(57)【要約】【課題】被検面の形状を精度よく計測する上で有利な技術を提供する。【解決手段】被検面の位置を計測する計測装置は、光源から射出された光を前記被検面上で走査するための光学素子と、前記被検面上での光の走査を制御するための制御信号を前記光学素子に供給する供給部と、参照面で反射された参照光と前記被検面で反射された被検光との干渉光を検出して干渉信号を出力する検出部と、前記干渉信号により求められた位相を、前記光学素子を光が透過することに起因して生じる誤差が低減されるように、前記光学素子と前記検出部との間における前記被検光の第１光路長と前記制御信号の周波数とを用いて補正し、前記補正された位相と前記被検光の波長とを用いて前記被検面の位置を決定する処理部とを含む。【選択図】図１
2015141085.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、
光源から射出された光を前記被検面上で走査するための光学素子と、
前記被検面上での光の走査を制御するための制御信号を前記光学素子に供給する供給部と、
参照面で反射された参照光と前記被検面で反射された被検光との干渉光を検出して干渉信号を出力する検出部と、
前記干渉信号により求められた位相を、前記光学素子を光が透過することに起因して生じる誤差が低減されるように、前記光学素子と前記検出部との間における前記被検光の第１光路長と前記制御信号の周波数とを用いて補正し、前記補正された位相と前記被検光の波長とを用いて前記被検面の位置を決定する処理部と、
を含む、ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記干渉信号により求められた位相をφｍ、前記制御信号の周波数をΔｇ（ｔ）、前記第１光路長をｄ、光速をｃとしたとき、前記処理部は、前記補正された位相φｍ＿ｃｏｍｐを
2015141085.tif 000018
に従って求める、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、前記被検光の波長として、前記光源から射出された光の波長を前記制御信号の周波数を用いて補正した値を用いる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記光源から射出された光の周波数をｆｐ、前記制御信号の周波数をΔｇ（ｔ）、光速をｃとしたとき、前記処理部は、前記被検光の波長λｃｏｍｐを
2015141085.tif 000019
に従って求める、ことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記光学素子は音響光学素子を含む、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】
前記光源から射出された光を前記参照面上で走査するための第２光学素子を更に含み、
前記参照面は、前記参照面上で光を走査している間において、前記第２光学素子と前記参照面との間における前記参照光の第２光路長が変化しないように構成され、
前記供給部は、前記被検面上での光の走査に同期させて前記参照面上での光の走査を制御するための第２制御信号を前記第２光学素子に供給し、
前記処理部は、前記干渉信号により求められた位相を、前記第２光路長と、前記第２光学素子と前記検出部との間における前記参照光の第３光路長とを更に用いて補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項７】
前記干渉信号における位相をφｍ、前記制御信号の周波数をΔｇ（ｔ）、前記第１光路長をｄ１、前記第２光路長をｄ２、前記第３光路長をｄ３、光速をｃとしたとき、前記処理部は、前記補正された位相φｍ＿ｃｏｍｐを
2015141085.tif 000020
に従って求める、ことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記第２光学素子は音響光学素子を含む、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の計測装置。
【請求項９】
前記制御信号の周波数と前記光学素子の光の透過率との関係に基づいて、前記光学素子を透過した光の強度が許容範囲に収まるように、前記光学素子に供給される前記制御信号の周波数に応じて前記光源から射出される光の強度を制御する制御部を更に含む、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】
被検面の位置を計測する計測装置であって、
