JP2014126385A - 光学的測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成としながらも、物体までの距離を正確に測定することができる光学的測定装置を提供する。
【解決手段】この光学的測定装置１は、物体Ｍに照射する光を発生させる光源１０と、光源１０と物体Ｍとの間に配置され、光源１０からの光を物体Ｍの被測定点Ａに集光させる集光レンズ１１と、被測定点Ａからの反射光の一部が直接入射するように配置された平坦面である受光面ＳＳと、反射光の一部を更に反射して受光面ＳＳに入射させるよう、受光面ＳＳに対して垂直に配置された反射面ＳＲと、受光面ＳＳに生じた干渉縞の縞間隔を算出する画像処理装置と、を備えている。画像処理装置で算出された縞間隔に基づいて、受光面ＳＳを含む平面から被測定点Ａまでの距離を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体に光を照射して反射させ、その反射光に基づいて物体までの距離を測定する光学的測定装置に関する。

レーザー光等の光を用いて、物体までの距離を非接触で測定することのできる光学的測定装置が知られている。このような光学的測定装置は、単に物体までの距離を測定するだけではなく、物体の表面形状測定や、薄膜の厚さ測定等、様々な用途への応用がなされるものである。

このような光学的測定装置としては、例えば、レーザー光を物体の表面に対して斜めに照射し、その反射光が到達した位置に基づいて、表面までの距離を三角測量の原理で算出するものが知られている。このような方式の光学的測定装置は装置構成が比較的単純であるため、安価な測定装置として広く普及している。しかしながら、反射面の傾きが距離の測定値に直接影響してしまう方式であるため、測定対象である物体の表面が平坦でない場合には測定誤差が大きくなる。

これに対し、物体の表面が平坦でない場合にも用いることのできる測定装置として、光の干渉を利用する方式の光学的測定装置が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載された光学的測定装置では、物体の被測定点に光を照射して反射させ、その反射光が、干渉縞の検出面であるＣＣＤイメージセンサに到達するような構成となっている。

被測定点とＣＣＤイメージセンサとの間には光学レンズ系が配置されており、反射光は当該光学レンズ系を通ってＣＣＤイメージセンサに到達する。光学レンズ系は、被測定点からの反射光が複数の光路をそれぞれ通過した後、ＣＣＤイメージセンサに重ねて照射されるように構成されたものである。それぞれの光路の光路長は互いに異なっているため、ＣＣＤイメージセンサ上には光路差に起因して干渉縞が生じる。

当該干渉縞の縞間隔は、被測定点とＣＣＤイメージセンサとの距離に応じて変化する。従って、この光学的測定装置では、ＣＣＤイメージセンサの出力から得られた縞間隔に基づいて、被測定点までの距離が算出される。

特開２００４−２８９７７号公報

互いに光路長の異なる複数の光路を生じさせるために配置される光学レンズ系は、精密な研磨加工を要する多重焦点レンズや球体レンズ等によって構成される。このため、一般に高価であり、また精密な組み立てを必要とするものである。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成としながらも、物体までの距離を正確に測定することができる光学的測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る光学的測定装置は、物体に光を照射して反射させ、その反射光に基づいて物体までの距離を測定する光学的測定装置であって、物体に照射する光を発生させる光源と、前記光源と前記物体との間に配置され、前記光源からの光を前記物体の被測定点に集光させる集光手段と、前記被測定点からの反射光の一部が直接入射するように配置された平坦面である第一受光面と、前記反射光の一部を更に反射して前記第一受光面に入射させるよう、前記第一受光面に対して垂直に配置された第一反射面と、前記第一受光面に生じた干渉縞の縞間隔を測定する第一干渉縞測定手段と、を備え、前記第一干渉縞測定手段で測定された縞間隔に基づいて、前記第一受光面を含む平面から前記被測定点までの距離を算出することを特徴としている。

本発明に係る光学的測定装置は、物体に光を照射して反射させ、その反射光によって生じた干渉縞の縞間隔に基づいて、物体までの距離を測定するものである。本発明に係る光学的測定装置は、光源と、集光手段と、第一受光面と、第一反射面とを備えている。

光源は、物体に照射する光を発生させるものである。光源で発生する光はコヒーレント光である。集光手段は、例えば凸レンズであって、光源で発生した光を物体の一点（被測定点）に集光するためのものである。このため、物体からの光の反射（散乱）は、被測定点の一点においてのみ行われる。すなわち、物体の被測定点は、干渉縞を生じさせるためのコヒーレント光を発生させる点光源とみなすことができる。

第一受光面は、被測定点からの反射光の一部が直接入射するように配置された平坦面である。また、第一反射面は、第一受光面に対して垂直に配置されており、被測定点からの反射光の一部を更に反射して第一受光面に入射させるように配置されている。このような構成により、第一受光面には、被測定点から第一受光面に直接到達する反射光と、被測定点から第一反射面に到達し、第一反射面で反射した後で第一受光面に到達する反射光とが重ねられる。これら二つの反射光が第一受光面に到達するまでにそれぞれ辿る光路は、その光路長が互いに異なっている。このため、第一受光面には、光路差に起因して干渉縞が生じることとなる。

本発明に係る光学的測定装置は、第一受光面に生じた干渉縞の縞間隔を測定する第一干渉縞測定手段を更に備えている。干渉縞の縞間隔は、反射光の波長、第一反射面と被測定点との距離、及び第一受光面と被測定点との距離によって定まるものであり、特に、第一受光面と被測定点との距離に比例した大きさとなる。このため、第一干渉縞測定手段で測定された縞間隔に基づけば、第一受光面と被測定点との距離を算出することができる。

以上のように、本発明に係る光学的測定装置においては、第一反射面と第一受光面とを備えるという簡単な構成によって、光路差及び干渉縞を生じさせている。物体までの距離、すなわち、第一受光面と被測定点との距離（第一受光面を含む平面から被測定点までの距離）は、当該干渉縞の縞間隔に基づいて正確に測定される。

また、本発明に係る光学的測定装置では、前記反射光の一部が直接入射するように配置された平坦面であって、前記第一受光面を含む平面と同一の平面内に配置された第二受光面と、前記反射光の一部を更に反射して前記第二受光面に入射させるよう、前記第二受光面に対して垂直に配置された第二反射面と、前記第二受光面に生じた干渉縞の縞間隔を測定する第二干渉縞測定手段と、を更に備え、前記第一受光面を含む平面に対して垂直であり、且つ前記被測定点を通る直線を中間線と定義したときにおいて、前記第一受光面と前記第二受光面とは、前記中間線を間に挟むように並んで配置されており、前記第一反射面と前記第二反射面とは、互いに平行であって、且つ、前記中間線を間に挟むように対向して配置されており、前記第一干渉縞測定手段で測定された縞間隔と、前記第二干渉縞測定手段で測定された縞間隔との平均値に基づいて、前記第一受光面及び前記第二受光面を含む平面から前記被測定点までの距離を算出することも好ましい。

