JP2008309653A - 寸法測定装置及び寸法測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物の表面状態によらず測定対象寸法を正確に測定できる寸法測定装置及び寸法測定方法を提供する。
【解決手段】寸法測定装置１は、白色光源ユニット２からの光を、被測定物１０に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、第１の光束と第２の光束の間に被測定物１０の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせる第１の干渉計３と、第１の干渉計３を出射した光束を、参照鏡４３に向かう第３の光束と光路に沿って移動可能な移動鏡４４に向かう第４の光束に分岐して、第３の光束と第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる第２の干渉計４と、第３及び第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出する検出器５と、干渉信号の最大値から、光の中心波長に依存した被測定物の測定対象寸法を測定し、得られた測定値を波長依存特性に基づいて補正して測定対象寸法の真値を推定するコントローラ６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、寸法測定装置及び寸法測定方法に関し、特に、白色干渉を用いた寸法測定装置及び寸法測定方法に関する。

従来より、加工部品の寸法又は表面粗さを、非接触で精密に測定する方法として、白色干渉の原理を用いた方法が提案されている。例えば、白色干渉を用いて、デジタルカメラのフランジバックを測定する測定装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された測定装置では、白色光源から放射された光を、ビームスプリッタで第１の光路と第２の光路に分割する。そして、第１の光路に向かった光は、第１の光路に沿って移動可能な長さ測定用の参照鏡で反射される。一方、第２の光路に向かった光は、カメラのフランジと接触可能な基準面に、固定的に取り付けられたカメラの撮像素子で反射される。参照鏡及び撮像素子で反射された光は、ビームスプリッタで一つに合わせられ、検出器で検出される。ここで、参照鏡を第１の光路に沿って移動させることにより、第１の光路を通った光と第２の光路を通った光の白色干渉縞の最大光量となる参照鏡の位置を検出する。そして、その参照鏡の位置に基づいて、フランジから撮像素子までの長さを検出する。

また、被測定物からの弱い反射光を高感度で検出するために、干渉縞を走査する干渉計と計測用の干渉計とを別個に設ける測定方法も開発されている（特許文献２参照）。

特開２００５−１１５１４９号公報 特開２０００−６５５３０号公報

上記のような白色干渉を用いた測定方法では、正確な測定を行うために、白色干渉縞の最大光量となる位置、すなわち、白色干渉縞のピーク位置を高精度で検出することが必要となる。しかし、実際の測定においては、光束を反射する被測定物の表面状態、例えば、表面粗さ、その表面に存在する水分の量による位相染み込みなどの条件が異なることにより、そのピーク位置が変動する。そのため、被測定物の寸法を高精度で求めるためには、被測定物の表面状態を考慮する必要がある。

上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、白色干渉を用いた寸法測定において、被測定物の表面状態によらず、測定対象寸法を正確に測定できる寸法測定装置及び寸法測定方法を提供することにある。

本発明の一つの実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置が提供される。係る寸法測定装置は、放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットと、白色光源ユニットから放射された光を、被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、第１の光束を被測定物で反射させて第２の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、第１の光束と第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる第１の干渉計と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第２の干渉計であって、第１の干渉計を出射した光束を、参照鏡に向かう第３の光束と、移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、第３の光束と第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる第２の干渉計と、第３の光束と第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、干渉信号から被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラを有する。
そのコントローラは、第１の中心波長または第２の中心波長について、干渉信号の最大値に対応する移動鏡の位置を測定するピーク位置測定部と、ピーク位置測定部で測定された第１の中心波長または第２の中心波長に対する移動鏡の位置から、第２の光路差を計算することにより、被測定物の測定対象寸法の第１の測定値または第２の測定値を求める波長依存寸法決定部と、波長依存寸法決定部で求められた第１の測定値または第２の測定値から、被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、被測定物の測定対象寸法の真値を推定する寸法推定部とを有する。
なお、被測定物の測定対象寸法の真値とは、測定光の中心波長に依存しない、したがって、光の染み込みなどがないとした場合の、測定対象寸法の値をいう。

また、係る寸法測定装置は、第１の干渉計と第２の干渉計との間に配置される光ファイバをさらに有し、第１の干渉計を出射した光束は、光ファイバを通じて第２の干渉計に入射することが好ましい。

また、本発明の他の実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置が提供される。係る寸法測定装置は、放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットと、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第１の干渉計であって、白色光源から放射された光を、参照鏡に向かう第１の光束と、移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、第１の光束と第２の光束との間に第１の光路差を生じさせる第１の干渉計と、第１の干渉計から出射された第１の光束及び第２の光束を、被測定物に向かう第３の光束と第４の光束に分岐し、第３の光束を被測定物で反射させて第４の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第２の光路差を生じさせ、第３の光束と第４の光束を一つの光束に合わせて出射させる第２の干渉計と、第３の光束と前記第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、その干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、干渉信号から被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラを有する。
そのコントローラは、第１の中心波長または第２の中心波長について、干渉信号の最大値に対応する移動鏡の位置を測定するピーク位置測定部と、ピーク位置測定部で測定された第１の中心波長または第２の中心波長に対する移動鏡の位置から、第１の光路差を計算することにより、被測定物の測定対象寸法の第１の測定値または第２の測定値を求める波長依存寸法決定部と、波長依存寸法決定部で求められた第１の測定値または第２の測定値から、被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、被測定物の測定対象寸法の真値を推定する寸法推定部とを有する。

また、本発明のさらに他の実施態様によれば、被測定物の寸法を測定する寸法測定装置が提供される。係る寸法測定装置は、放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットと、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、白色光源ユニットから放射された光を、被測定物に向かう第１の光束と移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、第１の光束を被測定物で反射させて第１の光束と第２の光束との間に光路差を生じさせる干渉計と、干渉計を出射した第１の光束と第２の光束を受光し、第１の光束についての光路長と第２の光束についての光路長とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、その間賞信号から被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラを有する。そのコントローラは、第１の中心波長または第２の中心波長について、干渉信号の最大値に対応する移動鏡の位置を測定するピーク位置測定部と、ピーク位置測定部で測定された第１の中心波長または第２の中心波長に対する移動鏡の位置と、予め定められた移動鏡の基準位置との差を計算することにより、被測定物の測定対象寸法の第１の測定値または第２の測定値を求める波長依存寸法決定部と、波長依存寸法決定部で求められた第１の測定値または第２の測定値から、被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、被測定物の測定対象寸法の真値を推定する寸法推定部とを有する。

