特許 6983374 測定装置及び測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6983374

(24)【登録日】2021年11月26日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】測定装置及び測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20211206BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20211206BHJP

   G01B 9/02 20060101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/06 G

   G01B11/00 G

   G01B9/02

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-226121(P2016-226121)

(22)【出願日】2016年11月21日

(65)【公開番号】特開2018-84434(P2018-84434A)

(43)【公開日】2018年5月31日

【審査請求日】2019年10月1日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】林 恭平

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１３９５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１１７８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２００５／０１１１４８（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｂ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物までの距離と前記測定対象物の厚みとを同時に測定する測定装置において、
波長掃引光を出射する波長掃引光源と、
前記測定対象物とは異なる位置に設けられており、前記波長掃引光源から出射された前記波長掃引光の一部を参照光とする参照光生成部と、
前記波長掃引光源から出射され且つ前記一部とは異なる前記波長掃引光を、前記測定対象物の第１面に向けて出射する光出射部と、
前記参照光生成部にて生成された前記参照光と、前記光出射部からの前記波長掃引光の出射により、前記測定対象物の前記第１面で反射された前記波長掃引光の第１反射光と、前記測定対象物を透過して前記測定対象物の前記第１面とは反対側の第２面で反射された前記波長掃引光の第２反射光と、の干渉信号を検出する信号検出部と、
前記第１反射光及び前記参照光の干渉信号成分を第１干渉信号成分とし、前記第１干渉信号成分のピーク周波数を第１ピーク周波数とした場合、前記信号検出部が検出した前記干渉信号から前記第１ピーク周波数を検出し、前記第１ピーク周波数から前記第１面までの距離を検出する距離検出部と、
前記第２反射光及び前記参照光の干渉信号成分を第２干渉信号成分とし、前記第１反射光及び前記第２反射光の干渉信号成分を第３干渉信号成分とした場合、前記信号検出部が検出した前記干渉信号の前記第１干渉信号成分及び前記第２干渉信号成分に基づき、前記第３干渉信号成分と等価な等価干渉信号成分を生成する信号生成部と、
前記第２干渉信号成分のピーク周波数を第２ピーク周波数とした場合、前記信号生成部が生成した前記等価干渉信号成分から、前記第１ピーク周波数と前記第２ピーク周波数との差を示す差周波数を検出し、前記差周波数に基づき前記測定対象物の前記第１面と前記第２面との間の厚みを検出する厚み検出部と、
を備え、
前記信号生成部は、
前記干渉信号から、少なくとも前記第１ピーク周波数よりも低い周波数領域に含まれる前記第３干渉信号成分及びノイズの信号ピークを除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理部により前記フィルタ処理された前記干渉信号を二乗演算処理して、前記等価干渉信号成分を生成する二乗演算部と、を備え、
前記厚み検出部は、前記二乗演算部により二乗された前記干渉信号を周波数解析して、前記差周波数を検出する測定装置。

【請求項2】

前記参照光生成部は、前記波長掃引光の前記一部を反射して前記参照光とする参照面である請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記波長掃引光源から出射された前記波長掃引光を、前記光出射部に入力する光ファイバーケーブルを備え、
前記光出射部は、前記光ファイバーケーブルの前記波長掃引光を出射する出射端側に接続されたセンサヘッドであって、前記波長掃引光を前記第１面に向けて出射し、且つ前記第１面で反射された前記第１反射光と前記第２面で反射された前記第２反射光とが入射するセンサヘッドであり、
前記参照面は、前記光ファイバーケーブルの前記出射端側の端面である請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記光出射部は、前記波長掃引光源から出射された前記波長掃引光を光分割して前記第１面と前記参照面とに向けてそれぞれ出射し、且つ前記第１面で反射された前記第１反射光と、前記第２面で反射された前記第２反射光と、前記参照面で反射された前記参照光とがそれぞれ入射する光分割部である請求項２に記載の測定装置。

【請求項5】

測定対象物までの距離と前記測定対象物の厚みとを同時に測定する測定方法において、
前記測定対象物とは異なる位置において、波長掃引光源から出射された波長掃引光の一部を参照光とする参照光生成ステップと、
前記波長掃引光源から出射され且つ前記一部とは異なる前記波長掃引光を、前記測定対象物の第１面に向けて出射する光出射ステップと、
前記参照光生成ステップにて生成された前記参照光と、前記光出射ステップでの前記波長掃引光の出射により、前記測定対象物の前記第１面で反射された前記波長掃引光の第１反射光と、前記測定対象物を透過して前記測定対象物の前記第１面とは反対側の第２面で反射された前記波長掃引光の第２反射光と、の干渉信号を検出する信号検出ステップと、
前記第１反射光及び前記参照光の干渉信号成分を第１干渉信号成分とし、前記第１干渉信号成分のピーク周波数を第１ピーク周波数とした場合、前記信号検出ステップで検出した前記干渉信号から前記第１ピーク周波数を検出し、前記第１ピーク周波数から前記第１面までの距離を検出する距離検出ステップと、
前記第２反射光及び前記参照光の干渉信号成分を第２干渉信号成分とし、前記第１反射光及び前記第２反射光の干渉信号成分を第３干渉信号成分とした場合、前記信号検出ステップで検出した前記干渉信号の前記第１干渉信号成分及び前記第２干渉信号成分に基づき、前記第３干渉信号成分と等価な等価干渉信号成分を生成する信号生成ステップと、
前記第２干渉信号成分のピーク周波数を第２ピーク周波数とした場合、前記信号生成ステップにて生成した前記等価干渉信号成分から、前記第１ピーク周波数と前記第２ピーク周波数との差を示す差周波数を検出し、前記差周波数に基づき前記測定対象物の前記第１面と前記第２面との間の厚みを検出する厚み検出ステップと、
を有し、
前記信号生成ステップは、
前記干渉信号から、少なくとも前記第１ピーク周波数よりも低い周波数領域に含まれる前記第３干渉信号成分及びノイズの信号ピークを除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理ステップと、
前記フィルタ処理ステップで前記フィルタ処理された前記干渉信号を二乗演算処理して、前記等価干渉信号成分を生成する二乗演算ステップと、を備え、
前記厚み検出ステップは、前記二乗演算ステップで二乗された前記干渉信号を周波数解析して、前記差周波数を検出する測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物までの距離と測定対象物の厚みとを同時に測定する測定装置及び測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

