JP2001324308A - 間隔測定装置及び面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子の間隔、厚さあるいは面形状を高精
度で測定できるとともに、小型でかつ汎用性に優れた間
隔測定装置及び面形状測定装置を提供する。 【解決手段】 光源１１からの光束を第１及び第２反射
面１５ａ，１６ａで反射させ、分割ビームスプリッタ１
７で入射した光を互いに位相が反転した計測光Ｍと参照
光Ｒとに分割し、合成ビームスプリッタ２２でこれらの
計測光Ｍと参照光Ｒとを干渉させる。ここで、移動ステ
ージ２０でコーナーキューブ１８を動かして計測光Ｍの
光路長を変化させることにより、干渉光のコントラスト
を変化させる。干渉光のコントラストとステージ２０の
位置から反射面１５ａ，１６ａの距離を求める。これに
より、偏光ビームスプリッタ１３から第１及び第２の反
射面１５ａ，１６ａまでの距離が長くなる場合であって
も、装置全体を大型化することなく、反射面１５ａ，１
６ａの間隔が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の干渉を利用し
て、光学素子の間隔や厚さ等を測定する間隔測定装置及
び光学素子等の面形状を測定する面形状測定装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光の干渉を利用して光学素
子、例えばレンズ等の被検面の形状を測定する面形状測
定装置がある。これらの面形状測定装置は、例えば形状
が既知の曲面からなる参照面を有するフィゾーレンズを
備えている。光軸に平行な光束をそのフィゾーレンズに
よって法線方向に広げて被検レンズの被検面に当て、光
を参照面と被検面とで反射させて干渉させている。つま
り、参照面と被検面との間の空気層を光路長差とした干
渉を起こさせ、干渉の結果で得られる干渉縞に基づき、
光学素子の形状等を測定している。しかしながら、この
方法で得られた形状は、参照面と被検面との間隔が明ら
かでないため、被検面が法線に沿って一様に拡大または
縮小した形状を有していても、それを把握することはで
きない。従って、真の形状を測定するためには、被検面
上の少なく一箇所における参照面からの距離を既知にす
る必要がある。そこで、被検面と参照面との間の間隔を
直接に非接触で測定する間隔測定装置が必要になってい
る。

【０００３】この種の間隔測定装置としては、例えば図
６に示すようなマイケルソン型干渉計を利用したものが
知られている。この間隔測定装置は、所定波長の測定光
を出射する光源１０１と、光学系１０２とハーフミラー
１０３とを備えている。光学系１０２は、図示しないピ
ンホール及びコリメートレンズ等からなり、光源１０１
から出射された測定光を平行光束にしてハーフミラー１
０３に入射させるようになっている。ハーフミラー１０
３は、入射光束の一部を反射し、残りを透過する機能を
有している。これにより、光源１０１側から入射した光
束の一部が、間隔測定の対象である２枚のガラス１０
４，１０５側へ反射され、残りの光束が反射ミラー１０
６側へ透過される。

【０００４】ガラス１０４，１０５側に反射された光束
に対して、ガラス１０４のハーフミラー１０３側の表
面、該ガラス１０４の裏面及びガラス１０５のハーフミ
ラー１０３側の表面は、それぞれ反射面１０４ａ，１０
４ｂ，１０５ａとなっている。前記反射ミラー１０６
は、図示しない移動ステージに取り付けられ、該移動ス
テージとともに図６中の矢印の方向に移動可能になって
いる。反射ミラー１０６は、ハーフミラー１０３を透過
した光束を反射してハーフミラー１０３に戻すようにな
っている。

【０００５】ガラス１０４，１０５で反射した光束は、
計測光としてハーフミラー１０３を透過して受光素子１
０７に入射する。一方、反射ミラー１０６で反射した光
束は、参照光としてハーフミラー１０３で反射されて該
受光素子１０７に到る。これらの計測光と参照光とは、
受光素子１０７上で干渉されるようになっている。そし
て、受光素子１０７により、干渉光が光電変換され、干
渉信号として外部に出力される。

【０００６】図７には、光源１０１に可干渉距離が測定
する間隔よりも十分小さいものを使用したときの受光素
子１０７に入射される干渉光の強度と、反射ミラー１０
６の位置との関係が示されている。ここで、計測光が、
ハーフミラー１０３で分離され、ガラス１０４の反射面
１０４ａで反射され、再びハーフミラー１０３に到る光
路の光路長をＡ１とする。また、計測光が、ハーフミラ
ー１０３で分離され、ガラス１０４の反射面１０４ｂで
反射され、再びハーフミラー１０３に到る光路の光路長
をＡ２とする。さらに、計測光が、ハーフミラー１０３
で分離され、ガラス１０５の反射面１０５ａで反射さ
れ、再びハーフミラー１０３に到る光路の光路長をＡ３
とする。加えて、参照光が、ハーフミラー１０３で分離
され、反射ミラー１０６で反射され、再びハーフミラー
１０３に到る光路の光路長をＢとする。

