(57)【要約】【課題】  入射光に対し垂直の反射面を有する反射体の取付けが微妙に変化しても、反射光の光軸が入射光の光軸からほとんど変化することがない光路長可変装置を提供する。【解決手段】  入射した平行光を、入射した際の光軸を変化させることなく逆方向に出射させるまでの間に光路長を変化させる光路長可変装置４０において、入射光を光軸を変化させることなく逆方向に反射させる折返し反射体４６の手前に、焦点位置が折返し反射体４６の反射面に一致したマイクロレンズアレイ４５を配置する。【選択図】  図１
2015175595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した平行光を、入射した際の光軸を変化させることなく逆方向に出射させるまでの間に光路長を変化させる光路長可変装置において、
入射した平行光を、光軸を変化させることなく逆方向に反射させる折返し反射体の手前に、焦点位置が前記折返し反射体の反射面に略一致したマイクロレンズアレイを配置したことを特徴とする光路長可変装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光路長可変装置において、
入射した平行光とは逆方向に平行光を出射する三角状反射体を固定した平盤と、
前記平盤を前記平盤の中心軸周りに回転させる回転手段とを備え、
前記三角状反射体が反射した平行光を、前記折返し反射体で反射させることを特徴とする光路長可変装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光路長可変装置において、
前記三角状反射体は、レトロリフレクタであることを特徴とする光路長可変装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３のうちのいずれか１つに記載した光路長可変装置を備え、
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、
前記測定対象物に測定光が照射される前に測定光が透過するとともに、前記測定対象物からの測定光の反射光が透過する基準透光体であって、物体内での測定光の光路長および屈折率が既知である基準透光体と、
前記受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、
前記ピーク点時間検出手段が検出した前記基準透光体の測定光入射側の面および測定光出射側の面に対応する前記ピーク点時間と、前記ピーク点時間検出手段が検出した前記測定対象物の面又は境界に対応するピーク点時間と、前記基準透光体の物体内での測定光の光路長および屈折率とを用いて、前記基準透光体から前記測定対象物までの距離又は前記測定対象物の厚さを計算する計算手段とを備えたことを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した平行光を、入射した際の光軸を変化させることなく逆方向に出射させるまでの間に光路長を変化させる光路長可変装置、および該光路長可変装置を用いて物体の表面プロファイルや透光性物体の厚さを測定する光コヒーレンストモグラフィー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射した平行光を、入射した際の光軸を変化させることなく逆方向に出射させるまでの間に、光路長を変化させる光路長可変装置は、様々な装置に用いられている。例えば、下記特許文献１に示されているように、２つの低コヒーレンス光を光軸を合わせて干渉させ、片方の低コヒーレンス光の光路長を変化させて、干渉光の強度変化を測定する光コヒーレンストモグラフィー（Optical Coherence Tomography：OCT）装置に用いられている。このような光路長可変装置において、下記特許文献１に示されているように、高速で光路長を変化させることができ、バックラッシュによる影響も発生することがない光路長可変装置として、三角状の反射体を固定した円盤を回転させる光路長可変装置がある。この光路長可変装置は、円盤を回転させながら三角状の反射体で反射した平行光を円盤外にある固定反射体で反射させることで、入射した平行光の光軸を変化させることなく進行方向を逆方向にして出射している。すなわち、三角状の反射体は、円盤の回転角度によらず入射した平行光の光軸と平行な光軸の平行光を固定反射体に向けて出射し、固定反射体の反射面は入射する平行光の光軸に対し垂直になっているので、反射光は入射光と光軸が変わらないまま進行方向が逆方向になる。