(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある参照光と測定光とを出射する光源と、
上記参照光を受光し、該参照光を反射する参照面と、
上記測定光を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光された測定光を受光して反射する反射鏡とを有する測定光学系と、
上記光源からの測定光を上記集光レンズに照射するとともに、該集光レンズを介して上記測定光が戻されるヘッド部と、
上記集光レンズと上記反射鏡との間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面、及び、該集光レンズと該反射鏡との間に該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態で該反射鏡に、それぞれ上記ヘッド部からの測定光の焦点が合うように該集光レンズを移動させる移動部と、
上記ヘッド部に戻された各測定光と、上記参照面から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号をそれぞれ検出する検出部と、
上記検出部により検出した各干渉信号に基づいて、上記参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離、及び、該集光レンズと該反射鏡との間に該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態での該反射鏡までの距離を求める信号処理部と、
上記信号処理部が求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算部と
を備える測定装置。
【請求項２】
上記光源は、第１の発振器により第１の変調周波数の変調信号でレーザ光を変調して上記測定光としての光周波数コムを生成する第１の光周波数コム発生器と、第２の発振器によりレーザ光を上記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数の変調信号で変調することにより、上記第１の光周波数コムとはモード周波数間隔が異なる上記参照光としての光周波数コムを生成する第２の光周波数コム発生器と、上記測定光又は上記参照光の周波数をシフトする周波数シフタとを有し、
上記検出部は、上記参照面から戻された参照光と上記ヘッド部に戻された各測定光との第１の干渉光に基づく第１の干渉信号を検出する測定光検出器と、上記光源から出射された参照光と上記光源から出射された測定光との第２の干渉光に基づく第２の干渉信号を検出する基準光検出器とを有し、
上記信号処理部は、上記第１の干渉信号と上記第２の干渉信号とに基づく時間差を検出し、該時間差に基づいて上記距離を求め、
上記演算部は、上記信号処理部が求めた距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを同時に測定する請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある第１の参照光と第１の測定光とを出射する第１の光源と、
第２の上記参照光と第２の上記測定光とを出射する第２の光源と、
上記第１の参照光を受光して反射する第１の参照面と、
上記第２の参照光を受光して反射する第２の参照面と、
上記第１の測定光を集光する第１の集光レンズと、
上記第２の測定光を集光する第２の集光レンズと、
上記第１の測定光を上記第１の集光レンズに照射するとともに、該第１の集光レンズを介して上記測定光が戻される第１のヘッド部と、
上記第２の測定光を上記第２の集光レンズに照射するとともに、該第２の集光レンズを介して上記第２の測定光が戻される第２のヘッド部と、
上記第１の集光レンズと上記第２の集光レンズとの間に挿入された厚さが既知の校正用反射板における該第１の集光レンズと対向する面と、該第１の集光レンズと該第２の集光レンズとの間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面とに、それぞれ上記第１の測定光の焦点が合うように、該第１の集光レンズを移動させる第１の移動部と、
上記第２の集光レンズと対向する上記測定対象物の他方の面と、上記校正用反射板の他方の面とに、それぞれ上記第２の測定光の焦点が合うように該第２の集光レンズを移動させる第２の移動部と、
上記第１の移動部により上記第１の集光レンズを移動させて、上記第１のヘッド部に戻された各第１の測定光と、上記第１の参照面から戻された第１の参照光との干渉光に基づく第１の干渉信号を検出する第１の検出部と、
上記第２の移動部により上記第２の集光レンズを移動させて、上記第２のヘッド部に戻された各第２の測定光と、上記第２の参照面から戻された第２の参照光との干渉光に基づく第２の干渉信号を検出する第２の検出部と、
上記第１の検出部により検出した各干渉信号に基づいて、上記第１の参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離及び上記校正用反射板の一方の面までの距離をそれぞれ求める第１の信号処理部と、
上記第２の検出部により検出した各干渉信号に基づいて、上記第２の参照面までの距離を基準にした上記第２の集光レンズと対向する上記測定対象物の他方の面までの距離及び上記校正用反射板の他方の面までの距離をそれぞれ求める第２の信号処理部と、
上記第１の信号処理部及び上記第２の信号処理部が求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算部と
を備える測定装置。
【請求項４】
上記第１の光源及び上記第２の光源は、
第１の発振器により第１の変調周波数の変調信号でレーザ光を変調して上記測定光としての光周波数コムを生成する第１の光周波数コム発生器と、第２の発振器によりレーザ光を上記第１の変調周波数とは異なる第２の変調周波数の変調信号で変調することにより、上記第１の光周波数コムとはモード周波数間隔が異なる上記参照光としての光周波数コムを生成する第２の光周波数コム発生器と、上記測定光又は上記参照光の周波数をシフトする周波数シフタとを有し、
上記第１の検出部及び上記第２の検出部は、
上記参照面から戻された参照光と上記測定対象物から戻された測定光との第１の干渉光に基づく第１の干渉信号を検出する測定光検出器と、上記光源から出射された参照光と上記光源から出射された測定光との第２の干渉光に基づく第２の干渉信号を検出する基準光検出器とをそれぞれ有し、
上記第１の信号処理部及び上記第２の信号処理部は、上記第１の干渉信号と上記第２の干渉信号とに基づく時間差を検出し、該時間差に基づいて上記距離を求め、
上記演算部は、上記第１の信号処理部及び上記第２の信号処理部で得られた距離に基づいて、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを同時に測定する請求項３記載の測定装置。
【請求項５】
光源が、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある参照光と測定光とを出射する出射ステップと、
移動部が、上記測定光を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光された測定光を受光して反射する反射鏡との間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面、及び、該集光レンズと該反射鏡との間に該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態で該反射鏡に、上記光源からの測定光の焦点が合うように該集光レンズを移動させる移動ステップと、
検出部が、上記移動ステップで移動した上記集光レンズを介して戻された各測定光と、参照面から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号をそれぞれ検出する検出ステップと、
信号処理部が、上記検出ステップで検出した各干渉信号に基づいて、上記参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離、及び、該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態での該反射鏡までの距離を求める距離測定ステップと、
演算部が、上記距離測定ステップで求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算ステップと
を有する測定方法。
【請求項６】
第１の光源が、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある第１の参照光と第１の測定光とを出射するとともに、第２の光源が、第２の上記参照光と第２の上記測定光とを出射する出射ステップと、
第１の移動部が、上記第１の測定光を集光する第１の集光レンズと上記第２の測定光を集光する第２の集光レンズとの間に挿入された、厚さが既知の校正用反射板における該第１の集光レンズと対向する面と該第１の集光レンズと該第２の集光レンズとの間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面とに、該第１の測定光の焦点が合うように該第１の集光レンズを移動させるとともに、該第２の集光レンズと対向する該測定対象物の他方の面と該校正用反射板の他方の面とに、該第２の測定光の焦点が合うように該第２の集光レンズを移動させる移動ステップと、
検出部が、上記移動ステップで移動した上記第１の集光レンズを介して戻された上記第１の測定光と、第１の参照面から戻された第１の参照光との干渉光に基づく第１の干渉信号を検出するとともに、上記移動ステップで移動した上記第２の集光レンズを介して戻された上記第２の測定光と、第２の参照面から戻された第２の参照光との干渉光に基づく第２の干渉信号を検出する検出ステップと、
信号処理部が、上記検出ステップで検出した各干渉信号に基づいて、上記第１の参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離及び上記校正用反射板の一方の面までの距離をそれぞれ求めるとともに、上記第２の参照面までの距離を基準にした上記第２の集光レンズと対向する上記測定対象物の他方の面までの距離及び上記校正用反射板の他方の面までの距離をそれぞれ求める距離測定ステップと、