【０００７】ハーフミラー１０３により、反射面１０４
ａ，１０４ｂ，１０５ａで反射した計測光は、反射ミラ
ー１０６で反射した参照光と光路長差に応じて干渉する
ことになる。つまり、各計測光と参照光とは、光路長Ａ
１，Ａ２，Ａ３と光路長Ｂとがほぼ等しくなった時に干
渉し、このときに強度変化する干渉光が得られる。よっ
て、反射ミラー１０６の位置をずらすことにより、光路
長Ｂが光路長Ａ１とほぼ等しくなると、受光素子１０７
に入射される干渉光の強度は、図７の左側のように変化
する。光路長Ｂが光路長Ａ２とほぼ等しくなると、受光
素子１０７に入射される干渉光の強度は、図７の中央の
ように変化する。反射ミラー１０６の位置をさらにずら
し、光路長Ｂが光路長Ａ３とほぼ等しくなると、受光素
子１０７に入射される干渉光の強度は、図７の右側のよ
うに変化する。

【０００８】なお、計測光と参照光とが分離されてハー
フミラー１０３で再び合成されるまでの間で、計測光及
び参照光が、例えば屈折率が低い媒質から入射して屈折
率の高い媒質との境界面で反射するような場合、例えば
反射面１０４ａ、１０５ａで反射する場合では、位相の
１８０度反転、いわゆる位相の飛びを生じる。この場
合、干渉光の強度分布は、図７の１０４ｂの干渉光の強
度変化に対する１０４ａ，１０５ａの干渉光の強度変化
のように、その振幅のほぼ中心に対して反転した状態と
なる。

【０００９】そして、受光素子１０７が干渉光の強度分
布に対応して出力する干渉信号と移動ステージで設定さ
れる反射ミラー１０６の位置とに基づいて、ガラス１０
４の厚みや、ガラス１０４，１０５の間隔等が求められ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来構成の間隔測定装置では、マイケルソン型干渉計を基
本構成にしているので、計測光の光路長Ａ１，Ａ２，Ａ
３と参照光の光路長Ｂとをほぼ等しくしないと、強度が
変化する干渉光が得られない。そのため、例えばガラス
１０４，１０５がハーフミラー１０３から遠くに配置さ
れている場合には、反射ミラー１０６も同様に該ハーフ
ミラー１０３から離す必要があった。

【００１１】また、例えばガラス１０４をフィゾーレン
ズにしたときには、光源１０１からの計測光をガラス１
０４の光軸に平行にして該ガラス１０４に入射させる。
そして、計測光の一部を、参照面をなす該ガラスの反射
面１０４ｂからその法線方向に沿って出射させるととも
に、被検面をなすガラス１０５の反射面１０５ａにて反
射させ、再びガラス１０４に入射させる。

【００１２】ここで、ガラス１０４にその光軸に平行に
計測光を入射させるとともに、ガラス１０４，１０５で
反射した計測光を前記光軸に平行にしてハーフミラー１
０３に戻すために、複数枚のレンズからなるヌルレンズ
系が必要になる。この場合、ヌルレンズ系における光路
長が長くなるため光路長Ｂが長くなり、これに伴って光
路長Ａが長くなる。よって、装置全体が大きくなるとい
う問題があった。

【００１３】また、前記従来構成の間隔測定装置では、
参照光の光路を筐体内に収容して、空気の揺らぎの影響
や埃りの影響を低減することはできる。しかしながら、
計測光の光路は、その都度被検物の形状や配置状態が異
なるため、前記筐体内に収容するのは困難である。その
ため、計測光は空気の揺らぎの影響を受けやすく、参照
光と計測光の条件が異なることになり、間隔の測定値に
誤差が含まれる可能性があるという問題があった。

【００１４】さらに、各光路長Ａ１，Ａ２，Ａ３と光路
長Ｂとをそれぞれ等しくするために、ガラス１０４，１
０５とハーフミラー１０３との距離に応じて、反射ミラ
ー１０６の初期位置や移動可能距離を設定する必要があ
る。このため、計測対象となるガラス１０４，１０５の
形状や配置状態に応じて、装置の構造を設計する必要が
あり、装置の汎用性を著しく低下させているという問題
があった。

【００１５】本発明は、このような従来の技術に存在す
る問題点に着目されてなされたものである。その目的と
しては、光学素子の間隔や厚さを高精度で測定できると
ともに、小型でかつ汎用性に優れた間隔測定装置を提供
することにある。また、その他の目的としては、被検物
の形状や配置状態の影響を低減でき、光学素子の面形状
を高精度で測定できるとともに、小型でかつ汎用性に優
れた面形状測定装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願請求項１に記載の発明では、光源から出射され
た光束を第１の面に照射させるとともに、前記第１の面
を透過した前記光束を第２の面に照射させ、前記第１の
面及び第２の面からの反射光に基づいて該第１及び第２
の面の間隔を求める間隔測定装置において、前記第１及
び第２の面からの反射光を第１の光束及び第２の光束に
分割する分割手段と、前記分割手段で分割された前記第
１の光束と第２の光束を干渉させる干渉手段と、少なく
とも前記第１の光束の光路長を前記第２の光束と干渉さ
せる前に変化させる光路長変更手段と、前記干渉手段で
干渉した干渉光の光情報と前記光路長とに基づいて前記
第１及び第２の面の間隔を求める測長手段とを、備えた
ことを特徴とするものである。

