(57)【要約】      （修正有）【課題】参照光と被検光との光路長差に対応する距離を高精度に計測するのに有利な技術を提供する。【解決手段】光源１０１から射出された光から分割される第１被検光が通過する第１光学系、及び、第２被検光が通過する第２光学系と、被検面１００で反射された第１被検光及び第２被検光のそれぞれと参照面１０４で反射された参照光との干渉光を検出する検出部１１３と、検出部１１３で検出された干渉光に基づいて、距離を求める処理部１１５と、を有し、第１光学系における光学的パワーと第２光学系における光学的パワーとが異なり、第１被検光及び第２被検光の被検面側の集光点Ｐ０１，Ｐ０２，Ｐ１１，Ｐ１２と被検面との間の距離は、複数の波長のそれぞれに応じて互いに異なり、集光点と被検面との間の距離が所定距離となる集光点に対応する波長の第１被検光及び第２被検光のそれぞれを検出部１１３に導く導光部を更に有することを特徴とする。【選択図】図１
2014202645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光と参照光との光路長差に対応する距離を計測する計測装置であって、
光源から射出された光から分割される第１被検光及び第２被検光のうち、前記第１被検光が通過する第１光学系、及び、前記第２被検光が通過する第２光学系と、
被検面で反射された前記第１被検光及び前記第２被検光のそれぞれと参照面で反射された参照光との干渉光を検出する検出部と、
前記検出部で検出された干渉光に基づいて、前記距離を求める処理部と、
を有し、
前記第１光学系における光学的パワーと前記第２光学系における光学的パワーとが異なり、
前記第１被検光の前記被検面側の集光点と前記被検面との間の距離は、複数の波長のそれぞれに応じて互いに異なり、
前記第２被検光の前記被検面側の集光点と前記被検面との間の距離は、複数の波長のそれぞれに応じて互いに異なり、
前記集光点と前記被検面との間の距離が所定距離となる集光点に対応する波長の前記第１被検光及び前記第２被検光のそれぞれを前記検出部に導く導光部を更に有することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記第１光学系及び前記第２光学系は、前記第１被検光の経路の一部と前記第２被検光の経路の一部とが共通する共通部分を含み、
前記導光部は、前記共通部分に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記第１光学系の前記共通部分を除く部分、及び、前記第２光学系の前記共通部分を除く部分には、前記第１被検光及び前記第２被検光に対して互いに異なる焦点距離を有する光学素子が配置され、
前記共通部分には、前記第１被検光及び前記第２被検光に対して同一の軸上色収差を有する光学素子が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記第１光学系の前記共通部分を除く部分、及び、前記第２光学系の前記共通部分を除く部分には、前記第１被検光及び前記第２被検光に対して互いに異なる軸上色収差を有する光学素子が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記導光部は、前記集光点と前記被検面との間の距離が所定距離となる集光点に対応する波長の前記第１被検光及び前記第２被検光を通過させるためのピンホールが形成されたピンホール板を含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記導光部は、前記集光点と前記被検面との間の距離が所定距離となる集光点に対応する波長の前記第１被検光及び前記第２被検光が入射する入射口を有する光ファイバーを含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記光源は、前記複数の波長を含む光を射出する光源であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記光源は、前記複数の波長を含む波長帯域において射出する光の波長を変更可能な光源であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記光源からの光を、前記第１被検光と、前記第２被検光と、前記参照光とに分割するビームスプリッターを更に有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記処理部は、
前記検出部で検出された前記第１被検光と前記参照光との干渉光から得られる第１干渉信号に基づいて、前記第１干渉信号の位相の傾きである第１位相の傾きと、前記第１干渉信号に含まれる任意の波数における前記第１干渉信号の位相である第１位相の端数成分とを求め、
前記検出部で検出された前記第２被検光と前記参照光との干渉光から得られる第２干渉信号に基づいて、前記第２干渉信号に含まれる任意の波数における前記第２干渉信号の位相である第２位相の端数成分を求め、
前記第１位相の傾きと、前記第１位相の端数成分と、前記第２の位相の端数成分とに基づいて、前記第１位相と前記第２位相との間の干渉次数差である第１干渉次数差を求め、
前記第１干渉次数差と、前記第１位相の端数成分と、前記第２位相の端数成分とに基づいて、前記距離を求めることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記処理部は、
前記検出部で検出された前記第１被検光と前記参照光との干渉光から得られる第１干渉信号に基づいて、前記第１干渉信号の位相の傾きである第１位相の傾きと、前記第１干渉信号に含まれる任意の波数における前記第１干渉信号の位相である第１位相の端数成分を求め、
前記検出部で検出された前記第２被検光と前記参照光との干渉光から得られる第２干渉信号に基づいて、前記第２干渉信号の位相の傾きである第２位相の傾きと、前記第２干渉信号に含まれる任意の波数における前記第２干渉信号の位相である第２位相の端数成分とを求め、
前記第１位相の傾きと、前記第１位相の端数成分と、前記第２位相の傾きと、前記第２位相の端数成分とに基づいて、前記第１位相と前記第２位相との間の干渉次数差である第１干渉次数差を求め、
前記第１干渉次数差と、前記第１位相の端数成分と、前記第２位相の端数成分とに基づいて、前記距離を求めることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記処理部は、前記検出部で検出された前記第１被検光と前記参照光との干渉光から得られる第１干渉信号、及び、前記検出部で検出された前記第２被検光と前記参照光との干渉光から得られる第２干渉信号に基づいて、前記第１干渉信号及び前記第２干渉信号の位相の傾きである１つの位相の傾きと、前記第１干渉信号及び前記第２干渉信号に含まれる任意の波数における前記第１干渉信号及び前記第２干渉信号の位相である２つの位相の端数成分とを求め、
前記１つの位相の傾きと、前記２つの位相の端数成分とに基づいて、前記第１干渉信号及び前記第２干渉信号のそれぞれの間の干渉次数差を求め、
