JP2001241916A

JP2001241916A - 斜入射干渉計用光学系およびこれを用いた装置

Info

Publication number: JP2001241916A
Application number: JP2000050917A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kanda; 秀雄神田; Fumio Watabe; 文男渡部; Fumio Kobayashi; 富美男小林
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】プリズムよりなる光束径偏拡大光学系を備え
平行光線束を所定方向に拡大させた後、その一部を測定
光として被検面に斜入射させる斜入射干渉計用光学系お
よびこれを用いた装置とし、光利用効率を向上させると
ともにコリメータレンズを小さく焦点距離の短いレンズ
とし、軽量化および小型化をも図る。【構成】コリメータレンズ１４からの平行光線束が光
束径調整用プリズム２５に斜めに入射されることによ
り、光線束は所定方向にのみ拡大される。この光線束の
一部が測定光とされ、その拡大された方向が被検面２ａ
への入射光束の中心光線およびその反射光束の中心光線
を含む平面（被検面Ｙ方向に延びる平面）に対し直交す
るように、被検面２ａに斜入射される。被検面２ａで反
射された測定光が参照光と合成され互いに干渉を生じ、
この合成光によりスクリーン部１８上に干渉縞画像が映
出され、ＴＶカメラ２０により干渉縞を観察する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に粗面の平面度
を非接触で測定可能とする斜入射干渉計に用いられる光
学系およびこれを用いた装置に関するものであり、特
に、コリメータレンズより射出される平行光線束の整形
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加工物表面の平面度を測定す
るための種々の干渉計装置が知られている。その中でも
凹凸差の大きい被検面の平面度を測定し得る装置とし
て、斜入射干渉計装置が知られている。

【０００３】斜入射干渉計装置においては、被検面に対
し可干渉光線束を斜めから入射させることにより測定感
度を低くすることができるため、非接触での粗面等の平
面度測定に用いられている。ここで、測定に使用される
光の波長をλ、被検面への入射角をθとすれば、被検面
の凹凸量、すなわち測定感度Δｈは下式で表わされる。 Δｈ＝λ／（２ cosθ）すなわち、入射角θが大きくなり斜め入射の程度が大き
くなる程、縞間隔が大きくなり測定感度が低くなるの
で、平面精度が悪い平面を測定することが可能となる。

【０００４】図８は、従来の斜入射干渉計装置の第１の
構成例であり、基準原器として平面基準板を用いた例で
あり、平行平面板１１６の基準平面１１６ａと被検物２
の被検面２ａとは対向配置されている。この斜入射干渉
計装置は、レーザ光源１１１から発せられピンホール１
１３を透過し、コリメータレンズ１１４により平行光と
された可干渉光を、ミラー１１５を介して平行平面板１
１６に斜め方向から照射し、基準平面１１６ａを透過し
被検面２ａにより反射されこの面に再び入射する測定光
と、この基準平面１１６ａで内部反射する参照光とを、
この面において合成し互いに干渉させ、この基準平面１
１６ａと被検面２ａの距離に基づく光路差に応じた干渉
縞をスクリーン１１８に投影し、観察者１１９が観察す
るようになっている。

【０００５】図９は、従来の斜入射干渉計装置の第２の
構成例であり、基準原器として直角二等辺三角形プリズ
ムを用いた、アブラムソン型と呼ばれる例である。図９
および以下の従来例において、図８に示す斜入射干渉計
装置と同様の部材には下二桁を一致させた符号を付して
いる。この装置は、可干渉平行光を直角二等辺三角形プ
リズム２１６に入射面２１６ｂから入射させるものであ
り、基準平面２１６ａにおいて参照光と測定光とを分離
し、被検面２ａにより反射された測定光が再び入射する
この面において合成され干渉縞を投影する。この装置で
は、スクリーン２１８に投影された干渉縞をＴＶカメラ
２１９により撮影し観察するように構成されている。

【０００６】図１０は、従来の斜入射干渉計装置の第３
の構成例であり、回折格子を用いたバーチ型と呼ばれる
例である。この斜入射干渉計装置は、可干渉平行光を回
折格子３１７ａに入射させて２方向に波面分割し、一方
の光線束を被検面２ａに対して斜めに入射させてその反
射光を測定光とするとともに他方の光線束を参照光と
し、これら測定光および参照光を回折格子３１７ｂに入
射させて波面合成し、この回折格子３１７ｂから同一方
向に射出される測定光と参照光との光干渉により生じる
干渉縞をホログラムスクリーン３１８に投影し、ＴＶカ
メラ３１９により撮像し観察するように構成されてい
る。図１０においては、回折格子３１７ａで波面分割さ
れた０次回折光が参照光、１次回折光が測定光とされ、
後段の回折格子３１７ｂにおいて参照光の１次回折光と
測定光の０次光とが合成され、互いに干渉するように構
成されている。

