(57)【要約】【課題】参照面と被検面との間の距離の計測に有利な技術を提供する。【解決手段】参照面と被検面との間の距離を計測する計測装置であって、前記参照面で反射された光と前記被検面で反射された光との干渉光から前記参照面と前記被検面との間の光路長差に対応する位相を検出する第１検出部と、前記参照面で反射される光及び前記被検面で反射される光の少なくとも一方の光の光量を調整する調整部と、前記第１検出部で検出された位相と、前記調整部の調整による前記少なくとも一方の光の位相変化とに基づいて、前記距離を求める処理部と、を有することを特徴とする計測装置を提供する。【選択図】図１
2015215313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照面と被検面との間の距離を計測する計測装置であって、
前記参照面で反射された光と前記被検面で反射された光との干渉光から前記参照面と前記被検面との間の光路長差に対応する位相を検出する第１検出部と、
前記参照面で反射される光及び前記被検面で反射される光の少なくとも一方の光の光量を調整する調整部と、
前記第１検出部で検出された位相と、前記調整部の調整による前記少なくとも一方の光の位相変化とに基づいて、前記距離を求める処理部と、
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記第１検出部で検出された位相から前記位相変化を減算した結果に基づいて、前記距離を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】
前記調整部の調整による前記少なくとも一方の光の位相変化を検出する第２検出部を更に有す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】
前記処理部は、前記第１検出部による位相の検出と前記第２検出部による位相変化の検出とが同時に行われるように前記第１検出部及び前記第２検出部を制御す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】
前記処理部は、予め求められた前記調整部の調整による前記少なくとも一方の光の位相変化の情報を用いて、前記距離を求めることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記調整部は、前記干渉光のコントラスト又は振幅が閾値以上となるように、前記少なくとも一方の光の光量を調整することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記調整部は、入力される電気信号に応じて前記少なくとも一方の光に対する透過率を可変とする光学素子を含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
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７に記載の計測装置。
【請求項９】
前記処理部は、前記被検面上の複数の箇所のそれぞれについて前記距離を求め、前記複数の箇所における前記距離に基づいて、前記被検面の形状を求める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】
請求項１乃至９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形状を計測する工程と、
前記工程での計測結果に基づいて、前記被検面の形状が所定の形状となるように前記被検面を加工する工程と、
を有する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、参照面と被検面との間の距離を計測する計測装置及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
参照面と被検面との間の距離（幾何学的距離）や形状を計測するための計測装置として、光波干渉計測装置が知られている（特許文献１及び２参照）。かかる計測装置は、参照面及び被検面で反射される光の干渉光（干渉信号）から求められる位相に基づいて、参照面を基準とする被検面の距離や形状を計測する。
【０００３】
