(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の光源それぞれから射出される光の周波数を測定する。【解決手段】互いに周波数が異なる複数の透過率ピークを有する周波数基準素子101と、前記周波数基準素子を透過した光の強度の時間変化を表す強度分布を検出する検出部104と、複数の光源のそれぞれから射出された光の周波数を求める処理部105と、を有し、前記複数の光源のそれぞれは、射出する光の周波数の変更を開始するときの変更開始周波数と前記周波数走査範囲の前記複数の透過率ピークのうち１つの周波数との周波数差が前記複数の光源のそれぞれで異なるように前記変更開始周波数が設定されており、前記処理部は、前記周波数差に基づいて、前記検出部で検出された強度分布に含まれる複数の強度ピークのそれぞれを、前記複数の光源のそれぞれと対応づけし、前記複数の強度ピークの少なくとも１つの強度ピークについて、当該強度ピークに対応する周波数を決定する。【選択図】図１
2013185881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出する光の周波数を変更可能な複数の光源のそれぞれから周波数を周波数走査範囲で連続的に変更され射出された光の周波数を測定する測定装置であって、
互いに周波数が異なる複数の透過率ピークを有する周波数基準素子と、
前記周波数基準素子を透過した光の強度の時間変化を表す強度分布を検出する検出部と、
前記複数の光源のそれぞれから射出された光の周波数を求める処理部と、を有し、
前記複数の光源のそれぞれは、射出する光の周波数の変更を開始するときの変更開始周波数と前記周波数走査範囲の前記複数の透過率ピークのうち１つの周波数との周波数差が前記複数の光源のそれぞれで異なるように前記変更開始周波数が設定されており、
前記処理部は、前記周波数差に基づいて、前記検出部で検出された強度分布に含まれる複数の強度ピークのそれぞれを、前記複数の光源のそれぞれと対応づけし、前記複数の強度ピークの少なくとも１つの強度ピークについて、それに対応づけられた光源が射出した光の周波数と時刻との関係に従って、当該強度ピークに対応する周波数を決定することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記決定した周波数とそれに対応する時刻との関係に従って、前記複数の強度ピークの間の時刻に対応する周波数を決定することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記複数の光源のそれぞれは、各光源に対応づけられた強度ピークに対応する時刻の各間隔が当該強度ピークの半値全幅よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記複数の光源のそれぞれは、前記複数の光源のそれぞれから射出する光の光量が互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記複数の光源は、周波数が連続的に大きくなるように射出する光の周波数の変更が行われる光源と、周波数が連続的に小さくなるように射出する光の周波数の変更が行われる光源とを含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
参照面と被検面との間の距離を計測する干渉計であって、
射出する光の周波数を変更可能な複数の光源と、
前記複数の光源のそれぞれからの光を２つの光に分割して、一方の光を前記参照面に入射させ、他方の光を前記被検面に入射させる光分割素子と、
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信号を検出して、前記干渉信号から前記参照面と前記被検面との間の光路長に対応する位相を検出する位相検出部と、
前記複数の光源のそれぞれから射出される光の周波数を測定する請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の測定装置と、
前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源から射出される光の周波数を連続的に変更した際に前記位相検出部で検出される位相及び前記測定装置で測定される周波数に基づいて、前記距離を求める制御部と、
を有することを特徴とする干渉計。
【請求項７】
射出する光の周波数を変更可能な複数の光源のそれぞれから射出される光を、互いに周波数が異なる複数の透過率ピークを有する周波数基準素子に入射させて前記複数の光源のそれぞれから射出される光の周波数を測定する際の前記複数の光源のそれぞれの調整方法であって、
前記複数の光源のそれぞれについて、射出する光の周波数の変更を開始するときの変更開始周波数と前記複数の透過率ピークのそれぞれに対応する複数の周波数のうち１つの周波数との周波数差が前記複数の光源のそれぞれで異なるように前記変更開始周波数を設定することを特徴とする調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置、干渉計及び調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
参照面と被検面との間の距離（絶対距離）を計測する技術として、周波数を走査（変更）可能な複数の光源（周波数走査光源）を用いた干渉計が知られている。かかる干渉計は、複数の周波数走査光源のそれぞれの周波数走査範囲における参照光と被検光との干渉信号に基づいて、参照面と被検面との間の絶対距離を求めている。また、このような干渉計では、複数の周波数走査光源のそれぞれについて、周波数走査時の各時刻における周波数（波長）を高精度に、例えば、数フェムトメートルから百ピコメートルの精度で検知（測定）する必要がある。
【０００３】