また、本発明によれば、コントローラは、被測定物として基準用被測定物を用い、基準用被測定物の測定対象寸法の真値と、異なる中心波長を持つ複数の白色光で基準用被測定物の測定対象寸法を測定して得られるそれぞれの波長依存寸法と中心波長とを関連付けて記録することにより、基準用被測定物の測定対象寸法の波長依存特性を表す参照テーブルを記憶した記憶部をさらに有し、寸法推定部は、記憶部に記憶された参照テーブルを参照して、第１の中心波長に対する基準用被測定物の測定対象寸法の第１の波長依存寸法を求め、第１の測定値と第１の波長依存寸法との差を算出し、基準用被測定物の測定対象寸法の真値に、差を加えた値を被測定物の測定対象寸法の真値とすることが好ましい。

あるいは、コントローラは、被測定物として基準用被測定物を用い、基準用被測定物の測定対象寸法の真値と、異なる中心波長を持つ複数の白色光で基準用被測定物の測定対象寸法を測定して得られるそれぞれの波長依存寸法と中心波長とを関連付けて記録することにより、基準用被測定物の測定対象寸法の波長依存特性を表し、第１の光束が反射する基準用被測定物の面の状態に応じて作成された複数の参照テーブルを記憶した記憶部をさらに有し、寸法推定部は、第１の測定値と第２の測定値の差を第１の変化量として算出し、複数の参照テーブルのそれぞれについて、第１の中心波長及び第２の中心波長のそれぞれに対する基準用被測定物の測定対象寸法の第１の波長依存寸法及び第２の波長依存寸法の差を第２の変化量として算出し、複数の参照テーブルのそれぞれについて算出された第２の変化量のうち、第１の変化量との差が最も少ないものに対応する参照テーブルを選択し、第１の測定値と選択された参照テーブルについて求めた第１の波長依存寸法との差を算出し、基準用被測定物の測定対象寸法の真値に、差を加えた値を被測定物の測定対象寸法の真値とすることが好ましい。

また、本発明のさらに他の実施態様によれば、放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットから放射された光を、被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、第１の光束を被測定物で反射させて第２の光束との間に被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、第１の光束と第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる第１の干渉計と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第２の干渉計であって、第１の干渉計を出射した光束を、参照鏡に向かう第３の光束と、移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、第３の光束と第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる第２の干渉計と、第３の光束と第４の光束を受光し、第１の光路差と第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、干渉信号に対応する信号を出力する検出器とを有する測定システムにおける被測定物のが提供される。
係る寸法測定方法は、第１の中心波長及び第２の中心波長のそれぞれについて、干渉信号の最大値に対応する移動鏡の位置を測定するステップと、ピーク位置測定部で測定された第１の中心波長及び第２の中心波長に対する移動鏡の位置から、第２の光路差をそれぞれ計算することにより、被測定物の測定対象寸法の第１の測定値及び第２の測定値を求めるステップと、波長依存寸法決定部で求められた第１の測定値及び第２の測定値から、被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、被測定物の測定対象寸法の真値を推定するステップと、を有することを特徴とする。
なお、上記の各実施態様において、白色光源とは、可視光域において広帯域発光する光源に限られず、所定の波長を中心波長とした一定の波長帯域の光を放射する光源をいう。

本発明によれば、白色干渉を用いた寸法測定において、被測定物の表面状態によらず、測定対象寸法を正確に測定できる寸法測定装置及び寸法測定方法を提供することが可能となった。

以下、本発明を、リングゲージ、シリンダなど、円筒状の被測定物の内径を計測する内径測定装置に適用した実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本発明を適用した内径測定装置は、白色光源ユニットからの光を第１の干渉計に入射させ、第１の干渉計で、被測定物の内径に対応する光路差を有する二つの光束を生成する。その二つの光束を第２の干渉計に入射して、上記光路差とほぼ等しい光路差を生じる二つの光路に光束を分割して干渉させることにより、白色干渉縞を生じさせる。そして、検出器で白色干渉縞の最大信号値を検出して第２の干渉計の二つの光路間の光路差を測定することにより、被測定物の内径を求める。その際、内径測定装置は、白色光源ユニットから出射される光の中心波長を変化させ、各中心波長について干渉縞が最大信号値となる移動鏡の位置を求めて、中心波長に依存した内径の測定値を算出する。そして、算出したそれらの測定値から、その波長依存特性にしたがって、被測定物の内径の真値を推定する。

図１は、本発明を適用した内径測定装置１の概略構成を示す図である。内径測定装置１は、放射する光の中心波長を変更可能な白色光源ユニット２と、被測定物の内径の２倍に相当する光路差を生じさせる第１の干渉計３と、第１の干渉計３で生じた光路差と同程度の光路差を生じさせて白色干渉縞を発生させる第２の干渉計４と、第２の干渉計４で発生した干渉縞を検出する検出器５と、各部の制御及び検出された干渉縞から被測定物の内径を求めるコントローラ６を有する。さらに、内径測定装置１は、白色光源２からの光を第１の干渉計３に伝える光ファイバ７と、第１の干渉計３を出射した光を第２の干渉計へ伝える光ファイバ８を有する。

白色光源ユニット２は、コヒーレンス長が短く、広帯域な波長の光を放射可能な光源である。また、白色光源ユニット２は、放射する光の中心波長を複数の波長の中から選択可能に構成される。そのために、白色光源ユニット２は、中心波長の異なる複数の白色光源と、それらの白色光源のうち、コントローラ６からの制御信号に基づいて選択した光源のみを発光させる制御回路などで構成される。白色光源ユニット２を構成する白色光源として、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）光源、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源などを用いることができる。本実施形態では、白色光源ユニット２を構成する白色光源として、中心波長が１５５０ｎｍ、１２００ｎｍの２種類の赤外ＬＥＤを用いた。