【０００７】図１１は、従来の斜入射干渉計装置の第４
の構成例であり、マッハツェンダ型干渉計を斜入射干渉
計として応用した例である。この斜入射干渉計装置は、
可干渉平行光をハーフミラー４１７ａにより２方向に分
割し、一方の光線束を測定光としミラー４１５ａを介し
被検面２ａに対して斜めに入射させ、他方の光線束を参
照光とし、これら被検面２ａで反射された測定光および
ミラー４１５ｂにより反射された参照光をハーフミラー
４１７ｂにより合成し、測定光と参照光との光干渉によ
り生じる干渉縞をスクリーン４１８に投影し直接または
ＴＶカメラ等により観察するように構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の斜入射
干渉計では、コリメータレンズから射出された平行光線
束はその一部が測定光として、通常、断面円形の光束と
して被検面２ａに射入射されている。したがって、斜め
方向から被検面２ａに入射されたこの光線束は被検面２
ａおよびその延長面上を楕円形状に照射する。この楕円
形状は、被検面２ａへの入射光束の中心光線および反射
光束の中心光線を含む平面の延びる方向（図８〜１１の
紙面左右方向）を長軸とするものとなる。被検面２ａ上
でのこの長軸方向を、以下、被検面Ｙ方向と称する。

【０００９】しかしながら、一般に斜入射干渉計の被検
面２ａおよびその延長面上には、最も汎用性の高い形状
として、縦横方向の長さが略一致した円形または正方形
状にコリメート光が照射されることが期待される。従来
の斜入射干渉計では、楕円状の照射範囲内に収まるよう
な円形あるいは正方形の範囲だけを利用し、この範囲の
外に照射された光束は利用されないことになり、特に長
軸方向については光量が無駄になる部分が多くなってい
る。上述の従来の斜入射干渉計装置に対し、このような
光量の無駄を低減し光の利用効率を高くすることが要望
されている。

【００１０】また、これらの斜入射干渉計のコリメータ
レンズは必要な光束径サイズの平行光線束を得るために
配設されるものであり、この光束径サイズは、被検面２
ａおよびその延長面上で上記楕円状照射範囲の短軸が被
検面２ａに対し必要十分な長さとなるように設定され
る。なお、被検面２ａ上でのこの短軸は、被検面２ａへ
の入射光束の中心光線および反射光束の中心光線を含む
平面に直交する方向（紙面に対し垂直方向）にあり、以
下、この方向を被検面Ｘ方向と称する。

【００１１】従来のコリメータレンズは、いうまでもな
くこのＸ方向の光束幅より大きい径のものとしなければ
ならず、したがってこのレンズの焦点距離も長くなるの
で、光学系および装置全体も大型となる傾向にある。例
えば、被検面２ａのＸ方向幅が100ｍｍの場合コリメー
タレンズによる光束幅は115〜120ｍｍが必要となり、コ
リメータレンズのＦナンバを４とすれば焦点距離400〜5
00ｍｍの大きなレンズが必要となってしまう。

【００１２】このような状況に対し、光学系および装置
全体の軽量化および小型化を図るため、コリメータレン
ズをより小さく、より焦点距離の短いレンズとすること
が要望されている。

【００１３】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、コリメータレンズから射出される平行
光線束の光利用効率を向上させるとともに、光学系およ
び装置全体として軽量化および小型化を図り得る斜入射
干渉計用光学系およびこれを用いた装置を提供すること
を目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の斜入射干渉計用
光学系は、可干渉性を有する光を射出する光源と、この
光を平行光線束とするコリメータレンズと、この平行光
線束よりなり被検面に斜入射され該被検面で反射された
測定光と、この平行光線束よりなる参照光とを合成し生
成される干渉縞が投影されるスクリーン部とを備えた斜
入射干渉計用光学系において、前記参照光および前記被
検面に斜入射される前記測定光の光束径を、前記被検面
への前記測定光の入射光束の中心光線およびその反射光
束の中心光線を含む平面に対し直交する方向に、拡大す
る機能を有する光束径偏拡大光学系を備えたことを特徴
とするものである。

【００１５】また、この斜入射干渉計用光学系は、前記
平行光線束を前記参照光と前記測定光とに分割する光束
分割手段、ならびに、該参照光と、前記被検面から反射
された該測定光とを合成する光束合成手段とを備え、前
記光束径偏拡大光学系が前記コリメータレンズと前記光
束分割手段の間に配設されていることが好ましい。