周波数を測定する際には、例えば、マイケルソン干渉の原理を利用した測定装置（波長計）やフォトダイオードの吸収特性を利用した測定装置が用いられている。但し、マイケルソン干渉の原理を利用した測定装置は周波数の測定に時間を要するため、参照面と被検面との間の絶対距離を計測する干渉計に適用した場合には、絶対距離を効率よく計測することができない。また、フォトダイオードの吸収特性を利用した測定装置は、周波数を比較的高速に測定することができるが、周波数（波長）の測定精度が低い（典型的には、サブナノメートル程度）ため、周波数を高精度に測定することができない。
【０００４】
そこで、周波数走査時の周波数を高速、且つ、高精度に測定するための測定装置として、周波数基準フィルタと、光検出器とを用いた周波数測定装置が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４４５４６４号公報
【特許文献２】特開２００２−２４３５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の周波数測定装置は、単一の光検出器しか有していないため、複数の周波数走査光源について、周波数走査時の周波数を同時に（即ち、並行して）測定することができない。従って、複数の周波数走査光源について、周波数走査時の周波数を同時に測定するためには、各周波数走査光源からの光を分岐して、それぞれの光を別の光検出器で検出しなければならないため、装置構成の複雑化や大型化、装置コストの増加を招いてしまう。また、従来の周波数測定装置では、各周波数走査光源からの光を単一の検出器で逐次的に検出することで、周波数走査時の周波数を同時ではないものの測定することが可能であるが、測定時間の増大を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、複数の光源のそれぞれから射出される光の周波数を測定するの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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、射出する光の周波数を変更可能な複数の光源のそれぞれから周波数を周波数走査範囲で連続的に変更され射出された光の周波数を測定する測定装置であって、互いに周波数が異なる複数の透過率ピークを有する周波数基準素子と、前記周波数基準素子を透過した光の強度の時間変化を表す強度分布を検出する検出部と、前記複数の光源のそれぞれから射出された光の周波数を求める処理部と、を有し、前記複数の光源のそれぞれは、射出する光の周波数の変更を開始するときの変更開始周波数と前記周波数走査範囲の前記複数の透過率ピークのうち１つの周波数との周波数差が前記複数の光源のそれぞれで異なるように前記変更開始周波数が設定されており、前記処理部は、前記周波数差に基づいて、前記検出部で検出された強度分布に含まれる複数の強度ピークのそれぞれを、前記複数の光源のそれぞれと対応づけし、前記複数の強度ピークの少なくとも１つの強度ピークについて、それに対応づけられた光源が射出した光の周波数と時刻との関係に従って、当該強度ピークに対応する周波数を決定することを特徴とする。
【０００９】
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】
【００１０】
本発明によれば、例えば、複数の光源のそれぞれから射出される光の周波数を測定するの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】
【００１１】
【図１】本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】複数の周波数走査光源のそれぞれから射出される光の時間に対する周波数の変化を示す概略図である。
【図３】入射光の周波数に対するエタロンの透過率を示す図である。
【図４】エタロンを透過して検出部で検出される光の強度の時間変化を表す強度分布を示す図である。
【図５】図１に示す測定装置の測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の一側面としての干渉計の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の一側面としての干渉計の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一側面としての測定装置１００の構成を示す概略図である。測定装置１００は、射出する光の周波数を走査可能（変更可能）な複数の光源（周波数走査光源）のそれぞれから周波数を連続的に走査（変更）しながら射出された光の周波数を測定する。測定装置１００は、エタロン１０１と、温度調整部１０２と、ペルチェ素子１０３と、検出部１０４と、処理部１０５とを有する。
【００１３】
測定装置１００には、複数の周波数走査光源からの光が導かれる。複数の周波数走査光源からの光は、エタロン１０１に入射する。エタロン１０１を透過した光は検出部１０４に入射し、エタロン１０１を透過した光の強度の時間変化を表す強度分布が検出される。処理部１０５は、検出部１０４で検出された強度分布に基づいて、複数の周波数走査光源のそれぞれから射出された光の周波数を求める。
【００１４】
エタロン１０１は、互いに異なる複数の透過率ピークを有する周波数基準素子である。エタロン１０１の温度は、温度計（不図示）で常にモニタされている。温度調整部１０２は、エタロン１０１の温度が一定に維持されるように、エタロン１０１に設けられたペルチェ素子１０３を制御する。エタロン１０１の温度を一定に維持することで、エタロン１０１を透過する光の周波数を一定値に安定化することができる。
【００１５】
図２は、複数の周波数走査光源のそれぞれから射出される光の時間に対する周波数の変化を示す概略図である。図２では、第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３の３つの周波数走査光源から射出される光の時間に対する周波数の変化を示している。但し、本発明は、周波数走査光源の数によって限定されるものではない。
