(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、簡易かつ高精度に光波干渉測定における位相補正値を測定する方法を提供することにある。【解決手段】  光波干渉測定での測定光の反射時の位相変化分を求める位相補正値測定方法において、位相変化分ＣＸが未知の被測定物と位相変化分ＣＳが既知の基準物とを用意する工程と、非密着光波干渉測定によって、前記被測定物の光学的寸法ＬＩＸと前記基準物の光学的寸法ＬＩＳとの差である光学的寸法差ＬＩＳ−ＬＩＸを求める工程と、接触式の測長装置を用いて前記被測定物と前記基準物との機械的寸法差ΔＬを接触式比較測定によって求める工程と、前記光学的寸法差ＬＩＳ−ＬＩＸ、前記機械的寸法差ΔＬ、及び前記基準物の位相変化量ＣＳから前記被測定物の位相変化分ＣＸを次の式、  ＣＸ＝ＣＳ＋（ＬＩＳ−ＬＩＸ＋ΔＬ）／２，によって求める工程と、を含むことを特徴とする位相補正値測定方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を互いに可干渉な２光束に分け、一方を参照光、他方を測定光とし、測定光を測定対象物に照射し、その反射光と参照光とによる干渉に基づいて前記測定物の相対向する端面間の寸法測定を行う光波干渉測定での測定光の反射時の位相変化分を求める位相補正値測定方法において、
位相変化分ＣＸが未知の被測定物と位相変化分ＣＳが既知の基準物とを用意する工程と、
寸法測定の対象となる測定対象物の相対向する両端面へそれぞれ測定光を照射し、前記測定対象物の一方の端面からの反射光と参照光との干渉と、前記測定対象物の他方の端面からの反射光と参照光との干渉と、に基づいて前記測定対象物の光学的寸法を測定する非密着光波干渉測定装置を用いて、前記被測定物の光学的寸法ＬＩＸと前記基準物の光学的寸法ＬＩＳとの差である光学的寸法差ＬＩＳ−ＬＩＸを求める工程と、
寸法測定の対象となる測定対象物の端面に接触子を接触させ、該接触子の接触位置に基づいて前記測定対象物の相対向する端面間の機械的寸法を測定する接触式の測長装置を用い、前記被測定物の機械的寸法と前記基準物の機械的寸法との差である機械的寸法差ΔＬを接触式比較測定によって求める工程と、
前記光学的寸法差ＬＩＳ−ＬＩＸ、前記機械的寸法差ΔＬ、及び前記基準物の位相変化量ＣＳから前記被測定物の位相変化分ＣＸを次の式、
ＣＸ＝ＣＳ＋（ＬＩＳ−ＬＩＸ＋ΔＬ）／２，
によって求める工程と、
を含むことを特徴とする位相補正値測定方法。
【請求項２】
請求項１の位相補正値測定方法において、
前記非密着光波干渉測定装置は、所定のビーム径及び波長を持つ光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された光を二光束に分割する光分割手段と、測定対象物の測長軸と一致する光軸を有する第１干渉手段及び第２干渉手段と、前記第１干渉手段及び第２干渉手段の干渉縞をそれぞれ観察する第１観察手段と第２観察手段と、を備え、
前記光分割手段により分割された二光束の一方の光束は、前記第１干渉手段に入射し、該光束の一部は第１参照光となり、残りは前記第１干渉手段により前記測定対象物の測長軸方向に反射され、
前記光分割手段により分割された二光束の他方の光束は、前記第２干渉手段に入射し、該光束の一部は第２参照光となり、残りは前記第２干渉手段により前記測定対象物の測長軸方向に反射され、
前記第１干渉手段から前記測定対象物の測長軸方向へ反射された光は、一部が前記測定対象物の一端において反射され、第１干渉手段へと戻り第１参照光と重ね合わされ第１測定干渉光となり、その残りは前記測定対象物の脇を通過し前記第２干渉手段へ入射し、第２参照光と重ね合わされ第２基準干渉光となり、
前記第２干渉手段から前記測定対象物の測長軸方向へ反射された光は、一部が前記測定対象物の他端面において反射され、第２干渉手段へと戻り第２参照光と重ね合わされ第２測定干渉光となり、その残りは前記測定対象物の脇を通過し前記第１干渉部へ入射し、第１参照光と重ね合わされ第１基準干渉光となり、
前記第１観察部により、前記第１干渉部で形成される第１基準干渉光と第１測定干渉光とをそれぞれ第１基準干渉縞及び第１測定干渉縞として観察し、
前記第２観察部により、前記第２干渉部で形成される第２基準干渉光と第２測定干渉光とをそれぞれ第２基準干渉縞及び第２測定干渉縞として観察し、
前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差、および前記測定対象物の予備値に基き、前記測定対象物の光学的寸法を測定する装置であって、該装置を用いた測定によって、前記被測定物と前記基準物との光学的寸法差を求めることを特徴とする位相補正値測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位相補正値測定方法において、