この好ましい態様では、第二受光面と、第二反射面と、第二干渉縞測定手段とを更に備えている。第二受光面は、被測定点からの反射光の一部が直接入射するように配置された平坦面であって、第一受光面を含む平面と同一の平面内に配置されている。また、第二反射面は、第二受光面に対して垂直に配置されており、被測定点からの反射光の一部を更に反射して第二受光面に入射させるように配置されている。このような構成により、第二受光面には、被測定点から第二受光面に直接到達する反射光と、被測定点から第二反射面に到達し、第二反射面で反射した後で第二受光面に到達する反射光とが重ねられる。これら二つの反射光が第二受光面に到達するまでにそれぞれ辿る光路は、その光路長が互いに異なっている。このため、第二受光面には、光路差に起因して干渉縞が生じることとなる。このように、この好ましい態様では、第一受光面と第二受光面とのそれぞれに干渉縞が生じる。

尚、以下では説明の便宜上、第一受光面に生じた干渉縞の縞間隔、すなわち、第一干渉縞測定手段で測定された縞間隔を「第一縞間隔」と称することがある。また、第二受光面に生じた干渉縞の縞間隔、すなわち、第二干渉縞測定手段で測定された縞間隔を「第二縞間隔」と称することがある。

ここで、第一受光面を含む平面に対して垂直であり、且つ被測定点を通る直線（仮想的な直線である）を「中間線」と定義する。この好ましい態様においては、第一受光面と第二受光面とが、この中間線を間に挟むように並んで配置されている。また、第一反射面と第二反射面とは、互いに平行であって、且つ、上記中間線を間に挟むように対向して配置されている。

上述のように、第一縞間隔は、反射光の波長、第一反射面と被測定点との距離、及び第一受光面と被測定点との距離によって定まるものである。換言すれば、第一反射面と被測定点との距離（第一反射面と中間線との距離といってもよい）が変化すると、第一縞間隔もそれに伴って変化してしまう。同様に、第二反射面と被測定点との距離（第二反射面と中間線との距離といってもよい）が変化すると、第二縞間隔もそれに伴って変化してしまう。

従って、例えば外力による衝撃が光学的測定装置に加えられ、第一反射面及び第二反射面が第一受光面等に対して変位してしまったような場合には、被測定点までの距離が変化していないにも拘わらずそれぞれの縞間隔が変化してしまうこととなる。すなわち、干渉縞の縞間隔に基づいて算出された被測定点までの距離が、実際の距離とは異なってしまう場合が生じ得る。

そこで、この好ましい態様では、第一縞間隔と第二縞間隔との平均値に基づいて被測定点までの距離（第一受光面及び第二受光面を含む平面から被測定点までの距離）を算出することにより、距離の算出に対して第一反射面等の変位が与える影響を低減している。

例えば、第一反射面が中間線に近づくように変位する一方、第二反射面が中間線から遠ざかるように変位するような場合について説明する。この場合、当該変位に伴って第一縞間隔は大きくなり、第二縞間隔は小さくなる。その結果、第一縞間隔と第二縞間隔との平均値についてはさほど変化しない。

このように、第一反射面と第二反射面との変位（上記のような並行移動の他、両者が回転するような変位であってもよい）が互いに同様なものであれば、第一縞間隔の変化と第二縞間隔の変化とは互いに逆向きとなる。すなわち、一方が増加すれば他方が減少するような関係となる。

従って、第一縞間隔と第二縞間隔との平均値に基づいて距離を算出することにより、距離の算出に対して第一反射面等の変位が与える影響が低減される。このように、この好ましい態様によれば、距離の測定精度を更に向上させることができる。

また、本発明に係る光学的測定装置では、前記第一反射面と前記第二反射面とは、それぞれから前記中間線までの距離が互いに等しくなる位置に配置されていることも好ましい。

この好ましい態様では、第一反射面と第二反射面とは、それぞれから中間線までの距離が互いに等しくなる位置に配置されている。換言すれば、被測定点までの距離を測定するように光学的測定装置を配置した状態において、第一反射面と中間線との距離、及び第二反射面と中間線との距離が互いに等しくなるように、光学的測定装置の内部における第一反射面の位置及び第二反射面の位置が決定されている。

第一反射面及び第二反射面をこのように配置することにより、第一反射面及び第二反射面が変位してしまった場合における、第一縞間隔と第二縞間隔との平均値の変化が更に抑制される。当該平均値に基づいて距離を算出する際における、第一反射面等の変位の影響を低減することができ、距離の測定精度を更に向上させることができる。

また、本発明に係る光学的測定装置では、前記光源から発生する光に対して透明な材質からなり、前記反射光がその内部を通過するように配置された透明体を備えており、前記第一反射面及び前記第二反射面は、いずれも、前記透明体の表面に形成された平坦面であることも好ましい。

この好ましい態様では、光源から発生する光に対して透明な材質からなる透明体を、被測定点からの反射光がその内部を通過するように配置している。被測定点からの反射光は、透明体の内部を通過した後に第一受光面又は第二受光面に到達する。

また、第一反射面及び第二反射面は、いずれも、上記透明体の表面に形成された平坦面である。換言すれば、透明体はその表面において互いに平行且つ対向している二つの平坦面を有しており、それぞれの平坦面が第一反射面及び第二反射面となっている。

このような構成とすることにより、第一反射面と第二反射面との相対的な位置関係は常に一定に維持される。すなわち、第一反射面と第二反射面とは常に一体であるから、両者に生じる変位は常に同一となる。このため、透明体が変位したとしても、第一縞間隔と第二縞間隔との平均値はほとんど変化しない。その結果、当該平均値に基づいて距離を算出する際における、第一反射面等の変位の影響を殆ど無くすことができ、距離の測定精度を更に向上させることができる。

また、本発明に係る光学的測定装置では、前記第一反射面及び前記第一受光面に到達する全ての前記反射光が前記被測定点と前記第一反射面との間における一点を通過するように、前記反射光を集光させる集光手段を更に備えたことも好ましい。

物体や光学的測定装置が配置される環境等の制約によって、第一受光面から被測定点までの距離は自由に設定できない場合が多い。例えば、真空チャンバー内に配置された物体までの距離を測定する場合には、光学的測定装置を真空チャンバーの内部に配置することができないため、第一受光面から被測定点までの距離をある程度長くとる必要がある。

ところで、既に述べたように、第一縞間隔は第一受光面と被測定点との距離によって定まるものであり、第一反射面と被測定点との距離が長いほど第一縞間隔は広くなる。

このため、第一受光面から被測定点までの距離に対する制約によっては、（当該距離を短くできないために）第一縞間隔が第一受光面の大きさに比べて大きくなり過ぎてしまい、第一縞間隔を正確に測定することが困難となってしまう場合がある。逆に、（当該距離を長くできないために）第一縞間隔が第一干渉縞測定手段の測定分解能に比べて小さくなり過ぎてしまい、やはり第一縞間隔を正確に測定することが困難となってしまう場合もある。