非接触で測定対象物の厚みを測定する方法として、分光エリプソメトリ法と、分光干渉法とが知られている。分光エリプソメトリ法は、入射光と反射光との偏光状態の変化から、測定対象物の厚み等を測定する方法であり、５μｍ以下の厚みを測定可能で且つ測定対象物の屈折率が未知でも厚みが測定可能というメリットを有する一方、測定作業が煩雑になり且つセンサヘッドが大きくインライン測定に不向きというデメリットを有する。また、分光干渉法は、測定対象物の表裏面（境界面）からの多重反射光を干渉させ、その分光特性（位相差）に基づき測定対象物の厚みを測定する方法であり、センサヘッドが小型でインライン測定に向くというメリットを有する一方、測定可能な厚みの上限が１．０ｍｍ程度であるというデメリットを有する。

【0003】

そして、分光エリプソメトリ法及び分光干渉法の双方共に、センサヘッドから測定対象物までの距離、すなわち、この距離の変化に相当する測定対象物の変位を同時に測定することができないというデメリットをさらに有している。

【0004】

一方、非接触で測定対象物の変位（距離）を測定する方法としては、波長を変化させながら光（波長掃引光）を出射する波長掃引光源を用いて測定を行う方法が知られている。この方法では、測定対象物とは異なる位置に配置された参照面で反射された波長掃引光である参照光と、測定対象物のセンサヘッドに対向する側の第１面で反射された波長掃引光の反射光との干渉信号を検出し、この干渉信号を周波数解析（フーリエ変換）して信号強度が最大となるピーク周波数を検出した結果に基づき、測定対象物の変位（距離）を検出することができる。

【0005】

また、波長掃引光源を用いる測定方法では、測定対象物の第１面を参照面に設定して測定を行うことで、上述の分光エリプソメトリ法及び分光干渉法と同様に、非接触で測定対象物の厚みを測定することができる（特許文献１及び２参照）。具体的には、第１面で反射した反射光と測定対象物の第１面とは反対側の第２面で反射した反射光との干渉信号を検出し、この干渉信号を周波数解析（フーリエ変換）して信号強度が最大となるピーク周波数を検出した結果に基づき第１面と第２面との間の厚みを測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１−２５０９号公報

【特許文献2】特開２０１３−９６８５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、分光エリプソメトリ法及び分光干渉法を採用した場合、並びに、波長掃引光源を用いる測定方法において参照面を測定対象物の第１面に設定した場合には、測定対象物の厚みの測定は可能であるが、測定対象物の変位を同時に検出することができない。

【0008】

一方、波長掃引光源を用いる測定方法において参照面を測定対象物とは異なる位置に設定した場合には、測定対象物の第１面で反射した反射光と、第２面で反射した反射光と、参照面で反射した参照光との干渉信号を検出することで、測定対象物の変位の測定と同時に、測定対象物の厚みを測定することができる。

【0009】

図１１は、波長掃引光源を用いる測定方法において、参照面を測定対象物とは異なる位置に設定した場合に得られる干渉信号を周波数解析した結果（周波数スペクトル）の一例を示した説明図である。ここでは測定対象物として、厚み２００μｍのシリコンウェハ（波長λ＝１．５３２μｍに対して屈折率３．４７８４、温度係数１．８×１０^−５）を用いている。

【0010】

図１１に示すように、干渉信号を周波数解析した場合、測定対象物の第１面で反射された反射光と参照光との干渉信号成分の信号ピークＰ１と、測定対象物の第２面で反射された反射光と参照光との干渉信号成分の信号ピークＰ２と、第１面で反射された反射光と第２面で反射された反射光との干渉信号成分の信号ピークＰ３と、が検出される。

【0011】

信号ピークＰ１の周波数は、第１面で反射された反射光と参照光との光路長差に対応して検出される第１ピーク周波数ｆ_１であり、前述の第１面までの距離、すなわち測定対象物の距離（変位）を示す。また、信号ピークＰ２の周波数は、第２面で反射された反射光と参照光との光路長差に対応して検出される第２ピーク周波数ｆ_２であり、前述の第２面までの距離を示す。さらに信号ピークＰ３の周波数は、第１面で反射された反射光と第２面で反射された反射光との光路長差、すなわち測定対象物の第１面と第２面との厚みに対応して検出される第３ピーク周波数ｆ_３である。従って、第３ピーク周波数ｆ_３を検出することで、測定対象物の厚みを測定することが考えられる。

【0012】

しかしながら、信号ピークＰ３の周辺には、センサヘッド内のレンズ等で反射した波長掃引光の反射光（不要な反射光）に起因するノイズピークＮＰが発生する。そして、特に測定対象物の厚みが薄くなるほどノイズピークの数が増加するため、第３ピーク周波数ｆ_３の検出精度が低下し、その結果、測定対象物の厚みの測定精度が低下する。

【0013】

これに対して、例えば信号ピークＰ１及び信号ピークＰ２にそれぞれ対応する各ピーク周波数ｆ_１，ｆ_２の差である差周波数ΔＦ（ΔＦ＝ｆ_１−ｆ_２）に基づき、第１面及び第２面でそれぞれ反射された反射光の光路長差に相当する測定対象物の厚みを測定することも考えられる。

【0014】

図１２は、信号ピークＰ１及び信号ピークＰ２の差周波数ΔＦに基づき、測定対象物としてシリコンウェハ（Ｓｉウェハ）の厚みを測定する場合の課題を説明するための説明図である。ここで、図１２の上段は、厚み３３．６μｍのシリコンウェハの周波数解析結果であり、図１２の下段は、厚み１１．７μｍのシリコンウェハの周波数解析結果である。

【0015】

図１２の上段に示すように、測定対象物の厚みが薄くなるほど信号ピークＰ１と信号ピークＰ２とが互いに干渉し合うため、第１ピーク周波数ｆ_１と第２ピーク周波数ｆ_２とを精度よく検出できなくなる。そして、図１２の下段に示すように、測定対象物の厚みがさらに薄くなると信号ピークＰ１と信号ピークＰ２との弁別が不可能になったりする。このため、測定対象物の厚みの測定精度が低下する。

【0016】

このように波長掃引光源を用いた測定において、参照面を測定対象物とは異なる位置に設定した場合には、測定対象物の変位（距離）及び厚みの同時測定は可能であるものの、測定対象物の厚みの測定精度が低下するという問題が発生する。