前記接触式比較測定は、測定する端面に接触させる接触子と、該接触子の非接触側に設置された鏡面と、を備えた治具を使用し、測定対象物の相対向する端面に前記接触子をそれぞれ接触させ、前記鏡面を前記測定対象物の端面に平行になるよう設置し、
前記鏡面を取り付けた測定対象物の両端面へそれぞれ測定光を照射し、該測定対象物の一方の端面の鏡面からの反射光と該反射光に可干渉な参照光との干渉光と、前記測定対象物の他方の端面の鏡面からの反射光と該反射光に可干渉な参照光との干渉光と、に基づいて前記鏡面間の光学的寸法を測定し該鏡面間の光学的寸法から測定対象物の機械的寸法を求める測長装置を用い、前記被測定物と前記基準物の機械的寸法差を測定することを特徴とする位相補正値測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の位相補正値測定方法において、
前記基準物は光学的定数による位相変化を実質的に起こさない複素屈折率を持つ材質で形成され、該基準物の測定光が照射される面の表面粗さが測定に用いる光の波長より小さいことを特徴とする位相補正値測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位相補正値測定方法、特に光波干渉測定による寸法測定値に対する位相補正値の測定方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より長さの基準として端度器が用いられている。端度器は両端の面間距離で規定の寸法を表す標準であり、代表的なものとしてブロックゲージがある。
このブロックゲージは極めて高い寸法精度をもち、その測定面が他のブロックゲージの測定面に容易に密着（リンギング）する。そして、数個のブロックゲージを密着することで必要な寸法が得られる。その反面、このブロックゲージは、測定面が常に他の測定面と接触するような使い方をするので、傷や摩耗を生じやすく、材料の経年変化もあり、定期的な検査が必要である。
ブロックゲージの相対向する端面間の寸法の校正を高精度に行うために、光波干渉測定装置が用いられている（特許文献１を参照）。さらに、特許文献２〜３に記載された非密着光波干渉測定装置では、ブロックゲージの両端面間から光を照射し、それぞれの端面からの反射光による干渉縞を用いて寸法測定をすることで、ブロックゲージをベースプレートにリンギングさせる必要がない非密着測定を行うことができる。
【０００３】
上述したようにブロックゲージは物理的な接触やリンギング等を伴った使用方法が前提である。そのため、端面間の寸法を測定する場合、両端面のそれぞれの粗さ曲線の最外部（特に突出する部分は除く）を測定位置として寸法を測定する。しかし、光波干渉測定では、表面粗さの問題、材質の光学的性質による光の反射時の位相変化の問題、の２点の問題でこの位置が測定位置とはならない。
【０００４】
図６に示すようにブロックゲージの端面は微視的には凹凸のある状態となっている。接触子を端面に接触して寸法を測る場合、図６（Ａ）のように接触子は凹凸の一番高い部分に触れることとなり、その部分を測定位置として寸法が測定される。しかしながら、光波干渉法で測定した場合、図６（Ｂ）のように、粗さ曲線の最上部からの反射光や、最下部からの反射光の重ね合わせた光で測定を行うため、反射面を特定できない。そのため、最上部と最下部の中間（粗さ曲線の算術平均粗さ）を測定位置とした寸法が測定される。よって、測定端面に粗さがある以上、表面最外部で測定することができず、機械的な接触による寸法よりも短く測定されてしまう。つまり、補正を行わないと、常に測りたい表面よりも潜り込んだ位置を測定するため、実際よりも短く測定されてしまう。また、表面粗さが大きいほど潜り込みの影響も大きくなる。この影響による位相変化を形状補正値と呼ぶ。
【０００５】
また、測定表面が粗さのない理想面であったとしても、材質の光学的性質による光の位相変化の問題がある。垂直入射する光の反射時の位相変化は、複素屈折率の虚数部分（吸収係数）の小さい材質の場合は無視することができる。しかし、金属等のように吸収係数が大きい材質の場合、反射時の位相変化は無視することができない量となる。つまり、図６（Ｃ）に示すように反射時に光の位相の遅れが生じるため、見かけ上あたかも実際の表面よりも潜り込んだ中程の部分で測定を行った状態と同様な測定結果となる。このため、測定面が表面粗さのない理想面であったとしても、実際の寸法よりも短く測定されることになる。この影響による位相変化量を光学補正値という。
実際の測定では、形状補正値と光学補正値とを同時に考慮する必要があり、形状補正値と光学補正値との和を位相補正値と呼ぶ。この位相補正値を光波干渉測定による測定結果に加えることで前述の端面間における機械的寸法（両端面の粗さ曲線の最外部間の寸法）を求めることができる。