演算部が、上記距離測定ステップで求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算ステップと
を有する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の厚さと測定対象物の屈折率を分離して測定する測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物（媒質）の屈折率ｎ及び厚さｔの非接触（光学）測定は、光学分野において最も基本的な技術の一つである。測定対象物の屈折率ｎ及び厚さｔの非接触測定の代表的なものとしては、エリプソメータ（自動偏光解析装置）を用いた方法がある。エリプソメータは、測定対象物となる媒質（薄膜）に斜方から光を照射し、主に反射光のＰ偏光とＳ偏光との位相変化の差に注目して、媒質の表面で光が反射する際の偏光状態を観測するものである。エリプソメータを用いた方法においては、媒質の表面で光が反射する際の偏光状態を観測することにより、基板及びその表面に堆積した薄膜の屈折率ｎと厚さｔを測定する。
【０００３】
しかし、エリプソメータは、装置自体が高価であり、また、平行ビーム照射部分（約１０ｍｍ径）における平均的な屈折率ｎ及び厚さｔが測定できるにすぎない。さらに、エリプソメータは、実際に測定できる厚さが１０μｍ程度であり、これ以上の厚さを測定することができない。
【０００４】
また、屈折率のみの測定であれば、デュク・ド・ショルヌ（Duc de Chaulnes）法や、一般的なアッベ式屈折率計による測定方法を用いることができる。デュク・ド・ショルヌ法は、精密な焦点距離測定機能を備えた光学顕微鏡を用いて、光学顕微鏡の焦点の変化を利用して屈折率を測定する方法である。アッベ式屈折率計による方法は、屈折率が既知の半球状のプリズムとプレートとの間に屈折率を測定したい液体をはさみ、全反射角の屈折率依存性を利用して屈折率を測定する方法である。
【０００５】
しかし、これらの方法では、測定対象物の厚さを別の方法、例えば、接触法により機械的に測定しておく必要があるため、同一の媒質の屈折率及び厚さを測定する上で、２つの異なる測定を行うこととなり、測定精度が劣化してしまう。また、アッベ式屈折率計は、屈折率が既知の半球状プリズムと測定対象物との境界面の屈折率の比を測定するので、半球状プリズムと測定対象物との境界面の屈折率しか得られない。すなわち、アッベ式屈折率計は、測定対象物における屈折率の測定部位が測定対象物の表面のみであり、厚さ方向に対して不均一な屈折率分布を持つ測定対象物の平均化された屈折率測定ができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１８０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、測定対象物の厚さ及び測定対象物の屈折率を分離して測定する測定装置及び測定方法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】
【０００８】
すなわち、本発明にかかる測定装置は、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある参照光と測定光とを出射する光源と、上記参照光を受光し、該参照光を反射する参照面と、上記測定光を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光された測定光を受光して反射する反射鏡とを有する測定光学系と、上記光源からの測定光を上記集光レンズに照射するとともに、該集光レンズを介して上記測定光が戻されるヘッド部と、上記集光レンズと上記反射鏡との間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面、及び、該集光レンズと該反射鏡との間に該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態で該反射鏡に、それぞれ上記ヘッド部からの測定光の焦点が合うように該集光レンズを移動させる移動部と、上記ヘッド部に戻された各測定光と、上記参照面から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号をそれぞれ検出する検出部と、上記検出部により検出した各干渉信号に基づいて、上記参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離、及び、該集光レンズと該反射鏡との間に該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態での該反射鏡までの距離を求める信号処理部と、上記信号処理部が求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算部とを備える。
【０００９】
また、本発明にかかる測定装置は、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある第１の参照光と第１の測定光とを出射する第１の光源と、第２の上記参照光と第２の上記測定光とを出射する第２の光源と、上記第１の参照光を受光して反射する第１の参照面と、上記第２の参照光を受光して反射する第２の参照面と、上記第１の測定光を集光する第１の集光レンズと、上記第２の測定光を集光する第２の集光レンズと、上記第１の測定光を上記第１の集光レンズに照射するとともに、該第１の集光レンズを介して上記測定光が戻される第１のヘッド部と、上記第２の測定光を上記第２の集光レンズに照射するとともに、該第２の集光レンズを介して上記第２の測定光が戻される第２のヘッド部と、上記第１の集光レンズと上記第２の集光レンズとの間に挿入された厚さが既知の校正用反射板における該第１の集光レンズと対向する面と、該第１の集光レンズと該第２の集光レンズとの間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面とに、それぞれ上記第１の測定光の焦点が合うように、該第１の集光レンズを移動させる第１の移動部と、上記第２の集光レンズと対向する上記測定対象物の他方の面と、上記校正用反射板の他方の面とに、それぞれ上記第２の測定光の焦点が合うように該第２の集光レンズを移動させる第２の移動部と、上記第１の移動部により上記第１の集光レンズを移動させて、上記第１のヘッド部に戻された各第１の測定光と、上記第１の参照面から戻された第１の参照光との干渉光に基づく第１の干渉信号を検出する第１の検出部と、上記第２の移動部により上記第２の集光レンズを移動させて、上記第２のヘッド部に戻された各第２の測定光と、上記第２の参照面から戻された第２の参照光との干渉光に基づく第２の干渉信号を検出する第２の検出部と、上記第１の検出部により検出した各干渉信号に基づいて、上記第１の参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離及び上記校正用反射板の一方の面までの距離をそれぞれ求める第１の信号処理部と、上記第２の検出部により検出した各干渉信号に基づいて、上記第２の参照面までの距離を基準にした上記第２の集光レンズと対向する上記測定対象物の他方の面までの距離及び上記校正用反射板の他方の面までの距離をそれぞれ求める第２の信号処理部と、上記第１の信号処理部及び上記第２の信号処理部が求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算部とを備える。
【００１０】
また、本発明にかかる測定方法は、光源が、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある参照光と測定光とを出射する出射ステップと、移動部が、上記測定光を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光された測定光を受光して反射する反射鏡との間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面、及び、該集光レンズと該反射鏡との間に該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態で該反射鏡に、上記光源からの測定光の焦点が合うように該集光レンズを移動させる移動ステップと、検出部が、上記移動ステップで移動した上記集光レンズを介して戻された各測定光と、参照面から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号をそれぞれ検出する検出ステップと、信号処理部が、上記検出ステップで検出した各干渉信号に基づいて、上記参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離、及び、該測定対象物が挿入された状態及び挿入されていない状態での該反射鏡までの距離を求める距離測定ステップと、演算部が、上記距離測定ステップで求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算ステップとを有する。
【００１１】
また、本発明にかかる測定方法は、第１の光源が、所定の周波数間隔のスペクトルであり、互いに位相同期され干渉性のある第１の参照光と第１の測定光とを出射するとともに、第２の光源が、第２の上記参照光と第２の上記測定光とを出射する出射ステップと、第１の移動部が、上記第１の測定光を集光する第１の集光レンズと上記第２の測定光を集光する第２の集光レンズとの間に挿入された、厚さが既知の校正用反射板における該第１の集光レンズと対向する面と該第１の集光レンズと該第２の集光レンズとの間に挿入された測定対象物の一方の面及び他方の面とに、該第１の測定光の焦点が合うように該第１の集光レンズを移動させるとともに、該第２の集光レンズと対向する該測定対象物の他方の面と該校正用反射板の他方の面とに、該第２の測定光の焦点が合うように該第２の集光レンズを移動させる移動ステップと、検出部が、上記移動ステップで移動した上記第１の集光レンズを介して戻された上記第１の測定光と、第１の参照面から戻された第１の参照光との干渉光に基づく第１の干渉信号を検出するとともに、上記移動ステップで移動した上記第２の集光レンズを介して戻された上記第２の測定光と、第２の参照面から戻された第２の参照光との干渉光に基づく第２の干渉信号を検出する検出ステップと、信号処理部が、上記検出ステップで検出した各干渉信号に基づいて、上記第１の参照面までの距離を基準にした上記測定対象物の一方の面及び他方の面までの距離及び上記校正用反射板の一方の面までの距離をそれぞれ求めるとともに、上記第２の参照面までの距離を基準にした上記第２の集光レンズと対向する上記測定対象物の他方の面までの距離及び上記校正用反射板の他方の面までの距離をそれぞれ求める距離測定ステップと、演算部が、上記距離測定ステップで求めた各距離から、上記測定対象物の屈折率及び該測定対象物の厚さを求める演算ステップとを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非接触で測定対象物の厚さ及び測定対象物の屈折率を分離して測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】２台の光周波数コム発生器を用いた場合の測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】光周波数コムの出力を模式的に示す図である。