前記干渉次数差と、前記２つの位相の端数成分とに基づいて、前記距離を求めることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を計測する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検光と参照光との光路長差に対応する距離を計測する計測装置として、分光干渉計や波長走査干渉計が知られている。分光干渉計は、複数の波長を含む光を射出する光源を用いて、被検光と参照光との干渉光を分光して検出し、干渉光の強度や位相などの情報を含む干渉信号（波長ごとの干渉信号）に基づいて、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を求めている。また、波長走査干渉計は、波長を走査（変更）することが可能な光源を用いて、被検光と参照光との干渉光の強度や位相を検出し、波長を走査することで得られる波長ごとの干渉信号に基づいて、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を求めている。
【０００３】
分光干渉計や波長走査干渉計などの計測装置において、被検面に対する横方向分解能（計測する距離方向と垂直な面方向の分解能）や計測精度を向上させるためには、被検面を照射する光の照射スポット径を小さくすればよい。照射スポット径を小さくするには、被検面に光を照射する照射光学系の開口数（ＮＡ）を増加すればよいが、開口数を増加すると焦点深度が減少するため、被検光と参照光との光路長差に対応する距離の計測可能レンジが減少してしまう。このように、計測精度（照射スポット径）と計測可能レンジとは相反関係にあり、両立することが困難である。
【０００４】
そこで、高い計測精度と広い計測可能レンジとを両立することが可能な技術として、波長共焦点（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ）の構成を有する分光干渉計が提案されている（非特許文献１参照）。ここで、波長共焦点の構成とは、軸上色収差を発生させる光学系と、共焦点用のフィルターとを含む構成である。また、波長走査干渉計において、互いに離散した波長帯域における干渉信号を取得し、それらの干渉信号に基づいて被検光と参照光との光路長差に対応する距離を算出することで、計測精度を向上させる技術も提案されている（特許文献１及び非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２８７０７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ／ＶＯＬ．４５，  Ｎｏ．３２  ｐｐ．  ８２４４−８２５２  （２００６）
【非特許文献２】Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｅｃｔｉｏｎ  Ａ／Ｖｏｌ．３８３，  Ｉｓｓｕｅ  １，  ｐｐ．２２９−２３７  （１９９６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に開示された技術では、波長共焦点の原理によって、被検面の近傍に集光点（像点）を有する限定的な波長帯域における干渉信号しか検出することができない。従って、高精度な距離計測を行うために必要となる広い波長帯域における干渉信号を確保することが困難であるため、計測誤差が増加し、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を高精度で計測することができない。
【０００８】
また、従来から、計測に使用する波長帯域を十分に確保できずに計測精度が低下するという課題に対して、例えば、特許文献１や非特許文献２などのように、互いに離散した波長帯域における干渉信号に基づいて距離を算出する技術が知られている。但し、これらの技術を、非特許文献１に開示された技術にそのまま適用することはできない。これは、波長共焦点の原理によって、検出可能な波長帯域が被検面の近傍に集光点を有する波長帯域に限定されるため、その波長帯域から離散した波長帯域は共焦点用のフィルターで遮断され、離散した波長帯域における干渉信号を得ることができないからである。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を高精度に計測するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を計測する計測装置であって、光源から射出された光から分割される第１被検光及び第２被検光のうち、前記第１被検光が通過する第１光学系、及び、前記第２被検光が通過する第２光学系と、前記被検面で反射された前記第１被検光及び前記第２被検光のそれぞれと前記参照面で反射された参照光との干渉光を検出する検出部と、前記検出部で検出された干渉光に基づいて、前記距離を求める処理部と、を有し、前記第１光学系における光学的パワーと前記第２光学系における光学的パワーとが異なり、前記第１被検光の前記被検面側の集光点と前記被検面との間の距離は、複数の波長のそれぞれに応じて互いに異なり、前記第２被検光の前記被検面側の集光点と前記被検面との間の距離は、複数の波長のそれぞれに応じて互いに異なり、前記集光点と前記被検面との間の距離が所定距離となる集光点に対応する波長の前記第１被検光及び前記第２被検光のそれぞれを前記検出部に導く導光部を更に有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えば、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を高精度に計測するのに有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】被検光と参照光との干渉光から得られる干渉信号の一例を示す図である。
【図３】第１干渉信号の位相と波数との関係の一例を示す図である。
【図４】干渉信号の位相の傾きを決定する方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における計測装置１０の構成を示す概略図である。計測装置１０は、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を計測する計測装置であって、例えば、分光干渉計の構成を有する。計測装置１０は、複数の波長を含む光を射出する光源１０１と、光学素子１０２と、分割素子１０３と、参照面１０４と、分割素子１０５と、光学素子１０６と、分割素子１０７と、反射素子１０８及び１０９と、光学素子１１０とを有する。また、計測装置１０は、光学素子１１１と、波長選択部１１２と、検出部１１３と、処理部１１５とを有する。
【００１６】
計測装置１０は、光源１０１から射出した光を、所定の軸上色収差を有する光学素子１１０を介して、被検面１００に照射する。また、計測装置１０は、被検面１００で反射された光と参照面１０４で反射された光との干渉光を検出部１１３で検出し、かかる干渉光から得られる干渉信号に基づいて、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を処理部１１５で算出する。
【００１７】
