(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照波路を伝播する参照波と、参照波路と同一の基点を持つ、第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路を伝播する第１，第２，・・・，第Ｎ測定波とを受け取り、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルを求めるスペクトル測定装置において、
前記スペクトルが、被測定物体の表面または内部で折り返し、または前記被測定物体を貫通した前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波のスペクトルであり、
前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波のスペクトルは、前記被測定物体において深さ方向の位置が異なる第１，第２，・・・，第Ｎ層の面からの反射波に各々対応しており、
前記参照波のスペクトルと、
前記参照波と前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各合成波の二乗に比例する各信号とに基づき、
前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルを求めることを特徴とするスペクトル測定装置。
【請求項２】
前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルがパワースペクトルであり、当該第ｋ測定波（ｋは、１，２，・・・，Ｎの何れか）のパワースペクトルが、
［参照波と第ｋ測定波の合成波の二乗に比例する信号をフーリエ変換することにより得られるスペクトル］2／［参照波のスペクトル］
で表されることを特徴とする請求項１に記載のスペクトル測定装置。
【請求項３】
属性特定装置を備えた物体測定装置において、
前記属性特定装置が、請求項２に記載のスペクトル測定装置の機能を持ち、
前記参照波路および前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は、同一の発生源を基点とし、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体を貫通するように形成され、
前記属性特定装置は、測定した前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルに基づき、前記被測定物体の属性情報を求める、
ことを特徴とする物体測定装置。
【請求項４】
前記参照波が、
伝播方向に垂直な仮想線に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持ち、または、
前記参照波が、伝播方向に垂直な仮想ＸＹ平面のＸ方向に沿った成分の遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持つ、
ことを特徴とする請求項３に記載の物体測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照波路を伝播する参照波および参照波路と基点を同一とする１つまたは２つ以上の測定波路を伝播する測定波を受け取り、たとえば参照波のスペクトルと、参照波と測定波の合成波の二乗に比例する信号とに基づき、測定波の種々のスペクトルを取得することができるスペクトル測定装置、および前記スペクトル測定装置を用いて被測定物体の空間情報，エネルギー構造情報，屈折率，透過率，反射率等を取得することができる物体測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミラー掃引により干渉信号の計測を行う技術（特許文献１，特許文献２）が知られている。これらの技術は、白色光源を用いることで高い分解能の測定ができ、簡単なスペクトル情報も得ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１，特許文献２の技術では、分光情報を空間分解することができない。【０００４】
本発明の目的は、参照波のスペクトルと、参照波と測定波の合成波の二乗に比例する信号とに基づき測定波の種々のスペクトルを取得する（または、参照波の自己相関および参照波と測定波の相互相関に基づき測定波の種々のスペクトルを取得する）ことができるスペクトル測定装置を提供することである。【０００５】
本発明の他の目的は、前記スペクトル測定装置を用いて被測定物体の空間情報，エネルギー構造情報，屈折率，透過率，反射率の少なくとも１つを取得することができる物体測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスペクトル測定装置の第１態様は（１）および（２）を要旨とする。
（１）
参照波路を伝播する参照波と、前記参照波路と同一の基点を持つ測定波路を伝播する測定波とを受け取り、前記測定波のスペクトルを求めるスペクトル測定装置において、
前記スペクトルが、被測定物体の表面または内部で折り返し、または前記被測定物体を貫通した前記測定波のスペクトルであり、
前記参照波のスペクトルと、
前記参照波と前記測定波の合成波の二乗に比例する信号とに基づき、
前記測定波のスペクトルを求めることを特徴とするスペクトル測定装置。【０００７】
（２）
前記測定波のスペクトルがパワースペクトルであり、当該パワースペクトルが、
［参照波と測定波の合成波の二乗に比例する信号をフーリエ変換することにより得られるスペクトル］2／［参照波のスペクトル］
で表されることを特徴とする（１）に記載のスペクトル測定装置。【０００８】
たとえば、スペクトル測定装置は、参照波路を伝播する参照波Ｓrと、前記参照波路と同一の基点を持つ測定波路を伝播する測定波Ｓsとを受け取り、前記測定波Ｓsの電界スペクトルＥs（ω）、パワースペクトル｜Ｅs（ω）｜2、振幅スペクトルＡs、位相スペクトルφsの少なくとも１つを求めることができる。この場合に、前記参照波Ｓrの自己相関Ｉrrをフーリエ変換（フーリエ変換Ｆrr）して前記参照波Ｓrのパワースペクトル｜Ｅr｜2を求めるとともに、
前記参照波Ｓrと前記測定波Ｓsとの相互相関Ｉrsのフーリエ変換（フーリエ変換Ｆrs）の二乗を求め、
前記参照波Ｓrのパワースペクトル｜Ｅr｜2と前記相互相関Ｉrsの前記フーリエ変換Ｆrsに基づき、前記スペクトルの少なくとも１つを求める
ことができる。【０００９】
ここで、パワースペクトル｜Ｅs｜2は、
｜Ｅs｜2＝（相互相関Ｉrsの前記フーリエ変換Ｆrs）2
／（参照波Ｓrの自己相関Ｉrrのフーリエ変換Ｆrr）
で表される。【００１０】
本発明の物体測定装置の第１態様は（３）および（４）を要旨とする。
（３）
属性特定装置を備えた物体測定装置において、
前記属性特定装置が、（１）に記載のスペクトル測定装置の機能を持ち、
前記参照波路および前記測定波路は、同一の発生源を基点とし、前記測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体を貫通するように形成され、
前記属性特定装置は、測定した前記測定波のスペクトルに基づき、前記被測定物体の属性情報（たとえば、前記空間情報、前記エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率の少なくとも一つ）を求めることを特徴とする物体測定装置。【００１１】
（４）
前記参照波が、
伝播方向に垂直な仮想線に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持ち、または、
伝播方向に垂直な仮想ＸＹ平面のＸ方向に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持つ、
ことを特徴とする（３）に記載の物体測定装置。【００１２】
たとえば、物体測定装置は、スペクトル測定装置の機能を持つ属性特定装置を備える。
物体測定装置において、参照波路および測定波路は、同一の光源を基点とし、前記測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体を貫通するように形成され、