これにより、入射した平行光は光軸が変化せず進行方向が逆方向になって出射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２１８１１号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、反射体を固定した円盤を回転させる光路長可変装置は、固定反射体の取り付けを精密に行わないと、反射した平行光の光軸が入射した平行光の光軸からずれてしまい、光路長可変装置から出射する平行光の光軸が入射した平行光の光軸からずれてしまう。そのため、装置の製作に時間がかかるという問題や、長期間が経過すると環境上のストレスから固定反射体の取り付けが微妙に変化し、出射する平行光の光軸が変化してしまう可能性があるという問題がある。また、この問題は、反射体を固定した円盤を回転させる光路長可変装置に限らず、入射する平行光の光軸に対し垂直の反射面を有する光路長可変装置であれば、どのようなものにも存在する。
【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、入射した平行光を、入射した際の光軸を変化させることなく逆方向に出射させるまでの間に、光路長を変化させる光路長可変装置において、入射光に対し垂直の反射面を有する反射体の取付けが微妙に変化しても、反射した平行光の光軸が入射した平行光の光軸からほとんど変化することがないようにし、製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性が強い光路長可変装置を提供することにある。また、そのような光路長可変装置を用いた、物体の表面プロファイルや透光性物体の厚さを測定する光コヒーレンストモグラフィー装置において、製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性が強い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、入射した平行光を、入射した際の光軸を変化させることなく逆方向に出射させるまでの間に光路長を変化させる光路長可変装置において、入射した平行光を、光軸を変化させることなく逆方向に反射させる折返し反射体の手前に、焦点位置が折返し反射体の反射面に略一致したマイクロレンズアレイを配置したことにある。これによれば、折返し反射体の取付けが微妙に変化しても、反射した平行光の光軸が入射した平行光の光軸からほとんど変化することがないようにすることができる。
【０００７】
また、折返し反射体の手前にマイクロレンズアレイを配置することを、入射した平行光とは逆方向に平行光を出射する三角状反射体を固定した平盤と、平盤を平盤の中心軸周りに回転させる回転手段とを備え、三角状反射体が反射した平行光を、折返し反射体で反射させる光路長可変装置において行うと、この光路長可変装置の有益な点はそのままで、製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性が強い光路長可変装置を得ることができる。
【０００８】
また、その光路長可変装置において三角状反射体はレトロリフレクタであるようにするとよい。これによれば、平盤上の三角状反射体の取付けがずれても、三角状反射体の３つの反射面が互いに９０°の角度になるよう精度よく製作されていれば、三角状反射体で反射した平行光の光軸は入射した平行光の光軸と平行のままである。よって、さらに製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性を強くすることができる。
【０００９】
また、本発明による光路長可変装置を、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、測定光を測定対象物に照射して反射させた後、測定光と参照光とを合成して干渉光とし、干渉光の強度を検出することにより、物体の表面プロファイルや透光性物体の厚さを測定する光コヒーレンストモグラフィー装置に用いるときは、測定対象物に測定光が照射される前に測定光が透過するとともに、測定対象物からの測定光の反射光が透過する基準透光体であって、物体内での測定光の光路長および屈折率が既知である基準透光体と、受光器が出力する信号がピークとなるタイミングにおける時間を、ピーク点時間として検出するピーク点時間検出手段と、ピーク点時間検出手段が検出した基準透光体の測定光入射側の面および測定光出射側の面に対応するピーク点時間と、ピーク点時間検出手段が検出した測定対象物の面又は境界に対応するピーク点時間と、基準透光体の物体内での測定光の光路長および屈折率とを用いて、基準透光体から測定対象物までの距離又は測定対象物の厚さを計算する計算手段とを備えるようにするとよい。