光源から射出された光を前記被検面上で走査するための光学素子と、
前記被検面上での光の走査を制御するための制御信号を前記光学素子に供給する供給部と、
参照面で反射された参照光と前記被検面で反射された被検光との干渉光を検出して干渉信号を出力する検出部と、
前記干渉信号により求められた位相と前記被検光の波長とを用いて前記被検面の位置を決定する処理部と、
を含み、
前記処理部は、前記被検光の波長として、前記光源から射出された光の波長を前記制御信号の周波数を用いて補正した値を用いる、ことを特徴とする計測装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計測装置を用いて被検面の位置を計測する工程と、
前記工程における計測結果に基づいて前記被検面を加工する工程と、
を含む、ことを特徴とする物品の製造方法。
【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、および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
参照面で反射された光と被検面で反射された光との干渉により生成される干渉信号に基づいて被検面の位置を計測する計測装置が知られている。このような計測装置では、被検面上で光を走査しながら被検面の複数の位置の計測を行うことにより、被検面の形状を計測することができる。
【０００３】
特許文献１には、ガルバノミラーを用いて被検面上で光を走査する計測装置が提案されている。一方で、特許文献２には、音響光学素子を用いて被検面上で光を走査する計測装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９３４１３１号公報
【特許文献２】特開２００２−８２０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は、音響光学素子を用いて被検面上で光を走査する場合、干渉信号から求められた位相に、音響光学素子を光が透過することに起因して生じる位相に関する誤差と波長の変化に関する誤差とが含まれてしまうことを見出した。そのため、被検面の位置を精度よく計測するためには、それらの誤差が低減されるように当該位相を補正することが好ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、被検面の位置を精度よく計測する上で有利な技術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】
【０００７】
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、被検面の位置を計測する計測装置であって、光源から射出された光を前記被検面上で走査するための光学素子と、前記被検面上での光の走査を制御するための制御信号を前記光学素子に供給する供給部と、参照面で反射された参照光と前記被検面で反射された被検光との干渉光を検出して干渉信号を出力する検出部と、前記干渉信号により求められた位相を、前記光学素子を光が透過することに起因して生じる誤差が低減されるように、前記光学素子と前記検出部との間における前記被検光の第１光路長と前記制御信号の周波数とを用いて補正し、前記補正された位相と前記被検光の波長とを用いて前記被検面の位置を決定する処理部と、を含む、ことを特徴とする。
【０００８】
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】
【０００９】
本発明によれば、例えば、被検面の位置を精度よく計測する上で有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】光源部の構成を示す概略図である。
【図３】被検面の位置を決定する方法を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態の計測装置の構成を示す概略図である。
【図５】平面である参照面と音響光学素子との間の光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、同一の部材ないし要素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。
