが４×Ｍになるまで、ステップＳ２１６にて変数ｐをインクリメントしてステップＳ２０４からステップＳ２１４までの処理が繰り返される。これにより、距離ｄ（ｐ）が４×Ｍ個揃うので、ステップＳ２１４にて「Ｙｅｓ」と判定されてステップＳ２１８へ進む。
【００４５】
距離計算回路７３はステップＳ２１８に進むと、ステップＳ２１８にて４×Ｍ個ある距離ｄ（ｐ）の平均値ｄａｖｅを計算して、ステップＳ２２０にて距離ｄａｖｅをコントローラ９０へ出力する。そしてステップＳ２２２にてプログラムの実行を終了する。
【００４６】
コントローラ９０は距離計算回路７３から距離ｄａｖｅのデジタルデータが入力すると、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２とＹ方向フィードモータ制御回路６３に次の測定位置であるＸ位置とＹ位置を出力し、検査対象物ＯＢに照射されるレーザ光の位置を次の測定位置にする。そして、距離計算回路７３に作動開始の指令を出力する。この指令が入力すると、距離計算回路７３は上述したプログラムを実行し、次の測定位置における距離ｄａｖｅを算出してコントローラ９０へ出力する。このコントローラ９０と距離計算回路７３の処理は、コントローラ９０に設定されている測定位置すべてにおいて距離ｄａｖｅが取得されるまで続けられ、測定位置すべてにおいて距離ｄａｖｅが取得されると、コントローラ９０は図示しないプログラムの実行により、レーザ駆動回路３０およびスピンドルモータ制御回路４７に作動停止の指令を出力する。これにより、光ヘッド２０から検査対象物ＯＢへレーザ光が照射されなくなり、光路長可変装置４０は円盤状プレート４１の回転が停止する。
【００４７】
次にコントローラ９０は図示しないプログラムの実行により、測定位置ごとに得られた距離ｄａｖｅを用いて検査対象物ＯＢの表面プロファイルの画像データを作成し、この画像データを表示装置９４へ出力して、表示装置９４に検査対象物ＯＢの表面プロファイルの画像を表示させる。この画像は立体図であっても断面図であってもよい。また、必要であれば、コントローラ９０が表面プロファイルから凹凸の度合いを示す値を計算するようにし、表示装置９４に計算した値を表示させてもよい。そして、作業者は、次に測定したい検査対象物ＯＢがあるときは、ステージ５１から検査対象物ＯＢを取り除き、次の検査対象物ＯＢをステージ５１に載置して、入力装置９２から測定位置の入力と測定開始の指示を入力すれば、上述の説明と同様に検査対象物ＯＢの表面プロファイルが測定される。
【００４８】
上記のように動作する表面プロファイル測定装置の実施形態によれば、データ処理装置７０の距離計算回路７３が、基準透光体２３のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応するピーク点時間である時間Ａと時間Ｂとの時間差と、時間Ｂと検査対象物ＯＢの表面に対応するピーク点時間である時間Ｃとの時間差は、レーザ光の光路長に屈折率を乗算した値に比例することを基に、時間Ａ、時間Ｂ、時間Ｃおよび基準透光体２３の厚さ（物体内でのレーザ光の光路長）と基準透光体の屈折率とを用いて、基準透光体２３のレーザ光出射側の面から検査対象物ＯＢまでの距離を精度よく計算する。そして、Ｘ方向フィードモータ５２とＹ方向フィードモータ５３を駆動させることで検査対象物ＯＢを光ヘッド２０から照射されるレーザ光に対して移動させ、それぞれの移動位置ごとに基準透光体２３のレーザ光出射側の面から検査対象物ＯＢまでの距離を求めることで、検査対象物の表面プロファイルを精度よく求めることができる。すなわち、光路長可変装置４０の円盤プレート４１の回転角度を検出する機器を設ける必要がなく、光路長可変装置４０の円盤プレート４１の回転が一定になるよう制御する機器を高精度にする必要もなく、基準透光体２３の厚さと屈折率を精度よく求めて記憶しておけば、精度よく検査対象物ＯＢの表面プロファイルを求めることができる。また、上記のように動作する表面プロファイル測定装置の実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換器７２を設けるのみで容易にピーク点時間である時間Ａ，Ｂ，Ｃを精度よく検出することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明が適用された表面プロファイル測定装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態における表面プロファイル測定装置が第１実施形態における表面プロファイル測定装置と異なっている点は、基準透光体２３のレーザ光出射側の面から検査対象物ＯＢの表面までの距離ｄの計算方法である。すなわち、距離計算回路７３が実行する図４のフローチャートが示すプログラムにおけるステップＳ２１２の計算方法のみが異なる。第１実施形態の計算方法との違いを端的に言うと、第１実施形態においては光路長の変化の速さは、時間Ａ〜時間Ｃまでは一定であるとして計算を行ったが、基準透光体２３から検査対象物ＯＢまでの距離が大きい場合などは、光路長の変化の速さの変化の度合が大きくなり、測定精度が悪くなる可能性がある。そこで、第２実施形態では、時間Ａ〜時間Ｃまでの間、光路長の変化の速さは変わるが、光路長可変装置４０の円盤プレート４１の回転速度は一定であるとして計算を行うようにしている。
