(57)【要約】【課題】  光コヒーレンストモグラフィーにより物体の表面プロファイルまたは透光性物体の厚さを測定する装置において、測定精度を変えることなく、干渉光の強度がピークになるタイミングを高速で求めることができるようにする。【解決手段】  光路長可変装置４０による光路長の変化に同期させて、光ヘッド２０から出射する測定光の焦点位置を変化させることで、干渉光の強度に相当する受光信号のピーク強度を略一定にする。受光信号のピーク強度より小さい検出レベルを適切に設定し、受光信号が検出レベルと交差する２つの交差タイミングから受光信号がピークになるタイミングを、光路長可変装置４０による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間としてデータ処理装置７０で検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したレーザ光を設定した光路を経由して出射し、前記光路の光路長を変化させる光路長可変装置と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して測定光と参照光にし、前記測定光を測定対象物に対物レンズを介して照射して反射させた後、前記測定光と前記参照光とを合成して干渉光とし、前記干渉光を受光光量に相当する強度の受光信号を出力する受光器に導く光学系であって、前記測定光又は前記参照光のどちらか一方を、前記光路長可変装置を経由させる光学系と、
前記光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、前記測定光の前記対物レンズによる焦点位置を前記測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、
前記測定対象物を、前記測定対象物に照射される測定光に対して相対的に、移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記受光器が出力する受光信号の強度がピークとなる前記測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを、前記光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、前記対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、前記検出レベルを前記受光信号が交差する２つの交差タイミングを検出し、前記検出した２つの交差タイミングから前記対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段と、
前記ピークタイミング検出手段が検出した、それぞれの移動位置における対象ピークタイミングを用いて、前記測定対象物の表面プロファイルを計算する計算手段とを備えた表面プロファイル測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、
前記ピークタイミング検出手段は、検出した２つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、前記ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて前記検出レベルを設定し直すことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記焦点位置変化手段は、前記ピークタイミング検出手段が検出した対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングと終了する終了タイミングとを設定し、設定後に前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の対象ピークタイミングと前記開始タイミングと終了タイミングの設定時における対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、前記最新の対象ピークタイミングに基づいて、前記開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記対物レンズに測定光が入射する前に、前記測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、
前記焦点位置変化手段は、前記リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であることを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項５】
入射したレーザ光を設定した光路を経由して出射し、前記光路の光路長を変化させる光路長可変装置と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して測定光と参照光にし、前記測定光を透光性物体である測定対象物に対物レンズを介して照射して反射させた後、前記測定光と前記参照光とを合成して干渉光とし、前記干渉光を受光光量に相当する強度の受光信号を出力する受光器に導く光学系であって、前記測定光又は前記参照光のどちらか一方を、前記光路長可変装置を経由させる光学系と、
前記光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、前記測定光の前記対物レンズによる焦点位置を前記測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、
前記測定対象物を、前記測定対象物に照射される測定光に対して相対的に、移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記受光器が出力する受光信号の強度がピークとなる前記測定対象物の表面に対応する第１の対象ピークタイミングと前記測定対象物の裏面に対応する第２の対象ピークタイミングとを、前記光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、前記第２の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、前記検出レベルを前記受光信号が交差する第１の２つの交差タイミングと第２の２つの交差タイミングを検出し、前記検出した第１の２つの交差タイミングから前記第１の対象ピークタイミングを検出し、前記検出した第２の２つの交差タイミングから前記第２の対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段と、
前記ピークタイミング検出手段が検出した、それぞれの移動位置における第１と第２の対象ピークタイミングを用いて、前記測定対象物の厚さを計算する計算手段とを備えた透光性物体厚さ測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記第２の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、
前記ピークタイミング検出手段は、検出した第２の２つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、前記ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて前記検出レベルを設定し直すことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記焦点位置変化手段は、前記ピークタイミング検出手段が検出した第１の対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングを設定するとともに、前記ピークタイミング検出手段が検出した第２の対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を終了する終了タイミングを設定し、設定後に前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の第１の対象ピークタイミングと前記開始タイミングの設定時における第１の対象ピークタイミングとの差、又は前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の第２の対象ピークタイミングと前記終了タイミングの設定時における第２の対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、前記最新の第１と第２の対象ピークタイミングに基づいて、前記開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記対物レンズに測定光が入射する前に、前記測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、
前記焦点位置変化手段は、前記リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であることを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）により物体の表面プロファイルを測定する装置、および光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体の厚さを測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンストモグラフィーは、低コヒーレンス光を２つに分割し、片方を検査対象物に測定光として入射して反射させ、他方を参照光としてミラーで反射させて、双方の反射光を干渉させ、測定光または参照光の光路長を変化させて、光路長の変化量に対する干渉光の強度変化を測定することで、検査対象物を検査する手法である。この手法は人体（特に眼底）の断面方向像を検出することに用いられることが多いが、下記特許文献１又は下記特許文献２に示されているように、測定光の照射位置ごとに干渉光の強度がピークになるタイミングを時間又は光路長変化量として検出し、物体表面のプロファイルや、透光性物体の厚さ分布を測定することもできる。この手法において、下記特許文献２に示されているように、光路長を変化させる装置（以下、光路長可変装置という）として、円盤上に９０°の角度をなすミラーや９０°の角度があるプリズムまたはレトロリフレクタ（以下、総称して三角状反射体という）を配置し、円盤を回転させて光を三角状反射体で反射させる装置を用いれば、高速掃引が可能であり、物体表面のプロファイルや、透光性物体の厚さ分布を高速で測定することができる。また、下記特許文献２に示されているように、測定光を対物レンズにより集光すれば微少な箇所の値を得ることができ、干渉光の強度に相当する信号をＡ／Ｄ変換して瞬時値のデジタルデータを取得し、プログラム処理により干渉光の強度がピークになるタイミングを求めれば、測定対象物表面に対する測定光の焦点位置が変動して、又は測定対象物の反射率が変化して、干渉光のピーク強度が変化しても、精度よく測定を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３４５４０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２１８１１号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、瞬時値のデジタルデータを処理してピークになるタイミングを求める方法には、データ数が多いため、値が得られるまでに時間がかかるという問題がある。このため、光路長可変装置の円盤の回転を高速にし、測定光の照射位置の移動を高速にすることで測定の高速化を図っても、データ処理に時間がかかり、思うように高速化できないという問題がある。