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下に、第１実施形態の計測装置１００について説明する。第１実施形態の計測装置１００は、音響光学素子などの光学素子を用いて被検体の表面（以下、被検面）上で光を走査しながら、参照面で反射された光と被検面で反射された光との干渉により生成される干渉信号に基づいて被検面の位置を計測する。第１実施形態では、光学素子として音響光学素子を用いた例について説明し、以下では音響光学素子のことをＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ  Ｄｉｆｌｅｃｔｏｒ）と呼ぶ。また、第１実施形態では、ヘテロダイン方式を用いて被検面の位置を計測する場合について説明する。
【００１３】
［装置構成］
第１実施形態の計測装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１では、後述する集光レンズで光が集光することを視覚的に示すため、光源部１０１から射出された光は、幅を持った光束として２本の太線によって描かれている。
【００１４】
光源部１０１は、ヘテロダイン光源であり、Ｓ偏光成分を有する光とＰ偏光成分を有する光とを射出する。ここで、光源部１０１について図２を参照しながら説明する。光源部１０１は、レーザ２０１（光源）と、偏光ビームスプリッタ２０３および２０８と、ミラー２０４、２０５および２０９と、ＡＯＤ２０６と、制御部２０２（ドライバ）とを含みうる。制御部２０２は、レーザ２０１から射出される光の強度を制御するなど、レーザ２０１の駆動を制御する。
【００１５】
レーザ２０１から射出された光は、偏光ビームスプリッタ２０３に入射し、Ｓ偏光成分を有する光とＰ偏光成分を有する光とに分けられる。Ｓ偏光成分を有する光は、偏光ビームスプリッタ２０３とミラー２０５とのそれぞれで反射され、ＡＯＤ２０６を透過した後に、偏光ビームスプリッタ２０８に入射する。ＡＯＤ２０６は、周波数Δｆ（例えばΔｆ≒２０ＭＨｚ）の信号が発振器２０７から供給されることによって駆動される。そのため、ＡＯＤ２０６を透過した光の周波数が、ＡＯＤ２０６の周波数Δｆだけ変調される。一方で、Ｐ偏光成分を有する光は、偏光ビームスプリッタ２０３を透過して、ミラー２０４で反射されて偏光ビームスプリッタ２０８に入射する。偏光ビームスプリッタ２０８では、ＡＯＤ２０６による周波数の変調が行われていないＰ偏光成分を有する光と、ＡＯＤ２０６による周波数の変調が行われたＳ偏光成分を有する光とが合成される。そして、偏光ビームスプリッタ２０８で合成された光は、ミラー２０９で射出方向を調整されて、光源部１０１から射出される。以下では、光源部１０１から射出されるＳ偏光成分を有する周波数をｆｓ、および波長をλｓとし、Ｐ偏光成分を有する周波数をｆｐ、および波長をλｐとする。
【００１６】
光源部１０１から射出された光は、無偏光ビームスプリッタ１０２に入射し、その一部が反射される。無偏光ビームスプリッタ１０２で反射された光は、偏光軸が斜め４５度に配置された検光子１０３を透過し、集光レンズ１０４によって集光されて検出部１０５で検出される。検出部１０５は、光源部１０１の偏光ビームスプリッタ２０３で分けられ、偏光ビームスプリッタ２０８で合成されたＰ偏光成分を有する光とＳ偏光成分を有する光との干渉光を検出し、その干渉光に応じた干渉信号を出力する。以下では、検出部１０５が出力する干渉信号を基準信号Ｉｒｅｆと称する。
【００１７】
無偏光ビームスプリッタ１０２を透過した光は、偏光ビームスプリッタ１０６に入射し、Ｓ偏光成分を有する光とＰ偏光成分を有する光とに再び分けられる。Ｓ偏光成分を有する光は、偏光ビームスプリッタ１０６で反射され、λ／４波長板１０７を透過することによって円偏光にされた後、参照ミラー１０８の参照面１０８ａに入射する。そして、参照面１０８ａに入射した光は、参照面１０８ａで反射されて逆周りの円偏光にされた後に、再びλ／４波長板１０７を透過することによってＰ偏光成分を有する光になり、偏光ビームスプリッタ１０６に再び入射する。偏光ビームスプリッタ１０６に再び入射した光は、Ｐ偏光成分を有するため、偏光ビームスプリッタ１０６を透過する。ここで、参照面１０８ａで反射された光を、以下では参照光と称する。
【００１８】
一方で、Ｐ偏光成分を有する光は、偏光ビームスプリッタ１０６を透過し、λ／４波長板１０９を透過することによって円偏光にされた後、集光レンズ１１０で径が絞られてＡＯＤ１１１に入射する。ＡＯＤ１１１は、周波数Δｇ（ｔ）の信号が発振器１１２（供給部）から供給されることによって、例えば図１におけるＹ方向に光を偏向させ、被検面上でＹ方向に光を走査することができる。一般に、ＡＯＤ１１１における光の偏向角θは式（１）によって表わされ、周波数Δｇを時間的に変化させることで、偏向角θを時間的に変化させることができる。式（１）において、λは光の波長、ＶａはＡＯＤ内の音響速度である。音響速度Ｖａは、ＡＯＤに用いられる材質によって決まる。