図２に、第１の干渉計３の概略構成図を示す。第１の干渉計３では、ＸＹＺステージ３６の上に配置された被測定物１０の内径の２倍に対応する光路差を有する二つの光束Ｂ１、Ｂ２を生成する。そのために、第１の干渉計３では、白色光源２から第１の光ファイバ７を経て入射した光をコリメータレンズ３１で平行光とし、入射した平行光に対して出射する位置を調整する第１のウェッジプリズム３２に入射させる。そして、ウェッジプリズム３２を出射した光は、被測定物１０の内径の略中心に配置されたビームスプリッタ３３に入射する。その入射光は、ビームスプリッタ３３で反射され、被測定物１０の内面Ｓ１に向かう光束と、ビームスプリッタ３３を透過して直進する光束Ｂ２に分岐される。被測定物１０の内面Ｓ１に向かう光束は、被測定物１０の内面Ｓ１で反射された後、ビームスプリッタ３３に戻る。ビームスプリッタ３３に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ３３を透過し、被測定物１０の内面Ｓ１と反対側の内面Ｓ２へ向かう。そして、Ｓ２へ向かった光束は、内面Ｓ２で反射され、再びビームスプリッタ３３に戻る。ビームスプリッタ３３に戻った光束の一部は、ビームスプリッタ３３で反射される。この光束をＢ１と呼ぶ。光束Ｂ１と光束Ｂ２とは、ビームスプリッタ３３を出射する際に合わさって出射する。光束Ｂ１と光束Ｂ１は、ビームスプリッタ３３を出射した後、位置調整用の第２のウェッジプリズム３４に入射し、集光レンズ３５に入射するように位置調整される。そして、光束Ｂ１と光束Ｂ２は、集光レンズ３５を透過して集光されて第１の干渉計を出射し、光ファイバ８に入射する。

このとき、第１の干渉計３を出射する光束Ｂ１は、被測定物１０の内面Ｓ１とＳ２の間を往復するので、被測定物１０の内径をＤとすれば、光束Ｂ１と光束Ｂ２との間に、２Ｄの光路差が生じる。そして、２Ｄの光路差を有する光束Ｂ１と光束Ｂ２は、光ファイバ８を通じて第２の干渉計４へ入射する。

なお、ＸＹＺステージ３６は、被測定物１０の軸方向（すなわち、光束Ｂ２に平行な方向）、被測定物１０の円筒面内で光束Ｂ１に平行な方向及び光束Ｂ１に垂直な方向の３方向に移動可能であり、ステージコントローラ３７により駆動される。またステージコントローラ３７は、コントローラ６と電気的に接続され、コントローラ６によって制御される。

図３に、第２の干渉計４の概略構成図を示す。光ファイバ８を出射した光束Ｂ１及びＢ２は、第２の干渉計４のコリメータレンズ４１を経て、平行光となる。そして、ビームスプリッタ４２へ入射する。光束Ｂ１及びＢ２は、ビームスプリッタ４２で反射されて第１の光路へ向かう光束Ｂ１１、Ｂ２１と、ビームスプリッタ４２を透過して第２の光路へ向かう光束Ｂ１２、Ｂ２２に分岐する。なお、光束Ｂ１１は、第１の干渉計３を出射した光束Ｂ１のうち、第２の干渉計４の第１の光路へ向かう光束を表し、光束Ｂ２１は、第１の干渉計３を出射した光束Ｂ２のうち、第２の干渉計４の第１の光路へ向かう光束を表す。同様に、光束Ｂ１２は、第１の干渉計３を出射した光束Ｂ１のうち、第２の干渉計４の第２の光路へ向かう光束を表し、光束Ｂ２２は、第１の干渉計３を出射した光束Ｂ２のうち、第２の干渉計４の第２の光路へ向かう光束を表す。

第１の光路には、位置が固定された参照鏡４３が設置される。そして、第１の光路へ向かう光束Ｂ１１、Ｂ２１は、参照鏡４３で反射されてビームスプリッタ４２へ戻り、その一部はビームスプリッタ４２を透過して検出器５へ向かう。一方、第２の光路には、その光路に沿って移動可能な移動鏡４４が設けられる。そして、第２の光路へ向かう光束Ｂ１２、Ｂ２２は、移動鏡４４で反射されてビームスプリッタ４２へ戻り、その一部はビームスプリッタ４２で反射されて、Ｂ１１、Ｂ２１とともに検出器５へ向かう。

移動鏡４４は、支持部材４５に取り付けられる。そして、移動鏡４４及び支持部材４５は、移動範囲が狭いものの、移動鏡４４の位置の微調整が可能なピエゾ微動ステージ４６の上に設置される。また、移動鏡４４及び支持部材４５は、ピエゾ微動ステージ４６とともに、移動範囲が相対的に大きく、移動鏡４４の位置を大まかに決定する粗動ステージ４７上に設置される。ピエゾ微動ステージ４６及び粗動ステージ４７は、それぞれピエゾコントローラ５１及びステージコントローラ５２と電気的に接続される。そして、ピエゾ微動ステージ４６及び粗動ステージ４７は、ピエゾコントローラ５１及びステージコントローラ５２からの制御信号に基づいて、移動鏡４４を第２の光路に沿って移動させる。
なお、移動鏡４４を移動させつつ、その移動の間に連続的に干渉信号を測定する場合には、ピエゾ微動ステージ４６及びピエゾコントローラ５１を省略してもよい。

また、支持部材４５の背面には、コーナーキューブ４８が取り付けられる。さらに、支持部材４５よりも後方（すなわち、支持部材４５を中心として、ビームスプリッタ４２の反対側）には、移動鏡４４の位置計測用干渉計４９が設置される。そして、位置計測用干渉計４９は、コーナーキューブ４８へ向けて照射され、コーナーキューブ４８で反射されて位置計測用干渉計４９に戻ってきたコヒーレント光と、参照光との間で観測される干渉縞の移動本数を計数することにより、移動鏡４４の移動量を計測することができる。

検出器５は、検出した光量を電気信号として出力するものである。検出器５として、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳなどの半導体検出素子を使用することができる。本実施形態では、検出器５として、ＣＣＤ素子を２次元アレイ状に並べたものを用いた。
また、検出器５は、コントローラ６と電気的に接続され、検出した光量に対応する電気信号を、コントローラ６へ送信する。

図４に、コントローラ６の機能ブロック図を示す。
コントローラ６は、いわゆるＰＣで構成され、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ、磁気ディスク、光ディスク及びそれらの読取装置等からなる記憶部６１と、ＲＳ２３２Ｃ、イーサネット（登録商標）などの通信規格にしたがって構成された電子回路及びデバイスドライバなどのソフトウェアからなる通信部６２を有する。
さらにコントローラ６は、図示していないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びその周辺回路と、ＣＰＵ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして、検出された光量及び移動鏡４４の位置に基づいて、干渉信号の最大値に対応する移動鏡４４の位置を測定するピーク位置測定部６３と、測定された移動鏡４４の位置から、測定光の中心波長に対応する被測定物１０の内径Ｄの測定値を求める波長依存寸法測定部６４と、その測定値から、内径Ｄの真値を推定する寸法推定部６５と、コントローラの各部、位置計測用干渉計４９、ピエゾコントローラ５１、ステージコントローラ５２及び検出器５など、コントローラ６に接続された機器を制御する制御部６６とを有する。