【図４】距離測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】迷光データ取得モードを説明するためのフローチャートである。
【図６】絶対距離測定モードを説明するためのフローチャートである。
【図７】高速測定モードを説明するためのフローチャートである。
【図８】第１の実施の形態に係る測定装置を用いた測定方法を模式的に示す説明図である。
【図９】レンズの屈折率及び厚さの測定方法を説明するための模式図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る測定装置を用いた測定方法を模式的に示す説明図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る測定装置を用いた測定方法を模式的に示す説明図である。
【図１２】ヘッド部の内部に検出部を内蔵した測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図１３】１台の光周波数コム発生器を用いた場合の測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】１台の光周波数コム発生器を用いた場合の測定装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、第１の実施の形態に係る測定装置１は、距離計２と、距離計２から出射された測定光を集光する集光レンズ（対物レンズ）３と、集光レンズ３を移動させる移動ステージ４と、集光レンズ３で集光された測定光を受光して反射する反射鏡５とを備える。測定装置１は、後に詳述するように４通りの距離測定を行うことにより、測定対象物の厚さ及び屈折率を分離して測定する。
【００１６】
集光レンズ３は、移動ステージ４に搭載されており、距離計２から出射された測定光を反射鏡５又は測定対象物６に集光するとともに、反射鏡５又は測定対象物６から戻された測定光を距離計２に照射する。
【００１７】
移動ステージ４は、集光レンズ３を保持し、測定光の光軸と平行に集光レンズ３を移動させる。移動ステージ４は、このように集光レンズ３を移動させることにより、距離計２から出射された測定光が集光レンズ３を介して反射鏡５又は測定対象物６に集光される位置を変化させる。
【００１８】
測定対象物６は、集光レンズ３と反射鏡５との間に挿入される。測定対象物６は、その厚さや屈折率を測定したい場所に距離計２からの測定光が照射されるように、測定対象物６の上下位置が調整される。なお、測定対象物６は、測定対象物を搭載するための移動ステージ（図示せず）により、位置が調整されるようにしてもよい。
【００１９】
演算部７は、後に詳述するように、距離計２において求めた距離から、測定対象物６の屈折率及び測定対象物６の厚さを分離して測定する。
【００２０】
次に、距離計２の具体的な構成について説明する。図２に示すように、距離計２は、互いに位相同期され干渉性のある参照光としての光周波数コムと、測定光としての光周波数コムとを出射する光源１０と、測定光と後に詳述する参照面３１から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号を検出する検出部２０と、光源１０から出射された測定光を上述した集光レンズ３照射するヘッド部３０と、検出部２０で検出した干渉信号に基づいて参照面３１までの距離を基準にした反射鏡５又は測定対象物６までの距離を求める信号処理部６０（６０ａ，６０ｂ）とを備える。
【００２１】
光源１０は、互いに変調周波数及び中心周波数が異なり、互いに位相同期され干渉性のある参照光と測定光とを出射する光源１０として２台の光周波数コム発生器を用いる。距離計２は、光源１０として光周波数コム発生器を用いることにより、後に詳述するように、基準面からの絶対距離を測定するとともに、光線が遮断されても測定対象物６を基準面まで戻すことなく絶対距離の測定を再開することが可能となる。また、距離計２は、光源１０として２台の光周波数コム発生器を用いることにより、測定光と参照光との間で光周波数コムの周波数をモード毎にずらすことが可能となる。これにより、距離計２は、干渉信号の周波数をモードによって違った値にできるため、光検出の際に波長分割しなくても、干渉信号の周波数解析により各モードの位相情報を分離することが可能となる。
【００２２】
光源１０は、図２に示すように、周波数がνのレーザ光を出射するレーザ光源１１と、光周波数コム発生器１２，１３と、発振器１４，１５，１６と、周波数をシフトさせる周波数シフタ（ＡＯＦＳ）１７と、１／２波長板（λ／２板）１８と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１９とを備える。
【００２３】
光周波数コム発生器１２，１３は、例えばレーザ外部で光の強度や位相を変調する電気光学変調器（ＥＯＭ）と、このＥＯＭを挟むように対向して配設された反射鏡とからなり、電気光学変調器と反射鏡とで光発振器を構成するファブリペロー型電気光学変調方式のものが用いられる。なお、光周波数コム発生器１２，１３としては、この他にも、ＬｉＮｂＯ３結晶を使用した位相変調器、強度変調器、半導体の吸収や位相の変化を利用する変調器等を用いてもよい。
【００２４】
光周波数コム発生器１２，１３は、互いに異なる周波数により駆動される。例えば、光周波数コム発生器１２は、周波数ｆｍで発振する発振器１４により駆動し、光周波数コム発生器１３は、周波数ｆｍ＋Δｆｍで発振する発振器１５により駆動する。発振器１４，１５は、図示しない共通の基準発振器により位相同期されることで、ｆｍ＋Δｆｍとｆｍとの相対周波数が安定になる。
【００２５】
光周波数コム発生器１３の前段には、周波数シフタ１７が設けられている。周波数シフタ１７は、例えば内部に発生した超音波により音響光学相互作用で参照光の位相を変化させる音響光学変調器（ＡＯＭ：acoustooptic modulator）で構成される。周波数シフタ１７は、発振器１６の出力により動作し、レーザ光源１１から出射されたレーザ光の周波数を例えばｆａだけシフトさせて光周波数コム発生器１３に出射する。
【００２６】
光源１０は、光周波数コム発生器１２，１３により、レーザ光源１１から出射されたレーザ光に基づいて一定間隔の離散的な周波数成分からなる光である光周波数コムを発生して出射する。光周波数コムは、光周波数νを中心にマイクロ波周波数（変調信号の周波数）ｆｍに一致する等周波数間隔で発生させた側波帯（サイドバンド）を有する光であり、光周波数コムの中心周波数が、入射されるレーザの光周波数νに一致している。光周波数νは、数百ＴＨｚの領域であるため、光の位相情報を直接取り扱うことが難しいが、ｆｍは高くても数十ＧＨｚの領域なので、従来の電子回路技術で位相情報を容易に扱うことができる。距離計２は、光周波数コムを用いることにより、相対的な光の周波数や位相の情報を光周波数コムが存在している帯域内で電気的に取り扱うことができる。
【００２７】
光源１０は、光周波数コム発生器１２，１３により、例えば図３に示すような周波数の光周波数コム（ＯＦＣ１、ＯＦＣ２）を出射する。図３（Ａ）は、光周波数コム発生器１２から出射された測定光としての光周波数コム（ＯＦＣ１）を表している。また、図３（Ｂ）は、周波数シフタ１７で周波数がシフトされた参照光としての光周波数コム（ＯＦＣ２）を表している。図３に示す光周波数コムは、光パルスの繰り返し周波数に一致したコム状のモードを持っており、図３（Ａ）に示す測定光のモード間隔がｆｍであり、図３（Ｂ）に示す参照光のモード間隔がｆｍ＋△ｆｍである。
【００２８】
図３に示す光周波数コムの例は、スペクトル中央のモードを中心にモード番号を付け、Ｎ＝０のモード間の干渉信号の周波数をｆａと仮定している。図３に示す光周波数コムの例において、中心周波数成分を０番目として数えてモードにつけた番号をＮとすると、Ｎ番目のビート周波数＝ｆａ＋Ｎ△ｆｍとなり、Ｎ番目のビート周波数が光周波数コムのモードによって異なる周波数に出る。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ１９は、光周波数コム発生器１２から入射された測定光と１／２波長板１８を介して光周波数コム発生器１３から入射した参照光とを混合して、参照光と測定光を直交する偏光で重ね合わせる。偏光ビームスプリッタ１９は、参照光と測定光とが重ね合わされた干渉光を検出部２０のビームスプリッタ２１に入射する。
【００３０】
以上説明したように、光源１０は、単一レーザ光を入力とし、駆動周波数がそれぞれ異なる２台の光周波数コム発生器１２，１３を備えることにより、同じビート周波数に複数の光周波数コムの情報が重ならないようにすることを可能とする。
【００３１】
なお、光源１０としては、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、かつ、キャリア周波数が安定化された２台の光源、例えばモード同期レーザを用いてもよい。また、光源１０は、上述したように光周波数コム発生器１２，１３からの測定光及び参照光の出力を偏光ビームスプリッタ１９で直交した偏光状態で光を束ねた状態、すなわち、測定光及び参照光が干渉しない状態で共通の出力とせずに、別の出力となるようにしてもよい。
【００３２】
検出部２０は、図２に示すように、ビームスプリッタ２１と、偏光子２２ａ，２２ｂと、基準光検出器２３ａと、測定光検出器２３ｂとを備える。検出部２０は、後に詳述するように、参照面３１から戻された参照光と測定対象物６から戻された測定光との干渉光に基づく干渉信号を検出するとともに、光源１０から出射された参照光と測定光との干渉光に基づく干渉信号を検出する。
