(57)【要約】【課題】  より高精度に被検面の位置を計測可能な計測装置を提供する。【解決手段】  レーザを複数有し、複数のレーザはそれぞれで波長が互いに異なる光を射出し、レーザからの光を第１光と第２光とに分け、複数のレーザからの複数の第１光の強度または位相を変調する第１変調素子と、複数のレーザからの複数の第２光の強度または位相を変調する第２変調素子とを有し、第１変調素子と前記第２変調素子との変調周期が互いに異なる。【選択図】  図１
2014149190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面の位置を計測する計測装置であって、
光源からの光を第１光と第２光に分け、前記第１光と前記第２光を周波数を異ならせて射出する光源部と
前記光源部から射出された前記第１光と前記被検面で反射する前の前記第２光とを干渉させ、前記光源部から射出された前記第１光と前記被検面で反射した後の前記第２光とを干渉させる干渉計と、
前記干渉計による干渉光を測定する測定部と、
前記測定部による測定データを用いて前記被検面の位置を求める処理部と、を有し、
前記光源部は、
レーザを複数有し、
複数の前記レーザはそれぞれで波長が互いに異なる光を射出し、前記レーザからの光を前記第１光と前記第２光に分け、
複数の前記レーザからの複数の前記第１光の強度または位相を変調する第１変調素子と、
複数の前記レーザからの複数の前記第２光の強度または位相を変調する第２変調素子とを有し、
前記第１変調素子と前記第２変調素子との変調周期が互いに異なることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記処理部は、複数の前記レーザからの光のそれぞれについて前記被検面の位置を算出し、算出された各位置を平均することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記光源部から射出された前記第１光と前記被検面で反射した後の前記第２光との干渉光を測定して得られる被検信号の強度を重みとして、算出された各位置の加重平均を計算す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】
複数の前記レーザからの複数の光の周波数をまとめてシフトさせる周波数シフタを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
第１の前記レーザからの光の周波数をシフトさせる第１周波数シフタと、
第２の前記レーザからの光の周波数をシフトさせる第２周波数シフタとを有し、
前記第１周波数シフタと前記第２周波数シフタで周波数シフト量が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記レーザの発振波長を変更できることを特徴とする請求項１乃至５に記載の計測装置。
【請求項７】
複数の前記レーザの発振波長を独立して制御できることを特徴とする請求項１乃至６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記第１変調素子および前記第２変調素子はそれぞれ、入射光の周波数に対して周波数がずれた２つのサイドバンドを有する光を生成し、
前記周波数のずれ量は、前記第１変調素子と前記第２変調素子とで所定量だけ異なることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記第１光と前記第２光の干渉光を測定して得られる信号は、前記第１変調素子に入射する前記第１光と前記第２変調素子に入射する前記第２光の周波数差に相当する周波数と、前記周波数差に相当する周波数とは前記所定量だけ異なる周波数とを含むスペクトルを有する信号であることを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記処理部は、前記光源部から射出された前記第１光と前記被検面で反射する前の前記第２光との干渉光を測定して得られる参照信号と、前記光源部から射出された前記第１光と前記被検面で反射した後の前記第２光との干渉光を測定して得られる被検信号との位相差を求め、求められた位相差に基づいて前記被検面の位置を求めることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記レーザは単一波長の光を射出することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記変調素子は電気光学変調素子であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２に記載の計測装置を用いて物品の被検面の形状を計測する工程と、
計測された形状に基づいて前記被検面を加工する工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。