【００１７】この間隔測定装置では、第１及び第２の面
から反射した光が分割手段によって第１及び第２の光束
に分割され、この第１及び第２の光束がそれぞれ計測光
と参照光として干渉手段によって干渉させられる。ここ
で、少なくとも第１の光束は光路長変更手段により光路
長が変更される。そして、例えば第１の面で反射し第１
の光束として干渉手段に入射した光束の光路と、第２の
面で反射し第２の光束として干渉手段に入射した光束と
の光路長とが等しければ、干渉光はそのコントラストが
最大の値をとる。また、第１の面で反射し第２の光束と
して干渉手段に入射した光束の光路と、第１の面で反射
し第１の光束として干渉手段に入射した光束との光路長
とが等しければ、干渉光はそのコントラストが最大の値
をとる。そして、測長手段により、干渉手段で干渉した
第１の光束と第２の光束との干渉光の強度分布と各光路
長とから第１及び第２の反射面の間隔が求められる。

【００１８】ここで、第１の光束と第２の光束とでは、
その光路長は、分割手段と干渉手段との間のみで変更さ
れ、その他の部分は同じになっている。このため、被検
物の形状や配置状態に左右されることなく、各光束の光
路長を設定することができ、装置全体の小型化を図るこ
とができるとともに装置の汎用性を向上させることがで
きる。

【００１９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記測長手段は、前記干渉光のコン
トラストが最大になったときの前記光路長に基づいて前
記第１及び第２の反射面の間隔を求めるようにしたこと
を特徴とするものである。

【００２０】この間隔測定装置では、第１及び第２の面
の間隔が、干渉光のコントラストが最大になったときの
各光束の光路長から、より容易かつより高精度に求めら
れる。

【００２１】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は請求項２に記載の発明において、前記干渉手段は前記
第１の光束と前記第２の光束とに基づいて互いに位相の
反転した第１の干渉光と第２の干渉光とを発生させると
ともに、前記測長手段は前記第１及び第２の干渉光をそ
れぞれ別々に検出する第１検出手段及び第２検出手段を
有することを特徴とするものである。

【００２２】この間隔測定装置では、前記干渉手段の前
記第１の光束と前記第２の光束との干渉光を無駄なく利
用できる。請求項４に記載の発明では、請求項３に記載
の発明において、前記測長手段は、前記第１検出手段の
検出結果と前記第２検出手段の検出結果との差に基づい
て前記第１及び第２の面間の間隔を求めるようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００２３】この間隔測定装置では、位相が反転した第
１及び第２の干渉光の差分をとることにより、一方の干
渉信号の変化分をほぼ倍に増幅することができる。この
ため、干渉光におけるＳ／Ｎ比を向上でき、耐ノイズ性
を向上できる。

【００２４】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のうちのいずれか一項に記載の発明において、前
記光源と前記第１及び第２の面との間に、前記光源から
出射された光束を反射または透過させ、所定方向と直交
方向の直線偏光を透過または反射させる光束中継手段
と、該所定方向の直線偏光の光束を円偏光の光束に変換
する変換手段とを備え、前記第１及び第２の面からの反
射光を前記変換手段及び前記光束中継手段を介して前記
分割手段に導くようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００２５】この間隔計測装置では、光源から出射され
た光束が光束中継手段と変換手段により、円偏光の光束
となって第１及び第２の面に与えられる。そして、この
円偏光の光束は、第１及び第２の面で反射される際に、
その回転方向が反転される。そして、この第１及び第２
の面から反射した光束が、変換手段を介して前記所定方
向とは直交方向の直線偏光に変換される。これにより、
この直交方向の直線偏光からなる光束は、光束中継手段
を介して光源側に戻ることなく、ほぼ全量が分割手段に
入射する。このため、光学素子の間隔を測定する際に、
反射光の無駄を著しく低減することができる。

【００２６】請求項６の発明では、請求項１〜請求項５
のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記分割
手段から前記干渉手段に到る各光路の環境をほぼ一定に
保つ環境調節手段を設けている。

【００２７】この間隔測定装置では、第１及び第２の面
からの反射光は前記分割手段にいたるまで光路が共通で
あるため、空気の揺らぎや埃等の外乱の影響を受けにく
い。しかし、前記分割手段から前記干渉手段にいたる各
光路は独立しているため、外乱の影響を受けやすい。そ
こで、環境調節手段により、各光路が受ける外乱を低減
することにより、間隔測定の精度を向上することができ
る。