これによれば、三角状反射体の取付けが変化して、回転角度と光路長変化量との関係が変化しても、得られたピーク点時間と基準透光体内での測定光の光路長および基準透光体内の屈折率を用いて測定値を得ることができるので、測定精度には影響しない。すなわち、製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性が強い光コヒーレンストモグラフィー装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光路長可変装置の構造を示した図である。
【図２】光路長可変装置における折返し反射体周囲の構造を示した図である。
【図３】折返し反射体の手前にマイクロミラーを配置すると、入射光が反射面に対し垂直でなくても、反射光の光軸は入射光の光軸に対してほとんど変化しないことを説明する図である。
【図４】図１の光路長可変装置を備えた光コヒーレンストモグラフィー装置の全体構成図である。
【００１１】
以下、本発明が適用された光路長可変装置について図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明が適用された光路長可変装置の全体構成図である。この光路長可変装置は、先行技術文献に特許文献１としてあげた特開２０１３−２２１８１１号公報で記載されている光路長可変装置において固定反射体（本実施形態における折返し反射体４６）の周囲と、三角状反射体を変更した装置である。図２は、折返し反射体４６の周囲の構造を示した図である。
【００１２】
図１に示すように、折返し反射体４６の手前には、マイクロレンズアレイ４５が設けられており、後述するレトロリフレクタ４２で反射した平行光はマイクロレンズアレイ４５を介して折返し反射体４６に入射し、反射して光軸を変化させずにレトロリフレクタ４２に戻る。マイクロレンズアレイ４５と折返し反射体４６は固定用治具４７により固定され、固定用治具４７は固定台４８に取り付けられている。
【００１３】
図２に示すように、固定用治具４７は、レンズ固定枠４７−１、スペーサ４７−２、枠体４７−３、ボルト４７−４から構成される。マイクロレンズアレイ４５と折返し反射体４６を固定用治具４７に固定し、固定用治具４７を固定台４８に取り付ける作業は、以下のように行う。まず、レンズ固定枠４７−１のＬ字状の箇所に接着剤を塗布し、マイクロレンズアレイ４５を入れて、マイクロレンズアレイ４５をレンズ固定枠４７−１に固定する。次に、枠体４７−３の内側側面壁に接着剤を塗布し、枠体４７−３を上向きにして、折返し反射体４６、スペーサ４７−３、レンズ固定枠４７−１に取り付けられたマイクロレンズアレイ４５、をこの順で枠体４７−３の内側に入れる。そして、枠体４７−３とレンズ固定枠４７−１の間に接着剤を全周に渡って塗布し、接着剤が乾燥するまで時間をおく。これにより、枠体４７−３にはマイクロレンズアレイ４５と折返し反射体４６が固定され、スペーサ４７−３により、マイクロレンズアレイ４５のそれぞれのレンズの焦点が、折返し反射体４６の表面に略一致する。次に、枠体４７−３の枠には中心軸方向に複数の穴があけられているので、この穴が固定台４８に作成されたねじ穴に合うよう、枠体４７−３を固定台４８に合わせ、枠体４７−３をボルトにより固定台４８に取り付ける。このとき、枠体４７−３の底部と固定台４８の間にフィルム状の弾性体Ｆをはさみ、光路長可変装置４０に平行光を入射させ、レトロリフレクタ４２で反射させて、折返し反射体４６に入射させる。そして、後述する光ヘッド２０の受光センサ１５が出力する受光信号が最大になるよう、ボルトの締め付ける力を調整する。
【００１４】