【００１６】また、前記光束径偏拡大光学系が少なくと
も１つのプリズムからなることがより好ましい。また、
前記光束分割手段がプリズムまたは回折光学素子からな
ることが好ましい。

【００１７】また、この斜入射干渉計用光学系は、前記
光束径偏拡大光学系を構成する少なくとも１つのプリズ
ムが、前記平行光線束のこのプリズムへの入射面または
このプリズムからの射出面において、Ｐ偏光成分を効率
よく透過させ得るプリズムとされ、このＰ偏光成分を前
記被検面に対してはＳ偏光成分として入射させるため
の、光路変換手段を備えていることが好ましい。

【００１８】本発明に係る装置は、前記斜入射干渉計用
光学系およびカメラを備えてなることを特徴とするもの
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、後述する実施例１に係る斜入射干渉計用光学系およ
びこれを用いた装置の図面を代表として参照しながら説
明する。

【００２０】図１（Ｂ）は、実施例１に係る光学系およ
び装置の概略構成を示す図である。また、図１（Ａ）
は、図１（Ｂ）のミラー２４からミラー２２までを紙面
左側より見た図である。

【００２１】図１（Ｂ）に示すようにこの斜入射干渉計
用光学系は、光源１１より射出された可干渉性を有する
光がコリメータレンズ１４により平行光線束とされ、さ
らに光束径調整用プリズム２５からなる光束径偏拡大光
学系によりこの平行光線束が所定方向に拡大され、この
平行光線束よりなり被検面２ａに斜入射され被検面２ａ
で反射された測定光と、この平行光線束よりなる参照光
とを合成し生成される干渉縞が投影されるスクリーン部
１８とを備えており、この装置は、この光学系のスクリ
ーン部１８に形成される干渉縞を観察し得る位置にＴＶ
カメラ２０が配置されたものとされている。

【００２２】すなわち、コリメータレンズ１４からの平
行光線束が、図１（Ａ）に示すように光束径調整用プリ
ズム２５に斜めに入射されることにより、光線束は所定
方向に拡大されてプリズム２５から射出される。光束径
調整用プリズム２５から射出された平行光線束は、その
一部が参照光とされ、また他の一部は測定光とされる。
図１においては、この平行光線束は第１のプリズム１６
に入射する面において参照光および測定光に分割され
る。測定光は被検面２ａに斜入射され、この被検面２ａ
で反射された測定光が参照光と合成されることにより、
互いに干渉を生じる。図１においては、測定光が第２の
プリズム１７から射出される面において、測定光と参照
光が合成されている。この干渉縞情報を担持した合成光
によりスクリーン部１８上に干渉縞画像が映出され、Ｔ
Ｖカメラ２０により干渉縞を観察する。

【００２３】さらに、この斜入射干渉計用光学系におい
ては、光束径偏拡大光学系により所定方向に拡大された
平行光線束よりなる前記測定光が、その拡大された方向
が被検面２ａに対する入射光束の中心光線およびその反
射光束の中心光線を含む平面（被検面Ｙ方向に延びる平
面）に対して直交するように、前記被検面２ａに入射す
るように、各部材が配設されている。

【００２４】光束径偏拡大光学系は上述のように参照光
および測定光をともに所定方向に拡大させる光学系であ
り、図１においては光束径調整用プリズム２５がこれに
あたる。このプリズム２５は、図示するように断面が略
直角二等辺三角形とされ、直角二等辺三角形からなる表
裏２面の対向方向に扁平とされた三角柱形状のブロック
である。そして、ミラー２４により、コリメータレンズ
１４からの平行光線束がこのプリズム２５の斜面長手方
向に向かって斜入射するように位置設定されている。

【００２５】このプリズム２５により、図１（Ｂ）のプ
リズム２５の光射出面において、平行光線束を紙面に対
し垂直方向に拡大させることができる。例えば、コリメ
ータレンズ１４により平行光とされた光束の光束断面を
円形とするならば、図１（Ｂ）のプリズム２５の光射出
面において、この光束断面は紙面に対し垂直方向に長軸
を、紙面に対し左右方向に短軸をとった楕円形状とされ
る。平行光線束の進行方向に対し、この光束断面の長軸
方向を、以下、平行光線束のｙ方向と称し、同じく短軸
方向を平行光線束のｘ方向と称する。また、この光束断
面の長径を、以下、平行光線束のｙ方向径と称し、同じ
く短径を平行光線束のｘ方向径と称する。この平行光線
束よりなる参照光、測定光および合成光についても同様
とする。