【０００６】
この位相補正値を求める方法として、従来より行われている補助ゲージ法について説明する。補助ゲージ法では、石英等を材質とするガラスが光学定数による位相変化がほとんどないことと、表面の粗さも無視できるくらい小さく加工可能であるという２つの特徴を利用して補正値をもとめるものである。まず、図７（Ａ）に示すように、同一材質同士をリンギングさせて測定を行う。つまり、位相補正値を測定したい材質のブロックゲージ（ＧＢ）を、同じ材質のブロックゲージ（ＧＢ）またはベースプレート（ＢＰ）にリンギングしそれぞれの測定面での反射時の位相変化を相殺する状態で光波干渉測定を行う。この測定で得られる寸法ＬＡは、ブロックゲージの寸法ＬＧＢ、リンギング層の厚さｄＷ、位相補正値Ｃとすると、
ＬＡ＝ＬＧＢ−Ｃ＋ｄＷ＋Ｃ＝ＬＧＢ＋ｄＷ
で表される。
【０００７】
次に図７（Ｂ）に示すように補正値を測定したい材質のブロックゲージ（ＧＢ）に石英等のガラスのブロックゲージ（ＧＢ）またはベースプレート（ＢＰ）をリンギングさせて測定を行う。石英等のガラスは表面粗さが非常に小さく仕上げられており、また吸収係数が小さく光学定数による位相変化も無視できるレベルであるため、ベースプレート面上ではほとんど位相変化しない。この測定で得られるＬＢは、ブロックゲージの位相補正値Ｃを用いて、
ＬＢ＝ＬGB＋ｄｗ−Ｃ
と表される。ＬＡ，ＬＢの式から位相補正値Ｃは、
Ｃ＝ＬＢ−ＬＡ
と求められる。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３４１８０９号公報
【特許文献２】特開平８−２７１２１６号公報
【特許文献３】特開２００３−１９４５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述の従来方法はブロックゲージの寸法を測定する装置以外に特別な装置が必要ないという利点がある反面、測定の際にリンギングを伴うという問題がある。リンギングは作業そのものに熟練を要する上、再現性良く行うことが非常に困難である。上記の従来方法では、対象とするブロックゲージと同材質のベースプレートにリンギングさせた場合のリンギング層の厚さと、石英ガラス等のベースプレートにリンギングさせた場合のリンギング層の厚さとが等しいことが前提である。しかし、同一材質同士の場合と異なる材質同士の場合とではリンギング力が異なる等の理由から再現性よくリンギングを行うことは非常に難しく、前提通りにはならない。つまり、前提からのずれがそのまま系統誤差として現れる。
【００１０】
また、同一材質同士の密着測定時には二者の表面粗さや光学特性が等しく、それぞれで発生する位相変化が完全に相殺されていることが前提である。しかし、現実には二者の状態が全く同一ということはないため、前提通りにはならないという問題がある。このときの前提からのずれもまた系統誤差となる。
他の従来方法としてブロックゲージをガラス等のベースプレート上に積み重ねて測定を行う方法があるが、この方法もリンギングを用いるため、上記同様の問題が発生する。
また、リンギングを用いない従来方法としては表面粗さ及び光学定数を直接測定するという方法もある。しかし、この方法は、前述の形状補正値を粗さ測定機で、光学補正値をエリプソメータにより複素屈折率を測定することで求めなければならず、それぞれを測定するための測定装置が別途必要になるという問題がある。
【００１１】
光波干渉測定により求められるブロックゲージ等の端度器の寸法値には位相補正値を加算し、正しい値に補正する必要がある。そのため、寸法測定の不確かさをより低減するためには位相補正値の不確かさも低減しなければならない。現在、位相補正値測定はリンギングを用いた光波干渉計で測定しているが上記の理由から分かるようにリンギング層のばらつきにより安定した位相補正値を得ることが困難であった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易かつ高精度に光波干渉測定における位相補正値を測定する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の位相補正値測定方法は、光を互いに可干渉な２光束に分け、一方を参照光、他方を測定光とし、測定光を測定対象物に照射し、その反射光と参照光とによる干渉に基づいて前記測定物の相対向する端面間の寸法測定を行う光波干渉測定での測定光の反射時の位相変化分を求める位相補正値測定方法において、
位相変化分ＣＸが未知の被測定物と位相変化分ＣＳが既知の基準物とを用意する工程と、
寸法測定の対象となる測定対象物の相対向する両端面へそれぞれ測定光を照射し、前記測定対象物の一方の端面からの反射光と参照光との干渉と、前記測定対象物の他方の端面からの反射光と参照光との干渉と、に基づいて前記測定対象物の光学的寸法を測定する非密着光波干渉測定装置を用いて、前記被測定物の光学的寸法ＬＩＸと前記基準物の光学的寸法ＬＩＳとの差である光学的寸法差ＬＩＳ−ＬＩＸを求める工程と、