【０００５】
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、光コヒーレンストモグラフィーにより物体の表面プロファイルを測定する装置および透光性物体の厚さを測定する装置において、測定精度を変えることなく、干渉光の強度がピークになるタイミングを高速で求めることができ、測定の高速化を図ることができる装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、光コヒーレンストモグラフィーにより測定対象物の表面プロファイルを測定する装置において、光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、測定光の対物レンズによる焦点位置を測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、干渉光の強度に相当する受光信号の強度がピークとなる測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを、光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する２つの交差タイミングを検出し、検出した２つの交差タイミングから対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段とを備えたことにある。
【０００７】
これによれば、光路長の変化に同期して測定光の焦点位置が測定光の光軸方向に変化するので、測定対象物の表面の位置によらず、測定対象物の表面で測定光と参照光の光路長が等しくなるときは測定対象物の表面に測定光の焦点が合っており、干渉光のピーク強度すなわち受光信号のピーク強度は略一定になる。よって、ピーク強度より小さい検出レベルを適切に設定し、受光信号が検出レベルを交差する２つの交差タイミングを検出すれば、これから測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを精度よく求めることができる。そして、２つの交差タイミングデータから対象ピークタイミングを求めているので、データ処理は短時間で済み、測定を高速で行うことができる
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、ピークタイミング検出手段は、検出した２つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて検出レベルを設定し直すことにある。
【０００９】
これによれば、測定対象物ごとに表面の反射率が異なっていても、又は測定対象物の表面の反射率が場所ごとに異なっていても、検出レベルを適切な値に設定することができるので、測定精度を変えることなく高速で測定を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、焦点位置変化手段は、ピークタイミング検出手段が検出した対象ピークタイミングに基づいて、測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングと終了する終了タイミングとを設定し、設定後にピークタイミング検出手段が検出する最新の対象ピークタイミングと開始タイミングと終了タイミングの設定時における対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、最新の対象ピークタイミングに基づいて、開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことにある。
【００１１】
これによれば、測定光の焦点位置を光路長の変化に同期させて変化させる範囲を、測定対象物の表面を中心とした上下の微小範囲のみにすることができるので、焦点位置変化手段にかかる負荷を必要最小限にすることができる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、対物レンズに測定光が入射する前に、測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、焦点位置変化手段は、リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であるようにしたことにある。
【００１３】
これによれば、対物レンズを光軸方向に駆動させて測定光の焦点位置を変化させるよりも、焦点位置の変化を速く行うことができるので、より高速に測定を行うことができる。
【００１４】
さらに、本発明は、光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体の厚さを測定する装置にも適用できるものである。この場合、前述した表面プロファイルを測定する装置と異なる点は以下の点である。１つ目は、測定光は測定対象物の表面と裏面にて反射するため、ピークタイミング検出手段は、測定対象物の表面に対応する第１の対象ピークタイミングと測定対象物の裏面に対応する第２の対象ピークタイミングとを検出する手段であって、第２の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する第１の２つの交差タイミングと第２の２つの交差タイミングを検出し、検出した第１の２つの交差タイミングから第１の対象ピークタイミングを検出し、検出した第２の２つの交差タイミングから第２の対象ピークタイミングを検出する点である。検出レベルを第２の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さくするのは、測定対象物の裏面で反射して戻る測定光の方が表面で反射して戻る測定光よりも小さく、ピーク強度は第１の対象ピークタイミングより第２の対象ピークタイミングの方が小さいためである。
【００１５】
２つ目に異なる点は、ピーク信号強度検出手段は第２の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出し、ピークタイミング検出手段は、検出した第２の２つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて検出レベルを設定し直す点である。
【００１６】
３つ目に異なる点は、焦点位置変化手段は、ピークタイミング検出手段が検出した第１の対象ピークタイミングに基づいて、測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングを設定するとともに、ピークタイミング検出手段が検出した第２の対象ピークタイミングに基づいて、測定光の焦点位置の変化を終了する終了タイミングを設定し、設定後にピークタイミング検出手段が検出する最新の第１の対象ピークタイミングと開始タイミングの設定時における第１の対象ピークタイミングとの差、又はピークタイミング検出手段が検出する最新の第２の対象ピークタイミングと終了タイミングの設定時における第２の対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、最新の第１と第２の対象ピークタイミングに基づいて、開始タイミングと終了タイミングとを設定し直す点である。これ以外の点は、測定対象物の表面プロファイルを測定する装置と同等である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用された表面プロファイル測定装置の全体構成図である。
【図２】回転角度に対する光路長変化量と、回転角度に対するレンズの駆動信号の強度とを対比させて示した図である。
【図３】干渉光の強度がピークになるタイミングを検出する方法を視覚的に示した図である。
【図４】表面プロファイル測定装置のデータ処理装置内にある距離計算回路によって実行されるプログラムのフローチャートである。
【図５】表面プロファイル測定装置のコントローラによって実行されるプログラムのフローチャートである。
【図６】表面プロファイル測定装置のコントローラによって実行されるもう１つのプログラムのフローチャートである。
【図７】本発明が適用された表面プロファイル測定装置の変形例におけるデータ処理装置の構成図である。
【図８】本発明が適用された透光性物体厚さ測定装置において、回転角度に対する光路長変化量と、回転角度に対するレンズの駆動信号の強度とを対比させて示した図である。
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態として、本発明が適用された表面プロファイル測定装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明が適用された表面プロファイル測定装置の全体構成図である。表面プロファイル測定装置は、測定部１０、光ヘッド２０、光路長可変装置４０、ステージ駆動装置５０、データ処理装置７０、各種回路およびコンピュータ装置９０から構成され、ステージ駆動装置５０のステージ５１に載置した測定対象物ＯＢの表面プロファイルを測定する装置である。作業者は、ステージ５１に測定対象物ＯＢを載置した後、コンピュータ装置９０の入力装置９２から測定開始の指令を入力すると、コンピュータ装置９０のコントローラ９１とデータ処理装置７０の距離計算回路７５が実行するプログラムにより自動で測定対象物ＯＢの表面プロファイルが実行され、測定結果がコンピュータ装置９０の表示装置９３に表示される。以下、各装置ごとに説明を行う。
【００１９】
ステージ駆動装置５０は、測定対象物ＯＢを載置固定するステージ５１と、ステージ５１をＸ方向（図１においては左右方向）に移動させるＸ方向フィードモータ５２と、ステージ５１をＹ方向（図１においては紙面垂直方向）に移動させるＹ方向フィードモータ５３とを備えている。Ｘ方向とＹ方向は、ステージ５１の載置面と平行な一つの方向であって、互いに直交する方向である。ステージ駆動装置５０は、Ｘ方向フィードモータ５２の出力軸に連結されたねじ送り機構５４、および、Ｙ方向フィードモータ５３の出力軸に連結されたねじ送り機構（図示略）により、それぞれのフィードモータ５２，５３を回転させることによりステージ５１をＸ方向とＹ方向とに移動させるＸＹステージである。
【００２０】
Ｘ方向フィードモータ５２内には、同モータ５２の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ５２ａが組み込まれている。この回転信号は、Ｘ方向フィードモータ５２が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、回転方向を識別するために互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。回転信号は、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２とＸ方向位置検出回路６４とに出力される。
【００２１】
Ｘ方向位置検出回路６４は、エンコーダ５２ａからの回転信号のパルス数をＸ方向フィードモータ５２の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ５１のＸ方向位置を検出し、Ｘ方向位置（以下、単にＸ位置と呼ぶ）を表す信号をコントローラ９１に出力する。Ｘ位置は、後述する光ヘッド２０に対するステージ５１のＸ方向の相対位置を表すため、光ヘッド２０から測定対象物ＯＢに照射される測定光の照射位置のＸ座標値として扱われる。なお、測定光の照射位置とは、光ヘッド２０が測定光を集光して照射できる位置であって、実際に測定光が測定対象物ＯＢに照射されているか否かは問われない。