マイクロレンズアレイ４５がない場合は、ボルトの締め付ける力を変えると、折返し反射体４６で反射した平行光の光軸は大きく変化するため、調整に時間がかかるが、本発明では、マイクロレンズアレイ４５が折返し反射体４６の手前に設けられていることで、折返し反射体４６に入射する平行光が反射面に対して精度よく垂直になっていなくても、折返し反射体４６で反射した光の光軸を入射した光の光軸とほとんど一致させることができる。その理由を以下に説明する。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、折返し反射体４６に入射した光の光軸が反射面の法線に対しΘの角度ずれていると、反射した光の光軸は入射した光の光軸に対し２Θの角度になる。これによる反射光の光軸の位置ずれは、反射光の光路が長くなるほど大きくなるので、光路長可変装置４０から出射する光の光軸は入射した光の光軸から大きくずれてしまう。よって、この場合は、折返し反射体４６に入射した光の光軸を折返し反射体４６の反射面の法線と高精度に一致させる必要がある。これに対し図３（ｂ）に示すように、折返し反射体４６に入射する平行光の手前に集光レンズを設けた場合は、折返し反射体４６に入射した平行光の光軸が反射面の法線に対しずれていても、集光レンズを介することで反射した平行光の光軸は入射した平行光の光軸と平行になる。したがって、反射光の光軸のずれは折返し反射体４６と集光レンズの間で発生する分のみになり、図３（ａ）に比べれば、光路長可変装置４０から出射する光の光軸の入射した光の光軸からのずれは、かなり小さくなる。しかし、折返し反射体４６と集光レンズの間で発生する分の光軸のずれはあるため、折返し反射体４６に入射する平行光の光軸を、折返し反射体４６の反射面の法線とある程度精度よく一致させる必要がある。
【００１６】
これに対し図３（ｃ）に示すように、折返し反射体４６に入射する光の手前にマイクロレンズアレイ４５を設け、それぞれのマイクロレンズのＮＡ（開口数）を図３（ｂ）の集光レンズと同程度にしたときは、折返し反射体４６に入射した平行光の光軸が折返し反射体４６の反射面の法線に対しずれていても、反射した平行光の光軸は入射した平行光の光軸と平行になり、反射光の光軸のずれは折返し反射体４６とマイクロレンズアレイ４５の間で発生する分のみになるため、極めて光軸のずれは小さくなる。したがって、この場合は、折返し反射体４６に入射した光の光軸が、折返し反射体４６の反射面の法線とそれほど精度よく一致していなくても、光路長可変装置４０から出射する平行光の光軸の入射した平行光の光軸からのずれは極めて小さくなる。
【００１７】
そして、円盤状プレート４１の表面に固定されている三角状反射体はレトロリフレクタ４２が用いられている。レトロリフレクタ４２はコーナーキューブとも呼ばれ、３つの反射面が精度よく垂直になるよう製作されていれば、レトロリフレクタ４２の向きによらず、入射光の光軸と反射光の光軸は必ず平行になる。よって、マイクロレンズアレイ４５を手前に設けた折返し反射体４６とレトロリフレクタ４２を用いれば、円盤状プレート４１へのレトロリフレクタ４２の取り付け精度がそれほどよくなくても、光路長可変装置４０から出射する光の光軸は入射した光の光軸と許容内で一致させることができる。
【００１８】
光路長可変装置４０のこれ以外の構造は、特許文献１としてあげた特開２０１３−２２１８１１号公報で記載されている光路長可変装置と同じであるので、説明は簡易にとどめる。光路長可変装置４０は、スピンドルモータ４４によって回転する円盤状プレート４１に、４つのレトロリフレクタ４２を周方向に９０°の間隔で配置している。光ファイバー３２から出射された平行光は、コリメーティングレンズ４３により平行光になり、レトロリフレクタ４２に入射する。レトロリフレクタ４２で反射した平行光は入射した平行光と光軸が平行で進行方向が反対になり、マイクロレンズアレイ４５を介して折返し反射体４６で反射し、再びレトロリフレクタ４２で反射してコリメーティングレンズ４３を介して光ファイバー３２に入射する。
【００１９】
スピンドルモータ４４は、スピンドルモータ制御回路４９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。図１では同じ平面で示されているが、スピンドルモータ４４の回転軸は紙面に垂直であり、円盤状プレート４１の中心部分にある。スピンドルモータ４４内には、エンコーダ４４ａがあり、微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰返すパルス列信号を出力するとともに、回転位置が基準位置に来るごとにインデックス信号Indexを出力する。スピンドルモータ制御回路４９は、エンコーダ４４ａから入力するパルス列信号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の回転を制御し、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。