【００１９】
【数１】
2015141085.tif 000003
【００２０】
例えば、ＡＯＤの材質にＴｅＯ２を用いて可視光領域における光を偏向する場合、音響速度Ｖａは６００ｍ／ｓｅｃ程度であり、周波数Δｇは６０ＭＨｚ程度であるため、偏光角θは３ｄｅｇ程度となる。そして、周波数Δｇを数１０Ｈｚ程度で変調させることにより、被検面上でＹ方向に光を走査させることができる。ここで、発振器１１２からＡＯＤ１１１に供給される制御信号の周波数Δｇ（ｔ）に関する情報は、処理部１１７に送信される。また、第１実施形態では、説明を簡単にするため、被検面上でＹ方向に沿った１次元に光を走査する場合について説明するが、２次元に光を走査することができるＡＯＤを用いることにより、被検面上で光をＸＹ方向に走査することもできる。
【００２１】
ＡＯＤ１１１によって偏向された光は、被検面１１３に入射する。第１実施形態では被検面１１３が粗面であることを想定しているため、被検面１１３に入射した光は様々な方向に反射される。したがって、被検面１１３に入射した光は、被検面１１３で反射されて逆周りの円偏光にされた後に、その一部のみが、被検面１１３に入射したときと同じ経路を通ってＡＯＤ１１１に入射し、ＡＯＤ１１１を再び透過する。ＡＯＤ１１１を透過した光は、集光レンズ１１０によって平行光にされた後、再びλ／４波長板１０９を透過することによってＳ偏光成分を有する光になり、偏光ビームスプリッタ１０６に再び入射する。偏光ビームスプリッタ１０６に再び入射した光は、Ｓ偏向成分を有するため、偏光ビームスプリッタで反射される。ここで、被検面１１３で反射された光を、以下では被検光と称する。
【００２２】
参照光および被検光は偏光ビームスプリッタ１０６で合成され、偏光軸が斜め４５度に配置された検光子１１４を透過し、集光レンズ１１５によって集光されて検出部１１６で検出される。検出部１１６は、参照光と被検光との干渉光を検出し、その干渉光に応じた干渉信号を出力する。以下では、検出部１１６が出力する干渉信号を計測信号Ｉｓｉｇと称する。
【００２３】
検出部１０５から出力された基準信号Ｉｒｅｆ、および検出部１１６から出力された計測信号Ｉｓｉｇは処理部１１７に送られる。そして、処理部１１７は、基準信号Ｉｒｅｆと計測信号Ｉｓｉｇとの位相差に基づいて、被検面１１３の位置（光が照射された被検面１１３の箇所のＺ方向における位置）を決定する。このように被検面１１３の位置を決定する工程を、ＡＯＤ１１１によって光を被検面１１３上で走査しながら、被検面１１３における複数の箇所の各々で行うことにより、被検面１１３の形状を計測することができる。
【００２４】
ここで、ＡＯＤには、一般に、ＡＯＤに供給される信号の周波数を変えて光を偏向させると、回折効率が変化して、光の透過率が変化するといった問題がある。即ち、強度が一定である光をＡＯＤに入射していても、光の偏向角θを変えると、ＡＯＤを透過した後の光の強度が変化してしまう。そのため、光源部１０１のレーザ２０１（光源）から射出される光の強度を、ＡＯＤ１１１に供給される制御信号の周波数に応じて制御するとよい。例えば、ＡＯＤ１１１に供給される制御信号の周波数とＡＯＤ１１１の光の透過率との関係を予め計測しておき、当該関係を制御部２０２に記憶させておく。そして、図２に示すように、制御部２０２は、被検面１１３の形状を計測している間に、ＡＯＤ１１１に供給される信号の周波数を発振器１１２から逐次取得し、記憶された当該関係に基づいて、取得された周波数に応じてレーザ２０１の光の強度を制御する。これにより、制御部２０２は、ＡＯＤ１１１を透過した光の強度が許容範囲に収まるように、レーザ２０１から射出される光の強度を制御することができる。
【００２５】
［ＡＯＤを用いることによる干渉信号への影響］
音響光学素子（ＡＯＤ）を用いることによる干渉信号への影響について説明する。ここで、光路長とは、光が通過する距離に光が通過する媒体の屈折率を乗じたものであるが、第１実施形態では、説明を簡単にするため、光が通過する媒体を空気とし、空気の屈折率を「１」として説明する。また、以下の説明では、ＡＯＤ１１１と被検面１１３との間における被検光の光路長をＬ（ｔ）、ＡＯＤ１１１と検出部１１６との間における被検光の光路長（第１光路長）をｄとする。ＡＯＤ１１１と被検面１１３との間における被検光の光路長が時刻ｔの関数であるのは、ＡＯＤ１１１における光の偏向角θが時刻ｔに対して変わり、それに応じて光が照射される被検面１１３の箇所が変わるからである。