【００２２】
Ｘ方向位置検出回路６４におけるカウント値の初期設定は、電源投入時にコントローラ９１の指示によって行われる。すなわち、コントローラ９１は、電源投入時に、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２にステージ５１のＸ方向限界位置への移動、および、Ｘ方向位置検出回路６４に初期設定を指示する。この指示により、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２は、Ｘ方向フィードモータ５２を回転させてステージ５１をＸ方向限界位置に移動させる。このＸ方向限界位置は、Ｘ方向フィードモータ５２によって駆動されるステージ５１のＸ方向の駆動限界位置である。Ｘ方向位置検出回路６４は、このステージ５１の移動中、エンコーダ５２ａからの回転信号を入力し続けている。そして、ステージ５１がＸ方向限界位置まで達してＸ方向フィードモータ５２の回転が停止すると、Ｘ方向位置検出回路６４はエンコーダ５２ａからの回転信号の入力停止を検出して、カウント値を「０」にリセットする。このとき、Ｘ方向位置検出回路６４は、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２に出力停止のための信号を出力し、これにより、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２はＸ方向フィードモータ５２への駆動信号の出力を停止する。その後に、Ｘ方向フィードモータ５２が駆動された際には、Ｘ方向位置検出回路６４は、回転信号のパルス数をＸ方向フィードモータ５２の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ５１のＸ位置を計算し、Ｘ位置を表すデジタル信号をＸ方向フィードモータ制御回路６２およびコントローラ９１に出力し続ける。
【００２３】
同様に、Ｙ方向フィードモータ５３内にも、同モータ５３の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ５３ａが組み込まれている。この回転信号は、Ｘ方向フィードモータ５２内のエンコーダ５２ａと同様に、Ｙ方向フィードモータ５３が所定の微少角度だけ回転するたびにハイレベルとローレベルとを交互に切り替えるパルス列信号であって、互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。この回転信号は、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３とＹ方向位置検出回路６５とに出力される。
【００２４】
Ｙ方向位置検出回路６５は、エンコーダ５３ａからの回転信号のパルス数をＹ方向フィードモータ５３の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からステージ５１のＹ方向位置を検出し、Ｙ方向位置（以下、単にＹ位置と呼ぶ）を表すデジタル信号をコントローラ９１に出力する。Ｙ位置は、光ヘッド２０に対するステージ５１のＹ方向の相対位置を表すため、光ヘッド２０から測定対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射位置のＹ座標値として扱われる。
【００２５】
Ｙ方向位置検出回路６５におけるカウント値の初期設定は、Ｘ方向位置検出回路６４と同様に、電源投入時にコントローラ９１の指示によって行われる。すなわち、コントローラ９１からの初期設定が指示されると、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３がＹ方向フィードモータ５３を回転させてステージ５１をＹ方向限界位置に移動させる。そして、Ｙ方向位置検出回路６５は、ステージ５１がＹ方向限界位置に達してエンコーダ５３ａからの回転信号の入力が停止したことを検知すると、カウント値を「０」にリセットするとともに、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３に出力停止信号を出力する。その後、Ｙ方向位置検出回路６５は、回転信号のパルス数をＹ方向フィードモータ５３の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ５１のＹ位置を計算し、Ｙ位置を表す信号をＹ方向フィードモータ制御回路６３およびコントローラ９１に出力し続ける。
【００２６】
Ｘ方向フィードモータ制御回路６２は、コントローラ９１の指示により、Ｘ方向フィードモータ５２を駆動制御して、ステージ５１を指定Ｘ位置へ移動させる。具体的には、Ｘ方向フィードモータ制御回路５２は、コントローラ９１からＸ位置が入力すると、Ｘ方向位置検出回路６４から入力するＸ位置を用いてＸ方向フィードモータ５２の回転を制御し、Ｘ方向位置検出回路６４から入力するＸ位置がコントローラ９１から入力したＸ位置に等しくなるまでＸ方向フィードモータ５２を回転させる。また、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２は、コントローラ９１の指示により、Ｘ方向フィードモータ５２を駆動制御して、ステージ５１を正方向又は負方向に予め設定された速度で移動させる。具体的には、Ｘ方向フィードモータ制御回路５２は、コントローラ９１から移動方向（正方向又は負方向）が入力すると、エンコーダ５２ａから入力する回転信号の単位時間あたりのパルス数が設定されたパルス数になり、移動方向が入力した方向になるようＸ方向フィードモータ５２の回転を制御する。
【００２７】
Ｙ方向フィードモータ制御回路６３も、コントローラ９１の指示により、Ｙ方向フィードモータ５３を駆動制御して、ステージ５１を指定Ｙ位置へ移動させる。具体的には、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３は、Ｘ方向フィードモータ制御回路６２と同様に、コントローラ９１からＹ位置が入力すると、Ｙ方向位置検出回路６５から入力するＹ位置がコントローラ９１から入力したＹ位置に等しくなるまでＹ方向フィードモータ５３を回転させる。また、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３は、コントローラ９１の指示により、Ｙ方向フィードモータ５３を駆動制御して、ステージ５１を正方向又は負方向に予め設定された速度で移動させる。具体的には、Ｙ方向フィードモータ制御回路６３は、コントローラ９１から移動方向（正方向又は負方向）が入力すると、エンコーダ５３ａから入力する回転信号の単位時間あたりのパルス数が設定されたパルス数になり、移動方向が入力した方向になるようＹ方向フィードモータ５３の回転を制御する。
【００２８】
測定部１０は、レーザ光源１１、コリメーティングレンズ１２、集光レンズ１３、光カプラ１４及び受光センサ１５を有する。レーザ光源１１は、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）又はＬＥＤで構成されていて、レーザ駆動回路８から入力する電圧および電流により低コヒーレンスのレーザ光を出射する。レーザ駆動回路８は、コントローラ９１からレーザ照射開始の指令が入力すると、レーザ光源１１から設定された強度のレーザ光が出射するよう、設定された強度の電圧および電流を出力する。この低コヒーレンスのレーザ光は、２つに分岐されたレーザ光が干渉した際、２つの分岐されたレーザ光の光路長が等しいときにのみ、干渉後のレーザ光の強度が極めて大きくなる特徴を有する。コリメーティングレンズ１２は、レーザ光源１１からの低コヒーレンスのレーザ光を平行光に変換し、集光レンズ１３は、コリメーティングレンズ１２からの平行光を集光して光ファイバー１６に入射させる。この場合、集光レンズ１３の焦点距離は、光ファイバー１６内に入射したレーザ光が光ファイバー１６内で全反射するように設定されている。光ファイバー１６に入射したレーザ光は、光カプラ１４に導かれる。
【００２９】
光カプラ１４は、光ファイバー１６を介して入射されたレーザ光を２つに分岐させ、一方を光ヘッド２０に通じる光ファイバー３１に入射させ、他方を後述する光路長可変装置４０に通じる光ファイバー３２に入射させる。以下、光ファイバー３１に入射したレーザ光を測定光、光ファイバー３２に入射したレーザ光を参照光という。また、光カプラ１４は、光ファイバー３１を介して光ヘッド２０から導かれる測定光の反射光、及び光ファイバー３２を介して光路長可変装置４０から導かれる参照光の反射光を、それぞれ２つに分岐させて、それらの各一方を光ファイバー１７を介して受光センサ１５に導く。なお、本実施形態では、光カプラ１４を用いて出射光及び反射光を２つに分岐させているが、出射光及び反射光を断面径の小さな平行光に変換して、ビームスプリッタを用いて２つに分岐させてもよい。
【００３０】
受光センサ１５は、受光したレーザ光の強度を表す大きさの信号を出力する。この場合、受光センサ１５に入射した２つの反射光は干渉し、レーザ光が低コヒーレンスであるため、受光センサ１５から出力される信号は、測定対象物ＯＢの反射位置から光カプラ１４までの距離と、光路長可変装置４０の反射位置（固定反射体４６）から光カプラ１４までの距離とが一致したときのみ強度が大きくなる。
【００３１】
光ヘッド２０は、コリメーティングレンズ２１、リレーレンズ２２，２３および対物レンズ２４を有する。コリメーティングレンズ２１は、光ファイバー３１から出射された測定光を平行光にしてリレーレンズ２２に導く。リレーレンズ２２、２３は入射した測定光を集光した後、おおよそ平行である光にして対物レンズ２４に導き、対物レンズ２４は、入射した測定光を集光し測定対象物ＯＢに照射する。リレーレンズ２２にはアクチュエータ２５が備えられており、アクチュエータ２５が駆動することにより測定光の光軸方向に駆動する。これにより、リレーレンズ２３を出射する測定光は平行の度合が変化し、対物レンズ２４による測定光の焦点位置は、測定光の光軸方向であり測定対象物ＯＢ表面の垂直方向に変化する。アクチュエータ２５は後述する信号作成回路２６が出力し増幅回路２７が増幅する信号により駆動されるので、信号作成回路２６が出力する信号により、対物レンズ２４による測定光の焦点位置を意図した位置にすることができる。
【００３２】
光路長可変装置４０は、スピンドルモータ４４によって回転駆動される円盤状プレート４１を有し、円盤状プレート４１は４つの三角状反射体４２を周方向に９０°の間隔で配置している。三角状反射体４２は、反射面を９０度の角度をもって交差させた２枚の反射体からそれぞれなり、反射面が円盤状プレート４１に対して垂直になるように円盤状プレート４１にそれぞれ固定されている。そして、各三角状反射体４２の各一対の反射面の法線ベクトルの合成ベクトルが、円盤状プレート４１の回転方向になる向きに設定されている。また、この三角状反射体４２は、入射した参照光を反射して入射した参照光とは逆方向（入射した参照光の光軸と平行であって、入射した参照光とは反対方向）に参照光を出射するもので、入射する参照光の光軸は、２枚の反射体の両反射面に垂直な平面（円盤状プレート４１の上面）に対して平行となるように設定されている。
【００３３】