【００２０】
円盤状プレート４１が回転するとレトロリフレクタ４２で平行光が反射する位置が変化し、入射した平行光が出射するまでの光路長は変化する。この光路長は円盤状プレート４１の回転角度と１対１の関係にあり、予めある位置を基準にした光路長変化量と回転角度との関係を得ておけば、円盤状プレート４１の回転角度を、エンコーダ４４ａが出力するパルス列信号とインデックス信号Indexから検出して光路長変化量を求めることができる。
【００２１】
上記のような構成の光路長可変装置４０によれば、入射した平行光を、光軸を変化させることなく逆方向に反射させる折返し反射体４６の手前に、焦点位置が折返し反射体４６の反射面に略一致させたマイクロレンズアレイ４５を配置したことにより、折返し反射体の取付けが微妙に変化しても、反射した平行光の光軸が入射した平行光の光軸から、ほとんど変化することがないようにすることができる。これにより、高速で光路長を変化させることができ、バックラッシュによる影響も発生することがないという有益な点はそのままで、光路長可変装置４０の製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性を強くすることができる。
【００２２】
また、円盤状プレート４１にはレトロリフレクタ４２にしたので、レトロリフレクタ４２の取付けがずれても、レトロリフレクタ４２で反射した平行光の光軸は入射した平行光の光軸と平行のままである。よって、さらに製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性を強くすることができる。
【００２３】
次に、上述した光路長可変装置４０を用いた、物体の表面プロファイルや透光性物体の厚さを測定する光コヒーレンストモグラフィー装置において、製作に時間がかからず、環境上のストレスに対する耐性が強い装置の実施形態を説明する。ただし、この実施形態における光路長可変装置４０以外の部分は、特許文献１としてあげた特開２０１３−２２１８１１号公報で記載されている光コヒーレンストモグラフィー装置と同じであるので、説明は簡易にとどめる。
【００２４】
図１は、測定対象物ＯＢの表面プロファイルを測定する光コヒーレンストモグラフィー装置の全体構成図である。以下、この装置を表面プロファイル測定装置という。表面プロファイル測定装置は、ステージ駆動装置５０を備えている。ステージ駆動装置５０は、ステージ５１に検査対象物ＯＢを載置固定し、ステージ５１をＸ方向フィードモータ５２とＹ方向フィードモータ５３により互いに直交する２方向に移動する。
【００２５】
Ｘ方向フィードモータ５２内にはエンコーダ５２ａが組み込まれており、エンコーダ５２ａ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を出力する。パルス列信号は、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、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。
【００２６】
Ｘ方向位置検出回路６４は、エンコーダ５２ａからのパルス列信号のパルス数を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、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。この位置は、Ｘ方向における光ヘッド２０から検査対象物ＯＢに照射されるレーザ光の照射位置として扱われる。Ｘ位置の初期設定は、電源投入時にコントローラ９１がＸ方向フィードモータ制御回路６２にＸ方向限界位置への移動を指令し、この指令により、Ｘ方向フィードモータ５２が駆動してＸ方向限界位置になって、Ｘ方向位置検出回路６４へのエンコーダ５２ａからのパルス列信号の入力がなくなったときを０とすることで行われる。
【００２７】
同様に、Ｙ方向フィードモータ５３内にもエンコーダ５３ａが組み込まれており、パルス列信号は、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。また、同様にＹ方向位置検出回路６５は、エンコーダ５３ａからのパルス列信号からステージ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）を表す信号をコントローラ９１に出力する。Ｙ位置の初期設定も、Ｘ位置の初期設定と同様であり、電源投入時にコントローラ９１がＹ方向フィードモータ制御回路６３にＹ方向限界位置への移動を指令することで行われる。