【００２６】この平行光線束の一部が測定光として被検
面２ａに入射する。被検面２ａに入射する際には、その
拡大された方向（平行光線束のｙ方向）が前記被検面２
ａにおける入射光束の中心光線および反射光束の中心光
線を含む平面（被検面Ｙ方向に延びる平面）に対して直
交するように入射される。図１においては、測定光はミ
ラー２２において全反射されることにより、測定光のｙ
方向径が被検面Ｙ方向に延びる平面に対して直交するよ
う、変向されて被検面２ａに入射される。すなわち、プ
リズム２５の光射出面での前述の楕円形状が、紙面に対
し垂直方向に長軸を、紙面に対し大略上下方向に短軸を
とった楕円形状とされて被検面２ａに入射される。

【００２７】この光束径偏拡大光学系の効果について説
明する。前述したとおり、一般に、被検面２ａおよびそ
の延長面に照射される測定光は、円形または正方形状の
照射範囲とされることが汎用性上望ましい。斜入射干渉
計用光学系の場合、このような照射範囲を得るために
は、被検面２ａに入射する測定光の、被検面２ａにおけ
る入射光束の中心光線および反射光束の中心光線を含む
平面において入射光束の中心光線に直交する方向の径
（上記ｘ方向径にあたる。）は、斜入射により被検面上
でＹ方向に拡大されるということを考慮する必要があ
る。したがって、測定光のこの方向の径については入射
光束の幅は小さくてよいが、これに直交する、被検面２
ａにおける入射光束の中心光線および反射光束の中心光
線を含む平面に直交する方向の径（上記ｙ方向径にあた
る。）については、被検面２ａ上で必要となるＸ方向幅
と略一致した幅を持った光束を入射させることが肝要と
なる。

【００２８】本実施形態によれば、測定光が被検面２ａ
に斜入射されて被検面Ｙ方向にのみ拡大されることを勘
案し、被検面２ａ上で必要なＸ方向幅に合わせて平行光
線束を予めｙ方向径についてのみ拡大させる光束径偏拡
大光学系を備えているため、上述した理想的照射範囲形
状とすることができ、測定光の光量ロスを低減し、光利
用効率を高くすることができる。例えば、前述のプリズ
ム２５から射出された断面楕円形状の平行光線束は、被
検面２ａに射入射されることにより短軸方向にのみ拡大
され、被検面２ａ上では略円形の範囲を照射する。

【００２９】従来の斜入射干渉計装置では、コリメータ
レンズにより、光源から出力される光を被検面２ａ上で
必要なＸ方向幅に見合う光束径の平行光線束としていた
ので、この平行光線束よりなる測定光を被検面２ａに斜
入射させると光束は被検面Ｙ方向において更に拡大され
ることになり、測定光の光量ロスを生じていた。

【００３０】また、本実施形態によれば、光束径偏拡大
光学系により平行光線束を一方向に拡大させているの
で、この前段のコリメータレンズ１４は従来例に比し径
の小さなレンズとすることができる。さらに、その焦点
距離も短くすることができ、これらにより光学系および
装置全体の軽量化、小型化を図ることができる。

【００３１】なお、光束径偏拡大光学系は本実施形態に
示したプリズムだけでなく、アナモフィックレンズやア
ナモフィックミラーを用いることも可能である。また、
本実施形態の光束径偏拡大光学系は一方向にのみ光束を
拡大させるプリズムとされているが、これに限られるも
のではなく、上記のような部材により複数方向に拡大す
る光学系とされていてもよい。また、本実施形態のよう
に被検面Ｘ方向に相応させて測定光のｙ方向径を拡大さ
せるのではなく、斜入射を考慮した上で被検面Ｙ方向に
相応させて測定光のｘ方向径を縮小させるような光学系
とされていてもよい。ただし、本実施形態のようなプリ
ズムは製造が容易であるとともに、一方向にのみ光束を
拡大させるために光学系および装置を簡易な構成とする
ことができる。