【００２６】
次に、計測装置１００内の各位置における被検光の周波数について説明する。光源部１０１から射出され、ＡＯＤ１１１に入射するまでの光の周波数はｆｐである。また、ＡＯＤ１１１を透過し、被検面１１３で反射されてＡＯＤ１１１に入射する被検光の周波数は、ＡＯＤ１１１においてΔｇ（ｔ）だけ変化するため、ｆｐ＋Δｇ（ｔ）となる。そして、ＡＯＤ１１１を再び透過し、検出部１１６に入射する被検光の周波数は、ＡＯＤ１１１において更にΔｇ（ｔ）だけ変化するため、ｆｐ＋２Δｇ（ｔ）となる。一方で、参照光はＡＯＤを透過しないため、検出部１１６に入射する参照光の周波数はｆｓである。
【００２７】
このとき、検出部１０５から出力される基準信号Ｉｒｅｆ、および検出部１１６から出力される計測信号Ｉｓｉｇは、式（２）および式（３）によってそれぞれ表わされる。ここで、式（３）においてｃは光速であり、以下の式においても同様である。
【００２８】
【数２】
2015141085.tif 000004
【００２９】
【数３】
2015141085.tif 000005
【００３０】
式（２）の右辺において、コサインの中における第１項のΔｆは、光源部１０１のＡＯＤ２０６によって与えられた周波数であり、一般に、ビート周波数あるいはヘテロダイン周波数と呼ばれる。また、第２項のφｄｒｉｆｔは、光源部１０１の内部で発生しうる、Ｐ偏光成分を有する光とＳ偏光成分を有する光との光路長差の時間的に緩やかな変動を表わす。例えば、図２に示すように、偏光ビームスプリッタ２０３と偏光ビームスプリッタ２０８との間では、Ｐ偏光成分を有する光とＳ偏光成分を有する光とが分離されている。そのため、光路長差の変動（φｄｒｉｆｔ）は、それぞれの光路において互いに異なる温度変動が生じた場合などに発生しうる。
【００３１】
一方で、式（３）の右辺において、コサインの中における第１項はビート周波数であり、第５項は光路長差の変動（φｄｒｉｆｔ）である。また、第２項は、ビート周波数と同様に時間的な位相の変化を表わしたものであり、検出部１１６に入射する被検光の周波数がｆｐ＋２Δｇ（ｔ）に変化したことに起因する。第３項は、空間的な位相変化を表わしたものであり、ＡＯＤ１１１と検出部１１６との間における光路（光路長ｄ）を通過する被検光の周波数がｆｐ＋２Δｇ（ｔ）に変化したことに起因する。第４項も、空間的な位相変化を表わしたものであり、ＡＯＤ１１１と被検面１１３との間における光路（光路長Ｌ（ｔ））を通過する被検光の周波数がｆｐ＋Δｇ（ｔ）に変化したことに起因する。ここで、式（３）の右辺におけるコサインの中の第３項および第４項が、ＡＯＤ１１１を光が透過することに起因して生じる誤差となる。第３項の誤差は、光路長Ｌ（ｔ）に依存しない誤差であり、上述の「位相に関する誤差」に相当する。また、第４項の誤差は、干渉計測を行う際の指標となる光の波長が変化することに起因し、光路長Ｌ（ｔ）に依存する誤差であり、上述の「波長の変化に関する誤差」に相当する。
【００３２】
［被検面の位置の決定方法］
検出部１０５からの基準信号Ｉｒｅｆと検出部１１６からの計測信号Ｉｓｉｇとに基づいて、処理部１１７が被検面１１３の位置を決定する方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、被検面１１３の位置を決定する方法を示すフローチャートである。
【００３３】
Ｓ１では、処理部１１７は、被検面１１３の形状の計測を開始した後、装置内パラメータを取得する。装置内パラメータとは、ＡＯＤ１１１と検出部１１６との間における被検光の光路長ｄである。この光路長ｄは、例えば、計測装置１００の設計値や、実際に光学素子をメカ的な制約のもとに配置したときの実測値などが用いられる。
【００３４】
Ｓ２では、処理部１１７は、検出部１０５からの基準信号Ｉｒｅｆと検出部１１６からの計測信号Ｉｓｉｇとの位相差を算出する。例えば、処理部１１７は、基準信号Ｉｒｅｆと計測信号Ｉｓｉｇとを時刻ｔでフーリエ解析し、各ピークである周波数Δｆの位相と周波数Δｆ−２Δｇ（ｔ）の位相とをそれぞれ算出する。算出された周波数Δｆの位相φｍ＿ｒｅｆおよび周波数Δｆ−２Δｇ（ｔ）の位相φｍ＿ｓｉｇは、式（４）および式（５）によってそれぞれ表わされる。ここでは、説明を簡単にするため、Δｇ（ｔ）やφｄｒｉｆｔも時刻ｔの関数であるが、その変化の速度はΔｆやΔｆ−２Δｇ（ｔ）に対して十分に小さいものとした。次に、処理部１１７は、基準信号Ｉｒｅｆと計測信号Ｉｓｉｇとの位相差を算出する。算出された位相差φｍは、式（６）によって表わされる。このように位相差φｍを算出することで、式（４）および式（５）に含まれる光路長差の変動φｄｒｉｆｔの影響を取り除くことができる。
