(57)【要約】【課題】  相関関数の干渉次数が不明の、少なくとも２つの干渉画像から、当該相関関数の干渉次数を瞬時に特定する。【解決手段】  光源装置１、光検出装置２、測定光照射系３、光周波数コム生成装置４および空間位相変調器５を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置１の出射点：参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点）から、移動する試料ＳＭＰＬまたは静止している試料ＳＭＰＬの表面または内部の反射面、または前記試料ＳＭＰＬの表面または内部の透過面までの距離を測定する。光周波数コムからなる参照光ＲＥＦ1，ＲＥＦ2と、測定光照射系から戻された信号光ＳＩＧRFLとの干渉画像を取得して距離測定をするに際し、相関関数（自己相関関数または相互相関関数）の干渉次数が不明の、少なくとも２つの干渉画像から、当該相関関数の干渉次数を瞬時に特定することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、超広帯域光、広帯域光または少なくとも２つに分割された広帯域光を生成する前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に生成する、前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記光周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の前記結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記光周波数コム生成装置は、
（ａ）１つの光共振器からなり、または、
（ｂ）並列接続された少なくとも２つの光共振器からなる、
距離測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【請求項４】
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、レーザ光を生成する前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に前記レーザ光のサイドバンドとして生成する、前記光源装置の直後に設けた前記光周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の距離測定装置において、
前記光周波数コム生成装置は、
（ａ）１つの光共振器からなり、または、
（ｂ）並列接続された少なくとも２つの光共振器からなる、
距離測定装置。
【請求項６】
請求項４に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【請求項７】
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、光周波数コムを生成する前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
前記光周波数コムＣＭＢを入射しさらにコム周波数間隔が相互に異なる１つ以上他の光周波数コムを生成しこれらを合成して少なくとも２つの光周波数コムＣＭＢをＣＭＢ２を出射する、前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記光周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の前記結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の距離測定装置において、
前記光周波数コム生成装置は、
（ａ）波長変換器、
（ｂ）第２高調波発生器、または、
（ｃ）４光波混合器、
からなる距離測定装置。
【請求項９】
請求項７に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【請求項１０】
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、中心周波数が相互に異なる広帯域光を生成する少なくとも２つの光源を備えた前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
前記少なくとも２つの光源から出射された光に基づき、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを非同時に生成する、前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記光周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の前記結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【請求項１２】
光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた前記光源装置により、超広帯域光、広帯域光または少なくとも２つに分割された広帯域光（狭帯域幅の光を除く光）を生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記光周波数コム生成装置により、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に生成し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた前記空間位相変調器により、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  前記測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置２により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【請求項１３】
光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた前記光源装置により、レーザ光を生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた光周波数コム生成装置により、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを前記レーザ光のサイドバンドとして同時に生成し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた空間位相変調器により、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【請求項１４】