【００１６】
周波数走査光源としては、比較的安価なＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）レーザや垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ）などが用いられる。例えば、周波数走査光源としてＤＦＢレーザを用いる場合、入力する電流を変調することで、約１０ＧＨｚの周波数範囲で周波数を走査することができる。
【００１７】
図２を参照するに、第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３のそれぞれからの光は、同一の周期Ｔで、のこぎり型に周波数が走査される。本実施形態では、のこぎり型の関数で周波数を走査しているが、本発明は、周波数を走査する際の関数で限定されるものではなく、例えば、三角型の関数で周波数を走査してもよい。
【００１８】
第１周波数走査光源ＬＳ１からの光は、１つの周期Ｔの間に、周波数がｆ１１からｆ１２まで走査される。第２周波数走査光源ＬＳ２からの光は、１つの周期Ｔの間に、周波数がｆ２１からｆ２２まで走査される。第３周波数走査光源ＬＳ３からの光は、１つの周期Ｔの間に、周波数がｆ３１からｆ３２まで走査される。本実施形態では、各周波数走査光源（第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３）の周波数走査範囲Δｆを同じ値、即ち、Δｆ＝ｆ１２−ｆ１１＝ｆ２２−ｆ２１＝ｆ３２−ｆ３１としている。但し、各周波数走査光源の周波数走査範囲は異なっていてもよい。
【００１９】
図３は、入射光（即ち、第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３から射出される光）の周波数に対するエタロン１０１の透過率を示す図である。エタロン１０１の透過率は、図３に示すように、周波数に対して周期的にピーク（透過率ピーク）を形成する。エタロン１０１に垂直に光が入射する場合、エタロン１０１の透過率ピークの周波数間隔ＦＳＲは、以下の式（１）で表される。
【００２０】
【数１】
2013185881.tif 000003
【００２１】
式（１）において、ｃは光速を表し、ｎは媒質の屈折率を表し、ｄは共振器長を表す。式（１）に示されるように、エタロン１０１の透過率ピークは、周波数に対して一定の間隔で配列されることになる。
【００２２】
エタロン１０１の透過率ピークの半値全幅ＦＷＨＭは、エタロン１０１のフィネスによって決まる。フィネスは、共振器内のミラーの曲率などによって決まるエタロン固有のパラメータである。フィネスをＦとすると、エタロン１０１の透過率ピークの半値全幅ＦＷＨＭは、以下の式（２）で表される。
【００２３】
【数２】
2013185881.tif 000004
【００２４】
式（２）を参照するに、エタロン１０１のフィネスが高いほど、エタロン１０１の透過率ピークの半値全幅ＦＷＨＭが小さくなることがわかる。
【００２５】
図３には、第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３のそれぞれの周波数走査範囲も示している。各周波数走査光源は、周波数の走査を開始するときの走査開始周波数（変更開始周波数）と周波数走査範囲における最初の透過率ピークとの間の間隔δｆが異なる値、即ち、δｆ１≠δｆ２≠δｆ３となるように、周波数走査範囲が設定されている。換言すれば、各周波数走査光源は、走査開始周波数とエタロン１０１の複数の透過率ピークのそれぞれに対応する複数の周波数のうち１つの周波数との周波数差が各周波数走査光源で異なるように走査開始周波数が設定されている。走査開始周波数は、周波数走査光源の温度や周波数走査光源に入力する電流のオフセット量を変更することで調整（設定）することができる。
【００２６】
図４は、複数の周波数走査光源のそれぞれから射出され、エタロン１０１を透過して検出部１０４で検出される光の強度の時間変化を表す強度分布を示す図である。図４（ａ）は、第１周波数走査光源ＬＳ１から射出された光のみが測定装置１００に入射する場合に検出部１０４で検出される強度分布を示している。図４（ｂ）は、第２周波数走査光源ＬＳ２から射出された光のみが測定装置１００に入射する場合に検出部１０４で検出される強度分布を示している。図４（ｃ）は、第３周波数走査光源ＬＳ３から射出された光のみが測定装置１００に入射する場合に検出部１０４で検出される強度分布を示している。図４（ａ）乃至図４（ｃ）を参照するに、エタロン１０１を透過した光の強度の変化は、周波数走査の周期Ｔで繰り返されている。
【００２７】
検出部１０４で検出される強度分布に含まれる各強度ピークの半値時間幅Δｔは、エタロン１０１の透過率ピークの半値全幅ＦＷＨＭ及び周波数走査速度によって決まる。図２に示したように、のこぎり型の関数で周波数を走査する場合には、各強度ピークの半値時間幅Δｔは同一の値となる。また、強度ピークの時間間隔も一定となる。但し、周波数走査光源においては、実際には、電流ドライバやＤＦＢレーザの遅延時間などによって、完全なのこぎり型の関数で周波数が走査されることはないため、各強度ピークの半値時間幅Δｔ及び強度ピークの時間間隔は、ある程度異なった値となる。
【００２８】
また、本実施形態では、第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３のそれぞれは、検出部１０４で検出される光の強度（ピークの光強度）が異なるように、測定装置１００への入射光量が調整されている。換言すれば、第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３のそれぞれは、射出する光の光量が互いに異なるように設定されている。これは、検出部１０４で検出される強度分布に含まれる各強度ピークがどの周波数走査光源に起因するのかを特定する、即ち、強度ピークとかかる強度ピークを生じさせた周波数走査光源とを対応づけるためである。但し、周波数走査光源を予め個別に発振させて強度ピークが現れるピーク時刻を取得するなど、強度ピークと周波数走査光源との対応がとれている場合には、各周波数走査光源で射出する光の光量が異なるように設定する必要はない。