かかる計測装置では、被検面が粗面である場合、その表面粗さによって被検面に入射する光（入射光）が乱反射され、被検面からの光の反射率（光量）が参照面からの光の反射率（光量）よりも著しく小さくなることがある。このため、干渉光のコントラストが著しく低下し、干渉光から位相を求めることが困難になってしまう。また、被検面からの光の反射率が大きく変化することによって、干渉光の強度が検出器のダイナミックレンジから大きく外れ、干渉光を正しく検出できないことがある。そこで、特許文献１及び２では、ＮＤフィルタや偏光ビームスプリッタなどの光学素子を光量調整機構として光路中に設けることによって、干渉光のコントラストの低下を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２６９６０３号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２では、干渉光のコントラストに応じて、吸収率の異なるＮＤフィルタに置換する、或いは、偏光ビームスプリッタを光軸回りに回転させて通過する各偏光成分の強度比率を変えることによって、干渉光のコントラストを向上させている。しかしながら、これらの光学素子には、一般的に、厚さむらがあるため、置換又は回転に起因して光学素子を通過する光の波面に収差（波面収差）が生じ、干渉光から求められる位相に波面収差による位相誤差が重畳して計測精度が低下してしまう。
【０００６】
また、このような位相誤差を、干渉光のコントラスト及び強度の変化に応じてリアルタイムに補正するためには、光量調整機構としてＥＯ型強度変調器やＡＯ型強度変調器などを用いる必要がある。ここで、ＥＯ型強度変調器やＡＯ型強度変調器は、電気信号の入力によって、透過光の強度を高速に変化させることが可能な外部光変調器である。
【０００７】
ＥＯ型強度変調器としては、例えば、光導波路を利用したＭａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ干渉計（ＭＺＩ）型光変調器がある。ＭＺＩ型変調器では、一方の光路に挿入されたＬｉＮｂＯ３結晶に電圧を印加してこの光路を伝播する光の位相をシフトさせ、他方の光路を伝播する光と干渉させることによって、射出する光の強度を変化させる。また、ＡＯ型強度変調器では、音響光学結晶に超音波を印加して屈折率の変化を誘起し、超音波出力によって音響光学結晶で回折する光の強度を変化させる。
【０００８】
このような外部光変調器は、結晶の屈折率の変化を利用しているため、強度変調時に必ず光波位相の変化を伴い、干渉光から求められる位相の誤差となる。また、かかる外部変調器では、電圧の印加による光学特性の変化を利用して透過光の強度を変化させているため、外部変調器の駆動ドライバのノイズが干渉光（干渉信号）に重畳される。従って、干渉光から求められる位相に誤差が生じ、参照面を基準とする被検面の距離や形状の計測精度が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、参照面と被検面との間の距離の計測に有利な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、参照面と被検面との間の距離を計測する計測装置であって、前記参照面で反射された光と前記被検面で反射された光との干渉光から前記参照面と前記被検面との間の光路長差に対応する位相を検出する第１検出部と、前記参照面で反射される光及び前記被検面で反射される光の少なくとも一方の光の光量を調整する調整部と、前記第１検出部で検出された位相と、前記調整部の調整による前記少なくとも一方の光の位相変化とに基づいて、前記距離を求める処理部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、例えば、参照面と被検面との間の距離の計測に有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す計測装置の検出器の具体的な構成を示す図である。
【図３】図１に示す計測装置における参照面と被検面との間の距離を計測する処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態における計測装置の構成を示す概略図である。
【図５】図４に示す計測装置における参照面と被検面との間の距離を計測する処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における計測装置１の構成を示す概略図である。計測装置１は、参照面と被検面との間の距離（幾何学的距離）を計測する光波干渉計測装置であって、本実施形態では、ホモダイン方式を採用する。計測装置１は、光源１０１と、１／２波長板１０２と、偏光ビームスプリッタ１０３と、調整部１０４と、無偏光ビームスプリッタ１０５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃとを有する。計測装置１は、１／４波長板１０６ａ及び１０６ｂと、集光レンズ１０８と、偏光子１１０ａ及び１１０ｂと、検出器１１１ａ及び１１１ｂと、処理部１１２とを有する。
【００１６】
光源１０１から射出された光は、１／２波長板１０２に入射する。１／２波長板１０２は、その後段に配置された偏光ビームスプリッタ１０３を透過する光の光量と、偏光ビームスプリッタ１０３で反射される光の光量とが等しくなるように、光の偏光状態を調整する。１／２波長板１０２を通過した光は、無偏光ビームスプリッタ１０５ａによって、２つの光（無偏光ビームスプリッタ１０５ａを透過する光及び無偏光ビームスプリッタ１０５ａで反射される光）に分割される。