【００３２】なお、光束径偏拡大光学系として光束径調
整用プリズム２５を用いた場合、このプリズム２５によ
り光束をより拡大させるためには、プリズム２５への入
射角をなるべく大きくする必要がある（図（Ａ）参
照）。入射角を図示する程度まで大きく設定すると入射
光のＳ偏光成分の反射が増えるため、プリズム入射面で
屈折してプリズム２５を透過する光はＰ偏光の成分が多
くなる。この、プリズム２５を透過したＰ偏光成分の光
は、ミラー２２により変向反射されてから被検面２ａに
入射するので、被検面２ａにおいてはＳ偏光成分として
斜入射することになる。上述の如く斜入射に際してはＳ
偏光成分の光の方が反射されやすいので、被検面２ａで
は本実施形態のようにＳ偏光成分の多い光が入射される
方が反射効率もよくなるという利点がある。なお、反射
効率がよいとはいえ被検面２ａからの反射光量は参照光
の光量には及ばないので、プリズム２５に入射される光
自体がＰ偏光成分の多い光とされていることがより望ま
しい。例えば、偏光の方向が揃えられた光を射出するよ
うなレーザ光源１１を配設することにより、プリズム２
５にこのような光を入射させることができる。

【００３３】本実施形態ではミラー２２が、平行光線束
の光路を変向させるとともに偏光変換手段としても機能
しているので、少ない部材によりコンパクトな光学系お
よび装置を得ることができる。ただし、偏光変換手段は
このようなミラーに限られるものではなく、旋光性を有
する何らかの光学活性体を配設することも可能である。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の各実施例１〜７について説明
する。なお、各実施例において同様の部材には同一の符
号を付し、各実施例で重複する部分についての説明は省
略している。

【００３５】＜実施例１＞図１（Ｂ）に示すように、本
実施例に係る斜入射干渉計用光学系およびこれを用いた
装置によれば、半導体レーザ光源１１より射出された可
干渉性を有する光が集光レンズ１２、ピンホール１３お
よびコリメータレンズ１４により平行光線束とされ、ミ
ラー２４に変向反射され図１（Ａ）に示すように光束径
調整用プリズム２５に斜めに入射されることにより、光
線束は所定方向に拡大されてプリズム２５から射出され
る。光束径調整用プリズム２５から射出された平行光線
束は、第１のプリズム１６に入射する面１６ａにおいて
参照光および測定光に分割される。測定光はミラー２２
を介し被検物２の被検面２ａに斜入射され、この被検面
２ａで反射された測定光がミラー２３を介し第２のプリ
ズム１７に入射され、このプリズム１７から射出される
面１７ｂにおいて、ミラー２１により全反射された参照
光と合成されることにより、互いに干渉を生じる。この
干渉縞情報を担持した合成光によりスクリーン部１８上
に干渉縞画像が映出され、ＴＶカメラ２０により干渉縞
を観察する。

【００３６】本実施例および以下の実施例２〜７におい
て、被検面２ａに入射する測定光は、その前段で光束径
調整用プリズム２５によりｙ方向にのみ拡大されている
ので、被検面２ａに斜入射されて被検面２ａ上ではＸ方
向とＹ方向の長さが略等しい範囲を照射することにな
る。さらに、被検面２ａで反射された測定光は再びｙ方
向にのみ拡大された光線束として、同じく光束径調整用
プリズム２５によりｙ方向にのみ拡大された参照光と合
成される。この合成光は、図示されるように、スクリー
ン部１８に斜入射されることによりスクリーン部１８上
で合成光のｘ方向のみが拡大されて投影されるので、観
察者は縦横方向の長さが略等しい干渉縞画像を観察する
ことができる。

【００３７】本実施例では、光束径偏拡大光学系が１つ
のプリズムにより構成されているので、プリズムの位置
調整は比較的容易である。

【００３８】＜実施例２＞本実施例に係る斜入射干渉計
用光学系およびこれを用いた装置の概略構成を図２
（Ｂ）に示す。また、図２（Ａ）は、図２（Ｂ）のミラ
ー２４からミラー２２までを紙面左側より見た図であ
る。本実施例に係る光学系および装置は図２に示すよう
に、半導体レーザ光源１１から光束径調整用プリズム２
５までの構成は実施例１と略同様である。

【００３９】光束径調整用プリズム２５から射出された
平行光線束は、ミラー２２を介し第１のプリズム１６に
入射し、このプリズム１６から射出される面１６ａにお
いて参照光および測定光に分割される。測定光は被検面
２ａに斜入射され、この被検面２ａで反射された測定光
が第２のプリズム１７に入射される面１７ｂにおいて、
ミラー２１により全反射された参照光と合成されること
により、互いに干渉を生じる。この干渉縞情報を担持し
た合成光はミラー２３を介しスクリーン部１８上に干渉
縞画像を投影し、ＴＶカメラ２０により干渉縞を観察す
る。

【００４０】さらにこの光学系および装置は、光路内に
着脱可能なアライメント用ミラー２６、アライメント用
結像レンズ２７およびミラー２８からなるアライメント
用結像光学系と、ＴＶカメラ２０の視野を切り換えるた
めの切換ミラー２９とを備えている。