光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた光源装置により、光周波数コムを生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた光周波数コム生成装置により、前記光周波数コムを入射しさらにコム周波数間隔が相互に異なる１つ以上他の光周波数コムを生成しこれらを合成して少なくとも２つの光周波数コムを出射し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた空間位相変調器により、入射光を前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【請求項１５】
少なくとも２つの光源を備えた光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた前記２つの光源により、中心周波数が相互に異なる広帯域光を非同時に生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた光周波数コム生成装置により、前記少なくとも２つの光源から出射された光に基づき、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に生成し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた空間位相変調器により、入射光を前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計を用いて基準位置から移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面等までの距離を測定する距離測定装置に関する。
具体的には、本発明は、光周波数コムからなる参照光と、測定光照射系から戻された信号光との干渉画像を取得して距離測定をするに際し、相関関数（自己相関関数または相互相関関数）の干渉次数が不明の、少なくとも２つの干渉画像から、当該相関関数の干渉次数を特定する距離測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、干渉計を用いて基準位置から試料の表面または内部の反射面等までの距離を測定する距離測定装置として、本発明者の発明にかかる形状測定装置（特許文献１）が公知である。
【０００３】
この形状測定装置（以下、「距離測定装置」と称する）９は、図１８に示すように、光源９１と光分岐器９２と測定光照射系９３と参照コム光分離器９４と光合波器９５と光検出器９６とを備えている。
参照コム光分離器９４は、光源９１からの広帯域光ＷＢＬを、光分岐器９２を介して広帯域光ＷＢＬREFとして入射する。
光分岐器９２は、広帯域光ＷＢＬREFを、伝播方向をＺ軸方向としたときに結像面におけるＹ座標値の大きさに応じて周波数間隔が連続的に変化するコム光に分離する。光分岐器９２は、これらのコム光を参照コム光ＣＭＢREFとして、光検出器９６の検出面（結像面）に照射する。
すなわち、光検出器９６の検出面（結像面）に照射される光は、結像面のＹ座標値に対応して周波数間隔が連続的変化している。
一方、光源９１からの広帯域光ＷＢＬは、光分岐器９２を介して測定光照射系９３に入射される。
測定光照射系９３には試料ＳＭＰＬがセットされており、試料ＳＭＰＬからの反射光は、光合波器９５を介して、広帯域光ＷＢＬREFとともに光検出器９６の検出面（結像面）に照射される。
【０００４】
光検出器９６の検出面に表れる干渉画像が、測定光照射系９３における光測定対象の断層画像である。
測定光照射系９３における測定対象（図示しない）に照射した信号光の長さが光検出器９６のＸ軸上の線分（仮想切断線）に対応する。また、測定対象の反射面の深さがＹ座標に対応する。
すなわち、参照光（または信号光）の伝播方向をＺ軸方向としたときに、結像面におけるＹ座標の大きさに応じて周波数間隔が（連続的に）変化する参照コム光を用いて、ダイナミックレンジが大きい深さ方向の二次元断層を測定することができる。
【０００５】
ところで、距離測定装置９では、参照コム光分離器９４は、図１９に示すように、ＶＩＰＡ９４１により構成されている。ＶＩＰＡ９４１は、たとえば石英ガラス基板の出射面に金を蒸着し、入射側には入射口を残して同様に金を蒸着して構成される。
【０００６】
参照コム光分離器９４では、参照光ＷＢＬREFは、ＶＩＰＡ９４１の入射口に入射する。
ＶＩＰＡ９４１は、図１９に示すように広帯域光を入射し、参照コム光ＣＭＢREFを生成する。参照コム光ＣＭＢREFは、出射方向をＺ軸方向としたときに結像面におけるＹ座標値の大きさに応じて周波数間隔が（連続的に）変化する。すなわち、参照コム光ＣＭＢREFは、Ｘ軸方向に幅を持ち、周波数間隔がＹ座標に依存するコム光である。この周波数間隔は、Δω（Ｙ）で表される。
【０００７】
たとえば、図２０（Ａ）ではピクセルＰｋにはｎ次のピークが、図２０（Ｂ）ではピクセルＰｋにはｍ次のピークが割り当てられている。
したがって、異なる干渉次数（すなわち、異なる深さ）での干渉が生じた場合に、検出面に現れた輝度を持つピクセルがどの干渉次数による干渉に基づいて生じたかを知ることができない。
距離測定装置９では、たとえば、検出面上のあるピクセルに干渉が生じている状態で、参照光路長をΔＬだけ変えると、当該ピクセルは検出面上を深さの±方向（Ｙ軸方向）にあるピクセル個数分だけ移動する。
【０００８】
図２１（Ａ）は、光路長を変更しないときの光検出器９６による検出状態例を示している。
また、図２１（Ｂ）は、光路長を微小量変更したために干渉次数が２となった検出例を、図２１（Ｃ）は光路長をさらに微小量変更したために干渉次数が４となった検出例を、図２１（Ｄ）は光路長をさらに微小量変更したために干渉次数が７となった検出例をそれぞれ示している。
参照光路長を微小距離だけ変えたときの、干渉が生じているピクセルの移動量は、自己相関関数の干渉次数により異なる。したがって、予め、干渉次数に対応する移動量を知っていれば、何次の干渉次数により生じた干渉かを知ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ／２０１２／０２９８０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、図１８の距離測定装置９では、干渉が生じているピクセルの移動量を検出するために、光路長の変更を行い、干渉画像の測定を行わなければならない。
