(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定体（１００）における特定部位（１０４、１０７）間の距離（Ｌ）を光学的に計測する方法であって、
前記測定体に光を照射するとともに、この光に対して前記測定体を振動させながら走査することにより、前記測定体から反射または透過する光量を検出し、
前記検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を前記特定部位の検出時点（Ｃ１０〜Ｃ１３）とし、複数の前記検出時点の間に前記測定体が走査された相対変位量（ＲＭ１）から、前記特定部位間の距離を検出するものであり、
前記検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすることを特徴とする距離計測方法。
【請求項２】
測定体（１００）における特定部位（１０４、１０７）間の距離（Ｌ）を光学的に計測する方法であって、
光源（１）と前記測定体との間に反射部材（１２）を介在させ、前記光源から前記反射部材を介して前記測定体に光を照射するとともに、前記光源または前記反射部材を振動させながら走査することにより、前記測定体から反射または透過する光量を検出し、
前記検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を前記特定部位の検出時点（Ｃ１０〜Ｃ１３）とし、複数の前記検出時点の間に前記測定体が走査された相対変位量（ＲＭ１）から、前記特定部位間の距離を検出するものであり、
前記検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすることを特徴とする距離計測方法。
【請求項３】
測定体（１００）の状態変化に伴う前記測定体の特定部位（１０４）の変位の距離を光学的に計測する方法であって、
前記測定体の状態変化前において、前記測定体の特定部位に光を照射するとともに、この光を前記測定体に対して相対的に振動させながら走査することにより、前記特定部位から反射または透過する光量を検出し、この検出される光量の前記振動に応じた変化分が最大となる時点を前記特定部位の第１の検出時点とし、
前記測定体の状態変化後において、前記特定部位に光を照射するとともに、この光を前記測定体に対して相対的に振動させながら走査することにより、前記特定部位から反射または透過する光量を検出し、この検出される光量の前記振動に応じた変化分が最大となる時点を前記特定部位の第２の検出時点とし、
前記第１の検出時点から前記第２の検出時点まで前記光が前記測定体に対して走査された相対変位量（ＲＭ２）から、前記特定部位の変位の距離を検出するものであり、
前記検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすることを特徴とする距離計測方法。
【請求項４】
前記照射される光として、そのビーム（３０）の形状が、前記振動および走査の方向に沿って面積が変化する形状となっているものを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の距離計測方法。
【請求項５】
前記照射される光として、そのビーム（３０）内の輝度分布が、前記振動および走査の方向に沿って変化したものを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の距離計測方法。
【請求項６】
前記測定体（１００）を振動させながら走査するための駆動信号（Ｓ１）として、比較的高い周波数で振幅の小さい信号（Ｓ１１）と比較的低い周波数で振幅の大きい信号（Ｓ１２）とを重畳して印可するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の距離計測方法。
【請求項７】
前記光源（１）または前記反射部材（１２）を振動させながら走査するための駆動信号（Ｓ１）として、比較的高い周波数で振幅の小さい信号（Ｓ１１）と比較的低い周波数で振幅の大きい信号（Ｓ１２）とを重畳して印可するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の距離計測方法。
【請求項８】
前記検出される光量の信号を、前記駆動信号（Ｓ１）における比較的高い周波数で振幅の小さい信号（Ｓ１１）と同じ周波数にてフィルタリングすることを特徴とする請求項６または７に記載の距離計測方法。
【請求項９】
前記測定体の表面に、前記測定体の表面とは反射率の異なる異反射率部を形成することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の距離計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定体における特定部位間の距離や、測定体の状態変化に伴う特定部位の変位の距離を光学的に計測する距離計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、レーザを移動している物体に照射し、反射光との間のドップラービートを検出するレーザドップラー速度計（ＬＤＶ）がある。これは、検出した速度を積分して数ｎｍ（ナノメートル）以下の微小変位を計測できるが、ドップラー効果を利用できないような静止した物体の寸法、変位前後の距離計測、面内変位の計測はできないという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また、静止した構造物間の距離計測をするため、圧電素子などを用いて光を走査しながら照射してその反射光量を検出し、この光量がある閾値以上となる時間間隔と走査速度から距離を算出する方法があるが、エッジ部を高精度たとえばｎｍオーダの精度で検出することができないため、十分な精度を得ることができなかった。
【０００４】
この問題について、具体例を参照して説明する。図１３は、例えば、一般に知られている櫛歯構造を有する半導体加速度センサ（測定体）１００において、特定部位として対向する可動電極１０４と固定電極１０７との間の距離（間隔）Ｌを計測する場合を示している。
【０００５】