寸法測定の対象となる測定対象物の端面に接触子を接触させ、該接触子の接触位置に基づいて前記測定対象物の相対向する端面間の機械的寸法を測定する接触式の測長装置を用い、前記被測定物の機械的寸法と前記基準物の機械的寸法との差である機械的寸法差ΔＬを接触式比較測定によって求める工程と、
前記光学的寸法差ＬＩＳ−ＬＩＸ、前記機械的寸法差ΔＬ、及び前記基準物の位相変化量ＣＳから前記被測定物の位相変化分ＣＸを次の式、
ＣＸ＝ＣＳ＋（ＬＩＳ−ＬＩＸ＋ΔＬ）／２，
によって求める工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記の位相補正値測定方法において、前記非密着光波干渉測定装置は、所定のビーム径及び波長を持つ光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された光を二光束に分割する光分割手段と、測定対象物の測長軸と一致する光軸を有する第１干渉手段及び第２干渉手段と、前記第１干渉手段及び第２干渉手段の干渉縞をそれぞれ観察する第１観察手段と第２観察手段と、を備え、
前記光分割手段により分割された二光束の一方の光束は、前記第１干渉手段に入射し、該光束の一部は第１参照光となり、残りは前記第１干渉手段により前記測定対象物の測長軸方向に反射され、
前記光分割手段により分割された二光束の他方の光束は、前記第２干渉手段に入射し、該光束の一部は第２参照光となり、残りは前記第２干渉手段により前記測定対象物の測長軸方向に反射され、
前記第１干渉手段から前記測定対象物の測長軸方向へ反射された光は、一部が前記測定対象物の一端において反射され、第１干渉手段へと戻り第１参照光と重ね合わされ第１測定干渉光となり、その残りは前記測定対象物の脇を通過し前記第２干渉手段へ入射し、第２参照光と重ね合わされ第２基準干渉光となり、
前記第２干渉手段から前記測定対象物の測長軸方向へ反射された光は、一部が前記測定対象物の他端面において反射され、第２干渉手段へと戻り第２参照光と重ね合わされ第２測定干渉光となり、その残りは前記測定対象物の脇を通過し前記第１干渉部へ入射し、第１参照光と重ね合わされ第１基準干渉光となり、
前記第１観察部により、前記第１干渉部で形成される第１基準干渉光と第１測定干渉光とをそれぞれ第１基準干渉縞及び第１測定干渉縞として観察し、
前記第２観察部により、前記第２干渉部で形成される第２基準干渉光と第２測定干渉光とをそれぞれ第２基準干渉縞及び第２測定干渉縞として観察し、
前記第１基準干渉縞と前記第１測定干渉縞との位相差、前記第２基準干渉縞と前記第２測定干渉縞との位相差、および前記測定対象物の予備値に基き、前記測定対象物の光学的寸法を測定する装置であって、該装置を用いた測定によって、前記被測定物と前記基準物との光学的寸法差を求めることが好適である。
【００１４】
また、上記の位相補正値測定方法において、前記接触式比較測定は、測定する端面に接触させる接触子と、該接触子の非接触側に設置された鏡面と、を備えた治具を使用し、測定対象物の相対向する端面に前記接触子をそれぞれ接触させ、前記鏡面を前記測定対象物の端面に平行になるよう設置し、
前記鏡面を取り付けた測定対象物の両端面へそれぞれ測定光を照射し、該測定対象物の一方の端面の鏡面からの反射光と該反射光に可干渉な参照光との干渉光と、前記測定対象物の他方の端面の鏡面からの反射光と該反射光に可干渉な参照光との干渉光と、に基づいて前記鏡面間の光学的寸法を測定し該鏡面間の光学的寸法から測定対象物の機械的寸法を求める測長装置を用い、前記被測定物と前記基準物の機械的寸法差を測定することが好適である。
上記の位相補正値測定方法において、前記基準物は光学的定数による位相変化を実質的に起こさない複素屈折率を持つ材質で形成され、該基準物の測定光が照射される面の表面粗さが測定に用いる光の波長より小さいことが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の位相補正値測定方法によれば、非密着光波干渉測定による光学的な寸法差と、接触式比較測定による機械的な寸法差とから位相補正値を求めているため、リンギングという熟練を要する作業が不要であり、簡単、効率的かつ高精度に位相補正値を測定することが可能となった。その結果、位相補正値の精度が向上し、端度器等の校正の不確かさを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の好適な実施形態について説明を行う。