【００２８】
Ｘ方向フィードモータ制御回路６２及びＹ方向フィードモータ制御回路６３は、コントローラ９１から移動位置が入力すると、Ｘ方向位置検出回路６４及びＹ方向位置検出回路６５から入力するＸ位置、Ｙ位置がコントローラ９１から入力した移動位置と等しくなるまでＸ方向フィードモータ５２及びＹ方向フィードモータ５３を駆動する。これによりステージ９１のＸ位置、Ｙ位置は、コントローラ９１から指令された位置になる。
【００２９】
表面プロファイル測定装置は、測定部１０、光ヘッド２０および光路長可変装置４０を備えている。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、レーザ駆動回路３０から駆動信号が入力すると低コヒーレンスのレーザ光を出射し、出射したレーザ光はコリメーティングレンズ１２で平行光になり、集光レンズ１３で集光して光ファイバー１６に入射する。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、一方を測定光として光ヘッド２０に通じる光ファイバー３１に入射させ、他方を参照光として前述した光路長可変装置４０に通じる光ファイバー３２に入射させる。また、光カプラ１４は、光ファイバー３１を介して光ヘッド２０から導かれる反射した測定光、及び光ファイバー３２を介して光路長可変装置４０から導かれる反射した参照光を合成したうえで、およそ半分を光ファイバー１７を介して受光センサ１５に導く。受光センサ１５は、受光した光の強度を表す大きさの信号を出力する。受光センサ１５が出力する信号は、測定光と参照光の光路長が等しいときピークとなる信号である。
【００３０】
光ヘッド２０は、コリメーティングレンズ２１、対物レンズ２２及び基準透光体２３を有し、光ファイバー３１から出射された測定光をコリメーティングレンズ２１で平行光にし、対物レンズ２２で集光して、基準透光体２３を介して測定対象物ＯＢに照射する。基準透光体２３を介することで、測定光は基準透光体２３の入射面、基準透光体２３の出射面及び測定対象物ＯＢの表面の３箇所で反射する。また、基準透光体２３の厚さ（基準透光体２３内でのレーザ光の光路長）及び屈折率は、高精度の測定器で測定され、後述するデータ処理装置７０内に記憶されている。
【００３１】
参照光の光路長は光路長可変装置４０により変化し、受光センサ１５が出力する信号は、測定光と参照光の光路長が等しいときピークとなるが、光路長が等しくなるのは測定光が反射する箇所は基準透光体２３の入射面、出射面及び測定対象物ＯＢの表面の３箇所あるため、１回の光路長変化において３つのピークが発生する。この３つのピークが発生するタイミングをデータ処理装置７０が時間として測定し、基準透光体２３の出射面から測定対象物ＯＢの表面までの距離ｄを計算する。
【００３２】
データ処理装置７０は、増幅回路７１、Ａ／Ｄ変換器７２及び距離計算回路７３を備えている。増幅回路７１は、受光センサ１５から入力した信号を増幅してＡ／Ｄ変換器７２へ出力し、Ａ／Ｄ変換器７２は、入力する信号を設定された時間間隔でＡ／Ｄ変換し、瞬時値のデジタルデータを距離計算回路７３に出力する。距離計算回路７３は、内臓するプログラムを実行することにより、Ａ／Ｄ変換器７２に変換開始と停止の指令を出力するとともに、Ａ／Ｄ変換器７２から入力したデジタルデータを記憶し、予め記憶されている基準透光体２３の厚さ（基準透光体２３内のレーザ光の光路長）、基準透光体２３の屈折率を用いて距離ｄを計算する。
【００３３】
以下、表面プロファイル測定装置の電源を入れた後の操作と装置の作動について説明する。作業者はまずステージ５１に検査対象物ＯＢを載置し、入力装置９２から測定開始の指令を入力する。これにより、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、レーザ駆動回路３０、スピンドルモータ制御回路４９に作動開始の指令を出力する。これにより、測定対象物ＯＢの測定開始位置にレーザ光が照射され、光路長可変装置４０は参照光の光路長を変化させ、受光センサ１５が出力する信号は、測定光と参照光の光路長が等しくなるときピークが発生する信号になる。
【００３４】