【００２９】
周波数走査光源がＤＦＢレーザである場合、高速な周波数走査は、上述したように、電流変調によって実施される。ＤＦＢレーザに入力する電流が変化すると、ＤＦＢレーザの出力強度が変わるため、図４に示すように、周波数走査に応じて、強度ピークの強度が増加又は減少する。従って、強度ピークとかかる強度ピークを生じさせた周波数走査光源との対応関係を特定するために、各周波数走査光源で射出する光の光量を異ならせるのではなく、周波数を走査する方向を変えてもよい。具体的には、周波数が連続的に大きくなるように射出する光の周波数を走査する周波数走査光源と、周波数が連続的に小さくなるように射出する光の周波数を走査する周波数走査光源とを含むように、複数の周波数走査光源を設定してもよい。例えば、周波数走査光源の数が２つであれば、強度分布に含まれる強度ピークを、強度が増加する強度ピークと強度が減少する強度ピークとに分けられるため、強度ピークとかかる強度ピークを生じさせた周波数走査光源との対応関係を特定することができる。
【００３０】
本実施形態では、図４（ａ）乃至図４（ｃ）に示すように、各周波数走査光源において、周波数走査を開始する時刻と最初に強度ピークが検出される時刻との時間間隔δｔ１、δｔ２及びδｔ３が異なった値となる。これは、図３に示したように、各周波数走査光源において、走査開始周波数と周波数走査範囲における最初の透過率ピークとの間の間隔δｆ（δｆ１≠δｆ２≠δｆ３）が異なる値となるように、周波数走査範囲を設定しているからである。
【００３１】
図４（ｄ）は、第１周波数走査光源ＬＳ１、第２周波数走査光源ＬＳ２及び第３周波数走査光源ＬＳ３から射出された光が測定装置１００に入射する場合に検出部１０４で検出される強度分布を示している。各周波数走査光源で射出する光の光量（測定装置１００への入射光量）が互いに異なるように設定されているため、検出部１０４で検出される強度分布に含まれる各強度ピークがどの周波数走査光源に起因するのかを容易に特定することができる。
【００３２】
強度ピークに対応する時刻（ピーク時刻）を高精度に求めるためには、各周波数走査光源が生じる強度ピークが重ならないようにすることが重要である。具体的には、各周波数走査光源が生じる強度ピークに対応するピーク時刻の間隔（時間差）が各強度ピークの半値時間幅よりも大きい場合（δｔ１２＞Δｔ、δｔ２３＞Δｔ、δｔ３１＞Δｔ）に、強度ピークが重ならないようにすることが可能である。ここで、δｔ１２は、第１周波数走査光源ＬＳ１と第２周波数走査光源ＬＳ２との強度ピークのピーク時刻の間隔（時間差）を示している。同様に、δｔ２３は、第２周波数走査光源ＬＳ２と第３周波数走査光源ＬＳ３との強度ピークのピーク時刻の間隔を示し、δｔ３１は、第３周波数走査光源ＬＳ３と第１周波数走査光源ＬＳ１との強度ピークのピーク時刻の間隔を示している。これを満たす周波数走査範囲が各周波数走査光源で設定されるように、周波数走査光源の温度又は周波数走査光源に入力する電流のオフセット量を調整する。また、各周波数走査光源が生じる強度ピークが重ならないようにするためには、強度ピークの半値時間幅を小さくすることも有効であるため、エタロン１０１として高フィネスのエタロンを用いるとよい。
【００３３】
本実施形態では、説明を簡単にするために、強度ピークの時間間隔を全て一定としている。但し、一般的には、強度ピークの時間間隔は一定ではないため、各周波数光源の周波数走査範囲は、より複雑な計算によって決定（設定）されるべきである。
【００３４】
以下、図５を参照して、測定装置１００の測定処理（即ち、処理部１０５による複数の周波数走査光源のそれぞれから射出された光の周波数を求める処理）について説明する。
【００３５】
Ｓ５０２では、処理部１０５は、検出部１０４から、各周波数走査光源から射出されてエタロン１０１を透過した光の強度の時間変化を表す強度分布（図４（ｄ））を取得する。検出部１０４で検出される強度分布には、上述したように、エタロン１０１を透過した光の各時刻における強度の情報が含まれている。
【００３６】
Ｓ５０４では、処理部１０５は、Ｓ５０２で取得した強度分布に含まれる複数の強度ピークのそれぞれを、強度ピークを生じさせた周波数走査光源と対応づけし、各周波数光源が生じさせた強度ピークに対応するピーク時刻を算出する。強度ピークとかかる強度ピークを生じさせた周波数走査光源との対応づけは、上述したように、走査開始周波数とエタロン１０１の複数の透過率ピークのそれぞれに対応する複数の周波数のうち１つの周波数との周波数差に基づいて行うことができる。また、各周波数光源が生じさせた強度ピークに対応するピーク時刻は、強度が極大値となる時刻から求めてもよいし、ある時間範囲で計算した重心の時刻から求めてもよい。
【００３７】
Ｓ５０６では、処理部１０５は、周波数走査光源ごとに、Ｓ５０４で算出した各ピーク時刻に対応する周波数を決定する。例えば、処理部１０５は、強度ピークに対応するピーク時刻とかかる強度ピークに対応づけられた各周波数走査光源が射出した光の周波数との関係を表すテーブルを用いて、各ピーク時刻に対応する周波数を決定する。このようなテーブルは、参照波長計などを用いてピークに対応する周波数を予め測定することによって作成することができる。なお、各ピーク時刻に対応する周波数を決定する際に必要なピークの次数を保証するためには、エタロン１０１の透過率ピークに対応する周波数の安定性が周波数間隔ＦＳＲよりも小さくなければならない。従って、熱膨張係数が小さい材料でエタロン１０１を構成し、適切な条件でエタロン１０１の温度を制御する必要がある。また、エタロン１０１の温度を制御する代わりに、エタロン１０１の共振器長が一定に維持されるように、ピエゾ素子を用いてフィードバック回路を構成してもよい。