【００２８】請求項７に記載の発明は、光源からの面形
状測定用光束を所定の参照面及び測定対象物の被検面に
照射し、該参照面及び被検面から反射した反射光束に基
づいて該被検面の形状を求める面形状測定手段を備えた
面形状測定装置において、前記参照面と前記被検面との
間隔を測定する間隔測定手段を備えたことを特徴とする
ものである。

【００２９】この面形状測定装置では、参照面と被検面
との間隔が間隔測定手段にてより高精度に求められ、求
められた参照面と被検面との間隔に基づいて被検面の形
状が面形状測定手段にてより高精度に求められる。

【００３０】請求項８に記載の発明では、請求項７に記
載の発明において、前記参照面及び前記被検面と前記面
形状測定手段との間の前記面形状測定用光束の光路中に
配置され、前記面形状測定用光束の光軸とほぼ平行に前
記参照面及び前記被検面へ間隔測定用光束を導くための
間隔測定用光学手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００３１】この面形状測定装置では、面形状測定用光
束の光路内において、間隔測定用光束がその面形状測定
用光束と平行な状態で参照面及び被検面に導かれる。こ
のため、面形状測定用光束の光路内において、参照面と
被検面との間隔をより高精度かつ確実に測定することが
できる。これにより、被検物の面形状を容易にかつより
高精度に測定することができる。

【００３２】請求項９に記載の発明では、請求項８に記
載の発明において、前記間隔測定用光学手段は、前記面
形状測定用光束と前記間隔測定用光束との光路を切り替
える光路切替手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００３３】この面形状測定装置では、光路切換手段に
よる切り替えで、面形状測定用光束または間隔測定用光
束が選択され、参照面及び被検面に照射される。これに
より、面形状測定時に間隔測定用光束が面形状測定手段
側に導かれたり、間隔測定時に面形状測定用光束が間隔
測定手段側に導かれたりするのを回避することができ
る。従って、面形状測定及び間隔測定の精度を高く維持
することができる。

【００３４】請求項１０に記載の発明では、請求項８に
記載の発明において、前記間隔測定用光学手段は、前記
面形状測定用光束の光路内に挿脱可能に配置され、前記
間隔測定用光束をほぼ全反射する可動反射手段からなる
ことを特徴とするものである。

【００３５】この面形状測定装置では、光源からの間隔
測定用光束がすべて面形状測定用光束の光路内に導かれ
るとともに、参照面及び被検面で反射した光がすべて間
隔測定手段に入射される。このため、参照面と被検面と
の間隔測定時において、間隔測定用光束を無駄なく使用
することができる。

【００３６】請求項１１に記載の発明では、請求項７〜
請求項１０のうちいずれか一項に記載の発明において、
前記間隔測定手段は、前記参照面及び被検面を前記第１
及び第２の反射面とする前記請求項１〜請求項６のうち
いずれか一項に記載の間隔測定装置からなることを特徴
とするものである。

【００３７】この面形状測定装置では、間隔測定装置が
大型化することがなく、面形状測定装置全体が大型化す
るのを抑制することができるとともに、光学素子等のよ
り高精度な面形状の測定が可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態の間隔測定装置の概要を、図１〜図３に基い
て説明する。

【００３９】この間隔測定装置は、光源１１と、該光源
１１から出射された光を平行光束にする平行光学系１２
と、該平行光学系１２からの平行光束を測定対象側へ反
射するビームスプリッタ１３とを備えている。

【００４０】光源１１としては、白色光を出射する白色
光源或いは低コヒーレント光を出射するスーパールミネ
ッセントダイオード（ＳＬＤ）等が使用される。ＳＬＤ
を使用するときには、コヒーレント長が数μｍから数１
０μｍのＳＬＤ光を出射するものを選択することが望ま
しい。光源１１の近傍には、光束中継手段としての偏光
ビームスプリッタ１３を配置する。この偏光ビームスプ
リッタ１３は、所定方向の直線偏光を反射するととも
に、その所定方向に対する直交方向の直線偏光を透過す
るようになっている。この偏光ビームスプリッタ１３の
近傍に変換手段としてのλ／４板１４が置かれており、
前記所定方向の直線偏光は、このλ／４板１４を通過す
る際に、所定方向周りの円偏光に変換される。

【００４１】図１における測定対象は、偏光ビームスプ
リッタ１３で反射された平行光束の光軸上に、自身の光
軸が一致するように並べて配置された２枚のガラス１
５，１６である。偏光ビームスプリッタ１３に近い方の
ガラス１５において、ガラス１６と対向する裏面は、第
１の反射面１５ａを構成し、ビームスプリッタ１３から
の光束の一部を反射し、残りを透過する。また、ガラス
１６において、ガラス１５と対向する表面は、第２の反
射面１６ａを構成し、ガラス１５を透過した光束を反射
する。この第１及び第２の反射面１５ａ，１６ａでの反
射に際して、所定方向周りの円偏光は、その向きが反転
され逆方向周りの円偏光になる。