光ファイバー３２から出射した参照光は、コリメーティングレンズ４３により断面径が微小の平行光になり、光路長可変装置４０の三角状反射体４２に入射する。三角状反射体４２で反射した参照光は、入射時と光軸が平行で進行方向が反対方向になり、固定反射体４６の反射面に垂直に入射する。固定反射体４６は入射した参照光を反射し、参照光は再び三角状反射体４２に入射する。固定反射体４６は参照光の光軸を変化させず、進行方向を逆方向にするので、三角状反射体４２に再度入射した参照光の光軸は最初入射した参照光の光軸と同じであり、進行方向が反対である。そして、三角状反射体４２で再度反射した参照光はやはり光軸位置が変化せず、進行方向が反対になってコリメーティングレンズ４３で集光した後、光ファイバー３２に入射する。すなわち、光ファイバー３２から出射した参照光は、光路長可変装置４０にて光軸位置が同一で進行方向が逆方向の参照光となって光ファイバー３２に入射する。なお、本実施形態においては三角状反射体４２を、反射面を９０度の角度をもって交差させた２枚の反射体から成るものにしたが、光ファイバー３２において出射レーザ光と入射レーザ光の光軸位置が同一になればよく、三角状反射体４２には、３つの反射面をそれぞれ９０度の角度をもって交差させた三角状反射体である、レトロリフレクタを用いてもよい。
【００３４】
スピンドルモータ４４は、図１では円盤状プレート４１と同じ平面内に描かれているが、実際はスピンドルモータ４４の回転軸は円盤状プレート４１の中心位置に、円盤状プレート４１の表面に垂直にある。スピンドルモータ４４は、スピンドルモータ制御回路４７により駆動制御されて、円盤状プレート４１を一定の回転速度で回転させる。スピンドルモータ４４内には、同モータ４４すなわち円盤状プレート４１の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ４４ａが組み込まれている。この回転検出信号は、円盤状プレート４１の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるインデックス信号Indexと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰返すとともに互いにπ／２だけ位相のずれた１対のパルス列信号φA，φBとからなる。スピンドルモータ制御回路４７は、コントローラ９１の指令により作動開始し、エンコーダ４４ａからのパルス列信号φA，φBの単位時間あたりのパルス数が予め設定されている値になるようスピンドルモータ４４を回転制御する。これにより、円盤状プレート４１は設定された回転速度で回転する。また、エンコーダ４４ａから発生するインデックス信号Indexとパルス列信号φA，φBは、後述するデータ処理装置７０の回転角度検出回路７３と、信号作成回路２６に入力する。
【００３５】
円盤状プレート４１が回転すると三角状反射体４２で参照光が反射する位置は変化するが、光ファイバー３２における参照光の出射時の光軸位置と入射時の光軸位置は同一のままである。しかし、光ファイバー３２から出射してから入射するまでの参照光の光路長は変化する。これにより、受光センサ１５が出力する受光強度に相当する信号強度は、１つの三角状反射体４２において円盤状プレート４１がある回転位置にあるときに、測定対象物ＯＢの反射位置から光カプラ１４までの距離と、光路長可変装置４０の反射位置（固定反射体４６）から光カプラ１４までの距離とが一致してピークとなる。
【００３６】
信号作成回路２６は、コントローラ９１からの作動指令により作動を開始し、回路内のメモリにデジタルデータで記憶されている信号の波高値データをアナログ信号に変換して出力する。波高値データは、光路長可変装置４０の円盤状プレート４１の１回転分が記憶されており、エンコーダ４４ａからインデックス信号Indexが入力すると、先頭のデジタルデータからアナログ信号に変換して出力する。この出力はエンコーダ４４ａから入力するパルス列信号のパルス数が所定数になるごとに行われる。すなわち、円盤状プレート４１の回転角度に対する信号作成回路２６の出力信号の強度は決められており、前述のように信号作成回路２６が出力する信号により対物レンズ２４による測定光の焦点位置は変化するので、円盤状プレート４１が１回転するとき、測定光の焦点位置は一定の変化の仕方をする。信号作成回路２６のメモリに記憶されている信号の波高値データは、円盤状プレート４１の回転角度ごとの、参照光の光路長に等しい測定光の光路長の位置が焦点位置になるために、リレーレンズ２２を駆動させる信号の強度に相当する波高値である。よって、この波高値データが、エンコーダ４４ａから入力するパルス信号のパルス数が所定数ごとにアナログ信号となって出力され、増幅回路２７で増幅され、アクチュエータ２５に供給されると、測定光の焦点位置はその焦点位置での測定光の光路長が参照光の光路長と等しくなるように変化する。すなわち、光路長の変化に同期して焦点位置が変化する。
【００３７】
視覚的に示すと、光路長可変装置４０の円盤状プレート４１が回転し、回転角度が０→３６０°と変化すると、参照光の光路長は図２（ａ）に示すように変化する。このとき、信号作成回路２６が出力する信号は、図２（ｂ）の細線に示すように変化し、この信号に基づいてリレーレンズ２２が駆動するので、光路長の変化に追従するように測定光の焦点位置が変化する。なお、図２（ｂ）の細線は参照光の光路長の変化すべてに同期して焦点位置を変化させる場合であり、太線は必要な期間のみ変化させる場合である。信号作成回路２６は、後述する距離計算回路７５から駆動信号強度が入力すると、回路内のメモリにデジタルデータで記憶されている信号の波高値データ（細線に相当するデータ）から入力した駆動信号強度から設定範囲内の強度のみ記憶されているデータを用いる波高値データ（太線に相当するデータ）を作成し、以後、このデータを出力する。これにより、光路長の変化に同期して焦点位置が変化するのは、測定対象物ＯＢの表面を中心とした上下の微小範囲のみになる。この点は、後で詳細に説明する。また、信号作成回路２６のメモリに記憶する信号の波高値データの求め方も後で詳細に説明する。
【００３８】
データ処理装置７０は、増幅回路７１、検出回路７２、回転角度検出回路７３、回転角度出力回路７４、距離計算回路７５、タイミング指定回路７６、ピークホールド回路７７及びレベル設定回路７８を備えている。増幅回路７１は、受光センサ１５が出力する受光強度に相当する強度の信号を入力し、設定された増幅率で増幅した信号を検出回路７２へ出力する。以下、増幅回路７１が出力する信号を受光信号という。検出回路７２は、後述するレベル設定回路７８から入力した信号強度の設定値で検出レベルが設定されており、入力した受光信号が設定された検出レベルを交差すると検出信号を出力する。視覚的に示すと、測定光と参照光の光路長が等しくなる付近で、円盤状プレート４１の回転角度の変化（光路長の変化）に対する受光信号の強度の変化は図３に示すような波形になる。前述したように、ピーク位置は測定光と参照光の光路長が等しくなるタイミングである。検出回路７２は、図３に点線で示すレベルの検出レベルが設定されており、図３に点で示す信号強度が検出レベルと交差したタイミングで検出信号を出力する。信号にピークが発生するとき信号が検出レベルを交差するタイミングは、下から上と上から下の２回存在するので、検出信号は２回出力される。
【００３９】
回転角度検出回路７３はエンコーダ４４ａが出力するインデックス信号Indexとパルス列信号φA，φBを入力し、インデックス信号入力時からのパルス列信号のパルス数のカウント値をデジタルデータで出力する。そして、インデックス信号が入力した時は常にカウント値を０にする。カウント値をインデックス信号が入力する直前でのカウント値（カウント値の最大値）で除算し、３６０°を乗算した値が回転角度であるが、カウント値の最大値は定数であり、カウント値は回転角度そのものとみなしてよい。回転角度出力回路７４は、回転角度検出回路７３からの回転角度（カウント値）のデジタルデータを入力し、検出回路７２から検出信号を入力すると、そのタイミングで入力した回転角度のデジタルデータを距離計算回路７５へ出力する。よって、図３に点で示す２つのタイミングにおける回転角度が距離計算回路７５に入力する。および、回転角度出力回路７４は、コントローラ９０から作動開始指令が入力した後と、距離計算回路７５に回転角度データを出力した後、入力する回転角度データの変化分が設定された値に達するまでの間に、検出回路７２から検出信号が入力しないと、入力した最新の回転角度データとＮＧを意味するデータを出力する。これにより、測定対象物ＯＢ表面の反射率が小さく、受光信号のピーク強度が小さくなって検出回路７２の検出レベルと交差しなくなる不具合を検出することができる。
【００４０】
距離計算回路７５は回転角度（カウント値）に対する光路長の変化量の関係がメモリに記憶されており、コントローラ９１から作動開始の指令が入力すると、図４に示すフローのプログラムを実行する。以下、このフローに沿って説明する。Ｓ２００でプログラムがスタートし、Ｓ２０２で距離Ｄｂに０を入れる。距離Ｄｂについては後述する。Ｓ２０４〜Ｓ２０８で回転角度出力回路７４から２つの回転角度データが入力するのを待ち、入力するとＳ２０４で「Ｙｅｓ」と判定し、Ｓ２１４にて２つの回転角度データＰ１，Ｐ２から距離Ｄを計算してコントローラ９１に出力する。Ｓ２１４では、２つの回転角度データの中間値を信号のピークにおける回転角度として求め、メモリに記憶されている関係から、求めた回転角度に対する光路長の変化量に１／２を乗算した値を距離Ｄとして求める。距離Ｄは参照光の光路長の変化量を０にする基準位置からの距離であるが、測定対象物ＯＢの表面プロファイルは距離Ｄの変化であるので基準位置は任意の位置に設定することができる。また、光路長の変化量に１／２を乗算するのは、測定光は測定対象物ＯＢの表面で反射して戻るため、距離Ｄの２倍が光路長の変化量に相当するためである。
【００４１】
測定対象物ＯＢの表面の反射率が一様で測定対象物ＯＢごとに略一定であれば、測定光の焦点位置は参照光の光路長に同期して変化しているので、受光信号のピーク強度に対して検出回路７２の検出レベルは常に適切な値になり、Ｓ２０４〜Ｓ２０８とＳ２１４の処理のみで測定は可能である。しかし、測定対象物ＯＢの表面の反射率が一様でなく、測定対象物ＯＢごとに反射率が異なっている場合があり、また、測定光の焦点位置を参照光の光路長の変化に同期させて変化させるのを、必要な範囲に限定するため、プログラムはこれ以外の処理を行う。
【００４２】
Ｓ２０４〜Ｓ２０８で２つの回転角度データが回転角度出力回路７４から入力するのを待っている間、回転角度出力回路７４から最新の回転角度データとＮＧを意味するデータが入力すると、Ｓ２０６にて「Ｙｅｓ」と判定し、Ｓ２１０にて回転角度出力回路７４から入力した回転角度データＰｎをタイミング指定回路７６に出力する。後述するが、この出力は検出回路７２に設定された検出レベルを再設定する指令である。前述のように回転角度出力回路７４が最新の回転角度データとＮＧを意味するデータを出力するのは、受光信号のピーク強度が小さく、検出回路７２に設定された検出レベルと受光信号が交差しない場合である。
【００４３】
また、Ｓ２１４の処理の後、Ｓ２０４〜Ｓ２０８の処理（２つの回転角度データの入力を待つ処理）に戻るまでに、以下の２つの処理を行う。
・最新の距離Ｄと先に記憶した距離Ｄｂの差が許容値内か判定し、許容内でないときは信号作成回路２６に距離Ｄに相当する駆動信号を出力する処理（Ｓ２１６〜Ｓ２２０）。
・受光信号のピーク強度と検出回路７２に設定された検出レベルの関係が適正か判定し、適正でないときはタイミング指定回路７６に対し、検出回路７２に設定されている検出レベルを再設定する指令を出力する処理（Ｓ２２２〜Ｓ２２６）。
【００４４】