【００１７】
無偏光ビームスプリッタ１０５ａを透過した光は、偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光のうち、Ｐ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過して被検面１０９に向かう光となり、Ｓ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されて参照面１０７に向かう光となる。以下では、参照面１０７で反射される光を参照光と称し、被検面１０９で反射される光を被検光と称する。
【００１８】
参照光は、調整部１０４を通過し、無偏光ビームスプリッタ１０５ｂによって、２つの光（無偏光ビームスプリッタ１０５ｂを透過する光及び無偏光ビームスプリッタ１０５ｂで反射される光）に分割される。無偏光ビームスプリッタ１０５ａで反射された光と無偏光ビームスプリッタ１０５ｂで反射された光とは、偏光子１１３によって偏光状態を調整され、無偏光ビームスプリッタ１０５ｃで同軸に重ねられる。無偏光ビームスプリッタ１０５ｃで同軸に重ねられた光は、偏光子１１０ａで干渉し（干渉光となり）、検出器１１１ａで検出される。
【００１９】
調整部１０４は、ＥＯ型強度変調器やＡＯ型強度変調器などの外部光変調器で構成され、入射光の光量を調整する機能を有する。調整部１０４は、本実施形態では、入力される電気信号に応じて入射光に対する透過率を可変とする光学素子、例えば、音響光学素子を含む。
【００２０】
無偏光ビームスプリッタ１０５ｂを透過した光は、１／４波長板１０６ａを透過して参照面１０７で反射され、１／４波長板１０６ａを再び透過する。１／４波長板１０６ａを２回通過した参照光はＰ偏光になるため、調整部１０４を通過し、偏光ビームスプリッタ１０３を透過する。
【００２１】
被検光は、１／４波長板１０６ｂを透過し、集光レンズ１０８によって、被検面上に集光される。被検面１０９で反射された被検光は、集光レンズ１０８でコリメートされ、１／４波長板１０６ｂを再び通過する。１／４波長板１０６ｂを２回通過した被検光はＳ偏光になるため、偏光ビームスプリッタ１０３で反射される。
【００２２】
偏光ビームスプリッタ１０３を透過した参照光と、偏光ビームスプリッタ１０３で反射された被検光とは、偏光子１１０ｂで干渉し（干渉光となり）、検出器１１１ｂで検出される。検出器１１１ａ及び１１１ｂのそれぞれからの信号（干渉光から得られる干渉信号）は、処理部１１２に入力される。
【００２３】
処理部１１２は、検出器１１１ａ及び１１１ｂのそれぞれからの信号を用いて、参照面１０７と被検面１０９（詳細には、光源１０１からの光が入射した被検面上の箇所）との間の距離を求める。また、処理部１１２は、被検面上の複数の箇所のそれぞれについて参照面１０７と被検面１０９との間の距離を求め、複数の箇所における距離に基づいて、被検面１０９の形状を求めることも可能である。
【００２４】
図２を参照して、検出器１１１ａ及び１１１ｂの具体的な構成を説明する。検出器１１１ａ及び１１１ｂは、被検光及び参照光に既知の位相差を印加するためのλ／４板２１、グレーティングビームスプリッタ２２及び偏光子アレイ２３と、３つの既知の位相差の干渉信号を検出するための光量検出器３０ａ、３０ｂ及び３０ｃとを含む。
【００２５】
図２を参照するに、参照光及び被検光は、互いに直交する直線偏光を有し、偏光方向と４５度の角度に軸を配置したλ／４板２１を透過することで、それぞれ右回りの円偏光と左回りの円偏光に変換される。これらの光は、位相型の回折格子からなるグレーティングビームスプリッタ２２によって、０次及び±１次光の２つの光に均等に分割される。グレーティングビームスプリッタ２２で分割された光は、それぞれの光に対して異なる透過軸の偏光子となるように構成された偏光子アレイ２３を透過する。偏光子アレイ２３を透過した光には、偏光子の透過軸の角度に応じた既知の位相差が印加され、その光量が光量検出器３０ａ乃至３０ｃで検出される。
【００２６】
図３を参照して、計測装置１における参照面１０７と被検面１０９との間の距離を計測する処理を説明する。かかる処理は、処理部１１２が計測装置１の各部を統括的に制御することで行われる。処理部１１２は、計測装置１の全体（動作）を制御するためのＣＰＵやメモリなどを含む。また、以下では、検出器１１１ａで検出される信号を参照信号とし、検出器１１１ｂで検出される信号を被検信号として区別する。
【００２７】