前記属性特定装置は、測定した前記測定波Ｓsの、パワースペクトル｜Ｅs｜2、振幅スペクトルＡs、位相スペクトルφsの少なくとも１つに基づき、前記被測定物体の属性情報（たとえば、前記空間情報、前記エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率の少なくとも一つ）を求めることができる。【００１３】
この物体測定装置では、被測定物体の位置に全反射ミラーをセットし、参照波路がこの全反射ミラーで折り返すように構成できる。【００１４】
本発明のスペクトル測定装置の第２態様は（５）を要旨とする。
（５）
参照波路を伝播する参照波と、前記参照波路と同一の基点を持つ測定波路を伝播する測定波とを受け取り、前記測定波のスペクトルを求めるスペクトル測定装置において、
前記参照波のスペクトルを求めるとともに、
前記参照波と前記測定波との相互相関のフーリエ変換を求め、
前記参照波のスペクトルと前記相互相関の前記フーリエ変換に基づき、前記スペクトルを求める、
ことを特徴とするスペクトル測定装置。【００１５】
具体的には、
電界スペクトルＥs（ω）は、
測定波Ｓsの電界スペクトルＥs（ω）の複素共役Ｅs*
＝（相互相関Ｉrsの前記フーリエ変換Ｆrs）
／（参照波Ｓrの電界スペクトル）
Ｅs*はＥsの複素共役
で表される。【００１６】
本発明の物体測定装置の第２態様は（６）および（７）を要旨とする。
（６）
属性特定装置を備えた物体測定装置において、
前記属性特定装置が、（５）に記載のスペクトル測定装置の機能を持ち、
前記参照波路および前記測定波路は、同一の発生源を基点とし、前記測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体を貫通するように形成され、
前記属性特定装置は、測定した前記測定波の前記スペクトルに基づき、前記被測定物体の、属性情報（たとえば、前記空間情報、前記エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率の少なくとも一つ）を求める、
ことを特徴とする物体測定装置。【００１７】
（７）
前記参照波が、
伝播方向に垂直な仮想線に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持ち、または、
伝播方向に垂直な仮想ＸＹ平面のＸ方向に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持つ、
ことを特徴とする（６）に記載の物体測定装置。【００１８】
本発明のスペクトル測定装置の第３態様は（８）および（９）を要旨とする。
（８）
参照波路を伝播する参照波と、参照波路と同一の基点を持つ、第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路を伝播する第１，第２，・・・，第Ｎ測定波とを受け取り、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルを求めるスペクトル測定装置において、
前記スペクトルが、被測定物体の表面または内部で折り返し、または前記被測定物体を貫通した前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波のスペクトルであり、
前記参照波のスペクトルと、
前記参照波と前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各合成波の二乗に比例する各信号とに基づき、
前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルを求めることを特徴とするスペクトル測定装置。【００１９】
（９）
前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルがパワースペクトルであり、当該第ｋ測定波（ｋは、１，２，・・・，Ｎの何れか）のパワースペクトルが、
［参照波と第ｋ測定波の合成波の二乗に比例する信号をフーリエ変換することにより得られるスペクトル］2／［参照波のスペクトル］
で表されることを特徴とする（８）に記載のスペクトル測定装置。【００２０】
たとえば、スペクトル測定装置は、参照波路を伝播する参照波Ｓrと、参照波路と同一の基点を持つ、第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路を伝播する第１，第２，・・・，第Ｎ測定波Ｓs1，Ｓs2，・・・，ＳsNとを受け取り、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波Ｓs1，Ｓs2，・・・，ＳsNの電界スペクトルＥs（ω）を求めることができる。
この場合に、スペクトル測定装置は、参照波路を伝播する参照波Ｓrと、前記参照波路と同一の基点を持つ第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路を伝播する第１，第２，・・・，第Ｎ測定波Ｓs1，Ｓs2，・・・，ＳsNとを受け取り、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波Ｓs1，Ｓs2，・・・，ＳsNの電界スペクトルＥs1（ω），Ｅs2（ω），・・・，ＥsN（ω）、パワースペクトル｜Ｅs1（ω）｜2，｜Ｅs2（ω）｜2，・・・，｜ＥsN（ω）｜2、振幅スペクトルＡs1（ω），Ａs2（ω），・・・，ＡsN（ω）、位相スペクトルφs1（ω），φs2（ω），・・・，φsN（ω）の少なくとも１つを求めることができる。
スペクトル測定装置は、前記参照波Ｓrの自己相関Ｉrrをフーリエ変換して（フーリエ変換Ｆrr）前記参照波Ｓrのパワースペクトル｜Ｅr｜2を求めるとともに、
前記参照波Ｓrと前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波Ｓs1，Ｓs2，・・・，ＳsNとの相互相関Ｉrs1，Ｉrs2，・・・，ＩrsNのフーリエ変換Ｆrs1，Ｆrs2，・・・，ＦrsNの二乗をそれぞれ求め、
前記参照波Ｓrのパワースペクトル｜Ｅr｜2と前記相互相関Ｉrs1，Ｉrs2，・・・，ＩrsNの前記フーリエ変換Ｆrs1，Ｆrs2，・・・，ＦrsNの二乗に基づき、前記スペクトルの少なくとも１つを求めることができる。【００２１】
本発明の物体測定装置の第３態様は（１０）および（１１）を要旨とする。
（１０）
属性特定装置を備えた物体測定装置において、
前記属性特定装置が、（９）に記載のスペクトル測定装置の機能を持ち、
前記参照波路および前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は、同一の発生源を基点とし、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体を貫通するように形成され、
前記属性特定装置は、測定した前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の各スペクトルに基づき、前記被測定物体の属性情報を求める、
ことを特徴とする物体測定装置。【００２２】
（１１）
前記参照波が、
伝播方向に垂直な仮想線に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持ち、または、
前記参照波が、伝播方向に垂直な仮想ＸＹ平面のＸ方向に沿った成分の遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持つ、
ことを特徴とする（１０）に記載の物体測定装置。【００２３】
たとえば、物体測定装置は、スペクトル測定装置の機能を持つ属性特定装置を備える。
物体測定装置において、参照波路および前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は、同一の光源を基点とし、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体を貫通するように形成され、