図１３に示す様に、圧電素子などを用いて光（レーザ光等）ビーム３０を用い、光ビーム（照射光領域）３０と測定体１００とを相対的に移動させることにより、可動電極１０４上から両電極１０４、１０７の間を通って固定電極１０７上へと走査する。
【０００６】
このとき、測定体から検出される反射光量は、図１４に示され、光ビーム３０が可動電極１０４の端部（エッジ部）１０４ａおよび固定電極１０７の端部（エッジ部）１０７ａを通過する際に変化点を有する。
【０００７】
ここにおいて、この光量がある閾値以上となる時間間隔と走査速度から距離を算出するようにするが、反射光量は図１４に示すように、エッジ部１０４ａ、１０７ａで急激な光量変化を示すのではなく、なだらかに変化する。そのため、閾値Ｔ１、Ｔ２、つまり検出時点の設定方法によって、計測距離（間隔）は、図１４中のＬ１、Ｌ２に示す様な種々の値となってしまう。
【０００８】
つまり、従来の方法では、測定体における特定部位の検出精度が十分では無く、高精度（例えばｎｍオーダの精度）で検出することができないため、距離計測の基準となる検出時点を一義的に決めることが容易ではなく、距離の計測精度を十分なものにできなかった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、測定精度の向上が図れるような距離計測方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、測定体（１００）における特定部位（１０４、１０７）間の距離（Ｌ）を光学的に計測する方法であって、測定体に光を照射するとともに、この光に対して測定体を振動させながら走査することにより測定体から反射または透過する光量を検出し、検出される光量の振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を特定部位の検出時点（Ｃ１０〜Ｃ１３）とし、複数の検出時点の間に測定体が走査された相対変位量（ＲＭ１）から特定部位間の距離を検出するものであり、前記検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすることを特徴とする。
【００１１】
それによれば、測定体の走査によって測定体の特定部位（１０４、１０７）の端部（１０４ａ、１０７ａ）は、照射される光の領域（照射光領域）（３０）を、走査の方向（Ｙ）へ横切るように移動するとともに、当該端部（１０４ａ、１０７ａ）は照射光に対して相対的に振動し、この振動に対応して微小に変位する（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００１２】
すると、当該特定部位（１０４、１０７）から反射または透過する光量は、上記走査に応じた測定体の照射光領域内における変位に伴って、比較的大きく変化するが（図６（ｄ）中のＢ１〜Ｂ３参照）、同時に、当該光量は、振動に応じた測定体の照射光領域内における変位にも伴って微小に変化する（図６（ｄ）中のＣ１〜Ｃ３参照）。
【００１３】
上述したように、従来では、走査に応じた光量の変化分に基づいて特定部位の検出時点を決めていたため、検出時点が一義的に決めにくく精度の向上が困難であったが、本発明では、光量の振動に応じた変化分（変化の大きさ）に基づいて特定部位の検出時点を決めるようにしている。
【００１４】
この光量の振動に応じた変化分は、測定体の特定部位（１０４、１０７）の端部（１０４ａ、１０７ａ）と照射光領域（３０）との位置関係によって決まる。具体的には、照射光領域（３０）のうち測定体の特定部位の端部（１０４ａ、１０７ａ）と重なる部分の幅（Ｗ１〜Ｗ３）や輝度等は、上記位置関係によって変わるが、当該重なる部分の幅や輝度等が大きい（小さい）ほど、上記光量の振動に伴う変化分も大きく（小さく）なる（図６参照）。
【００１５】
そのため、上記光量の振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を特定部位（１０４、１０７）の検出時点（Ｃ１０〜Ｃ１３）とすることで、距離計測において基準となる検出時点を、ばらつくことなく容易に一義的に限定でき、特定部位の検出精度が向上する（図７参照）。
【００１６】
そして、ある検出時点（Ｃ１０）を起点とし他の検出時点（Ｃ１１）を終点として、両点（Ｃ１０、Ｃ１１）の間に測定体（１００）が走査された相対変位量（ＲＭ１）から特定部位間の距離（Ｌ）を検出するようにしているため、正確な距離計測が可能となる。
【００１７】
よって、本発明によれば、測定精度の向上が図れるような距離計測方法を提供することができる。ここで、検出される光量の振動に応じた変化分が最大となる時点（最大時点）を求めるにあたっては、当該変化分（Ｃ）の微分値が０となる点を当該最大時点とし、この最大時点を検出時点とすることが考えられるが、検出される光量の振動に応じた変化分の最大時点近傍では、比較的ノイズが多く、微分値が０となる点が複数個存在する可能性がある。そこで、本発明のように、検出される光量の振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすれば、当該中央値を近似的に検出時点として用いることができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明では、測定体（１００）における特定部位（１０４、１０７）間の距離（Ｌ）を光学的に計測する方法であって、光源（１）と測定体との間に反射部材（１２）を介在させ、光源から反射部材を介して測定体に光を照射するとともに、光源または反射部材を振動させながら走査することにより測定体から反射または透過する光量を検出し、検出される光量の振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を特定部位の検出時点（Ｃ１０〜Ｃ１３）とし、複数の検出時点の間に測定体が走査された相対変位量（ＲＭ１）から特定部位間の距離を検出するものであり、前記検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすることを特徴とする。
【００１９】