計測装置１０の構成の詳細について、光源１０１から射出する光の経路に沿って説明する。光源１０１からの光は、光学素子１０２によってコリメートされ、分割素子１０３に入射する。分割素子１０３は、光源１０１からの光を、分割素子１０５に向かう被検光と、参照面１０４に向かう参照光とに分割する。また、被検光は、分割素子１０５によって、光学素子１０６に向かう第１被検光と、反射素子１０８に向かう第２被検光とに分割される。
【００１８】
以下では、説明を簡単にするために、分割素子１０５、光学素子１０６、分割素子１０７、光学素子１１０及び被検面１００を順に、或いは、逆に通過する経路を第１経路と称する。同様に、分割素子１０５、反射素子１０８、反射素子１０９、分割素子１０７、光学素子１１０及び被検面１００を順に、或いは、逆に通過する経路を第２経路と称する。
【００１９】
後述するように、計測装置１０においては、第１被検光に対応する第１光学系における光学的パワーと第２被検光に対応する第２光学系における光学的パワーとが異なる。また、第１光学系及び第２光学系は、第１被検光の経路の一部と第２被検光の経路の一部とが共通する共通部分を含む。
【００２０】
第１被検光は、第１経路において、光学的パワーを有する光学素子（例えば、レンズ）１０６によって屈折力を付加され、光学的パワー有する光学素子（例えば、レンズ）１１０によって軸上色収差を付加される。これにより、第１被検光は、被検面１００に対して、複数の波長のそれぞれで（即ち、波長ごとに）互いに異なる位置に集光点（像点）を形成する。被検面１００で反射した第１被検光は、第１経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経て、波長選択部１１２に入射する。
【００２１】
第２被検光は、第２経路を通過し、光学素子１１０によって軸上色収差を付加され、被検面１００に対して、複数の波長のそれぞれで（即ち、波長ごとに）互いに異なる位置に集光点（像点）を形成する。被検面１００で反射した第２被検光は、第２経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経て、波長選択部１１２に入射する。
【００２２】
一方、参照光は、参照面１０４で反射し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経て、波長選択部１１２に入射する。
【００２３】
ここで、光源１０１は、例えば、ランプ、ＬＥＤ、ＳＬＤ、白色レーザーなどで構成されている。また、分割素子１０３、１０５及び１０７は、例えば、ビームスプリッターで構成され、図１では、半反射半透過の面を斜線で示している。光学素子１１０は、上述したように、軸上色収差を有し、その収差量は、被検光と参照光との光路長差に対応する距離の計測に用いる波長帯域において、計測可能レンジを満足するように設定（調整）されている。換言すれば、光学素子１１０の軸上色収差量を大きくすることによって、計測可能レンジを広くすることが可能となる。
【００２４】
また、波長選択部１１２は、例えば、被検面側に形成された被検光の集光点と光学的に共役な関係となる位置に配置されたピンホールを有するピンホール板で構成される。この場合、波長選択部１１２は、特定の波長帯域の光のみがピンホールを通過することができる、所謂、波長共焦点（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ）の原理を用いて波長（波長帯域）を選択し、かかる波長に対応する光を検出部１１３に導く。
【００２５】
波長共焦点の原理は、光学素子１１０によって軸上色収差を付加された被検光が、被検面側において波長ごとに異なる距離（集光点と被検面との間の距離）で集光点を形成することを利用している。各波長の光の被検面側の集光点に対して光学的に共役な位置はいずれも同じ位置であり、かかる光学的に共役な位置にピンホールを配置する。被検面１００で反射した被検光の経路を考えると、実際には、被検面１００の近傍に集光点を形成する波長の光のみが、ピンホールの近傍に集光点を形成するため、ピンホールで遮光されることなく通過することができる。一方、その他の波長（被検面１００の近傍に集光点を形成する波長以外の波長）の光は、集光点から離れた位置にある被検面で反射されるため、ピンホール面でぼけた像となり、殆どがピンホールで遮光されて通過することができない。このような原理を利用することで、被検面１００の近傍に集光点を形成する波長帯域の被検光のみを選択することができる。換言すれば、波長選択部１１２は、集光点と被検面１００との間の距離が所定距離となる集光点に対応する波長の第１被検光及び第２被検光のそれぞれを検出部１１３に導く導光部として機能する。
【００２６】
波長選択部１１２の構成は、ピンホールが形成されたピンホール板に限定されるものではなく、被検面１００の近傍に集光点を形成する波長帯域を選択するための微小開口であってもよい。例えば、微小な入射口（微小開口）を有する光ファイバーで波長選択部１１２を構成し、かかる入射口を各波長の光の被検面側の集光点に対して光学的に共役な位置に配置してもよい。
【００２７】
波長選択部１１２は、本実施形態では、第１被検光の被検面側の集光点に対して、第１経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経て波長選択部１１２に入射する経路において、光学的に共役となる位置にピンホールを配置して構成されている。また、かかる配置（ピンホールの位置）は、第２被検光の被検面側の集光点に対して、第２経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経て波長選択部１１２に入射する経路において、光学的に共役となる位置とも一致している。
【００２８】
上述した構成によって、被検面１００で反射した第１被検光が第２経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経て波長選択部１１２に入射しても、その経路における光学的に共役な位置は波長選択部１１２の位置と異なる。これは、第２経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経る経路では、被検面１００で反射された第１被検光が、光学的パワーを有する光学素子１０６を通過しないため、その分だけ焦点距離が異なるからである。従って、そのような経路を通過した第１被検光は、その殆どが波長選択部１１２で遮光され、検出部１１３には到達しない。同様に、被検面１００で反射された第２被検光が第１経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経て波長選択部１１２に入射しても、その経路における光学的に共役な位置は波長選択部１１２の位置と異なる。これは、第１経路を通過し、分割素子１０３及び光学素子１１１を順に経る経路では、被検面１００で反射した第２被検光が光学素子１０６を通過するため、その分だけ焦点距離が異なるからである。従って、そのような経路を通過した第２被検光は、その殆どが波長選択部１１２で遮光され、検出部１１３には到達しない。
【００２９】