前記属性特定装置は、測定した前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波Ｓs1，Ｓs2，・・・，ＳsNの電界スペクトルＥs1（ω），Ｅs2（ω），・・・，ＥsN（ω）に基づき、前記被測定物体の属性情報（たとえば、前記空間情報、前記エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率の少なくとも一つ）を求めることができる。【００２４】
本発明のスペクトル測定装置の第４態様は（１２）を要旨とする。
（１２）
参照波路を伝播する参照波と、参照波路と同一の基点を持つ、第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路を伝播する第１，第２，・・・，第Ｎ測定波を受け取り、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の電界スペクトルを求めるスペクトル測定装置において、
前記参照波のスペクトルを求めるとともに、
前記参照波と前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波との各相互相関のフーリエ変換をそれぞれ求め、
前記参照波のスペクトルと前記各相互相関の前記各フーリエ変換に基づき、前記スペクトルを求める、
ことを特徴とするスペクトル測定装置。【００２５】
本発明の物体測定装置の第４態様は（１３）および（１４）を要旨とする。
（１３）
属性特定装置を備えた物体測定装置において、
前記属性特定装置が、請求項１２に記載のスペクトル測定装置の機能を持ち、
前記参照波路および前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波は、同一の発生源を基点とし、前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体を貫通するように形成され、
前記属性特定装置は、測定した前記第１，第２，・・・，第Ｎ測定波の電界スペクトルに基づき、前記被測定物体の属性情報を求める、
ことを特徴とする物体測定装置。【００２６】
（１４）
前記参照波が、
伝播方向に垂直な仮想線に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持ち、または、
伝播方向に垂直な仮想ＸＹ平面のＸ方向に沿って遅延時間または進み時間が漸次変化する特性を持つ、
ことを特徴とする（１３）に記載の物体測定装置。【００２７】
物体測定装置は、スペクトル測定装置の機能を持つ属性特定装置を備えている。
第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は、同一の発生源（光源）を基点とし、第１，第２，・・・，第Ｎ測定波路は被測定物体の表面または内部で折り返しまたは被測定物体Ｏを貫通するように形成される。
属性特定装置は、測定した第１，第２，・・・，第Ｎ測定波Ｓs1，Ｓs2，・・・，ＳsNの電界スペクトルＥs1（ω），Ｅs2（ω），・・・，ＥsN（ω）に基づき、被測定物体の属性情報（たとえば、前記空間情報、前記エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率の少なくとも一つ）を求めることができる。【００２８】
《第１基本態様》【００２９】
第１基本態様は、（１），（２）のスペクトル測定装置および（３）の物体測定装置に対応する。【００３０】
本発明の第１基本態様を、参照波Ｓr，測定波Ｓsが光である場合を例に、図１および図２により説明する。なお、本発明は、光のほか、Ｘ線、テラヘルツ波、ラジオ波、ミリ波等にも適用できる。【００３１】
図１および図２に示すように、物体測定装置１００は、発生源（光源１１）と、干渉計１２と、属性特定装置１３とを備えている。光源１１から出射される光は、典型的には白色光源のような広帯域光である。干渉計１２は、本態様ではビームスプリッタ１２１と参照ミラー１２２と参照ミラー駆動部１２３を備えている。【００３２】
参照波路ＰＴＨrは、光源１１を基点として、ビームスプリッタ１２１を介して参照ミラー１２２に到達し、参照ミラー１２２を折り返して、さらにビームスプリッタ１２１を介し属性特定装置１３に到達する。【００３３】
図２に参照されるように、測定波路ＰＴＨsは、光源１１を基点として、ビームスプリッタ１２１を介して被測定物体Ｏに到達し、被測定物体Ｏにて折り返して、さらにビームスプリッタ１２１を介し属性特定装置１３に到達する。【００３４】
属性特定装置１３は、スペクトル測定装置としての機能を備えており、光検出器１３１と演算処理部１３２とを有している。演算処理部１３２は、参照波Ｓrの自己相関Ｉrrを求めてこれをフーリエ変換、さらに参照波Ｓrと測定波Ｓsとの相互相関Ｉrsを求めこれをフーリエ変換する。
そして、これらのフーリエ変換Ｆrr，Ｆrsとから、測定波Ｓsの電界スペクトルＥs（ω）、パワースペクトル｜Ｅs（ω）｜2、振幅スペクトルＡs（ω）、位相スペクトルφs（ω）の少なくとも１つを求めることができる。【００３５】
自己相関Ｉrrを求めるときは、たとえば、図１に示すように被測定物体Ｏの位置に全反射ミラー１２４を設けておく。【００３６】
演算処理部１３２は、演算器１３２１と、前述したメモリ１３２２とを備えている。演算器１３２１は、自己相関Ｉrrを求め、フーリエ変換し、フーリエ変換Ｆrrはメモリ１３２２に記憶される。【００３７】
一方、被測定物体Ｏの測定に際しては、図２に示すように光検出器１３１は、参照波Ｓrおよび被測定物体Ｏにて反射された測定波Ｓs（干渉波）ビームスプリッタ１２１を介して受光する。【００３８】
演算器１３２１は、光検出器１３１が検出した干渉波を電気信号として受け取り、参照波Ｓrと測定波Ｓsとから相互相関Ｉrsを求め、フーリエ変換する（フーリエ変換Ｆrsとする）。【００３９】
そして、演算器１３２１は、メモリ１３２２に記憶された自己相関Ｉrrのフーリエ変換Ｆrrと、相互相関Ｉrsのフーリエ変換Ｆrsとから測定波Ｓsのパワースペクトル｜Ｅs｜2を、
｜Ｅs｜2＝（相互相関Ｉrsのフーリエ変換Ｆrs）2
／（参照波Ｓrの自己相関Ｉrrのフーリエ変換Ｆrr）  
として求めることができる。【００４０】
また、演算処理部１３２は、測定した測定波Ｓsのパワースペクトル｜Ｅs｜2に基づき、被測定物体Ｏの、空間情報、エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率の少なくとも一つを求めることができる。
《第２基本態様》【００４１】
第２基本態様は、（５）のスペクトル測定装置および（６）の物体測定装置に対応する。
本発明の第２基本態様を、参照波Ｓr，測定波Ｓsが光である場合を例に、図３および図４により説明する。【００４２】
図３および図４に示すように、物体測定装置２００は、発生源（光源２１）と、干渉計２２と、属性特定装置２３とを備えている。
光源２１から出射される光は、典型的には白色光源のような広帯域光である。干渉計２２は、本態様ではビームスプリッタ２２１と参照ミラー２２２と参照ミラー駆動部２２３を備えている。参照波路ＰＴＨrは、光源２１を基点として、ビームスプリッタ２２１を介して参照ミラー２２２に到達し、参照ミラー２２２を折り返して、さらにビームスプリッタ２２１を介し属性特定装置２３に到達する。【００４３】
図４に参照されるように、測定波路ＰＴＨsは、光源２１を基点として、ビームスプリッタ２２１を介して被測定物体Ｏに到達し、被測定物体Ｏにて折り返して、さらにビームスプリッタ２２１を介し属性特定装置２３に到達する。属性特定装置２３は、スペクトル測定装置としての機能を備えており、光検出器２３１と演算処理部２３２と電界スペクトル測定部２３３とビームスプリッタ２３４とを有している。【００４４】
参照波Ｓrの電界スペクトルＥｒ（ω）は電界スペクトル測定部２３３により求めることができる。電界スペクトル測定部２３３は、補助信号生成部２３３１と、相対位相検出部２３３２と、振幅検出部２３３３と、周波数選択部２３３４を有している。【００４５】