【0017】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物までの距離と測定対象物の厚みとを同時に測定する場合に、測定対象物の厚みを精度良く測定することができる測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明の目的を達成するための測定装置は、測定対象物までの距離と測定対象物の厚みとを同時に測定する測定装置において、波長掃引光を出射する波長掃引光源と、測定対象物とは異なる位置に設けられており、波長掃引光源から出射された波長掃引光の一部を参照光とする参照光生成部と、波長掃引光源から出射され且つ一部とは異なる波長掃引光を、測定対象物の第１面に向けて出射する光出射部と、参照光生成部にて生成された参照光と、光出射部からの波長掃引光の出射により、測定対象物の第１面で反射された波長掃引光の第１反射光と、測定対象物を透過して測定対象物の第１面とは反対側の第２面で反射された波長掃引光の第２反射光と、の干渉信号を検出する信号検出部と、第１反射光及び参照光の干渉信号成分を第１干渉信号成分とし、第１干渉信号成分のピーク周波数を第１ピーク周波数とした場合、信号検出部が検出した干渉信号から第１ピーク周波数を検出し、第１ピーク周波数から第１面までの距離を検出する距離検出部と、第２反射光及び参照光の干渉信号成分を第２干渉信号成分とし、第１反射光及び第２反射光の干渉信号成分を第３干渉信号成分とした場合、信号検出部が検出した干渉信号の第１干渉信号成分及び第２干渉信号成分に基づき、第３干渉信号成分と等価な等価干渉信号成分を生成する信号生成部と、第２干渉信号成分のピーク周波数を第２ピーク周波数とした場合、信号生成部が生成した等価干渉信号成分から、第１ピーク周波数と第２ピーク周波数との差を示す差周波数を検出し、差周波数に基づき測定対象物の第１面と第２面との間の厚みを検出する厚み検出部と、を備える。

【0019】

この測定装置によれば、干渉信号の第１干渉信号成分及び第２干渉信号成分に基づき第３干渉信号成分と等価な等価干渉信号成分を生成し、この等価干渉信号成分から検出した差周波数に基づき測定対象物の厚みを検出するため、測定対象物の厚みを高精度に測定することができる。

【0020】

本発明の他の態様に係る測定装置において、信号生成部は、干渉信号から、少なくとも第１ピーク周波数よりも低い周波数領域に含まれる信号ピークを除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、フィルタ処理部によりフィルタ処理された干渉信号を二乗演算処理して、等価干渉信号成分を生成する二乗演算部と、を備え、厚み検出部は、二乗演算部により二乗された干渉信号を周波数解析して、差周波数を検出する。これにより、第１干渉信号成分及び第２干渉信号成分に基づき、第３干渉信号成分と等価な等価干渉信号成分を生成することができる。

【0021】

本発明の他の態様に係る測定装置において、参照光生成部は、波長掃引光の一部を反射して参照光とする参照面である。これにより、測定対象物とは異なる位置で参照光を生成することができるので、距離及び厚みの測定に必要な干渉信号の検出が可能となる。

【0022】

本発明の他の態様に係る測定装置において、波長掃引光源から出射された波長掃引光を、光出射部に入力する光ファイバーケーブルを備え、光出射部は、光ファイバーケーブルの波長掃引光を出射する出射端側に接続されたセンサヘッドであって、波長掃引光を第１面に向けて出射し、且つ第１面で反射された第１反射光と第２面で反射された第２反射光とが入射するセンサヘッドであり、参照面は、光ファイバーケーブルの出射端側の端面である。これにより、測定対象物とは異なる位置で参照光を生成することができるので、距離及び厚みの測定に必要な干渉信号の検出が可能となる。

【0023】

本発明の他の態様に係る測定装置において、光出射部は、波長掃引光源から出射された波長掃引光を光分割して第１面と参照面とに向けてそれぞれ出射し、且つ第１面で反射された第１反射光と、第２面で反射された第２反射光と、参照面で反射された参照光とがそれぞれ入射する光分割部である。これにより、測定対象物とは異なる位置で参照光を生成することができるので、距離及び厚みの測定に必要な干渉信号の検出が可能となる。

【0024】

本発明の目的を達成するための測定方法は、測定対象物までの距離と測定対象物の厚みとを同時に測定する測定方法において、測定対象物とは異なる位置において、波長掃引光源から出射された波長掃引光の一部を参照光とする参照光生成ステップと、波長掃引光源から出射され且つ一部とは異なる波長掃引光を、測定対象物の第１面に向けて出射する光出射ステップと、参照光生成ステップにて生成された参照光と、光出射ステップでの波長掃引光の出射により、測定対象物の第１面で反射された波長掃引光の第１反射光と、測定対象物を透過して測定対象物の第１面とは反対側の第２面で反射された波長掃引光の第２反射光と、の干渉信号を検出する信号検出ステップと、第１反射光及び参照光の干渉信号成分を第１干渉信号成分とし、第１干渉信号成分のピーク周波数を第１ピーク周波数とした場合、信号検出ステップで検出した干渉信号から第１ピーク周波数を検出し、第１ピーク周波数から第１面までの距離を検出する距離検出ステップと、第２反射光及び参照光の干渉信号成分を第２干渉信号成分とし、第１反射光及び第２反射光の干渉信号成分を第３干渉信号成分とした場合、信号検出ステップで検出した干渉信号の第１干渉信号成分及び第２干渉信号成分に基づき、第３干渉信号成分と等価な等価干渉信号成分を生成する信号生成ステップと、第２干渉信号成分のピーク周波数を第２ピーク周波数とした場合、信号生成ステップにて生成した等価干渉信号成分から、第１ピーク周波数と第２ピーク周波数との差を示す差周波数を検出し、差周波数に基づき測定対象物の第１面と第２面との間の厚みを検出する厚み検出ステップと、を有する。

【発明の効果】

【0025】

本発明の測定装置及び測定方法は、測定対象物までの距離と測定対象物の厚みとを同時に測定する場合に、測定対象物の厚みを精度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】波長掃引光を用いて非接触で測定対象物の変位（距離）と厚みとを同時に測定する測定装置の概略図である。

【図2】波長掃引光源から出射される波長掃引光の波長の時間変化の一例を示したグラフである。

【図3】センサヘッドの拡大図である。

【図4】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】干渉信号の周波数解析結果（周波数スペクトル）の一例を示したグラフである。

【図6】干渉信号に対するフィルタ処理部による信号処理と二乗演算部による信号処理とを説明するための説明図である。

【図7】厚み検出部による厚み検出の処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】厚み検出部によるローパスフィルタ処理を説明するための説明図である。

【図9】測定装置による測定対象物の変位（距離）及び厚みの同時測定処理の流れを示すフローチャートである。

【図10】他実施形態の測定装置の一例を示した概略図である。

【図11】波長掃引光源を用いる測定方法において、参照面を測定対象物とは異なる位置に設定した場合に得られる干渉信号を周波数解析した結果（周波数スペクトル）の一例を示した説明図である。