Ｓ２１６〜Ｓ２２０の処理は、測定開始時点では距離Ｄｂを０にしているのでＳ２１６で「Ｙｅｓ」と判定され、必ず実行される。すなわち、測定開始時点では、測定光の焦点位置の変化は参照光の光路長の変化に同期してすべての範囲において行われるが、最初に距離Ｄが測定された後は、Ｓ２１８にて信号作成回路２６に距離Ｄに相当する駆動信号強度が入力するので、それ以降は測定光の焦点位置の変化は、測定対象物ＯＢの表面を中心とした上下の微小範囲のみになる。前述のように距離計算回路７５は回転角度に対する光路長の変化量の関係がメモリに記憶されているが、さらに、この関係と信号作成回路２６に記憶されている回転角度と信号の波高値データの関係を用いて、光路長の変化量と信号の波高値データの関係が記憶されており、光路長の変化量に距離Ｄの２倍の値を当てはめたときの信号の波高値データを求め、駆動信号強度として信号作成回路２６に出力する。視覚的に示すと、図２（ａ）に黒点で示す点が受光信号がピークとなる光路長の変化量（距離Ｄ×２）として検出されると、図２（ｂ）に黒点で示す点の駆動信号強度が信号作成回路２６に出力される。そして、前述のように、信号作成回路２６は駆動信号強度が入力すると、図２（ｂ）の太線に相当する波高値データを作成し、以後このデータを出力する。Ｓ２１８にて駆動信号強度が信号作成回路２６に出力されるとＳ２２０にて距離Ｄｂに距離Ｄが入るので、以後、Ｓ２１６にて最新の距離Ｄが距離Ｄｂに対して許容値よりも変化しない限り「Ｎｏ」と判定され、Ｓ２１８、Ｓ２２０の処理は実行されない。すなわち、測定対象物ＯＢの表面の位置が大きく変化しない限り、信号作成回路２６には駆動信号強度は出力しない。しかし、測定対象物ＯＢの表面の位置が大きく変化した場合は、測定光の焦点位置の変化範囲に測定対象物ＯＢの表面が入らなくなる可能性があるので、Ｓ２１６で「Ｙｅｓ」と判定してＳ２１８にて信号作成回路２６に駆動信号強度を出力し、Ｓ２２０にて距離Ｄｂに最新の距離Ｄを入力する。
【００４５】
Ｓ２２２〜Ｓ２２６の処理は、Ｓ２２２とＳ２２４にて回転角度出力回路７４から入力した２つの回転角度データＰ１，Ｐ２の差が許容範囲にあるか判定し、許容範囲内にないときは、回転角度データＰ１をタイミング指定回路７６に出力する処理である。後述するが、この出力は検出回路７２に設定された検出レベルを再設定する指令である。受光信号のピーク強度と検出回路７２に設定された検出レベルは直接比較することはできないが、受光信号のピーク強度が検出回路７２に設定された検出レベルに対して大きくなるほど、回転角度データＰ１，Ｐ２の差は大きくなるので、回転角度データＰ１，Ｐ２の差から、受光信号のピーク強度と検出回路７２に設定された検出レベルの関係が適正かを判定する。すなわち、回転角度データＰ１，Ｐ２の差が上限値より大きいときは受光信号のピーク強度が検出回路７２に設定された検出レベルより大きすぎる場合であり、Ｓ２２２にて「Ｙｅｓ」と判定してＳ２２６へ行く。また、回転角度データＰ１，Ｐ２の差が下限値より小さいときは、受光信号のピーク強度が検出回路７２に設定された検出レベルに接近しすぎている場合であり、Ｓ２２４にて「Ｙｅｓ」と判定してＳ２２６へ行く。そして、Ｓ２２６にて回転角度データＰ１をタイミング指定回路７６に出力する。この出力が、検出回路７２に設定された検出レベルを再設定する指令である。また、前述のように、受光信号のピーク強度が検出回路７２に設定された検出レベルより小さい場合（回転角度が所定角度変化しても回転角度データＰ１，Ｐ２が入力しない場合）も、検出レベルを再設定する指令がタイミング指定回路７６に出力する。
【００４６】
距離計算回路７５はＳ２０４〜Ｓ２０８の処理（２つの回転角度データの入力を待つ処理）の最中にコントローラ９１から停止指令が入力すると、Ｓ２０８にて「Ｙｅｓ」と判定してＳ２１２へ行き、プログラムの実行を終了する。よって、コントローラ９１から作動開始指令が入力してから停止指令が入力するまでの間、参照光の光路長が変化して測定光と等しくなるごとに受光信号にピークが発生し、ピーク位置における光路長変化量の１／２が距離Ｄとしてコントローラ９１に入力し続ける。その間、測定光の焦点位置の変化範囲と検出回路７２に設定された検出レベルが適正にされる。
【００４７】
タイミング指定回路７６は、図２に示す回転角度組（Ａ１，Ａ２），（Ｂ１，Ｂ２），（Ｃ１，Ｃ２），（Ｄ１，Ｄ２）が記憶されており、距離計算回路７５から回転角度Ｐｎ又は回転角度Ｐ１が入力すると、記憶している回転角度組（Ａ１，Ａ２），（Ｂ１，Ｂ２），（Ｃ１，Ｃ２），（Ｄ１，Ｄ２）の内、入力した回転角度の次にくる回転角度組を選択する。そして、回転角度検出回路７３から入力する回転角度が選択した回転角度組の最初の回転角度になったとき、ピークホールド回路７７に開始信号を出力する。そして、回転角度検出回路７３から入力する回転角度が選択した回転角度組の後の回転角度になったとき、ピークホールド回路７７に停止信号を出力する。これにより、光路長の変化が開始するタイミングと光路長の変化が終了するタイミングでピークホールド回路７７に開始信号と停止信号が出力される。なお、回転角度組（Ａ１，Ａ２），（Ｂ１，Ｂ２），（Ｃ１，Ｃ２），（Ｄ１，Ｄ２）のそれぞれの回転角度は、考えられる測定対象物ＯＢの表面の範囲から図２に示される範囲よりも狭めて設定してもよい。
【００４８】
ピークホールド回路７７は、オペアンプ、抵抗、ダイオード、コンデンサ等から構成される一般的なピークホールド回路に、Ａ／Ｄ変換器を備えた回路である。ピークホールド回路７７は、タイミング指定回路７６から開始信号が入力すると、増幅回路７１から受光信号を入力し、停止信号が入力すると受光信号の入力を停止する。そして、増幅回路７１から受光信号が入力開始したタイミングにおける受光信号の強度を、回路内のＡ／Ｄ変換器でデジタルデータにしてレベル設定回路７８に出力する。さらに、入力期間中の受光信号のピーク強度に等しい強度の信号（ピークホールドした信号）を、回路内のＡ／Ｄ変換器でデジタルデータにしてレベル設定回路７８に出力し、ピークホールドした信号をクリアする。
【００４９】
レベル設定回路７８は、ピークホールド回路７７からデジタルデータで入力した受光信号のピーク強度とグランドレベル（ピークが発生しないときの受光信号の強度）の差に予め設定されている割合を乗算し、得られた値にグランドレベルを加算した値を信号強度として検出回路７２に出力する。検出回路７２は前述のように入力した信号強度で検出レベルを設定する。これにより、距離計算回路７５から検出レベルを再設定する指令（回転角度Ｐｎ又はＰ１）が出力すると、検出回路７２の検出レベルが再設定される。
【００５０】
コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、入力装置９２及び表示装置９３からなる。コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行して表面プロファイル測定装置の作動を制御する。入力装置９２は、コントローラ９１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置９３は、コントローラ９１に接続されて、作業者に対して各種の設定状況、作動状況、測定結果なども視覚的に知らせる表示を行う。
【００５１】
信号作成回路２６のメモリに記憶する、光路長の変化に同期して測定光の焦点位置を変化させる信号の波高値データは、次を行うことで求めればよい。
（１）ピークホールド回路７７への作動開始と作動停止指令の出力と、ピークホールド回路７７からのピークホールド値の入力、及び回転角度検出回路７３からの回転角度の入力を、コントローラ９１と各回路間で行えるようにし、回転角度値、ピークホールド値（受光信号のピーク値）が表示装置９３の表示から得ることができるようにする。
（２）ステージ５１に高さ位置を可変できる反射面が測定光に垂直な反射体を置き、光ヘッド２０からの測定光が反射体に照射されるようステージ５１を移動させ、レーザ駆動回路１０を作動させて測定光を反射体に照射する。
（３）円盤状プレート４１をある回転角度Θ（ｎ）にする。
（４）信号作成回路２６から一定強度の信号Ｉ（ｍ）を出力させ。ピークホールド回路７７を作動させて反射体の高さを一定方向に変化させ、ピークホールド回路７７が出力するピークホールド値（受光信号のピーク値）を得る。
（５）信号作成回路２６が出力する信号強度Ｉ（ｍ）を変化させ（４）の作業を複数の信号強度Ｉ（ｍ）にて行う。信号強度Ｉ（ｍ）に対するピークホールド値（受光信号のピーク値）の関係を描くと正規分布に近い曲線が得られる。ピーク位置の信号強度Ｉ（ｎ）が円盤状プレート４１の回転角度Θ（ｎ）において、測定光の焦点位置における光路長が参照光の光路長と等しくなる信号強度である。
（６）（３）〜（５）の作業を円盤状プレート４１の複数の回転角度Θ（ｎ）で行い、０〜３６０°における回転角度Θ（ｎ）に対する信号強度Ｉ（ｎ）の関係を得る。得られた関係が、信号作成回路２６のメモリに記憶する波高値データである。
【００５２】
以下、上記のように構成された表面プロファイル測定装置の作動の仕方について、コントローラ９１が実行するプログラムに沿って説明する。作業者は表面プロファイル測定装置の電源を入れ、ステージ５１に測定対象物ＯＢを載置した後、入力装置９２から測定対象物ＯＢにおける測定開始位置であるＸ位置、Ｙ位置と測定終了位置であるＸ位置、Ｙ位置を入力し、測定開始の指令を入力する。なお、コントローラ９１のメモリに記憶されている測定開始位置と測定終了位置をそのまま使用するときは、測定開始位置と測定終了位置の入力は不要である。コントローラ９１は入力装置９２から測定開始の指令が入力すると、図５に示すフローのプログラムをＳ１００にてスタートさせる。
【００５３】
Ｓ１０２にてＸ方向の移動方向を表す値Ａに１を入れる。後述するが、値Ａが１のときＸ方向は正方向であり、−１のときは負方向である。次にＳ１０４にて、コントローラ９１はＸ方向フィードモータ制御回路６２とＹ方向フィードモータ制御回路６３に測定開始位置であるＸ位置とＹ位置を出力し、測定開始位置に測定光が照射されるようステージ５１の移動を開始させる。次にＳ１０６にて、レーザ駆動回路８、スピンドルモータ制御回路４７及び信号作成回路２６に作動開始の指令を出力する。これにより、測定対象物ＯＢに測定光が照射され、光路長可変装置４０は入射する参照光の光路長を変化させて元に戻し、リレーレンズ２２は光軸方向に駆動して測定光の焦点位置は光路長の変化に同期して変化し、増幅回路７１が出力する受光信号は、円盤状プレート４１がある回転位置にあるときにピークが発生する信号になる。
【００５４】
次にコントローラ９１は、Ｓ１０８でＸ方向位置検出回路６４、Ｙ方向位置検出回路６５から入力するＸ位置、Ｙ位置が測定開始位置であるＸ位置とＹ位置になるまで（測定光の照射位置が測定開始位置になるまで）待つ。そして、Ｘ位置とＹ位置が測定開始位置になるとＳ１１０に行き、回転角度検出回路７３、回転角度出力回路７４及び距離計算回路７５に作動開始の指令を出力する。これにより、回転角度検出回路７３は円盤状プレート４１の回転角度を出力し、回転角度出力回路７４は検出回路７２から信号が入力すると、入力したタイミングで入力した回転角度を出力し、距離計算回路７５は前述した図４に示すフローのプログラムをスタートさせる。これにより、コントローラ９１には一定間隔で距離Ｄのデータが入力するようになり、信号作成回路２６が出力する信号は、測定光の焦点位置が測定対象物ＯＢの表面を中心とした微小範囲のみで、光路長の変化に同期して変化する信号になる。
【００５５】
次にコントローラ９１は、Ｓ１１２で図６に示すフローのプログラムをスタートさせる。これ以降、コントローラ９１は図５に示すフローのプログラムと図６に示すフローのプログラムを並行して実行する。図６に示すフローのプログラムは距離計算回路７５が出力する距離Ｄと同タイミングにおけるＸ位置、Ｙ位置とを組にして記憶する処理を行うプログラムであるが、説明は後述し、先に図５に示すフローのプログラムを説明する。
【００５６】