【００５０】
第２実施形態における距離ｄの計算方法を具体的に言うと、基準透光体２３の厚さ（物体内のレーザ光の光路長）と基準透光体２３の屈折率の代わりに、受光センサ１５が出力する信号に基準透光体２３のレーザ光入射面に対応するピークが発生するときの円盤プレート４１の回転角度Θ（２ｎ−１）、基準透光体２３のレーザ光出射面に対応するピークが発生するときの回転角度Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）を予め記憶し、さらに円盤プレート４１の回転角度と光路長変化量の関係を予め距離計算回路７３に記憶しておく。そして、図４のフローチャートが示すプログラムの実行で得られる、ピーク点時間である時間Ａ，Ｂ，Ｃと、予め記憶しているこれらのデータとを用いて基準透光体２３のレーザ光出射面から検査対象物ＯＢの表面までの距離ｄを計算する。
【００５１】
距離ｄの詳細な計算方法を説明する前に、基準透光体２３のレーザ光入射面に対応するピークが発生するときとレーザ光出射面に対応するピークが発生するときの、円盤プレート４１の回転角度Θ（２ｎ−１）、Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）を取得する方法について説明する。図７に示すように、表面プロファイル測定装置にカウント回路８０を追加し、データ処理装置７０におけるＡ／Ｄ変換器７２がデータをコントローラ９０に出力する装置を作製する。カウント回路８０は、スピンドルモータ４４のエンコーダ４４ａからインデックス信号が入力してからエンコーダのパルス信号をカウントしてカウント値をコントローラ９０に出力する。カウント値のコントローラ９０への出力間隔はＡ／Ｄ変換器７２のデータ出力間隔と同一である。そして、エンコーダ４４ａからインデックス信号が入力するとカウント値を０にする。３６０°×（カウント値／最大カウント値）は回転角度であるので。カウント値は回転角度に相当する。
【００５２】
このようにした装置で、コントローラ９０からの指令で光路長可変装置４０の円盤プレート４１を設定された回転速度で回転させ、光源１１からレーザ光を出射させ、Ａ／Ｄ変換器７２を作動開始させた後、インデックス信号がコントローラ９０に入力してから次のインデックス信号が入力するまで、Ａ／Ｄ変換器７２からのデジタルデータ（信号の瞬時値）とカウント回路８０からのカウント値（回転角度）をコントローラ９０に記憶させる。記憶したデータから回転角度に対する信号の瞬時値のデータを作成すると、図５のような波形が得られる箇所が４つある。このときの横軸は回転角度である。そして、回転角度が小さい順にピークＡとピークＢにおける回転角度をΘ（２ｎ−１），Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）として記憶する。この操作を複数回繰り返して、複数のΘ（２ｎ−１），Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）を記憶し、記憶した値をそれぞれ平均して計算に使用するΘ（２ｎ−１），Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）を取得する。
【００５３】
次に、円盤プレート４１の回転角度と光路長変化量の関係を取得する方法について説明する。図８に示すように、表面プロファイル測定装置を図７のようにした装置から光ヘッド２０を取り除き、コリメーティングレンズ８７を介して微小断面径のレーザ光が精密移動装置８５の反射部８６ａの表面に垂直に入射させるようにする。精密移動装置８５はコントローラ９０から指示された移動量だけ移動部８６を精密に移動させることができる装置である。または、精密移動装置８５はコントローラ９０から移動指令がある間だけ移動部８６を移動させ、移動量を精度よく表示する装置でもよい。そして、精密移動装置８５の移動部８６を移動させるごとにコントローラ９０からの指令で光路長可変装置４０の円盤プレート４１を設定された回転速度で回転させ、光源１１からレーザ光を出射させ、Ａ／Ｄ変換器７２を作動開始させた後、インデックス信号がコントローラ９０に入力してから次のインデックス信号が入力するまで、Ａ／Ｄ変換器７２からのデジタルデータ（信号の瞬時値）とカウント回路８０からのカウント値（回転角度）をコントローラ９０に記憶させる。このとき図５のピークＣが得られる箇所が４つある。このピークＣの回転角度４つを移動部８６の移動量に対応させて記憶する。前述のように、この操作を複数回繰り返して、４つの回転角度を複数得て、平均してもよい。精密移動装置８５の移動部８６を移動させるごとにこの操作を行うことで、円盤プレート４１の回転角度と移動部８６の移動量との関係が得られる。そして、ピークＣが得られる移動部８６の最大の移動量または最小の移動量を基準（移動量０）としたときの移動量を計算し、この移動量を２倍した値を光路長変化量とする。これにより、円盤プレート４１の回転角度と光路長変化量の関係を取得することができる。この関係は図６のグラフで示された関係が４つあるものであり、数２により理論的に取得することもできるが、三角状反射体４２の円盤プレート４１への取り付け誤差等により、数２から理論的に導き出される値と実際の値にはずれがあるので、精度のよい測定を行うためには上記のように取得することが好ましい。