それによれば、測定体（１００）を走査および振動させずに、照射される光の方を測定体に対して振動させながら走査することになる。そのため、相対的にみれば、請求項１の方法と同様、測定体の特定部位（１０４、１０７）の端部（１０４ａ、１０７ａ）は、照射される光の領域（照射光領域）（３０）を走査の方向（Ｙ）へ横切るように移動するとともに、当該端部（１０４ａ、１０７ａ）は照射光に対して振動し、この振動に対応して微小に変位する形となる。
【００２０】
そのため、本発明によっても、請求項１の発明と同様に、振動に応じた光量の変化分（変化の大きさ）が、照射光領域内における走査に応じた特定部位の端部の位置変化によって大きくなったり小さくなったりし、これを利用して、特定部位の検出時点を、ばらつくことなく容易に一義的に限定できる。
【００２１】
そして、本発明によっても、この検出時点を基準として距離計測を行うようにしているから、請求項１と同様の効果を実現することができる。なお、本発明は、照射光側を振動・走査するようにしているため、振動によって測定体が変形したり変位したり等、測定体側を振動させることが好ましくない場合であっても採用することができる。また、本発明においても、検出される光量の振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすれば、当該中央値を近似的に検出時点として用いることができる。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明では、測定体（１００）の状態変化に伴う前記測定体の特定部位（１０４）の変位の距離を光学的に計測する方法であって、測定体の状態変化前において、測定体の特定部位に光を照射するとともに、この光を測定体に対して相対的に振動させながら走査することにより特定部位から反射または透過する光量を検出し、この検出される光量の振動に応じた変化分が最大となる時点を特定部位の第１の検出時点とし、測定体の状態変化後において、特定部位に光を照射するとともに、この光を測定体に対して相対的に振動させながら走査することにより特定部位から反射または透過する光量を検出し、この検出される光量の振動に応じた変化分が最大となる時点を特定部位の第２の検出時点とし、第１の検出時点から第２の検出時点まで光が測定体に対して走査された相対変位量（ＲＭ２）から特定部位の変位の距離を検出するものであり、検出される光量の前記振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１以下の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすることを特徴とする。
【００２３】
本発明は、測定体の特定部位が或る位置から他の位置へ移動したり、温度変化により測定体が熱変形する等により当該特定部位の位置が変位したりする等、測定体の状態の変化が発生したときの当該状態変化に伴う特定部位の変位距離を光学的に計測する方法である。
【００２４】
そして、測定体（１００）の状態の変化前と変化後とで、照射される光を測定体に対して相対的に振動させながら走査することにより、特定部位（１０４）から反射または透過する光量を検出し、この検出される光量の振動に応じた変化分が最大となる時点を特定部位の検出時点としている。
【００２５】
そのため、請求項１の発明と同様、測定体の状態変化前、状態変化後にそれぞれ求められる第１の検出時点、第２の検出時点は、ばらつくことなく容易に一義的に限定できる。そして、第１及び第２の検出時点の間に光が測定体に対して走査された相対変位量（ＲＭ２）から、特定部位の変位の距離を検出するため、測定精度の向上が図れる。また、本発明においても、検出される光量の振動に応じた変化分（Ｃ）が最大となる時点を、当該変化分の最大値に対して１未満の設定値を乗じた値となる２つの時点の中央値とすれば、当該中央値を近似的に検出時点として用いることができる。
【００２６】
また、上述したように、検出される光量の振動に伴う変化分は、測定体の特定部位の端部と照射光領域との位置関係によって決まる。このことを適切に実現するには、請求項４や請求項５の発明のように、照射される光として、そのビーム（３０）の形状が振動および走査の方向に沿って面積が変化する形状となっているものや、そのビーム（３０）内の輝度分布が振動および走査の方向に沿って変化したものを用いれば良い。
【００２７】
また、上記請求項１や請求項２の発明において、照射される光に対して測定体（１００）を振動させながら走査したり、測定体に対して光源（１）または反射部材（１２）を振動させながら走査したりするには、請求項６や請求項７に記載の発明のように、その駆動信号（Ｓ１）として、比較的高い周波数で振幅の小さい信号（Ｓ１１）と比較的低い周波数で振幅の大きい信号（Ｓ１２）とを重畳して印可するようにすることができる。
【００２８】
それにより、上述したような測定体（１００）と照射光領域（３０）との相対変位が実現される。すなわち、測定体の特定部位（１０４、１０７）の端部（１０４ａ、１０７ａ）は、照射される光の領域（照射光領域）（３０）を走査の方向へ横切るように移動するとともに、当該端部（１０４ａ、１０７ａ）は照射光に対して相対的に振動し、この振動に対応して微小に変位する形となる。
【００２９】
また、請求項８に記載の発明では、検出される光量の信号を、請求項６または請求項７に記載の駆動信号（Ｓ１）における比較的高い周波数で振幅の小さい信号（Ｓ１１）と同じ周波数にてフィルタリングすることを特徴とする。
【００３０】
照射される光と測定体との間の相対的な振動は、上記駆動信号（Ｓ１）における比較的高い周波数で振幅の小さい信号（Ｓ１１）により発生するものである。そのため、本発明によれば、検出される光量の信号中の他の周波数信号やＤＣ成分といった外乱を除去し、振動に応じた光量の信号を適切に取り出すことができる。
【００３３】
また、請求項９に記載の発明では、測定体の表面に、測定体の表面とは反射率の異なる異反射率部を形成することを特徴とする。
【００３４】
それによれば、測定体の特定部位の端部が明確でなく、反射光や透過光の変化が不明確であるような場合に、この異反射率部と測定体の表面との境界が、測定体における特定部位の端部の代わりとなるため測定しやすくなる。