次にコントローラ９１は、距離計算回路７３に作動開始の指令を出力し、距離計算回路７３はＡ／Ｄ変換器７２からデジタルデータを入力し、入力したデータと記憶されている基準透光体２３の厚さ及び屈折率とを用いて距離Ｄを計算し、コントローラ９１に出力する。距離計算回路７３は時間計測回路を内臓し、エンコーダ４４ａからインデックス信号が入力すると時間を０にし、予め設定されている時間にＡ／Ｄ変換器７２に変換開始と変換終了の信号を出力する。変換開始の時間は、基準透光体２３の入射面において測定光と参照光の光路長が等しくなる時間よりやや前の時間であり、変換終了の時間は、考えられる最も薄い測定対象物ＯＢの表面で測定光と参照光の光路長が等しくなる時間よりやや後の時間である。本実施形態では、光路長可変装置４０に４つのレトロリフレクタ４２が配置されているので、４つの変換開始と変換終了の時間が設定されている。
【００３５】
距離計算回路７３はＡ／Ｄ変換器７２からデジタルデータを入力すると、データ群を時系列で並べ、以下の計算を行うことで距離ｄを計算する。まず、基準透光体２３の入射面に対応するピークの発生時間を時間Ａとして求め、基準透光体２３の出射面に対応するピークの発生時間を時間Ｂとして求め、測定対象物ＯＢの表面に対応するピークの発生時間を時間Ｃとして求める。次に、予め記憶している基準透光体２３の厚さｔと、基準透光体２３の屈折率ｎを用いて以下の数１により距離ｄを計算する。
（数１）
ｄ ＝ ｔ×ｎ×（Ｃ−Ｂ）／（Ｂ−Ａ）
この式は、光路長の変化の速さは、時間Ａ〜時間Ｃまでは一定であるとした場合に成り立つ式である。円盤状プレート４１の回転角度と光路長変化量との関係は、厳密には傾き一定の比例関係ではなく、円盤状プレート４１の回転速度が一定でも光路長変化の速さは微妙に変化する。しかし、回転角度と光路長変化量とは、短い回転角度の区間ではほぼ比例の関係とみてよく、時間Ａから時間Ｃまでの短い時間内では光路長変化の速さは、回転速度一定であれば一定とみなしてよい。また、スピンドルモータ制御回路４９により、スピンドルモータ４４が回転速度一定で回転するよう制御しても回転速度にはジッタがあるが、時間Ａから時間Ｃまでの短い時間内では回転速度は一定とみなしてよい。よって、数１により基準透光体２３の出射面から検査対象物ＯＢの表面までの距離ｄを精度よく求めることができる。
【００３６】
コントローラ９１は距離計算回路７３から距離ｄのデジタルデータが入力すると、距離計算回路７３の作動を停止させ、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に次の測定位置であるＸ位置とＹ位置を出力し、測定対象物ＯＢに照射される測定光の位置を次の測定位置にする。そして、再度、距離計算回路７３に作動開始の指令を出力する。これを繰り返すことにより、コントローラ９１には、次々に各測定位置における距離ｄが入力していく。そして、設定されている測定位置すべてにおいて距離ｄが取得されると、コントローラ９１はレーザ駆動回路３０及びスピンドルモータ制御回路４９に作動停止の指令を出力する。これにより、測定対象物ＯＢへの測定光の照射はなくなり、光路長可変装置４０の円盤状プレート４１の回転が停止する。
【００３７】
次にコントローラ９１は図示しないプログラムの実行により、測定位置ごとに得られた距離ｄを用いて検査対象物ＯＢの表面プロファイルの画像データを作成し、この画像データを表示装置９３へ出力して、表示装置９３に検査対象物ＯＢの表面プロファイルの画像を表示させる。この画像は立体図であっても断面図であってもよい。また、必要であれば、コントローラ９１が表面プロファイルから凹凸の度合いを示す数値を計算し、表示装置９３に計算した値を表示させてもよい。
【００３８】
上記の表面プロファイル測定装置の実施形態によれば、レトロリフレクタ４２の取付けが変化して、円盤状プレート４１の回転角度と光路長変化量との関係が変化しても、基準透光体２３の入射面と出射面に対応するピーク点時間、測定対象物ＯＢの表面に対応するピーク点時間、基準透光体２３の厚さ（基準透光体内での測定光の光路長）及び基準透光体２３内の屈折率を用いて、数１の計算式により距離ｄを求めているので、測定精度には影響しない。すなわち、円盤状プレート４１の回転角度と光路長変化量との関係を精度よく求めて記憶する作業が不要であるため、装置の製作に時間がかからないとともに、環境上のストレスに対する耐性を強くすることができる。
【００３９】