このように、環境等の制約を満たすように物体及び光学的測定装置を配置することと、第一受光面から被測定点までの距離を所望の精度で測定することとを、両立できない場合が生じ得る。また、環境等の制約によって測定可能な距離の範囲が固定されるということであるから、第一受光面から被測定点までの距離が大きく変動した際に、距離の測定が不可能になってしまう場合も生じ得る。

これを解決するために、この好ましい態様では、反射光を集光させる集光手段を更に備えている。集光手段は、第一反射面及び第一受光面に到達する全ての反射光が、被測定点と第一反射面との間における一点（以下、「集光点」とも称する）を通過するように、反射光を集光させるものである。

このような構成とした場合、上記集光点の位置が、第一受光面に干渉縞を生じさせる点光源の位置ということになる。すなわち、第一縞間隔に基づいて直接的に算出される点光源までの距離は、第一受光面から上記集光点までの距離ということになる。従って、第一受光面から被測定点までの距離は、第一受光面から集光点までの距離に対し、集光点から被測定点までの距離を加算することにより算出することができる。尚、集光点から被測定点までの距離は、例えば凸レンズである集光手段の焦点距離と、集光手段から集光点までの距離に基づいて算出される。

集光点から被測定点までの距離は、集光手段の選び方によって自由に設定することができる。これにより、第一受光面を含む面から被測定点までの距離を変更することなく、第一縞間隔の大きさを適切なものとすることができる。換言すれば、環境等の制約を満たすように物体及び光学的測定装置を配置することと、第一受光面から被測定点までの距離を所望の精度で測定することとを両立させることができる。

また、例えば凸レンズである集光手段の縦倍率を変更することにより、集光手段から被測定点までの距離の変動と、集光点の位置変動との関係を変更することができる。このような関係は、第一受光面から被測定点までの距離の変動と、第一縞間隔の変動との関係ということもできる。縦倍率を大きくすれば、距離の測定分解能が向上する。縦倍率を小さくすれば、距離の測定分解能は下がるが、測定可能な距離の範囲は広くなる。これを利用すれば、第一受光面から被測定点までの距離が大きく変動するような場合であっても、当該変動範囲の全体を測定可能な範囲に収めることができる。

また、本発明に係る光学的測定装置では、前記第一反射面、前記第二反射面、前記第一受光面、及び前記第二受光面に到達する全ての前記反射光が前記被測定点と前記第一反射面との間における一点を通過するように、前記反射光を集光させる集光手段を更に備えたことも好ましい。

このような態様とすることにより、第二反射面及び前記第二受光面を備えた構成の光学的測定装置においても、第一受光面（及び第二受光面）から被測定点までの距離を変更することなく、第一縞間隔及び第二縞間隔の大きさを適切なものとすることができる。換言すれば、環境等の制約を満たすように物体及び光学的測定装置を配置することと、第一受光面（及び第二受光面）から被測定点までの距離を所望の精度で測定することとを両立させることができる。

本発明によれば、簡単な構成としながらも、物体までの距離を正確に測定することができる光学的測定装置が提供される。

本発明の第一実施形態に係る光学的測定装置の構成を模式的に示す図である。 図１に示した光学的測定装置によって物体までの距離を測定する方法を説明するための図である。 本発明の第二実施形態に係る光学的測定装置を模式的に示す図である。 図３に示した光学的測定装置が備えるガラスロッドを示す斜視図である。 図３に示した光学的測定装置によって物体までの距離を測定する方法を説明するための図である。 図３に示した光学的測定装置によって物体までの距離を測定する方法を説明するための図である。 本発明の第三実施形態に係る光学的測定装置を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る光学的測定装置１は、物体Ｍに光を照射して反射させ、その反射光に基づいて物体Ｍまでの距離を測定する装置である。図１（Ａ）は、光学的測定装置１の構成を模式的に示している。図１（Ａ）に示したように、光学的測定装置１は、光源１０と、集光レンズ１１と、ＣＣＤイメージセンサ２０と、ミラー３０とを備えている。尚、光学的測定装置１はこれらを内部に収納するケーシングを更に備えているが、図１（Ａ）ではその図示を省略している。

光源１０は、単一波長の光（単色光）を発し、当該光を物体Ｍの表面に向けて照射する装置である。光源１０としては、半導体レーザー装置やヘリウムネオンレーザ等、コヒーレントな光を発する種々の装置を用いることができる。

集光レンズ１１は凸レンズであって、光源１０が発した光を、物体Ｍの表面における一点（以下、「被測定点」と称する）に集光させる。集光レンズ１１は、必ずしも凸レンズである必要はなく、光源１０が発した光を被測定点Ａに集光させる種々の光学素子を用いることができる。

集光レンズ１１は本発明の「集光手段」に該当するものである。尚、本発明を実施するに当たっては、単色光を物体Ｍの一点に照射することができればよく、集光手段と光源とを必ずしも別体として備える必要はない。例えば、光源１０が半導体レーザー装置であって、一点に向けて直進するレーザー光が光源１０から放射されるのであれば、集光レンズ１１は配置する必要がない。この場合には、当該半導体レーザー装置は、本発明の「光源」と「集光手段」とを一体化したものということができる。

ＣＣＤイメージセンサ２０は、平坦な受光面ＳＳを有しており、当該受光面ＳＳを被測定点Ａに向けて配置されている。光源１０から発せられて被測定点Ａに到達し被測定点Ａで反射（拡散反射）された光（反射光）の一部は、ＣＣＤイメージセンサ２０の受光面ＳＳに直接到達する。

ここで、受光面ＳＳを含む平面に対して垂直であり、且つ被測定点Ａを通る直線（仮想的な直線である）を、説明の便宜のために中間線ＬＣと定義する。尚、図１では、中間線ＬＣと受光面ＳＳとが受光面ＳＳの中央において交わるような配置の例を示しているが、中間線ＬＣと受光面ＳＳとが交わらないような配置もありうる。

ミラー３０は、平坦な反射面ＳＲを有しており、当該反射面ＳＲがＣＣＤイメージセンサ２０の受光面ＳＳに対して垂直となるように配置されている。反射面ＳＲは中間線ＬＣと平行であって、且つ中間線ＬＣと対向するように配置されている。このため、光源１０から発せられて被測定点Ａに到達し被測定点Ａで反射（散乱）された光（反射光）の一部は、ミラー３０の反射面ＳＲで更に反射されてから、ＣＣＤイメージセンサ２０の受光面ＳＳに到達する。

このように、ＣＣＤイメージセンサ２０の受光面ＳＳには、被測定点Ａから直接到達する光と、ミラー３０の反射面ＳＲから到達する光とが重ねて照射される。これらはいずれも光源１０から発せられた光であるが、受光面ＳＳに到達するまでにそれぞれが辿る光路の光路長は互いに異なっている。このため、受光面ＳＳには、光路差に起因して干渉縞が生じることとなる。当該干渉縞の縞間隔（ピッチ）は、受光面ＳＳから被測定点Ａまでの距離に比例した大きさとなる。