【請求項１４】
光源からの光を第１光と第２光とに分け、前記第１光と前記第２光を周波数を異ならせて射出する光源装置であって、
レーザを複数有し、
複数の前記レーザはそれぞれで波長が互いに異なる光を射出し、前記レーザからの光を前記第１光と前記第２光とに分け、
複数の前記レーザからの複数の前記第１光の強度または位相を変調する第１変調素子と、
複数の前記レーザからの複数の前記第２光の強度または位相を変調する第２変調素子とを有し、
前記第１変調素子と前記第２変調素子との変調周期が互いに異なることを特徴とする光源装置。
【請求項１５】
被検面の位置を計測する計測方法であって、
レーザからの光を第１光と第２光に分け、前記第１光と前記第２光を周波数を異ならせて射出する射出ステップと、
前記第１光と前記被検面で反射する前の前記第２光とを干渉させ、前記第１光と前記被検面で反射した後の前記第２光とを干渉させ、干渉光の測定データを用いて前記被検面の位置を求めるステップと、を有し、
前記射出ステップにおいて、
それぞれで波長が互いに異なる光を射出する複数のレーザからのそれぞれの光を前記第１光と前記第２光に分け、
複数の前記レーザからの複数の前記第１光の強度または位相を変調し、
複数の前記レーザからの複数の前記第２光の強度または位相を変調し、
前記第１光の強度または位相の変調周期と前記第２光の強度または位相の変調周期とが互いに異なることを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の位置を計測する計測装置、計測方法、光源装置および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基準光と被検面からの被検光との干渉光を測定して得られる被検信号と、参照信号との位相差から光路長を計測する光波干渉計測装置がある。特許文献１には、波長数が約１００本程度で等間隔のスペクトル分布をもつ光周波数コム光源の干渉計を用いて被検光路と参照光路の光路長差を計測する光波干渉計測装置が開示されている。この技術は、複数の波長による合成波長を用いることで計測範囲が大きくなり、表面形状が粗い粗面の計測にも適用が可能である。しかし、スペックルによって発生する位相誤差（スペックル誤差）が計測精度の律速要因となる。非特許文献１は、スペックル誤差が被検信号の強度と関係があることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４５４９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Ｈｉｇｈｅｒ−ｏｒｄｅｒ  ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｆｉｅｌｄｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｒｏｕｇｈ−ｓｕｒｆａｃｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”Ｕ．Ｖｒｙ  ａｎｄ  Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ，Ｊ．Ｏｐｔｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，３，７，９８８−１０００（１９８６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１では、特定の１波長においてスペックル誤差と被検信号の強度との関係を記載しているにすぎず、波長とスペックル誤差との関係は記載されていない。そこで、本発明者が鋭意検討した結果、スペックル誤差は波長により変化することが分かった。
【０００６】
特許文献１では光周波数コム発生器を用いている。光周波数コム発生器により生成された光コムの波長帯域は狭く、例えば２．５ＴＨｚ程度に制限される。波長帯域が狭いと、その波長帯域でのスペックル誤差に大きく依存し、波長帯域でのスペックル誤差が大きい場合には計測誤差が大きくなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、より高精度に被検面の位置を計測可能な計測装置、計測方法および光源装置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】