【００３５】
【数４】
2015141085.tif 000006
【００３６】
【数５】
2015141085.tif 000007
【００３７】
【数６】
2015141085.tif 000008
【００３８】
Ｓ３では、処理部１１７は、ＡＯＤ１１１のパラメータを取得する。ＡＯＤ１１１のパラメータとは、発振器１１２からＡＯＤ１１１に供給される信号の周波数Δｇ（ｔ）である。Ｓ４では、処理部１１７は、干渉信号により求められた位相を、位相に関する誤差が低減されるように補正する。上述したように、第１実施形態の計測装置１００では、ＡＯＤ１１１を用いて被検面１１３で光を走査しているため、上述したようにＡＯＤ１１１において光の周波数の変動が生じ、位相に関する誤差が発生してしまう。この位相に関する誤差は、式（６）の右辺における第１項に相当する。そこで、処理部１１７は、式（６）によって表わされる位相差φｍを、ＡＯＤ１１１と検出部１１６との間における被検光の光路長ｄ（第１光路長）と、発振器１１２からＡＯＤ１１１に供給される信号の周波数Δｇ（ｔ）とを用いて補正する。補正された位相φｍ＿ｃｏｍｐは、式（７）によって表わされる。
【００３９】
【数７】
2015141085.tif 000009
【００４０】
Ｓ５では、処理部１１７は、被検面１１３の位置を決定するために用いられる被検光の波長を補正する。被検面１１３で光を走査するためにＡＯＤを用いない場合では、被検光の波長λｐは、光源部１０１から射出される光の周波数ｆｐを用いて、λｐ＝ｃ／ｆｐによって与えられる。しかしながら、第１実施形態の計測装置１００では、ＡＯＤ１１１を用いて被検面１１３で光を走査しており、上述したようにＡＯＤ１１１において周波数の変動が生じる。そのため、上述した波長λｐを被検光の波長として用いて被検面の位置を決定すると、波長の変化に関する誤差が生じてしまうこととなる。そこで、処理部１１７は、発振器１１２からＡＯＤ１１１に供給される信号の周波数Δｇ（ｔ）用いて、光源部１０１から射出された光の波長を補正した値を、被検光の波長として用いる。被検光の波長は、式（８）によって表わされる。
【００４１】
【数８】
2015141085.tif 000010
【００４２】
Ｓ６では、処理部１１７は、式（７）によって表わされる位相φｍ＿ｃｏｍｐと、式（８）によって表わされる被検光の波長λｃｏｍｐとを用いて、ＡＯＤ１１１と被検面１１３との間における光路長Ｌｍを式（９）に従って算出する。そして、処理部１１７は、ＡＯＤ１１１から光が射出される位置は変わらないため、光路長Ｌｍの値とＡＯＤ１１１における光の偏光角θに基づいて被検面の位置を決定することができる。そして、被検面の位置を決定する工程を、被検面１１３上で光を走査しながら繰り返すことにより、第１実施形態の計測装置１００は被検面の形状を精度よく計測することができる。
【００４３】
【数９】
2015141085.tif 000011
【００４４】
従来では、検出部１１６からの計測信号Ｉｓｉｇが数値データとして取得されるため、計測信号Ｉｓｉｇから求められた位相に、ＡＯＤを光が透過することに起因して生じる位相に関する誤差と波長の変化に関する誤差とが含まれているという認識がなかった。一方で、本実施形態では、ＡＯＤを用いる場合において、計測信号Ｉｓｉｇから求められた位相に位相に関する誤差と波長の変化に関する誤差とが含まれていることが本発明者によって見出され、それらの誤差が低減されるように被検面の位置が決定される。即ち、第１実施形態の計測装置１００は、上述したように被検面１１３の位置を決定することにより、位相に関する誤差と波長の変化に関する誤差とを低減し、被検面１１３の形状を精度よく計測することができる。ここで、第１実施形態では、位相に関する誤差と波長の変化に関する誤差とが共に低減されるように補正を行う方法について説明したが、それに限られるものではなく、それらのうちどちらか一方のみが低減されるように補正を行ってもよい。つまり、図３に示されるフローチャートにおいて、Ｓ４およびＳ５のうちどちらか一方を行うだけでもよい。また、第１実施形態では、ヘテロダイン方式を用いて被検面の形状を計測する場合について説明したが、ホモダイン方式にも適用することができる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