【図12】信号ピークＰ１及び信号ピークＰ２の差周波数ΔＦに基づき、測定対象物としてシリコンウェハの厚みを測定する場合の課題を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

［測定装置の構成］
図１は、波長掃引光Ｌを用いて非接触で測定対象物９の変位（距離Ｄ）と厚みＴＨとを同時に測定（計測）する測定装置１０の概略図である。なお、測定対象物９の変位とは、主として図中の矢印Ａ方向（後述の波長掃引光Ｌの出射方向）の変位であり、ここでは測定対象物９の振動も含まれる。また、測定対象物９の距離Ｄとは、測定装置１０［本実施形態では後述の端面１９（参照面）］から測定対象物９（第１面９ａ）までの距離である。さらに、測定対象物９の厚みＴＨとは、本実施形態では測定対象物９の第１面９ａと第２面９ｂとの間隔（長さ）である。

【0028】

図１に示すように、測定装置１０は、波長掃引光源１２と、ファイバーサーキュレータ１３（光サーキュレータともいう）と、センサヘッド１４と、これら各部を接続する光経路である光ファイバーケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと、光検出器１７と、制御装置１８と、を備える。

【0029】

波長掃引光源１２は、光ファイバーケーブル１６Ａを介してファイバーサーキュレータ１３と接続している。波長掃引光源１２は、時間の経過と共に、一定の波長掃引周期（一定の波長掃引周波数）且つ一定波長帯で波長を正弦波状に変化させながら、光ファイバーケーブル１６Ａを介してファイバーサーキュレータ１３へ波長掃引光Ｌを出射する。

【0030】

図２は、波長掃引光源１２から出射される波長掃引光Ｌの波長の時間変化の一例を示したグラフである。ここで、図２のグラフの横軸は時刻（経過時間）であり、縦軸は波長掃引光源１２から射出される波長掃引光Ｌの時刻毎の波長λ（ｎｍ）である。図２に示すように、波長掃引光源１２は、例えば、約０．７ｍｓｅｃの波長掃引周期毎に１５４０±５０（ｎｍ）の波長帯で波長が正弦波（Ｓｉｎ波）状に変化する波長掃引光Ｌを出射する。

【0031】

図１に戻って、ファイバーサーキュレータ１３は、既述の光ファイバーケーブル１６Ａを介して波長掃引光源１２に接続している他、光ファイバーケーブル１６Ｂを介してセンサヘッド１４と接続し、さらに光ファイバーケーブル１６Ｃを介して光検出器１７と接続している。

【0032】

ファイバーサーキュレータ１３は、例えば非往復方式且つ１方向型デバイスであって３つのポートを有しており、光ファイバーケーブル１６Ａを介して波長掃引光源１２から入力された波長掃引光Ｌを光ファイバーケーブル１６Ｂへ出力する。これにより、波長掃引光源１２からの波長掃引光Ｌが、光ファイバーケーブル１６Ｂを介してセンサヘッド１４に入力される。また、ファイバーサーキュレータ１３は、光ファイバーケーブル１６Ｂを介して後述の干渉信号ＳＧを光ファイバーケーブル１６Ｃへ出力する。これにより、干渉信号ＳＧが、光ファイバーケーブル１６Ｃを介して光検出器１７に入力される。

【0033】

図３は、センサヘッド１４の拡大図である。図３に示すように、センサヘッド１４は、本発明の光出射部及び参照光生成部に相当するものであり、測定対象物９の第１面９ａに対向する位置に配置されている。なお、センサヘッド１４に対する光ファイバーケーブル１６Ｂの接続構造は図３に示した例に限定されるものではなく、公知の接続構造を採用することができる。

【0034】

センサヘッド１４は、ファイバーサーキュレータ１３から光ファイバーケーブル１６Ｂを介して入力された波長掃引光Ｌを測定対象物９の第１面９ａに向けて出射する。これにより、センサヘッド１４から出射された波長掃引光Ｌの一部が第１面９ａにて反射され、第１反射光Ｒ１としてセンサヘッド１４に入射する。また、第１面９ａから測定対象物９を透過した波長掃引光Ｌの一部が第１面９ａとは反対側の第２面９ｂで反射され、第２反射光Ｒ２としてセンサヘッド１４に入射する。そして、第１反射光Ｒ１及び第２反射光Ｒ２は、センサヘッド１４から光ファイバーケーブル１６Ｂに入力される。

【0035】

光ファイバーケーブル１６Ｂのセンサヘッド１４に接続される側の端面１９、すなわち、波長掃引光Ｌをセンサヘッド１４へ出射する出射端側の端面１９は、波長掃引光Ｌの一部をファイバーサーキュレータ１３に向けて反射する参照面として機能する。これにより、波長掃引光Ｌの一部が端面１９（参照面）でファイバーサーキュレータ１３に向けて反射されて、参照光Ｒ３となる。このため、光ファイバーケーブル１６Ｂにおいて第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２と参照光Ｒ３とが互いに干渉し、第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２と参照光Ｒ３との干渉信号ＳＧ（干渉光）がファイバーサーキュレータ１３に入力される。

【0036】

干渉信号ＳＧには、第１反射光Ｒ１及び参照光Ｒ３の干渉信号成分である第１干渉信号成分ｓｇ１と、第２反射光Ｒ２及び参照光Ｒ３の干渉信号成分である第２干渉信号成分ｓｇ２と、第１反射光Ｒ１及び第２反射光Ｒ２の干渉信号成分である第３干渉信号成分ｓｇ３と、が含まれる。なお、干渉信号ＳＧには、センサヘッド１４内の不図示のレンズによる不要反射によって発生するノイズ光ＲＮも含まれている。そして、干渉信号ＳＧは、ファイバーサーキュレータ１３及び光ファイバーケーブル１６Ｃを介して光検出器１７に入力される。

【0037】

図１に戻って、光検出器１７は、本発明の信号検出部に相当するものであり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）型又はＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型のイメージセンサ、或いはシリコンフォトダイオードが用いられる。光検出器１７は、ファイバーサーキュレータ１３から光ファイバーケーブル１６Ｃを介して入力（入射）された干渉信号ＳＧを電気信号に変換及び増幅して制御装置１８へ出力する。