上記課題を解決する本発明の一側面としての計測装置は、被検面の位置を計測する計測装置であって、光源からの光を第１光と第２光に分け、前記第１光と前記第２光を周波数を異ならせて射出する光源部と前記光源部から射出された前記第１光と前記被検面で反射する前の前記第２光とを干渉させ、前記光源部から射出された前記第１光と前記被検面で反射した後の前記第２光とを干渉させる干渉計と、前記干渉計による干渉光を測定する測定部と、前記測定部による測定データを用いて前記被検面の位置を求める処理部と、を有し、前記光源部は、レーザを複数有し、複数の前記レーザはそれぞれで波長が互いに異なる光を射出し、前記レーザからの光を前記第１光と前記第２光に分け、複数の前記レーザからの複数の前記第１光の強度または位相を変調する第１変調素子と、複数の前記レーザからの複数の前記第２光の強度または位相を変調する第２変調素子とを有し、前記第１変調素子と前記第２変調素子との変調周期が互いに異なることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の一側面としての光源装置は、光源からの光を第１光と第２光とに分け、前記第１光と前記第２光を周波数を異ならせて射出する光源装置であって、レーザを複数有し、複数の前記レーザはそれぞれで波長が互いに異なる光を射出し、前記レーザからの光を前記第１光と前記第２光とに分け、複数の前記レーザからの複数の前記第１光の強度または位相を変調する第１変調素子と、複数の前記レーザからの複数の前記第２光の強度または位相を変調する第２変調素子とを有し、前記第１変調素子と前記第２変調素子との変調周期が互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より高精度に被検面の位置を計測可能な計測装置、計測方法および光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における光波干渉計測装置の図である。
【図２】多波長光源から射出される光のスペクトル分布を示す図である。
【図３】各レーザから射出される基準光と測定光のスペクトル分布を示す図である。
【図４】基準光と測定光の干渉光を測定して得られるビート信号のスペクトル分布を示す図である。
【図５】処理部１７が行う演算処理のフローチャートを示す図である。
【図６】第２実施形態における光波干渉計測装置の図である。
【図７】第２実施形態におけるビート信号のスペクトル分布を示す図である。
【図８】波長に対するスペックル誤差および被検信号の強度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図８（ａ）に、数１００ｐｍの間隔で近接した複数の波長によるスペックル誤差および被検信号の強度の波長に対する関係を示す。図８（ａ）の■印のプロットは、被検面に入射する光のある波長を中心に近接した複数の波長によるスペックル誤差（左軸）を示し、図８（ａ）の●印のプロットは、基準光と被検面からの測定光との干渉光を測定して得られる被検信号の強度を示す。図８（ａ）より、被検信号の強度は波長によって変化することが分かる。これは、被検面の特性などで波長依存が生じているためと考えられる。また、スペックル誤差も波長により変化し、被検信号の強度が大きいとスペックル誤差が小さいことが分かる。つまり、被検信号の強度が大きい波長を用いることがスペックル誤差低減に有効であることを示す。
【００１３】
図８（ｂ）に、複数の波長を含む測定光の波長数と計測精度との関係を示す。図８（ｂ）の■印のプロットは、測定光の最大波長差（最小波長と最大波長との差）が４．２ＴＨｚの場合を示し、図８（ｂ）の●印のプロットは最大波長差が９．５ＴＨｚの場合を示す。図８（ｂ）より、最大波長差を広げることで計測精度が向上することが分かる。これは、最大波長差を広げることにより、被検信号の強度が大きい波長を含むことができ、スペックル誤差が小さくなるためである。
【００１４】
また、図８（ｂ）より、最大波長差を一定にして波長数を増やしていっても計測精度は飽和してしまい、ある一定値に収束することが分かる。そのため、最大波長差を変えずに波長数を増やすよりも、波長数を変えずに最大波長差を大きくする方が計測精度向上には良いという傾向があることが分かる。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の光波干渉計測装置の構成図である。本実施形態の光波干渉計測装置は、図１に示すように複数の半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃと、入力された光束の強度または位相を互いに異なる変調周期で変調する変調素子３ａ、３ｂと、を有する多波長光源１００（光源部）を計測用光源として用いる。変調素子として例えば電気光学変調素子が用いられる。多波長光源１００からの２つの射出光束を基準光（第１光）と測定光（第２光）とする。計測装置は、基準光と被検面で反射する前の測定光とを干渉させて得られる参照信号と、基準光と被検面で反射した後の測定光とを干渉させて得られる被検信号から、測定対象の物体の被検面の位置を求める。
【００１６】