検出部１１３には、波長選択部１１２を介して、被検面１００での反射前と反射後において第１経路を通過する第１被検光と、被検面１００での反射前と反射後において第２経路を通過する第２被検光と、参照面１０４で反射した参照光とが入射する。検出部１１３は、それらの干渉光を分光して検出する。検出部１１３は、例えば、ＣＣＤやＳＭＯＳなどの光アレイセンサを有する分光器やＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）で構成される。
【００３０】
ここで、光源１０１から、波長λＬから波長λＨまでの波長帯域の光が射出されるものとする。この場合、第１被検光に関しては、軸上色収差を有する光学素子１１０の影響によって、波長λＬの光は位置Ｐ０１に集光点を形成し、波長λＨの光は位置Ｐ０２に集光点を形成する。また、波長λＬと波長λＨとの間の波長の光は位置Ｐ０１と位置Ｐ０２との間の位置に集光点を形成する。一方、第２被検光に関しては、第１被検光と比較して光学素子１０６が有する屈折力の影響によって焦点距離が異なるため、波長λＬの光は位置Ｐ１１に集光点を形成し、波長λＨの光は位置Ｐ１２に集光点を形成する。また、第１被検光及び第２被検光の被検面側の集光点の位置は、分割素子１０７によって、同一の軸上に形成される。
【００３１】
このように、計測装置１０では、同一の波長の光で比較した場合、第１被検光の集光点の位置は、第２被検光の集光点の位置とは異なる位置となる。換言すれば、被検面１００の近傍に集光点を形成する第１被検光の波長帯域と、被検面１００の近傍に集光点を形成する第２被検光の波長帯域とは、それぞれ異なる波長帯域となる。従って、検出部１１３で検出された干渉光から得られる干渉信号は、各波長の違いによって、第１被検光の寄与分と第２被検光の寄与分とに分離することが可能である。
【００３２】
例えば、図２（ａ）は、第１被検光と参照光との干渉光に対応する干渉信号を含む信号を示す図であり、図２（ｂ）は、第２被検光と参照光との干渉光に対する干渉信号を含む信号を示す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）では、横軸に波数ｋを採用し、縦軸に検出部１１３で検出された光（干渉光）の強度を採用している。ここで、波数ｋは、波長λと円周率πとを用いて、以下の式（１）で表される。以下では、式（１）を用いて、波長を波数に置き換えて説明する。
【００３３】
【数１】
2014202645.tif 000003
【００３４】
波長共焦点の原理によって、被検面１００の近傍に集光点を形成する波数帯域の被検光のみが波長選択部１１２を通過し、参照光との干渉光（干渉信号）として検出することができる。従って、図２（ａ）では、干渉による周期的な信号を得ることができる波数帯域は、波数ｋＬ（ｋＬ＝２π／λＬ）から波数ｋＨ（ｋＨ＝２π／λＨ）のうち、被検面１００の近傍に集光点を形成する波数ｋ１から波数ｋ２までの波数帯域である。波数ｋ１から波数ｋ２までの波数帯域以外の波数帯域の第１被検光は、波長選択部１１２で遮光されるため、参照光との干渉光（干渉信号）として検出することができない。
【００３５】
同様に、図２（ｂ）では、干渉による周期的な信号を得ることができる波数帯域は、被検面１００の近傍に集光点を形成する波数ｋ３から波数ｋ４までの端数帯域である。波数ｋ３から波数ｋ４までの端数帯域以外の波数帯域の第２被検光は、波長選択部１１２で遮光されるため、参照光との干渉光（干渉信号）として検出することができない。
【００３６】
上述したように、第１被検光と第２被検光とは、光学素子１０６の作用によって焦点距離が異なるため、同一の波長の光における集光点の位置は一致しない。詳細には、被検面１００の近傍に集光点を形成する第１被検光の波数ｋ１から波数ｋ２と、被検面１００の近傍に集光点を形成する第２被検光の波数ｋ３から波数ｋ４とは、互いに異なる波数である。例えば、ｋ３、ｋ４＞ｋ１、ｋ２、或いは、ｋ３、ｋ４＜ｋ１、ｋ２となるように、即ち、両者の波長帯域が一致しないように、光学素子１０６が構成されている。ここでは、ｋ３、ｋ４＞ｋ１、ｋ２であるものとして説明する。
【００３７】
波数ｋに対する周期的な干渉信号から、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を算出する方法の一例を説明する。まず、干渉信号Ｉは、以下の式（２）で表される。
【００３８】
【数２】
2014202645.tif 000004
【００３９】
式（２）において、Ａは参照光の振幅強度、Ｂは被検光の振幅強度、φ’は干渉信号の位相、Ｍは干渉次数、φは±πの範囲に含まれる干渉信号の位相の端数成分（以下、「端数位相」と称する）、Ｌは被検光と参照光との光路長差に対応する距離である。ここでは、空間の屈折率を１とし、分散はないものとしている。
【００４０】
非特許文献１に開示されているように、干渉信号Ｉを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することによって、干渉信号の振幅のスペクトルのピーク周波数から距離Ｌを求めることができる。このようにしてピーク周波数を求める場合、干渉信号を得ることができる波数範囲が広ければ、ピーク周波数を高精度に求めることができる。但し、図２（ａ）に示すように、干渉信号を得ることができる波数範囲が狭い範囲に限定されると、誤差が生じやすく、ピーク周波数を高精度に求めることができない。従って、被検光と参照光との光路長差に対応する距離Ｌを高精度に求めることができない。
【００４１】
そこで、第１の実施形態では、以下に説明する処理によって、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を高精度に求めることを可能にしている。まず、図２（ａ）に示す干渉信号Ｉ１（以下、「第１干渉信号Ｉ１」と称する）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することによって、振幅スペクトルにおけるピーク周波数を決定し、かかるピーク周波数から距離Ｌ１を決定する。式（２）を参照するに、距離Ｌ１の２倍（２Ｌ１）は、図３に示すように、波数ｋに対する第１干渉信号Ｉ１の位相φ’の傾きに相当する。
【００４２】
次に、距離Ｌ１を用いて第１干渉信号Ｉ１を離散フーリエ変換（ＤＦＴ）することによって、任意の波数ｋにおける第１干渉信号Ｉ１の端数位相φを決定する。具体的には、第１干渉信号Ｉ１の端数位相φは、以下の式（３）で決定される。
【００４３】
【数３】
2014202645.tif 000005
【００４４】
式（３）を参照するに、例えば、波数ｋ１における端数位相φ１（φ１’＝２πＭ１＋φ１）や端数ｋ２における端数位相φ２（φ２’＝２πＭ２＋φ２）など、波数ｋ１から波数ｋ２の間の任意の波数における端数位相（第１端数位相）を決定することができる。
【００４５】
次に、図２（ｂ）に干渉信号Ｉ２（以下、「第２干渉信号Ｉ２」と称する）に対しても第１干渉信号Ｉ１と同様な処理を行い、第２干渉信号Ｉ２に基づいて距離Ｌ２を決定する。ここで、距離Ｌ２は距離Ｌ１と本質的に異なるため、補正処理が必要となる。被検光と参照光との光路長差に対応する距離とは、厳密には、参照光及び被検光が通過する経路における被検光と参照光との非共通な光路の距離の差である。