【００４２】ガラス１５，１６で反射した光はλ／４板
１４に入射し、前記所定方向に対して直交方向の直線偏
光に変換される。λ／４板１４を透過したガラス１５，
１６で反射した光は、偏光ビームスプリッタ１３に進む
ようになっている。ここで、この偏光ビームスプリッタ
１３は前記直交方向の直線偏光のみを透過するようにな
っているため、前記ガラス１５，１６で反射した光はそ
のほとんどが偏光ビームスプリッタ１３を透過して分割
手段を構成する分割ビームスプリッタ１７に進む構成に
なっている。

【００４３】分割ビームスプリッタ１７は、偏光ビーム
スプリッタ１３側から入射した光を第１の光束をなす計
測光Ｍと第２の光束をなす参照光Ｒとに分割する。すな
わち、この分割ビームスプリッタ１７は、偏光ビームス
プリッタ１３側から入射した反射光の一部を参照光Ｒと
して透過するとともに、残りを計測光Ｍとして直交方向
に反射する。分割ビームスプリッタ１７で反射された計
測光Ｍの光軸上には、その計測光Ｍを屈曲させるコーナ
ーキューブ１８が配置されている。分割ビームスプリッ
タ１７を透過する参照光Ｒの光軸上には、前記コーナー
キューブ１８と同様のコーナーキューブ１９が配置され
ている。

【００４４】コーナーキューブ１８は、光路長変更手段
である移動ステージ２０に取り付けられ、図１中の矢印
の方向に移動可能になっている。移動ステージ２０の近
傍には、その移動ステージ２０の位置を検出する図示し
ないステージ位置センサ２０ａが配設されている。前記
コーナーキューブ１８で屈曲された計測光Ｍは、反射ミ
ラー２１ａによって反射されて干渉手段である合成ビー
ムスプリッタ２２に入射するようになっている。一方、
コーナーキューブ１９は静止状態に固定されており、こ
のコーナーキューブ１９で屈曲された参照光Ｒは、反射
ミラー２１ｂによって反射されて合成ビームスプリッタ
２２に入射するようになっている。

【００４５】合成ビームスプリッタ２２は、計測光Ｍと
参照光Ｒとを干渉させて、位相が反転した第１の干渉光
と第２の干渉光を発生するとともに、これらを２方向に
分けて出力する機能を有している。一方の第１の干渉光
は、合成ビームスプリッタ２２を透過した計測光Ｍ１と
該合成ビームスプリッタ２２で反射された参照光Ｒ１と
が合成されたものとなる。この第１の干渉光は、第１検
出手段としての第１受光素子２３に入射するようになっ
ている。ここで、この第１の干渉光における計測光Ｍ１
は、合成ビームスプリッタ２２を透過するため位相の反
転が生じない。また、この第１の干渉光における参照光
Ｒ１は、合成ビームスプリッタ２２で反射される。この
とき参照光Ｒ１は、屈折率の低い媒質から入射して屈折
率の高い媒質の境界面で反射するため、位相は反転す
る。

【００４６】他方の第２の干渉光は、合成ビームスプリ
ッタ２２で反射された計測光Ｍ２と該合成ビームスプリ
ッタ２２を透過した参照光Ｒ２とが合成されたものとな
る。この第２の干渉光は、第２検出手段としての第２受
光素子２４に入射するようになっている。ここで、この
第２の干渉光における計測光Ｍ２は、合成ビームスプリ
ッタ２２で反射されるが、屈折率の高い媒質から入射し
て屈折率の低い媒質の境界面で反射するため、位相の反
転は生じない。また、この第２の干渉光における参照光
Ｒ２は、合成ビームスプリッタ２２を透過するため、位
相の反転が生じない。これにより、第１の干渉光ではＲ
１の位相が反転するのに対し、第２の干渉光ではＲ２の
位相が反転しないので、第１受光素子２３に入射する第
１の干渉光の光情報としての強度と、第２受光素子２４
に入射する第２の干渉光の光情報としての強度とは、互
いに位相が反転したものとなる。

【００４７】各受光素子２３，２４及び前記ステージ位
置センサ２０ａの出力信号は、測長手段を構成する主制
御系２５に入力されるようになっている。この主制御系
２５は、それら各受光素子２３，２４及び前記ステージ
位置センサ２０ａの出力信号に基づき、第１の反射面１
５ａ及び第２の反射面１６ａの間隔を求めるようになっ
ている。また、主制御系２５は、間隔測定装置全体の動
作を制御するようになっている。

【００４８】光源１１、平行光学系１２、ビームスプリ
ッタ１３、ビームスプリッタ１７，２２、コーナーキュ
ーブ１８，１９、反射ミラー２１ａ，２１ｂ及び受光素
子２３，２４は、環境調節手段である筐体３０に収容さ
れている。この筐体３０内は、前記主制御系２５の制御
の下で、温度、湿度等の環境が一定に保たれるようにな
っている。