以下、本実施形態の光波干渉計測装置について詳述する。半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃは、互いに異なる発振波長を有する単一縦モードレーザであり、各レーザは単一波長の光を射出する。これら半導体レーザは独立に波長制御することができるため、容易に半導体レーザ間の発振波長に大きな波長差をつけることができる。これにより、最大波長と最小波長との差が大きく、より広い波長帯域で発振可能な光源を構成することができる。半導体レーザの数は３つに限らず、２つでも良く、必要に応じて増やしてもよい。このような半導体レーザとしてＤＦＢレーザを用いることにより、比較的安価に安定した単一モード発振を実現することができる。ただし、これに限定されるものではなく、外部共振器型半導体レーザ（ＥＣＬＤ）や面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いてもよい。また、それぞれ独立のレーザ素子である必要はなく、光通信用のＤＦＢレーザのように多波長が集積化されたタイプのものを用いてもよい。これらのレーザは、高価な光周波数コム発生器よりも安価である。
【００１７】
半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃからの光は、偏波面保持ファイバで射出され、偏波面保持タイプ３×２のファイバカプラ２により合波された後、２つに分波される。分波された光束はそれぞれ電気光学変調素子に入射する。分波された２つの光束のうち片方（測定光）は周波数シフタ４で周波数をシフトされた後に、電気光学変調素子に入射する。分波された２つの光束のもう片方（基準光）は周波数シフタ４を介さずに電気光学変調素子に入射する。なお、測定光の周波数をシフトする周波数シフタ４だけに限らず、基準光の光路にも周波数シフタを用いてもよい。つまり、測定光と基準光との周波数を異ならせるために、測定光と基準光の少なくとも一方の周波数をシフトすればよい。
【００１８】
電気光学変調素子は、入射光の強度または位相を変調し、入射光の周波数に対して周波数がずれたサイドバンドを有する光を生成する。分波されたそれぞれの光は、半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃからの互いに異なる波長の光を含むため、分波された光を電気光学変調素子で変調すると、半導体レーザからのそれぞれの光について、サイドバンドの周波数間隔を高精度に一致させることができる。高精度な粗面計測には、独立の半導体レーザで生成される広帯域な波長の全域に亘って測定値の平均を行う事が必要であるため、１つの電気光学変調素子によって生じる、各レーザからの光のサイドバンドの周波数間隔は一致している必要がある。
【００１９】
電気光学変調素子３ａ、３ｂとしては、例えば光通信で一般的な強度変調器が用いられる。これはニオブ酸リチウムを用いたマッハツェンダ干渉計構造をしており、強度変調により、等間隔に複数のサイドバンドを発生させる。変調周波数ｆｍとし、（１＋ｃｏｓ［２πｆｍｔ］）の２乗の強度変調を発生させるとサイドバンドの本数を２本に抑えることができ、スペクトル一本当たりの光量を高くすることができる。そのため、被検面が粗面の場合のように比較的弱い散乱光を測定する必要がある場合でも、ノイズの影響を小さくでき、より高精度な計測が可能になる。
【００２０】
本実施形態では、強度変調器によってサイドバンドを２本発生させる場合について説明する。半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃの発振周波数をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とする。複数の半導体レーザからの光を共通の電気光学変調素子に通すことにより、図２のように、各レーザからの光について、等しいスペクトル間隔をもつ複数の狭帯域なスペクトルを有し、周波数ｆ１〜ｆ３までの広波長帯域の光を生成する。
【００２１】
半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃの発振周波数をｆｉ（ｉ＝１、２、３）とし、多波長光源１００から射出される２つの光（基準光と測定光）のスペクトル分布を図３に示す。測定光は周波数シフタ４により、基準光に対してｄｆの周波数シフトを与えられる。基準光用の第１電気光学変調素子３ａと、測定光用の第２電気光学変調素子３ｂとでは、強度または位相の変調周期が互いに異なる。そのため、第１電気光学変調素子３ａの変調周波数は周波数ｆｍ、第２電気光学変調素子３ｂの変調周波数はｆｍ＋ｄｆｍであり、所定量ｄｆｍだけ異なる周波数に変調される。
【００２２】
測定光と基準光を干渉させた際にはそれぞれのスペクトル間の干渉が発生する。なお、ｆｍ＞＞ｄｆ、ｄｆｍとしてサイドバンド間の干渉信号成分をローパスフィルタで除去すると、図４のように、周波数シフト量ｄｆの周波数を中心として、両サイドに周波数ｄｆｍだけ離れたスペクトル分布を有するビート信号が得られる。横軸は信号の周波数である。ｄｆは、第２電気光学変調素子３ｂに入射する測定光と第１電気光学変調素子３ａに入射する基準光との周波数差に相当する。