【００３３】
ビームスプリッタ２１は、光源１０の偏光ビームスプリッタ１９から入射された測定光と参照光との混合光を偏光子２２ａに向かう光と、後に詳述する偏光ビームスプリッタ３２に向かう光とに分離する。
【００３４】
基準光検出器２３ａは、遅延時間を計測するための基準を生成するために用いられる。距離計２は、光源１０として２台の光周波数コム発生器を用いるため、光周波数コムを発生する過程、すなわち、ビームスプリッタで分岐してから偏光ビームスプリッタ１９で重ねるまでの間で、遅延時間に差が生じてしまう可能性がある。そこで、距離計２は、測定光及び参照光を別々の光周波数コム発生器で発生する場合には、光周波数コムを発生する過程での時間差を計測するための光検出器２３ａを備える。
【００３５】
基準光検出器２３ａは、偏光子２２ａを介してビームスプリッタ２１から出射された測定光と参照光との干渉光を受光し、この受光した干渉光に基づく干渉信号を得る。ここで、ビームスプリッタ２１から基準光検出器２３ａに導かれる干渉光Ｓ１に含まれる基準光及び測定光は、偏光が直交しているため、そのまま基準光検出器２３ａに入射しても干渉信号が得られない。そこで、検出部２０は、ビームスプリッタ２１からの基準光と測定光との偏光に対して斜めになるように向きを調整した偏光子２２ａを、ビームスプリッタ２１と基準光検出器２３ａとの間に備える。これにより、基準光検出器２３ａは、偏光子２２ａの透過成分としての基準光と測定光との干渉光を受光して、偏光子２２ａの透過成分としての干渉光に基づく干渉信号を得ることができる。
【００３６】
測定光検出器２３ｂは、偏光子２２ｂを介して、ビームスプリッタ２１から出射された、参照面３１から戻された参照光と測定対象物６から戻された測定光との干渉光Ｓ２を受光し、この受光した干渉光Ｓ２に基づく干渉信号を得る。ここで、干渉光Ｓ２に含まれる基準光及び測定光は、上述した干渉光Ｓ１と同様に偏光が直交している。そのため、検出部２０は、干渉光Ｓ２から干渉信号を得るために、ビームスプリッタ２１からの基準光と測定光との偏光に対して斜めになるように向きを調整した偏光子２２ｂをビームスプリッタ２１と測定光検出器２３ｂとの間に備える。
【００３７】
ヘッド部３０は、図２に示すように、参照面３１と、偏光ビームスプリッタ３２とを備える。偏光ビームスプリッタ３２には、ビームスプリッタ２１で分岐された測定光及び参照光が、光ファイバ３３を介して入射される。偏光ビームスプリッタ３２は、光ファイバ３３を介して、ビームスプリッタ２１で分離された測定光と参照光との干渉光Ｓ１を入射し、偏光に応じて測定光と参照光とに分離する。偏光ビームスプリッタ３２は、干渉光Ｓ１から分離した測定光を測定対象物６に向けて照射するとともに、干渉光Ｓ１から分離した参照光を参照面３１に入射する。また、偏光ビームスプリッタ３２は、測定対象物６で反射された測定光と、参照面３１で反射された参照光とを重ね合わせた干渉光Ｓ２を生成し、生成した干渉光Ｓ２を、光ファイバ３３を介してビームスプリッタ２１に戻す。なお、測定対象物６で反射された測定光と参照面３１で反射された参照光とを重ね合わせた干渉光Ｓ２は、検出部２０で生成されるようにしてもよい。
【００３８】
参照面３１は、光を反射する材料で構成され、偏光ビームスプリッタ３２から入射された参照光を反射して偏光ビームスプリッタ３２に戻す。なお、参照面３１は、測定対象物６や距離計２の構成に応じて任意の場所に配置することができる。例えば、参照面３１は、後に詳述するようにヘッド部３０の内部や検出部２０の内部に配置してもよく、また、測定対象物６の近傍に配置してもよい。測定対象物６は、光を反射する材料で構成され、偏光ビームスプリッタ３２から入射された参照光を反射して偏光ビームスプリッタ３２に戻す。
【００３９】
信号処理部６０は、基準光検出器２３ａで検出した干渉信号が供給される信号処理部６０ａと、測定光検出器２３ｂで検出した干渉信号が供給される信号処理部６０ｂを有する。信号処理部６０は、後に詳述するように、信号処理部６０ｂにより、測定光検出器２３ｂで検出した干渉信号と、基準光検出器２３ａで検出した干渉信号との時間差に基づいて、参照面３１までの距離と測定対象物６までの距離との差を光が伝搬する時間を求める。そして、信号処理部６０は、参照面３１までの距離と測定対象物６までの距離との差を光が伝搬する時間に光速をかけた値を、測定波長における屈折率で割ることにより、基準点から反射鏡５又は測定対象物６までの絶対距離を求めることができる。
【００４０】
ここで、絶対距離を求めるための原理について説明する。
＜検出部２０で得られる位相情報について＞
図２に示すように、周波数ｆｍで変調した測定光側の光周波数コム、すなわち、光周波数コム発生器１２から出射された光周波数コムのｋ次のサイドバンドの電場強度Ｅｔｋとする。また、周波数シフタ１７で周波数シフトされた周波数ν＋ｆａｏｍのレーザ光を周波数ｆｍ’（ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ）で変調して発生した参照側の光周波数コム、すなわち、光周波数コム発生器１３からの光周波数コムのｋ次のサイドバンドの電場強度をＥｒｋとする。これらの電場強度Ｅｔｋ及び電場強度Ｅｒｋは、（１）式及び（２）式のように表現される。
【００４１】
【数１】
0005468836.tif 000002
【００４２】
【数２】
0005468836.tif 000003
【００４３】
（１）、（２）式において、Ａｋ、Ｂｋは、ｋ次のサイドバンドの複素振幅である。τｔは、検出部２０の基準点であるビームスプリッタ２１から測定対象物６までの往復遅延時間である。τｒは、ビームスプリッタ２１から参照面３１までの往復遅延時間である。ここで、測定したい遅延時間をτとすると、τｔ＝τ＋τｒの関係が成立する。
【００４４】
電場強度Ｅｔ及びＥｒが干渉すると、測定光検出器２３ｂにより検出し、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の周波数解析をすることによって得られるｋ次のサイドバンドのビート信号の成分Ｓｋ（ターゲット）は、ｆａｏｍ＋ｋδｆの周波数の信号として、（３）式ように表わされる。
【００４５】
【数３】
0005468836.tif 000004
【００４６】
また、（３）式において、τｒ＝τｔ＝０、すなわち、基準光検出器２３ａにより検出した干渉信号のｋ次のサイドバンドのビート信号を周波数解析することによって得られる成分Ｓｋ（基準点）は、（４）式ように表わされる。
【００４７】
【数４】
0005468836.tif 000005
【００４８】
（３）式で示されるＳｋ＊（ターゲット）に、（４）式で示されるＳｋ（基準点）を掛けると、（５）式に示すＳｋ（基準点）が得られる。
【００４９】
【数５】
0005468836.tif 000006
【００５０】
位相は、（５）式に基づいて（６）式のように表わされる。
【００５１】
【数６】
0005468836.tif 000007
【００５２】
（６）式において、φｋは、測定できる２πの範囲の位相成分であり、Ｐｋは、整数である。
【００５３】
このように、信号処理部６０は、基準光検出器２３ａにより検出した干渉光Ｓ１に基づく干渉信号のｋ次のサイドバンドのビート信号の成分Ｓｋ（基準点）と、測定光検出器２３ｂにより検出した干渉光Ｓ２に基づくｋ次のサイドバンドのビート信号の成分Ｓｋ（ターゲット）とに基づいて位相を求める。
【００５４】
＜往復遅延時間τｒのキャリブレーションについて＞
次に、参照側の光周波数コムの変調周波数を変えて測定することによる往復遅延時間τｒのキャリブレーションについて説明する。上記（６）式における往復遅延時間τｒは、距離測定の誤差を与えることになる。そこで、信号処理部６０は、キャリブレーションにより往復遅延時間τｒに依存しない位相の式を導出する。信号処理部６０は、上記（６）式における往復遅延時間τｒの項をキャリブレーションするために、参照側の光周波数コムの変調周波数を（ｆｍ＋δｆ）から（ｆｍ−δｆ）に変更した状態で再度位相を測定する。これにより、信号処理部６０は、−ｋ次のサイドバンドのビート信号が（ｆaom＋ｋδｆ）の周波数の信号として得ることができる。この−ｋ次のサイドバンドのビート信号に基づく位相φ’−ｋは、（７）式のように表わされる。
【００５５】
【数７】
0005468836.tif 000008
【００５６】
また、信号処理部６０は、上記（６）式及び（７）式から、（８）式に示す往復時間τｒを求める。
【００５７】
【数８】
0005468836.tif 000009
【００５８】
ここで、検出部２０とヘッド部３０との間を接続する光ファイバ３３のファイバ長を５ｍとした場合の往復時間τｒは、およそ５０ｎｓ程度である。また、δｆ＝５００ｋＨｚとした場合、（７）式における２πδｆτｒの取り得る値は、０．１５ｒａｄ程度と１よりも小さい。したがって、信号処理部６０は、（８）式の整数値（Ｐｋ−１＋Ｐ’‐ｋ＋１−Ｐｋ−Ｐ’‐ｋ）を一義的に求めることができる。このように、信号処理部６０は、整数値（Ｐｋ−１＋Ｐ’‐ｋ＋１−Ｐｋ−Ｐ’‐ｋ）を一義的に求めることができるため、（８）式によって往復時間τｒを求めることができる。
【００５９】
ここで、（６）式に２π（ｆaom＋ｋδｆ）τｒを加えたものを新たにφｋと定義する。すなわち、φｋは、（９）式のように表わされる。
【００６０】
【数９】
0005468836.tif 000010
【００６１】
＜キャリアの位相とモード間の相対位相について＞
キャリアの位相φ０は、（９）式においてｋ＝０の場合に得られ、（１０）式のように表わされる。
【００６２】
【数１０】
0005468836.tif 000011
【００６３】
また、モード間の相対位相ψは、ｋ次と（ｋ−１）次との差分を取ることで得られ、（１１）式のように表わされる。
【００６４】
【数１１】
0005468836.tif 000012
【００６５】
信号処理部６０は、（１１）式で示されるモード間の相対位相ψを計算する際に、（１２）式及び（１３）式で表わされる平均値をとる。
【００６６】
【数１２】
0005468836.tif 000013
【００６７】
【数１３】
0005468836.tif 000014
【００６８】
（１２）式において、Ｗｋは、重みづけ関数であり、１＝ΣＷｋに規格化されている。
＜群屈折率ｎｇの考慮について＞