【００４９】次に、図１の間隔測定装置により、第１の
反射面１５ａと第２の反射面１６ａとの間隔を測定する
場合の測定原理を説明する。光源１１が出射した光は、
平行光学系１２により平行光束となり、偏光ビームスプ
リッタ１３に入射する。偏光ビームスプリッタ１３は、
平行光学系１２から入射した平行光束をλ／４板１４を
透過してガラス１５，１６側へ反射する。

【００５０】ガラス１５の第１の反射面１５ａ及びガラ
ス１６の第２の反射面１６ａは、偏光ビームスプリッタ
１３側から入射した平行光束をλ／４板１４を透過して
それぞれ偏光ビームスプリッタ１３側へ反射する。ガラ
ス１５，１６で反射した光は、偏光ビームスプリッタ１
３を透過して分割ビームスプリッタ１７に到る。

【００５１】分割ビームスプリッタ１７は、ガラス１
５，１６で反射した光を参照光Ｒと計測光Ｍとに分割
し、参照光Ｒをコーナーキューブ１９に、計測光Ｍをコ
ーナーキューブ１８にそれぞれ入射させる。コーナーキ
ューブ１８は計測光Ｍを屈曲させて反射ミラー２１ａへ
入射させ、該反射ミラー２１ａが計測光Ｍを反射して合
成ビームスプリッタ２２に入射させる。コーナーキュー
ブ１９は、参照光Ｒを屈曲させて反射ミラー２１ｂへ入
射させ、該反射ミラー２１ｂが参照光Ｒを反射させて合
成ビームスプリッタ２２へ入射させる。

【００５２】合成ビームスプリッタ２２は、反射ミラー
２１ａから入射した計測光Ｍの一部を第１受光素子２３
側へ透過させるとともに、該計測光Ｍの残りを第２受光
素子２４側へ反射させる。一方、合成ビームスプリッタ
２２は、反射ミラー２１ｂから入射した参照光Ｒの一部
を第１受光素子２３の方へ透過させるとともに、該参照
光Ｒの残りを第２受光素子２４の方へ反射させる。よっ
て、各受光素子２３，２４には、計測光Ｍ１，Ｍ２と参
照光Ｒ１，Ｒ２との合成光がそれぞれ入射されることに
なる。但し、第１受光素子２３に入射される第１の干渉
光と第２受光素子２４に入射される第２の干渉光とは、
前述したように、成分の参照光Ｒ１，Ｒ２の位相が互い
に逆転しているので、干渉光の強度の位相が反転してい
る。

【００５３】合成ビームスプリッタ２２に実際に入射す
る参照光Ｒには、反射及び透過によって異なった経路を
通過した複数の光束が含まれる。ここで、第１の反射面
１５ａと第２の反射面１６ａとの間隔を計測する場合に
は、反射面１５ａで反射して偏光ビームスプリッタ１
３、分割ビームスプリッタ１７、コーナーキューブ１９
及び反射ミラー２１ｂを経由した光束と、ガラス１５を
透過して反射面１６ａで反射して偏光ビームスプリッタ
１３、分割ビームスプリッタ１７、コーナーキューブ１
９及び反射ミラー２１ｂを経由した光束とを利用する。
以下、説明の簡素化のため、これらの２つの光束におけ
る光源１１から合成ビームスプリッタ２２に到る光路を
Ｒの光路といい、光路長をｒという。

【００５４】一方、合成ビームスプリッタ２２に実際に
入射する計測光Ｍについても、反射及び透過によって異
なった経路を通過した複数の光束が含まれる。ここで、
第１の反射面１５ａ及び第２の反射面１６ａの間隔を計
測する場合は、反射面１５ａで反射してビームスプリッ
タ１３、ビームスプリッタ１７、コーナーキューブ１８
及び反射ミラー２１ａを経由した光束と、ガラス１５を
透過して反射面１６ａで反射してビームスプリッタ１
３、ビームスプリッタ１７、コーナーキューブ１８及び
反射ミラー２１ａを経由した光束とを利用する。以下、
説明の簡素化のため、これらの２つの光束における光源
１１から合成ビームスプリッタ１１に到る光路をＭの光
路といい、その光路長をｍという。

【００５５】また、第１の反射面１５ａと第２の反射面
１６ａとの間隔をＤとすると、反射面１５ａで反射され
た光束が分割ビームスプリッタ１７、コーナーキューブ
１９及び反射ミラー２１ｂを経由して合成ビームスプリ
ッタ２２に到る参照光Ｒの光路と、反射面１６ａで反射
された光束が同様の光路を経由して合成ビームスプリッ
タ２２に到る参照光Ｒの光路との差は、２Ｄとなる。同
様に、反射面１５ａで反射された光束が分割ビームスプ
リッタ１７、コーナーキューブ１８及び反射ミラー２１
ａを経由して合成ビームスプリッタ２２に到る計測光Ｍ
の光路と、反射面１６ａで反射された光束が同様の光路
を経由して合成ビームスプリッタ２２に到る計測光Ｍの
光路との差は、２Ｄとなる。