電界スペクトルＥｒ（ω）を測定するときは、たとえば、図３に示すように被測定物体Ｏの位置に光吸収板２２４を設けておく等により、光検出器２３１が参照波Ｓrのみを検出するように（すなわち、被測定物体Ｏからの反射波が光検出器２３１に到達しないように）する。補助信号生成部２３３１は、たとえば２波長モードロック広帯域レーザであり、周波数中間値が参照波成分ｓrm，ｓrn（周波数間隔Δω）の周波数の間に設定され、周波数間隔が２つの参照波成分ｓrm，ｓrnの周波数間隔と同一の２つの補助信号ｕam，ｕanを生成する。【００４６】
相対位相検出部２３３２は、２つの参照波成分ｓrm，ｓrnと２つの補助信号ｕam，ｕanとから、周波数が低い参照波成分ｓrmと補助信号ｕamとのビート信号ＢＴm（図示せず）、および周波数が高い参照波成分ｓrnと補助信号ｕamとのビート信号ＢＴn（図示せず）を生成し、これら２つのビート信号の乗算信号を生成する。この乗算信号の直流成分から、検出系により定まる定数を取り除けば、参照波成分ｓrmとｓrnとの相対位相φrn−φrmを検出することができる。また、振幅検出部２３３３は、補助信号ｕamと参照波成分ｓrmのビート信号ＢＴm（図示せず）から参照波成分ｓrmの振幅Ａrmを測定することができるし、補助信号ｕamを参照波成分ｓrnのビート信号ＢＴn（図示せず）から参照波成分ｓrnの振幅Ａrnを測定することができるし検出することができる。【００４７】
電界スペクトル測定部２３３は、上記の処理を、周波数が異なる多数の参照波成分ｓrnの対について行うことで、参照波Ｓrの電界スペクトルＥｒ（ω）を得ることができる。この電界スペクトルＥｒ（ω）は、演算処理部２３２のメモリ２３２２に記憶される。【００４８】
一方、被測定物体Ｏの測定に際しては、図４に示すように光検出器２３１は、参照波Ｓrおよび被測定物体Ｏにて反射された測定波Ｓs（干渉波）ビームスプリッタ２２１を介して受光する。【００４９】
演算処理部２３２は、演算器２３２１と、前述したメモリ２３２２とを備えている。演算器２３２１は、相互相関の演算を演算する機能を備えている、光検出器２３１が検出した干渉波を電気信号として受け取り、参照波Ｓrと測定波Ｓsとから相互相関Ｉrsを求め、これをフーリエ変換する（フーリエ変換Ｆrsとする）。【００５０】
そして、演算器２３２１は、メモリ２３２２に記憶された電界スペクトルＥｒ（ω）と、フーリエ変換Ｆrsとから測定波Ｓsの電界スペクトルＥsを、
測定波Ｓsの電界スペクトルＥs（ω）の複素共役Ｅs*
＝（相互相関Ｉrsのフーリエ変換Ｆrs）
／（参照波Ｓrの電界スペクトル）
として求めることができる。【００５１】
演算処理部２３２は、測定した測定波Ｓsの電界スペクトルＥs（ω）に基づき、被測定物体Ｏの、空間情報、エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率の少なくとも一つを求めることができる。【００５２】
なお、サンプリングに際しては、「サンプリング定理」に従って、λ／２ｃの時間よりも短い時間でサンプリングする必要がある。【００５３】
《第３基本態様》
第３基本態様は、（４），（７）の物体測定装置に対応する。
本発明では、参照波Ｓrが伝播方向に垂直な仮想線に沿って遅延時間（または進み時間）が漸次変化する特性を持つようにできる。図５（Ａ），（Ｂ）は、時間遅れのイメージ図であり、図５（Ａ）は時間遅れが生じる前の参照波Ｓrであり、図５（Ｂ）は時間遅れが生じた後の参照波Ｓrである。図５（Ｂ）では、Ｓr参照波は伝播方向に垂直な仮想線ｇに沿って遅延時間Δｔが漸次変化する特性を示している。この場合には、被測定物体Ｏの点の深さ方向の属性が得られる。すなわち、光検出器１３１，２３１は、画素が一次元配列されセンサを使用することができ、センサの各画素は、被測定物体ＯのｃΔｔの深さに対応する情報を持つ光を検出する。【００５４】
また、本発明では、参照波Ｓrの伝播方向に垂直な仮想ＸＹ平面のＸ方向に沿った成分の遅延時間（進み時間）が漸次変化するようにできる。図６（Ａ），（Ｂ）は、時間遅れのイメージ図であり、図６（Ａ）は時間遅れが生じる前の参照波Ｓrであり、図６（Ｂ）は時間遅れが生じた後の参照波Ｓrである。図６（Ｂ）では、Ｓr参照波は伝播方向に垂直な仮想面Ｇに沿って遅延時間Δｔが漸次変化する特性を示している。この場合には、被測定物体Ｏの切断線の深さ方向の属性が得られる。すなわち、光検出器１３１，２３１は、画素が二次元配列されセンサを使用することができ、センサのＸ方向の画素群は、Ｙ座標に対応する点における被測定物体ＯのｃΔｔの深さに対応する情報を持つ光を検出する。
《応用態様》【００５５】
本発明では、上記の基本態様を拡張し、Ｎ層の被測定物体Ｏについても、電界スペクトルＥs（ω）、パワースペクトル｜Ｅs（ω）｜2、振幅スペクトルＡs（ω）、位相スペクトルφs（ω）の少なくとも１つを求めることができる。この応用態様は、（８），（９），（１２）のスペクトル測定装置および（１０），（１１），（１３），（１４）の物体測定装置に対応する。その説明は、後述する。
【発明の効果】
【００５６】
汎用のスペクトル計測装置で不均一な内部構造を有する被測定物体を計測する場合、複雑な分光スペクトル情報が積算された（入り混じった）スペクトル情報が観測される。【００５７】
これに対して、本発明の手法を用いると、被測定物体の深さごと（解像度は数ミクロン）の属性情報、たとえば、空間情報のほか、エネルギー構造情報、屈折率、透過率、反射率等を同時に測定することができる。【００５８】
特に、本発明では、２次元断層像をイメージセンサのフレームレートで計測するのでリアルタイムな断層画像計測と分光スペクトル情報の取得が可能である。【００５９】
医療用途では、たとえば、光コヒーレンストモグラフィーがすでに実用化され、光による非侵襲・非接触な内部組織の構造を計測する需要が高まっている。眼科の眼底検査や皮膚癌、内科の胃癌など消化器系の疾患を診断するための断層画像計測を行える検査機器がすでに実用化されている。しかし、形態から癌などの疾患を判断するには熟練した経験や知識が必要となる。本発明により、組織毎のスペクトル情報を得ることもできるので、客観的に癌組織の判別を行うことが可能となる。【００６０】
なお、本発明は、参照側に多重反射を利用すれば、長距離（たとえば、数十メートル）離れた被測定物体の測定も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１基本態様の構成図であり、参照波の自己相関を測定する様子を示す図である。
【図２】本発明の第１基本態様の構成図であり、参照波と測定波との相互相関および測定波の各種スペクトルならびに被測定物体の属性を測定する様子を示す図である。
【図３】本発明の第２基本態様の構成図であり、参照波の電解スペクトルを測定する様子を示す図である。
【図４】本発明の第２基本態様の構成図であり、参照波と測定波との相互相関および測定波の各種スペクトルならびに被測定物体の属性を測定する様子を示す図である。
【図５】被測定物体の属性を点深さについて測定する際に参照波を時間遅れさせるイメージ説明図であり、（Ａ）は時間遅れが生じる前の参照波であり、（Ｂ）は時間遅れが生じた後の参照波である。
【図６】被測定物体の属性を線深さについて測定する際に参照波を時間遅れさせるイメージ説明図であり、（Ａ）は時間遅れが生じる前の参照波であり、（Ｂ）は時間遅れが生じた後の参照波である。
【図７】本発明の第１実施形態の構成図であり、被測定物体の位置に全反射ミラーをセットして参照波の自己相関を測定する様子を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態の構成図であり、被測定物体が２つの境界面を持つ場合の、参照波と測定波との相互相関および測定波の各種スペクトルならびに被測定物体の属性を測定する様子を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態の構成図であり、被測定物体が複数の境界面を持つ場合の、参照波と測定波との相互相関および測定波の各種スペクトルならびに被測定物体の属性を測定する様子を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の第１構成例を示す図であり、図３および図４の物体測定装置を具体化例を示す図である。
【図１１】図１０の第１構成例の相対位相検出部と振幅検出部を詳細に示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の第２構成例を示す図であり、図３および図４の物体測定装置を具体化例を示す図である。る。