【0038】

制御装置１８は、例えばパーソナルコンピュータ等の演算処理装置であり、波長掃引光源１２及び光検出器１７などの測定装置１０の各部の動作を制御する。また、制御装置１８は、光検出器１７から入力された干渉信号ＳＧを解析して、測定対象物９の変位（距離Ｄ）と厚みＴＨとをそれぞれ同時に測定（演算）する。

【0039】

［制御装置の構成］
図４は、制御装置１８の構成を示すブロック図である。図４に示すように、制御装置１８は、制御部２１と表示部２２と記憶部２３とを備えている。制御部２１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）或いはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を含む各種の演算部と処理部とメモリ等により構成されている。この制御部２１は、メモリ等から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、測定制御部２５と、干渉信号取得部２６と、第１測定部２７と、第２測定部２８として機能する。

【0040】

測定制御部２５は、波長掃引光源１２による波長掃引光Ｌの出射、及び光検出器１７による干渉信号ＳＧの出力などを制御する。干渉信号取得部２６は、光検出器１７から図示しない信号入力インターフェースを介して干渉信号ＳＧを取得し、この干渉信号ＳＧを第１測定部２７と第２測定部２８とへそれぞれ出力する。

【0041】

＜第１測定部による測定対象物の変位測定＞
第１測定部２７は、干渉信号取得部２６から入力された干渉信号ＳＧを解析して、測定対象物９の変位（距離Ｄ）を測定する。この第１測定部２７は、周波数解析部３０及び距離検出部３１として機能する。

【0042】

周波数解析部３０は、干渉信号取得部２６から入力された干渉信号ＳＧに対して、フーリエ変換（Fast Fourier Transform：FFT）による周波数解析を行う。

【0043】

図５は、干渉信号ＳＧの周波数解析結果（周波数スペクトル）の一例を示したグラフであって、且つ既述の図１１に示したグラフを簡略化したものである。図５に示すように、干渉信号ＳＧの周波数解析結果（周波数スペクトル）には、第１干渉信号成分ｓｇ１の信号ピークＰ１、第２干渉信号成分ｓｇ２の信号ピークＰ２、第３干渉信号成分ｓｇ３の信号ピークＰ３、及び前述のノイズ光ＲＮに起因するノイズピークＮＰが含まれる。

【0044】

信号ピークＰ１は、第１面９ａで反射した第１反射光Ｒ１と参照光Ｒ３との光路長差に対応して検出される。信号ピークＰ２は、第２面９ｂで反射した第２反射光Ｒ２と参照光Ｒ３との光路長差に対応して検出される。信号ピークＰ３は、第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２との光路長差に対応して検出される。そして、周波数解析部３０は、干渉信号ＳＧの周波数解析結果を距離検出部３１へ出力する。

【0045】

図４に戻って、距離検出部３１は、周波数解析部３０から入力された干渉信号ＳＧの周波数解析結果に基づき、この周波数解析結果から信号ピークＰ１に対応する第１ピーク周波数ｆ_１を検出する。この第１ピーク周波数ｆ_１と、第１反射光Ｒ１及び参照光Ｒ３の光路長差との間には相関関係があるので（特開２０１６−２２４０８６号公報参照）、この相関関係を事前に求めておくことにより、第１ピーク周波数ｆ_１から光路長差が得られる。また、参照光Ｒ３の光路長は既知であるため、距離検出部３１は、得られた光路長差から前述の距離Ｄを検出することができる。なお、この距離Ｄ（図１参照）を基に、例えばセンサヘッド１４の先端面等の任意の基準面から第１面９ａまでの距離を算出してもよい。

【0046】

以上のように、周波数解析部３０は、光検出器１７から干渉信号取得部２６を介して時間的に連続して入力される干渉信号ＳＧを順次に周波数解析し、周波数解析結果を距離検出部３１へ順次に出力する。また、距離検出部３１は、周波数解析部３０より順次入力される各周波数解析結果からそれぞれ距離Ｄを検出する。ここで、測定対象物９の変位により、各周波数解析結果からそれぞれ検出される信号ピークＰ１の第１ピーク周波数ｆ_１の周波数位置が変化し、この変化に伴って第１ピーク周波数ｆ_１から求められる距離Ｄも変動する。これにより、測定対象物９の変位を測定することができる。

【0047】

第１測定部２７は、測定対象物９の変位（距離Ｄ）の測定結果を表示部２２と記憶部２３とにそれぞれ出力する。

【0048】

＜第２測定部による測定対象物の変位測定＞
第２測定部２８は、前述の第１測定部２７による測定対象物９の変位測定と同時に、干渉信号取得部２６から入力された干渉信号ＳＧを解析して、測定対象物９の厚みＴＨを測定する。具体的に第２測定部２８は、既述の図５及び図１１〜図１２で説明したノイズピークＮＰに起因する信号ピークＰ３の検出精度の低下、及び測定対象物９の薄型化による信号ピークＰ１及び信号ピークＰ２の差周波数ΔＦの検出精度の低下又は検出不能という問題を解決するため、下記のアルゴリズムを用いて干渉信号ＳＧから差周波数ΔＦを検出する。

【0049】

第２測定部２８は、フィルタ処理部３３と、二乗演算部３４と、周波数解析部３５と、厚み検出部３６として機能する。ここで、フィルタ処理部３３と及び二乗演算部３４は、本発明の信号生成部を構成する。

【0050】

図６は、干渉信号ＳＧに対するフィルタ処理部３３による信号処理と二乗演算部３４による信号処理とを説明するための説明図である。なお、フィルタ処理部３３及び二乗演算部３４の各々による信号処理は、実際には時間領域で行われるが、ここでは各信号処理の理解を容易にするため周波数領域で説明する。

【0051】

図６の上段及び中段に示すように、フィルタ処理部３３は、干渉信号取得部２６から入力された干渉信号ＳＧに対して、少なくとも第１ピーク周波数ｆ_１よりも低い周波数領域に含まれる信号ピークを除去するフィルタ処理を行う。本実施形態のフィルタ処理部３３は、フィルタ処理として、第１ピーク周波数ｆ_１よりも低い周波数領域に含まれる信号ピークと、第２ピーク周波数ｆ_２よりも高い周波数領域に含まれる信号ピークとを除去するバンドパスフィルタ処理を行うバンドパスフィルタである。

【0052】

ここでいう「第１ピーク周波数ｆ_１よりも低い周波数領域」とは、厳密に第１ピーク周波数ｆ_１よりも低い領域に限られず、第１ピーク周波数ｆ_１の近傍の周波数を含む周波数領域よりも低い周波数領域を指す。また、「第２ピーク周波数ｆ_２よりも高い周波数領域」についても、第２ピーク周波数ｆ_２の近傍の周波数を含む周波数領域よりも高い周波数領域を指す。