以下に、第２実施形態の計測装置２００について説明する。第２実施形態の計測装置２００は、第１実施形態の計測装置１００と比較して、参照光の光路上にも音響光学素子（ＡＯＤ４０２（第２光学素子））が設けられている。このように参照光の光路上にＡＯＤ４０２を設けることにより、上述の式（３）の右辺における第２項で表わされる２Δｇ（ｔ）ｔの項が発生しない。その結果、検出部１０５および１１６におけるサンプリング周波数を低減させ、低コスト化することができる。
【００４６】
［装置構成］
第２実施形態の計測装置２００の構成について、図４を参照しながら説明する。第２実施形態の計測装置２００は、第１実施形態の計測装置１００と比較して、参照面側の構成が異なるため、以下では参照側の構成について説明する。
【００４７】
無偏光ビームスプリッタ１０２を透過したＳ偏光成分を有する光は、偏光ビームスプリッタ１０６で反射され、λ／４波長板１０７を透過することによって円偏光にされた後、集光レンズ４０１で径が絞られてＡＯＤ４０２に入射する。ＡＯＤ４０２は、被検面１１３上で光を走査するためのＡＯＤ１１１と同じ性能を有することが好ましい。そして、ＡＯＤ４０２には、被検面１１３上での光の走査に同期させて参照面４０３上での光の走査を制御するための信号（第２信号）が発振器１１２（供給部）によって供給される。即ち、ＡＯＤ４０２には、発振器１１２からＡＯＤ１１１に供給される信号の周波数（Δｇ（ｔ））とほぼ同じ周波数を有する信号が発振器１１２から供給される。そのため、ＡＯＤ４０２は、ＡＯＤ１１１を透過した光の偏光角θとほぼ同じ偏光角で光を参照ミラー４０３の参照面上で走査することができる。
【００４８】
参照ミラー４０３の参照面４０３ａは、参照面上で光を走査している間において、ＡＯＤ４０２と参照面４０３ａとの間における参照光の光路長（第２光路長）が変化しないように、例えば円弧状に構成されている。ここでは、参照面上で１次元に光を走査する場合を想定しているため参照面４０３ａが円弧状に構成されているが、参照面上で２次元に光を走査する場合には参照面４０３ａが例えば半球状に構成される。ここで、参照ミラー４０３の参照面４０３ａは、円弧状または半球状に構成されるとよいが、それに限られるものではなく、例えば平面であってもよい。図５は、参照面５０２ａが平面である参照ミラー５０２を用いる場合において、参照面５０２ａとＡＯＤ４０２との間における光路を示す図である。ＡＯＤ４０２を透過した光は、偏向された後、集光レンズ５０１に入射し、平面である参照面５０２ａに垂直に入射する。ＡＯＤ４０２と集光レンズ５０１との相対位置は、集光レンズ５０１を透過した光が参照面５０２ａに垂直に入射するように設定される。参照面５０２ａで反射された光は、再び集光レンズ５０１を透過し、ＡＯＤ４０２に再び入射する。
【００４９】
参照ミラー４０３の参照面４０３ａに入射した光は、参照面４０３ａで反射されて逆周りの円偏光にされた後に、再びＡＯＤ４０２およびλ／４波長板１０７を透過してＰ偏光成分を有する光になり、偏光ビームスプリッタ１０６に再び入射する。偏光ビームスプリッタ１０６に再び入射した光は、Ｐ偏光成分を有するため、偏光ビームスプリッタ１０６を透過する。ここで、参照面４０３ａで反射された光を、以下では参照光と称する。
【００５０】
［ＡＯＤを用いることによる干渉信号への影響］
音響光学素子（ＡＯＤ）を用いることによる干渉信号への影響について説明する。以下の説明では、ＡＯＤ１１１と検出部１１６との間における被検光の光路長（第１光路長）をｄ１とする。また、ＡＯＤ４０２と参照面４０３ａとの間における参照光の光路長（第２光路長）をｄ２、ＡＯＤ４０２と検出部１１６との間における参照光の光路長（第３光路長）をｄ３とする。それら以外のパラメータについては第１実施形態と同じ符号を用いる。
【００５１】
次に、計測装置１００内の各位置における参照光の周波数について説明する。光源部１０１から射出され、ＡＯＤ４０２に入射するまでの光の周波数はｆｓである。また、ＡＯＤ４０２を透過し、参照面４０３ａで反射されてＡＯＤ４０２に入射する参照光の周波数は、ＡＯＤ４０２においてΔｇ（ｔ）だけ変化するため、ｆｓ＋Δｇ（ｔ）となる。そして、ＡＯＤ４０２を再び透過し、検出部１１６に入射する参照光の周波数は、ＡＯＤ４０２において更にΔｇ（ｔ）だけ変化するため、ｆｓ＋２Δｇ（ｔ）となる。一方で、被検光に関しては第１実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００５２】