以下、内径測定装置１による被測定物１０の内径を測定する動作について説明する。
白色光源２からの光は、コヒーレンス長が短いため、光路差がほぼ等しい場合にのみ干渉縞を生じる。ここで、第２の干渉計４の第１の光路における、ビームスプリッタ４２から参照鏡４３までの距離がＬ１であり、第２の光路における、ビームスプリッタ４２から移動鏡４４までの距離がＬ２であるとすると、第３の光束と第４の光束との間に、２（Ｌ２−Ｌ１）の光路差が生じる（ただし、Ｌ２＞Ｌ１とする）。このとき、（Ｌ２−Ｌ１）とＤが等しければ、第１の干渉計３において、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光束Ｂ１のうち、第２の干渉計４において、第１の光路を通った光束Ｂ１１と、第１の干渉計３においてビームスプリッタ３３を素通りした光束Ｂ２のうち、第２の干渉計４において、第２の光路を通った光束Ｂ２２との光路差が０となる。そのため、最大の干渉信号を観測することができる。そして、（Ｌ２−Ｌ１）とＤとの差が大きくなるにつれて、干渉信号の大きさは急激に低下する。したがって、干渉信号が最大となるときの（Ｌ２−Ｌ１）を計測することにより、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。

また、移動鏡４４をビームスプリッタ４２に近づけていくと、第３の光束と第４の光束との間に生じる光路差２（Ｌ１−Ｌ２）が、被測定物１０の内径Ｄの２倍と等しいところでも干渉縞を観測することができる（ただし、Ｌ１＞Ｌ２である）。この場合、第１の干渉計３において、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射された光束Ｂ１のうち、第２の干渉計４において、第２の光路を通った光束Ｂ１２と、第１の干渉計３においてビームスプリッタ３３を素通りした光束Ｂ２のうち、第２の干渉計４において、第１の光路を通った光束Ｂ２１との光路差が０となるためである。そこで、光束Ｂ１１と光束Ｂ２２との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置と、光束Ｂ１２と光束Ｂ２１との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置との差を２で割ることにより、被測定物１０の内径Ｄを求めることができる。

ここで、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２の表面では、光束Ｂ１が反射する際、光の染み込みが生じる。その染み込みの程度によって、光束Ｂ１とＢ２との光路差、すなわち、内径Ｄの測定値が変動する。
図５に示すグラフ５０１は、内径Ｄの測定値についての、白色光源ユニット２から放射される光の中心波長に対する波長依存特性の概要を表す。図５において、横軸は中心波長を表し、縦軸は内径Ｄの測定値を表す。図５に示すように、中心波長が長くなるほど染み込み量が少なくなるので、中心波長が長くなるほど内径Ｄの測定値は減少する。そして、中心波長の長さがある値以上となると、光は被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２においてほとんど染み込まなくなるので、内径Ｄの測定値は一定の値に収束する。この収束した値が、内径Ｄの真値であると考えられる。なお、波長依存特性は、内面Ｓ１、Ｓ２の表面粗さ、表面に含有される水分の量などによって変動する。

そこで、このような光の染み込みによる内径Ｄの測定誤差を補正するために、被測定物１０の基準品であるマスタについて、予め様々な中心波長を有する白色光を用いて内径Ｄを測定し、中心波長と内径Ｄの関係を測定する。そして、その測定結果を表した参照テーブル及びマスタの内径Ｄの真値を、記憶部６１に記憶しておく。
被測定物１０の測定を行う際、内径測定装置１は、白色光源ユニット２において、中心波長の異なる光を用いてそれぞれ被測定物１０の内径Ｄを測定する。そして、それらの測定結果と、参照テーブルに記録されたマスタの内径の測定値とを比較する。内径測定装置１は、その比較結果に基づいて、光の染み込みがない場合における被測定物１０の内径Ｄの測定値、すなわち内径Ｄの真値を推定する。

なお、参照テーブルは、内面Ｓ１、Ｓ２の表面粗さ、表面に含有される水分の量を様々に変化させた状態に応じて複数作成される。例えば、表面粗さについて、内面Ｓ１、Ｓ２を製品仕様を満たす範囲でそれぞれ異なる状態に加工した被測定物１０のマスタを３種類準備する。そして、測定環境の湿度を４０％、６０％、８０％の３段階に設定し、各段階ごとに３種類のマスタのそれぞれについて内径を測定し、合計９種類の参照テーブルを作成しておく。この参照テーブルの作成時においては、光の染み込みのない、内径Ｄの真値を得るために、測定に使用する白色光源として、内径測定装置１で使用する光源と同等の中心波長を有するものだけでなく、さらに中心波長の長いものを用いることが好ましい。また、そのような長波長の光源を使用するために、参照テーブルの作成時においては、第１の干渉計３と第２の干渉計４との間を光ファイバで接続せず、第１の干渉計３を出射した光束が直接第２の干渉計４に入射するように構成してもよい。作成された参照テーブルでは、測定光の中心波長と、その中心波長に対応する内径の測定値とが、例えば２次元配列を用いて一対のデータとして表現される。
また、上記のように、複数の中心波長で各マスタを測定することにより、測定光学系の波長による測定誤差も含めて評価することができる。例えば、ビームスプリッタ３４が、１辺１０ｍｍの立方体であり、光学ガラスの一種であるＢＫ７で作成されており、１．５μｍの中心波長を有する測定光と１．３μｍの中心波長を有する測定光でマスタを測定する場合を考える。ＢＫ７の屈折率は、１．５μｍの波長の光に対するよりも、１．３μｍの波長の光に対する方が、約０．０００４だけ大きい。ここで、光束Ｂ１は、光束Ｂ２よりもビームスプリッタ３４を２回多く透過する。そのため、１．５μｍの中心波長を有する測定光と、１．３μｍの中心波長を有する測定光でマスタの内径を測定した場合、１．３μｍの中心波長を有する測定光で測定を行った方が、約８μｍ測定値が大きくなる。
測定光の中心波長の差に応じて生じる測定光学系の誤差は、被測定物１０の測定時にも同様に生じる。そのため、上記のような、測定光学系で生じる誤差を含んだ参照テーブルを作成しておけば、測定光学系の誤差の影響を排除することができる。