本発明の一実施形態に係る位相補正値測定方法は、位相補正値が未知の端度器等の被測定物と位相補正値が既知の基準物とを用意する工程と、前記被測定物の光学的寸法と前記基準物の光学的寸法との光学的寸法差を非密着光波干渉測定により測定する工程と、前記被測定物と前記基準物との機械的寸法差と接触式比較測定によって測定する工程と、を含む。そして、測定した光学的寸法差と機械的寸法差とに基づいて被測定物の位相補正値が算出される。
本実施形態では光学的寸法差を測定するときの光波干渉測定装置は、測定する両端面側から光を照射して非密着で寸法測定を行うものを使用する（図３参照）。例えば特許文献２、３に記載された装置を用いることができる。
【００１７】
本実施形態では、被測定物と基準物として、位相補正値を測定したい材質のブロックゲージＸ（被測定物）と、それと同じ呼び寸法の基準ブロックゲージＳ（基準物）を用意する。これを図１に示すように、非密着光波干渉測定によって光学的な寸法測定を行う。このときのブロックゲージＸの光波干渉測定結果をＬＩＸ、測定面の片側で発生する位相変化分をＣＸとすると、ブロックゲージＸの端面間の機械的寸法ＬＸは、
ＬＸ＝ＬＩＸ＋２ＣＸ    …（式１）
となる。ここで、非密着式の光波干渉測定では、測定光は測定対象物の両側の面で反射するため、片側の位相変化分の２倍が位相補正値となる。
【００１８】
また、同様に基準ブロックゲージＳは、光学的寸法をＬＩＳ、測定面片側で発生する位相変化分をＣＳとすると、端面間の機械的寸法ＬＳは、
ＬＳ＝ＬＩＳ＋２ＣＳ    …（式２）
となる。
次に図２に示すように被測定ブロックゲージと基準ブロックゲージとを接触式の測長装置を用いて機械的寸法差を比較測定する。これにより測定される端面間の寸法の差ΔＬは
ΔＬ＝ＬＸ−ＬＳ    …（式３）
となる。接触式の比較測定器では接触子をブロックゲージの端面に接触させて測定を行うため、測定される寸法は端面の粗さ曲線の最上部を測定位置としたものが得られる。また、機械寸法差を、基準物との比較による比較測定によって求めているため、誤差の少ない非常に高精度な値が得られる。
【００１９】
そこで（式３）に（式１），（式２）を代入すると、
ΔＬ＝ＬＩＸ−ＬＩＳ＋２ＣＸ−２ＣＳ
これをＣＸについて解くと、
ＣＸ＝ＣＳ＋（ＬＩＳ−ＬＩＸ＋ΔＬ）／２    …（式４）
となる。これにより、基準ブロックゲージＳの位相変化分ＣＳが既知であれば（式４）によりブロックゲージＸの測定面片側で発生する位相変化分ＣＸが求められ、これが位相補正値となる。つまり、被密着光波干渉測定器によって寸法を測定した場合には、その光学的寸法値に上記の位相変化分ＣＸの２倍を加えることによって実際の寸法値を求めることができる。また、密着式の光波干渉測定によって測定した場合は、測定光が照射されるのはブロックゲージの一方の面だけであるので、上記の位相変化分ＣＸを加えることで実際の寸法が得られる。
【００２０】
このように位相補正値が既知の基準物を用意して、寸法差を基準物との比較測定によって求めているため、非常に高精度に位相補正値を求めることが可能であり、また、非密着の光波干渉測定によって光学的寸法を測定しているため、リンギングの必要がなく、容易に高精度な測定を行うことができる。つまり、本発明は、接触式比較測定と非接触式の光波干渉測定による両測定結果を用いることで、高精度な位相補正値測定を可能としたものである。
【００２１】
また、上記光学的寸法差を測定する際には、被測定物と基準物とを別々に測定しても、被測定物と基準物を並列に並べて同時に測定を行ってもよい。
また、基準物として光学的定数による反射時の位相変化を起こさない複素屈折率をもつ材質を用いることが好適である。つまり、材質の複素屈折率の虚数部分（吸収係数）が実質的に０（そのときに要求される測定精度で無視し得る程度）であればよい。具体的には、どの程度の測定精度を要求するかで異なってくるが、複素屈折率の虚数部分が０．１以下、さらに好適には０．０４以下であれば十分である。
【００２２】
さらに、表面粗さとしては測定に用いる光の波長より小さくなるよう加工されたものを基準物として用いることが好適である。つまり、表面粗さも要求される測定精度に応じた基準以下であればよい。具体的には、要求される測定精度によって異なってくるが、粗さ曲線の最大山高さＲｐで、おおよそ１０ｎｍ以下、さらに好適には一桁前半ｎｍ以下であれば、高精度な測定でも形状補正値を０とみなせる。
これらの条件を満たすものとして、例えば、合成石英、硼珪酸ガラス、等の光学ガラス素材等がある。これらの材質を基準物Ｓとするとその位相補正値ＣＳは０とみなすことができる。
【００２３】
以上が本実施形態の位相補正値測定方法の概略である。次に個々の寸法差測定の工程について説明する。図２は接触式比較測定器の一実施形態例の概略構成図である。