【００４３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、本発明を限定するものではないが、以下の実施形態では、櫛歯構造を有する半導体加速度センサ（測定体）において、特定部位として対向する可動電極と固定電極との間の距離（間隔）を計測する場合について説明する。
【００４５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体加速度センサの概略平面図である。なお、図１中のハッチングは識別のためのもので断面を示すものではない。このセンサ（測定体）１００は、シリコン基板等の半導体基板１０１に対して、周知の半導体製造技術を用いたマイクロマシン加工を施すことにより製造することができる。
【００４６】
半導体基板１０１には、溝（トレンチ）を形成することにより、可動部１０２および可動部１０２の周囲の固定部１０３とに区画されている。可動部１０２は、両側に櫛歯状に突出する可動電極１０４を有する錘部１０５が、矩形枠状の梁部１０６を介して固定部１０３に支持されたものであり、梁部１０６のバネ力によって、加速度印加時に図１中のＸ軸方向へ変位可能となっている。
【００４７】
また、固定部１０３には、可動部１０２の可動電極１０４と噛み合うように対向する櫛歯状の固定電極１０７が設けられている。そして、加速度印加によって可動電極１０４と固定電極１０７との間の距離Ｌが変化し、この距離変化に基づく両電極間の静電容量変化等を検出することにより、印加加速度を求めるものである。
【００４８】
この測定体としてのセンサ１００において、特定部位を可動電極１０４とこれに対向する固定電極１０７とし、これら両電極１０４、１０７の間の距離Ｌを、光学的に計測する。
【００４９】
図２は、本実施形態に係る距離計測装置の構成を模式的に示す概略構成図である。レーザ発振器（光源）１から出射したレーザ光は、ハーフミラー２を介して顕微鏡３に入射し、顕微鏡３内のハーフミラー５を介して対物レンズ４で集光されて、上記センサ（測定体）１００に照射される。
【００５０】
センサ１００は、発振器７で駆動されるステージ６上に取り付けられる。顕微鏡３にはＣＣＤカメラ１０が装着され、センサ１００の表面およびレーザ光の集光状態がモニタ１１で観察される。センサ１００で反射した光は受光素子８に入射し、信号は発振器７の出力周波数に同期したロックインアンプ９に入力され、信号光強度変化が計測される。なお、上記発振器７およびロックインアンプ９は、コンピュータ等よりなる制御部２０により作動制御される。
【００５１】
ここで、ステージ６は、発振器７からの駆動信号によってセンサ１００を振動させながら走査できるようになっている。具体的には、図３に示す様な駆動信号Ｓ１が入力される。この駆動信号Ｓ１は、比較的高い周波数で振幅の小さい信号（加振用信号）Ｓ１１と比較的低い周波数で振幅の大きい信号（走査用信号）Ｓ１２とが重畳された信号である。
【００５２】
この駆動信号Ｓ１の印加により、ステージ６とともにセンサ１００は、照射されるレーザ光に対し図２中の矢印Ｙ方向に沿って、加振用信号Ｓ１１に応じて小振幅で振動しながら、走査用信号Ｓ１２に応じて大振幅で走査されるようになっている。
【００５３】
また、受光素子８にて検出される反射光量の信号は、ロックインアンプ９によって、上記駆動信号Ｓ１における加振用信号Ｓ１１と同じ周波数にてフィルタリングされ、当該反射光量の信号における加振用信号Ｓ１１と同じ周波数の信号成分が、検出されるようになっている。
【００５４】
このように、距離計測装置は、測定体１００が搭載されるステージ６と、測定体１００に光を照射する光源１と、測定体１００に照射された光が測定体１００から反射する光量を検出するための検出部（受光素子８およびロックインアンプ９）とを備えており、駆動信号印加手段としての発振器７により駆動信号Ｓ１が印加されることで、ステージ６は、測定体１００を振動させながら走査できるようになっている。
【００５５】
次に、この距離計測装置を用いて、センサ１００における可動電極１０４と固定電極１０７との間の距離Ｌを計測する方法について説明する。図４は、本実施形態に係る距離計測方法の計測フローを示す流れ図である。
【００５６】
まず、計測条件を設定する（計測条件設定ステップ）。具体的には、ステージ６を駆動するための駆動信号Ｓ１について周波数や振幅等を決定して、所望のステージ移動量を設定したり、レーザ発振器１から照射されるレーザ光のビームの大きさや形状等を決定して、所望のレーザ光量を設定したりする。
【００５７】
次に、これら設定された計測条件に基づいて、計測を開始する。本例では、図５に示す様に、レーザ発振器１から照射されるレーザ光の照射光領域すなわち光ビーム３０の形状は、円形（例えば直径が数μｍ）であり、この円形領域内では輝度分布が均一なものである。
【００５８】
そして、発振器７から上記駆動信号Ｓ１をステージ６に印加することで、光ビーム３０に対してセンサ１００をＹ方向（図２参照）に沿って振動させながら走査する。それにより、光ビーム３０は、図５中のジグザグ矢印に示す様に、当該Ｙ方向に沿って、可動電極１０４の端部１０４ａと固定電極１０７の端部１０７ａとの間を移動する。
【００５９】
このとき、ステージ移動量を制御部２０に取り込むとともに、センサ１００と光ビーム３０との相対的な変位に伴う反射光量の変化を上記検出部８、９にて検出し、この検出された反射光量（検出反射光量）を制御部２０に取り込む（上記図４におけるステージ移動量、検出反射光量取り込みステップ）。
【００６０】
ここで、センサ１００と光ビーム３０との相対的な変位において、例えば、可動電極１０４の端部１０４ａを円形の光ビーム３０が横切る場合の検出反射光量の変化について、図６を参照して具体的に説明する。まず、図６（ａ）では、光ビーム３０の大部分が可動電極１０４上に位置する時点（時点Ａ１とする）を示しており、光ビーム３０の残りの右端部分が可動電極１０４の端部１０４ａからはみ出している。
【００６１】
また、図６（ｂ）では、図６（ａ）の状態から光ビーム３０が右側へ移動して、光ビーム３０の中央に可動電極１０４の端部１０４ａが位置する時点（時点Ａ２とする）を示しており、光ビーム３０の左半分が可動電極１０４上にあり、光ビーム３０の右半分が可動電極１０４の端部１０４ａからはみ出している。