次に、群屈折率ｎｇを考慮に入れた場合の往復遅延時間τの計算方法について説明する。大気の屈折率には、波長依存性がある。信号処理部６０は、屈折率が波長に対して一定ではなく往復遅延時間τが光の波長の関数になることから、上述した（１１）式を群遅延時間τｇ（τｇ＝τｎｇ／ｎ）を用いて（１４）式のように補正する。
【００６９】
【数１４】
0005468836.tif 000015
【００７０】
（１４）式において、Ｎは、Ｐｋ−Ｐｋ−１の補正された整数である。以下の説明では、信号処理部６０は、整数値Ｎ、或いはＰ０を求め、上記（１０）式又は（１４）式により、往復遅延時間τ、又は、群遅延時間τｇを求めることで絶対距離を計算するものとする。
【００７１】
＜モード間の相対位相を用いた距離の計算について＞
次に、モード間の相対位相を用いた距離の計算について説明する。具体的に、信号処理部６０は、上記（１４）式を用いて絶対距離を計算する場合、整数値Ｎを求めなければならないため、変調周波数ｆｍを変えて測定を行う。なお、以下の説明では、遅延時間τｒのキャリブレーションが既に行われているものとする。
【００７２】
測定装置１において、測定対象物６に照射される測定光の変調周波数をｆｍ、参照光の変調周波数をｆｍ’とする。測定装置１は、絶対距離を計測するモードにおいて、変調周波数ｆｍを複数の周波数に切り替えることが可能である。例えば、測定装置１は、変調周波数ｆｍを次のようなケース１及びケース２に切り替える。
ケース１：ｆｍ＝ｆｍ１  （例）２５．００３５ＧＨｚ  ｆｍ’＝ｆｍ＋／−δｆ（δｆ＝５００ｋＨｚ）
ケース２：ｆｍ＝ｆｍ２  （例）２４．９９６５ＧＨｚ  ｆｍ’＝ｆｍ＋／−δｆ（δｆ＝５００ｋＨｚ）
ここで、ケース１で測定されたデータから計算された光周波数コムのモード間の相対位相をψ１、ケース２で測定されたデータから計算された光周波数コムのモード間の相対位相をψ２とする。この場合、群遅延時間τｇは、（１５）式又は（１６）式のように表わされる。
【００７３】
【数１５】
0005468836.tif 000016
【００７４】
【数１６】
0005468836.tif 000017
【００７５】
また、（１５）式又は（１６）式で表わされる群遅延時間τｇは、（１７）式のように表すことができる。
【００７６】
【数１７】
0005468836.tif 000018
【００７７】
（１７）式において、０＜τｇ＜１／（ｆｍ１−ｆｍ２）の範囲を仮定すると、信号処理部６０は、整数Ｎ−Ｎ’を一義的に求めることができる。（１７）式において、０＜τｇ＜１／（ｆｍ１−ｆｍ２）の範囲を仮定した場合において、群遅延時間τｇの誤差δτｇは、（１８）式のように表わされる。
【００７８】
【数１８】
0005468836.tif 000019
【００７９】
（１８）式において、δψ１及びδψ２は、ψ１とψ２との測定誤差である。さらに、信号処理部６０は、上述したケース１及びケース２を交互に連続して測定し、ψ１及びψ２に関して位相接続しながら連続した測定データを求める。信号処理部６０は、連続した多数の測定データから、平均値により誤差δτｇが、｜δτｇ｜＜＜１／（２ｘｆｍ１）又は−１／（２ｘｆｍ２）に収束するまで測定する。位相接続された連続したデータ内では、整数Ｎ及びＮ’が一定であり、整数Ｎ−Ｎ’が既知である。したがって、信号処理部６０は、上述した（１）式、（２）式及び（３）式から、（１９）式及び（２０）式を計算することで、整数Ｎ、Ｎ’を求めることができる。
【００８０】
【数１９】
0005468836.tif 000020
【００８１】
【数２０】
0005468836.tif 000021
【００８２】
（１９）式及び（２０）において、端数処理とは、小数点以下を四捨五入することである。信号処理部６０は、端数処理したＮ、Ｎ’を用いることにより、（１５）式、（１６）式から群遅延時間τｇを再計算する。あるいは、信号処理部６０は、（１５）式と（１６）式の計算の平均である（２１）式から群遅延時間τｇを再計算する。
【００８３】
【数２１】
0005468836.tif 000022
【００８４】
ここで、信号処理部６０が（２１）式を計算することで得られる遅延時間τｇの誤差δτｇは、（２２）式のように表わされる。
【００８５】
【数２２】
0005468836.tif 000023
【００８６】
以上説明したように、信号処理部６０は、真空中の光速度ｃ及び大気の群屈折率ｎｇ及び群遅延時間τｇを用いることで、反射鏡５又は測定対象物６までの絶対距離Ｌを（２３）式によって求めることができる。
【００８７】
【数２３】
0005468836.tif 000024
【００８８】
＜光のキャリアの位相を用いた距離の計算について＞
次に、光周波数コムのキャリアの波長が安定化された場合の光のキャリアの位相を利用した、高精度測定における計算方法について説明する。信号処理部６０は、測定された干渉信号からキャリアの位相を読むことにより、キャリアの光の位相を連続的に測定する。測定装置１は、干渉信号を処理してキャリア位相を得たものとする。なお、測定装置１は、変位計と同様に、ハードウェア的にキャリアの周波数成分だけ分離させた光の位相測定器を用いるようにしてもよい。
【００８９】
上記（１０）式を用いて、光周波数コムの入力光の波長（真空波長λ＝ｃ／ν）による光の位相ψ０とすると、片道の絶対距離Ｌは、（２４）式のように表わされる。
【００９０】
【数２４】
0005468836.tif 000025
【００９１】
（２４）式において、ｎは大気の屈折率である。また、（２４）式におけるＬの値は、上述した式（２３）の値に等しくなければならない。したがって、信号処理部６０は、（２３）式の誤差、すなわち、｜δτｇｃｎ／ｎｇ｜が（２５）式を満たす場合に、（２６）式としてＰ０の整数を求めることができる。
【００９２】
【数２５】
0005468836.tif 000026
【００９３】
【数２６】
0005468836.tif 000027
【００９４】
信号処理部６０は、（２６）式によってＰ０を決定することにより、（２４）式を用いて絶対距離を求めることができる。信号処理部６０で求められる絶対距離の精度は、光の位相ψ０の測定精度で決定される。光の位相ψ０の測定精度は、一般的に１／１００００程度であるので、変位計モードとの連結された絶対距離の精度は、波長の１／１００００程度のサブｎｍのオーダーとなる。
【００９５】
＜迷光のキャリブレーションについて＞
次に、迷光のキャリブレーションについて説明する。ヘッド部３０の内部には偏光素子が存在し、偏光素子の消光比の影響で反射が微量に存在する。そのため、測定装置１においては、測定対象物６からの反射光量が少ない場合に、上述した（３）式で表わされるｋ次のサイドバンドのビート信号の成分Ｓｋ（ターゲット）の測定誤差が大きくなる問題が発生する。そこで、信号処理部６０は、以下に説明する方法によりＳｋ（ターゲット）の測定誤差を低減する。
【００９６】
反射点での遅延時間をτｍとすると、光周波数コムの迷光のｋ次のサイドバンドの電場強度Ｅｍｋは、（２７）式のように表わされる。
【００９７】
【数２７】
0005468836.tif 000028
【００９８】
ここで、信号処理部６０がＳｋ（ターゲット）を測定する場合には、（２８）式に示すように、迷光に起因する第２項の影響が発生する。
【００９９】
【数２８】
0005468836.tif 000029
【０１００】
そこで、信号処理部６０は、（２８）式における第２項をキャンセルするために、測定対象物６側への光を遮光して、遮光時の干渉信号を測定し、（３０）式で表わされる伝達関数Ｈｋを求める。
【０１０１】
【数２９】
0005468836.tif 000030
【０１０２】
【数３０】
0005468836.tif 000031
【０１０３】
（３０）式において、伝達関数Ｈｋは、τｍが変化しない限り一定となる。そのため信号処理部６０は、（Ｈｋ＊Ｓｋ（基準点））を（２８）式から差し引くことにより、（２８）式の迷光に起因する第２項をキャンセルすることができる。なお、信号処理部６０は、偏光素子等の消光比による反射点での遅延時間τｍが略一定であるため、上述した迷光のキャリブレーション処理を測定開始時に一度行えばよい。
【０１０４】
以上説明したように、信号処理部６０は、検出部２０により検出した干渉信号に基づいて、ビームスプリッタ２１から参照面３１までの距離を基準にしたときのビームスプリッタ２１から測定対象物６までの距離を求めることができる。
【０１０５】
次に、距離計２を用いた距離測定方法の例について、図４〜図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。図４に示すステップＳ１において、信号処理部６０は、各種パラメータの初期設定、例えば発振器周波数の初期設定や一回目の環境設定を行う。
【０１０６】
ステップＳ２において、信号処理部６０は、環境計測を行うかどうかを判断し、環境計測を行う場合にはステップＳ３の処理に進み、環境計測を行わない場合にはステップＳ４の処理に進む。環境計測とは、例えば温度、湿度、気圧等を測定することをいう。
【０１０７】
ステップＳ３において、信号処理部６０は、温度、湿度及び気圧を測定する。
【０１０８】
ステップＳ４において、信号処理部６０は、迷光測定を行うかどうかを判断し、迷光測定を行う場合にはステップＳ５の処理に進み、迷光測定を行わない場合にはステップＳ６の処理に進む。
【０１０９】
ステップＳ５において、信号処理部６０は、迷光測定を行う。具体的に、信号処理部６０は、図５に示すステップＳ２０〜ステップＳ２５の処理を行う。ステップＳ２０において、信号処理部６０は、測定対象物６への光が遮光されているかどうかを判断する。信号処理部６０は、測定対象物６への光が遮光されていると判断した場合にはステップＳ２１の処理に進み、測定対象物６への光が遮光していないと判断した場合にはエラーを返してステップＳ６の処理に進む。
【０１１０】
ステップＳ２１〜ステップＳ２４において、信号処理部６０は、使用する全ての変調周波数ｆａのケースにおいて、測定対象物６への光を遮光した状態で干渉信号を計測し、基準光検出器２３ａにより検出した干渉信号への伝達関数Ｈｋを上記（３０）式により求める。すなわち、信号処理部６０は、参照側の干渉信号から、測定対象物６側へ漏れている干渉信号への伝達関数Ｈｋを求める。信号処理部６０は、伝達関数Ｈｋを求めることにより、以後の絶対距離測定モード又は高速測定モードにおいて、求めた伝達関数Ｈｋを用いて測定対象物６側の干渉信号に含まれる迷光の波形を予測してキャンセルする。