【００４１】＜実施例３＞本実施例に係る斜入射干渉計
用光学系およびこれを用いた装置の概略構成を図３
（Ｂ）に示す。また、図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のミラ
ー２４からプリズム１６の入射面１６ａまでを紙面左側
より見た図である。なお、プリズム１６により分割され
る参照光の光路およびミラー２１は、図の複雑を避ける
ため省略されている。

【００４２】本実施例に係る光学系および装置は図３に
示すように、半導体レーザ光源１１からミラー２４まで
の構成は実施例１と略同様である。ミラー２４により光
路変向された平行光線束は、図３（Ａ）に示すように２
つの光束径調整用プリズム２５ａおよび２５ｂからなる
光束径偏拡大光学系に入射される。

【００４３】このプリズム２５ａおよび２５ｂは、図示
するように断面直角三角形とされ、直角三角形からなる
表裏２面の対向方向に扁平とされた三角柱形状のブロッ
クである。そして、ミラー２４からの平行光線束がこの
プリズム２５ａの斜面長手方向に向かって斜入射し、さ
らにこのプリズム２５ａから射出された平行光線束がプ
リズム２５ｂの斜面長手方向に向かって斜入射するよう
に位置設定されている。このように２段階に分けて光束
径調整用プリズム２５ａおよび２５ｂに斜めに入射され
ることにより、光線束は所定方向に拡大されてプリズム
２５ｂから射出される。

【００４４】本実施例では、光束径偏拡大光学系として
２つのプリズム２５ａ、２５ｂを採用することにより、
１つのプリズムの場合に比し個々のプリズムに射入射さ
せる入射角を小さくすることができるので、光束径調整
の自由度が増すとともに調整誤差に対する許容度も高く
なる。また、プリズム全体の質量を低減することも可能
となる。

【００４５】光束径調整用プリズム２５ｂから射出され
た平行光線束は、第１のプリズム１６に入射する面１６
ａにおいて参照光および測定光に分割される。測定光は
被検面２ａに斜入射され、この被検面２ａで反射された
測定光が第２のプリズム１７から射出される面１７ｂに
おいて、ミラー２１により全反射された参照光と合成さ
れることにより、互いに干渉を生じる。この干渉縞情報
を担持した合成光によりスクリーン部１８上に干渉縞画
像が映出され、ＴＶカメラ２０により干渉縞を観察す
る。

【００４６】さらにこの光学系および装置は、参照光お
よび測定光の光路内に配設された光量調節用フィルタ３
０Ｂおよび３０Ｃと、ＴＶカメラ２０の視野を切り換え
るための切換ミラー２９とを備えている。

【００４７】＜実施例４＞本実施例に係る斜入射干渉計
用光学系およびこれを用いた装置の概略構成を図４
（Ｂ）に示す。また、図４（Ａ）は、図４（Ｂ）のミラ
ー２４からミラー２２までを紙面左側より見た図であ
る。なお、プリズム１６により分割される参照光の光路
およびミラー２１は、図の複雑を避けるため省略されて
いる。本実施例に係る光学系および装置は図４に示すよ
うに、半導体レーザ光源１１から光束径調整用プリズム
２５までの構成は実施例１と略同様である。

【００４８】光束径調整用プリズム２５から射出された
平行光線束は、実施例１と略同様に第１のプリズム１６
から射出する面１６ａにおいて分割され、測定光が第２
のプリズム１７に入射される面１７ｂにおいて合成され
る。またこの光学系および装置は、実施例２と同様にア
ライメント用結像光学系を備え、実施例３と同様に光量
調節用フィルタ３０Ｂおよび３０Ｃを備えている。

【００４９】＜実施例５＞本実施例に係る斜入射干渉計
用光学系およびこれを用いた装置の概略構成を図５
（Ｂ）に示す。また、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）のミラ
ー２４からミラー２２までを紙面左側より見た図であ
る。

【００５０】図５（Ｂ）に示すように、本実施例に係る
斜入射干渉計用光学系およびこれを用いた装置によれ
ば、半導体レーザ光源１１より射出された可干渉性を有
する光が、ピンホール１３およびコリメータレンズ１４
により平行光線束とされ、ミラー２４により変向反射さ
れ、図５（Ａ）に示すように光束径調整用プリズム２５
に斜めに入射されることにより、光線束は所定方向に拡
大されてプリズム２５から射出される。