【００３８】
このように、本実施形態では、検出部１０４で検出された強度分布に含まれる複数の強度ピークのそれぞれを、その強度ピークを生じさせた周波数走査光源と対応づけする。そして、複数の強度ピークの少なくとも１つの強度ピークについて、それに対応づけられた周波数走査光源が射出した光の周波数と時刻との関係に従って、かかる強度ピークに対応する周波数を決定する。これにより、周波数走査光源ごとに、ピーク時刻（ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎ）とそのピーク時刻に対応する周波数（ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎ）との関係を得ることができる。
【００３９】
Ｓ５０８では、処理部１０５は、周波数走査光源ごとに、Ｓ５０６で決定した周波数とそれに対応する時刻（ピーク時刻）との関係に従って、強度ピークの間の時刻に対応する周波数を決定する。例えば、ピーク時刻（ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎ）とそのピーク時刻に対応する周波数（ｆ１、ｆ２、・・・、ｆｎ）との関係を表すデータについて関数フィッティングを行うことで、ピーク時刻以外の任意の時刻に対応する周波数を求めることができる。関数フィッティングは、例えば、２次関数を用いて実施される。関数フィッティングに用いられる関数の種類（形）は、時刻に対する周波数の非線形性に応じて決定するとよい。また、のこぎり型の周波数走査が高精度に実現できる場合には、最小二乗法による直線回帰によって各時刻に対応する周波数を求めてもよい。
【００４０】
本実施形態の測定装置１００によれば、装置構成の複雑化や大型化、装置コストの増加を招くことなく、複数の周波数走査光源のそれぞれから射出される光の周波数（周波数走査時の周波数）を短時間で高精度に測定することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、周波数基準素子としてエタロンを用いているが、エタロンの代わりにガスセルを用いてもよい。但し、周波数基準素子としてガスセルを用いる場合には、透過率ピークに対応する周波数の間隔が一定ではなくなるため、それを考慮して各周波数走査光源の周波数走査範囲を設定する必要がある。なお、ガスセルの透過率ピーク（に対応する周波数）は、エタロンに比べて温度依存性が小さいため、エタロンほど厳密にガスセルの温度制御を行う必要はない。
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の一側面としての干渉計２００の構成を示す概略図である。干渉計２００は、参照面と被検面との間の距離を計測する。干渉計２００は、測定装置１００と、周波数走査光源２０１ａ、２０１ｂ及び２０１ｃと、ミラー２０２ａ及び２０２ｂと、波長フィルタ２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ及び２０３ｄと、ビームスプリッタ２０４と、シングルモードファイバ２０５とを有する。更に、干渉計２００は、レンズ２０６ａ及び２０６ｂと、ビームスプリッタ２０７と、参照面２０８と、被検面２０９と、マルチモードファイバ２１０と、検出部２１１ａ、２１１ｂ及び２１１ｃと、制御部２１２と、フィルタ２１３とを有する。
【００４２】
周波数走査光源２０１ａ乃至２０１ｃは、射出する光の周波数を走査可能な光源であって、例えば、ＤＦＢレーザやＶＣＳＥＬで構成される。後述するように、検出部２１１ａ乃至２１１ｃ及び制御部２１２は、参照面２０８及び被検面２０９のそれぞれで反射された光の干渉信号を検出し、かかる干渉信号から参照面２０８と被検面２０９との間の光路長に対応する位相を検出する位相検出部として機能する。
【００４３】
周波数走査光源２０１ａから射出された光は、ミラー２０２ａで反射され、波長フィルタ２０３ａによって周波数走査光源２０１ｂから射出された光と合波される。同様に、周波数走査光源２０１ｃから射出された光は、波長フィルタ２０３ｂによって周波数走査光源２０１ａ及び２０１ｂのそれぞれから射出された光と合波される。
【００４４】
周波数走査光源２０１ａ乃至２０１ｃからの光は、ビームスプリッタ２０４で分岐される。ビームスプリッタ２０４で分岐された光のうち、一方の光（ビームスプリッタ２０４を透過する光）はフィルタ２１３に入射し、他方の光（ビームスプリッタ２０４で反射される光）はシングルモードファイバ２０５に入射する。
【００４５】
フィルタ２１３は、周波数走査光源２０１ａ乃至２０１ｃのそれぞれからの光に対する透過率が異なるように構成されている。従って、周波数走査光源２０１ａ乃至２０１ｃのそれぞれから射出された光は、フィルタ２１３を介して、互いに異なる光量で測定装置１００に入射するため、強度ピークとかかる強度ピークを生じさせた周波数走査光源とを対応づけることが可能となる。測定装置１００は、第１の実施形態で説明したように、周波数走査光源２０１ａ乃至２０１ｃのそれぞれからの光の周波数（周波数走査時の周波数）を同時に（即ち、並行して）測定することができる。
【００４６】
一方、ビームスプリッタ２０４で反射された光は、シングルモードファイバ２０５を介して、レンズ２０６ａに入射してビーム径が拡大される。レンズ２０６ａを通過した光は、ビームスプリッタ２０７で分割される。ビームスプリッタ２０７で分割された光のうち、一方の光（ビームスプリッタ２０７で反射される光）は参照面２０８に入射し、他方の光（ビームスプリッタ２０７を透過する光）は被検面２０９に入射する。このように、ビームスプリッタ２０７は、周波数走査光源２０１ａ乃至２０１ｃからの光を２つの光に分割して、一方の光を参照面２０８に入射させ、他方の光を被検面２０９に入射させる光分割素子として機能する。また、被検面２０９は、ステージ（不図示）に保持されて移動可能となっている。