このため、高速の距離測定が要求される用途への適用ができない場合が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、光周波数コムからなる参照光（または信号光）と、測定光照射系から戻された信号光との干渉画像を取得して距離測定をするに際し、相関関数（自己相関関数または相互相関関数）の干渉次数が不明の、少なくとも２つの干渉画像から、当該相関関数の干渉次数を特定することができる距離測定装置および距離測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、超広帯域光、広帯域光または少なくとも２つに分割された広帯域光を生成する前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に生成する、前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記光周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の前記結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【００１３】
（２）
（１）に記載の距離測定装置において、
前記光周波数コム生成装置は、
（ａ）１つの光共振器からなり、または、
（ｂ）並列接続された少なくとも２つの光共振器からなる、
距離測定装置。
【００１４】
（３）
（１）に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【００１５】
（４）
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、レーザ光を生成する前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に前記レーザ光のサイドバンドとして生成する、前記光源装置の直後に設けた前記光周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【００１６】
（５）
（４）に記載の距離測定装置において、
前記光周波数コム生成装置は、
（ａ）１つの光共振器からなり、または、
（ｂ）並列接続された少なくとも２つの光共振器からなる、
距離測定装置。
【００１７】
（６）
（４）に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【００１８】
（７）
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、光周波数コムを生成する前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
前記光周波数コムＣＭＢを入射しさらにコム周波数間隔が相互に異なる１つ以上他の光周波数コムを生成しこれらを合成して少なくとも２つの光周波数コムＣＭＢをＣＭＢ２を出射する、前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の前記結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【００１９】
（８）
（７）に記載の距離測定装置において、
前記光周波数コム生成装置は、
（ａ）波長変換器、
（ｂ）第２高調波発生器、または、
（ｃ）４光波混合器、
からなる距離測定装置。
【００２０】
（９）
（７）に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【００２１】
（１０）
光源装置、光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定装置において、
前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた、中心周波数が相互に異なる広帯域光を生成する少なくとも２つの光源を備えた前記光源装置と、
前記干渉計の前記参照光パスおよび前記信号光パスの終点に設けた、干渉光を受光する光検出器を有する前記光検出装置と、
前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻す前記測定光照射系と、
前記少なくとも２つの光源から出射された光に基づき、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを非同時に生成する、前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記光周波数コム生成装置と、
前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられ、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する前記空間位相変調器（空間距離変調器）と、
前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する干渉画像生成装置と、
前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の前記結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する干渉次数特定装置と、
を備えた距離測定装置。
【００２２】
（１１）
（１０）に記載の距離測定装置において、
前記光検出装置は、
（ａ）前記少なくとも２つの光周波数コムを同時に入射する１つの受光器からなり、
（ｂ）前記少なくとも２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するマルチクロイックミラーと、前記マルチクロイックミラーの後段にそれぞれ設けた受光器からなり、または、
（ｃ）前記少なくとも２つの光周波数コムを分割する分岐器と、分岐された前記少なくとも２つの光周波数コムをそれぞれ入力するフィルタまたは共振器と、前記各共振器の後段にそれぞれ設けた受光器からなる、
距離測定装置。
【００２３】
（１２）
光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた前記光源装置により、超広帯域光、広帯域光または少なくとも２つに分割された広帯域光（狭帯域幅の光を除く光）を生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた前記光周波数コム生成装置により、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に生成し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた前記空間位相変調器により、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  前記測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置２により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【００２４】
（１３）