【００５６】本実施形態では、合成ビームスプリッタ２
２により、参照光Ｒと計測光Ｍとを干渉させ、コーナー
キューブ１８の位置に応じて強度変化する干渉光を発生
させる。ここで、参照光Ｒの光路長ｒは固定であるのに
対して、計測光Ｍの光路長ｍは移動ステージ２０によっ
て可変である。

【００５７】移動ステージ２０によって光路長ｍと光路
長ｒとがほぼ等しいとき（ｍ＝ｒ）、図２のように、光
源１１から放射されてガラス１５の第１の反射面１５ａ
で反射し、分割ビームスプリッタ１７、コーナーキュー
ブ１９及び反射ミラー２１ｂを経由して合成ビームスプ
リッタ２２に至る光Ｌ15r と、光源１１から放射されて
該反射面１５ａで反射し、分割ビームスプリッタ１７、
コーナーキューブ１８及反射ミラー２１ａを経由して合
成ビームスプリッタ２２に至る光Ｌ15m1とは、図２の破
線枠内に示すように、光路長がほぼ等しくなる。このた
め、各受光素子２３，２４では、干渉によって強度が変
化する干渉信号が得られる。また、光源１１から放射さ
れてガラス１６の第２の反射面１６ａで反射し、分割ビ
ームスプリッタ１７、コーナーキューブ１９及び反射ミ
ラー２１ｂを経由して合成ビームスプリッタ２２に至る
光Ｌ16r と、光源１１から放射されてガラス１６の第２
の反射面１６ａで反射し、分割ビームスプリッタ１７、
コーナーキューブ１８及び反射ミラー２１ａを経由して
ビームスプリッタ２２に至る光Ｌ16m1とは、図７の破線
枠内に示すように、光路長がほぼ等しくなる。このた
め、各受光素子２３，２４では、干渉によって強度が変
化する干渉信号が得られる。したがって、光路長ｍと光
路長ｒとが等しくなる近辺では、第１受光素子２３は、
図３の中央の波形を干渉信号として主制御系２５に出力
する。

【００５８】一方、光路長ｒに対して光路長ｍが約２Ｄ
短い場合（ｍ＜ｒ）、光源１１から放射されてガラス１
５の第１の反射面１５ａで反射し、分割ビームスプリッ
タ１７、コーナーキューブ１９及び反射ミラー２１ｂを
経由して合成ビームスプリッタ２２に至る光Ｌ15r の光
路長と、光源１１から放射されてガラス１６の第２の反
射面１６ａで反射し、分割ビームスプリッタ１７、コー
ナーキューブ１８及び反射ミラー２１ａを経由して合成
ビームスプリッタ２２に至る光Ｌ16m2の光路長とがほぼ
等しくなる。このため、各受光素子２３，２４では、干
渉によって強度が変化する干渉信号が得られる。したが
って、光路長ｒに対して光路長ｍが約２Ｄ短い場合で
は、第１受光素子２３は、図３の左側の波形を干渉信号
として主制御系２５に出力する。

【００５９】光路長ｒに対して光路長ｍが約２Ｄ長い場
合（ｍ＞ｒ）、光源１１から放射されてガラス１６の第
２の反射面１５ａで反射し、分割ビームスプリッタ１
７、コーナーキューブ１９及び反射ミラー２１ｂを経由
して合成ビームスプリッタ２２に至る光Ｌ16r の光路長
と、光源１１から放射されてガラス１５の第１の反射面
１５ａで反射し、分割ビームスプリッタ１７、コーナー
キューブ１８及び反射ミラー２１ａを経由して合成ビー
ムスプリッタ２２に至る光Ｌ15m3の光路長とがほぼ等し
くなる。このため、各受光素子２３，２４では、干渉に
よって強度が変化する干渉信号が得られる。したがっ
て、光路長ｒに対して光路長ｍが約２Ｄ長い場合では、
第１受光素子２３は図３の右側の波形を干渉信号として
主制御系２５に出力する。

【００６０】一方、第２受光素子２４は、前記第１受光
素子２３とは位相が反転した干渉信号を主制御系２５に
出力する。つまり、第２受光素子２４は、図３の干渉信
号の強度を中心値ＣＶで反転させた干渉信号を出力す
る。主制御系２５は、各受光素子２３，２４がそれぞれ
出力する干渉信号の差信号を求める。差信号を求めるこ
とにより、干渉信号の強度変化を２倍に増幅できＳ／Ｎ
比が向上するとともにオフセット分をキャンセルするこ
とができる。主制御系２５は、差信号における包絡線の
極大値或いは極小値を補間等で推定する。