参照テーブルを作成すると、測定光の中心波長と、その中心波長に対応する内径の測定値との関係を、最小二乗法、スプライン補間などの方法を用いて外挿し、被測定物１０のマスタの内径Ｄについての測定値が、中心波長が変化しても変わらなくなる値（収束値）を求める。そして、その収束値を、被測定物１０のマスタの内径Ｄの真値として、参照テーブルに関連付けて記憶部１０に記憶しておく。なお、被測定物１０のマスタの内径Ｄの真値は、別の方法、例えば、接触式の寸法測定装置などを用いて求めてもよい。

図６及び図７に、被測定物１０の内径Ｄを測定する際の内径測定装置１の動作フローチャートを示す。
最初に、初期化手順として、移動鏡４４の基準位置、すなわち、第２の干渉計４の第１の光路と第２の光路間の光路差が０となる移動鏡４４の位置を決定する（ステップＳ１０１）。そのために、内径測定装置１の第１の干渉計３に、被測定物１０を設置せず、第２の干渉計４で干渉縞の検出される位置を求める。このとき、被測定物１０の内面で反射される光束は存在しないから、第１の干渉計３を出射する光束は、全てＢ２となる。そのため、第２の干渉計４では、第１の光路におけるビームスプリッタ４２から参照鏡４３までの距離Ｌ１と、第２の光路におけるビームスプリッタ４２から移動鏡４４までの距離Ｌ２との差が０のとき、干渉信号は最大となる。そこで、コントローラ６の制御部６６は、ピエゾコントローラ５１を通じてピエゾ微動ステージ４６を駆動し、移動鏡４４を移動させる。そして、コントローラ６のピーク位置測定部６３は、複数の測定点で検出器５で検出される光量を観測し、検出光量が最大、すなわち、干渉信号が最大値となる位置を見つける。その際、ピーク位置測定部６３は、各測定点における検出器５からの出力信号に対して、時間平均値または移動平均値を求めてその測定点の出力信号としてもよい。そして、出力信号値の最大値、すなわち干渉信号の最大値を求める。ピーク位置測定部６３は、干渉信号が最大値となったときの移動鏡４４の位置を、位置計測用干渉計４９から受信し、Ｌ１＝Ｌ２となる位置Ｐ１として、コントローラ６の記憶部６１に記憶する。

次に、内径測定装置１の第１の干渉計３に、被測定物１０を設置する。そして、コントローラ６の制御部６６は、白色光源ユニット２が有する光源のうち、第１の中心波長（本実施態様では、１５５０ｎｍ）の光を放射する光源を選択する（ステップＳ１０２）。そして、白色光源ユニット２に対して、その選択した光源に対して電流を供給して発光させる。このとき、上述したように、白色干渉縞は、被測定物１０の内径Ｄと、（Ｌ２−Ｌ１）がほぼ等しい位置でのみ観測される。そこで、コントローラ６の制御部６６は、ステージコントローラ５２を通じて粗動ステージ４７を駆動し、第２の干渉計４の移動鏡４４を、被測定物１０の内径Ｄとほぼ等しい距離だけ後退させる。そして、コントローラ６の制御部６６は、上記と同様に、ピエゾコントローラ５１を通じてピエゾ微動ステージ４６を駆動し、移動鏡４４を移動させて、複数の測定点で検出器５で検出される光量の増減を調べる。その際、コントローラ６の制御部６６は、各測定点における検出器５からの出力信号に対して、時間平均値または移動平均値を求めてその測定点の出力信号とする（ステップＳ１０３）。そして、コントローラ６のピーク位置測定部６３は、出力信号値の最大値、すなわち干渉信号の最大値を求める（ステップＳ１０４）。出力信号が最大となったときの移動鏡４４の位置Ｐ２を、位置計測用干渉計４９から受信する（ステップＳ１０５）。そして、コントローラ６の波長依存寸法決定部６４は、記憶部からＬ１＝Ｌ２のときの移動鏡４４の位置Ｐ１を読み出してＰ２−Ｐ１の値を計算し、第１の中心波長に対する被測定物１０の内径Ｄの測定値（以下、第１の測定値という）を得る（ステップＳ１０６）。

次に、コントローラ６の制御部６６は、白色光源ユニット２の全ての光源に対して、被測定物１０の内径の測定値を得たか否か判断する（ステップＳ１０７）。そして、まだ測定を行っていない光源がある場合、未測定の光源、すなわち、第２の中心波長（本実施態様では、１２００ｎｍ）の光を放射する光源に切り換えて、上記のステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理を繰り返す。そして、第２の中心波長に対する被測定物１０の内径Ｄの測定値（以下、第２の測定値という）を得る。一方ステップＳ１０７において、全ての光源について被測定物１０の内径Ｄの測定値を得た場合、コントローラ６の制御部６６は、制御をステップＳ１０８へ移行する。

ここで、干渉信号が最大値となる位置を検出する際のコントローラ６の動作について説明する。上述したように、実際の測定においては、空気擾乱、測定系の機械振動などの影響により、ノイズが加わり、検出器５で検出される光量は、時間的に変動する。そこで、本実施形態では、移動鏡４４を、干渉信号が観測される範囲内で移動させつつ取得した測定信号を複数回取得し、それらを時間平均することにより、干渉信号を求める。ノイズ成分は、時間平均することによってほぼ０となるため、上記のように干渉信号を求めることにより、干渉信号が最大となる位置を正確に検出することができる。

次に、コントローラ６は、得られた測定結果を、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２の状態を考慮して補正するために、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２の表面状態（表面粗さ、含有水分量）と最も近いと想定される内面の表面状態を有するマスタについて、中心波長の内径Ｄとの関係を表す参照テーブルを選択する。
図７に示すように、第１の中心波長（１５５０ｎｍ）及び第２の中心波長（１２００ｎｍ）に対する被測定物１０の内径Ｄの第１及び第２の測定値が得られると、コントローラ６の寸法推定部６５は、記憶部６１から、上記の各参照テーブルを読み込む（ステップＳ１０８）。次に、寸法推定部６５は、第１の測定値と第２の測定値との差（以下、被測定物変化量という）を求める（ステップＳ１０９）。同様に、寸法推定部６５は、各参照テーブルについても、第１の中心波長に対する被測定物１０のマスタの内径Ｄの測定値と、第２の中心波長に対する被測定物１０のマスタの内径Ｄの測定値との差（以下、マスタ変化量という）を求める（ステップＳ１１０）。寸法推定部６５は、各参照テーブルについて求めたマスタ変化量のうち、被測定物変化量との差が最も小さいものを検出する（ステップＳ１１１）。そして、被測定物変化量との差が最も小さいマスタ変化量に対応する参照テーブルを選択する（ステップＳ１１２）。