【図１３】図１２の第２構成例の相対位相検出部と振幅検出部を詳細に示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態における補助信号の周波数と参照波成分の周波数との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態において位相を検出するときの正規化直流成分と相対位相との関係を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態にいて正規化直流成分が、みかけ上２つ検出されたときの「真の相対位相」を判定する方法を示す説明図である。
【図１７】本発明において使用される干渉計の第１構成例（マッハツェンダー型）の説明図である。
【図１８】図１７に示した干渉計に使用される変調器を示す図である。
【図１９】本発明において使用される干渉計の第２構成例（マッハツェンダー型）の説明図である。
【図２０】図１９に示した干渉計に使用される変調器を示す図である。
【図２１】本発明において使用される干渉計の第３構成例（マッハツェンダー型）の説明図である。
【図２２】本発明において使用される干渉計の第４構成例（マッハツェンダー型）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本実施形態においては、「波」として「光」を使用しているので、本発明における、「発生源」を「光源」に置き換えて説明する。
≪第１実施形態≫
【００６３】
図７から図９により、本発明の物体測定装置１００の第１実施形態を説明する。本実施形態では、参照波Ｓrの自己相関と、参照波Ｓrと測定波Ｓsとの相互相関ととから、測定波のパワースペクトル，位相等を求め、被測定物体の空間情報，エネルギー構造情報，屈折率，透過率，反射率等を取得する例を説明する。
まず、〔１〕被測定物体位置に全反射ミラーをセットし自己相関を取得しこれをフーリエ変換して、測定光のパワースペクトルを求める。
次に、〔２〕被測定物体位置に被測定物体Ｏをセットして、相互相関を取得しこれをフーリエ変換する。
そして、〔３〕自己相関のフーリエ変換と、相互相関のフーリエ変換に基づき、被測定物体のパワースペクトル，位相等を求める。
【００６４】
〔１〕自己相関の取得、そのフーリエ変換および参照光のパワースペクトルの取得
図７に示すように、被測定物体位置に全反射ミラー１２４を設置し、干渉光（自己相関Ｉrr（ｔ））を測定し、そのフーリエ変換から参照波Ｓrのパワースペクトルを求める。
【００６５】
（Ａ）参照光の自己相関のフーリエ変換が電界スペクトルであることの証明
干渉計において、自己相関のフーリエ変換が、光源１１のパワースペクトルとなることを検証する。
光源１１のパワースペクトルが｜Ａ（ω）｜2（以下、Ａ（ω）2と記すこともある）であるとすると、干渉計１２から出力される参照波Ｓrの電界Ｅr（ｔ，τ）は、（１）式で表される。
Ｅr（ｔ，τ）
＝〔Ａ（ω）／２1/2〕ｅｘｐ〔ｊ｛ωｔ−（ｎ0ωＬr／ｃ）｝〕・・・（１）
ｎ0：参照波路ＰＴＨr，測定波路ＰＴＨsにおける屈折率
ｃ：光速
Ｌr：参照波Ｓrの光路長（参照波路ＰＴＨrの路長）
τ：参照ミラーが距離変位したときの時間変位
【００６６】
一方、干渉計１２から出力される、全反射ミラー１２４からの反射光（測定波Ｓs）の電界Ｅmirr（ｔ）は、（２）式で表される。
Ｅmirr（ｔ）
＝〔Ａ（ω）／２1/2〕ｅｘｐ〔ｊ｛ωｔ−（ｎ0ωＬs／ｃ）｝〕・・・（２）
Ｌs：測定波Ｓsの光路長（測定波路ＰＴＨsの光路長）
【００６７】
参照波Ｓrの電界Ｅr（ｔ，τ）と、測定波Ｓmirrの電界Ｅmirr（ｔ）との干渉出力Ｉrr（ｔ）は（３）式のように表される。
Ｉrr（ｔ）
＝Ａ（ω）2＋Ａ（ω）2ｅｘｐ〔ｊ｛〔−（ｎ0ω／ｃ）（Ｌr−Ｌs）｝〕
＝Ａ（ω）2＋Ａ（ω）2ｅｘｐ（ｊωτ）・・・（３）
Ｉrr（ｔ）は、正弦波であり、この変動成分のフーリエ変換は、（４）式で表される。
【００６８】
Ａ（ω）Ａ（ω）*＝Ａ（ω）2・・・（４）
Ａ（ω）*：Ａ（ω）の複素共役
これにより、Ａ（ω）はウィーナー・キンチンの定理を満たす。すなわち、干渉光（ｔ）は自己相関Ｉrrを与え、（５）式に示すように、そのフーリエ変換Ｆ［Ｉrr（ｔ）］から電界スペクトルＥrr（ω）が得られることが証明される。
【００６９】
Ｅrr（ω）＝Ｆ［Ｉrr（ｔ）］・・・（５）
（Ｂ）本実施形態では、まず、干渉光（自己相関Ｉrr（ｔ））を測定しそのフーリエ変換を求める。（Ａ）で証明したように、このフーリエ変換は参照波Ｓrのパワースペクトルである。
【００７０】
〔２〕相互相関の取得、そのフーリエ変換および測定光の電界スペクトルの取得
つぎに、図８に示すように、図７の全反射ミラー１２４の位置に、表面（境界面Ｂ0）が置き換わるように被測定物体Ｏをセットする。
【００７１】
図８に示すように干渉計１２の参照ミラー１２２を走査して（遅延時間：τ）、参照波Ｓrと被測定物体Ｏからの測定光（反射光）の干渉を計測する。被測定物体Ｏは、ΔＬs1／２の間隔で隣接する２つの境界面Ｂ0，Ｂ1を持ち、境界面Ｂ0からの測定波Ｓs1の光路長（境界面Ｂ0で折り返す第１測定波路ＰＴＨs1の光路長）はＬ0、境界面Ｂ1の反射光（測定波Ｓs2）の光路長（境界面Ｂ1で折り返す第２測定波路ＰＴＨs2の路長）はＬs1（＝Ｌ0＋ΔＬs1）である。
一方、参照波Ｓrの光路長は、前述したように、Ｌr＝Ｌ0＋（ｃ／ｎ0）τである。
【００７２】
また、境界面Ｂ0，Ｂ1の間には、屈折率（複素数）がｎ1（ω）である物質で満たされているとする。被測定物体Ｏ以外の空間は、空気のようにほぼ波長に依存しない一定の屈折率ｎ0であるとする。
【００７３】
また、境界面Ｂ0，Ｂ1での振幅反射率を、それぞれとして、ｒs0+，ｒs0-，ｒs1+，で表し、境界面Ｂ0，Ｂ1での振幅透過率を、ｔs0+，ｔs0-，ｔs1+，で表す。ここで、＋は入射向きを、−は反射向き表す。
ただし、
｜ｒs0+｜≦１，｜ｒs0-｜≦１，０≦ｔs0+≦１，０≦ｔs0-≦１
｜ｒs1+｜≦１，０≦ｔs1+≦１
である。
【００７４】
この場合の参照波Ｓrの電界波形は（６）式（（１）式と同じ）で表される。
Ｅr（ｔ，τ）
＝〔Ａ（ω）／２1/2〕ｅｘｐ〔ｊ｛ωｔ−（ｎ0ωＬr／ｃ）｝〕
＝〔Ａ（ω）／２1/2〕ｅｘｐ〔ｊ｛ωｔ−（ｎ0ωＬ0／ｃ）＋ωτ｝〕・・・（６）
【００７５】
一方、被測定物体Ｏからの２つの反射光（測定波Ｓs1，Ｓs2）の電界Ｅs0（ｔ），Ｅs1（ｔ）はそれぞれ、（７）式および（８）式で表される。
Ｅs0（ｔ）＝〔ｒs0+Ａ（ω）／２1/2〕ｅｘｐ〔ｊ｛ωｔ−（ｎ0ωＬ0／ｃ）｝〕
・・・（７）
Ｅs1（ｔ）＝〔（ｔs0+ｔs0-ｒs0+）Ａ（ω）／２1/2〕
ｅｘｐ〔ｊ｛ωｔ−（ｎ0ωＬ0／ｃ）−（ｎ1（ω）ωΔＬs1／ｃ）｝〕
・・・（８）
【００７６】
低コヒーレンス光源を用いる場合、ΔＬs1がコヒーレンス長より長ければ、Ｅs0（ｔ）とＥs1（ｔ）は干渉しない。
そこで、（Ａ）参照波Ｓrの電界Ｅr（ｔ，τ）と反射光（測定波Ｓs1）の電界Ｅs0（ｔ）との干渉、（Ｂ）参照波Ｓrの電界Ｅr（ｔ，τ）と反射光（測定波Ｓs2）の電界Ｅs1（ｔ）との干渉を検討する。
【００７７】
（Ａ）参照波Ｓrと測定波Ｓs1の干渉の検討
光検出器１３１で検出される参照波Ｓrと、境界面Ｂ0からの反射波（測定波Ｓs0）干渉出力Ｉr(s0)（τ）は（９）式で表される。
【００７８】
Ｉr(s0)（τ）＝Ａ（ω）2／２＋ｒs0+2Ａ（ω）2／２
＋ｒs0+Ａ（ω）2ｃｏｓ｛−（ｎ0ω（Ｌ0−Ｌr）／ｃ｝
Ｌr＝Ｌ0＋ｃτ／ｎ0なので、
Ｉ0（τ）＝Ａ（ω）2／２＋ｒs0+2Ａ（ω）2／２＋ｒs0+Ａ（ω）2ｃｏｓ（ωτ）
・・・（９）
【００７９】
（９）式は正弦波であり、（９）式の変動成分のフーリエ変換で得られる振幅は、（１０）式で表される。
｛｜ｒs0+｜2Ａ（ω）2｝＊δ（ω）＝｜ｒs0+｜Ａ（ω）2・・・（１０）
したがって、（１０）式と、（４）式とから（１１）式が成り立つ。
Ｆ［Ｉ0（τ）］2／Ｆ［Ｉrr（τ）］＝｛ｒs0+2Ａ（ω）4｝／Ａ（ω）2
＝ｒs0+2Ａ（ω）2・・・（１１）