ＣＣＤイメージセンサ２０には、図示しない画像処理装置が接続されている。画像処理装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により構成されたコンピュータシステムであって、ＣＣＤイメージセンサ２０から出力される画像データを解析（例えばフーリエ変換）することにより、受光面ＳＳに形成された干渉縞の縞間隔を算出するものである。画像処理装置は更に、算出された縞間隔に基づいて、受光面ＳＳと被測定点Ａとの距離を算出し、これを物体Ｍまでの距離として外部に出力する。尚、受光面ＳＳと被測定点Ａとの距離を算出するための具体的な方法については、後に説明する。

尚、本実施形態では、干渉縞を取得するためのセンサとしてＣＣＤイメージセンサ２０を用いた例を示すが、ＣＣＤイメージセンサ２０に替えて、ＣＭＯＳイメージセンサ、フォトダイオードアレイ、リニアイメージセンサ等を用いてもよい。リニアイメージセンサを用いる場合には、その配列方向が干渉縞の並ぶ方向に沿うよう配置する必要がある。

図１（Ａ）では、光源１０から被測定点Ａに到達する光の光路と、被測定点Ａから受光面ＳＳに到達する光の光路とが完全に分離されている例を示したが、本発明の実施形態としてはこのようなものに限られない。例えば図１（Ｂ）に示したように、被測定点Ａから受光面ＳＳに到達する光の光路上にハーフミラー１２を配置し、光源１０から当該ハーフミラー１２に向けて光を照射することとしてもよい。この場合には、光源１０から発せられた光はハーフミラー１２で反射され、被測定点Ａに照射される。また、被測定点Ａで反射（散乱）された光の一部は、ハーフミラーを透過して受光面ＳＳに到達する。

また、受光面ＳＳにおいて形成される干渉縞をより明瞭なものとするために、光源と被測定点Ａとの間の光路上、又は被測定点Ａと受光面ＳＳとの間の光路上に、偏光板を配置してもよい。

続いて、図２を参照しながら、受光面ＳＳと被測定点Ａとの距離を算出するための具体的な方法について説明する。図２は、光学的測定装置１によって物体Ｍまでの距離を測定する方法を説明するための図であって、物体Ｍの被測定点Ａで反射された光の経路を模式的に示している。

図２では、中間線ＬＣに沿って被測定点Ａから受光面ＳＳに向かう方向をｘ方向としている。また、ｘ方向に垂直であって、被測定点Ａから反射面ＳＲを含む面に向かう方向をｙ方向としている。また、被測定点Ａから反射面ＳＲを含む面に下した垂線の足を原点Ｏとし、当該原点Ｏからｘ方向に沿ってｘ座標軸を設定している。同様に、原点Ｏからｙ方向に沿ってｙ座標軸を設定している。

図２には、被測定点Ａから受光面ＳＳに直接到達する反射光のうち、受光面ＳＳ上の一点である点Ｂに到達する光の光路を特に示している。受光面ＳＳを含む面から被測定点Ａまでの距離をｄとし、反射面ＳＲを含む面から被測定点Ａまでの距離をＷ／２とすれば、この光路の光路長Ｌａと点Ｂのｙ座標（ｙ）との関係は以下の式（１）で表される。

また、被測定点Ａからミラー３０の反射面ＳＲに到達し、反射面ＳＲで更に反射されてから受光面ＳＳ上の点Ｂに到達する光について検討する。このような光が辿る光路の光路長Ｌｂは、反射面ＳＲを含む面について被測定点Ａ（０，−Ｗ／２）と対称となる点Ａ１（０，Ｗ／２）から発せられ、直線的な光路を辿って点Ｂ（ｄ，ｙ）に到達するような光路の光路長と同一である。従って、この光路長Ｌｂと点Ｂのｙ座標（ｙ）との関係は以下の式（２）で表される。

従って、点Ｂに到達する二つの光の光路差は、

となる。

上記光路差に起因して、点Ｂにおいて光の干渉が生じる。上記のように、光路差はｙの関数となっているため、ｙの値によって当該部分（点Ｂ）における干渉縞の明暗が変化する。光源１０から発せられる光の波長をλとすれば、上記の光路差によって受光面ＳＳに生じる干渉縞の縞間隔ｐ１は、

となる。ここで、光路長Ｌａ及びＬｂはいずれもＷに比べて十分に大きく、それぞれｄに等しいと近似することができる。このため、上記の式（４）を変形することによって以下の式（５）が得られる。

このように、受光面ＳＳに生じる干渉縞の縞間隔ｐ１（画像処理装置によって算出される値）がわかれば、受光面ＳＳを含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）を、より詳しくは、受光面ＳＳを含む面に対する法線ベクトルのうち被測定点Ａを通るものを想定したとき、当該法線ベクトルと受光面ＳＳを含む面との交点から被測定点Ａまでの長さを、受光面ＳＳを含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）として、式（５）によって算出することができる。

以上のように、本実施形態に係る光学的測定装置１では、反射面ＳＲ（第一反射面）と受光面ＳＳ（第一受光面）とを備えるという簡単な構成によって、光源１０から発せられた光の光路差及び干渉縞を生じさせている。物体Ｍまでの距離、すなわち、受光面ＳＳを含む平面から被測定点Ａまでの距離は、当該干渉縞の縞間隔に基づいて正確に測定される。

ところで、上記の式（５）を見れば明らかなように、受光面ＳＳを含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）の算出値は、Ｗの値に応じて変化してしまう可能性がある。例えば、光学的測定装置の組み立て時におけるミスや、外力による衝撃が光学的測定装置１に加えられ、光学レンズ系の位置が当初の設計位置からずれてしまう、例えば反射面ＳＲがｙ方向に変位してしまった場合（Ｗが当初よりも大きくなってしまった場合）には、干渉縞の縞間隔に基づいて算出される距離と、実際の距離との関係が変化することとなるため、ｄと縞間隔ｐ１との関係が変化してしまう。その結果、受光面ＳＳを含む平面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）を正確に算出することができなくなってしまう。

そこで、このような問題を解決することのできる実施形態として、以下では本発明の第二実施形態に係る光学的測定装置１ａについて説明する。図３は、光学的測定装置１ａの構成を模式的に示した図であって、物体Ｍの被測定点Ａで反射された光の経路を模式的に示している。図２と図３とを対比すれば明らかなように、光学的測定装置１ａは、ＣＣＤイメージセンサ２０ａが一対の受光面（第一受光面ＳＳ１、第二受光面ＳＳ２）を有する点、及び、一対のミラー（第一ミラー３１、第二ミラー３２）を備えた点において光学的測定装置１と異なっており、その他の構成については光学的測定装置１と同様である。