【００４６】
図１において、参照面１０４と分割素子１０３との間の距離をＴ１、分割素子１０３から第１経路に沿って分割素子１０７までの間の距離をＴ２とする。また、分割素子１０７から被検面１００までの間の距離をＴ３、分割素子１０３から第２経路に沿って分割素子１０７までの距離をＴ４とする。
【００４７】
第１被検光について、参照光との非共通光路の距離は、２×（Ｔ２＋Ｔ３）である。また、参照光について、第１被検光との非共通光路の距離は、２×Ｔ１である。従って、第１被検光と参照光との光路長差に対応する距離は、２×（Ｔ２＋Ｔ３−Ｔ１）である。
【００４８】
一方、第２被検光について、参照光との非共通光路の距離は、２×（Ｔ４＋Ｔ３）である。また、参照光について、第２被検光との非共通光路の距離は、２×Ｔ１である。従って、第２被検光と参照光との光路長差に対応する距離は、２×（Ｔ４＋Ｔ３−Ｔ１）である。
【００４９】
このように、第２被検光と参照光との光路長差に対応する距離は、第１被検光と参照光との光路長差に対応する距離より、２×（Ｔ４−Ｔ２）だけ異なる距離となる。ここで、Ｔ２及びＴ４は、計測装置１０の内部構成の距離であるため、設計値や事前の計測などで取得可能であり、既知の量である。従って、これらを用いて、干渉信号から算出された距離Ｌ２をＬ２’に補正することが可能であり、補正式は、２×Ｌ２’＝２×Ｌ２−２×（Ｔ４−Ｔ２）となる。かかる補正式に、２×Ｌ２＝２×（Ｔ４＋Ｔ３−Ｔ１）を代入すると明らかなように、計測誤差がなければ、Ｌ２’は、本質的には、２×Ｌ１＝２×（Ｔ２＋Ｔ３−Ｔ１）と等しくなる。
【００５０】
また、第１経路又は第２経路において、折り曲げミラーなどを配置して光路を調整し、Ｔ４−Ｔ２＝０となるように予め構成することによって、補正処理を省略することも可能である。
【００５１】
このようにして補正された距離Ｌ２’に基づいて、波数ｋ３から波数ｋ４の間の任意の波数における端数位相（第２端数位相）を決定する。ここでは、第２端数位相として、波数ｋ３における端数位相φ３を決定するものとする。
【００５２】
図４を参照して、補正された位相の傾きＬ１２を決定する方法を説明する。図４において、直線ＬＮ１は、決定した波数ｋ１における第１干渉信号Ｉ１の位相φ１’（φ１’＝２πＭ１＋φ１）及び位相の傾き２Ｌ１によって決定される直線である。また、干渉次数Ｍ１は、任意の値に設定してよい。直線ＬＮ２は、φ３’＝２π（Ｍ１２＋Ｍ１）＋φ３で表される位相φ３’と位相φ１’とによって決定される直線である。Ｍ１２は、波数ｋ１における第１干渉信号Ｉ１と波数ｋ３における第２干渉信号Ｉ２との間の干渉次数差であり、以下の式（４）で表される。式（４）における「ｒｏｕｎｄ（  ）」は、引数を整数に丸める関数を示す。
【００５３】
【数４】
2014202645.tif 000006
【００５４】
式（４）で決定したＭ１２を用いて、直線ＬＮ２の傾きから距離Ｌ１２を決定する。具体的には、距離Ｌ１２は、以下の式（５）で決定される。
【００５５】
【数５】
2014202645.tif 000007
【００５６】
このようにして決定した距離Ｌ１２は、波数ｋ１から波数ｋ３の範囲で干渉信号が存在し、かかる干渉信号に基づいて算出した距離と同程度の精度を有する。従って、波数ｋ１から波数ｋ２までの干渉信号から算出した距離Ｌ１よりも波数の範囲が広がっているため、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を高精度に求めることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、直線ＬＮ１を、波数ｋ１における位相の傾き２Ｌ１によって決定される直線としたが、これに限定されるものではない。例えば、第２干渉信号Ｉ２について算出した位相の傾き２Ｌ３でもよいし、位相の傾きＬ１及びＬ３の平均値（２Ｌ１＋２Ｌ３）／２でもよい。
【００５８】
また、第１干渉信号Ｉ１及び第２干渉信号Ｉ２に対する処理は、上述した処理に限定されるものではない。互いに離散した複数の波長帯域での干渉信号を用いて、１つの波長帯域での干渉信号から距離を算出した場合よりも高精度に距離を算出する、という目的において変更が可能であり、例えば、特許文献１や非特許文献２に開示された技術を適用してもよい。
【００５９】
また、図１に示す計測装置１０では、１つの参照面１０４を有するが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、計測装置１０は、複数の参照面１０４ａ及び１０４ｂを有してもよい。図５は、本発明の第１の実施形態における計測装置１０の別の構成を示す概略図である。
【００６０】
図５を参照するに、光源１０１からの光は、光学素子１０２によってコリメートされ、分割素子１２０に入射する。分割素子１２０は、光源１０１からの光を、分割素子１０３ａに向かう光と、分割素子１０３ｂに向かう光とに分割する。以下では、説明を簡単にするために、分割素子１０３ａ、光学素子１０６、分割素子１０７、光学素子１１０及び被検面１００を順に、或いは、逆に通過する経路を第３経路と称する。同様に、分割素子１０３ｂ、分割素子１０７、光学素子１１０及び被検面１００を順に、或いは、逆に通過する経路を第４経路と称する。
【００６１】
分割素子１２０から分割素子１０３ａに向かう光は、分割素子１０３ａによって、参照面１０４ａに向かう第１参照光と、光学素子１０６に向かう第１被検光とに分割される。第１被検光は、第３経路において、光学的パワーを有する光学素子１０６によって屈折力を付加され、光学的パワーを有する光学素子１１０によって軸上色収差を付加される。これにより、第１被検光は、被検面１００に対して、複数の波長のそれぞれで（即ち、波長ごとに）互いに異なる位置に集光点（像点）を形成する。被検面１００で反射した第１被検光は、第３経路を通過し、光学素子１１１ａを経て、波長選択部１１２ａに入射する。一方、第１参照光は、参照面１０４ａで反射し、分割素子１０３ａ及び光学素子１１１ａを順に経て、波長選択部１１２ａに入射する。
【００６２】
また、分割素子１２０から分割素子１０３ｂに向かう光は、分割素子１０３ｂによって、参照面１０４ｂに向かう第２参照光と、分割素子１０７に向かう第２被検光とに分割される。第２被検光は、第４経路において、光学素子１１０によって軸上色収差を付加され、被検面１００に対して、複数の波長のそれぞれで（即ち、波長ごとに）互いに異なる位置に集光点（像点）を形成する。被検面１００で反射した第２被検光は、第４経路を通過し、光学素子１１１ｂを経て、波長選択部１１２ｂに入射する。一方、第２参照光は、参照面１０４ｂで反射し、分割素子１０３ｂ及び光学素子１１１ｂを順に経て、波長選択部１１２ｂに入射する。
【００６３】
波長選択部１１２ａは、被検面１００で反射した第１被検光が第３経路及び光学素子１１１ａを順に経て波長選択部１１２ａに入射する経路において、被検面側に形成された集光点と共役な関係となる位置に配置されたピンホールを有するピンホール板で構成される。波長選択部１１２ｂは、被検面１００で反射した第２被検光が第４経路及び光学素子１１１ｂを順に経て波長選択部１１２ｂに入射する経路において、被検面側に形成された集光点と共役な関係となる位置に配置されたピンホールを有するピンホール板で構成される。