【0053】

バンドパスフィルタ処理により、干渉信号ＳＧに含まれる信号ピークＰ３及びその周辺の周波数領域に存在するノイズピークＮＰが除去される。そして、フィルタ処理部３３は、バンドパスフィルタ処理後の干渉信号ＳＧを二乗演算部３４へ出力する。

【0054】

なお、フィルタ処理部３３（バンドパスフィルタ）としては、例えば干渉信号ＳＧの中で除去する周波数領域（透過を許容する周波数領域）を可変可能な可変フィルタが用いられる。この場合、フィルタ処理部３３は、例えば、前述の周波数解析部３０による周波数解析結果を参照して、第１ピーク周波数ｆ_１及び第２ピーク周波数ｆ_２を判別し、この判別結果に基づき、干渉信号ＳＧの中で除去する周波数領域を決定する。

【0055】

また、フィルタ処理部３３（バンドパスフィルタ）は、除去する周波数領域が固定式のものであってもよい。この場合には、第１ピーク周波数ｆ_１及び第２ピーク周波数ｆ_２を含む周波数領域の信号が透過し、且つ信号ピークＰ３及びその周辺のノイズピークＮＰを含む周波数領域の信号が除去されるように、除去する周波数領域を実験又はシミュレーションで決定する。

【0056】

図６の下段に示すように、二乗演算部３４は、バンドパスフィルタ処理された干渉信号ＳＧに対して二乗演算処理を施す。これにより、下記の［数１］式に示すような公知の三角関数の公式によって、第１ピーク周波数ｆ_１及び第２ピーク周波数ｆ_２の差（周波数差：ｆ_１−ｆ_２）に相当するピーク周波数を有する干渉信号と、両者の和（周波数和：ｆ_１＋ｆ_２）に相当するピーク周波数を有する干渉信号とが形成される。その結果、第１干渉信号成分ｓｇ１と第２干渉信号成分ｓｇ２とに基づいて、前述の第３干渉信号成分ｓｇ３と等価な等価干渉信号成分ｓｇ４が生成される。

【0057】

【数1】

【0058】

等価干渉信号成分ｓｇ４の信号ピークを信号ピークＰ４とし、この信号ピークＰ４に対応するピーク周波数を第４ピーク周波数ｆ_４とした場合、この第４ピーク周波数ｆ_４は、前述の第３ピーク周波数ｆ_３と等価である。このため、第４ピーク周波数ｆ_４は、前述の第３ピーク周波数ｆ_３と同様に差周波数ΔＦ（＝ｆ_１−ｆ_２）に相当し、測定対象物９の厚みＴＨを示す。

【0059】

このように、二乗演算部３４によって干渉信号ＳＧに対し二乗演算処理を施すことにより、二乗演算処理後の干渉信号ＳＧの周波数解析結果から差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）が検出可能となる。この際に、前述のバンドパスフィルタ処理によりノイズピークＮＰは除去されているため、差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）を高精度で検出することができる。そして、二乗演算部３４は、二乗演算処理を施した干渉信号ＳＧを周波数解析部３５（図４参照）へ出力する。

【0060】

なお、二乗演算部３４は、後述の厚み検出部３６からのリクエストに応じて、二乗演算処理を施した干渉信号ＳＧ（時間領域）を厚み検出部３６へ出力する。

【0061】

図４に戻って、周波数解析部３５は、二乗演算部３４から入力された二乗変換処理後の干渉信号ＳＧ（時間領域）を周波数解析（フーリエ変換）する。これにより、既述の図６の下段に示したような二乗変換処理後の干渉信号ＳＧの周波数解析結果が得られる。そして、周波数解析部３５は、干渉信号ＳＧの周波数解析結果を厚み検出部３６へ出力する。

【0062】

厚み検出部３６は、周波数解析部３５より入力された干渉信号ＳＧの周波数解析結果から、差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）を検出し、この差周波数ΔＦに基づき測定対象物９の厚みＴＨを検出する。この際に、厚み検出部３６は、下記のように差周波数ΔＦの大きさによって異なる方法で厚みＴＨの検出を行う。

【0063】

（厚み検出部による厚み検出）
図７は、厚み検出部３６による厚み検出の処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、厚み検出部３６は、差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）が予め定めた基準周波数以上である場合、すなわち測定対象物９の厚みＴＨが十分に厚い場合、公知の周波数領域での厚み検出を行う（ステップＳ１でＹＥＳ、ステップＳ２）。

【0064】

例えばステップＳ２では、差周波数ΔＦと、第１反射光Ｒ１及び第２反射光Ｒ２の光路長差との間には相関関係があるため、この相関関係を事前に求めておくことで、厚み検出部３６は差周波数ΔＦから光路長差を検出して、この検出結果に基づき測定対象物９の厚みＴＨを検出する。

【0065】

一方、厚み検出部３６は、差周波数ΔＦが予め定めた基準周波数未満である場合、二乗演算部３４に対して「二乗演算処理を施した干渉信号ＳＧ（時間領域）」のリクエストを行って、二乗演算部３４から干渉信号ＳＧ（時間領域）を取得する（ステップＳ１でＮＯ、ステップＳ３）。次いで、厚み検出部３６は、二乗演算部３４から取得した干渉信号ＳＧに対してローパスフィルタ処理を施す（ステップＳ４）。

【0066】

図８は、厚み検出部３６によるローパスフィルタ処理を説明するための説明図である。なお、ローパスフィルタ処理は、実際には時間領域で行われるが、ここでは理解を容易にするためローパスフィルタ処理を周波数領域で説明する。

【0067】

図８に示すように、厚み検出部３６は、二乗演算部３４から取得した干渉信号ＳＧに対してローパスフィルタ処理を施すことにより、差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）よりも高い周波数領域に含まれる信号ピークを除去する。なお、ローパスフィルタ処理は、例えば、周波数解析部３５による周波数解析結果を参照して第４ピーク周波数ｆ_４を判別し、この判別結果に基づき、干渉信号ＳＧの中で除去する周波数領域を決定する可変フィルタ、或いは除去する周波数領域を実験又はシミュレーションで決定した固定式のフィルタを用いて行う。