【００４７】
参照面２０８及び被検面２０９のそれぞれで反射された光は、ビームスプリッタ２０７によって合波され、レンズ２０６ｂで集光されてマルチモードファイバ２１０に入射する。マルチモードファイバ２１０からの光は、ミラー２０２ｂで反射され、波長フィルタ２０３ｃによって分岐される。波長フィルタ２０３ｃは、基本的には、波長フィルタ２０３ｂと同様な波長フィルタであって、周波数走査光源２０１ｃからの光を反射し、周波数走査光源２０１ａ及び２０１ｂからの光を透過するように構成されている。従って、検出部２１１ｃには、周波数走査光源２０１ｃから射出された光のみが入射する。
【００４８】
また、波長フィルタ２０３ｃを透過した光は、波長フィルタ２０３ｄに入射して分岐される。波長フィルタ２０３ｄは、基本的には、波長フィルタ２０３ａと同様な波長フィルタであって、周波数走査光源２０１ｂからの光を反射し、周波数走査光源２０１ｂからの光を透過するように構成されている。従って、検出部２１１ｂには、周波数走査光源２０１ｂから射出された光のみが入射し、検出部２１１ａには、周波数走査光源２０１ａから射出された光のみが入射する。
【００４９】
検出部２１１ａでは、周波数走査光源２０１ａから射出されて参照面２０８で反射された光と被検面２０９で反射された光との干渉信号が検出される。また、検出部２１１ｂでは、周波数走査光源２０１ｂから射出されて参照面２０８で反射された光と被検面２０９で反射された光との干渉信号が検出される。同様に、検出部２１１ｃでは、周波数走査光源２０１ｃから射出されて参照面２０８で反射された光と被検面２０９で反射された光との干渉信号が検出される。
【００５０】
検出部２１１ａ乃至２１１ｃの検出結果（干渉信号）、及び、測定装置１００の測定結果（周波数）は、制御部２１２に入力される。制御部２１２では、検出部２１１ａ乃至２１１ｃの検出結果と測定装置１００の測定結果とに基づいて、参照面２０８と被検面２０９との間の距離（絶対距離）が算出される。具体的には、制御部２１２は、検出部２１１ａ乃至２１１ｃの検出結果、及び、測定装置１００の測定結果に基づいて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、各周波数走査光源について、絶対距離を算出する。
【００５１】
ＦＦＴによる絶対距離の計測精度は、ＦＦＴ後のピッチの１／１００程度である。周波数走査範囲が１０ＧＨｚであるＤＦＢレーザを周波数走査光源として用いると、ＦＦＴ後のピッチは１５ｍｍとなるため、単一の周波数走査光源を用いた場合には、絶対距離の計測精度は１５０μｍとなる。周波数走査範囲が大きい周波数走査光源を用いれば絶対距離の計測精度を向上させることができるが、そのような周波数走査光源は一般的に高価である。
【００５２】
そこで、本実施形態の干渉計２００では、複数の周波数走査光源（周波数走査光源２０１ａ乃至２０１ｃ）を用いることによって、絶対距離の計測精度を向上させている。具体的には、制御部２１２は、ＦＦＴ後、ＦＦＴで算出した絶対距離を用いて離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い、各周波数における位相を算出する。そして、各周波数走査光源について算出した位相を接続して干渉次数を決定する。複数の周波数走査光源の間で位相が接続できれば、周波数走査量が実質的に拡大されたことになるため、絶対距離の計測精度が向上する。
【００５３】
このように、本実施形態の干渉計２００は、複数の周波数走査光源を用いることで、各周波数走査光源の周波数走査範囲が小さくても、参照面２０８と被検面２０９との間の絶対距離を広い範囲で計測することができる。その際、干渉計２００は、複数の周波数走査光源のそれぞれから射出される光の周波数（周波数走査時の周波数）を短時間で高精度に測定する測定装置１００を含んでいるため、高精度、且つ、高速な測長を実現することができる。また、本実施形態では、複数の周波数走査光源の周波数を同時に計測することができるため、光源ごとに測定装置を用意する必要がない。
＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の一側面としての干渉計３００の構成を示す概略図である。干渉計３００は、参照面と被検面との間の距離を計測する。干渉計３００は、測定装置１００ａ及び１００ｂと、周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｅと、ミラー３０２ａ及び３０２ｂと、波長フィルタ３０３ａ乃至３０３ｉと、ビームスプリッタ３０４と、シングルモードファイバ３０５とを有する。また、干渉計３００は、レンズ３０６ａ乃至３０６ｃと、偏光ビームスプリッタ３０７と、参照面３０８と、被検面３０９と、マルチモードファイバ３１０と、検出部３１１ａ乃至３１１ｅと、制御部３１２とを有する。更に、干渉計３００は、λ／２位相板３１３と、λ／４位相板３１４ａ及び３１４ｂと、偏光子３１５と、減光（ＮＤ）フィルタ３１５ａ及び３１５ｂとを有する。
【００５４】
周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｅは、射出する光の周波数を走査可能な光源であって、例えば、ＤＦＢレーザやＶＣＳＥＬで構成される。検出部３１１ａ乃至３１１ｅ及び制御部３１２は、参照面３０８及び被検面３０９のそれぞれで反射された光の干渉信号を検出し、かかる干渉信号から参照面３０８と被検面３０９との間の光路長に対応する位相を検出する位相検出部として機能する。
【００５５】