【００６４】
従って、被検面１００で反射した第１被検光が第４経路を通過し、光学素子１１１ｂを経て波長選択部１１２ｂに入射しても、その経路における共役な位置は波長選択部１１２ｂの位置と異なる。これは、第４経路を通過し、光学素子１１１ｂを経る経路では、被検面１００で反射した第１被検光が光学素子１０６を通過しないため、その分だけ焦点距離が異なるからである。従って、そのような経路を通過した第１被検光は、その殆どが波長選択部１１２ｂで遮光され、検出部１１３ｂには到達しない。
【００６５】
同様に、被検面１００で反射した第２被検光が第３経路を通過し、光学素子１１１ａを経て波長選択部１１２ａに入射しても、その経路における共役な位置は波長選択部１１２ａの位置と異なる。これは、第３経路を通過し、光学素子１１１ａを経る経路では、被検面１００で反射した第２被検光が光学素子１０６を通過するため、その分だけ焦点距離が異なるからである。従って、そのような経路を通過した第２被検光は、その殆どが波長選択部１１２ａで遮光され、検出部１１３ａには到達しない。
【００６６】
検出部１１３ａには、波長選択部１１２ａを介して、第１被検光と第１参照光との干渉光のみが入射する。また、検出部１１３ｂには、波長選択部１１２ｂを介して、第２被検光と第２参照光との干渉光のみが入射する。
【００６７】
図５に示す計測装置１０における被検光と参照光との光路長差に対応する距離について説明する。図５において、参照面１０４ａと分割素子１０３ａとの間の距離をＴ５、第３経路における分割素子１０３ａから分割素子１０７までの間の距離をＴ６とする。また、分割素子１０７から被検面１００までの間の距離をＴ７、参照面１０４ｂと分割素子１０３ｂとの間の距離をＴ８、第４経路における分割素子１０３ｂから分割素子１０７までの間の距離をＴ９とする。
【００６８】
第１被検光について、第１参照光との非共通光路の距離は、２×（Ｔ６＋Ｔ７）である。また、第１参照光について、第１被検光との非共通光路の距離は、２×Ｔ５である。従って、第１被検光と第１参照光との光路長差に対応する距離は、２×（Ｔ６＋Ｔ７−Ｔ５）である。
【００６９】
一方、第２被検光について、第２参照光との非共通光路の距離は、２×（Ｔ９＋Ｔ７）である。また、第２参照光について、第２被検光との非共通光路の距離は、２×Ｔ８である。従って、第２被検光と第２参照光との光路長差に対応する距離は、２×（Ｔ９＋Ｔ７−Ｔ８）である。
【００７０】
このように、第２被検光と第２参照光との光路長差に対応する距離は、第１被検光と第１参照光との光路長差に対応する距離より、２×（Ｔ９−Ｔ８−Ｔ６＋Ｔ５）だけ異なる距離となる。ここで、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ８及びＴ９は、計測装置１０の内部構成の距離であるため、設計値や事前の計測などで取得可能であり、既知の量である。従って、第２被検光及び第２参照光における被検光と参照光との光路長差に対応する距離は、２×Ｌ２’＝２×Ｌ２−２×（Ｔ９−Ｔ８−Ｔ６＋Ｔ５）で表される補正式で補正することが可能である。かかる補正式に、２×Ｌ２＝２×（Ｔ９＋Ｔ７−Ｔ８）を代入すると明らかなように、計測誤差がなければ、Ｌ２’は、本質的には、２×Ｌ１＝２×（Ｔ６＋Ｔ７−Ｔ５）と等しくなる。
【００７１】
また、Ｔ９−Ｔ８−Ｔ６＋Ｔ５＝０となるように予め構成することによって、補正処理を省略することも可能である。ここで、図５に示す計測装置１０では、参照面１０４ａと参照面１０４ｂとが互いに独立して構成されているため、図１に示す計測装置１０と比べて配置の自由度が高く、Ｔ９−Ｔ８−Ｔ６＋Ｔ５＝０となる構成への変更や調整が比較的容易である。
【００７２】
本実施形態では、被検光を２つの光に分割する構成を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、被検光を３つ以上の光に分割し、３つ以上の被検光のそれぞれについて、焦点距離が異なる軸上色収差を有する構成であってもよい。被検光を複数の光に分割すれば、その波数分だけ干渉信号が得られるため、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を更に高精度に計測することが可能となる。
【００７３】
また、本実施形態では、光学素子１０６によって第１被検光の焦点距離と第２被検光の焦点距離とを異ならせ、光学素子１１０によって第１被検光及び第２被検光のそれぞれに軸上色収差を付加しているが、これに限定されるものではない。それぞれの被検光に軸上色収差を付加して波長ごとに異なる位置に集光点を形成し、且つ、それぞれの被検光が同一波長において互いに異なる位置に集光点を形成するという目的において変更可能である。例えば、図１に示す計測装置１０では、光学素子１１０の代わりに、第１経路及び第２経路の両方に、軸上色収差を有する光学系（光学素子）を配置してもよい。また、光学素子１０６及び光をコリメートする光学素子１０２の代わりに、光をコリメートしない光学素子を光学素子１０２の位置に配置し、第１経路と第２経路との距離差によって、同一波長での被検面側の集光点の位置を異ならせてもよい。一方、図５に示す計測装置１０では、光学素子１１０の代わりに、第３経路及び第４経路の両方に、軸上色収差を有する光学系（光学素子）を配置してもよい。また、光学素子１０６及び光をコリメートする光学素子１０２の代わりに、光をコリメートしない光学素子を光学素子１０２の位置に配置し、第３経路と第４経路との距離差によって、同一波長での被検面側の集光点の位置を異ならせてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、全ての分割素子をビームスプリッターで構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、分割素子は、光の偏光状態に応じて反射又は透過の特性が異なる分割素子、具体的には、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）などで構成してもよい。また、分割素子は、光の波長に応じて反射又は透過の特性が異なる分割素子、具体的には、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムなどで構成してもよい。
【００７５】
図１に示す計測装置１０において、分割素子としてダイクロイックミラーを適用する場合を考える。この場合、分割素子１０５及び１０７は、波長λＣ（λＬ＜λＣ＜λＨ）よりも短い波長の光を反射し、波長λＣ’（λＬ＜λＣ＜λＣ’＜λＨ）よりも長い波長の光を透過する特性を有するダイクロイックミラーで構成される。従って、第１被検光については、光学素子１０６の屈折力によって、波長λＣ’の光が位置Ｐ０１に集光点を形成し、波長λＨの光が位置Ｐ０２に集光点を形成する。一方、第２被検光については、波長λＬの光が位置Ｐ１１に集光点を形成し、波長λＣの光が位置Ｐ１２に集光点を形成する。ここで、ダイクロイックミラーの作用により、第１被検光と第２被検光とは同一の波長を有していないため、光学素子１０６の屈折力を調整して位置Ｐ０１と位置Ｐ１１とが同一の位置となるようにしてもよい。同様に、光学素子１０６の屈折力を調整して位置Ｐ０２と位置Ｐ１２とが同一の位置となるようにしてもよい。