（１１）式は、反射係数分の損失が加わった境界面Ｂ0の反射光（測定波Ｓs1）のパワースペクトルである。
（Ｂ）参照波Ｓrと反射光（測定波Ｓs2）との干渉の検討
【００８０】
一方、本例では、試料に吸収がある場合を想定している。屈折率ｎs1re（ω）と、吸収係数ｃ／ω｛ｎs1im（ω）｝を用いて複素屈折率ｎs1（ω）は、（１２）式で表される。
【００８１】
ｎs1（ω）＝ｎs1re（ω）＋ｊｃ／ω｛ｎs1im（ω）｝・・・（１２）
（１２）式を用いて、参照波Ｓrと境界面Ｂ1からの反射光（測定波Ｓs2）との干渉出力Ｉsは、（１３）式のように表される。
【００８２】
Ｉr(s1)（τ）＝Ａ（ω）2／２＋（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）2Ａ（ω）2／２
＋（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）2Ａ（ω）2
ｃｏｓ｛ωｔ−（ｎ0ωＬ0／ｃ）−（ｎ1（ω）ωΔＬs1／ｃ）−（ｎ0ωＬr／ｃ）｝
【００８３】
Ｌr＝Ｌ0＋ｃτ／ｎ0の関係式、および（１０）式を用いると、
Ｉr(s1)（τ）＝Ａ（ω）2／２＋（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）2Ａ（ω）2／２
＋（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）2Ａ（ω）2
〔（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）Ａ（ω）2ｅｘｐ｛−ｎs1im（ω）ΔＬs1｝〕
ｃｏｓ（ωτ）ｃｏｓ（−ｎs1re（ω）ΔＬs1／ｃ）
・・・（１３）
【００８４】
（１３）式の変動成分をフーリエ変換すると、振幅Ａsが（１４）式により、位相φsが（１５）式により求められる。
Ａs（ω）＝〔（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）Ａ（ω）2ｅｘｐ｛−ｎs1im（ω）ΔＬ1｝〕・・・（１４）
【００８５】
φs（ω）＝−ｎs1re（ω）ΔＬs1／ｃ・・・（１５）
反射光Ｅ2のパワースペクトルは、式（１６）として求められる。
Ｆ［Ｉs（τ）］2／Ｆ［Ｉrr（τ）］
＝（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）2Ａ（ω）2ｅｘｐ｛−２ｎs1im（ω）ΔＬs1｝・・・（１６）
すなわち、（１６）式は、吸収係数の波長依存性と、厚さにしたがって元のスペクトルが減衰することを意味する。
【００８６】
さらに、（１４）式の振幅Ａ1（ω）を元の光源のパワースペクトルで割って対数を計算すれば、その実部（（１７）式）により、距離に比例した強度で吸収スペクトルが得られ、またその虚部（（１８）式）により、屈折率も得られる。
ｎs1re（ω）＝−φs（ω）・ｃ／（ωΔＬs1）・・・（１７）
ｎs1im（ω）＝（１／ΔＬs1）ｌｏｇe〔Ａ1（ω）／｛（ｔs0+ｔs0-ｒs1+）Ａ（ω）2｝〕
・・・（１８）
【００８７】
さらに、ｎs1re（ω）が波長に依存しないｎs1reに近似できる場合には、群遅延を得ることができる。すなわち、（１３）式の位相φ1（ω）をωで微分し、位相スペクトルの傾きを計算すれば、式（１７）式の群遅延が得られる。
ｄφ1（ω）／ｄω＝−ｎs1reΔＬs1・・・（１９）
これは、境界面Ｂ1の反射で得られる相関波形の横軸τが、境界面Ｂ0から得られる波形からずれていることを示し、試料に吸収がない場合でも相互相関波形を計測していることを示す。
【００８８】
次に、図９に示すように、境界面を３つ以上（Ｂ0，Ｂ1，・・・，ＢN）を持つ被測定物体Ｏについての測定について説明する。この測定においては、図１０（Ａ）に示すような、干渉波が測定されたものとする。
【００８９】
まず、この場合には、図１０（Ｂ）に示すように、境界面Ｂ0の反射により得られる干渉波形（時間軸τ上の位置τ0参照）を決定するとともに（（Ｂ−１）参照）、境界面Ｂ1の反射により得られる干渉波形も決定する（（Ｂ−２）参照）。
次に、図１０（Ｃ）に示すように、これらの干渉波形から、境界面Ｂ0，Ｂ1間で生じる多重反射によるゴースト（すなわち、複数の干渉波形）を、見つもること（取得すること、すなわちアサインすること）ができる。
【００９０】
次に、図１０（Ｄ）に示すように、検出した干渉波形から、境界面Ｂ0およびＢ1からの反射波と、前述した境界面Ｂ0，Ｂ1間で生じた多重反射によるゴーストを演算により除去する。
この除去結果の中から、τ0に最も近い干渉波形を３番目の境界面Ｂ3による、一度だけ反射された干渉波形として見つもること（取得すること、すなわちアサインすること）ができる。
以下同様に、４番目，５番目，・・・，Ｎ番目の境界面Ｂ3，Ｂ4，Ｂ5，・・・，ＢNによる干渉波形を見積もることができる。
≪第２実施形態≫
【００９１】
図１０から図１６により、本発明の物体測定装置２００の第２実施形態を説明する。第１実施形態では、参照波Ｓrの電界スペクトルを、被測定物体Ｏの位置に全反射ミラー１２４をセットし、参照波Ｓrを測定し干渉光（自己相関Ｉrr（ω））をフーリエ変換して電解スペクトルＥr（ω）を求めたが、全反射ミラー１２４を使用せずに、参照波Ｓrの電界スペクトルＥr（ω）を直接求めることができる。
すなわち、本実施形態では、参照波Ｓrの電界スペクトルを求め、これと参照波Ｓrと測定波Ｓsとの相互相関とから測定波Ｓsの電界スペクトルを求め、被測定物体の空間情報，エネルギー構造情報，屈折率，透過率，反射率等を取得する。
〈第１構成例〉
【００９２】
図１０において物体測定装置２００は、図３および図４で説明した物体測定装置２００を具体化したもので、属性特定装置２３は、光検出器２３１と、演算処理部２３２と、電界スペクトル測定部２３３と、ビームスプリッタ２３４とからなる。
【００９３】
図１０において、属性特定装置２３は、参照波Ｓrに含まれる参照波成分ｓr1，ｓr2，・・・，ｓrq（周波数の低い順に並べてある）中の２つの参照波成分ｓrm，ｓrn（典型的には、ｎ＝ｍ＋１）ついて、相対位相および振幅を検出する処理を、参照波成分の組み合わせを変えて直列的に行う（シリアル処理する）。
【００９４】
図３および図４で説明したように、本構成例では電界スペクトル測定部２３３は、補助信号生成部２３３１と、相対位相検出部２３３２と、振幅検出部２３３３と、周波数選択部２３３４とを備えている。また、演算処理部２３２は、演算器２３２１とメモリ２３２２とを備えている。
【００９５】
本構成例では、電界スペクトル測定部２３３により、参照波Ｓrの電界スペクトルＥｒ（ω）を測定する場合には、被測定物体Ｏの位置に光吸収板２２４をセットしておき、光検出器２３１が参照波Ｓrのみを検出できるようにしておく。そして、電界スペクトル測定部２３３はビームスプリッタ２３４を介して参照波Ｓrを取り込む。
【００９６】
周波数選択部２３３４は、参照波Ｓrに周波数成分として含まれる周波数が異なる複数の参照波成分ｓr1，ｓr2，・・・，ｓrqの中から２つを選択する。この選択した参照波成分をｓrm，ｓrnとする。なお、ｓr1，ｓr2，・・・，ｓrqは、離散的な値として任意に決定することができ、ｓrm，ｓrnは周波数が隣接した２つの参照波成分である。
【００９７】
補助信号生成部２３３１は、周波数中間値が参照波成分ｓrm，ｓrnの周波数の間に設定され、周波数間隔が２つの参照波成分ｓrm，ｓrnの周波数間隔と同一の２つの補助信号ｕam，ｕanを生成する。
相対位相検出部２３３２は、参照波成分ｓrm，ｓrnと補助信号ｕam，ｕanから、参照波成分ｓrm，ｓrnの相対位相を検出する。
【００９８】
振幅検出部２３３３は、参照波成分ｓrm，ｓrnと補助信号ｕamとから参照波成分ｓrmの振幅Ａrmを検出し、参照波成分ｓrm，ｓrnと補助信号ｕamとから参照波成分ｓrnの振幅Ａrnを検出する。
【００９９】
これら相対位相の検出および振幅の検出は、多数の参照波成分ｓrm，ｓrnの組について行われ、演算器２３２１は、これらの検出結果を順次取り込み、メモリ２３２２に記録し、これらの記録結果から参照波Ｓrの電界スペクトルＥｒ（ω）を演算することができる。