【００６２】
また、図６（ｃ）では、図６（ｂ）の状態から光ビーム３０が右側へ移動して、光ビーム３０の左端部分が可動電極１０４上に位置する時点（時点Ａ３とする）を示しており、光ビーム３０の大部分が可動電極１０４の端部１０４ａからはみ出している。
【００６３】
この時点Ａ１→Ａ２→Ａ３の光ビーム３０の位置変化は、上記センサ１００の走査（走査用信号Ｓ１２）に応じたセンサ１００の光ビーム（照射光領域）３０内における変位による。また、各々の時点Ａ１〜Ａ３のそれぞれにおいては、図６（ａ）〜（ｃ）中に示す様に、上記センサ１００の振動（加振用信号Ｓ１１）に応じて微小な振幅（本例では、光ビーム３０の面積よりも小さい振幅）３１を持つ変位が生じる。
【００６４】
つまり、可動電極１０４の端部１０４ａは、光ビーム（照射光領域）３０に対する相対的な振動に対応して微小に変位しながら、当該端部１０４ａは、光ビーム３０をＹ方向（走査の方向）へ横切るように移動する。
【００６５】
図６（ｄ）に、各時点Ａ１、Ａ２、Ａ３における検出反射光量の変化を模式的に示す。検出反射光量は、上記した走査に応じた変位に伴って比較的大きく変化する。この走査に応じた変化分Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、光ビーム３０が可動電極１０４上に位置する部分の面積（図６（ａ）〜（ｃ）中のクロスハッチング領域）に依存する。
【００６６】
また、それと同時に、検出反射光量は、上記した振動に応じた変位にも伴って微小に変化する。この振動に応じた変化分Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、本例では、光ビーム３０のうち可動電極１０４の端部１０４ａに重なる部分の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３と上記振動に応じた微小な振幅３１とにより決まる面積（図６（ａ）〜（ｃ）中の点々ハッチング領域、以下、振動面積という）に依存する。
【００６７】
本例では、光ビーム３０の形状が円形であり、振動および走査の方向Ｙに沿って面積が変化する形状（面積変化率を有した形状）となっているため、上記振動面積は、可動電極１０４の端部１０４ａと光ビーム３０との位置関係によって変化する。
【００６８】
つまり、当該端部１０４ａと光ビーム３０とが重なる部分の幅Ｗ１〜Ｗ３が大きい（小さい）ほど、上記振動面積が大きく（小さく）なり、結果、上記検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃ１〜Ｃ３も大きく（小さく）なる。なお、上記図６を用いて述べてきたことは、固定電極１０７についても同様に言えることは明らかである。
【００６９】
そして、本例では、この検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃ１〜Ｃ３を検出する。この検出は、具体的には、上述したように、検出反射光量の信号を駆動信号Ｓ１における加振用信号Ｓ１１と同じ周波数にてフィルタリングすることにより可能である。
【００７０】
それにより、検出反射光量の走査に応じた変化分Ｂ１〜Ｂ３や外部からの不要信号等の外乱が除去され、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃ１〜Ｃ３のみを、実質的に取り出すことができる。なお、この変化分は、例えば、上記図６（ｄ）に示す様な幅としての変化分Ｃ１〜Ｃ３をみたり、実効値や電圧値でみたりすることができる。
【００７１】
このような図６に示した原理に基づいて、光ビーム３０とセンサ１００とが相対的に振動しながら走査されているときの検出反射光量の振動に応じた変化分を検出した後、次に、この変化分と時間（走査時間）との関係を求める（上記図４における検出反射光量波形の測定ステップ）。
【００７２】
図７は、検出反射光量の振動に応じた変化分の時間（走査時間）に対する変化を示す図である。横軸に走査時間、左側の縦軸に検出反射光量の振動に応じた変化分、右側の縦軸にステージ６の移動量を示す。なお、ステージの移動量を示すグラフ線Ｇ１には、図７中の右側に拡大して示す様に、センサ１００の振動に応じた微小な振幅３１を持つ変位Ｇ２が生じている。
【００７３】
上述したように、検出反射光量の振動に応じた変化分は、可動および固定電極１０４、１０７の端部１０４ａ、１０７ａと光ビーム３０との位置関係によって幾何学的に決まり、本例では、図７に示すように、光ビーム３０の中心に各端部１０４ａ、１０７ａが位置したときに、検出反射光量の振動に応じた変化分（検出反射光量波形）Ｃは最大となる。
【００７４】
図７では、光ビーム３０が各端部１０４ａ、１０７ａを４回横切った場合を示しており、当該変化分Ｃの微分値が０となる点Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３を当該変化分Ｃが最大となる時点とし、この時点を検出時点Ｃ１０〜Ｃ１３とする。そして、これら検出時点Ｃ１０〜Ｃ１３を各電極１０４、１０７の端部１０４ａ、１０７ａとして認識する（上記図４における検出反射光量のピーク位置検出のステップ）。
【００７５】
次に、求められた複数の検出時点Ｃ１０〜Ｃ１３の間にセンサ１００が走査された相対変位量から特定部位間の距離を検出する。具体的には、図７に示す様に、例えば、検出時点Ｃ１０とＣ１１との間の走査時間ＳＴ１を計測し、この走査時間ＳＴ１内に移動したステージ６の移動量を移動量計測値ＲＭ１として算出する（上記図４におけるピーク間時間計測およびピーク間ステージ移動量算出のステップ）。
【００７６】
そして、上記移動量計測値ＲＭ１が、２つの検出時点Ｃ１０、Ｃ１１の間にセンサ１００が走査された相対変位量であり、この移動量計測値ＲＭ１が、可動電極１０４の端部１０４ａと固定電極１０７の端部１０７ａとの間の距離Ｌとして求められる。
【００７７】
このように、本実施形態によれば、検出反射光量の走査に応じた変化分に比べて、各電極（特定部位）１０４、１０７の端部１０４ａ、１０７ａと光ビーム３０との位置関係に敏感な検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃに基づいて、検出時点を決めるようにしている。