【００７６】
このような構成によって、被検面１００で反射した第１被検光及び第２被検光は、反射前と同等の経路を通過して分割素子１０３に到達するため、波長選択部１１２に入射する計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。また、分割素子をビームスプリッターで構成した場合には、計測可能レンジは位置Ｐ１１から位置Ｐ０２であるが、分割素子をダイクロイックミラーで構成した場合には、計測可能レンジを位置Ｐ０１から位置Ｐ１２に広げることが可能となる。
【００７７】
同様に、図５に示す計測装置１０において、分割素子としてダイクロイックミラーを適用する場合を考える。この場合、分割素子１２０及び１０７は、波長λＣ（λＬ＜λＣ＜λＨ）よりも短い波長の光を反射し、波長λＣ’（λＬ＜λＣ＜λＣ’＜λＨ）よりも長い波長の光を透過する特性を有するダイクロイックミラーで構成される。このような構成によって、計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。
【００７８】
また、分割素子としてＰＢＳを用いても、計測誤差の要因となる不要光を低減することが可能である。例えば、図１に示す計測装置１０において、分割素子としてＰＢＳを適用する場合を考える。この場合、分割素子１０５及び１０７がＰＢＳで構成される。ＰＢＳの作用によって、第１経路における分割素子１０５から分割素子１０７まではＰ偏光の光しか通過することができず、第２経路における分割素子１０５から分割素子１０７まではＳ偏光の光しか通過することができない。従って、第１経路を通過する第１被検光は、被検面１００で反射した後、第２経路を通過することができない。同様に、第２経路を通過する第２被検光は、検面１００で反射した後、第１経路を通過することができない。これにより、波長選択部１１２に入射する計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。
【００７９】
同様に、図５に示す計測装置１０において、分割素子としてＰＢＳを適用する場合を考える。この場合、分割素子１２０及び１０７がＰＢＳで構成される。このような構成によって、計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。
【００８０】
分割素子にダイクロイックミラーを適用した場合には、波長によって被検光の光路を分離して、被検光のそれぞれが被検面１００での反射前と反射後において異なる経路を通過することを抑制し、計測誤差となる不要光を低減している。一方、分割素子にＰＢＳを適用した場合には、偏光によって被検光の光路を分離して、被検光のそれぞれが被検面１００での反射前と反射後において異なる経路を通過することを抑制し、計測誤差となる不要光を低減している。
【００８１】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態における計測装置１０Ａの構成を示す概略図である。計測装置１０Ａは、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を計測する計測装置であって、例えば、波長走査干渉計の構成を有する。計測装置１０Ａは、複数の波長を含む波長帯域において射出する光の波長を変更可能な光源２０１と、光学素子１０２と、分割素子１０３と、参照面１０４と、分割素子１０５と、光学素子１０６と、分割素子１０７と、反射素子１０８及び１０９とを有する。また、計測装置１０Ａは、光学素子１１０と、光学素子１１１と、波長選択部１１２と、検出部２０２と、処理部２０３とを有する。
【００８２】
計測装置１０Ａは、波長をλＨからλＬまで連続的又は離散的に変更することが可能な光源２０１から射出した光を、光学素子１１０を介して、被検面１００に照射する。また、計測装置１０Ａは、被検面１００で反射した光と参照面１０４で反射した光との干渉光を検出部２０２で検出し、かかる干渉光から得られる干渉信号に基づいて、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を処理部２０３で算出する。
【００８３】
光源２０１は、例えは、波長可変レーザーで構成され、供給電圧や供給電流などを変化させることによって波長を変更（走査）することが可能である。検出部２０２は、例えば、フォトダイオードなどの光センサで構成される。処理部２０３は、光源２０１から射出した光の波長、及び、光源２０１から射出される光の波長走査に応じて変化する干渉信号（各波長における干渉信号）に基づいて、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を算出する。
【００８４】
計測装置１０Ａにおいて、光源２０１から射出した光が通過する経路、及び、分割素子で分割された光が通過する経路については、第１の実施形態において図１に示した計測装置１０と同様である。図１に示す計測装置１０は、光源１０１から複数の波長を含む光を射出し、検出部１１３で分光することによって、各波長における干渉信号を取得する分光干渉計の構成を有する。一方、図６に示す計測装置１０Ａは、光源２０１から射出される略単一波長の光の波長を走査することによって、各波長における干渉信号を取得する波長走査干渉計の構成を有する。従って、光源２０１から射出される光の波長の走査に応じて取得される干渉信号を、横軸に波数、縦軸に干渉信号の強度を採用して整列することによって、図２（ａ）に示す第１干渉信号Ｉ１及び図２（ｂ）に示す第２干渉信号Ｉ２と同等の干渉信号が得られる。このようにして得られた第１干渉信号Ｉ１及び第２干渉信号Ｉ２に基づいて被検光と参照光との光路長差に対応する距離を算出する処理には、第１の実施形態で説明した処理を適用することができる。従って、計測装置１０Ａは、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を高精度に計測することができる。
【００８５】
図７は、本発明の第２の実施形態の計測装置１０Ａの別の構成を示す概略図である。ここで、図６に示す計測装置１０Ａは、図１に示す計測装置１０に対応しているのに対して、図７に示す計測装置１０Ａは、図５に示す計測装置１０に対応している。図７に示す計測装置１０Ａにおいて、光源２０１は、波長をλＨからλＬまで連続的又は離散的に変更することが可能である。また、検出部２０２ａ及び２０２ｂによって干渉光が検出され、かかる干渉光から得られる干渉信号に基づいて、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を処理部１１５で算出する。
【００８６】
図７に示す計測装置１０Ａにおいて、光源２０１から射出した光が通過する経路、及び、第１参照光、第１被検光、第２参照光及び第２被検光が通過する経路については、第１の実施形態において図５に示した計測装置１０と同様である。図７に示す計測装置１０Ａでは、参照面１０４ａと参照面１０４ｂとが互いに独立して構成されているため、図６に示す計測装置１０Ａと比べて配置の自由度が高く、Ｔ９−Ｔ８−Ｔ６＋Ｔ５＝０となる構成への変更や調整が比較的容易である。