コントローラ９１は、Ｓ１１４で検出回路７２から検出信号が入力するのを待って、Ｓ１１６でＹ方向への移動を開始し、Ｓ１１８で最初はＡ＝１であるため「Ｙｅｓ」と判定されてＳ１２０へ行き、Ｘ方向の正方向への移動を開始する。検出信号が入力するのを待つのは、距離計算回路７５の作動開始時点では、測定対象物ＯＢの反射率が低く、受光信号のピーク強度が検出回路７２に設定された検出レベルを超えない可能性があるためである。Ｙ方向への移動は１方向であるため、Ｓ１１６で移動開始がされるとＹ方向の測定終了位置まで等速度で移動が行われる。これに対し、Ｘ方向はＳ１１８〜Ｓ１３４の処理で正方向と負方向が交互に変わる移動が行われる。移動が開始された後、Ｓ１２８でＸ位置が取込まれ、Ｘ位置は停止位置である測定終了位置になるまでＳ１２４〜Ｓ１３０の処理が継続され、Ｘ位置が測定終了位置になったとき、Ｓ１３０で「Ｙｅｓ」と判定されてＳ１３２へ行き、Ｓ１３２にてＸ方向の正方向への移動が停止し、Ｓ１３４にてＡが−１になってＳ１１８へ戻り、Ｓ１１８で「Ｎｏ」と判定されてＳ１２２へ行き、Ｘ方向の負方向への移動を開始する。そして、Ｘ位置は停止位置である測定開始位置になるまでＳ１２４〜Ｓ１３０の処理が継続され、Ｘ位置が測定開始位置になったとき、Ｓ１３０で「Ｙｅｓ」と判定されてＳ１３２へ行き、Ｓ１３２にてＸ方向の負方向への移動が停止し、Ｓ１３４にてＡが１になってＳ１１８へ戻る。そしてＳ１２０へ行き、再びＸ方向の正方向への移動を開始する。後は、この処理が継続して行われ、Ｘ方向は正方向と負方向が交互に変わる移動が行われる。この間、Ｓ１２４でＹ位置が取込まれ、Ｓ１２６でＹ位置が測定終了位置であるか判定されるが、Ｙ位置が測定終了位置になるまで時間がかかるのでＳ１２６で「Ｎｏ」と判定され続ける。
【００５７】
このようにして、測定光の照射位置はＸ方向の正方向と負方向に交互に高速で移動するとともに、Ｙ方向は正方向に低速で移動する。そして、Ｙ位置が測定終了位置になるとＳ１２６で「Ｙｅｓ」と判定されてＳ１３６へ行き、Ｓ１３６にてＸ方向フィードモータ制御回路６２とＹ方向フィードモータ制御回路６３に停止指令を出力して、Ｘ方向、Ｙ方向への移動を停止させる。次に、Ｓ１３８にて並行して実行している図６のフローのプログラムを停止し、Ｓ１４０にて回転角度検出回路７３、回転角度出力回路７４及び距離計算回路７５に作動停止の指令を出力して作動を停止させる。そして、Ｓ１４２にてレーザ駆動回路８、スピンドルモータ制御回路４７及び信号作成回路２６に作動停止の指令を出力し、測定光の照射、円盤状プレート４１の回転及びリレーレンズ２２の光軸方向への駆動を停止し、Ｓ１４４にてプログラムの実行を終了する。
【００５８】
この時点で、コントローラ９１のメモリには、図６のフローのプログラム実行により、距離Ｄ、Ｘ位置及びＹ位置が組になったデータが多数記憶されている。以下、図６のフローのプログラムに沿って説明を行う。図６に示すフローのプログラムは、前述したようにＳ１１２での開始の指令と共にＳ３００にてスタートする。Ｓ３０２、Ｓ３１４の処理を繰り返すことで、検出回路７２から検出信号が入力するの待ち、入力するとＳ３０２で「Ｙｅｓ」と判定してＳ３０４へ行き、Ｓ３０４、Ｓ３０６にてＸ方向位置検出回路６４、Ｙ方向位置検出回路６５から入力するＸ位置、Ｙ位置を取込む。そして、Ｓ３０８にて距離計算回路７５から入力する距離Ｄを待ち、Ｓ３０２へ戻る。後はこの繰り返しを前述したＳ１３８での停止の指令が行われるまで行う。厳密には検出信号が入力するタイミングは受光信号がピークになるタイミングではなく、受光信号が検出レベルと最初に交差するタイミングであるため、距離ＤのタイミングとＸ位置、Ｙ位置のタイミングとは僅かなずれがあるが、このずれは無視できるレベルである。
【００５９】
Ｓ１３８で停止の指令が行われるとき、図６のフローのプログラムは殆どがＳ３０２、Ｓ３１４で検出信号の入力を待つ処理を行っているときであるため、Ｓ３１４にて「Ｙｅｓ」と判定してＳ３１６でプログラムの実行を終了する。ただし、検出信号を入力してから距離計算回路７５が距離Ｄを出力する間に停止の指令が行われる可能性が僅かではあるがあり、このときは距離Ｄが入力しないためＳ３０８にて「Ｙｅｓ」と判定されることがなくなる。よって、Ｓ３０８にて距離計算回路７５から入力する距離Ｄを待つときも、Ｓ３１０にて停止の指令の有無を判定し、停止の指令があったときはＳ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してＳ３１２でプログラムの実行を終了する。
【００６０】
コントローラ９１は図５、図６のフローのプログラムの実行を終了すると、メモリに記憶されている、距離Ｄ、Ｘ位置及びＹ位置が組になったデータを用いて測定対象物ＯＢの表面プロファイルの画像を作成し、表示装置９３に表示する。また、平均面粗さ（Ｒａ）、自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）、面内最大高低差（Ｒｍａｘ）等、表面の凹凸の度合いを表す数値を計算して合わせて表示するようにしてもよい。作業者は表示された結果を見ることで、測定対象物ＯＢ表面の凹凸の度合いを評価することができる。
【００６１】
上記説明からも理解できるように、上記第１実施形態においては光コヒーレンストモグラフィーにより測定対象物ＯＢの表面プロファイルを測定する装置において、光路長可変装置４０による光路長の変化に同期させて、測定光の対物レンズ２４による焦点位置を測定光の光軸方向に変化させる信号生成回路２６、増幅回路２７及びアクチュエータ２５を備えている。さらに、干渉光の強度に相当する受光信号の強度がピークとなる測定対象物ＯＢの表面に対応する対象ピークタイミングを、光路長可変装置４０による光路長変化量として検出する回路として、受光信号のピーク強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する２つの交差タイミングを検出する検出回路７２、回転角度検出回路７３及び回転角度出力回路７４と、検出した２つの交差タイミングから対象ピークタイミングを計算する距離計算回路７５を備えている。これによれば、光路長の変化に同期して測定光の焦点位置が測定光の光軸方向に変化するので、測定対象物ＯＢの表面の位置によらず、測定光と参照光の光路長が等しくなるときは測定対象物ＯＢの表面に測定光の焦点が合い、受光信号のピーク強度は略一定になる。よって、ピーク強度より小さい検出レベルを適切に設定し、受光信号が検出レベルを交差する２つの交差タイミングを検出すれば、これから測定対象物ＯＢの表面に対応する対象ピークタイミングを精度よく求めることができる。そして、２つの交差タイミングデータから対象ピークタイミングを求めているので、データ処理は短時間で済み、測定を高速で行うことができる。
【００６２】
また、上記第１実施形態においては、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するタイミング指定回路７６及びピークホールド回路７７を備え、距離計算回路７５は、検出した２つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、レベル設定回路７８にタイミング指定回路７６及びピークホールド回路７７により検出した信号強度に基づいて、検出回路７２に設定されている検出レベルを設定し直すようにさせている。これによれば、測定対象物ＯＢごとに表面の反射率が異なっていても、又は測定対象物ＯＢの表面の反射率が場所ごとに異なっていても、検出回路７２に設定されている検出レベルを適切な値に設定することができるので、測定精度を変えることなく高速で測定を行うことができる。
【００６３】
また、上記第１実施形態においては、信号生成回路２６は、距離計算回路７５から入力した対象ピークタイミングに対応する信号強度に基づいて、測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングと終了する終了タイミングとを設定し、設定後に距離計算回路７５が計算した最新の対象ピークタイミングと信号生成回路２６に出力した信号強度に対応する対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、最新の対象ピークタイミングに対応する信号強度を信号生成回路２６に出力し、信号生成回路２６は、開始タイミングと終了タイミングとを設定し直している。これによれば、測定光の焦点位置を光路長の変化に同期させて変化させるのは、測定光の焦点位置が測定対象物ＯＢの表面を中心とした上下の微小範囲のみにすることができるので、アクチュエータ２５にかかる負荷を必要最小限にすることができる。
【００６４】
また、本発明の他の特徴は、対物レンズ２４に測定光が入射する前に、測定光が入射し出射するリレーレンズ２２，２３を備え、測定光の焦点位置の変化は、リレーレンズ２２を測定光の光軸方向に駆動させることにより行うようにしている。これによれば、対物レンズ２４を光軸方向に駆動させて測定光の焦点位置を変化させるよりも、焦点位置の変化を速く行うことができるので、より高速に測定を行うことができる。
【００６５】
なお、上記第１実施形態は、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。上記実施形態は、受光信号が検出回路７２に設定された検出レベルと交差するタイミングを、回転角度検出回路７３がエンコーダ４４ａが出力するインデックス信号とパルス列信号から検出した回転角度（円盤状プレート４１の回転角度）により検出し、受光信号がピークになるタイミングを回転角度で求めている。しかし、円盤状プレート４１は、スピンドルモータ制御回路４７による制御により回転速度一定で回転しているので、インデックス信号が入力してからの時間から回転角度を求めることができる。よって、データ処理装置７０を、図７に示すように回転角度検出回路７３、回転角度出力回路７４を時間計測回路７３’、時間出力回路７４’に替え、距離計算回路７５、タイミング指定回路７６において、上記実施形態で回転角度で設定されているものは、回転角度を回転速度で除算することで時間に変更してもよい。この場合、エンコーダ４４ａが出力する信号はインデックス信号Indexのみを入力し、時間計測回路７３’は内部にインデックス信号Indexが入力するごとに０にリセットされる時間を出力し、時間出力回路７４’は検出信号が入力したときの時間を出力する。
【００６６】
また、回転角度に変えて時間を検出する場合は、先行技術文献に特許文献２として記載された特開２０１３−２２１８１１号公報に示されているように、測定光を厚さと屈折率が既知の基準透光体を透過した後、測定対象物ＯＢに照射するようにし、基準透光体の厚さと屈折率とピークにおける時間とから距離Ｄを求めるようにしてもよい。この場合、増幅回路７１が出力する受光信号には１回の光路長の変化に対して３つのピークが発生するので以下のようにする。基準透光体の表面と裏面に対応するピークを検出するための検出回路７２’、時間出力回路７４”を検出回路７２、時間出力回路７４’とは別に設ける。基準透光体の表面と裏面に対応するピークの発生時間は略一定であるので、時間計測回路７３’が出力する信号に基づいて、受光信号の出力先を検出回路７２と検出回路７２’で切り替える。そして、タイミング指定回路７６が出力する開始タイミングと終了タイミングを受光信号の出力先が検出回路７２になっているときで設定する。これによれば、スピンドルモータ４４の回転に回転ジッタがあっても、精度よく測定を行うことができる。
【００６７】
（第２実施形態）