光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた前記光源装置により、レーザ光を生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた光周波数コム生成装置により、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを前記レーザ光のサイドバンドとして同時に生成し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた空間位相変調器により、入射光を、前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【００２５】
（１４）
光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた光源装置により、光周波数コムを生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた光周波数コム生成装置により、前記光周波数コムを入射しさらにコム周波数間隔が相互に異なる１つ以上他の光周波数コムを生成しこれらを合成して少なくとも２つの光周波数コムを出射し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた空間位相変調器により、入射光を前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【００２６】
（１５）
少なくとも２つの光源を備えた光源装置、光検出器を備えた光検出装置、測定光照射系、光周波数コム生成装置および空間位相変調器を含む干渉計を用いて、基準位置（たとえば、光源装置の出射点：参照光パスおよび信号光パスの始点）から、移動する試料または静止している試料の表面または内部の反射面、または前記試料の表面または内部の透過面までの距離を測定する距離測定方法において、
ステップ１：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの始点に設けた前記２つの光源により、中心周波数が相互に異なる広帯域光を非同時に生成し、
ステップ２：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けた光周波数コム生成装置により、前記少なくとも２つの光源から出射された光に基づき、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に生成し、
ステップ３：  前記参照光パス上または前記信号光パス上に設けられた空間位相変調器により、入射光を前記光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ前記結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系により、前記試料に前記信号光パスを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を前記信号光パスに戻し、
ステップ５：  前記干渉計の参照光パスおよび信号光パスの終点に設けた光検出装置により干渉光を受光し、
ステップ６：  干渉画像生成装置により、前記光検出器により検出した検出結果から、前記少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と前記測定光照射系から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示し、
ステップ７：  干渉次数特定装置により、前記干渉画像生成装置に表示した複数の前記干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上での前記Ｙ軸方向の距離を測定することで、前記相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する、
距離測定方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光周波数コムからなる参照光（または信号光）と、測定光照射系から戻された信号光との干渉画像を取得して距離測定をするに際し、相関関数（自己相関関数または相互相関関数）の干渉次数が不明の、少なくとも２つの干渉画像から、当該相関関数の干渉次数を瞬時に特定することができる。
したがって、高速の距離測定が要求される用途への適用ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の距離測定装置の第１態様の一実施形態を示す図である。第１実施形態では、光源装置が超広帯域光等のスペクトル光を出射する光源であり、かつ光検出装置が単一の検出装置からなる。
【図２】図２は、本発明の距離測定装置の第２態様の他の実施形態を示す図である。第２実施形態では、光源装置が超広帯域光等のスペクトル光を出射する光源であり、かつ光検出装置が単一の検出装置からなる。
【図３】図３は、本発明の距離測定装置の第３態様の一実施形態を示す図である。第３実施形態では、光源装置がレーザであり、かつ光検出装置が単一の検出装置からなる。
【図４】図４は、本発明の距離測定装置の第４態様の他の実施形態を示す図である。第４実施形態では、光源装置がレーザであり、かつ光検出装置が２つの検出装置からなる。
【図５】図５は、本発明の距離測定装置の第５態様の一実施形態を示す図である。第５実施形態では、光源装置が光周波数コムを生成する光周波数コム光源からなり、かつ光検出装置が単一の検出装置からなる。
【図６】図６は、本発明の距離測定装置の第６態様の他の実施形態を示す図である。第６実施形態では、光源装置が光周波数コムを生成する光周波数コム光源からなり、かつ光検出装置が２つの検出装置からなる。
【図７】図７は、本発明の距離測定装置の第７態様の一実施形態を示す図である。第７実施形態では、光源装置が２つの光源からなり、かつ光検出装置が単一の検出装置からなる。
【図８】図８は、本発明の距離測定装置の第８態様の他の実施形態を示す図である。第８実施形態では、光源装置が２つの光源からなり、かつ光検出装置が２つの検出装置からなる。
【図９】図９は、光周波数生成装置の説明図である。図９（Ａ）の光周波数生成装置は、単一の光共振器から中心周波数が相互に異なる２つの光周波数コムを生成する。図９（Ｂ）の光周波数生成装置は、２つの光共振器から中心周波数が相互に異なる２つの光周波数コムを生成する。
【図１０】図１０は、光検出装置２の各態様を示す説明図である。図９（Ａ）の光検出装置２は、単一の光検出器からなる。図９（Ｂ）の光検出装置２は、ダイクロイック・ミラーと２つの光検出器からなる。図９（Ｂ）の光検出装置２は、ノーマル・ミラーと、２つの光検出器（それぞれが、周波数分離フィルタを備えている）からなる。