このとき、検出部１０５から出力される基準信号Ｉｒｅｆ、および検出部１１６から出力される計測信号Ｉｓｉｇは、式（１０）および式（１１）によってそれぞれ表わされる。ここで、式（１１）に示すように、干渉信号Ｉｓｉｇには、式（３）の右辺における第２項で表わされる２Δｇ（ｔ）ｔの項が発生しないことがわかる。その結果、上述したように、検出部１０５および１１６におけるサンプリング周波数を低減させ、低コスト化することができる。
【００５３】
【数１０】
2015141085.tif 000012
【００５４】
【数１１】
2015141085.tif 000013
【００５５】
［被検面の位置の決定方法］
検出部１０５からの基準信号Ｉｒｅｆと検出部１１６からの計測信号Ｉｓｉｇとに基づいて、処理部１１７が被検面１１３の位置を決定する方法について説明する。被検面１１３の位置を決定する方法は、図３に示されるフローチャートに従って行われる。
【００５６】
Ｓ１では、処理部１１７は、被検面１１３の形状の計測を開始した後、装置内パラメータを取得する。装置内パラメータとは、第１光路長ｄ１、第２光路長ｄ２、および第３光路長ｄ３である。これらは、例えば、計測装置２００の設計値や、実際に光学素子をメカ的な制約のもとに配置したときの実測値などが用いられる。
【００５７】
Ｓ２では、処理部１１７は、検出部１０５からの基準信号Ｉｒｅｆと検出部１１６からの計測信号Ｉｓｉｇとの位相差を算出する。例えば、処理部１１７は、基準信号Ｉｒｅｆと計測信号Ｉｓｉｇとを時刻ｔでフーリエ解析し、各ピークである周波数Δｆの位相と周波数Δｆ−２Δｇ（ｔ）の位相とをそれぞれ算出する。算出された周波数Δｆの位相φｍ＿ｒｅｆおよび周波数Δｆ−２Δｇ（ｔ）の位相φｍ＿ｓｉｇは、式（１２）および式（１３）によってそれぞれ表わされる。次に、処理部１１７は、基準信号Ｉｒｅｆと計測信号Ｉｓｉｇとの位相差を算出する。算出された位相差φｍは、式（１４）によって表わされる。このように位相差φｍを算出することで、式（１２）および式（１３）に含まれる光路長差の変動φｄｒｉｆｔの影響を取り除くことができる。
【００５８】
【数１２】
2015141085.tif 000014
【００５９】
【数１３】
2015141085.tif 000015
【００６０】
【数１４】
2015141085.tif 000016
【００６１】
Ｓ３では、処理部１１７は、ＡＯＤ１１１のパラメータを取得する。ＡＯＤ１１１のパラメータとは、第１実施形態と同様に、発振器１１２からＡＯＤ１１１に供給される信号の周波数Δｇ（ｔ）である。Ｓ４では、処理部１１７は、干渉信号より求められた位相を、位相に関する誤差が低減されるように補正する。この位相に関する誤差は、式（１４）の右辺における第１項のことである。そこで、処理部１１７は、式（１４）によって表わされる位相差φｍを、第１光路長ｄ１と、第２光路長ｄ２と、第３光路長ｄ３と、発振器１１２からＡＯＤ１１１およびＡＯＤ４０２に供給される信号の周波数Δｇ（ｔ）とを用いて補正する。補正された位相φｍ＿ｃｏｍｐは、式（１５）によって表わされる。また、Ｓ５およびＳ６は、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６２】
【数１５】
2015141085.tif 000017
【００６３】
上述したように、第２実施形態の計測装置２００は、参照光の光路上にもＡＯＤ４０２が設けられている。このように参照光の光路上にＡＯＤ４０２を設けることにより、検出部１０５および１１６におけるサンプリング周波数を低減させ、低コスト化することができる。
【００６４】
＜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、レンズやミラーなどの光学素子等の物品を製造する際に用いられる。本実施形態の物品の製造方法は、上記の計測装置を用いて被検面（被検物の表面）の位置（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になるように当該被検面を加工（製造）する。本実施形態の物品の製造方法は、計測装置により精度よく被検面の形状を計測できるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００６５】
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およ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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