【００２３】
干渉計１０１に入射した基準光は、コリメートレンズ５ａで平行光束とされ、λ／２板６ａを透過後、偏光ビームスプリッタ７で２つに分波される。偏光ビームスプリッタ７で反射された基準光はλ／２板８を透過することで偏光方向が９０度回転させられ、偏光ビームスプリッタ９及び偏光子１０を透過した後、分光素子１１ａに入射する。また、干渉計１０１に入射した測定光は、コリメートレンズ５ｂで平行光束とされλ／２板６ｂを透過後、偏光ビームスプリッタ９で分波される。偏光ビームスプリッタ９で反射された測定光束は偏光子１０を透過し、分光素子１１ａに入射する。
【００２４】
一方、偏光ビームスプリッタ７を透過した基準光は、偏光ビームスプリッタ１２及び偏光子１３を透過後、分光器１１ｂに入射する。また、偏光ビームスプリッタ９を透過した測定光束は偏光ビームスプリッタ１２を透過後λ／４板１４により円偏光とされ、集光レンズ１５で集光光束となって被検面上に集光される。被検面で反射されて逆周りの円偏光とされた後、再度λ／４板１４を透過することにより入射時とは偏波面が９０度回転した直線偏光となって偏光ビームスプリッタ１２に再度入射する。その後、偏光ビームスプリッタ１２で反射され、偏光子１３を透過後に分光素子１１ｂに入射する。偏光子１０、１３により基準光と測定光の共通偏光成分を抽出することで干渉光を得るものとする。偏光ビームスプリッタ７、９で反射され、分光素子１１ａに入射する光路を参照光路、偏光ビームスプリッタ７、９を透過し、分光素子１１ｂに入射する光路を被検光路と称す。
【００２５】
分光素子１１ａ、１１ｂとしては、例えばアレイ導波路回折型波長分波器が用いられる。以下の説明において、アレイ導波路回折型波長分波器をＡＷＧと称す。ＡＷＧは、光路長差の異なるアレイ上の導波路射出後の回折により分波する素子であり、小型で安価に入手可能である。分光素子１１ａ、１１ｂはＡＷＧに限定されるものではなく、例えばバルク型の回折格子を用いてもよい。また、本実施形態の分光素子として、バンドパスの干渉フィルターを用いてもよい。このような干渉フィルターを用いると多波長光源の計測対象の波長数が少ない場合に、分光素子の構成が簡単になるという利点がある。
【００２６】
分光素子１１ａ、１１ｂによって多波長光源１００の半導体レーザからのそれぞれの光に分岐された光は、半導体レーザの数に対応して複数個の検出器を備えて構成された測定装置（測定部）１６ａ、１６ｂにて受光される。検出器は例えばフォトディテクタなどの光電変換素子、センサである。以下では、測定装置１６ａで測定される干渉光の信号を参照信号とし、測定装置１６ｂで測定される干渉光の信号を被検信号と称す。プロセッサなどの処理部１７は、測定装置１６ａ，１６ｂから出力される参照信号と被検信号の位相差を用いて被検面の位置（被検面までの距離）を算出する。複数点の被検面の位置を取得すれば被検面の形状を求めることができる。
【００２７】
次に、本実施形態の処理部１７が行う演算処理について説明する。図５はそのフローチャートである。
【００２８】
まず、処理部１７は測定部による測定データを取得する。そして、Ｓ１０１において、半導体レーザ毎に得られる参照信号及び被検信号に対して、スペクトル毎（周波数毎）に得られる干渉信号の位相（干渉位相）を計測する。すなわち処理部１７は、半導体レーザ毎に、複数の周波数についての各干渉信号から位相を計測する。干渉位相の計測は、位相計を構成することにより可能となる。例として、分光素子１１ａ、１１ｂで分岐された半導体レーザ１ａ（発振周波数はｆ１）からの光について説明する。測定装置１６ａで測定される半導体レーザ１ａからの光の基準光と測定光の電場振幅ＥｒｅｆＲ、ＥｔｅｓｔＲはそれぞれ式（１）のように表わされる。
【００２９】
【数１】
2014149190.tif 000003
【００３０】
参照光路における基準光と測定光の強度変調信号の位相差をφ、光波の位相差をθとして表わしている。
【００３１】
この基準光と測定光の電場振幅ＥｒｅｆＲ、ＥｔｅｓｔＲの干渉による参照信号ＩＲｅｆは式（２）のように表わすことができる。
【００３２】
【数２】
2014149190.tif 000004
【００３３】
ただし、周波数（ｄｆ＋ｄｆｍ）よりも高い成分はローパスフィルタにより除去するとして示していない。
【００３４】
同様に、被検信号ＩＴｅｓｔは式（３）のように表わすことができる。
【００３５】
【数３】
2014149190.tif 000005
【００３６】
φ´とθ´は、被検光路における基準光と測定光の強度変調信号および光波の位相差として式（４）で表わされる。被検光路における基準光と測定光の光路長差をｎＤと称す。ｎは屈折率を表わし、屈折率の分散が無視できるものとする。屈折率ｎは、光波干渉計測装置の近傍において気圧、温度、湿度等の環境状態を計測し、計測波長に応じて屈折率の分散式からの計算により得られる。