【００７８】
そして、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃが最大となる時点を特定部位の検出時点Ｃ１０〜Ｃ１３とすることで、距離計測において基準となる検出時点を、ばらつくことなく容易に一義的に限定できるため、特定部位の検出精度が向上する。
【００７９】
そして、ある検出時点Ｃ１０を起点とし他の検出時点Ｃ１１を終点として、両点の間にセンサ（測定体）１００が走査された相対変位量ＲＭ１から特定部位１０４ａ、１０７ａ間の距離Ｌを検出するようにしているため、正確な距離計測が可能となる。
【００８０】
よって、本実施形態によれば、測定精度の向上が図れるような距離計測方法およびそのような距離計測方法を適切に実現することのできる距離計測装置を提供することができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、検出反射光量の信号を、上記駆動信号Ｓ１における比較的高い周波数で振幅の小さい信号（加振用信号）Ｓ１１と同じ周波数にてフィルタリングしている。それにより、検出反射光量の信号中の外乱を除去し、振動に応じた光量の信号を適切に取り出すことができる。
【００８２】
また、上記図７に示した例では、光ビーム３０は、各端部１０４ａ、１０７ａ間を２回往復するように走査される。それによって、検出時点がＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３の４個求められ、そのうちの前者２個の検出時点Ｃ１０、Ｃ１１の間の相対変位量ＲＭ１から、両端部１０４ａ、１０７ａ間の距離Ｌを求めている。
【００８３】
ここにおいて、光ビーム３０の１回目の往復と２回目の往復との間に時間を置き、その時間にてセンサ１００が熱膨張により変形するなど、センサ１００の状態が変わっていても良い。その場合、２回目の往復により求められる検出時点Ｃ１２、Ｃ１３間の相対変位量と１回目の相対変位量ＲＭ１とを比較することで、上記状態変化による両端部１０４ａ、１０７ａ間の距離Ｌの変化を検出することができる。
【００８４】
（第２実施形態）
本実施形態は、振動によって測定体が変形したり変位したり等、測定体側を振動させることが好ましくない場合に用いて好適な距離計測方法及び距離計測装置を提供することを目的としている。主として、上記第１実施形態との相違点について説明する。
【００８５】
例えば、上記第１実施形態では、測定体であるセンサ１００を振動させながら走査することにより、センサ１００と光ビーム３０とを相対的に変位させていたが、振動の周波数（加振用信号の周波数）や振動の大きさによっては、当該振動によって可動電極１０４と固定電極１０７との間の距離Ｌが変化してしまい、計測ができない場合が生じる。
【００８６】
図８は、本実施形態に係る距離計測装置の構成を模式的に示す概略構成図である。図８において、上記図２と変わっているのは、顕微鏡３を出たレーザ光が直接センサ（測定体）１００に照射されるのでは無く、発振器（駆動信号印加手段）７からの上記駆動信号Ｓ１で駆動されるステージ６に固定されたミラー（反射部材）１２で反射されてから照射される構成になっているところである。なお、センサ１００は固定されたステージ６ａに搭載される。
【００８７】
ステージ６は、駆動信号Ｓ１によって、図８中の矢印Ｙ方向または矢印Ｙ’方向に沿って振動しながら移動する。つまり、図８に示す距離計測装置は、測定体１００が搭載されるステージ６ａと、測定体１００に光を照射する光源１と、光源１と測定体１００との間に介在し光源１からの光を反射して測定体１００に照射する反射部材１２と、測定体１００に照射された光が測定体１００から反射する光量を検出するための検出部８、９とを備え、反射部材１００が振動しながら走査可能になっている。
【００８８】
本実施形態の装置においては、発振器７は、反射部材１２を駆動するための駆動信号Ｓ１を反射部材１２に印加する駆動信号印加手段として構成されている。そして、この装置を用いた本実施形態の距離計測方法では、上記第１実施形態と同様に計測条件設定を行った後、計測を開始する。
【００８９】
レーザ発振器（光源）１からミラー（反射部材）１２を介してセンサ（測定体）１００にレーザ光を照射するとともに、ミラー１２を、図８中の矢印Ｙ方向または矢印Ｙ’方向に振動させながら走査する。それによれば、センサ１００を走査および振動させずに固定したまま、照射されるレーザ光の方は、センサ１００に対して矢印Ｙ方向へ振動させながら走査される。
【００９０】
そのため、相対的にみれば、上記第１実施形態と同様、可動および固定電極１０４、１０７の端部１０４ａ、１０７ａは、光ビーム（照射光領域）３０を走査の方向（図８中の矢印Ｙ方向）へ横切るように移動するとともに、当該端部１０４ａ、１０７ａは光ビーム３０に対して相対的に振動し、この振動に対応して微小に変位する形となる。なお、本例では、センサ１００と光ビーム３０との間の相対的な走査および振動の方向Ｙが、上記図２における方向Ｙとは直交している。
【００９１】
そして、本実施形態においても、ステージ移動量を制御部２０に取り込むとともに、センサ１００と光ビーム３０との相対的な変位に伴う反射光量の変化を上記検出部８、９にて検出し、この検出された反射光量（検出反射光量）を制御部２０に取り込む（ステージ移動量、検出反射光量取り込みステップ）。
【００９２】
そして、上記第１実施形態と同様に、センサ１００と光ビーム３０との相対的な変位が行われるため、本実施形態においても、検出反射光量の振動に応じた光量の変化分が、可動および固定電極１０４、１０７の端部１０４ａ、１０７ａと光ビーム３０との位置関係によって大きくなったり小さくなったりする。
【００９３】
そのため、上記図７に示したものと同様の検出反射光量波形を求め（検出反射光量波形の測定ステップ）、この波形から、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃが最大となる時点を特定部位１０４、１０７の検出時点Ｃ１０〜Ｃ１３とすることができる（検出反射光量のピーク位置検出のステップ）。