【０１１１】
このように、距離計２は、測定対象物６へ入射される測定光が遮光した状態で測定光検出器２３ｂが遮光時の干渉信号を検出し、信号処理部６０が、測定光検出器ｂにより検出した遮光時の干渉信号と、基準光検出器２３ａにより検出した干渉信号とに基づいて、上記（２８）式乃至（３０）式により伝達関数Ｈｋを求める。また、距離計２は、上記（２８）式のＳｋ（ターゲット）から伝達関数Ｈｋと上記（４）式のＳｋ（基準点）との積を引くことにより、上記（２８）式の第２項をキャンセルすることができる。これにより、距離計２は、測定対象物６からの反射光量が少ない場合に、上記（３）式で表わされるＳｋ（ターゲット）の測定誤差を小さくすることができるため、高精度で絶対距離を求めることができる。
【０１１２】
図４に戻り、ステップＳ６において、信号処理部６０は、光周波数コムの変調周波数を切り替えて上述した（２３）式により絶対距離Ｌを計算する。信号処理部６０は、発振周波数の設定及び干渉信号の計測を行う際に、例えば、以下の４つのケースを順繰りに行う。
ケース１：ｆｍ＝ｆｍ１    ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ
ケース２：ｆｍ＝ｆｍ２    ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ
ケース３：ｆｍ＝ｆｍ２    ｆｍ’＝ｆｍ−δｆ
ケース４：ｆｍ＝ｆｍ１    ｆｍ’＝ｆｍｍ−δｆ
具体的に、信号処理部６０は、ステップＳ６において、図６に示すフローチャートのステップＳ３０〜ステップＳ４２の処理を実行する。
【０１１３】
ステップＳ３０において、測定装置１は、測定対象物６を静止させる。
【０１１４】
ステップＳ３１において、信号処理部６０は、発振器１４の周波数設定をｆｍ＝ｆｍ１とするとともに、発振器１５の周波数設定をｆｍ’＝ｆｍ＋δｆとする。
【０１１５】
ステップＳ３２において、信号処理部６０は、測定回数が所定回数Ｎ以上となったか否かを判断し、所定回数以上である場合にはステップＳ７の処理に進み、所定回数より少ない場合にはステップＳ３３に進む。ステップＳ３３において、信号処理部６０は、ステップＳ３１で設定した発振器周波数で干渉信号を測定する。
【０１１６】
ステップＳ３４において、信号処理部６０は、発振器１４の周波数設定をｆｍ＝ｆｍ２に変更するとともに、発振器１５の周波数設定をｆｍ’＝ｆｍ＋δｆに変更する。ステップＳ３５において、信号処理部６０は、干渉信号を測定する。
【０１１７】
ステップＳ３６において、信号処理部６０は、発振器１４の周波数設定をｆｍ＝ｆｍ２とするとともに、発振器１５の周波数設定をｆｍ’＝ｆｍ−δｆとする。ステップＳ３７において、信号処理部６０は、ステップＳ３４で設定した発振器周波数で干渉信号を測定する。
【０１１８】
ステップＳ３８において、信号処理部６０は、発振器１４の周波数設定をｆｍ＝ｆｍ１変更するとともに、発振器１５の周波数設定をｆｍ’＝ｆｍ−δｆとする。ステップＳ３９において、信号処理部６０は、ステップＳ３８で設定した発振器周波数で干渉信号を測定する。
【０１１９】
ステップＳ４０において、信号処理部６０は、発振器１４の周波数設定をｆｍ＝ｆｍ１とするとともに、発振器１５の周波数設定をｆｍ’＝ｆｍ＋δｆに変更する。
【０１２０】
ステップＳ４１において、信号処理部６０は、相対位相φ１及び相対位相φ２を計算して、（１７）式により群遅延時間τｇを計算する。
【０１２１】
ステップＳ４２において、信号処理部６０は、上記（１９）式及び（２０）式のＮ、Ｎ’が整数値に収束したかどうかを判断し、Ｎ、Ｎ’が整数値に収束した場合にはステップＳ７の処理に進む。一方、ステップＳ４２において、信号処理部６０は、ある特定回数を測定してもＮ、Ｎ’が整数値に収束していない場合には、エラーを返してステップＳ３２の処理に戻る。
【０１２２】
このように、信号処理部６０は、発振器１４，発振器１５を複数の変調周波数に切り替えて測定光検出器２３ｂにより検出した干渉信号及び基準光検出器２３ａにより検出した干渉信号に基づいて、上記（１５）式乃至（２２）式から遅延時間τｇ、相対位相ψ１、相対位相ψ２を求めることにより、上記（２３）式から絶対距離Ｌを求めることができる。
【０１２３】
なお、発振周波数の設定及び干渉信号の計測の順番は、上述の例に限定されず、例えば以下のケース１’〜ケース４’ を順繰りに行うようにしてもよい。
ケース１’：ｆｍ＝ｆｍ１  ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ
ケース２’：ｆｍ＝ｆｍ１  ｆｍ’＝ｆｍ−δｆ
ケース３’：ｆｍ＝ｆｍ２  ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ
ケース４’：ｆｍ＝ｆｍ２  ｆｍ’＝ｆｍ−δｆ
【０１２４】
また、往復遅延時間τｒのキャリブレーションデータが蓄積されているのであれば、信号処理部６０は、次の２つのケース、すなわち、ケース１”及びケース２”のみについて、発振周波数の設定及び干渉信号の計測を行うようにしてもよい。
ケース１”：ｆｍ＝ｆｍ１  ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ
ケース２”：ｆｍ＝ｆｍ２  ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ
ステップＳ７において、信号処理部６０は、高速測定を行うかどうかを判断し、高速測定を行う場合にはステップＳ８の処理に進み、高速測定を行わない場合にはステップＳ９の処理に進む。
【０１２５】
ステップＳ８において、信号処理部６０は、高速測定を行う。信号処理部６０は、上述したステップＳ６の絶対距離測定モードにおいて、発振周波数ｆｍを切り替えるため、発振器の位相同期の安定時間まで待つ必要がある。そのため、信号処理部６０は、周波数を切り替えている間、干渉信号を測定することができない。したがって、距離計２は、周波数を切り替えている間、測定対象物６を静止する必要がある。そこで、ステップＳ８において、信号処理部６０は、図７に示すフローチャートのステップＳ５０〜ステップＳ５２に示す高速測定モードによって、測定対象物６が動いている場合でも距離を測定することを可能とする。
【０１２６】
信号処理部６０は、高速測定モードにおいて、発振周波数ｆｍを一定にして測定する。絶対距離測定モード終了時点において、発振周波数ｆｍは、図６のステップＳ４０に示すケース１（ｆｍ＝ｆｍ１、ｆｍ’＝ｆｍ＋δｆ）の状態になっている。
【０１２７】
ステップＳ５０において、信号処理部６０は、ステップＳ６の絶対距離測定モードから、続けて相対位相φ０及び相対位相φ１に関して位相接続しながら連続する測定データを得る。
【０１２８】
ステップＳ５１において、信号処理部６０は、ステップＳ５０において相対位相φ０及び相対位相ψ１に関して位相接続しながら連続する測定データを得ているため、上述した整数値ＮやＰ０が変化しないため、上述した（２３）式から絶対距離を求めることができる。また、ステップＳ５１において、信号処理部６０は、キャリア位相についても連続データから位相接続しながら測定できるため、整数値Ｐ０の値が変化せず、（２４）式により絶対距離を求めることができる。
【０１２９】
ステップＳ５２において、信号処理部６０は、光が中断されたか否かを判断し、光が中断された場合にはステップＳ９の処理に進み、光が中断されていない場合にはステップＳ５０の処理を再び実行する。
【０１３０】
このように、距離計２は、信号処理部６０が、基準光検出器２３ｂで検出した干渉信号と基準光検出器ａで検出した干渉信号との時間差による絶対距離を求めるとともに、キャリア周波数成分の位相による変位測定を行う。距離計２は、絶対距離測定モードから続けてキャリア位相φ０及び相対位相ψ１に関して位相接続しながら連続の測定データを得ることにより、上記（２４）乃至（２６）式から、測定対象物６が動いている場合でも絶対距離を測定することが可能となる。すなわち、距離計２は、ステップＳ８の高速測定モードを実行することにより、絶対距離測定モードにおいて発振周波数ｆｍを切り替える際の、発振器の位相同期の安定時間を待つ必要がなくなるため、絶対距離を高精度かつ高速で求めることが可能となる。
【０１３１】
図４に示すステップＳ９において、信号処理部６０は、一連の処理を終了するかどうかを判断し、一連の処理を終了する場合にはステップＳ１０の処理に進み、一連の処理を終了しない場合にはステップＳ２の処理に戻る。
【０１３２】
ステップＳ１０において、信号処理部６０は、後処理として測定したデータをメモリ（図示せず）に記憶する。
【０１３３】
以上説明したように、距離計２は、光線が遮られた場合でも原点復帰することなく、信号処理部６０によりに測定対象物６までの絶対距離を高精度に測定することが可能となる。
【０１３４】
次に、測定装置１を用いた、測定対象物６の厚さ及び測定対象物６の群屈折率を測定する方法の一例について図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１３５】
図８（ａ）に示すように、測定装置１は、集光レンズ３と反射鏡５との間に測定対象物６が挿入されていない状態で、反射鏡５までの距離を測定する。具体的に、移動ステージ４は、距離計２のヘッド部３０から出射された測定光の焦点が反射鏡の表面５ａに合うように集光レンズ３を移動させる。距離計２は、集光レンズ３により、光源１０から出射された測定光を反射鏡の表面５ａに集光させる。距離計２は、検出部２０により、集光レンズ３を介して反射鏡５から戻された測定光と、上述した距離計２内部の参照面３１から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号を検出する。距離計２は、検出部２０により検出した反射鏡５から戻された測定光と参照光との干渉光に基づく干渉信号から、信号処理部６０が、参照面３１までの距離を基準にした反射鏡の表面５ａまでの距離（以下、Ｄ１とする。）を求める。
【０１３６】