Ｓ１０２において、処理部１１２は、検出器１１１ｂで検出される被検信号から干渉信号のコントラストＶを求める。検出器１１１ｂを構成する光量検出器３０ａ、３０ｂ及び３０ｃのそれぞれで検出される干渉信号Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃは、偏光子アレイ２３の偏光子の透過軸の角度に応じた既知の位相差が反映された信号となる。例えば、既知の位相差として１２０度間隔の位相差が反映されたとすると、干渉信号Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃは、以下の式（１）で表される。
【００２８】
【数１】
2015215313.tif 000003
【００２９】
従って、干渉信号のコントラストＶは、以下の式（２）で表される。
【００３０】
【数２】
2015215313.tif 000004
【００３１】
Ｓ１０４において、処理部１１２は、調整部１０４による参照光の光量の調整を行うかどうかを判定する。参照光と被検光との干渉光から十分な精度で位相を求めるために必要となる干渉信号のコントラストの閾値Ｖｔｈは、数値計算などで予め求められて処理部１１２のメモリなどに格納されている。Ｓ１０２で求めたコントラストが閾値以上である（Ｖ≧Ｖｔｈ）場合には、調整部１０４による参照光の光量の調整を行わずに、Ｓ１０８に移行する。一方、Ｓ１０２で求めたコントラストが閾値よりも小さい（Ｖ＜Ｖｔｈ）場合には、Ｓ１０６に移行する。
【００３２】
Ｓ１０６において、調整部１０４は、干渉信号のコントラストＶが閾値以上となるように、参照光（参照面１０７で反射される光）の光量を調整する。また、Ｓ１０６において、調整部１０４は、干渉信号のコントラストＶが閾値以上のある一定値になるように、参照光の光量をフィードバック制御してもよい。但し、式（１）における強度振幅Ｉ０Ｖが小さい場合には、干渉光から正しく位相を求めることができない。そこで、光量検出器３０ａ乃至３０ｃのそれぞれで検出される干渉信号Ｉａ乃至Ｉｃから強度振幅Ｉ０Ｖを求め、かかる強度振幅Ｉ０Ｖが十分な精度で位相を求めるために必要となる値になるように光源１０１からの光の強度を変調する（フィードバック制御する）。光源１０１からの光の強度の変調による発振波長の変化を許容できない場合には、被検光の光量を調整する調整部（不図示）を設けて、干渉信号のコントラストＶと独立に制御する。
【００３３】
Ｓ１０８において、処理部１１２は、参照信号及び被検信号から各々の位相を求める。位相Φは、式（１）から、以下の式（３）で表される。
【００３４】
【数３】
2015215313.tif 000005
【００３５】
検出器１１１ｂにおける被検信号からリアルタイムに求められる位相Φｔは、以下の式（４）で表される。式（４）において、φｔは、被検面１０９（の形状）に基づく位相を表し、φｒは、参照面１０７（の形状）に基づく位相を表し、δφは、調整部１０４の調整による参照光の位相変化（位相誤差）を表す。
【００３６】
【数４】
2015215313.tif 000006
【００３７】
また、検出器１１１ａにおける参照信号から求められる位相Φｒは、以下の式（５）で表される。式（５）において、φ０は、参照信号の光路長差に起因するオフセット位相を表す。調整部１０４がオフの状態（電気信号を入力していない状態）で参照信号の位相を算出することによって、オフセット位相φ０を求めることができる。
【００３８】
【数５】
2015215313.tif 000007
【００３９】
位相誤差をリアルタイムに補正する必要がない場合には、Ｓ１０８において、処理部１１２は、参照信号の位相を求めなくてもよい。この場合、調整部１０４の調整による参照光の位相変化（即ち、位相誤差）を予め求めて処理部１１２のメモリに格納し、かかるメモリに格納された位相変化を用いればよい。例えば、マハツェンダー干渉計を用いて、調整部１０４に入力した電気信号（電圧）に対する位相変化を測定し、その測定結果をルックアップテーブル（位相変化の情報）として格納しておけばよい。
【００４０】
Ｓ１１０において、処理部１１２は、調整部１０４の調整によって生じる位相誤差の補正を行う。式（４）で表される被検信号から得られる位相情報には、調整部１０４による位相誤差が含まれている。従って、被検信号から得られる位相情報から、参照信号から得られる調整部１０４による位相誤差を減算することによって、被検面１０９（の形状）に基づく位相情報をリアルタイムで得ることができる。
【００４１】
Ｓ１１２において、処理部１１２は、参照面１０７と被検面１０９との間の距離を求める。具体的には、処理部１１２は、調整部１０４による位相誤差を補正した被検信号の位相情報（即ち、被検信号から得られる位相から調整部１０４の調整による位相変化を減算した結果）から、参照面１０７を基準とする被検面１０９の距離Ｄを求める。距離Ｄは、以下の式（６）で表される。
【００４２】
【数６】