参照テーブルが選択されると、コントローラ６は、その参照テーブルを用いて、内径Ｄの測定値に対する補正値を求め、その補正値を用いて測定値を修正することにより、内径Ｄの真値を推定する。
そのために、コントローラ６の寸法推定部６５は、上記の第１の測定値と、選択した参照テーブルから抽出した第１の中心波長に対する被測定物１０のマスタの内径Ｄの測定値との差を補正値として求める（ステップＳ１１３）。最後に、寸法推定部６５は、その選択された参照テーブルに関連付けて記憶されたマスタの内径Ｄの真値に、求めた補正値を加え、被測定物１０の内径Ｄの真値とする（ステップＳ１１４）。

なお、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２の表面粗さや水分含有量に関する情報を、別の方法で取得できる場合には、それらの情報に基づいて参照テーブルを選択してもよい。その場合には、上記のステップＳ１０８〜Ｓ１１２の手順を省略することができる。

さらに、第１の干渉計３において、ビームスプリッタ３３の位置が、被測定物１０の内径の中心に正確に一致していない場合、光束Ｂ１は、被測定物１０の内径の直径とずれた位置を通るので、測定された値は正確ではない。係る問題を解決するために、ビームスプリッタ３３と被測定物１０の位置関係を、被測定物１０の円筒面内で光束Ｂ１と直交する方向にずらして内径の測定を繰り返す。そして、得られた測定値が最大となる値を、被測定物１０の内径とする。

そのために、コントローラ６は、上記の手順で一旦内径の測定値を得ると、記憶部６１に記憶する。次に、コントローラ６は、第１の干渉計３のステージコントローラ３７に制御信号を送信してＸＹＺステージ３６を駆動し、所定量（例えば、０．１μｍ）だけ、被測定物１０を光束Ｂ１に対して直交する方向に移動させる。そして、再度内径の測定を行って、測定値を得る。得られた測定値を、コントローラ６の記憶部６１に記憶された測定値と比較する。そして、新たに得られた測定値の方が、記憶された測定値よりも大きい場合、記憶部６１に記憶された測定値をその新たに得られた測定値で更新する。その後、再度同方向に被測定物１０を移動し、内径の測定を繰り返す。そして、記憶部６１に記憶された測定値の方が、新たに測定された測定値以上となる場合、その記憶部６１に記憶された測定値を、被測定物１０の内径Ｄとする。

一方、最初に測定された内径の測定値が、次に測定された測定値以上の場合、コントローラ６は、被測定物１０を最初に移動させた方向と逆方向に移動させる。そして、上記と同様に測定を繰り返し、記憶部６１に記憶された測定値が、新たに測定された測定値以上となったとき、その記憶部６１に記憶された測定値を、被測定物１０の内径Ｄとする。
このように、被測定物１０とビームスプリッタ３３の位置関係を変化させながら、内径Ｄの最大測定値を探索することにより、内径測定装置１は、ビームスプリッタ３３を正確に被測定物１０の中心に配置した状態の内径測定結果を得られるので、高精度で被測定物１０の内径を測定することができる。なお、ビームスプリッタ３３について、一度被測定物１０の中心に位置決めされると、以後の測定においては、被測定物１０を交換しない限り、上記のビームスプリッタ３３の位置決め手順を省略することができる。

なお、ステップＳ１０１で移動鏡４４の基準位置Ｐ１を測定する代わりに、上記のように、各中心波長に対して、移動鏡４４を参照鏡４３よりもビームスプリッタ４２に近づけて、光束Ｂ１２と光束Ｂ２１との間で生じる干渉信号が最大となる移動鏡４４の位置Ｐ３を求めてもよい。そして、それぞれ（Ｐ２−Ｐ３）／２の値を計算し、その値を、各中心波長に対する被測定物１０の内径の測定値としてもよい。基準位置Ｐ１で観測される干渉信号の強度と、位置Ｐ２で観測される干渉信号の強度は、大きく異なる。一方、位置Ｐ２で観測される干渉信号と、位置Ｐ３で観測される干渉信号とは、ほぼ同程度の強度となる。そのため、位置Ｐ２と位置Ｐ３の差に基づいて被測定物１０の内径の測定値を求める場合、基準位置Ｐ１と位置Ｐ２の差に基づいて内径の測定値を求める場合よりも、検出器５の受光量の変化に対する出力信号の変化を大きくすることができるので、干渉信号が最大値となる移動鏡４４の位置をより正確に特定することができる。

以上説明してきたように、本発明を適用した内径測定装置１は、白色光源ユニット２から出射される光の中心波長を変化させて、その中心波長に依存した被測定物１０の内径Ｄの測定値を算出する。そして、算出したそれらの測定値と、被測定物１０のマスタの内径Ｄの測定値の波長依存特性を表す参照テーブルから補正値を求めて、その測定値を修正することにより、被測定物の内径の真値を高精度で推定することができる。さらに、内径測定装置１は、マスタの反射面の表面状態を様々に変化させ、各状態に対応する上記の参照テーブルを予め記憶しておく。そして、実際の測定の際には、各参照テーブルに示されたマスタの内径の測定値の波長依存特性と被測定物１０の内径Ｄの測定値の波長依存特性との比較を行って、最も波長依存特性の近い参照テーブルを選択する。そのため、内径測定装置１は、被測定物１０の内面の表面状態によらず、被測定物１０の内径Ｄの真値を正確に推定することができる。また、実際の測定の際には、参照テーブルを利用することにより、少ない波長数での測定結果に基づいて、内径Ｄの真値を推定できるので、１回の測定に要する時間を短くすることができる。さらに、上記の実施例のように、白色光源として、光ファイバによる減衰が少ない波長域の光を発する光源を選択できるので、第１の干渉計３と第２の干渉計４とを遠隔地に配置することができる。そのため、内径測定装置１を、その運用に合わせて柔軟に構成することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、被測定物は、円筒状のものに限られない。上記の実施形態の測定装置は、被測定物の向かい合った２面間の距離を測定したい場合、そのまま適用することができる。また、上記の実施形態の測定装置において、第２の干渉計をフィゾー型の干渉計としてもよい。さらに、白色光源ユニット２に使用する光源の数は、２種類に限られず、３種類以上使用してもよい。さらにまた、コントローラ６は、被測定物１０の内径Ｄの測定値の波長依存特性を表す参照テーブルを用いる代わりに、中心波長を様々に変えてその内径Ｄを測定した測定値を、最小二乗法、スプライン補間などを用いて外挿することにより、その測定値の波長依存特性を求めてもよい。この場合、外挿によって中心波長が変化しても変化しない内径Ｄの値を、その真値とする。なお、外挿の精度を高めるために、互いに中心波長の異なる３種類以上の測定光を用いて被測定物１０の内径Ｄを測定することが好ましい。