上記第１実施形態は、表面プロファイル測定装置に本発明を適用したときの形態であるが、本発明は、透光性物体厚さ測定装置にも適用することができる。以下、本発明の第２実施形態として、本発明が適用された透光性物体厚さ測定装置について説明する。なお、上記第１実施形態と構成が同じ箇所は同じであることをいうのみとし、説明は省略する。透光性物体厚さ測定装置の全体構成図は、図１に示すものと同じである。測定部１０、光ヘッド２０、光路長可変装置４０、ステージ駆動装置５０、コンピュータ装置９０に関する説明は、上記第１実施形態と同じである。
【００６８】
データ処理装置７０の構成は上記第１実施形態と同じであるが、距離計算回路７５、タイミング指定回路７６及びレベル設定回路７８は以下のようになっている。距離計算回路７５はコントローラ９１からの指令が入力すると、図４に示すフローのプログラムと同様のプログラムを実行するが、以下の箇所が異なっている。Ｓ２０２で０を入れるのはＤｆｂとＤｂｂである。これは距離Ｄが測定対象物ＯＢの表面までの距離と裏面までの距離の２つがあるためである。また、Ｓ２０４にて入力したか判定するのは、回転角度Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のデータである。これは受光信号のピークは測定対象物ＯＢの表面と裏面で発生するためである。
【００６９】
また、Ｓ２１４では測定対象物ＯＢの表面までの距離Ｄｆ、測定対象物ＯＢの厚さｔ及び測定対象物ＯＢの裏面までの距離Ｄｆを計算し、測定対象物ＯＢの厚さｔのみをコントローラ９１に出力する。測定対象物ＯＢの表面までの距離Ｄｆは、回転角度Ｐ１，Ｐ２から測定対象物ＯＢの表面に対応するピークの回転角度Ｐｆを求め、回転角度Ｐｆにおける光路長変化量に１／２を乗算して求める。測定対象物ＯＢの厚さｔは、回転角度Ｐ３，Ｐ４から測定対象物ＯＢの表面に対応するピークの回転角度Ｐｂを求め、回転角度Ｐｆにおける光路長変化量と回転角度Ｐｂにおける光路長変化量の差に１／２を乗算し、測定対象物ＯＢの屈折率で除算することで求める。測定対象物ＯＢの裏面までの距離Ｄｂは、回転角度Ｐｂにおける光路長変化量に１／２を乗算して求める。
【００７０】
また、Ｓ２１６では最新の距離Ｄｆと記憶してある距離Ｄｆｂが許容値を超えないかの判定と、最新の距離Ｄｂと記憶してある距離Ｄｂｂが許容値内を越えないかの判定を行い、いずれかが許容値を超えれば「Ｙｅｓ」と判定してＳ２１８へ行く。また、Ｓ２１８では、距離Ｄｆと距離Ｄｂに相当する駆動信号強度を信号作成回路２６に出力する。また、Ｓ２２０では、最新の距離ＤｆをＤｆｂに入れ、最新の距離ＤｂをＤｂｂに入れる。本実施形態で２つの距離Ｄｆ，Ｄｂが必要な理由は、測定光の焦点位置の変化を測定対象物ＯＢの表面より上の近傍位置と測定対象物ＯＢの裏面より下の近傍位置の範囲で行うためである。
【００７１】
また、Ｓ２２２、Ｓ２２４では回転角度Ｐ３、Ｐ４に対して、上限値より大きくないか、および下限値より小さくないかの判定を行う。これは、測定対象物ＯＢの裏面に対応する受光信号のピーク強度の方が測定対象物ＯＢの表面に対応する受光信号のピーク強度よりも小さいため、測定対象物ＯＢの裏面に対応する受光信号のピーク強度に対して検出レベルを設定するためである。また、Ｓ２２６では回転角度Ｐ１と回転角度Ｐ４の中間の回転角度における光路長変化量と同じ光路長変化量になる回転角度で回転角度Ｐ４の次に来る回転角度Ｐｍを出力する。これは、受光信号のピーク強度を検出する期間の開始タイミングを、測定対象物ＯＢの表面に対応する受光信号のピークが発生した後にするためである。これ以外は、上記第１実施形態と同じである。
【００７２】
次にタイミング指定回路７６は、図８に示す回転角度（Ａ１，Ａ２），（Ｂ１，Ｂ２），（Ｃ１，Ｃ２），（Ｄ１，Ｄ２）が記憶されているが、距離計算回路７５から回転角度Ｐｍが入力すると、記憶している回転角度組（Ａ１，Ａ２），（Ｂ１，Ｂ２），（Ｃ１，Ｃ２），（Ｄ１，Ｄ２）の内、回転角度Ｐｍが属する回転角度組を選択し、回転角度Ｐｍでピークホールド回路７７に開始信号を出力し、選択した回転角度組の後の回転角度で終了信号を出力する。視覚的に示すと、距離計算回路７５で図８（ａ）に黒点で示す点が２つのピークタイミングとして検出され、検出レベルが適正でないと判定されると、光路長変化量が同じで次に来る回転角度Ｐｍをタイミング指定回路７６に出力し、タイミング指定回路７６は、回転角度ＰｍからＢ２の間で発生するピークの信号強度を検出するようピークホールド回路に開始信号と終了信号を出力する。
【００７３】
また、タイミング指定回路７６は距離計算回路７５から回転角度Ｐｎが入力すると、上記第１実施形態と同様に、回転角度組（Ａ１，Ａ２），（Ｂ１，Ｂ２），（Ｃ１，Ｃ２），（Ｄ１，Ｄ２）の内、次に来る回転角度組で開始信号と終了信号を出力する。この場合は、ピークホールド回路７７は測定対象物ＯＢの表面に対応するピークの信号強度を検出する。
【００７４】
次に、レベル設定回路７８は、上記第１実施形態と同じ処理を行うことに加えて以下の処理を行う。レベル設定回路７８は、入力したピークの信号強度と出力した信号強度（検出レベル）を次に信号強度を出力するまで記憶しており、入力したピークの信号強度が先に入力した信号強度と等しい（差が設定された微小な範囲内にある）ときは、前回出力した信号強度（検出レベル）とグランドレベルとの差に予め設定されている割合（上記第１実施形態での割合より小さい）を乗算し、グランドレベルを加算した信号強度を出力する。これにより、検出レベルが測定対象物ＯＢの裏面に対応するピークの信号強度より大きく、ピークホールド回路７７が測定対象物ＯＢの表面に対応するピークの信号強度を検出する場合は、検出レベルの再設定を繰り返すことにより検出レベルが下がり、測定対象物ＯＢの裏面に対応するピークの信号強度を基に検出レベルを設定することができる。
【００７５】
信号作成回路２６は、エンコーダ４４ａからインデックス信号Indexとパルス列信号φA，φBを入力し、回路内のメモリにデジタルデータで記憶されている信号の波高値データをアナログ信号に変換して出力する点は上記第１実施形態と同じである。異なっている点は、上記第１実施形態が距離計算回路７５から駆動信号強度が１つ入力するのに対し、本第２実施形態では駆動信号強度が２つ入力する点と、入力した２つの駆動信号から設定範囲内の強度のみ記憶されているデータを用いる波高値データを作成する点である。視覚的に示すと、距離計算回路７５が、図８（ａ）に黒点で示す２つのピーク点の光路長（距離Ｄｆ×２と距離Ｄｂ×２）を検出すると、距離計算回路７５は信号作成回路２６に図８（ｂ）に黒点で示す２つの駆動信号強度を出力する。信号作成回路２６は２つの駆動信号強度の上下に最大と最小を定めた図８（ｂ）の太線に相当するデータを作成し、以後、このデータを出力する。
【００７６】
コントローラ９１が実行するプログラムは、上記第１実施形態におけるプログラムと一部が異なるのみである。図５に示すプログラムのフロー図は、Ｓ１１４にて検出信号が入力したか判定する替わりに検出信号が予め設定されている短時間の間に４つ入力したか判定する。これは、検出回路７２に設定された検出レベルが、測定対象物ＯＢの裏面に対応するピークの信号強度より大きいが、測定対象物ＯＢの表面に対応するピークより小さいため、測定不可の場合でも検出信号が入力する場合があるためである。また、図６に示すプログラムのフロー図のＳ３０２にても同様に検出信号が予め設定されている短時間の間に４つ入力したか判定する。また、図６に示すプログラムのフロー図のＳ３０８にては、測定対象物ＯＢの厚さｔが入力したか判定する。これ以外は、上記第１実施形態と同じである。
【００７７】
上記説明からも理解できるように、本発明を光コヒーレンストモグラフィーにより透光性物体厚さ測定装置に適用した上記第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上記第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様の変形が可能である。すなわち、ピークが発生するタイミングを回転角度の替わりにエンコーダ４４ａからインデックス信号が入力してからの経過時間で検出するようにすることができる。また、基準透光体を対物レンズ２４と測定対象物ＯＢの間に設け、基準透光体におけるピークのタイミングと測定対象物ＯＢにおけるピークのタイミングを検出して測定値を得ることもできる。
【００７８】
以上、本発明を表面プロファイル測定装置に適用した場合と透光性物体厚さ測定装置に適用した場合である、第１実施形態と第２実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記第１実施形態および上記第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。
【００７９】
上記第１実施形態および第２実施形態では、光路長可変装置４０として円盤状プレート４１に三角状反射体４２を配置し、円盤状プレート４１を回転させる装置を用いたが。高速で光路長を変化させることができ、測定光の焦点位置を光路長の変化に同期させて変化させることができるならば、どのような光路長可変装置を用いてもよい。例えば、反射体を高速で直線方向に往復移動させる光路長可変装置を用いてもよい。
【００８０】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、検出した２つの交差タイミングの差が許容範囲にないとき、検出回路７２に設定されている検出レベルが再設定されるようにした。しかし、測定対象物ＯＢごとの反射率が略一定であり、測定対象物ＯＢ内の反射率が略一定であれば、検出回路７２に設定されている検出レベルは固定されているようにしてもよい。
【００８１】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、受光信号のピーク発生タイミングから測定光の焦点位置が変化する範囲を、測定対象物ＯＢの表面を中心とした上下の微小範囲、又は測定対象物ＯＢの表面より上の近傍位置から裏面より下の近傍位置の範囲にした。しかし、測定対象物ＯＢごとの厚さが略一定であれば、最初から測定光の焦点位置が変化する範囲を、上記第１実施形態および第２実施形態のように限定しておいてもよい。
【００８２】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、光路長可変装置４０により参照光の光路長を変化させたが、参照光の光路長を一定にし、測定光の光路長を変化させるようにしてもよい。
【００８３】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、リレーレンズ２２を測定光の光軸方向に変化させることで、測定光の焦点位置を変化させたが、対物レンズ２４が高速で焦点位置を変化させることができる機構であれば、対物レンズ２４を測定光の光軸方向に変動させるようにしてもよい。
【００８４】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、円盤状プレート４１に４つの三角状反射体４２を配置し、円盤プレート４１の１回転で４つのデータが得られるようにした。しかし、円盤プレート４１に配置する三角状反射体４２の数は、測定速度と装置のコストを考慮して適宜変更してよい。ただし、７個以上配置すると、ある三角状反射体４２に照射されるレーザ光を別の三角状反射体４２が遮断してしまうので、三角状反射体４２の数は６個以下が望ましい。
【００８５】
また、上記第１実施形態および第２実施形態においては、光路長可変装置４０の円盤プレート４１を時計回りに回転させることで、光路長変化量を小さい側から大きい側に変化させるようにしたが、円盤プレート４１を反時計回りに回転させて、光路長変化量を大きい側から小さい側に変化させても、図２及び図８に示す光路長変化量の曲線は逆向きになるだけであり、リレーレンズ２２の駆動信号強度をこれに合わせるように発生させれば、本発明は問題なく実施することができる。