【００３７】
【数４】
2014149190.tif 000006
【００３８】
周波数ｄｆの信号を位相計で検出した場合の参照信号および被検信号の位相をそれぞれΦｒｅｆｄｆと、Φｔｅｓｔｄｆとすると、以下の式（５）で表わされる。
【００３９】
【数５】
2014149190.tif 000007
【００４０】
同様に周波数（ｄｆ＋ｄｆｍ）の参照信号および被検信号の位相をΦｒｅｆ（ｄｆ＋ｄｆｍ）と、Φｔｅｓｔ（ｄｆ＋ｄｆｍ）とし、以下の式（６）で表わされる。
【００４１】
【数６】
2014149190.tif 000008
【００４２】
また、周波数（ｄｆ−ｄｆｍ）の参照信号および被検信号の位相をΦｒｅｆ（ｄｆ−ｄｆｍ）と、Φｔｅｓｔ（ｄｆ−ｄｆｍ）とし、以下の式（７）で表わされる。
【００４３】
【数７】
2014149190.tif 000009
【００４４】
次に、処理部１７は、Ｓ１０２において、参照信号と被検信号間の位相差を計算する。位相差は、周波数ｄｆ、周波数（ｄｆ＋ｄｆｍ）、周波数（ｄｆ−ｄｆｍ）のそれぞれについて計算する。周波数ｄｆにおける参照信号と被検信号間の位相差ΔΦ（ｄｆ）は、上記式（５）の２式の差を算出することにより以下の式（８）のように得られる。
【００４５】
【数８】
2014149190.tif 000010
【００４６】
同様に周波数（ｄｆ＋ｄｆｍ）と（ｄｆ−ｄｆｍ）の参照信号および被検信号における位相差ΔΦ（ｄｆ＋ｄｆｍ）、ΔΦ（ｄｆ−ｄｆｍ）は、以下の式（９）及び式（１０）で表わされる。
【００４７】
【数９】
2014149190.tif 000011
【００４８】
【数１０】
2014149190.tif 000012
【００４９】
次に、処理部１７は、Ｓ１０３において、隣り合ったスペクトル間の位相差を計算する。隣り合ったスペクトル間の位相差は、以下の式（１１）及び式（１２）で表わされる。
【００５０】
【数１１】
2014149190.tif 000013
【００５１】
【数１２】
2014149190.tif 000014
【００５２】
次に、処理部１７は、Ｓ１０４において、上記（１１）式及び（１２）式より、被検光路における基準光と測定光の光路長差ｎＤをそれぞれ算出し、以下の式（１３）を用いて、それらの平均値ｎＤ１ａｖｅを計算する。なお、光路長差ｎＤが被検面の位置に相当する。
【００５３】
【数１３】
2014149190.tif 000015
【００５４】
Ｓ１０４で算出される光路長差ｎＤは、隣り合ったスペクトルによってできる合成波長ｃ／（ｆｍ＋ｄｆｍ）に対する計算値となっている。そのため、電気光学変調素子によって変調周波数ｆｍを高くすることで、合成波長を短くすることができる。これにより、位相の計測精度を向上でき、光路長差を高精度に求めることができる。
【００５５】
以上Ｓ１０１〜Ｓ１０４の工程の説明は、半導体レーザ１ａからの光を例に述べたが、半導体レーザ１ｂ、１ｃについても同様に実施し、ｎＤ２ａｖｅ、ｎＤ３ａｖｅを得る。
【００５６】
次に、ステップＳ１０５において、半導体レーザ毎に求められた光路長差の平均値ｎＤｉａｖｅ（ｉ＝１〜３）を平均し、最終出力値ｎＤｔｏｔａｌを得る。式１４に単純平均の例を示す。
【００５７】
【数１４】
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【００５８】
半導体レーザ間の波長差が大きい場合、半導体レーザ毎の光路長差の平均値ｎＤｉａｖｅはそれぞれスペックルの影響が異なる。したがって、半導体レーザ毎の光路長差の平均値ｎＤｉａｖｅを平均化することでスペックル誤差を低減できる。
【００５９】
また、先述した通りスペックル誤差は被検信号の強度と相関があり、被検信号の強度が大きい波長を選択することが計測精度向上に有効である。したがって、ｎＤｉａｖｅ（ｉ＝１〜３）を平均する際に、半導体レーザ毎の被検信号の強度を重み（係数）として、加重平均をすることでさらに高精度な計測を実現できる。
【００６０】
以上のとおり、本実施形態によれば、単一波長の光を射出するレーザを複数有し、各レーザの発振波長を異ならせて波長差を大きくすることによって、スペックル誤差による影響を小さくすることができる。したがって、より高精度に被検面の位置を計測可能な計測装置を提供することができる。
【００６１】
モードロックレーザに代表される光周波数コム光源はモード周波数間隔が数１０ＭＨｚと狭く、波長数が多いため、特に、被検面からの反射光が微弱となる粗面の計測においてはノイズにより計測精度が悪化してしまう。
【００６２】