図３に示したように、光学的測定装置１ａのＣＣＤイメージセンサ２０ａは、一対の受光面である第一受光面ＳＳ１及び第二受光面ＳＳ２を有している。これらはいずれも平坦な受光面であって、同一平面上においてｙ方向に並んで配置されている。中間線ＬＣは、第一受光面ＳＳ１と第二受光面ＳＳ２との境界部分においてＣＣＤイメージセンサ２０ａと交わっている。第一受光面ＳＳ１は中間線ＬＣよりも＋ｙ方向側（図３では下方側）に配置されており、第二受光面ＳＳ２は中間線ＬＣよりも−ｙ方向側（図３では上方側）に配置されている。

ＣＣＤイメージセンサ２０ａはその受光面（第一受光面ＳＳ１及び第二受光面ＳＳ２）を被測定点Ａに向けて配置されている。光源１０から発せられて被測定点Ａに到達し被測定点Ａで反射（散乱）された光（反射光）は、その一部が第一受光面ＳＳ１に直接到達し、その一部が第二受光面ＳＳ２に直接到達する。

第一ミラー３１は、平坦な反射面（第一反射面ＳＲ１）を有しており、第一反射面ＳＲ１がＣＣＤイメージセンサ２０ａの第一受光面ＳＳ１に対して垂直となるように配置されている。第一反射面ＳＲ１は中間線ＬＣと平行であって、中間線ＬＣよりも＋ｙ方向側において中間線ＬＣと対向するように配置されている。このため、光源１０から発せられて被測定点Ａに到達し被測定点Ａで反射（散乱）された光（反射光）の一部は、第一ミラー３１の第一反射面ＳＲ１で更に反射されてから、ＣＣＤイメージセンサ２０ａの第一受光面ＳＳ１に到達する。

第二ミラー３２は、平坦な反射面（第二反射面ＳＲ２）を有しており、第二反射面ＳＲ２がＣＣＤイメージセンサ２０ａの第二受光面ＳＳ２に対して垂直となるように配置されている。第二反射面ＳＲ２は中間線ＬＣと平行であって、中間線ＬＣよりも−ｙ方向側において中間線ＬＣと対向するように配置されている。このため、光源１０から発せられて被測定点Ａに到達し被測定点Ａで反射（散乱）された光（反射光）の一部は、第二ミラー３２の第二反射面ＳＲ２で更に反射されてから、ＣＣＤイメージセンサ２０ａの第二受光面ＳＳ２に到達する。

被測定点Ａまでの距離を測定するように光学的測定装置１ａを配置した状態（図３の状態）においては、第一反射面ＳＲ１から中間線ＬＣまでの距離が、第二反射面ＳＲ２から中間線ＬＣまでの距離と等しくなっている。換言すれば、光学的測定装置１ａの内部における第一ミラー３１及び第二ミラー３２の位置は、このような条件を満たすように決定されている。

尚、上記のような第一ミラー３１及び第二ミラー３２は、互いに別体である二つのミラーをそれぞれ配置してもよい。しかし、本実施形態においては、一本のガラスロッドＧＬのうち互いに対向する二つの表面を、それぞれ第一ミラー３１、第二ミラー３２として用いている。

図４を参照しながら説明する。図４はガラスロッドＧＬを示す斜視図である。ガラスロッドＧＬは直方形状のガラスであって、その長手方向における一端側の端面ＳＦを、物体Ｍの被測定点Ａに向けて配置されている。また、長手方向における他端側の端面ＳＢには、ＣＣＤイメージセンサ２０ａがその第一受光面ＳＳ１及び第二受光面ＳＳ２を当接させた状態で取り付けられている。このため、被測定点Ａからの反射光は、端面ＳＦから入射し、ガラスロッドＧＬの内部を通って第一受光面ＳＳ１及び第二受光面ＳＳ２に到達する。尚、ガラスロッドＧＬの材質はガラスに限られず、光源１０が発する光に対して透明な種々の材質を用いることができる。

図４に示したように、ガラスロッドＧＬでは、ｙ方向に沿って対向する二つの平坦な表面がそれぞれ第一反射面ＳＲ１（第一ミラー３１）及び第二反射面ＳＲ２（第二ミラー３２）となっている。端面ＳＦからガラスロッドＧＬの内部に入射した光の一部は、第一反射面ＳＲ１に入射して全反射された後、第一受光面ＳＳ１に到達する。同様に、端面ＳＦからガラスロッドＧＬの内部に入射した光の一部は、第二反射面ＳＲ２に入射して全反射された後、第二受光面ＳＳ２に到達する。尚、ガラスロッドＧＬの表面のうち第一反射面ＳＲ１及び第二反射面ＳＲ２となるそれぞれの面には、金属蒸着による薄膜が形成されていてもよい。

尚、本実施形態における第一ミラー３１及び第二ミラー３２は上記のようなもの（ガラスロッドＧＬの一面）であるから、その厚さが観念できないものである。しかし、図３等においては説明の便宜上、それぞれが一定の厚さを有する板状のミラーであるように描いている。また、図３等においては、ガラスロッドＧＬのうち第一ミラー３１及び第二ミラー３２以外の部分の図示を省略している。

このように、本実施形態においては、第一ミラー３１及び第二ミラー３２は互いに別体ではなく一体の物であるから、第一ミラー３１と第二ミラー３２との相対的な位置関係は常に一定に維持される。すなわち、外力の衝撃によってガラスロッドＧＬが変位したとしても、第一反射面ＳＲ１と第二反射面ＳＲ２とに生じる変位は常に同一となる。

図３に戻って説明を続ける。図３では、中間線ＬＣに沿って被測定点Ａから第一受光面ＳＳ１を含む面に向かう方向をｘ方向としている。また、ｘ方向に垂直であって、被測定点Ａから第一反射面ＳＲ１を含む面に向かう方向をｙ方向としている。また、変位する前の時点における第一反射面ＳＲ１を含む面に対し、被測定点Ａから下した垂線の足を原点Ｏとしている。当該原点Ｏからｘ方向に沿ってｘ座標軸を設定している。同様に、原点Ｏからｙ方向に沿ってｙ座標軸を設定している。以降の図面においても、上記と同様にしてｘ座標軸、ｙ座標軸、及び原点Ｏを設定している。

既に説明したように、ＣＣＤイメージセンサ２０ａの第一受光面ＳＳ１には、被測定点Ａから直接到達する光と、第一ミラー３１の第一反射面ＳＲ１から到達する光とが重ねて照射される。これらはいずれも光源１０から発せられた光であるが、第一受光面ＳＳ１に到達するまでにそれぞれが辿る光路の光路長は互いに異なっている。このため、第一受光面ＳＳ１には、光路差に起因して干渉縞が生じることとなる。当該干渉縞の縞間隔ｐ１は、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離に比例した大きさとなる。