【００５４】
上記のように、基準透光体２３のレーザ光入射面と出射面に対応するピークが発生するときの円盤プレート４１の回転角度Θ（２ｎ−１），Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）と円盤プレート４１の回転角度と光路長変化量の関係を取得し、距離計算回路７３に記憶した上で、図４のフローチャートが示すプログラムのステップＳ２１２における距離ｄの計算は、以下の数３、数４により行われる。なお、Ａ，Ｂ，Cは、ステップＳ２０６〜ステップＳ２１０で得られるピークＡ，Ｂ，Cの時間である。
（数３）
ピークCの回転角度 ＝ ｛Θ（２ｎ）−Θ（２ｎ−１）｝×（C−Ｂ）／（Ｂ−Ａ）
（数４）
ｄ ＝ ｛（ピークCの回転角度に対応した光路長変化量）−（ピークＢの回転角度に対応した光路長変化量）｝／２
この場合、回転角度Θ（２ｎ−１），Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）は、最初のデータ群においては、ｎ＝１のものを用い、次のデータ群にはｎ＝２のものを用い、次のデータ群にはｎ＝３のものを用いる。そして、次のデータ群にｎ＝４のものを用いた後、次のデータ群には、再びｎ＝１のものを用いる。これは、図３のフローチャートが示すように、インデックス信号が発生した後にデータの記憶が開始され、図７，図８の装置においてはインデックス信号が発生した時点で回転角度が０であり、Θ（２ｎ−１），Θ（２ｎ）（ｎ＝１〜４）は、値が小さい順に記憶されているからである。
【００５５】
数３、数４による計算は、回転速度がピークＡの発生時間からピークCの発生時間までは一定であるとした式である。前述のように、回転速度一定で制御されても回転速度にはジッタがあるが、ピークＡの発生時間からピークCの発生時間までの短い時間内では回転速度は一定とみなすことができる。
【００５６】
上記のように動作する表面プロファイル測定装置の実施形態によれば、データ処理装置７０の距離計算回路７３が、基準透光体２３のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応するピーク点時間である時間Ａと時間Ｂとの時間差と、時間Ｂと検査対象物ＯＢの表面に対応するピーク点時間である時間Ｃとの時間差との比率は、ピークＡとピークＢが発生するときの円盤プレート４１の回転角度の差と、ピークＢとピークＣが発生するときの円盤プレート４１の回転角度の差とのに比率と等しいことを基に、時間Ａ、時間Ｂ、時間Ｃおよび予め精度よく測定して記憶してあるピークＡとピークＢが発生するときの円盤プレート４１の回転角度を用いて、ピークＣが発生するときの円盤プレート４１の回転角度を計算する。さらに、予め精度よく測定して記憶してある円盤プレート４１の回転角度と光路長変化量の関係を用いて、計算したピークＣが発生するときの回転角度に対応する光路長変化量と、記憶されているピークＢが発生するときの回転角度に対応する光路長変化量とを計算し、これらの光路長変化量から基準透光体２３のレーザ光出射側の面から検査対象物ＯＢまでの距離を精度よく計算する。そして、Ｘ方向フィードモータ５２とＹ方向フィードモータ５３を駆動させることで検査対象物ＯＢを光ヘッド２０から照射されるレーザ光に対して移動させ、それぞれの移動位置ごとに基準透光体２３のレーザ光出射側の面から検査対象物ＯＢまでの距離を求めることで、検査対象物の表面プロファイルを精度よく求めることができる。すなわち、光路長可変装置４０の円盤プレート４１の回転角度を検出する機器を設ける必要がなく、光路長可変装置４０の円盤プレート４１の回転が一定になるよう制御する機器を高精度にする必要もなく、円盤プレート４１の基準回転位置からの回転角度に対する光路長の変化量と、基準透光体２３のレーザ光入射側の面およびレーザ光出射側の面に対応した受光センサ１５が出力する信号がピークとなるタイミングでの円盤の基準回転位置からの回転角度とを精度よく測定して記憶しておけば、精度よく検査対象物ＯＢの表面プロファイルを求めることができる。また、上記のように動作する表面プロファイル測定装置の実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換器７２を設けるのみで容易にピーク点時間である時間Ａ，Ｂ，Ｃを精度よく検出することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００５８】