周波数走査光源３０１ａから射出された光は、ミラー３０２ａで反射され、波長フィルタ３０３ａによって周波数走査光源３０１ｂから射出された光と合波される。周波数走査光源３０１ｃから射出された光は、波長フィルタ３０３ｂによって周波数走査光源３０１ａ及び３０１ｂのそれぞれから射出された光と合波される。周波数走査光源３０１ｄから射出された光は、波長フィルタ３０３ｃによって周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｃのそれぞれから射出された光と合波される。周波数走査光源３０１ｅから射出された光は、波長フィルタ３０３ｄによって周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｄのそれぞれから射出された光と合波される。
【００５６】
周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｅからの光は、ビームスプリッタ３０４で分岐される。ビームスプリッタ３０４で分岐された光のうち、一方の光（ビームスプリッタ３０４を透過する光）は波長フィルタ３０３ｅに入射し、他方の光（ビームスプリッタ３０４で反射される光）はシングルモードファイバ３０５に入射する。
【００５７】
波長フィルタ３０３ｅは、周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｅからの光を、３つの周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｃからの光と２つの周波数走査光源３０１ｄ及び３０１ｅからの光とに分割する。波長フィルタ３０３ｅを介して、周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｃからの光は測定装置１００ａに入射し、周波数走査光源３０１ｄ及び３０１ｅからの光は測定装置１００ｂに入射する。測定装置１００ａ及び１００ｂは、測定装置１００と同様な構成を有する。従って、測定装置１００ａは、周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｃのそれぞれからの光の周波数（周波数走査時の周波数）を同時に（即ち、並行して）測定することができる。また、測定装置１００ｂは、周波数走査光源３０１ｄ及び３０１ｅのそれぞれからの光の周波数（周波数走査時の周波数）を同時に（即ち、並行して）測定することができる。
【００５８】
ここで、波長フィルタ３０３ｅによって周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｅからの光を分割しているのは、各周波数走査光源が生じさせる強度ピークが重ならないようにするためである。高フィネスのエタロンを用いれば、各周波数走査光源の周波数走査範囲を適切に設定することで、各周波数走査光源が生じさせる強度ピークの重なりを避けることができる。但し、高フィネスのエタロンを構成することは比較的難しく、コストが高くなる可能性がある。一方、低フィネスのエタロンを用いた場合、測定対象の周波数走査光源の数が多くなり、強度ピークの数が増加すると、各強度ピークの半値時間幅に対してピーク時刻の時間差を大きくすることが難しくなる。そこで、本実施形態では、波長フィルタ３０３ｅによって周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｅからの光を分割することで、測定装置１００ａ及び１００ｂのそれぞれの測定対象の数を制限し、各周波数走査光源が生じさせる強度ピークが重ならないようにしている。
【００５９】
ビームスプリッタ３０４で反射された光は、シングルモードファイバ３０５を介して、レンズ３０６ａに入射してビーム径が拡大される。レンズ３０６ａを通過した光は、λ／２位相板３１３に入射する。λ／２位相板３１３は、回転機構（不図示）によって、光軸を中心として回転可能となっている。λ／２位相板３１３を回転させることによって、参照面３０８及び被検面３０９のそれぞれに入射する光の光量を調整することができる。
【００６０】
λ／２位相板３１３を通過した光は、偏光ビームスプリッタ３０７に入射して分割される。偏光ビームスプリッタ３０７で分割された光のうち、一方の光（偏光ビームスプリッタ３０７で反射される光）は、λ／４位相板３１４ａを介して、参照面３０８に入射する。また、偏光ビームスプリッタ３０７で分割された光のうち、他方の光（偏光ビームスプリッタ３０７を透過する光）は、λ／４位相板３１４ｂ及びレンズ３０６ｂを介して、被検面３０９に入射する。このように、偏光ビームスプリッタ３０７は、周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｅからの光を２つの光に分割して、一方の光を参照面３０８に入射させ、他方の光を被検面３０９に入射させる光分割素子として機能する。
【００６１】
参照面３０８で反射された光は、λ／４位相板３１４ａに再び入射する。λ／４位相板３１４ａを２回通過することで、参照面３０８で反射された光の偏光方向は９０度回転される。従って、偏光ビームスプリッタ３０７で反射されて参照面３０８に入射した光は、参照面３０８で反射された後、偏光ビームスプリッタ３０７を透過することになる。
【００６２】
一方、偏光ビームスプリッタ３０７を透過して被検面３０９に入射する光は、レンズ３０６ｂによって被検面３０９の上に集光される。被検面３０９は、本実施形態では、比較的大きな表面粗さを有する粗面である。レンズ３０６ｂは、ステージ（不図示）に保持されて移動可能となっており、被検面３０９の表面にフォーカスを合わせることができるようになっている。被検面３０９で反射された光は、λ／４位相板３１４ｂに再び入射する。λ／４位相板３１４ｂを２回通過することで、被検面３０９で反射された光の偏光方向は９０度回転される。従って、偏光ビームスプリッタ３０７を透過して被検面３０９に入射した光は、被検面３０９で反射された後、偏光ビームスプリッタ３０７で反射されることになる。
【００６３】