【００５１】光束径調整用プリズム２５から射出された
平行光線束はハーフミラー５１により２方向に分割され
る。ミラー２２を介し被検面２ａに斜入射されこの被検
面２ａで反射された測定光と、ミラー２１により全反射
された参照光とが、ハーフミラー５２により合成される
ことにより互いに干渉を生じる。この干渉縞情報を担持
した合成光によりスクリーン部１８上に干渉縞画像が映
出され、ＴＶカメラ２０により干渉縞を観察する。

【００５２】第４の従来例として前述した図１１の装置
に比べ、本実施例によればコリメータレンズ１４に径が
小さいものを用いることができることが明らかである。
また、このレンズの焦点距離も短くてよいので、コリメ
ータレンズ１４と光源１１との距離も短くなり、これら
により光学系および装置をコンパクトにすることができ
る。

【００５３】＜実施例６＞本実施例に係る斜入射干渉計
用光学系およびこれを用いた装置の概略構成を図６
（Ｂ）に示す。また、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）のミラ
ー２４からミラー１５までを紙面左側より見た図であ
る。本実施例に係る光学系および装置は図６に示すよう
に、半導体レーザ光源１１から光束径調整用プリズム２
５までの構成は実施例５と略同様である。

【００５４】光束径調整用プリズム２５から射出された
平行光線束はミラー１５を介し平行平面板６１に斜め方
向から入射される。平行平面板６１の基準平面６１ａは
被検物２の被検面２ａと対向配置されており、平行平面
板６１を透過し基準平面６１ａから射出された測定光は
被検面２ａに斜入射される。この被検面２ａで反射され
基準平面６１ａに再び入射される測定光と、この面で内
部反射する参照光とが、この面において合成されること
により、互いに干渉を生じる。この干渉縞情報を担持し
た合成光によりスクリーン部１８上に干渉縞画像が映出
され、観察者１９が観察を行う。

【００５５】第１の従来例として前述した図８の装置に
比べ、本実施例によればコリメータレンズ１４に径が小
さいものを用いることができることが明らかである。ま
た、このレンズの焦点距離も短くてよいので、コリメー
タレンズ１４と光源１１との距離も短くなり、これらに
より光学系および装置をコンパクトにすることができ
る。

【００５６】＜実施例７＞本実施例に係る斜入射干渉計
用光学系およびこれを用いた装置の概略構成を図７
（Ｂ）に示す。また、図７（Ａ）は、図７（Ｂ）のミラ
ー２４からミラー１５までを紙面左側より見た図であ
る。本実施例に係る光学系および装置は図７に示すよう
に、半導体レーザ光源１１から光束径調整用プリズム２
５までの構成は実施例１と略同様である。

【００５７】光束径調整用プリズム２５から射出された
平行光線束は、ミラー１５を介し回折格子７１に入射さ
れて２方向に波面分割される。分割された一方の光線束
は測定光として被検面２ａに対して斜めに入射され、他
方の光線束は参照光とされる。被検面２ａで反射された
測定光は回折格子７２において参照光と波面合成され、
この回折格子７２から同一方向に射出される測定光と参
照光との光干渉により生じる干渉縞をホログラムスクリ
ーンよりなるスクリーン部１８に投影し、ＴＶカメラ２
０により撮像し観察する。本実施例においては、回折格
子７１で波面分割された０次回折光が参照光、１次回折
光が測定光とされ、後段の回折格子７２において参照光
の１次回折光と測定光の０次光とが合成され、互いに干
渉するように構成されている。

【００５８】第３の従来例として前述した図１０の装置
に比べ、本実施例によればコリメータレンズ１４に径が
小さいものを用いることができることが明らかである。
また、このレンズの焦点距離も短くてよいので、コリメ
ータレンズ１４と光源１１との距離も短くなり、これら
により光学系および装置をコンパクトにすることができ
る。

【００５９】なお、本発明に係る斜入射干渉計用光学系
および装置としては上記実施例のものに限られるもので
はなく、種々の態様の変更が可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の斜入射
干渉計用光学系においては、測定光が被検面に斜入射さ
れて被検面Ｙ方向にのみ拡大されることを勘案し、被検
面上で必要なＸ方向幅に合わせて平行光線束を予めｙ方
向径について拡大させる光束径偏拡大光学系を備えてい
るため、光利用効率を向上させることができるととも
に、コリメータレンズをより小さく、より焦点距離の短
いレンズとすることができ、光学系および装置全体とし
て軽量化および小型化をも図り得る斜入射干渉計用光学
系およびこれを用いた装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光学系および装置
の構成を示す図