なお、電気光学変調素子３ａ、３ｂとして、強度変調器の代わりに位相変調器を用いてもよい。位相変調器は、変調周波数に対して高調波成分を容易に発生させることが可能である。具体的には、変調深さπで変調した場合にはベッセル関数で与えられる振幅は、基本波０．２８、２倍波０．４９、３倍波０．３３であることが知られている。光アンプ等を用いることによりスペクトル一本当たりの光量低下が問題にならない場合は、位相変調器を用いた方がサイドバンドを増やすことによる平均化効果が得られるため、高精度化できる。
【００６３】
（第２実施形態）
図６に基づいて第２実施形態の光波干渉計測装置について説明する。図６は第２実施形態の光波干渉計測装置を示した図である。
【００６４】
本実施形態の光波干渉計測装置は、図６に示されるように、多波長光源２００の構成が第１実施形態とは異なる。本実施形態においては、多波長光源２００は、複数の半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃ毎に対応して、周波数シフタ４ａ、４ｂ、４ｃを有し、半導体レーザからのそれぞれの光はそれぞれ異なる周波数シフト量ｄｆｉ（ｉ＝１〜３）を与えられる。したがって、測定装置１６ａ、１６ｂで測定される基準光と被検光の干渉光の信号は、複数の半導体レーザ毎に異なる周波数ｄｆｉ、ｄｆｉ±ｄｆｍが多重化されたビート信号になる。図７に、各レーザによるビート信号のスペクトル分布を示す。横軸は信号の周波数である。
【００６５】
このように、各レーザでビート信号の周波数が異なるため、複数の半導体レーザの出力波長毎に干渉光を分光する分光素子が必要なく、測定装置の検出器は参照信号および被検信号それぞれ１つで済む。
【００６６】
以下、本実施形態の光波干渉計測装置について詳述する。複数の半導体レーザからの出力はそれぞれ偏波面保持タイプ１×２のファイバカプラ２１ａ、２１ｂ、２１ｃで分波され、一方は偏波面保持タイプ３×２のファイバカプラ２２ａで合波され、第１電気光学変調素子３ａに入射する。もう一方はそれぞれ周波数シフト量が異なる周波数シフタ４ａ、４ｂ、４ｃを介して偏波面保持タイプ３×２のファイバカプラ２２ｂで合波され、第２電気光学変調素子３ｂに入射する。第１電気光学変調素子３ａを射出した基準光と、第２電気光学変調素子３ｂを射出した測定光が干渉計２０１に入射し、分光素子を介さずに、測定装置１６ａ、１６ｂに入射する。第１電気光学変調素子３ａを射出した基準光と、第２電気光学変調素子３ｂを射出した測定光が干渉計２０１に入射し、測定装置１６ａ、１６ｂに入射するまでの基本的な流れは第１実施形態と同じため、重複する説明は省く。干渉計２０１に分光素子が無い点で干渉計１０１とは異なる。
【００６７】
各レーザからの参照信号ＩＲｅｆ及び被検信号ＩＴｅｓｔは、前記式（２）と式（３）におけるｄｆが、異なる３つの周波数ｄｆ１、ｄｆ２、ｄｆ３となる。測定装置で測定されたビート信号の測定データを用いて、ある半導体レーザに対する周波数成分のみを同期検波する等により、各レーザに対応する信号を取り出すことができる。処理部２７で計測される位相は式（５）、（６）、（７）におけるｄｆが各レーザで異なるだけで、基本的には同じである。光路長差を求めるための処理部２７による演算処理は第１実施形態と同じため説明を省く。
【００６８】
本実施形態では、特定の半導体レーザに対する周波数成分のみを同期検波によって取り出す説明をしたが、多重化された干渉信号をフーリエ変換した後、特定の周波数成分の位相を取り出しても構わない。
【００６９】
このように、本実施形態によれば、分光器および分光数に対応する複数の検出器を必要としないため、コンパクトかつ低コストな計測装置を提供することができる。
【００７０】
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ず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７１】
＜物品の製造方法の実施形態＞
本実施形態における物品の製造方法は、例えば、ギアなどの金属部品や光学素子等の物品を加工する際に用いられる。本実施形態の物品の加工方法は、上記の計測装置を用いて、上記物品の被検面の形状を計測する工程と、かかる工程における計測結果に基づいて被検面を加工する工程とを含む。例えば、被検面の形状を計測装置を用いて計測し、その計測結果に基づいて、被検面の形状が設計値など所望の形状になるように当該被検面を加工する。上記計測装置により高精度に被検面の形状を計測できるため、本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、少なくとも物品の加工精度の点で有利である。
【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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【図８】
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