図２の接触式比較測定器２１０は、変位計２１２、２１４が測定対象物の両測定面側で支持された構成となっている。つまり、被測定物（位相補正値を測定するブロックゲージ（ＧＢ））、及び基準物（基準ブロックゲージ（ＧＢ））は、測長軸を鉛直にして支持台２１８上に置かれる。そして、支持柱２１６によって支持された変位計２１２が測定対象物の上部測定面側に設置され、変位計２１４は支持台２１４の下に置かれ、測定対象物の下部測定面側に設置される。変位計２１４の接触子２２２は、支持台２１４面にある穴を通して、測定対象物の下部測定面にその先端を接触できるようになっている。また、変位計２１２の接触子２２０は測定対象物の上部測定面に接触できるようになっている。２つの変位計２１２、２１４からの変位量の情報は比較器２２４へと送られ、二つの測定対象物の機械的な寸法差を得ることができる。
【００２４】
寸法差の測定は次のようにして行う。まず、基準ＧＢを支持台２１４面にある穴の上に測長軸を鉛直方向にして設置する。次に変位計２１２、２１４の接触子２２０、２２２を基準ＧＢの上下の両端面に所定の測定力で接触させ、このときのそれぞれの変位計の値を原点とする。次に位相補正値を測定するＧＢを支持台２１４面にある穴の上に、測長軸を鉛直方向にして設置する。そして、変位計２１２、２１４の接触子２２０、２２２を測定対象のＧＢの上下両端面に接触させる。変位計２１２、２１４の変位量は比較器２２４に送られ、先にセットした原点からの変位量が計測される。こうして求めた変位計２１２、２１４の変位量から、基準ＧＢと測定対象のＧＢとの機械的寸法差が求められる。また、上記の接触子が測定物に与える測定力は測定物の変形が無視できるように十分小さくする必要がある。測定力の大きさは測定物の材質等を考慮して決めればよい。
【００２５】
このように接触式比較測定器は、接触部の接触子が測定物の表面の直接接触し、かつ接触子の直径が測定物の表面粗さに比べ十分に大きいので、粗さ曲線の最上部を測定位置とする測定が簡単に実現できる。また、一般に比較測定器は測定レンジを狭い範囲に絞ることによって高精度の測定を行うことができる。そこで、測定の再現性だけに限定すれば、リンギングによる光波干渉測定よりも高い再現性が得られるため、容易に高精度な比較測定が可能である。
光波干渉測定装置を所有するような研究室、校正室には、事前に測定光の波長の２分の１以内の精度で予備測定を行うための装置として接触式の測定器が必要である。そのため、特別準備が必要な装置ではない。
図２では変位計を２つ用いる２点測定法による比較測定器を説明したが、変位計を一つしか持たない１点測定法による比較測長器を用いてもよい。
【００２６】
次に非密着光波干渉測定装置の説明を行う。図３は光波干渉測定装置の一実施形態例の概略構成図である。図３の光波干渉測定装置３１０は光照射手段３１２と、照射された光を分割する第１ハーフミラー３１４(光分割手段)と、所定の距離だけ離間して配置された第２ハーフミラー３１６(第１干渉手段)及び第３ハーフミラー３１８(第２干渉手段)と、第２、３ハーフミラー３１６、３１８にそれぞれ対応した第１参照鏡３２０(第１干渉手段)、第２参照鏡３２２(第２干渉手段)と、第１スクリーン３２４(第１観察手段)、第２スクリーン３２６(第２観察手段)と、を備えている。第２ハーフミラー３１６と第３ハーフミラー３１８とは、それらを結ぶ測定光の光軸が測定対象物３２８の測長軸と一致するように配置される。また、第１スクリーン３２４、第２スクリーン３２６はそれぞれ第２，３ハーフミラー３１６、３１８の後段に設置されており、ここで干渉縞が形成される。光照射手段３１２は光源３３０、コリメータレンズ３３２、反射鏡３３４等を含み、所定のビーム径及び波長を持つレーザ光を照射する。レーザ光は被測定物３２８の端面で反射されるものと測定対象物の脇を通り抜けていくものが必要なため、レーザ光のビーム径はある程度の大きさを持つことが必要である。このため測定対象物の断面積より大きいビーム径であることが望ましい。
【００２７】
また、第１参照鏡３２０と第２ハーフミラー３１６との組、第２参照鏡３２２と第３ハーフミラー３１８との組は測定光と参照光を干渉させる干渉手段として働く。そして、第１ハーフミラー３１４と第２ハーフミラー３１６と第３ハーフミラー３１８とによって、環状の干渉計が構成されている。
光照射手段３１２から照射されたレーザ光は第１ハーフミラー３１４により二光束に分割され、それぞれ第２ハーフミラー３１６、第３ハーフミラー３１８へと向かう。この第２ハーフミラー３１６に入射した光は測長軸方向へ反射する光と、第２ハーフミラー３１６を透過し第１参照鏡３２０に向かう光とに分割される。第１参照鏡３２０に向かった光はそこで反射され、第２ハーフミラー３１６へと戻り、この光が第１参照光となる。また、測長軸方向へ向かった光の一部は測定対象物３２８の図中左端面３２８ａで反射し第２ハーフミラー３１６へ戻り、その残りは測定対象物３２８の脇を通り抜け第３ハーフミラー３１８へと向かう。
【００２８】