同様に、ＣＣＤイメージセンサ２０ａの第二受光面ＳＳ２には、被測定点Ａから直接到達する光と、第二ミラー３２の第二反射面ＳＲ２から到達する光とが重ねて照射される。これらはいずれも光源１０から発せられた光であるが、第二受光面ＳＳ２に到達するまでにそれぞれが辿る光路の光路長は互いに異なっている。このため、第二受光面ＳＳ２には、光路差に起因して干渉縞が生じることとなる。当該干渉縞の縞間隔ｐ２は、第二受光面ＳＳ２から被測定点Ａまでの距離に比例した大きさとなる。

ここで、第一受光面ＳＳ１と第二受光面ＳＳ２とが同一平面上に配置されていることと、第一反射面ＳＲ１から中間線ＬＣまでの距離が第二反射面ＳＲ２から中間線ＬＣまでの距離と等しいこととに鑑みれば明らかなように、縞間隔ｐ１と縞間隔ｐ２とは互いに等しくなる（式（５）を参照のこと）。

ところが、例えば、外力による衝撃が光学的測定装置１に加えられ、反射面ＳＲが図３の状態から変位してしまった場合には、縞間隔ｐ１と縞間隔ｐ２とはそれぞれ変化し、以下に説明するように互いに異なる大きさとなってしまう。

このような変位の例として、ガラスロッドＧＬがｙ方向にΔｙだけ変位した場合の例を説明する。すなわち、第一反射面ＳＲ１がｙ方向にΔｙだけ並行移動し、第二反射面ＳＲ２もｙ方向にΔｙだけ並行移動した場合の例を説明する。このとき、物体Ｍの位置、及びＣＣＤイメージセンサ２０ａの位置は変わらないものとする。

図５は、光学的測定装置１ａによって物体Ｍまでの距離を測定する方法を説明するための図である。図５では、上記のようにガラスロッドＧＬがΔｙだけ変位した場合における、第一受光面ＳＳ１に到達する光の経路を模式的に示している。尚、同図においては、第二ミラー３２の図示を省略している。また、ＣＣＤイメージセンサ２０ａのうち第二反射面ＳＲ２の図示を省略している。

図５には、被測定点Ａから第一受光面ＳＳ１に直接到達する反射光のうち、第一受光面ＳＳ１上の一点である点Ｂに到達する光の光路を特に示している。図２を参照しながら説明した場合と同様に、第一受光面ＳＳ１を含む面から被測定点Ａまでの距離をｄとし、変位する前の時点における第一反射面ＳＲ１を含む面から被測定点Ａまでの距離をＷ／２とすれば、この光路の光路長Ｌａ１と点Ｂのｙ座標（ｙ）との関係は以下の式（６）で表される。

次に、被測定点Ａから第一ミラー３１の第一反射面ＳＲ１に到達し、第一反射面ＳＲ１で更に反射されてから第一受光面ＳＳ１に到達する光について検討する。このような光が辿る光路の光路長Ｌｂ１は、点Ａ２（０，Ｗ／２＋２Δｙ）から発せられ、直線的な光路を辿って点Ｂ（ｄ，ｙ）に到達するような光路の光路長と同一である。従って、この光路長Ｌｂ１と点Ｂのｙ座標（ｙ）との関係は以下の式（７）で表される。

従って、点Ｂに到達する二つの光の光路差は、

となる。

上記光路差に起因して、点Ｂにおいて光の干渉が生じる。上記のように、光路差はｙの関数となっているため、ｙの値によって当該部分（点Ｂ）における干渉縞の明暗が変化する。光源１０から発せられる光の波長をλとすれば、上記の光路差によって第一受光面ＳＳ１に生じる干渉縞の縞間隔ｐ１は、

となる。ただし、上記式（９）の導出に当たっては、ｙに比べてΔｙが微小であること、及び、光路長Ｌａ１及びＬｂ１はいずれもＷに比べて十分に大きく、それぞれｄに等しいとみなせること、を考慮している。

第二受光面ＳＳ２に生じる干渉縞の縞間隔をｐ２とすると、ｐ２についても、上記と同様の手順によって以下のように求めることができる。

ここで、ｐ１とｐ２の平均値をｐとすれば、

となるが、Δｙが微小量であることを考慮すれば、

となる。

以上のように、第一反射面ＳＲ１と第二反射面ＳＲ２とがそれぞれｙ方向に変位すると、当該変位によって縞間隔ｐ１、ｐ２の大きさはそれぞれ変化してしまう。しかし、ｐ１とｐ２の平均値ｐの変化は無視することができる程度である。当該平均値ｐに基づけば、式（５）と同様の式（１２）によって、第一受光面ＳＳ１を含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）を算出することができる。

次に、図６を参照しながら、ガラスロッドＧＬが微小回転した場合の例を説明する。すなわち、ｘ座標軸及びｙ座標軸のいずれに対しても垂直な一つの軸を回転軸として、第一反射面ＳＲ１及び第二反射面ＳＲ２が微小回転した場合の例を説明する。図６では、点Ｃ（ｘ１，０）を通り且つｘ座標軸及びｙ座標軸のいずれに対しても垂直な回転軸の周りに、ガラスロッドＧＬが角度θだけ回転した状態を示している。回転方向は、図６において反時計回りである。すなわち、第一反射面ＳＲ１のうち物体Ｍ側の端部が＋ｙ方向側に変位し、ＣＣＤイメージセンサ２０ａ側の端部が−ｙ方向側に変位するような回転方向である。一方、ガラスロッドＧＬが変位する前後で、物体Ｍの位置、及びＣＣＤイメージセンサ２０ａの位置は変わらないものとする。

図５の場合と同様に、図６においては第二ミラー３２の図示を省略している。また、ＣＣＤイメージセンサ２０ａのうち第二反射面ＳＲ２の図示を省略している。図６には、被測定点Ａから第一受光面ＳＳ１に直接到達する反射光のうち、第一受光面ＳＳ１上の一点である点Ｂに到達する光の光路を特に示している。点Ｂは、被測定点Ａから点Ｃに到達した光が、第一反射面ＳＲ１で反射された後に第一受光面ＳＳ１に到達する点である。

点Ｂのｙ座標をｙと表記すれば、被測定点Ａから第一受光面ＳＳ１に直接到達する反射光が辿る光路の光路長Ｌａ１は以下の式（１３）で表される。

次に、被測定点Ａから第一ミラー３１の第一反射面ＳＲ１に到達し、第一反射面ＳＲ１で更に反射されてから第一受光面ＳＳ１上の点Ｂに到達する光について検討する。このような光が辿る光路の光路長Ｌｂ１は、図６の点Ａ３から発せられ、直線的な光路を辿って点Ｂ（ｄ，ｙ）に到達する場合の光路長と同一である。点Ａ３は、変位後の第一受光面ＳＳ１を含む面について被測定点Ａ（０，−Ｗ／２）と対称となる位置の点であり、その座標は（Ｗｔａｎθ＋２ｘ１ｔａｎ^２θ，Ｗ／２＋２ｘ１ｔａｎθ）である。