2015215313.tif 000008
【００４３】
Ｓ１１４において、処理部１１２は、被検面上の他の箇所について参照面１０７と被検面１０９との間の距離を求めるかどうかを判定する。被検面上の他の箇所について参照面１０７と被検面１０９との間の距離を求める場合には、例えば、光源１０１からの光が被検面上の他の箇所に入射するように被検面１０９を移動させて、Ｓ１０２に移行する。一方、被検面上の他の箇所について参照面１０７と被検面１０９との間の距離を求めない場合には、処理を終了する。
【００４４】
本実施形態の計測装置１では、検出器１１１ａで検出された被検信号から得られる位相と、調整部１０４の調整による位相変化とに基づいて、参照面１０７と被検面１０９との間の距離を求めている。従って、計測装置１は、調整部１０４におけるノイズの影響を低減し、リアルタイム、且つ、高精度に、参照面１０７と被検面１０９との間の距離や被検面１０９の形状を計測することができる。
【００４５】
ここで、検出器１１１ａは、処理部１１２と協同して、参照光と被検光との干渉光から参照面１０７と被検面１０９との間の光路長差に対応する位相を検出する第１検出部として機能する。また、検出器１１１ｂは、処理部１１２と協同して、調整部１０４の調整による位相変化を検出する第２検出部として機能する。そして、本実施形態では、処理部１１２は、検出器１１１ａによる位相の検出と検出器１１１ｂによる位相変化の検出とが同時に行われるようにしている。
【００４６】
また、本実施形態では、干渉光のコントラストが閾値以上となるように、参照光の光量を調整しているが、被検光の光量を調整してもよい。換言すれば、調整部１０４は、参照面１０７で反射される光及び被検面１０９で反射される光の少なくとも一方の光の光量を調整するように構成及び配置すればよい。
【００４７】
また、被検面１０９の表面粗さが光源からの光の波長よりも大きい場合には、複数の光源からの光（即ち、複数の波長）による合成波長を用いるとよい。例えば、第１波長λ１と第２波長λ２に対する合成波長Λは、以下の式（７）で表される。
【００４８】
【数７】
2015215313.tif 000009
【００４９】
合成波長Λは、式（７）から明らかなように、第１波長λ１及び第２波長λ２よりも大きくなる。従って、被検面１０９の表面粗さが光源からの光の波長よりも大きい場合でも、合成波長Λを用いることで、参照面１０７と被検面１０９との間の距離の計測が可能となる。
【００５０】
また、本実施形態では、計測装置１は、シングルパスのマイケルソン型干渉計の構成を有するが、他の干渉計の構成を有していてもよい。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態における計測装置２の構成を示す概略図である。計測装置２は、参照面と被検面との間の距離（幾何学的距離）を計測する光波干渉計測装置であって、本実施形態では、ヘテロダイン方式を採用する。計測装置２は、単一周波数光源２０１と、１／２波長板２０２と、偏光ビームスプリッタ２０３と、調整部２０４と、偏光ビームスプリッタ２０５と、無偏光ビームスプリッタ２０６と、偏光子２０７ａ及び２０７ｂとを有する。また、計測装置２は、検出器２０８ａ及び２０８ｂと、偏光ビームスプリッタ２０９と、１／４波長板２１０ａ及び２１０ｂと、コーナーキューブ２１３と、処理部２１４と、集光レンズ２１５とを有する。
【００５２】
単一周波数光源２０１から射出された光は、１／２波長板２０２に入射する。１／２波長板２０２は、その後段に配置された偏光ビームスプリッタ２０３を透過する光の光量と、偏光ビームスプリッタ２０３で反射される光の光量とが等しくなるように、光の偏光状態を調整する。偏光ビームスプリッタ２０３に入射した光のうち、Ｐ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２０３を透過し、Ｓ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２０３で反射される。
【００５３】
偏光ビームスプリッタ２０３で反射されたＳ偏光の光は、調整部２０４を通過して、偏光ビームスプリッタ２０５で反射され、偏光ビームスプリッタ２０５を透過したＰ偏光の光と同軸に重ね合わせられる。調整部２０４は、入射光の光量を調整する機能を有し、本実施形態では、音響光学素子を含む。調整部２０４（音響光学素子）を通過したＳ偏光の光は、Ｐ偏光の光よりも僅かに周波数がシフトするため、ヘテロダイン検出が可能となる。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ２０５を通過した光は、無偏光ビームスプリッタ２０６によって、２つの光（無偏光ビームスプリッタ２０６を透過する光及び無偏光ビームスプリッタ２０６で反射される光）に分割される。無偏光ビームスプリッタ２０６で反射された光と、偏光ビームスプリッタ２０９で反射された光（無偏光ビームスプリッタ２０６を透過して参照面２１１で反射された光とは、偏光子２０７ａで干渉し（干渉光となり）、検出器２０８ａで検出される。以下では、検出器２０８ａで検出される信号を参照信号と称する。