そして、図４で説明したように、参照波Ｓrと測定波Ｓsとの相互相関を測定して、これをフーリエ変換すること測定波Ｓsの電界スペクトルＥｒ（ω）を求めることができるし、被測定物体Ｏの種々の属性を測定することができる。
【０１００】
図１１に、相対位相検出部２３３２と、振幅検出部２３３３の構成を示す。相対位相検出部２３３２は、合波器（ＣＰ）と、フォトダイオード（ＰＤ）と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と、デバイダ（ＤＶ）と、ミキサ（ＭＸ）と、相対位相演算部（ＲＰＰ）とからなる。
【０１０１】
本構成例では、参照波成分ｓrm，ｓrnは（３３）式，（３４）式のように表されるものとする。
ｓrm＝Ａrmｅｘｐ｛ｊ（ωrmｔ−φrm）｝・・・（３３）
ｓrn＝Ａrnｅｘｐ｛ｊ（ωrnｔ−φrn）｝・・・（３４）
ここで、Ａrm，Ａrnはｓrm，ｓrnの振幅、ωrm，ωrnはｓrm，ｓrnの周波数、φrm，φrnはｓrm，ｓrnの位相である。
φrn−φrmは未知である。なお、φrm，φrnの一方が既知であることもあるが、通常は、φrm，φrnの双方が未知である。
【０１０２】
補助信号生成部２３３１が生成する補助信号ｕam，ｕanは（３５）式，（３６）式のように表されるものとする。
ｕam＝Ａamｅｘｐ｛ｊ（ωamｔ−φam）｝・・・（３５）
ｕam＝Ａanｅｘｐ｛ｊ（ωanｔ−φan）｝・・・（３６）
ここで、Ａam，Ａanはｕam，ｕanの振幅、ωam，ωanはｕam，ｕanの周波数、φam，φanはｓam，ｓanの位相である。
【０１０３】
補助信号ｕam，ｕanの周波数間隔ΩDは、図１４に示すように参照波成分ｓrm，ｓrnの周波数間隔と同一であり、補助信号ｕamの周波数ωamと参照波成分ｓrnの周波数ωrnの中間値（ωan−ωam）／２が２つの参照波成分ｓrm，ｓrnの周波数の間（ωrmからωrnの間）に設定されている。
本構成例では、参照波成分ｓrmと補助信号ｕamとの周波数差（あるいは、参照波成分ｓrnと補助信号ｕanとの周波数差）をΔω、すなわち、Δω＝ωrm−ωam＝ωrn−ωanとすると、ΔωとΩDとの間には、（３７）式の関係が成立している。
｜Δω｜＜｜ΩD｜／２・・・（３７）
【０１０４】
補助信号ｕam，ｕanは（３８）式，（３９）式のように表される。
ｕam＝Ａamｅｘｐ〔｛ｊ（ωrm−Δω）ｔ−φam｝〕・・・（３８）
ｕan＝Ａanｅｘｐ〔｛ｊ（ωrm−Δω）ｔ−φan｝〕・・・（３９）
【０１０５】
相対位相検出部２３３２は、ｓrm，ｓrnを、光分岐器ｃ１を介して取得し、これらの参照波成分ｓrm，ｓrnと補助信号ｕam，ｕanとから、周波数が低い参照波成分ｓrmと周波数が低い補助信号ｕamとのビート信号ＢＴ1、および周波数が高い参照波成分ｓrnと周波数が高い補助信号ｕamとのビート信号ＢＴ2を生成する。そして、これら２つのビート信号の乗算信号を生成する。
【０１０６】
合波器ＣＰは、２つの参照波成分ｓrm，ｓrnと２つの補助信号ｕam，ｕanとを合波し、合波信号を生成する。そして、この合波信号をフォトダイオード（ＰＤ）により光電変換する。
【０１０７】
フォトダイオード（ＰＤ）の出力には、参照波成分ｓrmと補助信号ｕamとのビート信号ＢＴ1、および参照波成分ｓrnと補助信号ｕamとのビート信号ＢＴ2が含まれる。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）は、これらのビート信号の中から、ビート信号ＢＴ1とＢＴ2（周波数Δω）を抽出する。
【０１０８】
参照波成分ｓrmと補助信号ｕamとにより生じる周波数Δωのビート信号をＢＴ1、参照波成分ｓrnと補助信号ｕamとにより生じる周波数Δωのビート信号をＢＴ2でそれぞれ示すと、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の出力には、（４０）式で示す項が含まれる。
２ＡrmＡamｃｏｓ｛Δωｔ＋（φrm−φam）＋ｃｎｓｔ1｝］
＋２ＡrnＡanｃｏｓ｛Δωｔ＋（φrn−φan）＋ｃｎｓｔ2｝］・・・（４０）
ここで、
ｃｎｓｔ1＝（２π／ｃ）×〔ωrmｎrＬr−ωamｎaＬa〕
ｃｎｓｔ2＝（２π／ｃ）×〔ωrnｎrＬr−ωanｎaＬa〕
ｃ：光速
ｎr：参照波路の屈折率
ｎa：補助信号路の屈折率
Ｌr：参照波路長
Ｌa：補助信号路長
【０１０９】
（４０）式の第１項はビート信号ＢＴ1の要素であり、第１項はビート信号ＢＴ2の要素である。
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）の出力、すなわちビート信号ＢＴ2は、デバイダ（ＤＶ）により２つのパスに分けられ、ミキサ（ＭＸ）により乗算される。
【０１１０】
ミキサ（ＭＸ）の出力（乗算信号ＭＰＬ）は（４１）式のように表される。なお、簡単のためにφan＝φamとしてある。
ＭＰＬ＝（Ａrm2Ａam2＋Ａrn2Ａan2）／２
＋ＡrmＡrnＡamＡanｃｏｓ（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1）
＋Ｒ（Δωｔ）・・・（４１）
【０１１１】
（４１）のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1は、（４２）式で表される。
ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1
＝（２π／ｃ）
×〔（ωrnｎr−ωrmｎr）Ｌr−（ωamｎa−ωanｎa）Ｌa〕・・・（４２）
【０１１２】
（４１）式におけるＲ（Δωｔ）は、ビート周波数と時間との積に依存する関数である。
相対位相演算部（ＲＰＰ）は、以下に述べるように（（４３）式，（４４）式参照）、乗算信号ＭＰＬの直流成分を取り出し、この直流成分から検出系により定まる定数を取り除き、２つの参照波成分ｓrm，ｓrnの相対位相（φrn−φrm）を検出する。
【０１１３】
乗算信号ＭＰＬの直流成分ＤＣは、（４１）式から、次のように表される。
ＤＣ＝（Ａrm2Ａam2＋Ａrn2Ａan2）／２
＋ＡrmＡrnＡamＡanｃｏｓ〔（φrm−φrn）＋（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1）〕・・・（４３）
【０１１４】
この式からコサイン部分のみを取り出し正規化すると、正規化直流成分ＤＣNMLは（４４）式のように表される。なお、ＡrmＡrnＡamＡanは、予め測定された値である。
ＤＣNML＝ｃｏｓ〔（φrn−φrm）＋（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1）〕・・・（４４）
【０１１５】
この正規化直流成分ＤＣNMLから位相に依存しない要素（検出系により定まる定数（ｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1））を除去することで２つの参照波成分ｓrm，ｓrnの相対位相Φr（＝（φrn−φrn））が求められる。なお、（４４）式では、オフセット分（１／２）を省略して示してある。
【０１１６】
図１５に、正規化直流成分ＤＣNMLと相対位相Φrとの関係を示す。図１５に示すように、相対位相演算部（ＲＰＰ）は、通常、あるＤＣNMLについて、みかけ上２つの相対位相Φr（１），Φr（２）を検出する。Φr（１）は０〜π〔ｒａｄ〕の間にあり、Φr（２）はπ〜２π〔ｒａｄ〕の間にある。
【０１１７】
通常、参照波成分ｓrm，ｓrnの相対位相が０〜π〔ｒａｄ〕の間にあるのか、π〜２π〔ｒａｄ〕の間にあるのかがわからない。この場合には、図示はしないが、参照波路上または補助信号路上の何れかの箇所に信号路長変調部を設けることができるし、補助信号生成部２３３１の内部に信号路長変調部を設けることもできる。
【０１１８】
図１５に示した２つの「みかけ上の相対位相」Φr（１），Φr（２）のうちの一方を、「真の相対位相」として特定することができる。たとえば、補助信号路長Ｌaを微小距離長くしたとすると、（４２）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が小さくなり、補助信号路長Ｌaを微小距離短くすると、（４２）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が大きくなる。