【0068】

図７に戻って、厚み検出部３６は、ローパスフィルタ処理された干渉信号ＳＧに対して、カーブフィッティング法による解析を行って、測定対象物９の厚みＴＨを検出する（ステップＳ５）。具体的に厚み検出部３６は、ローパスフィルタ処理された干渉信号ＳＧ、すなわち、差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）に対応した干渉スペクトルと、予め求めた理論値（厚みに対応する波形データ）とを比較し、最小二乗法により最も誤差の少ない波形データを抽出して、この波形データの厚みを測定対象物９の厚みＴＨとして決定する。これにより、厚み検出部３６は、測定対象物９の厚みＴＨを検出することができる。

【0069】

図４に戻って、第２測定部２８は、光検出器１７から干渉信号取得部２６を介して時間的に連続して入力される干渉信号ＳＧに対して、バンドパスフィルタ処理、二乗演算処理、周波数解析処理、及び厚み検出処理を順次に行うことで、測定対象物９の厚みＴＨを測定（検出）する。そして、第２測定部２８は、測定対象物９の厚みＴＨの測定結果を表示部２２と記憶部２３とにそれぞれ出力する。

【0070】

表示部２２は、第１測定部２７及び第２測定部２８からそれぞれ入力された測定対象物９の変位（距離Ｄ）及び厚みＴＨの測定結果を表示する。また、記憶部２３は、第１測定部２７及び第２測定部２８からそれぞれ入力された測定対象物９の変位（距離Ｄ）及び厚みＴＨの測定結果を記憶する。

【0071】

［本実施形態の測定装置の作用］
次に、図９を用いて上記構成の測定装置１０による測定対象物９の変位（距離Ｄ）及び厚みＴＨの同時測定処理（本発明の測定方法）について説明を行う。なお、図９は、測定装置１０による測定対象物９の変位（距離Ｄ）及び厚みＴＨの同時測定処理の流れを示すフローチャートである。

【0072】

ユーザが測定対象物９を測定装置１０の所定の測定位置にセットした後、不図示の操作部にて測定開始操作を行うと、制御装置１８（制御部２１）の測定制御部２５が波長掃引光源１２及び光検出器１７を作動させる。これにより、波長掃引光源１２は、波長掃引光Ｌを出射する。また、光検出器１７は、干渉信号ＳＧの検出を開始する。

【0073】

波長掃引光源１２から出射された波長掃引光Ｌは、光ファイバーケーブル１６Ａ、ファイバーサーキュレータ１３、及び光ファイバーケーブル１６Ｂを介してセンサヘッド１４から測定対象物９の第１面９ａに向けて出射される（ステップＳ１、本発明の光出射ステップに相当）。これにより、測定対象物９の第１面９ａで反射された第１反射光Ｒ１と、第２面９ｂで反射された第２反射光Ｒ２とがセンサヘッド１４に入射し、さらにこのセンサヘッド１４から光ファイバーケーブル１６Ｂに入射する（ステップＳ２）。

【0074】

またこの際に、光ファイバーケーブル１６Ｂからセンサヘッド１４に入力される波長掃引光Ｌの一部が端面１９にて反射されることにより、参照光Ｒ３が生成される（本発明の参照光生成ステップに相当）。これにより、光ファイバーケーブル１６Ｂにおいて第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２と参照光Ｒ３とが互いに干渉し、各光の干渉信号ＳＧ（干渉光）がファイバーサーキュレータ１３に入力され、さらに光ファイバーケーブル１６Ｃを介して光検出器１７に入力される。

【0075】

光検出器１７は、前述の測定制御部２５の制御の下、光ファイバーケーブル１６Ｃから入力された干渉信号ＳＧを検出して電気信号に変換及び増幅した後、この干渉信号ＳＧを制御装置１８の干渉信号取得部２６へ出力する（ステップＳ３、本発明の信号検出ステップに相当）。そして、干渉信号取得部２６は、光検出器１７から入力された干渉信号ＳＧを第１測定部２７と第２測定部２８とにそれぞれ出力する。

【0076】

＜測定対象物の変位（距離）測定＞
干渉信号取得部２６から第１測定部２７に入力された干渉信号ＳＧは、既述の図５に示したように、第１測定部２７の周波数解析部３０により周波数解析され、この周波数解析結果が周波数解析部３０から距離検出部３１に入力される（ステップＳ４）。

【0077】

次いで、距離検出部３１は、周波数解析部３０から入力された干渉信号ＳＧの周波数解析結果から第１ピーク周波数ｆ_１を検出し、この検出結果から第１反射光Ｒ１及び参照光Ｒ３の光路長差を検出した結果に基づき、距離Ｄを検出する（ステップＳ５、本発明の距離検出ステップに相当）。これにより、測定対象物９の変位も検出することができる。そして、第１測定部２７は、距離検出部３１による距離Ｄの検出結果を、測定対象物９の変位（距離Ｄ）の測定結果として表示部２２と記憶部２３とにそれぞれ出力する。

【0078】

＜測定対象物の厚み測定＞
一方、干渉信号取得部２６から第２測定部２８に入力された干渉信号ＳＧに対しては、既述の図６に示したように、フィルタ処理部３３によるバンドパスフィルタ処理（ステップＳ６）と、二乗演算部３４による二乗演算処理（ステップＳ７、本発明の信号生成ステップに相当）とが順に施される。バンドパスフィルタ処理により、信号ピークＰ３の周辺に存在するノイズピークＮＰ（図６参照）が除去されるため、差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）の検出時にノイズピークＮＰが悪影響を及ぼすことが防止される。また、二乗演算処理により、既述の図６に示したように、第１干渉信号成分ｓｇ１及び第２干渉信号成分ｓｇ２から第３干渉信号成分ｓｇ３と等価な等価干渉信号成分ｓｇ４が生成されるため、差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）の検出が可能となる。

【0079】

二乗演算処理された干渉信号ＳＧは、周波数解析部３５により周波数解析され、この周波数解析結果が厚み検出部３６へ出力される（ステップＳ８）。

【0080】

そして、厚み検出部３６は、周波数解析部３５による周波数解析結果から差周波数ΔＦ（第４ピーク周波数ｆ_４）を検出する（ステップＳ９）。この際に、既述の通りノイズピークＮＰが既に除去されているため、差周波数ΔＦの検出を高精度に行うことができる。

【0081】

次いで、厚み検出部３６は、既述の図７及び図８で説明したように、差周波数ΔＦが基準周波数以上であるか否かに応じて、周波数領域での厚み検出とカーブフィッティング法を用いた厚み検出と選択的に行うことにより、測定対象物９の厚みＴＨを検出する（ステップＳ１０、本発明の厚み検出ステップ）。そして、第２測定部２８は、厚み検出部３６が検出した厚みＴＨを、測定対象物９の厚みＴＨの測定結果として表示部２２と記憶部２３とにそれぞれ出力する。