続いて、図８（ｂ）に示すように、測定装置１は、測定対象物６の一方の面（前面）６ａ、すなわち、集光レンズ３と対向する測定対象物の面に測定光を集光して、測定対象物６の前面６ａまでの距離を測定する。具体的に、移動ステージ４は、距離計２のヘッド部３０から出射された測定光の焦点が測定対象物の一方の面６ａに合うように集光レンズ３を移動させる。距離計２は、集光レンズ３を介して光源１０から出射された測定光を測定対象物の一方の面６ａに集光させる。距離計２は、検出部２０により、集光レンズ３を介して測定対象物の前面６ａから戻された測定光と、距離計２内部の参照面３１から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号を検出する。距離計２は、検出部２０により検出した測定対象物の一方の面６ａから戻された測定光と参照光との干渉光に基づく干渉信号から、信号処理部６０が、参照面３１までの距離を基準にした測定対象物の一方の面６ａまでの距離（以下、Ｄ２とする。）を求める。
【０１３７】
続いて、図８（ｃ）に示すように、測定装置１は、測定対象物６の他方の面６ｂ（後面）、すなわち、測定対象物６における集光レンズ３と対向する面とは他面側に測定光を集光して、測定対象物６の他方の面６ｂまでの距離を測定する。具体的に、移動ステージ４は、距離計２のヘッド部３０から出射された測定光の焦点が測定対象物の他方の面６ｂに合うように、集光レンズ３を移動させる。距離計２は、集光レンズ３を介して光源１０から出射された測定光を測定対象物の他方の面６ｂに集光させる。距離計２は、検出部２０により、集光レンズ３を介して測定対象物の他方の面６ｂから戻された測定光と、参照面３１から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号を検出する。距離計２は、検出部２０で検出した測定対象物の他方の面６ｂから戻された測定光と参照光との干渉光に基づく干渉信号から、信号処理部６０が、参照面３１までの距離を基準にした測定対象物６の後面までの光学距離、すなわち、媒質の屈折率を乗じた媒質内の光路の実際の長さ（以下、Ｄ３とする。）を求める。
【０１３８】
続いて、図８（ｄ）に示すように、測定装置１は、集光レンズ３と反射鏡５との間に測定対象物６が挿入されていない状態で、測定対象物６を透過させて測定光を反射鏡５の一方の面５ａに集光し、測定対象物６を含む反射鏡５までの光学距離を測定する。具体的に、移動ステージ４は、集光レンズ３と反射鏡５との間に測定対象物６が挿入された状態で、反射鏡５の一方の面５ａに、ヘッド部３０から出射された測定光の焦点が合うように、集光レンズ３を移動させる。距離計２は、集光レンズ３により、光源１０から出射された測定光を、測定対象物６を透過させて反射鏡５に照射する。距離計２は、検出部２０により、測定対象物６及び集光レンズ３を介して反射鏡５から戻された測定光と、参照面３１から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号を検出する。距離計２は、検出部２０により検出した測定対象物６及び集光レンズ３を介して反射鏡５から戻された測定光と参照光との干渉光に基づく干渉信号から、信号処理部６０が、参照面３１までの距離を基準にした測定対象物６を含む反射鏡の一方の面５ａまでの光学距離（以下、Ｄ４とする。）を求める。
【０１３９】
ここで、測定対象物６の光学的な厚さ（Ｄ３−Ｄ２）は、（３１）式のように表わされる。
Ｄ３−Ｄ２＝ｎｇｔ        （３１）
（３１）式において、ｎｇは、測定対象物６の群屈折率、ｔは、測定対象物６の物理的な厚さである。
【０１４０】
また、測定対象物６の物理的な厚さｔは、（３２）式、又は、（３３）式のように表わされる。
[Ｄ１−（Ｄ４−Ｄ３）]−Ｄ２＝ｔ                （３２）
（Ｄ１＋Ｄ３）−（Ｄ２＋Ｄ４）＝ｔ                （３３）
さらに、測定対象物６の群屈折率ｎｇは、（３４）次のように表わされる。
ｎｇ＝（Ｄ３−Ｄ２）／[（Ｄ１＋Ｄ３）−（Ｄ２＋Ｄ４）]              （３４）
【０１４１】
このように、信号処理部６０は、検出部２０により検出した各干渉信号に基づいて、参照面３１までの距離を基準にした測定対象物６の両面までのそれぞれの距離、及び、反射鏡５までの距離、すなわち、上述したＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４をそれぞれ求める。演算部７は、（３２）式及び（３３）式に示すように、測定対象物６の物理的な厚さｔと測定対象物６の光学距離の増加分を求め、（３４）式に示すように、測定対象物６が押し退けた媒質の群屈折率と測定対象物６の厚さｔとから、測定対象物６の群屈折率ｎｇを求める。すなわち、演算部７は、信号処理部６０が求めた各距離から、測定対象物６の群屈折率ｎｇ及び測定対象物６の厚さｔを同時に測定することができる。
【０１４２】
また、測定装置１によれば、距離測定の分解能を測定光の波長より高めることにより、測定対象物６の位相屈折率を求めることが可能となる。
【０１４３】
次に、測定対象物６の表面が並行平面ではなく、曲面の場合の補正処理について説明する。図９に示すように、測定対象物の一方の面（表面）６ｃ及び測定対象物の他方の面（裏面）６ｄが平行平面でない場合、屈折により測定光の角度が変化する。そのため、測定対象物の表面が平行平面でない場合、測定対象物６に入射された測定光が反射鏡５へ直進する場合と比べて距離が長くなるため、補正が必要となる。そこで、測定装置１は、図９に示すように、測定対象物６として、一方の面６ｃの曲率半径がＲ１、他方の面６ｄの曲率半径がＲ２、媒質の屈折率がｎｅであるレンズ６’を仮定して、入射ビームの高さと角度の変換を表すシステムマトリックスを求める。
【０１４４】
レンズ６’の曲率半径Ｒ１、Ｒ２は未知であるが、設計値から推定するか、実測されたレンズ６’の表面形状をもとに導き出すことができる。また、レンズ６’の媒質の屈折率ｎｅは、曲率半径Ｒ１、Ｒ２と同様に未知であるが、レンズ６’の材料の性質から、ある程度の値が出ているのであれば、その値を使用してもよい。また、レンズ６’に測定光が入出力する面、すなわち、レンズ６’の一方の面６ｃ及び他方の面６ｄが、ともに光軸に垂直になる場所があれば、その場所での光路長と物理長の比から群屈折率ｎｇを求め、その群屈折率ｎｇから屈折率ｎｅを推定して使用してもよい。
【０１４５】
測定装置１は、演算部７により、入射光軸の傾きαｉ１、入射光軸の高さＹｉ１から、出射光軸の傾きαｉ２、出射光軸の高さＹｉ２を求める。ここで、図９に示すように、入射光軸の傾きαｉ１＝０である。また、測定されるレンズ６’の他方の面６ｄと反射鏡５との間の距離、すなわちＱ２とＱ３との間の距離をＬｍ、補正されたレンズ６’の他方の面６ｄと反射鏡５との間の距離、すなわち、Ｑ２とＱ３’との間の距離をＬｃとすると、ＬｃとＬｍとの間には、（３５）式の関係が成立する。
Ｌｃ＝Ｌｍcosαｉ２     （３５）
演算部７は、（３５）式より、Ｌｃを求めることができる。すなわち、演算部７は、レンズ６’の他方の面６ｄの形状を補正することができる。
【０１４６】
演算部７は、反射鏡５までの絶対距離（測定試料なし）からＬｃを差し引き、測定ポイントの物理的な厚さｄｙを計算する。ここで、光路長の物理的な長さｌは、（３６）式により表わされる。
ｌ＝ｄｙ／cosα        （３６）
（３６）式において、αは、tanα＝（Ｙｉ２−Ｙｉ１）／ｄｙにより求められる。
【０１４７】
演算部７は、レンズ６’のＱ１Ｑ２間の光学的な距離（光路長）をｌで割ることにより、群屈折率ｎｇを求めることができる。
【０１４８】
以上説明したように、測定装置１は、上述した補正処理を行うことにより、測定対象物の表面が平行平面でない場合であっても、測定対象物の厚さ及び測定対象物の群屈折率を同時に測定することが可能となる。
【０１４９】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る測定装置１’について説明する。この第２の実施の形態に係る測定装置１’は、次の点で、第１の実施の形態に係る測定装置１とは構成が異なる。すなわち、測定装置１’は、上述した距離計２を２台備え、測定対象物６の両面側にそれぞれ測定光を照射して測定対象物６までの距離を求めるため、上述した反射鏡５を用いる必要がない。なお、第２の実施の形態に係る測定装置１’において、第１の実施の形態に係る測定装置１と同一の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１５０】
図１０に示すように、測定装置１’は、距離計２ａ、２ｂと、集光レンズ３ａ、３ｂと、移動ステージ４ａ、４ｂとを備える。
【０１５１】
集光レンズ３ａは、移動ステージ４ａに搭載されており、距離計２ａから出射された測定光を測定対象物の一方の面６ａに集光するとともに、測定対象物６から戻された測定光を距離計２ａに戻す。また、集光レンズ３ｂは、移動ステージ４ｂに搭載されており、距離計２ｂから出射された測定光を測定対象物６の他方の面６ｂに集光するとともに、測定対象物６から戻された測定光を距離計２ｂに戻す。
【０１５２】
移動ステージ４ａは、集光レンズ３ａを保持し、距離計２ａから出射された測定光の光軸と平行に集光レンズ３ａを移動させる。移動ステージ４ａは、集光レンズ３ａを移動させることにより、距離計２ａから出射された測定光が集光レンズ３ａを介して測定対象物６に集光される位置を変化させる。また、移動ステージ４ｂは、集光レンズ３ｂを保持し、距離計２ｂから出射された測定光の光軸と平行に集光レンズ３ｂを移動させる。移動ステージ４ｂは、集光レンズ３ａを移動させることにより、距離計２ｂから出射された測定光が集光レンズ３ｂを介して測定対象物６に集光される位置を変化させる。
【０１５３】
測定対象物６は、集光レンズ３ａと集光レンズ３ｂとの間に挿入される。測定対象物６は、その厚さや屈折率を測定したい場所に距離計２ａ、２ｂからの測定光がそれぞれ照射されるように、測定対象物６の上下位置が調整される。
【０１５４】
演算部７は、後に詳述するように、距離計２ａ、２ｂにおける距離測定によって求めた各距離から、測定対象物６の屈折率及び測定対象物６の厚さを分離して測定する。  次に、測定装置１’を用いた測定方法の一例について説明する。
【０１５５】
図１０（ａ）に示すように、測定装置１’は、集光レンズ３ａと集光レンズ３ｂとの間に、厚さが既知であり両面が平行平面である校正用反射板８が挿入された状態で、距離計２ａ及び距離計２ｂそれぞれから、校正用反射板８までの距離を測定する。具体的に、移動ステージ４ａは、距離計２ａのヘッド部３０から出射された測定光の焦点が、校正用反射板８の一方の面８ａ、すなわち、校正用反射板８が集光レンズ３ａと対向する面に合うように、集光レンズ３ａを移動させる。距離計２ａは、集光レンズ３ａにより、距離計２ａの光源１０から出射された測定光を、校正用反射板８の一方の面８ａに集光させる。距離計２ａは、距離計２ａの検出部２０により、集光レンズ３ａを介して校正用反射板８から戻された測定光と、上述した距離計２ａ内部の参照面３１から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号を検出する。距離計２ａは、検出部２０により検出した測定光と参照光との干渉光に基づく干渉信号から、距離計２ａの信号処理部６０が、距離計２ａ内部の参照面３１までの距離を基準にした校正用反射板８の一方の面８ａまでの距離を求める。