また、本発明は、特許文献１に記載された測定装置のように、マイケルソン型の干渉計を一つのみ使用する構成に対しても適用できる。
図８に、マイケルソン型の干渉計を一つのみ使用する寸法測定装置１１の構成の概略構成図を示す。この構成では、白色光源１２から出射された測定光を、ビームスプリッタ１３で被測定物１０’に向かう第１の光束と、光路に沿って移動可能な移動鏡１４に向かう第２の光束とに分割する。そして、被測定物１０’で反射された第１の光束と移動鏡１４で反射された第２の光とを、ビームスプリッタ１３で再度一つの光束とし、検出器１５でその干渉信号を検出する。検出器１５から出力された信号は、コントローラ１６に送信される。そして、コントローラ１６は、干渉信号がピークとなる位置を求め、第１の光束と第２の光束との光路差が０となる移動鏡１４の位置を求める。そして、被測定物１０’との関係で予め定められた移動鏡１４の基準位置と、求めた移動鏡１４の位置との差を計算することにより、被測定物１０’の寸法（例えば、表面高さなど）を求める。

コントローラ１６は、上記の実施形態におけるコントローラ６と同様の構成を有する。そして、上記の実施形態と同様の手順により、被測定物１０’の寸法の真値を推定する。すなわち、予め、被測定物１０’のマスタについて、白色光源ユニット１２からの測定光の中心波長、その測定光を反射する反射面の状態を変えて、被測定物１０’のマスタの寸法の波長依存特性を表した参照テーブル及びマスタの寸法の真値を記憶しておく。そして、実際の測定の際には、コントローラ１６は、白色光源ユニット１２からの測定光の中心波長を変えて測定した被測定物１０’の波長依存寸法から求めたその寸法の波長による変化量と、各参照テーブルに示されたマスタの寸法の変化量とを比較する。そして、被測定物１０’の寸法の変化量と最も近い変化量となる参照テーブルを選択する。最後に、コントローラ１６は、所定の中心波長を持つ測定光による被測定物１０’の寸法測定値と、選択した参照テーブルから抽出した、その所定の中心波長を持つ測定光によるマスタの寸法測定値との差を補正値として求め、その参照テーブルに関連付けて記憶されたマスタの寸法の真値に加えることにより、被測定物１０’の寸法の真値を求める。

さらに、上記の干渉計を二つ使用する構成の実施形態において、第１の干渉計３側に配置された白色光源ユニットと、第２の干渉計４側に配置された検出器を入れ替えてもよい。この場合、第２の干渉計４側で予め被測定物の測定対象寸法に相当する光路差を有する二つの光束を発生させ、それらの光束を光ファイバを通じて第１の干渉計３側へ送る。そして、第１の干渉計３では、受け取った二つの光束を、被測定物１０の内面Ｓ１、Ｓ２で反射される光束とビームスプリッタ３３を直進する二つの光束にさらに分割し、それらを一つに合わせて検出器で検出することにより、白色干渉縞を観察する。この場合も、第２の干渉計４側で発生させた光路差を測定することにより、被測定物１０の内径Ｄの測定値を求めることができる。
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

本発明を適用した内径測定装置の概略構成図である。 内径測定装置を構成する第１の干渉計の概略構成図である。 内径測定装置を構成する第２の干渉計の概略構成図である。 内径測定装置のコントローラの機能ブロック図である。 測定光の中心波長と被測定物の寸法測定値との関係を示すグラフである。 内径測定装置の動作フローチャートである。 内径測定装置の動作フローチャートである。 本発明を適用した他の実施形態による寸法測定装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 内径測定装置（寸法測定装置）
１１ 寸法測定装置
１０、１０’ 被測定物
２、１２ 白色光源ユニット
３、４ 干渉計
５、１５ 検出器
６、１６ コントローラ
３１、４１ コリメータレンズ
３２、３４ ウェッジプリズム
３３、４２、１３ ビームスプリッタ
３５ 集光レンズ
３６ ＸＹＺステージ
３７ ステージコントローラ
４３ 参照鏡
４４、１４ 移動鏡
４５ 支持部材
４６、１７ ピエゾ微動ステージ
４７ 粗動ステージ
４８ コーナーキューブ
４９ 位置計測用干渉計
５１ ピエゾコントローラ
５２ ステージコントローラ
６１ 記憶部
６２ 通信部
６３ ピーク位置測定部
６４ 波長依存寸法決定部
６５ 寸法推定部
６６ 制御部
７，８ 光ファイバ

Claims (7)