同様に、第１ハーフミラー３１４で分割された二光束のうち第３ハーフミラー３１８に入射した光は、測長軸方向へ反射する光と、第３ハーフミラー３１８を透過し第２参照鏡３２２に向かう光とに分割される。その第２参照鏡３２２に向かった光はそこで反射され、第３ハーフミラー３１８へと戻り、第２参照光となる。また、測長軸方向へ向かった光の一部は測定対象物３２８の図中右端面３２８ｂで反射し第３ハーフミラー３１８へ戻り、その残りは測定対象物３２８の脇を通り抜け第２ハーフミラー３１６へ向かう。
以上のような光路を辿った光は、第２ハーフミラー３１６において、第１参照鏡３２０からくる第１参照光と、測定対象物３２８の脇を通過してきた光とが干渉して第１基準干渉光となり、また測定対象物３２８の左端面３２８ａで反射された光と前記第１参照光とが干渉し第１測定干渉光となる。これらの干渉光は第１スクリーン３２４に向かい、そこで干渉縞として観察され、第１基準干渉縞と第１測定干渉縞の位相差が読み取られる。
【００２９】
同様にして、第３ハーフミラー３１８では、測定対象物３２８の脇を通過してきた光と第２参照鏡３２２からの第２参照光とが干渉して第２基準干渉光となり、測定対象物３２８の右端面３２８ｂで反射された光と、第２参照鏡３２２からの第２参照光とが干渉して第２測定干渉光となる。また、これらの干渉光は、第２スクリーン３２６でそれぞれ第２基準干渉縞、第２測定干渉縞として観測され、基準干渉縞と測定干渉縞との位相差が読み取られる。
以上のようにして、第１スクリーン３２４と第２スクリーン３６でそれぞれ観察される第１基準干渉縞と第１測定干渉縞との位相差、第２基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差と、測定対象物の予備値と、をもとにして、測定対象物の光学的寸法ＬＢが測定される。
【００３０】
図５（Ａ）は、干渉縞からの位相差の計算の説明図である。図のＧＢは測定対象物の端面を、図の円で囲んだ部分は測定光束をそれぞれ模式的に示したものである。測定対象物の両脇の点での基準干渉縞（図示せず）から求まる位相ΦＡ、ΦＣの平均値と、測定対象物の端面上の点での測定干渉縞（図示せず）から求まる位相ΦＢとの差を計算することで、基準干渉縞と測定干渉縞との位相差を求めることができる。
【００３１】
上記で求めた干渉縞の位相差からの寸法の算出について、図１を参照して説明する。第１ハーフミラー３１４から第２ハーフミラー３１６へ、さらに被測定物３２８の図中左端面３２８ａで反射し、再び第２ハーフミラー３１６へと戻る光路の光路長をＬ１とする。また、第１ハーフミラー３１４から第３ハーフミラー３１８に向かい、そこで反射され被測定物３２８の脇を通り抜け第２ハーフミラー３１６へ入射するまでの光路長をＬ２とする。同様に、光路長Ｌ３は第１ハーフミラー３１４、第３ハーフミラー３１８、被測定物４２の右端面３２８ｂ、第３ハーフミラー３１８へと進む光路長とする。光路長Ｌ４は、第１ハーフミラー３１４から第２ハーフミラー３１６へと向かい、そこで反射され被測定物３２８の脇を通過し第３ハーフミラー３１８へ入射するまでの光路長とする。
【００３２】
すると測定対象物の寸法ＬＢは上記の光路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を用いて次の式で表される。
ＬＢ＝１／２｛（Ｌ４−Ｌ３）＋（Ｌ２−Ｌ１）｝    …（式５）
また、上記の光路長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を、測定に使用するレーザ光の波長λを用いて表すと以下のようになる。
Ｌｉ＝λ(Ｎｉ＋εｉ)    (ｉ＝１〜４)    …（式６）
ここで、Ｎｉは光路長Ｌｉを波長λで割った時の商の整数部分、εｉはその商の端数部分(位相)である。(式６)を(式５)に代入すると
ＬＢ＝λ／２｛（Ｎ４−Ｎ３）＋（Ｎ２−Ｎ１）＋（ε４−ε３）＋（ε２−ε１）｝
＝λ／２｛Ｎ＋（ε４−ε３）＋（ε２−ε１）｝    …（式７）
となる。ただし、Ｎ＝（Ｎ４−Ｎ３）＋（Ｎ２−Ｎ１）とした。
上式の（ε２−ε１）が第１スクリーン３２４で観測される第１基準干渉縞と第１測定干渉縞の位相差であり、また、（ε４−ε３）が第２スクリーン３２６で観測される第２基準干渉縞と第２測定干渉縞の位相差である。また、波長λは既知であり、測定対象物の予備値と波長λより算出されるＮを用いて(式７)より測定対象物の寸法ＬＢが求められる。
【００３３】