上記第１実施形態および第２実施形態では、本発明を検査対象物ＯＢの表面プロファイルを測定する装置に適用した形態を示したが、検査対象物ＯＢがガラス板のような透光性物体であれば、本発明を検査対象物ＯＢの厚さを測定する装置に適用してもよい。この場合は図５に示すピークＣの後に検査対象物ＯＢの裏面に対応したピークｄが発生するので、本実施形態と同様の計算で基準透光体２３のレーザ光出射面から検査対象物ＯＢの裏面までの距離を計算し、この値から検査対象物ＯＢの表面までの距離を減算すればよい。
【００５９】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、基準透光体２３のレーザ光出射面から検査対象物ＯＢの表面までの距離を計算したが、検査対象物ＯＢの表面プロファイルを取得できればよいので、基準透光体２３のレーザ光入射面から検査対象物ＯＢの表面までの距離を計算するようにしてもよい。また、基準透光体２３のレーザ光出射面とレーザ光入射面から定まる点から検査対象物ＯＢの表面までの距離を計算するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、受光センサ１５が出力する信号の瞬時値を設定された時間間隔で得ることでデータ処理によりピークが発生する時間を検出したが、高精度での測定の必要性がなければ、ピークが発生する時間を別の方法を用いることで得るようにしてもよい。例えば、基準電圧を定めておき、受光センサ１５が出力する信号がこの基準電圧をスライスしたときに信号が発生するようにし、信号が発生したときの時間を計測して、ピーク付近で得られる２つの時間を平均した時間をピークの時間とするようにしてもよい。
【００６１】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、受光センサ１５が出力する信号がピークになる時間を検出した。しかし、受光センサ１５が出力する信号は、図２に示すように変化する。すなわち、検査対象物ＯＢの表面で反射されたレーザ光と、光路長可変装置４０で反射されたレーザ光とが干渉したレーザ光は、ピークの両側にボトムを有する。このボトムは、前記反射された両レーザ光の光路長において、前記反射された両レーザ光の位相がπに対応した光路長だけずれている位置に対応している。このボトム位置は、前記反射された両レーザ光の光路長が一致する位置に極めて近いと同時に、検査対象物ＯＢの表面までの距離ｄの計算においては、時間Ａ，Ｂ，Ｃの差を用いる。したがって、前記ピークが発生する時間に代えてボトムが発生する時間を検出し、検出した時間の差を計算することにより、検査対象物ＯＢの表面までの距離ｄを計算することもできる。また第２実施形態においては、ボトムが発生するタイミングにおける円盤プレート４１の回転角度を記憶しておけばよい。この場合、両ボトムによる計算結果の平均値を採用してもよいし、一方のボトム（小さいほうのボトムが好ましい）による計算結果を採用してもよい。なお、請求項において、ピーク点時間、ピークとなるタイミング、と記載されている語句は、ここで説明したボトムが発生する時間、ボトムが発生するタイミングも含むものとする。
【００６２】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、円盤プレート４１に４つの三角状反射体４２を配置し、円盤プレート４１の１回転で４つのデータが得られるようにした。しかし、円盤プレート４１に配置する三角状反射体４２の数は、測定速度と装置のコストを考慮して適宜変更してよい。ただし、７個以上配置すると、ある三角状反射体４２に照射されるレーザ光を別の三角状反射体４２が遮断してしまうので、三角状反射体４２の数は６個以下が望ましい。
【００６３】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、光路長可変装置４０の円盤プレート４１を時計回りに回転させて、光路長を小さい側から大きい側に変化させて、時計回りに回転させて図５に示す信号波形が得られるようにしたが、円盤プレート４１を反時計回りに回転させて、光路長を大きい側から小さい側に変化させても、図５に示す信号波形は逆向きに発生するだけであり、本実施形態で示した計算方法は変わらず用いることができるので、円盤プレート４１は反時計回りに回転するようにしてもよい。
【００６４】
１０…測定部、１１…レーザ光源、１４…光カプラ、１５…受光センサ、１６，１７，３１，３２…光ファイバー、２０…光ヘッド、４０…光路長可変装置、４１…円盤プレート、４２…三角状反射体、４４…スピンドルモータ、４６…固定反射体、７０…データ処理装置、７２…Ａ／Ｄ変換器、７３…距離計算回路、８０…カウント回路、８５…精密移動装置、９０…コントローラ
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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