【００９４】
そして、本実施形態によっても、複数の検出時点Ｃ１０〜Ｃ１３の間に測定体１００が走査された相対変位量から特定部位１０４、１０７間の距離Ｌを検出する（ピーク間時間計測およびピーク間ステージ移動量算出のステップ）。例えば、２つの検出時点Ｃ１０、Ｃ１１間の相対変位量ＲＭ１を特定部位１０４、１０７間の距離Ｌとして検出することができる。
【００９５】
このように、本実施形態によっても、特定部位の検出時点（可動および固定電極１０４、１０７の端部１０４ａ、１０７ａ）をばらつくことなく容易に一義的に限定できる。
【００９６】
そして、この検出時点を基準として距離計測を行うようにしているから、上記第１実施形態と同様に、測定精度の向上が図れるような距離計測方法およびそのような距離計測方法を適切に実現することのできる距離計測装置を提供することができる。
【００９７】
さらに、本実施形態では、照射光であるレーザ光３０を振動・走査するようにしているため、振動によって測定体が変形したり変位したり等、測定体側を振動させることが好ましくない場合であっても採用することができる。
【００９８】
なお、図８に示す例では、反射部材としてのミラー１２をステージ６とともに振動させながら移動させているが、反射部材１２および測定体１００は固定した状態とし、レーザ発振器（光源）１を駆動ステージに取り付けてレーザ発振器１を振動させながら移動するようにしても、上記した本実施形態の効果は同様に得られることは明らかである。
【００９９】
（第３実施形態）
本実施形態は、測定体の特定部位が或る位置から他の位置へ移動したり、温度変化により測定体が熱変形する等により当該特定部位の位置が変位したりする等、測定体の状態の変化が発生したときの当該状態変化に伴う特定部位の変位距離を光学的に計測する方法である。
【０１００】
例えば、図９に示すように、上記センサ１００における可動電極１０４が室温から高温となったとき、（ａ）に示す初期状態から熱膨張して端部１０４ａの位置が変位し、（ｂ）に示すような状態（変位状態）になったときを考える。なお、本実施形態の計測方法は、上記図２または図８に示す計測装置を用いて実現可能である。
【０１０１】
このとき、図９（ａ）の初期状態（測定体の状態変化前）では、上記第１または第２実施形態の計測方法と同様に、可動電極１０４にレーザ光を照射するとともに、光ビーム３０をセンサ１００に対して相対的に振動させながら走査する。それにより、可動電極１０４から反射する光量を検出し、検出反射光量の振動に応じた変化分が最大となる時点を可動電極１０４における第１の検出時点とする。
【０１０２】
すなわち、図９（ａ）に示すように、光ビーム３０の中心に可動電極１０４の端部１０４ａが位置したときに、検出反射光量の振動に応じた変化分が最大の変化分Ｃ２となる。この変化分Ｃ２となる時点を第１の検出時点とする。
【０１０３】
次に、図９（ｂ）に示す変位状態（測定体の状態変化後）では、可動電極１０４の端部１０４ａが変位して光ビーム３０の周辺部に位置するため、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃは、最大値Ｃ２よりも小さい変化分Ｃ１となる。
【０１０４】
そこで、図９（ｃ）に示すように、変位状態となった可動電極１０４に対して、光ビーム３０を相対的に振動させながら走査することにより反射する光量を検出し、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃが再び最大となる時点を可動電極１０４の第２の検出時点とする。
【０１０５】
すなわち、図９（ｃ）に示すように、光ビーム３０を第１の検出時点（図９（ｃ）中、破線にて図示）における位置から移動させ、再び光ビーム３０の中心に可動電極１０４の端部１０４ａが位置したときに、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃが最大の変化分Ｃ２’となる。この変化分Ｃ２’となる時点を第２の検出時点とする。
【０１０６】
そして、第１の検出時点から第２の検出時点まで光が測定体に対して走査された相対変位量ＲＭ２から、センサ１００の熱膨張による可動電極１０４の端部１０４ａの変位の距離が検出される。すなわち、当該変位の距離は上記相対変位量ＲＭ２に相当する。
【０１０７】
このように、本実施形態においては、上記第１または第２実施形態の計測方法を利用して、測定体１００の状態の変化前と変化後とで、照射される光を測定体１００に対して相対的に振動させながら走査することにより、特定部位１０４から反射する光量を検出し、検出反射光量の振動に応じた変化分が最大値Ｃ２、Ｃ２’となる時点を特定部位１０４の検出時点としている。
【０１０８】
そのため、上記実施形態と同様、測定体１００の状態変化前、状態変化後にそれぞれ求められる第１の検出時点、第２の検出時点は、ばらつくことなく容易に一義的に限定される。そして、第１及び第２の検出時点の間に光が測定体に対して走査された相対変位量ＲＭ２から、特定部位１０４の変位の距離を検出するため、測定精度の向上が図れる。
【０１０９】
（他の実施形態）
なお、その形状が振動および走査の方向Ｙに沿って面積が変化する形状（面積変化率を有した形状）となっている光ビーム３０としては、上記例に示した円形以外にも、例えば、菱形や楕円等の形状であっても良い。
【０１１０】
また、上記図６に示す例では、光ビーム３０が円形であるがゆえ、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃ１〜Ｃ３は、可動電極１０４の端部１０４ａと光ビーム３０との位置関係によって変化するものであった。
【０１１１】
ここにおいて、図１０に示す様に、光ビーム３０の形状が、振動および走査の方向Ｙに沿って面積が変化しない形状（図示例では、四角形）であると、検出反射光量の振動に応じた変化分は走査に伴って変化しない。しかし、その場合でも、図１０に示す様に、光ビーム３０内で輝度分布が振動および走査の方向Ｙに沿って変化したものを用いれば良い。
【０１１２】