【図２】本発明の第２の実施例に係る光学系および装置
の構成を示す図

【図３】本発明の第３の実施例に係る光学系および装置
の構成を示す図

【図４】本発明の第４の実施例に係る光学系および装置
の構成を示す図

【図５】本発明の第５の実施例に係る光学系および装置
の構成を示す図

【図６】本発明の第６の実施例に係る光学系および装置
の構成を示す図

【図７】本発明の第７の実施例に係る光学系および装置
の構成を示す図

【図８】従来の第１の斜入射干渉計装置の構成を示す図

【図９】従来の第２の斜入射干渉計装置の構成を示す図

【図１０】従来の第３の斜入射干渉計装置の構成を示す
図

【図１１】従来の第４の斜入射干渉計装置の構成を示す
図

【符号の説明】

２被検物２ａ被検面１１、１１１、２１１、３１１、４１１半導体レー
ザ光源（光源）１２、３１２集光レンズ１３、１１３、２１３、３１３、４１３ピンホール１４、１１４、２１４、３１４、４１４コリメータ
レンズ１５、２１、２２、２３、２４、２８、１１５、３１
５、４１５ａ、４１５ｂミラー１６第１のプリズム１６ａ光束分割面１７第２のプリズム１７ｂ光束合成面１８、１１８、２１８、３１８、４１８スクリーン
部（スクリーン）１９、１１９観察者２０、２１９、３１９ＴＶカメラ２５、２５ａ、２５ｂ光束径調整用プリズム２６アライメント用ミラー２７アライメント用結像レンズ２９切換ミラー３０Ｂ、３０Ｃ光量調節用フィルタ５１、５２、４１７ａ、４１７ｂハーフミラー６１、１１６平行平面板６１ａ、１１６ａ、２１６ａ基準平面７１、７２、３１７ａ、３１７ｂ回折格子２１６直角二等辺三角形プリズム２１６ｂ入射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林富美男埼玉県大宮市植竹町１丁目324番地富士写真光機株式会社内Ｆターム(参考） 2F064 AA15 CC04 FF02 GG00 GG12 GG13 GG22 GG41 GG62 HH03 JJ01 2F065 AA47 BB01 DD02 FF48 FF52 GG06 GG12 HH03 HH12 JJ03 JJ08 JJ26 LL00 LL12 LL21 LL47 QQ29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可干渉性を有する光を射出する光源と、この光を平行光線束とするコリメータレンズと、この平行光線束よりなり被検面に斜入射され該被検面で
反射された測定光と、この平行光線束よりなる参照光と
を合成し生成される干渉縞が投影されるスクリーン部と
を備えた斜入射干渉計用光学系において、前記参照光および前記被検面に斜入射される前記測定光
の光束径を、前記被検面への前記測定光の入射光束の中
心光線およびその反射光束の中心光線を含む平面に対し
直交する方向に、拡大する機能を有する光束径偏拡大光
学系を備えたことを特徴とする斜入射干渉計用光学系。
【請求項２】前記平行光線束を前記参照光と前記測定
光とに分割する光束分割手段、ならびに、該参照光と、
前記被検面から反射された該測定光とを合成する光束合
成手段とを備え、前記光束径偏拡大光学系が前記コリメ
ータレンズと前記光束分割手段の間に配設されたことを
特徴とする請求項１記載の斜入射干渉計用光学系。
【請求項３】前記光束径偏拡大光学系が少なくとも１
つのプリズムからなることを特徴とする請求項１または
２記載の斜入射干渉計用光学系。
【請求項４】前記光束分割手段がプリズムからなるこ
とを特徴とする請求項３記載の斜入射干渉計用光学系。
【請求項５】前記光束分割手段が回折格子からなるこ
とを特徴とする請求項３記載の斜入射干渉計用光学系。
【請求項６】前記光束径偏拡大光学系を構成する少な
くとも１つのプリズムが、前記平行光線束のこのプリズ
ムへの入射面またはこのプリズムからの射出面におい
て、Ｐ偏光成分を効率よく透過させ得るプリズムとされ
たことを特徴とする請求項３記載の斜入射干渉計用光学
系。
【請求項７】前記光束径偏拡大光学系を透過した前記
平行光線束のＰ偏光成分を、前記被検面に対してはＳ偏
光成分として入射させるための、光路変換手段を備えた
ことを特徴とする請求項６記載の斜入射干渉計用光学
系。
【請求項８】請求項１〜７のうちいずれか１項記載の
斜入射干渉計用光学系を備え、前記スクリーン部に形成
される干渉縞を観察し得る位置にカメラが配置されてい
ることを特徴とする装置。