【０１５６】
同様に、移動ステージ４ｂは、距離計２ｂのヘッド部３０から出射された測定光の焦点が、校正用反射板８の他方の面８ｂ、すなわち、校正用反射板８が集光レンズ３ｂと対向する面に合うように、集光レンズ３ｂを移動させる。距離計２ｂは、集光レンズ３ｂにより、距離計２ｂの光源１０から出射された測定光を、校正用反射板８の他方の面８ｂに集光させる。距離計２ｂは、距離計２ｂの検出部２０により、集光レンズ３ｂを介して校正用反射板８から戻された測定光と、上述した距離計２ｂ内部の参照面３１から戻された参照光との干渉光に基づく干渉信号を検出する。距離計２ｂは、距離計２ｂの検出部２０により検出した測定光と参照光との干渉光に基づく干渉信号から、距離計２ｂの信号処理部６０が、距離計２ｂ内部の参照面３１までの距離を基準にした校正用反射板８の他方の面８ｂまでの距離を求める。
【０１５７】
測定装置１’の演算部７は、距離計２ａ、２ｂの信号処理部６０で求めた各距離を基準に直線座標を決定する。例えば、図１１に示すように、演算部７は、校正用反射板８の他方の面８ｂを０、校正用反射板８の一方の面８ａをｔ０、校正用反射板８の一方の表面８ａ方向を正方向にとる。
【０１５８】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、測定装置１’は、集光レンズ３ａと集光レンズ３ｂとの間に測定対象物６を挿入し、移動ステージ４ａにより、距離計２ａからの測定光が、測定対象物６の一方の面６ａ、すなわち、測定対象物６が集光レンズ３ａと対向する面に焦点を結ぶように集光レンズ３ａを移動させる。また、測定装置１’は、移動ステージ４ｂにより、距離計２ｂからの測定光が、測定対象物６の他方の面６ｂ、すなわち、測定対象物６が集光レンズ３ｂと対向する面に焦点を結ぶように集光レンズ３ｂを移動させる。距離計２ａは、図１０（ａ）の場合と同様に、距離計２ａの信号処理部６０が、距離計２ａ内部の参照面３１までの距離を基準にした測定対象物の一方の面６ａまでの距離を求める。また、距離計２ｂは、距離計２ｂの信号処理部６０が、距離計２ｂ内部の参照面３１までの距離を基準にした測定対象物の他方の面６ｂまでの距離を求める。測定装置１’の演算部７は、距離計２ａ、２ｂの信号処理部で求めた各距離に基づいて、測定対象物６の一方の面６ａと測定対象物の他方の面６ｂの座標を計算し、測定対象物６の物理的な厚さを求める。
【０１５９】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、測定装置１’は、移動ステージ４ａにより、距離計２ａからの測定光が、測定対象物６の他方の面６ｂに焦点を結ぶように集光レンズ３ａを移動させる。距離計２ａは、距離計２ａの信号処理部６０が、距離計２ａ内部の参照面３１までの距離を基準にした測定対象物の他方の面６ｂまでの距離を求める。測定装置１’の演算部７は、図１０（ｂ）の距離計２ａの信号処理部６０で求めた距離から、図１０（ｃ）の距離計２ａの信号処理部６０で求めた距離を差し引くことにより、測定対象物６の光学的距離（光路長）を求めることができる。このように、測定装置１’の演算部７は、測定対象物６の物理的な厚さ、及び、測定対象物６の光学的距離、すなわち、光学的な厚さを求めることにより、上述した（３４）式に示すように、測定対象物６の群屈折率を測定することができる。したがって、測定装置１’は、測定対象物６の厚さ及び群屈折率を分離して同時に測定することが可能となる。
【０１６０】
なお、測定装置１’は、移動ステージ４ｂにより、距離計２ｂからの測定光が、測定対象物６の一方の面６ａに焦点を結ぶように集光レンズ３ｂを移動させて、距離計２ａ内部の参照面３１までの距離を基準にした測定対象物の一方の面６ａまでの距離を求めてもよい。この場合、距離計２ｂは、距離計２ｂの信号処理部６０が、距離計２ｂ内部の参照面３１までの距離を基準にした測定対象物の一方の面６ａまでの距離を求めることで、測定対象物６の光学的距離を求める。
【０１６１】
以上説明した第２の実施の形態に係る測定装置１’によれば、測定対象物６の一方の面６ａの側及び他方の面６ｂの側それぞれから測定光を照射して距離を求めることにより、第１の実施の形態に係る測定装置１よりも、正確に測定対象物６の厚さを測定することが可能となる。
【０１６２】
なお、測定装置１は’、２つの距離計２ａ、２ｂを用いて測定対象物６までの距離を求めるようにしたが、この例に限定されるものではない。例えば、測定装置１は’、２つの距離計２ａ、２ｂを用いずに１つの距離計を用いて、測定対象物６の両面側に測定光を交互に照射して、測定対象物６の厚さ及び測定対象物の群屈折率を求めるようにしてもよい。また、測定装置１は’、２台の距離計２ａ、２ｂを用いずに、１つの距離計２が２つのヘッド部２０を備え、この２つのヘッド部２０から、測定対象物６の一方の面６ａ及び他方の面６ｂに、それぞれ測定光を照射して測定対象物６の厚さ及び測定対象物の群屈折率を求めるようにしてもよい。
【０１６３】
また、本実施形態に係る測定装置１”は、図１２に示すように、ヘッド部３０と検出部２０とを一体化したものを用いてもよい。また、測定装置１”は、図１３及び図１４に示すように、光源１０として１台の光周波数コム発生器を用いるようにしてもよい。
【０１６４】
図１２に示す測定装置１”は、ヘッド部３０が、図２に示す偏光子２２ａ、２２ｂと、基準光検出器２３ａと、測定光検出器２３ｂと、参照面３１とを内部に備えている。また、測定装置１”は、偏光ビームスプリッタ２１ａと、ビームスプリッタ２１ｂと、１／４波長板３４ａ，３４ｂとを備えている。
【０１６５】
ビームスプリッタ２１ｂは、光源１０から出射された測定光と参照光との干渉光を偏光子２２ａに向かう光と、偏光ビームスプリッタ２１ａに向かう光とに分岐する。偏光ビームスプリッタ２１ａは、ビームスプリッタ２１ｂから入射された測定光と参照光との干渉光を、１／４波長板３４ａに向かう参照光と、１／４波長板３４ｂに向かう測定光とに分岐する。また、偏光ビームスプリッタ２１ａは、１／４波長板３４ｂを介して参照面３１から戻された参照光を偏光子２２ｂに入射するとともに、１／４波長板３４ａを介して測定対象物６から戻された測定光を偏光子２２ｂに入射する。
【０１６６】
また、測定装置１”は、図１３及び図１４に示すように、光源１０として１台の光周波数コム発生器を用いる場合には、波長分割機能を有する光検出器をさらに備える。測定装置１”’は、１台の光周波数コム発生器を用いる場合には、光周波数コムの全ての周波数成分の干渉信号が同じ周波数になるため、光検出の際に波長分割することにより、光周波数コムの各モードの位相情報を分離する。光周波数コム発生器が１台の場合、１つの光周波数コムが、測定光と参照光とを兼ねる。なお、図１３及び図１４に示す測定装置１”’において、上述した測定装置１と同一の構成については同一の符号を付して詳細の説明を省略する。
【０１６７】
図１３に示す測定装置１”’は、検出部２０が、それぞれ２個の分光器２５ａ，２５ｂと、光検出器アレイ２６ａ，２６ｂを備える。また、測定装置１”は、ビームスプリッタ２１と参照面３１との間に１／８波長板３４を備え、光周波数コム発生器１２からの光周波数コム出力の偏光を１／８波長板３４の結晶軸に一致した成分と直交した成分を持つように調整しておく。１／８波長板３４は、ビームスプリッタ２１から入射された参照光の一方の偏光成分に往復で１／４波長の位相シフトを与える。さらに、検出部２０は、１／８波長板３４により１／４波長の位相シフトされた成分の干渉光を分離する偏光ビームスプリッタ２４を備え、偏光ビームスプリッタ２４により分離した干渉光Ｐｃａ，Ｐｃｂを分光器２５ａと分光器２５ｂに入射する。検出部２０は、分光器２５ｂにより干渉光Ｐｃａに含まれる光スペクトルを分離して光検出器アレイ２６ａで検出するとともに、分光器２５ｂにより干渉光Ｐｃｂに含まれる光スペクトルを分離して光検出器アレイ２６ｂで検出する。
【０１６８】
信号処理部６０は、信号処理部６０ａにより光検出器アレイ２６ａによる検出出力に基づいて、干渉光Ｐｃａのａｎｃｏｓθｎ成分の電圧を算出するとともに、信号処理部６０ｂにより光検出器アレイ２６ｂによる検出出力に基づいて、干渉光Ｐｃｂのａｎｓｉｎθｎ成分の電圧を算出する。信号処理部６０は、算出した干渉信号のｓｉｎ成分とｃｏｓ成分との電圧から距離を求める。このように、測定装置１”は、干渉信号のｓｉｎ成分とｃｏｓ成分の電圧を計測することにより、位相と振幅を測定し、絶対距離を求めることができる。
【０１６９】
また、図１４に示す測定装置１”’は、ビームスプリッタ２１と参照面３１との間に、発振器３７の出力により動作する周波数シフタ３６を備える。図１４に示す測定装置１”’は、周波数シフタ３６が、ビームスプリッタ２１から参照面３１に向けて出射された参照光の周波数をシフトしてビームスプリッタ２１に戻す。図１４に示す測定装置１”’は、ビームスプリッタ２１と参照面３１との間に周波数シフタ３６を挿入することにより、光検出器アレイ２６で観測される干渉信号の周波数シフトがｆａとなるため、信号処理部６０での信号処理による位相比較が行いやすくなる。また、図１４に示す測定装置１”’は、交流成分を観測しているので、１モードあたり１個の検出器で干渉信号の位相と振幅を測定することができる。
【符号の説明】
【０１７０】
１  測定装置、２  距離計、３  集光レンズ、４  移動ステージ、５  反射鏡、６  測定対象物、７  演算部、８  校正用反射板、１０  光源、１２，１３  光周波数コム発生器、１４，１５，１６  発振器、１７  周波数シフタ、２０  検出部、２３ａ  基準光検出器、２３ｂ  測定光検出器、３０  ヘッド部、３１  参照面、６０  信号処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【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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