【００８７】
また、本実施形態では、計測装置１０Ａにおける干渉信号の処理が第１の実施形態と同じであることを前提に説明したが、これに限定されるものではない。互いに離散した複数の波長帯域での干渉信号を用いて、１つの波長帯域での干渉信号から距離を算出した場合よりも高精度に距離を算出する、という目的において変更が可能であり、例えば、特許文献１や非特許文献２に開示された技術を適用してもよい。
【００８８】
本実施形態では、被検光を２つの光に分割する構成を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、被検光を３つ以上の光に分割し、３つ以上の被検光のそれぞれについて、焦点距離が異なる軸上色収差を有する構成であってもよい。被検光を複数の光に分割すれば、その波数分だけ干渉信号が得られるため、被検光と参照光との光路長差に対応する距離を更に高精度に計測することが可能となる。
【００８９】
また、本実施形態では、光学素子１０６によって第１被検光の焦点距離と第２被検光の焦点距離とを異ならせ、光学素子１１０によって第１被検光及び第２被検光のそれぞれに軸上色収差を付加しているが、これに限定されるものではない。それぞれの被検光に軸上色収差を付加して波長ごとに異なる位置に集光点を形成し、且つ、それぞれの被検光が同一波長において互いに異なる位置に集光点を形成するという目的において変更可能である。例えば、図６に示す計測装置１０Ａでは、光学素子１１０の代わりに、第１経路及び第２経路の両方に、軸上色収差を有する光学系（光学素子）を配置してもよい。また、光学素子１０６及び光をコリメートする光学素子１０２の代わりに、光をコリメートしない光学素子を光学素子１０２の位置に配置し、第１経路と第２経路との距離差によって、同一波長での被検面側の集光点の位置を異ならせてもよい。一方、図７に示す計測装置１０Ａでは、光学素子１１０の代わりに、第３経路及び第４経路の両方に、軸上色収差を有する光学系（光学素子）を配置してもよい。また、光学素子１０６及び光をコリメートする光学素子１０２の代わりに、光をコリメートしない光学素子を光学素子１０２の位置に配置し、第３経路と第４経路との距離差によって、同一波長での被検面側の集光点の位置を異ならせてもよい。
【００９０】
また、本実施形態では、全ての分割素子をビームスプリッターで構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、分割素子は、光の偏光状態に応じて反射又は透過の特性が異なる分割素子、具体的には、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）などで構成してもよい。また、分割素子は、光の波長に応じて反射又は透過の特性が異なる分割素子、具体的には、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムなどで構成してもよい。
【００９１】
図６に示す計測装置１０Ａにおいて、分割素子としてダイクロイックミラーを適用する場合を考える。この場合、分割素子１０５及び１０７は、波長λＣ（λＬ＜λＣ＜λＨ）よりも短い波長の光を反射し、波長λＣ’（λＬ＜λＣ＜λＣ’＜λＨ）よりも長い波長の光を透過する特性を有するダイクロイックミラーで構成される。従って、第１被検光については、光学素子１０６の屈折力によって、波長λＣ’の光が位置Ｐ０１に集光点を形成し、波長λＨの光が位置Ｐ０２に集光点を形成する。一方、第２被検光については、波長λＬの光が位置Ｐ１１に集光点を形成し、波長λＣの光が位置Ｐ１２に集光点を形成する。ここで、ダイクロイックミラーの作用により、第１被検光と第２被検光とは同一の波長を有していないため、光学素子１０６の屈折力を調整して位置Ｐ０１と位置Ｐ１１とが同一の位置となるようにしてもよい。同様に、光学素子１０６の屈折力を調整して位置Ｐ０２と位置Ｐ１２とが同一の位置となるようにしてもよい。
【００９２】
このような構成によって、被検面１００で反射した第１被検光及び第２被検光は、反射前と同等の経路を通過して分割素子１０３に到達するため、波長選択部１１２に入射する計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。また、分割素子をビームスプリッターで構成した場合には、計測可能レンジは位置Ｐ１１から位置Ｐ０２であるが、分割素子をダイクロイックミラーで構成した場合には、計測可能レンジを位置Ｐ０１から位置Ｐ１２に広げることが可能となる。
【００９３】
同様に、図７に示す計測装置１０Ａにおいて、分割素子としてダイクロイックミラーを適用する場合を考える。この場合、分割素子１２０及び１０７は、波長λＣ（λＬ＜λＣ＜λＨ）よりも短い波長の光を反射し、波長λＣ’（λＬ＜λＣ＜λＣ’＜λＨ）よりも長い波長の光を透過する特性を有するダイクロイックミラーで構成される。このような構成によって、計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。
【００９４】
また、分割素子としてＰＢＳを用いても、計測誤差の要因となる不要光を低減することが可能である。例えば、図６に示す計測装置１０Ａにおいて、分割素子としてＰＢＳを適用する場合を考える。この場合、分割素子１０５及び１０７がＰＢＳで構成される。ＰＢＳの作用によって、第１経路における分割素子１０５から分割素子１０７まではＰ偏光の光しか通過することができず、第２経路における分割素子１０５から分割素子１０７まではＳ偏光の光しか通過することができない。従って、第１経路を通過する第１被検光は、被検面１００で反射した後、第２経路を通過することができない。同様に、第２経路を通過する第２被検光は、検面１００で反射した後、第１経路を通過することができない。これにより、波長選択部１１２に入射する計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。
【００９５】
同様に、図７に示す計測装置１０Ａにおいて、分割素子としてＰＢＳを適用する場合を考える。この場合、分割素子１２０及び１０７がＰＢＳで構成される。このような構成によって、計測誤差の要因となる不要光を低減することができる。
【００９６】
分割素子にダイクロイックミラーを適用した場合には、波長によって被検光の光路を分離して、被検光のそれぞれが被検面１００での反射前と反射後において異なる経路を通過することを抑制し、計測誤差となる不要光を低減している。一方、分割素子にＰＢＳを適用した場合には、偏光によって被検光の光路を分離して、被検光のそれぞれが被検面１００での反射前と反射後において異なる経路を通過することを抑制し、計測誤差となる不要光を低減している。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【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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