なお、被検面３０９で反射されてレンズ３０６ｂに入射する光の光量は、被検面３０９の表面粗さの大きさや表面の傾きに依存する。参照面３０８で反射された光と被検面３０９で反射された光の干渉信号を考えると、参照面３０８で反射された光の光量と被検面３０９で反射された光の光量とが一致するときに最大のコントラストが得られる。従って、λ／２位相板３１３を回転させて参照面３０８で反射される光と被検面３０９で反射される光との比率を変更し、高いコントラストの干渉信号が得られるようにするとよい。
【００６４】
参照面３０８及び被検面３０９のそれぞれで反射された光は、偏光ビームスプリッタ３０７によって合波され、偏光子３１５に入射する。参照面３０８で反射された光と被検面３０９で反射された光とは、偏光子３１５に入射する前においては、その偏光方向が直交しているため、干渉しない。偏光子３１５は、偏光子３１５の透過軸が参照面３０８及び被検面３０９のそれぞれで反射された光の偏光方向に対して４５度の方向となるように配置されている。従って、参照面３０８及び被検面３０９のそれぞれで反射された光は、偏光子３１５を通過することでその偏光方向が一致するため、干渉するようになる。
【００６５】
偏光子３１５を通過した光は、レンズ３０６ｃによってマルチモードファイバ３１０に集光される。マルチモードファイバ３１０からの光は、ミラー３０２ｂで反射され、ＮＤフィルタ３１５ａ又は３１５ｂを通過する。ＮＤフィルタ３１５ａ及び３１５ｂはターレット（不図示）に載置され、かかるターレットを回転させることでＮＤフィルタ３１５ａとＮＤフィルタ３１５ｂとを切り換えることが可能となっている。ＮＤフィルタ３１５ａ及び３１５ｂを切り換えることで、検出部３１１ａ乃至３１１ｅに入射する光の光量を、その検出部のダイナミックレンジ内に調整することができる。
【００６６】
ＮＤフィルタ３１５ａ又は３１５ｂを通過した光は、波長フィルタ３０３ｆによって分岐される。波長フィルタ３０３ｆは、基本的には、波長フィルタ３０３ｄと同様な波長フィルタであって、周波数走査光源３０１ｅからの光を反射し、周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｄからの光を透過するように構成されている。従って、検出部３１１ｅには、周波数走査光源３０１ｅから射出された光のみが入射する。
【００６７】
波長フィルタ３０３ｆを透過した光は、波長フィルタ３０３ｇに入射して分岐される。波長フィルタ３０３ｇは、基本的には、波長フィルタ３０３ｃと同様な波長フィルタであって、周波数走査光源３０１ｄからの光を反射し、周波数走査光源３０１ａ乃至３０１ｃからの光を透過するように構成されている。従って、検出部３１１ｄには、周波数走査光源３０１ｄから射出された光のみが入射する。
【００６８】
波長フィルタ３０３ｇを透過した光は、波長フィルタ３０３ｈに入射して分岐される。波長フィルタ３０３ｈは、基本的には、波長フィルタ３０３ｂと同様な波長フィルタであって、周波数走査光源３０１ｃからの光を反射し、周波数走査光源３０１ａ及び３０１ｂからの光を透過するように構成されている。従って、検出部３１１ｃには、周波数走査光源３０１ｃから射出された光のみが入射する。
【００６９】
波長フィルタ３０３ｈを透過した光は、波長フィルタ３０３ｉに入射して分岐される。波長フィルタ３０３ｉは、基本的には、波長フィルタ３０３ａと同様な波長フィルタであって、周波数走査光源３０１ｂからの光を反射し、周波数走査光源３０１ａからの光を透過するように構成されている。従って、検出部３１１ｂには、周波数走査光源３０１ｂから射出された光のみが入射し、検出部３１１ａには、周波数走査光源３０１ａから射出された光のみが入射する。
【００７０】
検出部３１１ａでは、周波数走査光源３０１ａから射出されて参照面３０８で反射された光と被検面３０９で反射された光との干渉信号が検出される。検出部３１１ｂでは、周波数走査光源３０１ｂから射出されて参照面３０８で反射された光と被検面３０９で反射された光との干渉信号が検出される。検出部３１１ｃでは、周波数走査光源３０１ｃから射出されて参照面３０８で反射された光と被検面３０９で反射された光との干渉信号が検出される。検出部３１１ｄでは、周波数走査光源３０１ｄから射出されて参照面３０８で反射された光と被検面３０９で反射された光との干渉信号が検出される。検出部３１１ｅでは、周波数走査光源３０１ｅから射出されて参照面３０８で反射された光と被検面３０９で反射された光との干渉信号が検出される。
【００７１】
検出部３１１ａ乃至３１１ｅの検出結果（干渉信号）、及び、測定装置１００ａ及び１００ｂの測定結果（周波数）は、制御部３１２に入力される。制御部３１２では、検出部３１１ａ乃至３１１ｅの検出結果と測定装置１００ａ及び１００ｂの測定結果とに基づいて、参照面３０８と被検面３０９との間の光路長差（絶対距離）が算出される。具体的には、制御部３１２は、検出部３１１ａ乃至３１１ｅの検出結果、及び、測定装置１００ａ及び１００ｂの測定結果に基づいて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い、絶対距離を算出する。
【００７２】
このように、本実施形態の干渉計３００は、複数の周波数走査光源を用いることで、各周波数走査光源の周波数走査範囲が小さくても、参照面３０８と被検面３０９との間の絶対距離を広い範囲で計測することができる。その際、干渉計３００は、複数の周波数走査光源のそれぞれから射出される光の周波数（周波数走査時の周波数）を短時間で高精度に測定する測定装置１００ａ及び１００ｂを含んでいるため、高精度、且つ、高速な測長を実現することができる。
【００７３】
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。
【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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