上述した光コヒーレンストモグラフィー装置は測定対象物ＯＢの表面プロファイルを測定する装置の実施形態であるが、本発明による光コヒーレンストモグラフィー装置は透光性物体の厚さを測定する装置にも適用できる。この場合は、測定対象物ＯＢによるピークは、表面に対応したピークと裏面に対応したピークの２つが発生するので、上記実施形態と同様の計算で基準透光体２３の出射面から測定対象物ＯＢの表面と裏面までの距離ｄをそれぞれ計算し、この値の差を測定対象物ＯＢの屈折率で除算して厚さを求めればよい。それ以外は、上記実施形態と同じである。
【００４０】
以上、本発明の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も可能である。
【００４１】
上記実施形態の光路長可変装置は、円盤状プレートを回転させる光路長可変装置の折返し反射体の手前にマイクロレンズアレイを配置したものであるが、折返し反射体の手前にマイクロレンズアレイを配置するのは、入射光を光軸位置を変化させることなく反射させる折返し反射体が使用されている光路長可変装置であれば、どのような装置でも行うことができる。例えば折返し反射体を入射光の光軸方向に駆動させる光路長可変装置でも行うことができる。
【００４２】
また、上記実施形態の光路長可変装置は、マイクロレンズアレイと折返し反射体を同一の枠体に固定し、２つの相対位置関係が変化しないようにしたが、マイクロレンズアレイと固定反射体を別々に取り付け、２つの相対位置関係が変化する可能性があっても、本発明による効果は得ることができる。
【００４３】
また、上記実施形態の光路長可変装置は、円盤状プレートに４つのレトロリフレクタを配置し、円盤プレート４１の１回転で４回の光路長変化ができるようにした。しかし、円盤状プレートに配置するレトロリフレクタの数は、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、あるレトロリフレクタに照射されるレーザ光を別のレトロリフレクタが遮断してしまうので、レトロリフレクタの数は６個以下が望ましい。
【００４４】
また、上記実施形態の光コヒーレンストモグラフィー装置は、基準透光体の出射面から測定対象物ＯＢの表面までの距離を計算したが、検査対象物ＯＢの表面プロファイルはどの位置を基準にしても得ることができるので、基準透光体の入射面からの距離を計算するようにしてもよい。また、基準透光体の出射面と入射面の位置を用いて定義できる位置からの距離を計算するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態の光コヒーレンストモグラフィー装置は、Ａ／Ｄ変換器により信号の瞬時値を設定された時間間隔で得、このデータを処理することで信号にピークが発生する時間を検出したが、別の方法で検出するようにしてもよい。例えば、検出レベルを定めておき、受光センサが出力する信号を増幅した信号が検出レベルをスライスしたときに、検出信号が発生するようにし、検出信号が発生したときの時間を計測して、得られる２つの時間の中間の時間をピークが発生する時間とするようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態の光コヒーレンストモグラフィー装置は、光路長可変装置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。
【００４７】
また、上記実施形態の光コヒーレンストモグラフィー装置は、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て、光路長を小さい側から大きい側に変化させたが、円盤プレート４１を反時計回りに回転させて、光路長を大きい側から小さい側に変化させてもよい。この場合は、ピークはＣ、Ｂ、Ａの順に発生するが、ピークの発生時間差を用いて数１により計算を行えばよい。
【００４８】
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、３０…レーザ駆動回路、４０…光路長可変装置、４１…円盤状プレート、４２…レトロリフレクタ、４４…スピンドルモータ、４５…マイクロレンズアレイ、４６…折返し反射体、４７…固定用治具、４８…固定台、５０…ステージ駆動装置、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…Ａ／Ｄ変換器、７３…距離計算回路、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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