図１０では、振動及び走査の方向Ｙに沿って、光ビーム３０の中央部で最も輝度が大きく、周辺部に行くに連れて輝度が小さくなるように輝度分布が変化している。それにより、例えば、可動電極１０４の端部１０４ａが光ビーム３０内をＹ方向へ移動し、当該端部１０４ａと光ビーム３０との位置関係が変化すると、上記検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃも変化する。
【０１１３】
また、走査の方向と振動の方向とは一致していなくとも良い。つまり、測定体の特定部位が光ビームの中で走査され移動して行くに連れて、上記検出反射光量の振動に応じた変化分が変化するような振動の方向であればよい。
【０１１４】
また、上記実施形態では、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃが最大となる時点（最大時点）を求めるにあたって、当該変化分Ｃの微分値が０となる点を当該最大時点とし、この最大時点を検出時点としていた。ここにおいて、図１１に示す様に、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃの最大値Ｃｍａｘ近傍では、比較的ノイズが多く、微分値が０となる点Ｃｎが複数個存在する場合がある。
【０１１５】
そこで、図１１に示す様に、検出反射光量の振動に応じた変化分Ｃの最大値Ｃｍａｘに対して１未満の設定値Ｋを乗じ、その値Ｋ・Ｃｍａｘとなる２つの時点Ｃ１０’、Ｃ１０”を求める。そして、２つの時点Ｃ１０’、Ｃ１０”の中央値Ｃ１００は、おおよそ変化分Ｃの最大値Ｃｍａｘに対応するため、この中央値Ｃ１００を近似的に検出時点として用いることができる。
【０１１６】
また、図１２に示す様に、可動電極１０４の端部１０４ａ、固定電極１０７の端部１０７ａが、直線ではなく凹凸を持つ場合がある。このように、特定部位の端部が不定形であると、両端部間を結ぶ１つの直線（例えば、図１２中の直線Ｑ１）上のみに、光ビーム３０を走査しても正確な距離が得られない場合がある。
【０１１７】
そのような場合、図１２に示す様に、直線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、‥‥‥、Ｑｎに沿って光ビーム３０を走査させることで、計測点周囲の微小領域で複数回計測を行い、平均値を採る等、統計的処理を行うことにより代表値を算出すれば良い。それにより、計測しにくい形状であっても、より正確な両端部１０４ａ、１０７ａ間の距離が得られる。
【０１１８】
また、測定体の特定部位の端部が明確でなく、反射光や透過光の変化が不明確であるような場合には、測定体の表面に、測定体の表面とは反射率の異なる異反射率部を形成しても良い。それによれば、この異反射率部と測定体の表面との境界が、測定体における特定部位の端部の代わりとなるため測定しやすくなる。
【０１１９】
例えば、上記センサ１００はシリコン基板等よりなるが、センサ１００の表面の所定部位にＣｒ（クロム）を蒸着させる等の表面処理により反射率の差を作ったり、素材と反射率に差があるシートを貼付したりする等により、反射率境界部分を創生することが可能である。
【０１２０】
なお、上記各実施形態では、測定体１００に照射された光が測定体１００から反射する光量を検出していたが、反射光ではなく、測定体１００の特定部位１０４、１０７に照射された光が測定体１００から透過する光量（透過光量）を検出するようにしても良い。
【０１２１】
この場合、透過光量の振動に応じた変化分は、上記した反射光量の振動に応じた変化分と同様に検出することができ、この検出された透過光量の振動に応じた変化分が最大となる時点を、特定部位の検出時点とすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体加速度センサの概略平面図である。
【図２】上記第１実施形態に係る距離計測装置の概略構成図である。
【図３】ステージ駆動用の駆動信号の波形を示す図である。
【図４】上記第１実施形態に係る距離計測方法を示す流れ図である。
【図５】計測においてセンサに光ビームを照射した状態を示す図である。
【図６】センサと光ビームとの相対的な変位における検出反射光量の変化を説明するための説明図である。
【図７】検出反射光量の振動に応じた変化分の走査時間に対する変化を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る距離計測装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る距離計測方法を説明するための説明図である。
【図１０】光ビーム内の輝度分布が振動および走査の方向に沿って変化している例を示す図である。
【図１１】検出反射光量の振動に応じた変化分の最大となる時点を近似的に求める方法を示す説明図である。
【図１２】計測点周囲の微小領域で複数回計測を行う例を示す説明図である。
【図１３】従来の一般的な距離測定方法を示す説明図である。
【図１４】図１３に示す距離測定方法によって測定体から検出される反射光量の様子を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザ発振器（光源）、６…ステージ、
７…発振器（駆動信号印加手段）、８…受光素子、９…ロックインアンプ、
１２…ミラー（反射部材）、３０…光ビーム、
１００…半導体加速度センサ（測定体）、１０４…可動電極、
１０７…固定電極、Ｃ…検出反射光量の振動に応じた変化分、
Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３…検出時点、
Ｌ…可動電極と固定電極との間の距離（特定部位間の距離）、
ＲＭ１、ＲＭ２…相対変位量、Ｓ１…駆動信号、Ｓ１１…加振用信号、
Ｓ１２…走査用信号。
【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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【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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