また、第１スクリーン３２６の後段には第一読取手段３３６を設けている。そして、第一読取手段３３６は、第一スクリーンで観察された第一基準干渉縞と第一測定干渉縞との位相差（ε２−ε１）を読取り、読取結果はコンピュータ３４０の測定データ記憶部３４４に記憶される。同様に第２スクリーン３２６の後段に第２読取手段３３８を設けられ、第２スクリーン３２６で観察された第２基準干渉縞と第２測定干渉縞との位相差を読取る。その読取結果は同様に測定データ記憶部３４４に記憶される。そして、コンピュータ３４０の演算手段３４２によって、上記位相差情報から測定対象物の光学的寸法を算出する。また、コンピュータ３４０は演算情報記憶部３４６を備え、ブロックゲージ等の測定対象物の予備値の情報や、位相差から寸法を算出するためのプログラム等が予め記憶されている。
【００３４】
上記のように構成された非密着光波測定装置を用い、位相補正値が未知の被測定物に対して上記の測定を行いその光学的寸法を測定する。また同様に位相補正値が既知の基準物に対しても同様の測定を行い光学的寸法を測定する。そして、それぞれの測定結果から、被測定物と基準物との光学的寸法差が求められる。
また、光学的寸法を測定する際には、被測定物の光学的寸法と基準物の光学的寸法を順番に別々に測定してもよいし、被測定物と基準物を並列に並べて同時に測定を行ってもよい。つまり、第２ハーフミラー３１６及び第３ハーフミラー３１８からの光が、被測定物の両端面、基準物の両端面のどちらにも照射されるように、被測定物と基準物を並列に並べて設置する。また、被測定物と基準物の間にも光が通過するように被測定物と基準物を離して配置する。図５（Ｂ）を参照して、並列に並べたときの位相差の計算を説明する。図中の二つの四角は被測定物（図のＧＢ１）の端面及び基準物（ＧＢ２）の端面を、円は測定光束の部分を模式的に示している。干渉縞（図示せず）からの位相差の計算は、測定対象が一つの場合（図５（Ａ）の場合）と同様に行えばよい。つまり、ＧＢ１の両脇の点での位相ΦＡ、ΦＣの平均値とＧＢ１の端面の点での位相ΦＢとの差によって、ＧＢ１における基準干渉縞と測定干渉縞との位相差を求める。また、同様にしてＧＢ２の両脇の点での位相ΦＣ、ΦＥの平均値とＧＢ２の端面での位相ΦＤとの差によって、ＧＢ２における干渉縞の位相差を求める。これらの位相差からＧＢ１、ＧＢ２のそれぞれの光学的寸法を求めることができ、それらからＧＢ１とＧＢ２との光学的寸法差が算出される。
【００３５】
図４は、接触式比較測定の他の実施形態例である。図４には、測定する端面に接触させる接触子４１２、４１４と、該接触子４１２、４１４の非接触側に設置された鏡面４１６、４１８と、上記接触子４１２、４１４を固定する支持部４２０とを備えた治具４１０が示されている。この治具４１０を用い、測定対象物の相対向する端面に前記接触子４１２、４１４をそれぞれ所定の接触力で接触させて固定する。前記接触子４１２、４１４に設けられた鏡面４１６、４１８は、その反射面が測定対象物の端面に平行になるよう設置される。また鏡面を構成する材質は位相補正値が既知の材質であるか、または位相補正値がほとんど０の材質のものを用いる。
このような治具４１０を用い、図３で説明したような非密着光波干渉測定装置を利用して測定対象物の機械的寸法を測定することができる。
【００３６】
つまり、上記の治具４１０を位相補正値が未知の被測定物、位相補正値が既知の基準物にそれぞれ取り付ける。治具を取り付けた被測定物、基準物に対して非密着光波干渉装置によって鏡面間の寸法をそれぞれ測定する。つまり、接触子４１２、４１４の非接触側に取り付けた鏡面４１６、４１８がそれぞれ非密着光波測定装置によって照射される測定光が入射する測定面となる。位相補正値が既知の鏡面を用いているため、鏡面間の距離は正確に求めることができる。よって、鏡面間の寸法の測定結果を用い、接触子に挟まれた測定対象物の機械的寸法が測定される。こうして求めた被測定物の機械的寸法と基準物の機械的寸法との差分をとることによって、機械的寸法差を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】非密着光波干渉測定の説明図
【図２】接触式比較測定器の一実施形態例の説明図
【図３】非密着光波測定器の一実施形態例の概略構成図
【図４】接触測定のための光波干渉測定用治具の一実施形態の概略構成図
【図５】基準干渉縞と測定干渉縞との位相差の計算の説明図
【図６】表面粗さ、光学定数による反射時の位相変化量の説明図
【図７】従来の位相補正値測定方法の説明図
【符号の説明】
【００３８】
２１０        接触式比較測定器
３１０        非接触光波干渉測定装置
４１０        光波干渉測定用治具
【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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【図６】
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【図７】
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