【図１１】図１１は、試料に入射した信号光と参照光とが、反射される様子と示す模式図である。
【図１２】図１２は空間位相変調器（ＳＰＭ）の第１の例を示す図であり、図１２（Ａ）はＳＰＭの斜視図、図１２（Ｂ）は光路長の変化を示す説明図である。
【図１３】図１３は、空間位相変調器（ＳＰＭ）の第２の例を示す図であり、図１３（Ａ）はＳＰＭの斜視図、図１３（Ｂ）は光路長の変化を示す説明図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、第１の光周波数コムと、自己相関関数と、画素ラインとの関係を示す図である。  図１４（Ｂ）は、第２の光周波数コムと、自己相関関数と、画素ラインとの関係を示す図である。
【図１５】図１５は、干渉次数を特定する方法を示す説明図である。
【図１６】図１６は、自己相関関数の干渉次数と検出画像の表示位置との関係を示す図である。図１６（Ａ）は第１の光周波数コムによる干渉画像を示す図、図１６（Ｂ）は第２の光周波数コムによる２次の干渉画像を示す図、図１６（Ｃ）は第２の光周波数コムによる４次の干渉画像を示す図、図１６（Ｄ）は第２の光周波数コムによる４次の干渉画像を示す図である。
【図１７】図１７は、試料からの反射光が２つ存在する場合の検出画像の表示位置との関係を示す図である。図１７（Ａ）は第１の光周波数コムによる干渉画像を示す図、図１７（Ｂ）は第２の光周波数コムにより生じた４次の干渉画像および６次の干渉画像を示す図である。
【図１８】図１８は従来の距離検出装置を示す図である。
【図１９】図１９は、ＶＩＰＡの説明図である。
【図２０】図２０は、あるピクセルに自己相関関数の異なる干渉次数のピークが割り当てられている様子を示す図であり、図２０（Ａ）ではピクセルＰｋにｍ次のピークが、図２０（Ｂ）ではピクセルＰｋにｍ−１次のピークが割り当てられている様子を示す図である。
【図２１】図２１（Ａ）は光路長を変更しないときの光検出器９６による検出状態例を示す図、図２１（Ｂ）は光路長を微小量変更したために干渉次数が２となった検出例を示す図、図２１（Ｃ）は光路長をさらに微小量変更したために干渉次数が４となった検出例を示す図、図２１（Ｄ）は光路長をさらに微小量変更したために干渉次数が７となった検出例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
《距離測定装置の第１態様》
図１は本発明の第１態様の一実施形態を示す説明図である。
図１において、距離測定装置１０Ａは、光源装置１と、光検出装置２と、測定光照射系３と、光周波数コム生成装置４と、空間位相変調器５と、干渉画像生成装置６と、干渉次数特定装置７と、光分岐器８と、光合波器９とからなる。
光源装置１と、光検出装置２と、測定光照射系３と、光周波数コム生成装置４と、空間位相変調器５と、光分岐器８と、光合波器９とが干渉計を構成する。
【００３０】
光源装置１は、干渉計の参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けた、超広帯域光、広帯域光または少なくとも２つに分割された広帯域光を生成する。
光検出装置２は、干渉計の参照光パスパスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた、干渉光ＩＬを受光する一つの光検出器を有している。光検出器は、ＣＣＤセンサである。
【００３１】
測定光照射系３は、試料ＳＭＰＬに、信号光パスＰsigを伝播する信号光ＳＩＧをライン状に照射しその反射光を信号光パスＰsigに戻す。
図１１に、試料ＳＭＰＬに照射（入射）された信号光ＳＩＧINC、および試料ＳＭＰＬから反射された信号光ＳＩＧRFLを示す。図１１では、試料ＳＭＰＬに照射（入射）された信号光ＳＩＧINCが試料ＳＭＰＬの内部で反射されている。
光周波数コム生成装置４は、参照光パスＰrefに設けられ、コム間隔が相互に異なる２つの光周波数コムＣＭＢ１，ＣＭＢ２を参照光ＲＥＦ1，ＲＥＦ2として同時に生成する。
【００３２】
空間位相変調器５は、参照光パスＰref上に設けられ、入射光を、光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って位相が変化しかつ結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する。
図１２は、空間位相変調器５の第１の例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。ただし、図１２ではレンズ系は図示していない。
図１３は、空間位相変調器５の第２の例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。ただし、図１３ではレンズ系は図示していない。
空間位相変調器５では、入射光は、光路長が仮想ラインＬに沿って変化する。Ｌの方向は、光検出器（ＣＣＤ）の結像表面におけるＹ軸方向に対応している。
空間位相変調器５では、図示しないレンズ系により、入射光は、光検出器（ＣＣＤ）の結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換される。
図１２（Ａ），（Ｂ）の空間位相変調器５は階段状の光透過ガラスであり、入射した光の光路長が仮想ラインＬに沿って変化する。図１２（Ａ），（Ｂ）におけるＸ軸方向およびＹ軸方向は、光検出器（ＣＣＤ：図１５，図１６参照）のＸ軸方向およびＹ軸方向に対応する。
図１３（Ａ），（Ｂ）の空間位相変調器５は階段状のミラーであり、入射した光の光路長が仮想ラインＬに沿って変化する。図１３（Ａ），（Ｂ）におけるＸ軸方向およびＹ軸方向は、光検出器（ＣＣＤ：図１５，図１６参照）のＸ軸方向およびＹ軸方向に対応する。
【００３３】
干渉画像生成装置６は、光検出器により検出した検出結果から、参照光ＲＥＦ1，ＲＥＦ2（２つの光周波数コムＣＭＢ１，ＣＭＢ２）と測定光照射系３から戻された信号光（反射された信号光ＳＩＧRFL）との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する。
干渉次数特定装置７は、干渉画像生成装置６に表示した、同一深さの同一位置から生じた２つの干渉画像の、結像表面上でのＹ軸方向の距離を測定することで、相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の当該干渉次数を特定することができる。
すなわち、表示画面上に現れる光周波数コムＣＭＢ１と信号光ＳＩＧRFLとの干渉画像と、光周波数コムＣＭＢ２と信号光ＳＩＧRFLとの干渉画像との距離（表示面での移動距離）を測定することで、相関関数の干渉次数を特定する。これにより、干渉画像の反射深さを検出することができる。
図２は本発明の第１態様の他の実施形態を示す説明図である。