【００８６】
１０…測定部、１１…レーザ光源、１４…光カプラ、１５…受光センサ、１６，１７，３１，３２…光ファイバー、２０…光ヘッド、２６…信号作成回路、４０…光路長可変装置、４１…円盤状プレート、４２…三角状反射体、４４…スピンドルモータ、４７…スピンドルモータ制御回路、５０…ステージ駆動装置、５１…ステージ、５２…Ｘ方向フィードモータ、５３…Ｙ方向フィードモータ、６２…Ｘ方向フィードモータ制御回路、６３…Ｙ方向フィードモータ制御回路、６４…Ｘ方向位置検出回路、６５…Ｙ方向位置検出回路、７０…データ処理装置、７２…検出回路、７３…回転角度検出回路、７４…回転角度出力回路、７５…距離計算回路、７６…タイミング指定回路、７７…ピークホールド回路、７８…レベル設定回路、９０…コンピュータ装置、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、ＯＢ…測定対象物
【図１】
2015172538.tif 000003
【図２】
2015172538.tif 000004
【図３】
2015172538.tif 000005
【図４】
2015172538.tif 000006
【図５】
2015172538.tif 000007
【図６】
2015172538.tif 000008
【図７】
2015172538.tif 000009
【図８】
2015172538.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月29日(2015.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射したレーザ光を設定した光路を経由して出射し、前記光路の光路長を変化させる光路長可変装置と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して測定光と参照光にし、前記測定光を測定対象物に対物レンズを介して照射して反射させた後、前記測定光と前記参照光とを合成して干渉光とし、前記干渉光を受光光量に相当する強度の受光信号を出力する受光器に導く光学系であって、前記測定光又は前記参照光のどちらか一方を、前記光路長可変装置を経由させる光学系と、
前記光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、前記測定光の前記対物レンズによる焦点位置での前記測定光の光路長が前記参照光の光路長と等しくなるように、前記測定光の焦点位置を前記測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、
前記測定対象物を、前記測定対象物に照射される測定光に対して相対的に、移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記受光器が出力する受光信号の強度がピークとなる前記測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを、前記光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、前記対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、前記検出レベルを前記受光信号が交差する２つの交差タイミングを検出し、前記検出した２つの交差タイミングから前記対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段と、
前記ピークタイミング検出手段が検出した、それぞれの移動位置における対象ピークタイミングを用いて、前記測定対象物の表面プロファイルを計算する計算手段とを備えた表面プロファイル測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、
前記ピークタイミング検出手段は、検出した２つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、前記ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて前記検出レベルを設定し直すことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記焦点位置変化手段は、前記ピークタイミング検出手段が検出した対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングと終了する終了タイミングとを設定し、設定後に前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の対象ピークタイミングと前記開始タイミングと終了タイミングの設定時における対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、前記最新の対象ピークタイミングに基づいて、前記開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の表面プロファイル測定装置において、
前記対物レンズに測定光が入射する前に、前記測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、
前記焦点位置変化手段は、前記リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であることを特徴とする表面プロファイル測定装置。
【請求項５】
入射したレーザ光を設定した光路を経由して出射し、前記光路の光路長を変化させる光路長可変装置と、
低コヒーレンスのレーザ光を分岐して測定光と参照光にし、前記測定光を透光性物体である測定対象物に対物レンズを介して照射して反射させた後、前記測定光と前記参照光とを合成して干渉光とし、前記干渉光を受光光量に相当する強度の受光信号を出力する受光器に導く光学系であって、前記測定光又は前記参照光のどちらか一方を、前記光路長可変装置を経由させる光学系と、
前記光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、前記測定光の前記対物レンズによる焦点位置での前記測定光の光路長が前記参照光の光路長と等しくなるように、前記測定光の焦点位置を前記測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、
前記測定対象物を、前記測定対象物に照射される測定光に対して相対的に、移動位置を検出しながら移動させる移動手段と、
前記移動手段によるそれぞれの移動位置において、前記受光器が出力する受光信号の強度がピークとなる前記測定対象物の表面に対応する第１の対象ピークタイミングと前記測定対象物の裏面に対応する第２の対象ピークタイミングとを、前記光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、前記第２の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、前記検出レベルを前記受光信号が交差する第１の２つの交差タイミングと第２の２つの交差タイミングを検出し、前記検出した第１の２つの交差タイミングから前記第１の対象ピークタイミングを検出し、前記検出した第２の２つの交差タイミングから前記第２の対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段と、
前記ピークタイミング検出手段が検出した、それぞれの移動位置における第１と第２の対象ピークタイミングを用いて、前記測定対象物の厚さを計算する計算手段とを備えた透光性物体厚さ測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記第２の対象ピークタイミングにおける受光信号の強度を検出するピーク信号強度検出手段を備え、
前記ピークタイミング検出手段は、検出した第２の２つの交差タイミングの差が予め設定した許容範囲内にないとき、前記ピーク信号強度検出手段が検出した信号強度に基づいて前記検出レベルを設定し直すことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記焦点位置変化手段は、前記ピークタイミング検出手段が検出した第１の対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を開始する開始タイミングを設定するとともに、前記ピークタイミング検出手段が検出した第２の対象ピークタイミングに基づいて、前記測定光の焦点位置の変化を終了する終了タイミングを設定し、設定後に前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の第１の対象ピークタイミングと前記開始タイミングの設定時における第１の対象ピークタイミングとの差、又は前記ピークタイミング検出手段が検出する最新の第２の対象ピークタイミングと前記終了タイミングの設定時における第２の対象ピークタイミングとの差が許容値内にないとき、前記最新の第１と第２の対象ピークタイミングに基づいて、前記開始タイミングと終了タイミングとを設定し直すことを特徴とする透光性物体厚さ測定装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７に記載の透光性物体厚さ測定装置において、
前記対物レンズに測定光が入射する前に、前記測定光が入射し出射するリレーレンズを備え、
前記焦点位置変化手段は、前記リレーレンズの片方を測定光の光軸方向に駆動させる手段であることを特徴とする透光性物体厚さ測定装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、光コヒーレンストモグラフィーにより測定対象物の表面プロファイルを測定する装置において、光路長可変装置による光路長の変化に同期させて、測定光の対物レンズによる焦点位置での測定光の光路長が参照光の光路長と等しくなるように、測定光の焦点位置を測定光の光軸方向に変化させる焦点位置変化手段と、干渉光の強度に相当する受光信号の強度がピークとなる測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを、光路長可変装置による光路長変化、又は所定タイミングからの経過時間として検出する手段であって、対象ピークタイミングにおける受光信号の強度より小さい検出レベルが設定され、検出レベルを受光信号が交差する２つの交差タイミングを検出し、検出した２つの交差タイミングから対象ピークタイミングを検出するピークタイミング検出手段とを備えたことにある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
これによれば、光路長の変化に同期して、測定光の対物レンズによる焦点位置での測定光の光路長が参照光の光路長と等しくなるように、測定光の焦点位置が測定光の光軸方向に変化するので、測定対象物の表面の位置によらず、測定対象物の表面で測定光と参照光の光路長が等しくなるときは測定対象物の表面に測定光の焦点が合っており、干渉光のピーク強度すなわち受光信号のピーク強度は略一定になる。よって、ピーク強度より小さい検出レベルを適切に設定し、受光信号が検出レベルを交差する２つの交差タイミングを検出すれば、これから測定対象物の表面に対応する対象ピークタイミングを精度よく求めることができる。そして、２つの交差タイミングデータから対象ピークタイミングを求めているので、データ処理は短時間で済み、測定を高速で行うことができる