1. 被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
   放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットと、
   前記白色光源ユニットから放射された光を、前記被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、該第１の光束を前記被測定物で反射させて該第２の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、該第１の光束と該第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる第１の干渉計と、
   位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第２の干渉計であって、前記第１の干渉計を出射した光束を、該参照鏡に向かう第３の光束と、該移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、該第３の光束と該第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる第２の干渉計と、
   前記第３の光束と前記第４の光束を受光し、前記第１の光路差と前記第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
   前記被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラであって、
   前記第１の中心波長または前記第２の中心波長について、前記干渉信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を測定するピーク位置測定部と、
   前記ピーク位置測定部で測定された前記第１の中心波長または前記第２の中心波長に対する移動鏡の位置から、前記第２の光路差を計算することにより、前記被測定物の測定対象寸法の第１の測定値または第２の測定値を求める波長依存寸法決定部と、
   前記波長依存寸法決定部で求められた前記第１の測定値または前記第２の測定値から、前記被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、前記被測定物の測定対象寸法の真値を推定する寸法推定部と、
   を有するコントローラと、
   を有することを特徴とする寸法測定装置。
2. 前記第１の干渉計と前記第２の干渉計との間に配置される光ファイバをさらに有し、前記第１の干渉計を出射した光束は、該光ファイバを通じて前記第２の干渉計に入射する、請求項１に記載の寸法測定装置。
3. 被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
   放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットと、
   位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第１の干渉計であって、前記白色光源から放射された光を、該参照鏡に向かう第１の光束と、該移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、該第１の光束と該第２の光束との間に第１の光路差を生じさせる第１の干渉計と、
   前記第１の干渉計から出射された前記第１の光束及び第２の光束を、前記被測定物に向かう第３の光束と第４の光束に分岐し、該第３の光束を前記被測定物で反射させて該第４の光束との間に前記被測定物の測定対象寸法に対応する第２の光路差を生じさせ、該第３の光束と該第４の光束を一つの光束に合わせて出射させる第２の干渉計と、
   前記第３の光束と前記第４の光束を受光し、前記第１の光路差と前記第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
   前記被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラであって、
   前記第１の中心波長または前記第２の中心波長について、前記干渉信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を測定するピーク位置測定部と、
   前記ピーク位置測定部で測定された前記第１の中心波長または前記第２の中心波長に対する移動鏡の位置から、前記第１の光路差を計算することにより、前記被測定物の測定対象寸法の第１の測定値または第２の測定値を求める波長依存寸法決定部と、
   前記波長依存寸法決定部で求められた前記第１の測定値または前記第２の測定値から、前記被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、前記被測定物の測定対象寸法の真値を推定する寸法推定部と、
   を有するコントローラと、
   を有することを特徴とする寸法測定装置。
4. 被測定物の寸法を測定する寸法測定装置であって、
   放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットと、
   光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する干渉計であって、前記白色光源ユニットから放射された光を、前記被測定物に向かう第１の光束と前記移動鏡に向かう第２の光束に分岐して、該第１の光束を前記被測定物で反射させて該第１の光束と該第２の光束との間に光路差を生じさせる干渉計と、
   前記干渉計を出射した前記第１の光束と前記第２の光束を受光し、前記第１の光束についての光路長と前記第２の光束についての光路長とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器と、
   前記被測定物の測定対象寸法を求めるコントローラであって、
   前記第１の中心波長または前記第２の中心波長について、前記干渉信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を測定するピーク位置測定部と、
   前記ピーク位置測定部で測定された前記第１の中心波長または前記第２の中心波長に対する移動鏡の位置と、予め定められた前記移動鏡の基準位置との差を計算することにより、前記被測定物の測定対象寸法の第１の測定値または第２の測定値を求める波長依存寸法決定部と、
   前記波長依存寸法決定部で求められた前記第１の測定値または前記第２の測定値から、前記被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、前記被測定物の測定対象寸法の真値を推定する寸法推定部と、
   を有するコントローラと、
   を有することを特徴とする寸法測定装置。
5. 前記コントローラは、前記被測定物として基準用被測定物を用い、該基準用被測定物の測定対象寸法の真値と、異なる中心波長を持つ複数の白色光で該基準用被測定物の測定対象寸法を測定して得られるそれぞれの波長依存寸法と該中心波長とを関連付けて記録することにより、該基準用被測定物の測定対象寸法の波長依存特性を表す参照テーブルを記憶した記憶部をさらに有し、
   前記寸法推定部は、前記記憶部に記憶された前記参照テーブルを参照して、前記第１の中心波長に対する前記基準用被測定物の測定対象寸法の第１の波長依存寸法を求め、前記第１の測定値と前記第１の波長依存寸法との差を算出し、前記基準用被測定物の測定対象寸法の真値に、該差を加えた値を前記被測定物の測定対象寸法の真値とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の寸法測定装置。
6. 前記コントローラは、前記被測定物として基準用被測定物を用い、該基準用被測定物の測定対象寸法の真値と、異なる中心波長を持つ複数の白色光で該基準用被測定物の測定対象寸法を測定して得られるそれぞれの波長依存寸法と該中心波長とを関連付けて記録することにより、該基準用被測定物の測定対象寸法の波長依存特性を表し、前記第１の光束が反射する前記基準用被測定物の面の状態に応じて作成された複数の参照テーブルを記憶した記憶部をさらに有し、
   前記寸法推定部は、前記第１の測定値と前記第２の測定値の差を第１の変化量として算出し、前記複数の参照テーブルのそれぞれについて、前記第１の中心波長及び第２の中心波長のそれぞれに対する前記基準用被測定物の測定対象寸法の第１の波長依存寸法と第２の波長依存寸法の差を第２の変化量として算出し、前記複数の参照テーブルのそれぞれについて算出された前記第２の変化量のうち、前記第１の変化量との差が最も少ないものに対応する参照テーブルを選択し、前記第１の測定値と選択された参照テーブルについて求めた前記第１の波長依存寸法との差を算出し、前記基準用被測定物の測定対象寸法の真値に、該差を加えた値を前記被測定物の測定対象寸法の真値とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の寸法測定装置。
7. 放射する光の中心波長を、少なくとも第１の中心波長または第２の中心波長の何れかに設定可能な白色光源ユニットから放射された光を、被測定物に向かう第１の光束と第２の光束に分岐し、該第１の光束を該被測定物で反射させて該第２の光束との間に該被測定物の測定対象寸法に対応する第１の光路差を生じさせ、該第１の光束と該第２の光束を一つの光束に合わせて出射させる第１の干渉計と、位置が固定された参照鏡と、光路に沿って移動可能な移動鏡とを有する第２の干渉計であって、前記第１の干渉計を出射した光束を、該参照鏡に向かう第３の光束と、該移動鏡に向かう第４の光束に分岐して、該第３の光束と該第４の光束との間に第２の光路差を生じさせる第２の干渉計と、前記第３の光束と前記第４の光束を受光し、前記第１の光路差と前記第２の光路差とが略等しい場合に生じる干渉信号を検出し、該干渉信号に対応する信号を出力する検出器とを有する測定システムにおける被測定物の寸法測定方法であって、
   前記第１の中心波長及び前記第２の中心波長のそれぞれについて、前記干渉信号の最大値に対応する前記移動鏡の位置を測定するステップと、
   前記ピーク位置測定部で測定された前記第１の中心波長及び前記第２の中心波長に対する移動鏡の位置から、前記第２の光路差をそれぞれ計算することにより、前記被測定物の測定対象寸法の第１の測定値及び第２の測定値を求めるステップと、
   前記波長依存寸法決定部で求められた前記第１の測定値及び第２の測定値から、前記被測定物の測定対象寸法の波長依存特性にしたがって、前記被測定物の測定対象寸法の真値を推定するステップと、
   を有することを特徴とする寸法測定方法。

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