図２の距離測定装置１０Ｂでは、光検出装置２は、２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するダイクロイックミラー２３と、ダイクロイックミラー２３の後段にそれぞれ設けた２つの光検出器２１，２２（受光器）からなる。
なお、第１態様では、光周波数コム生成装置４の後に空間位相変調器５を設けた。光周波数コム生成装置４の前に空間位相変調器５を設けることもできる。
【００３４】
《距離測定装置の第２態様》
図３は本発明の第３態様の一実施形態を示す説明図である。
図３の距離測定装置１０Ｃでは、光源装置１は、参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けた、レーザ光を生成する。
光周波数コム生成装置４は、数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムＣＭＢ１，ＣＭＢ２を同時に前記レーザ光のサイドバンドとして生成する。
図１の実施形態と同様、光検出装置２は、干渉計の参照光パスパスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた、干渉光ＩＬを受光する一つの光検出器（ＣＣＤセンサ）を有している。
図４は本発明の第２態様の他の実施形態を示す説明図である。
図４の距離測定装置１０Ｄでは、光検出装置２は、２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するダイクロイックミラー２３と、ダイクロイックミラー２３の後段にそれぞれ設けた２つの光検出器２１，２２（受光器）からなる。
【００３５】
《距離測定装置の第３態様》
図５は本発明の第３態様の一実施形態を示す説明図である。
図５の距離測定装置１０Ｅでは、光源装置１は、参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けた、光周波数コムＣＭＢを生成する。
図１の実施形態と同様、光検出装置２は、干渉計の参照光パスパスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた、干渉光ＩＬを受光する一つの光検出器（ＣＣＤセンサ）を有している。
周波数コム生成装置４は、光周波数コムＣＭＢを入射しさらにコム周波数間隔が相互に異なる１つ以上他の光周波数コムを生成しこれらを合成して少なくとも２つの光周波数コムＣＭＢをＣＭＢ２を出射する。
図６は本発明の第３態様の他の実施形態を示す説明図である。
図６の距離測定装置１０Ｆでは、光検出装置２は、２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するダイクロイックミラー２３と、ダイクロイックミラー２３の後段にそれぞれ設けた２つの光検出器２１，２２（受光器）からなる。
なお、第３態様では、光周波数コム生成装置４の後に空間位相変調器５を設けた。光周波数コム生成装置４の前に空間位相変調器５を設けることもできる。
【００３６】
《距離測定装置の第４態様》
図７は本発明の第４態様の一実施形態を示す説明図である。
図７の距離測定装置１０Ｇでは光源装置１は、前記干渉計の参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けられ、中心周波数が相互に異なる広帯域光を生成する少なくとも２つの光源（第1光源１１および第２光源１２）を備えている。
図１の実施形態と同様、光検出装置２は、干渉計の参照光パスパスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた、干渉光ＩＬを受光する一つの光検出器（ＣＣＤセンサ）を有している。
光周波数コム生成装置４は、参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けられ、２つの光源から出射された光に基づき、コム周波数間隔が相互に異なる２つの光周波数コムを非同時に生成する。
図８は本発明の第４態様の他の実施形態を示す説明図である。
図８の距離測定装置１０Ｈでは、光検出装置２は、２つの光周波数コムを周波数に応じて分離するダイクロイックミラー２３と、ダイクロイックミラー２３の後段にそれぞれ設けた２つの光検出器２１，２２（受光器）からなる。
なお、第４態様では、光周波数コム生成装置４の後に空間位相変調器５を設けた。光周波数コム生成装置４の前に空間位相変調器５を設けることもできる。
【００３７】
《第１〜第４態様の距離測定装置の動作説明》
以下、上記した実施形態１〜４の動作を説明する。
図１４（Ａ）は、参照光ＲＥＦ1（第１の光周波数コムＣＭＢ１）と信号光ＳＩＧRFLとが干渉したときの、第１の光周波数コムＣＭＢ１と、自己相関関数と、画素ラインとの関係を示す図である。
図１４（Ｂ）は、参照光ＲＥＦ2（第２の光周波数コムＣＭＢ２）と信号光ＳＩＧRFLとが干渉したときの、第２の光周波数コムＣＭＢ２と、自己相関関数と、画素ラインとの関係を示す図である。
【００３８】
図１５は、参照光ＲＥＦ1（第１の光周波数コムＣＭＢ１）と信号光ＳＩＧRFLとが干渉し、かつ参照光ＲＥＦ2（第２の光周波数コムＣＭＢ２）と信号光ＳＩＧRFLとが干渉したときの、第１の光周波数コムＣＭＢ１および第２の光周波数コムＣＭＢ２と、それぞれの自己相関関数と、画素ラインとの関係を示す図である。
図１４（Ａ）における画素ライン上の輝点（ピクセル）も、図１４（Ｂ）における画素ライン上の輝点（ピクセル）は、同一の深さからの反射光に基づくものであるが、相関関数の干渉次数が不明であるため、どの深さからの反射光かが特定できない。
本発明では、参照光ＲＥＦ1（光周波数コムＣＭＢ１）と信号光ＳＩＧRFLとの干渉画像と、参照光ＲＥＦ2（光周波数コムＣＭＢ２）と信号光ＳＩＧRFLとの干渉画像とにおける画像の移動距離を知ることで、どの深さからの反射光であるかを検出することができる（後述する、図１６および図１７参照）。
【００３９】
図１６に参照光ＲＥＦ1（光周波数コムＣＭＢ１）と信号光ＳＩＧRFLとの干渉画像を示す。図１６（Ａ）は、相関関数の干渉次数が「１」の干渉画像を示している。図１６（Ｂ）は、相関関数の干渉次数が「２」の干渉画像を示している。図１６（Ｃ）は、相関関数の干渉次数が「４」の干渉画像を示している。図１６（Ｄ）は、相関関数の干渉次数が「７」の干渉画像を示している。
【００４０】
図１７は、サンプルＳＭＰＬの異なる２つの深さから、２種の信号光ＳＩＧRFL＿１，ＳＩＧRFL＿２が反射されたときの、相関関数の干渉次数の決定手法の説明図である。
図１７（Ａ）は、反射信号光ＳＩＧRFL＿１，ＳＩＧRFL＿２と、参照光ＲＥＦ1（光周波数コムＣＭＢ１）との干渉画像を示している。
【００４１】
図１７（Ｂ）は、反射信号光ＳＩＧRFL＿１，ＳＩＧRFL＿２と、参照光ＲＥＦ2（光周波数コムＣＭＢ２）との干渉画像を示している。