【０１１９】
また、参照波路長Ｌrを微小距離長くすると、（４２）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が大きくなり、逆に参照波路長Ｌrを微小距離短くすると、（４２）式のｃｎｓｔ2−ｃｎｓｔ1の値が小さくなる。
【０１２０】
たとえば、ＤＣNMLの値がγであり、みかけ上、ΦA（１），ΦA（２）の２つの相対位相が検出されたとする（図１５参照）。
この場合に、補助信号路長ＬaをＬa＋ΔＬ（ΔＬ＞０）に変化させたとする。この場合、図１６（Ａ）に示すように、信号路長特性はＬa（実線）からＬa＋ΔＬ（破線）に変化する。このとき、ＤＣNMLがγ（１）に減少したとすれば、Φr（１）が「真の相対位相」であると判定できるし、ＤＣNMLがγ（２）に増加したとすれば、Φr（２）が「真の相対位相」であると判定できる。
【０１２１】
また、補助信号路長ＬaをＬa＋ΔＬ（ΔＬ＜０）に変化させたとする。この場合、図１５（Ｂ）に示すように、信号路長特性はＬa（実線）からＬa＋ΔＬ（破線）に変化する。このとき、ＤＣNMLがγ（１）に減少したとすれば、Φr（２）が「真の相対位相」であると判定できるし、ＤＣNMLがγ（２）に増加したとすれば、Φr（１）が「真の相対位相」であると判定できる。
〈第２構成例〉
【０１２２】
図１２の物体測定装置２００は、図３および図４で説明した物体測定装置２００において周波数選択部を不要としたものである。属性特定装置２３は、光検出器２３１と、演算処理部２３２と、電界スペクトル測定部２３３と、ビームスプリッタ２３４とからなる。
【０１２３】
図１２において、属性特定装置２３は、参照波Ｓrから、周波数成分が異なる参照波成分ｓr1，ｓr2，・・・，ｓrN（周波数の低い順に並べてある）を一括して抽出し、これらの中の２つの参照波成分ｓrm，ｓrn（典型的には、ｎ＝ｍ＋１）の組について、相対位相および振幅を検出する処理を、参照波成分の組み合わせを変えて並列的に行う（パラレル処理する）。
【０１２４】
属性特定装置２３は、光検出器２３１と、演算処理部２３２と、電界スペクトル測定部２３３とからなる。
本構成例では電界スペクトル測定部２３３は、補助信号生成部２３３１と、相対位相検出部２３３２と、振幅検出部２３３３と、周波数分解部２３３５を備えている。また、本構成例では、演算処理部２３２は、演算器２３２１とメモリ２３２２とを備えている。
【０１２５】
本構成例では、第１構成例と同様、電界スペクトル測定部２３３により、参照波Ｓrの電界スペクトルＥｒ（ω）を測定する場合には、被測定物体Ｏの位置に光吸収板２２４をセットしておき、光検出器２３１が参照波Ｓrのみを検出できるようにしておく。そして、電界スペクトル測定部２３３はビームスプリッタ２３４を介して参照波Ｓrを取り込む。
周波数分解部２３３５は、参照波Ｓrに周波数成分として含まれる周波数が異なる複数の参照波成分ｓr1，ｓr2，・・・，ｓrqを生成する。
【０１２６】
補助信号生成部２３３１は、周波数中間値が隣接する２つの参照波成分の周波数の間に設定され、周波数間隔がこれら２つの参照波成分の周波数間隔と同一の２つの補助信号ｕa1，ｕa2，・・・，ｕqを生成する。
相対位相検出部２３３２は、隣接する２つの参照波成分ｓrk，ｓr(k+1)と補助信号ｕak，ｕa(k+1)との合波から、参照波成分ｓrk，ｓr(k+1)の相対位相を検出する。本構成例では、ｋ＝１，２，・・・，ｑ−１としたときの、（ｑ−１）個の相対位相が同時に検出できる。
【０１２７】
振幅検出部２３３３は、相対位相検出部２３３２における処理信号から参照波成分ｓrkの振幅Ａrkを検出する。本構成例では、ｋ＝１，２，・・・，ｑとしたときのｑ個の振幅を同時に検出できる。
演算器２３２１は、これら相対位相の検出結果および振幅の検出結果を取り込み、メモリ２３２２に記録し、これらの記録結果から参照波Ｓrの電界スペクトルＥｒ（ω）等を演算することができる。
【０１２８】
すなわち、図４で説明したように、参照波Ｓrと測定波Ｓsとの相互相関を測定して、これをフーリエ変換すること測定波Ｓsの電界スペクトルＥｒ（ω）を求めることができるし、被測定物体Ｏの種々の属性を測定することができる。
図１３に、相対位相検出部２３３２と、振幅検出部２３３３の構成を示す。相対位相検出部２３３２は、ｑ出力のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、出力側に設けたフォトダイオード（ＰＤ）の群ＰＤＧと、ＰＤＧの出力信号からそれぞれ２つの信号を選択する信号選択回路（ＳＬＣＴ）と、ＳＬＣＴの出力信号を乗算する（ｑ−１）個のミキサの群（ＭＩＸＧ）と、ＭＩＸＧの出力信号を入力して相対位相を検出する相対位相演算部（ＲＰＰ）とを備えている。
【０１２９】
本実施形態では、信号選択回路ＳＬＣＴには、ｓr1とｕa1とのビート信号ＢＴ1，ｓr2とｕa2とのビート信号ＢＴ2，・・・，ｓrqと補助信号ｕaqとのビート信号ＢＴ2が入力される。信号選択回路ＳＬＣＴは、（Ｂ1とＢ2），（Ｂ2とＢ3），（Ｂ3とＢ4），・・・，（ＢN-1，ＢN）のように、ビート信号を「重複を許して」選択することで、全てのビート信号は、位相を介して関連付けられる。
【０１３０】
ミキサ群ＭＩＸＧを構成する（Ｎ−１）個のミキサは、２つのビート信号を乗算して、乗算信号（ｋ番目のビート信号とｋ＋１番目のビート信号との乗算信号）を、相対位相演算部ＲＰＰの第１相対位相演算部，第２相対位相演算部，・・・，第（ｑ−１）相対位相演算部に送出する。
【０１３１】
第ｋ相対位相演算部（ｋ＝１，２，・・・，ｑ−１）では、ＭＩＸＧの各乗算信号の直流成分から、検出系により定まる定数を取り除き、２つのビート信号の生成の基礎となった２つの参照波成分ｓrk，ｓr(k+1)の相対位相（φr(k+1)−φrk）を検出することができる。
【０１３２】
振幅検出部２３３３は、第１振幅演算部，第２振幅演算部，・・・，第ｑ振幅演算部からなり、ｋ番目のビート信号の振幅から参照波成分ｓrkの振幅Ａrkを検出することができる。
上記した相対位相φr(k+1)−φrkおよび振幅Ａrkは、演算処理部２３２のメモリ２３２２に電界スペクトルＥｒ（ω）として記憶される。
【０１３３】
本例では、ＡＷＧ３２１を用いてビート信号の生成、ビート信号の乗算、相対位相の検出処理および振幅検出をパラレルに行っているので高速の演算が可能である。
【０１３４】
本構成例でも物体測定装置２００でも、構成例１と同様、相対位相の解が２つ生じることがある。この場合にも、構成例１で説明したと同様、信号路長変調部により信号路長（光路長)を変調することで「真の相対位相」を判定することが判定できる。
【０１３５】
【符号の説明】
【０１３６】
５，６，７，８，１２，２２  干渉計
１１，２１，５１，６１，７１，８１    光源
１３，２３  属性特定装置
２４，５４，６４，７４，８４，１３１，２３１  光検出器
４２，７２，７５，１２１，２２１，２３２４  ビームスプリッタ
４９，５９，６９，７９  移動ステージ
５３，６３，７３，８３  変調器
１００，２００  物体測定装置
１２２，２２２  参照ミラー
１２３，２２３  参照ミラー駆動部
１２４  全反射ミラー
１３２，２３２  演算処理部
２２４  光吸収板
２３３  電界スペクトル測定部
３２１  ＡＷＧ
３５３，５２２，５５１，５５２，５５３，６２１，６５１，６５２，７５１，７５３，８５１，８５２，８５３  レンズ系
５２１，５２２，６２１，６２３，６３２  ビームスプリッタ
５３２，６３２，７３２，７３３，８３２  シリンドリカルレンズ
５３３，６３３，８３３  変調ミラー
１３２１，２３２１  演算器
１３２２，２３２２  メモリ
２３３１  補助信号生成部
２３３２  相対位相検出部
２３３３  振幅検出部
２３３４  周波数選択部
２３３５  周波数分解部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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