従って、点Ａ３と点Ｂ（ｄ，ｙ）との距離である光路長Ｌｂ１を求め、これと式（１３）とを下記の式（１４）に代入すれば、第一受光面ＳＳ１に生じる干渉縞の縞間隔ｐ１が得られる。

θが微小であることを考慮し、ｔａｎθ＝θとする等の近似を行えば、ｐ１は以下のように算出される。

第二受光面ＳＳ２に生じる干渉縞の縞間隔をｐ２とすると、ｐ２についても、上記と同様の手順によって以下のように求めることができる。

ここで、ｐ１とｐ２の平均値をｐとすれば、

となるが、θが微小量であることを考慮すれば、

となる。

以上のように、第一反射面ＳＲ１と第二反射面ＳＲ２とがそれぞれ微小回転すると、当該回転によって縞間隔ｐ１、ｐ２の大きさはそれぞれ変化してしまう。しかし、ｐ１とｐ２の平均値ｐの変化は無視することができる程度である。当該平均値ｐに基づけば、式（５）と同様の式（１８）によって、第一受光面ＳＳ１を含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）を算出することができる。

図５及び図６を参照しながら、ガラスロッドＧＬが並行移動するように変位した場合と、回転するように変位した場合とを説明した。以上の説明で明らかなように、いずれの場合であっても、第一反射面ＳＲ１と第二反射面ＳＲ２との変位が互いに同様なものであれば、縞間隔ｐ１の変化と縞間隔ｐ２の変化とは互いに逆向きとなる。すなわち、一方が増加すれば他方が減少するような関係となる。このため、ｐ１とｐ２の平均値ｐの変化は無視することができる程度となり、平均値ｐに基づいて、第一受光面ＳＳ１を含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）を算出することができる。

これは、上記のようにガラスロッドＧＬの並行移動や回転が個別に生じた場合のみならず、複合的に生じた場合でも成立する。また、第一反射面ＳＲ１と第二反射面ＳＲ２との変位が互いに同様なものである限り、上記以外の複雑な変位が生じた場合でも成立する。

本実施形態では、第一反射面ＳＲ１の変位と第二反射面ＳＲ２の変位とを互いに同様なものとするために、両者をガラスロッドＧＬの対向する二つの表面としている。但し、本発明の実施形態としてはこのようなものに限られない。例えば、第一ミラー３１及び第二ミラー３２をそれぞれ別体として構成し、両者の相対変位を固定する何らかの手段（例えば、両者間に介在する支柱等）を設けてもよい。

尚、本実施形態では、ガラスロッドＧＬの長手方向に対して第一受光面ＳＳ１（及び第二受光面ＳＳ２）の法線方向が一致するように、ＣＣＤイメージセンサ２０ａを配置している。本発明の実施形態としてはこのような態様の他、第一受光面ＳＳ１等の法線方向がガラスロッドＧＬの長手方向に対して僅かに傾斜するよう、ＣＣＤイメージセンサ２０ａを配置してもよい。このような配置とすれば、ＣＣＤイメージセンサ２０ａに備え付けられたカバーガラス内における多重反射や、カバーガラスとガラスロッドＧＬとの間における多重反射等が生じるような場合であっても、干渉縞の測定に対する当該多重反射等の影響を抑えることができる。

このようにＣＣＤイメージセンサ２０ａを傾斜配置した場合、縞間隔ｐ１、ｐ２は当該傾斜の影響によりそれぞれ変化してしまう。しかし、ＣＣＤイメージセンサ２０ａの傾斜角度は既知であるから、縞間隔ｐ１、ｐ２に基づいてｄを算出する式（１８）を適宜補正して用いればよい。

また、本実施形態に係る光学的測定装置１ａは、上記のように物体の表面までの距離を測定することの他、薄膜の厚さをも測定することが可能である。この場合、薄膜の表面で反射した反射光による干渉縞と、薄膜の裏面で反射した反射光による干渉縞とが、第一受光面ＳＳ１及び第二受光面ＳＳ２にそれぞれ重なって生じることとなる。

第一受光面ＳＳ１等に重なって生じた干渉縞の縞間隔は、画像処理装置で行う演算処理（例えばフーリエ変換）によって、それぞれ算出することができる。このため、第一受光面ＳＳ１を含む面から薄膜の表面までの距離と、第一受光面ＳＳ１を含む面から薄膜の裏面までの距離とを同時に測定し、両者の差である薄膜の厚さを算出することができる。

続いて、本発明の第三実施形態に係る光学的測定装置１ｂについて、図７を参照しながら説明する。図７は、光学的測定装置１ｂを模式的に示す図であって、物体Ｍの被測定点Ａで反射された光の経路を模式的に示している。光学的測定装置１ｂは、物体Ｍと第一ミラー３１との間に集光レンズ４０が配置されている点において光学的測定装置１ａと異なっており、その他の構成については光学的測定装置１ａと同様である。但し、図７においては第二ミラー３２の図示を省略している。また、ＣＣＤイメージセンサ２０ａのうち第二反射面ＳＲ２の図示を省略している。

式（１２）や式（１８）等に示したように、ＣＣＤイメージセンサ２０ａの出力として得られる縞間隔ｐ１、ｐ２の大きさ（及びこれらの平均値ｐ）は、第一受光面ＳＳ１を含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）に比例した値となっている。

このため、第二実施形態に係る光学的測定装置１ａで距離を測定しようとすると、ｄが大きい場合には縞間隔ｐ１が第一受光面ＳＳ１の大きさに比べて大きくなり過ぎてしまい、縞間隔ｐ１を正確に測定することが困難となってしまうことがある。逆に、ｄが小さい場合には縞間隔ｐ１がＣＣＤイメージセンサ２０ａの測定分解能に比べて小さくなり過ぎてしまい、やはり縞間隔ｐ１を正確に測定することが困難となってしまうことがある。

しかしながら、物体Ｍや光学的測定装置１ａが配置される環境等の制約によって、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離は自由に設定できない場合が多い。例えば、真空チャンバー内に配置された物体Ｍまでの距離を測定する場合には、光学的測定装置１ａを真空チャンバーの内部に配置することができないため、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離をある程度長くとる必要がある。

その結果、環境等の制約を満たすように物体Ｍ及び光学的測定装置１ａを配置することと、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離を所望の精度で測定することとを、両立できない場合が生じ得る。また、環境等の制約によって測定可能な距離の範囲が固定されるということであるから、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離が大きく変動した際に、距離の測定が不可能になってしまう場合も生じ得る。

そこで、本実施形態に係る光学的測定装置１ｂでは、物体Ｍと第一ミラー３１との間に集光レンズ４０を配置することによって上記の問題を解決している。以下、集光レンズ４０を配置したことの効果について説明する。