【００５５】
無偏光ビームスプリッタ２０６を透過した光は、偏光ビームスプリッタ２０９に入射する。偏光ビームスプリッタ２０９に入射した光のうち、Ｓ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２０９で反射して参照面２１１に向かう光となり、Ｐ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ２０９を透過して被検面２１２に向かう光となる。以下では、参照面２１１で反射される光を参照光と称し、被検面２１２で反射される光を被検光と称する。
【００５６】
参照光は、１／４波長板２１０ａを通過し、参照面２１１で反射され、１／４波長板２１０ａを再び通過して偏光ビームスプリッタ２０９に入射する。１／４波長板２１０ａを２回通過した光はＰ偏光になるため、偏光ビームスプリッタ２０９を透過し、コーナーキューブ２１３で反射され、偏光ビームスプリッタ２０９に再び入射する。参照光は、参照面２１１で再び反射され、偏光ビームスプリッタ２０９で反射される。
【００５７】
被検光についても同様に、偏光ビームスプリッタ２０９、１／４波長板２１０ｂ、集光レンズ２１５、被検面２１２及びコーナーキューブ２１３を介して、被検面２１２で２回反射して偏光ビームスプリッタ２０９を透過する。
【００５８】
偏光ビームスプリッタ２０９からの参照光と被検光とは、同軸に重ね合わせられ、偏光子２０７ｂで干渉し（干渉光となり）、検出器２０８ｂで検出される。以下では、検出器２０８ｂで検出される信号を被検信号と称する。
【００５９】
検出器２０８ａからの参照信号及び検出器２０８ｂからの被検信号は、処理部２１４に入力される。処理部２１４は、参照信号及び被検信号を用いて、参照面２１１と被検面２１２との間の距離や被検面２１２の形状を求める。
【００６０】
図５を参照して、計測装置２における参照面２１１と被検面２１２との間の距離を計測する処理を説明する。かかる処理は、処理部２１４が計測装置２の各部を統括的に制御することで行われる。処理部２１４は、計測装置２の全体（動作）を制御するためのＣＰＵやメモリなどを含む。
【００６１】
Ｓ２０２において、処理部２１４は、検出器２０８ｂで検出される被検信号から干渉信号の振幅Ａを求める。
【００６２】
Ｓ２０４において、処理部２１４は、調整部２０４による光量の調整を行うかどうかを判定する。ヘテロダイン方式の位相検出においては、検出器２０８ａや検出器２０８ｂで検出される信号（ＡＣ信号）の振幅が重要となる。参照光と被検光との干渉光から十分な精度で位相を求めるために必要となる干渉信号の振幅の閾値Ａｔｈは、数値計算などで予め求められて処理部２１４のメモリなどに格納されている。Ｓ２０２で求めた振幅が閾値以上である（Ａ≧Ａｔｈ）場合には、調整部２０４による参照光の光量の調整を行わずに、Ｓ２０８に移行する。一方、Ｓ２０２で求めた振幅が閾値よりも小さい（Ａ＜Ａｔｈ）場合には、Ｓ２０６に移行する。
【００６３】
Ｓ２０６において、調整部２０４は、干渉信号の振幅Ａが閾値以上となるように、単一周波数光源２０１からの光の光量を調整する。また、Ｓ２０６において、調整部２０４は、干渉信号の振幅Ａが閾値以上のある一定値になるように、単一周波数光源２０１からの光の光量をフィードバック制御してもよい。
【００６４】
Ｓ２０８において、処理部２１４は、参照信号及び被検信号から各々の位相を求める。ここで、従来技術では、参照信号に基づいて基準クロック信号を発生させ、かかる基準クロックを被検信号の位相検出の基準とすることで、被検信号の位相を求めている。但し、この方式では、調整部２０４による光量の調整時（Ｓ２０６）に、高速な位相変化によって基準クロックが変動するため、被検信号の位相を正しく求めることができない。そこで、本実施形態では、参照信号の位相も被検信号の位相と同時に求めることによって、調整部２０４による光量の調整時に発生する高速な位相変化を高精度に補正する。
【００６５】
具体的には、検出器２０８ａで検出される参照信号は、以下の式（８）で表される。式（８）において、ａｒは、参照光の電場振幅を表し、ａｔは、被検光の電場振幅を表し、ｆｒは、参照光の周波数を表し、ｆｔは、被検光の周波数を表し、δφは、調整部２０４の調整によって生じる位相変化を表す。
【００６６】
【数８】
2015215313.tif 000010
【００６７】