干渉次数特定装置７は、干渉画像生成装置６に表示した、同一深さの同一位置から生じた２つの干渉画像の、結像表面上でのＹ軸方向の距離を測定することで、相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の当該干渉次数を特定することができる。
参照光ＲＥＦ1（光周波数コムＣＭＢ１）と参照光ＲＥＦ2（光周波数コムＣＭＢ２）とは、参照光パスＰrefの光路長が異なる。
ある深さから反射した反射信号光ＳＩＧRFL＿１と、参照光ＲＥＦ1（光周波数コムＣＭＢ１）との干渉画像と、反射信号光ＳＩＧRFL＿１と参照光ＲＥＦ2（光周波数コムＣＭＢ２）との干渉画像とは、表示される形状は同じであるが、画面上で表示位置がシフトする。ただし、２つの干渉画像の干渉次数は同じである。
他の深さから反射した反射信号光ＳＩＧRFL＿２と、参照光ＲＥＦ1（光周波数コムＣＭＢ１）との干渉画像と、反射信号光ＳＩＧRFL＿２と参照光ＲＥＦ2（光周波数コムＣＭＢ２）との干渉画像とは、表示される形状は同じであるが、画面上で表示位置がシフトする。ただし、２つの干渉画像の干渉次数は同じである。
【００４２】
干渉次数とシフト量とには一定の関係（通常、比例関係）があるので、シフト量を検出することで、干渉次数を検出することができる。
干渉次数を検出することができれば、反射信号光ＳＩＧRFL＿１やＳＩＧRFL＿２がどの深さから反射しているかを特定することができる。
すなわち、離測定装置１は、基準位置（たとえば、光源装置１の出射口）から、移動する試料または静止した試料ＳＭＰＬの表面または内部の反射面、または試料ＳＭＰＬの表面または内部の透過面までの距離を測定することができる。
【００４３】
《距離測定方法の第１態様》
本発明の距離測定方法の第１態様は、本発明の距離測定装置の第１態様で説明した、光源装置１、１つまたは２つの光検出器を備えた光検出装置２、測定光照射系３、光周波数コム生成装置４および空間位相変調器５を含む干渉計を用いて実施される。
光検出装置２が１つの光検出器を備える場合には、第１態様の距離測定方法は、図１の装置により実施される。
光検出装置２が２つの光検出器を備える場合には、第１態様の距離測定方法は、図２の装置により実施される。
本発明の距離測定方法の第１態様により、基準位置（たとえば、光源装置１の出射点：参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点）から、移動する試料ＳＭＰＬまたは静止している試料ＳＭＰＬの表面または内部の反射面、または試料ＳＭＰＬの表面または内部の透過面までの距離を測定することができる。
ステップ１：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けた光源装置１により、超広帯域光、広帯域光または少なくとも２つに分割された広帯域光（狭帯域幅の光を除く光）を生成する。
ステップ２：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けた光周波数コム生成装置４により、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムＣＭＢ１，ＣＭＢ２を同時に生成する。
ステップ３：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けられた空間位相変調器５により、入射光を、光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系３により、試料ＳＭＰＬに信号光パスＰsigを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を信号光パスＰsigに戻す。
ステップ５：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた光検出装置２により干渉光ＩＬを受光する。
ステップ６：  干渉画像生成装置６により、光検出器により検出した検出結果から、少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と測定光照射系３から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する。
ステップ７：  干渉次数特定装置７により、干渉画像生成装置６に表示した複数の干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上でのＹ軸方向の距離を測定することで、相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する。
【００４４】
《距離測定方法の第２態様》
本発明の距離測定方法の第２態様は、本発明の距離測定装置の第２態様で説明した、光源装置１、光検出器を備えた光検出装置２、測定光照射系３、光周波数コム生成装置４および空間位相変調器５を含む干渉計を用いて実施される。
光検出装置２が１つの光検出器を備える場合には、第２態様の距離測定方法は、図３の装置により実施される。
光検出装置２が２つの光検出器を備える場合には、第２態様の距離測定方法は、図４の装置により実施される。
本発明の距離測定方法の第２態様により、基準位置（たとえば、光源装置１の出射点：参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点）から、移動する試料ＳＭＰＬまたは静止している試料ＳＭＰＬの表面または内部の反射面、または試料ＳＭＰＬの表面または内部の透過面までの距離を測定することができる。
ステップ１：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けた光源装置１により、レーザ光を生成する。
ステップ２：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けた光周波数コム生成装置４により、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムをレーザ光のサイドバンドとして同時に生成する。
ステップ３：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けられた空間位相変調器５により、入射光を、光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射し、
ステップ４：  測定光照射系３により、試料ＳＭＰＬに信号光パスＰsigを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を信号光パスＰsigに戻し、
ステップ５：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた光検出装置２により干渉光ＩＬを受光する。