【0082】

以上で、測定対象物９の変位（距離Ｄ）及び厚みＴＨの同時測定が完了する。そして、第１測定部２７による測定対象物９の変位（距離Ｄ）の測定結果と、第２測定部２８による測定対象物９の厚みＴＨの測定結果とは、表示部２２に表示されると共に記憶部２３に記憶される（ステップＳ１１）。

【0083】

以下、新たな測定対象物９の変位（距離Ｄ）と厚みＴＨの同時測定を継続して行う場合には、前述のステップＳ１からステップＳ１１までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ１２）。

【0084】

［本実施形態の効果］
以上のように本実施形態の測定装置１０は、干渉信号ＳＧの第１干渉信号成分ｓｇ１及び第２干渉信号成分ｓｇ２に基づき等価干渉信号成分ｓｇ４を生成し、この等価干渉信号成分ｓｇ４から検出した差周波数ΔＦに基づき測定対象物９の厚みＴＨを検出するため、測定対象物９の厚みを高精度に測定することができる。これにより、従来、参照面（端面１９）を測定対象物９の異なる位置に設定してこの測定対象物９の変位（距離Ｄ）及び厚みＴＨを同時測定する場合に、厚みＴＨの測定精度が低下するという問題が解決する。その結果、変位（距離Ｄ）及び厚みＴＨの同時測定を行う場合に、厚みＴＨを精度よく測定することができる。

【0085】

［形状測定装置の他実施形態］
上記実施形態では、波長掃引光源１２、光検出器１７、及び制御装置１８の他に、ファイバーサーキュレータ１３と、センサヘッド１４と、光ファイバーケーブル１６Ａ〜１６Ｃとを備える測定装置１０について説明したが、測定対象物９とは異なる位置に参照面が設定され且つ干渉信号ＳＧを取得可能であれば、その装置構成は適宜変更してもよい。

【0086】

図１０は、他実施形態の測定装置１０Ａの一例を示した概略図である。図１０に示すように、測定装置１０Ａは、既述の波長掃引光源１２と光検出器１７と制御装置１８との他に、光分割部４０及び参照ミラー４１を備えている。

【0087】

光分割部４０は、例えばビームスプリッタが用いられ、後述の参照ミラー４１と共に本発明の参照光生成部として機能する。この光分割部４０は、波長掃引光Ｌの進行方向において波長掃引光源１２と測定対象物９との間に配置され、且つこの進行方向と垂直方向において参照ミラー４１と光検出器１７との間に配置されている。この光分割部４０は、波長掃引光源１２から入射した波長掃引光Ｌの一部をそのまま透過させて測定対象物９の第１面９ａに向けて出射すると共に、波長掃引光Ｌの残りを参照ミラー４１に向けて反射する。

【0088】

参照ミラー４１は、光分割部４０にて反射された波長掃引光Ｌの光路上に配置されており、鏡面である参照面４１ａを有している。参照面４１ａは、光分割部４０から入射した波長掃引光Ｌを参照光Ｒ３として光分割部４０に向けて反射する。なお、参照ミラー４１の代わりに、ループ状の光ファイバケーブル（参照光生成部）を配置してもよい。

【0089】

また、波長掃引光Ｌが光分割部４０から測定対象物９の第１面９ａに向けて出射された後、上記実施形態と同様に、第１面９ａと第２面９ｂとでそれぞれ反射される。これにより、光分割部４０には、既述の第１反射光Ｒ１及び第２反射光Ｒ２も入射する。そして、光分割部４０は、参照ミラー４１から入射した参照光Ｒ３をそのまま光検出器１７に向けて出射すると共に、測定対象物９にて反射された第１反射光Ｒ１及び第２反射光Ｒ２を光検出器１７に向けて反射する。その結果、光検出器１７には、第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２と参照光Ｒ３との干渉信号ＳＧ（干渉光）が入射する。

【0090】

光検出器１７は、光分割部４０から出射される干渉信号ＳＧの光路上に配置されており、上記実施形態と同様に、光分割部４０から出射された干渉信号ＳＧを電気信号に変換して制御装置１８へ出力する。

【0091】

なお、これ以降の構成については上記実施形態と基本的に同じであるので、ここでは具体的な説明を省略する。

【0092】

［その他］
上記実施形態では、バンドパスフィルタ処理された干渉信号ＳＧに対して、二乗演算部３４によって二乗演算処理を施すことにより、第３干渉信号成分ｓｇ３と等価な等価干渉信号成分ｓｇ４を生成しているが、二乗演算処理以外の方法（アルゴリズム）を採用してもよい。すなわち、第１干渉信号成分ｓｇ１と第２干渉信号成分ｓｇ２とに基づいて等価干渉信号成分ｓｇ４を生成可能な各種のアルゴリズムを採用してよい。

【0093】

上記実施形態の厚み検出部３６は、差周波数ΔＦが基準周波数以上であるか否かに応じて、周波数領域での厚み検出とカーブフィッティング法を用いた厚み検出とを選択的に実行するが、例えば差周波数ΔＦの大きさに関係なくいずれか一方の方法だけを用いて厚みＴＨを検出したり、或いは他の公知の方法で厚みＴＨを検出したりしてもよい。

【0094】

上記実施形態のフィルタ処理部３３は、干渉信号ＳＧに対してバンドパスフィルタ処理を行っているが、このフィルタ処理部３３によるフィルタ処理は、信号ピークＰ３及びその周辺のノイズピークＮＰを含む周波数領域の信号を除去可能であれば、バンドパスフィルタ処理に限定されず、例えばハイパスフィルタ処理を行ってもよい。

【0095】

上記実施形態では、光ファイバーケーブル１６Ｂの端面１９と、光分割部４０及び参照ミラー４１等を用いて参照光Ｒ３を生成する場合について説明したが、測定対象物９の第１面９ａを参照面に設定することなく、この測定対象物９とは異なる位置で参照光Ｒ３を生成する構成は特に限定されず、公知の構成を用いることができる。

【符号の説明】

【0096】

９…測定対象物，１０，１０Ａ…測定装置，１２…波長掃引光源，１３…ファイバーサーキュレータ，１４…センサヘッド，１７…光検出器，１８…制御装置，１９…端面，２１…制御部，３０…周波数解析部，３１…距離検出部，３３…フィルタ処理部，３４…二乗演算部，３５…周波数解析部，３６…厚み検出部，４０…光分割部，４１…参照ミラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】