集光レンズ４０は薄肉単レンズであって、被測定点ＡからＣＣＤイメージセンサ２０ａに向かう全ての反射光を一点（集光点ＦＰ）に集光させる。集光レンズ４０の主面は中間線ＬＣに対して垂直であり、集光点ＦＰは中間線ＬＣ上に位置している。被測定点Ａから第一反射面ＳＲ１、第二反射面ＳＲ２、第一受光面ＳＳ１、及び第二受光面ＳＳ２に到達する全ての反射光は、集光レンズ４０を通過した後に集光点ＦＰを通過する。

図７を見れば明らかなように、上記のような構成においては、集光点ＦＰの位置を、第一受光面ＳＳ１に干渉縞を生じさせる点光源の位置とみなすことができる。従って、第一受光面ＳＳ１を含む面と集光点ＦＰとの距離ｄ１は、式（１２）や式（１８）によりｄを算出した場合とまったく同様の手順により算出することができる。

また、光学的測定装置１ｂにおける集光レンズ４０の位置、すなわち、第一受光面ＳＳ１を含む面と集光レンズ４０の主面との距離は既知である。従って当該距離から距離ｄ１を差し引くことにより、集光点ＦＰと集光レンズ４０の主面との距離ｄ２を算出することができる。

更に、集光レンズ４０の焦点距離ｆも既知であるから、集光レンズ４０の主面と被測定点Ａとの距離ｄ３は、以下に示すレンズの結像公式により算出することができる。

第一受光面ＳＳ１を含む面から被測定点Ａまでの距離（ｄ）は、以上のように算出されたｄ１、ｄ２、ｄ３の総和として容易に求めることができる。

集光点ＦＰから被測定点Ａまでの距離（ｄ２＋ｄ３）は、集光レンズ４０の選び方によって自由に設定することができる。換言すれば、第一受光面ＳＳ１を含む面と集光点ＦＰとの距離ｄ１を自由に設定することができる。

これにより、第一受光面ＳＳ１を含む面から被測定点Ａまでの距離を変更することなく、縞間隔ｐ１の大きさを適切なものとすることができる。換言すれば、環境等の制約を満たすように物体Ｍ及び光学的測定装置１ｂを配置することと、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離を所望の精度で測定することとを両立させることができる。

また、例えば集光レンズ４０の縦倍率を変更することにより、集光レンズ４０から被測定点Ａまでの距離ｄ３の変動と、集光点ＦＰの位置変動（距離ｄ２の変動）との関係を変更することができる。このような関係は、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離ｄの変動と、縞間隔ｐ１の変動との関係ということもできる。縦倍率を大きくすれば、距離ｄの測定分解能が向上する。縦倍率を小さくすれば、距離ｄの測定分解能は下がるが、測定可能な距離ｄの範囲は広くなる。これを利用すれば、第一受光面ＳＳ１から被測定点Ａまでの距離ｄが大きく変動するような場合であっても、当該変動範囲の全体を測定可能な範囲に収めることができる。

尚、集光レンズ４０は、必ずしも薄肉単レンズである必要はなく、被測定点Ａからの反射光を集光点ＦＰに集光させる種々の光学素子を用いることができる。また、上記のような集光レンズ４０は、図２に示した光学的測定装置１に対して配置した場合にも、同様の効果を奏することは言うまでもない。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

例えば、第一受光面ＳＳ１及び第二受光面ＳＳ２が一つのＣＣＤイメージセンサ２０ａの受光面となっている例を説明したが、このような態様に替えて、二つのＣＣＤイメージセンサを備える構成としてもよい。この場合、一方のＣＣＤイメージセンサの受光面を第一受光面ＳＳ１とし、他方のＣＣＤイメージセンサの受光面を第二受光面ＳＳ２として用いればよい。

１，１ａ，１ｂ：光学的測定装置
１０：光源
１１：集光レンズ
１２：ハーフミラー
２０，２０ａ：ＣＣＤイメージセンサ
３０：ミラー
３１：第一ミラー
３２：第二ミラー
４０：集光レンズ
Ａ：被測定点
ＦＰ：集光点
ＧＬ：ガラスロッド
ＬＣ：中間線
Ｍ：物体
ＳＢ：端面
ＳＦ：端面
ＳＲ：反射面
ＳＲ１：第一反射面
ＳＲ２：第二反射面
ＳＳ：受光面
ＳＳ１：第一受光面
ＳＳ２：第二受光面
θ：角度

Claims (6)

1. 物体に光を照射して反射させ、その反射光に基づいて物体までの距離を測定する光学的測定装置であって、
   物体に照射する光を発生させる光源と、
   前記光源と前記物体との間に配置され、前記光源からの光を前記物体の被測定点に集光させる集光手段と、
   前記被測定点からの反射光の一部が直接入射するように配置された平坦面である第一受光面と、
   前記反射光の一部を更に反射して前記第一受光面に入射させるよう、前記第一受光面に対して垂直に配置された第一反射面と、
   前記第一受光面に生じた干渉縞の縞間隔を測定する第一干渉縞測定手段と、を備え、
   前記第一干渉縞測定手段で測定された縞間隔に基づいて、前記第一受光面を含む平面から前記被測定点までの距離を算出することを特徴とする光学的測定装置。
2. 前記反射光の一部が直接入射するように配置された平坦面であって、前記第一受光面を含む平面と同一の平面内に配置された第二受光面と、
   前記反射光の一部を更に反射して前記第二受光面に入射させるよう、前記第二受光面に対して垂直に配置された第二反射面と、
   前記第二受光面に生じた干渉縞の縞間隔を測定する第二干渉縞測定手段と、を更に備え、
   前記第一受光面を含む平面に対して垂直であり、且つ前記被測定点を通る直線を中間線と定義したときにおいて、
   前記第一受光面と前記第二受光面とは、前記中間線を間に挟むように並んで配置されており、
   前記第一反射面と前記第二反射面とは、互いに平行であって、且つ、前記中間線を間に挟むように対向して配置されており、
   前記第一干渉縞測定手段で測定された縞間隔と、前記第二干渉縞測定手段で測定された縞間隔との平均値に基づいて、前記第一受光面及び前記第二受光面を含む平面から前記被測定点までの距離を算出することを特徴とする、請求項１に記載の光学的測定装置。
3. 前記第一反射面と前記第二反射面とは、それぞれから前記中間線までの距離が互いに等しくなる位置に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の光学的測定装置。
4. 前記光源から発生する光に対して透明な材質からなり、前記反射光がその内部を通過するように配置された透明体を備えており、
   前記第一反射面及び前記第二反射面は、いずれも、前記透明体の表面に形成された平坦面であることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の光学的測定装置。
5. 前記第一反射面及び前記第一受光面に到達する全ての前記反射光が前記被測定点と前記第一反射面との間における一点を通過するように、前記反射光を集光させる集光手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１に記載の光学的測定装置。
6. 前記第一反射面、前記第二反射面、前記第一受光面、及び前記第二受光面に到達する全ての前記反射光が前記被測定点と前記第一反射面との間における一点を通過するように、前記反射光を集光させる集光手段を更に備えたことを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の光学的測定装置。