ステップ６：  干渉画像生成装置６により、光検出器により検出した検出結果から、少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と測定光照射系３から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する。
ステップ７：  干渉次数特定装置７により、干渉画像生成装置６に表示した複数の干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上でのＹ軸方向の距離を測定することで、相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する。
【００４５】
《距離測定方法の第３態様》
本発明の距離測定方法の第３態様は、本発明の距離測定装置の第３態様で説明した、光源装置１、光検出器を備えた光検出装置２、測定光照射系３、光周波数コム生成装置４および空間位相変調器５を含む干渉計を用いて実施される。
光検出装置２が１つの光検出器を備える場合には、第３態様の距離測定方法は、図５の装置により実施される。
光検出装置２が２つの光検出器を備える場合には、第３態様の距離測定方法は、図６の装置により実施される。
本発明の距離測定方法の第３態様により、基準位置（たとえば、光源装置１の出射点：参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点）から、移動する試料ＳＭＰＬまたは静止している試料ＳＭＰＬの表面または内部の反射面、または試料ＳＭＰＬの表面または内部の透過面までの距離を測定することができる。
ステップ１：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けた光源装置１により、光周波数コムを生成する。
ステップ２：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けた光周波数コム生成装置４により、光周波数コムを入射しさらにコム周波数間隔が相互に異なる１つ以上他の光周波数コムを生成しこれらを合成して少なくとも２つの光周波数コムを出射する。
ステップ３：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けられた空間位相変調器５により、入射光を光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する。
ステップ４：  測定光照射系により、試料に信号光パスＰsigを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を信号光パスＰsigに戻す。
ステップ５：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた光検出装置により干渉光ＩＬを受光する。
ステップ６：  干渉画像生成装置６により、光検出器により検出した検出結果から、少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と測定光照射系３から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する。
ステップ７：  干渉次数特定装置７により、干渉画像生成装置６に表示した複数の干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上でのＹ軸方向の距離を測定することで、相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する。
【００４６】
《距離測定方法の第４態様》
本発明の距離測定方法の第４態様は、本発明の距離測定装置の第４態様で説明した、少なくとも２つの光源を備えた光源装置１、光検出器を備えた光検出装置２、測定光照射系３、光周波数コム生成装置４および空間位相変調器５を含む干渉計を用いて実施される。
光検出装置２が１つの光検出器を備える場合には、第４態様の距離測定方法は、図７の装置により実施される。
光検出装置２が２つの光検出器を備える場合には、第４態様の距離測定方法は、図８の装置により実施される。
本発明の距離測定方法の第３態様により、基準位置（たとえば、光源装置１の出射点：参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点）から、移動する試料ＳＭＰＬまたは静止している試料ＳＭＰＬの表面または内部の反射面、または試料ＳＭＰＬの表面または内部の透過面までの距離を測定することができる。
ステップ１：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの始点に設けた２つの光源により、中心周波数が相互に異なる広帯域光を非同時に生成する。
ステップ２：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けた光周波数コム生成装置４により、少なくとも２つの光源から出射された光に基づき、コム周波数間隔が相互に異なる少なくとも２つの光周波数コムを同時に生成する。
ステップ３：  参照光パスＰref上または信号光パスＰsig上に設けられた空間位相変調器により、入射光を光検出器の結像表面におけるＹ軸方向に対応する仮想ラインに沿って光路長が変化しかつ結像表面におけるＸ軸方向に幅（光検出器の検出面のピクセル１個分またはピクセル複数個に対応する幅）を持つ光に変換して出射する。
ステップ４：  測定光照射系により、試料に信号光パスＰsigを伝播する信号光をライン状に照射しその反射光または透過光を信号光パスＰsigに戻す。
ステップ５：  参照光パスＰrefおよび信号光パスＰsigの終点に設けた光検出装置により干渉光ＩＬを受光する。
ステップ６：  干渉画像生成装置６により、光検出器により検出した検出結果から、少なくとも２つの光周波数コムからなる参照光と測定光照射系３から戻された信号光との干渉画像（相関関数の干渉次数が不明の干渉画像）をそれぞれ表示する。
ステップ７：  干渉次数特定装置７により、干渉画像生成装置６に表示した複数の干渉画像のうち、少なくとも２つの干渉画像の結像表面上でのＹ軸方向の距離を測定することで、相関関数の干渉次数が不明の干渉画像の、当該干渉次数を特定する。
【符号の説明】
【００４７】
１０Ａ，１０Ｂ，・・・，１０Ｈ  距離測定装置
１１  光源装置
１２  光分岐器
１３  測定光照射系
１４  光合波器
１５  空間位相変調器
１６  光周波数コム生成装置
【図１】
2015052585.tif 000003
【図２】
2015052585.tif 000004
【図３】
2015052585.tif 000005
【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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