処理部２１４は、検出器２０８ａで検出された参照信号を周波数解析する。周波数解析としては、例えば、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のアルゴリズムが知られている。これらの周波数解析（演算）を参照信号に対して行うことによって、参照信号の位相Φｒを求めることができる。なお、参照信号の位相Φｒは、以下の式（９）で表される。
【００６８】
【数９】
2015215313.tif 000011
【００６９】
位相誤差をリアルタイムに補正する必要がない場合には、Ｓ２０８において、処理部２１４は、参照信号に対して周波数解析を行わなくてもよい。この場合、調整部２０４の調整によって生じる位相変化（即ち、位相誤差）を予め求めて処理部２１４のメモリに格納し、かかるメモリに格納された位相変化を用いればよい。
【００７０】
検出器２０８ｂで検出される被検信号は、以下の式（１０）で表される。式（１０）において、ｒｒは、参照面２１１での振幅反射率を表し、ｒｔは、被検面２１２での振幅反射率を表し、φｒは、参照光の位相を表し、φｔは、被検光の位相を表す。
【００７１】
【数１０】
2015215313.tif 000012
【００７２】
処理部２１４は、検出器２０８ｂで検出された被検信号を周波数解析することで、被検信号の位相Φｔをリアルタイムに求めることができる。被検信号の位相Φｔは、以下の式（１１）で表される。
【００７３】
【数１１】
2015215313.tif 000013
【００７４】
Ｓ２１０において、処理部２１４は、調整部２０４の調整によって生じる位相誤差の補正を行う。式（１１）で表される被検信号から得られる位相情報には、調整部２０４による位相誤差が含まれている。従って、被検信号から得られる位相情報から、参照信号から得られる調整部２０４による位相誤差を減算することによって、被検面２１２（の形状）に基づく位相情報をリアルタイムで得ることができる。
【００７５】
Ｓ２１２において、処理部２１４は、参照面２１１と被検面２１２との間の距離を求める。具体的には、処理部２１４は、調整部２０４による位相誤差を補正した被検信号の位相情報（即ち、被検信号から得られる位相から調整部２０４の調整による位相変化を減算した結果）から、参照面２１１を基準とする被検面２１２の距離Ｄを求める。距離Ｄは、以下の式（１２）で表される。
【００７６】
【数１２】
2015215313.tif 000014
【００７７】
Ｓ２１４において、処理部２１４は、被検面上の他の箇所について参照面２１１と被検面２１２との間の距離を求めるかどうかを判定する。被検面上の他の箇所について参照面２１１と被検面２１２との間の距離を求める場合には、例えば、単一周波数光源２０１からの光が被検面上の他の箇所に入射するように被検面２１２を移動させて、Ｓ２０２に移行する。一方、被検面上の他の箇所について参照面２１１と被検面２１２との間の距離を求めない場合には、処理を終了する。
【００７８】
本実施形態の計測装置２では、検出器２０８ａで検出された被検信号から得られる位相と、調整部２０４の調整による位相変化とに基づいて、参照面２１１と被検面２１２との間の距離を求めている。従って、計測装置２は、調整部２０４におけるノイズの影響を低減し、リアルタイム、且つ、高精度に、参照面２１１と被検面２１２との間の距離や被検面２１２の形状を計測することができる。
【００７９】
また、被検面２１２の表面粗さが単一周波数光源２０１からの光の波長よりも大きい場合には、第１の実施形態と同様に、複数の光源からの光（即ち、複数の波長）による合成波長を用いることで参照面２１１と被検面２１２との間の距離の計測が可能となる。
【００８０】
また、本実施形態では、計測装置２は、ダブルパスのマイケルソン型干渉計の構成を有するが、他の干渉計の構成を有していてもよい。
【００８１】
＜第３の実施形態＞
上述した各実施形態の計測装置は、光学素子や機械部品などの物品の製造に適用することができる。かかる物品の製造方法は、上述した計測装置を用いて被検面を計測する工程と、かかる工程での計測結果に基づいて、被検面が所定の形状となるように加工（研磨など）する工程とを含む。かかる物品の製造方法は、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。
【００８２】
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及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１：計測装置    １０４：調整部    １０７：参照面    １０９：被検面    １１１ａ、１１１ｂ：検出器    １１２：処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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