【００６１】ここで、光路長ｍと光路長ｒとがほぼ等し
い場合において、干渉信号の差が極大値或いは極小値を
取るときの移動ステージ２０の位置をＸ０とする。ま
た、光路長ｒに対して光路長ｍが約２Ｄ短い場合におい
て、干渉信号の差が極大値或いは極小値を取るときの移
動ステージ２０の位置をＸ１とする。さらに、光路長ｒ
に対して光路長ｍが約２Ｄ短い場合において、干渉信号
の差が極大値或いは極小値を取るときの移動ステージ２
０の位置をＸ２とする。そして、主制御系２５は、（Ｘ
１＋Ｘ２）／２の計算或いは、｜Ｘ０−Ｘ１｜または｜
Ｘ０−Ｘ２｜の計算を行うことにより、第１及び第２の
反射面１５ａ，１６ａの距離、つまり間隔を求める。

【００６２】以上のように構成した第１の実施形態の間
隔測定装置は、以下のような効果が得られる。 （イ） この間隔測定装置では、第１の反射面１５ａ及
び第２の反射面１６ａで反射した光束を、分割ビームス
プリッタ１７に入射させ、該分割ビームスプリッタ１７
で参照光Ｒと計測光Ｍとに分割する構成となっている。
そして、それらの参照光Ｒと計測光Ｍとを、合成ビーム
スプリッタ２２で干渉させるようになっている。このた
め、偏光ビームスプリッタ１３からガラス１５，１６ま
での距離が長くても、この間の計測光Ｍ及び参照光Ｒの
受ける空気の揺らぎ等の影響が共通になるので、第１及
び第２の反射面１５ａ，１６ａの間隔を、より高精度に
測定することができる。

【００６３】（ロ） この間隔測定装置では、第１及び
第２の反射面１５ａ，１６ａの間隔を求めるために、移
動ステージ２０及びコーナーキューブ１８で調整する計
測光Ｍの光路長ｍを、偏光ビームスプリッタ１３からガ
ラス１５，１６までの距離に関わらず任意に設定でき
る。このため、偏光ビームスプリッタ１３からガラス１
５，１６までの距離が長くなっても、間隔測定装置が大
型化することがないだけでなく、小型化することも可能
となる。

【００６４】（ハ） この間隔測定装置では、偏光ビー
ムスプリッタ１３からガラス１５，１６までの距離に関
わらず、筐体３０内の構成を共通化できる。このため、
間隔測定装置に広い汎用性を持たせることができ、その
生産効率が向上して低コスト化することができる。

【００６５】（ニ） この間隔測定装置では、第１及び
第２受光素子２３，２４を備え、両受光素子２３，２４
が互いに位相の逆転した干渉信号を出力し、両方の干渉
信号の差を求めるようになっている。このため、例えば
１つの受光素子２３のみを使用した場合よりも、参照光
Ｒと計測光Ｍとの干渉による強度変化をほぼ２倍に増幅
して取り出すことができ、間隔測定における感度が向上
できる。従って、第１及び第２の反射面１５ａ，１６ａ
の間隔を、さらに高精度に測定することができる。ま
た、分割ビームスプリッタ１７及び合成ビームスプリッ
タ２２で透過または反射される光束をもれなく受光する
ことができて、無駄がない。さらに、 （ホ） この間隔測定装置では、各受光素子２３，２４
から出力される干渉信号の強度が最大または最小となっ
たときの参照光Ｒと計測光Ｍとの光路長ｒ，ｍの差から
第１及び第２の反射面１５ａ，１６ａの間隔を求めるよ
うになっている。ここで、参照光Ｒの光路長ｒは固定で
あり、計測光Ｍの光路長ｍは移動ステージ２０の位置を
検出することで容易かつ正確に求まる。このため、第１
及び第２の反射面１５ａ，１６ａの間隔を、容易かつ高
精度に求めることができる。

【００６６】（ヘ） この間隔測定装置では、光源１１
は所定方向の直線偏光を出射するとともに、ガラス１
５，１６との間に偏光ビームスプリッタ１３及びλ／４
板１４が配設されている。このため、平行光学系１２か
らの平行光束のほとんど全てをガラス１５，１６に供給
できるとともに、ガラス１５，１６で反射された光束の
ほとんど全てを、分割ビームスプリッタ１７に無駄なく
導くことができる。従って、第１及び第２受光素子２
３，２４により多くの光束を入射させることができ、第
１及び第２の反射面１５ａ，１６ａの間隔を、さらに高
精度に測定することができる。

【００６７】（ト） この間隔測定装置では、その構成
の大部分が環境が一定に保たれた筐体３０内に収容され
ている。このため、計測光Ｍ及び参照光Ｒの受ける空気
の揺らぎ等の影響を著しく低減することができ、第１及
び第２の反射面１５ａ，１６ａの間隔をより高精度に測
定することができる。 （第２の実施形態）前記第１の実施形態では、間隔測定
装置の基本構成をマッハツェンダ型干渉計で構成した
が、図４のように、マイケルソン型干渉計で構成するこ
とも可能である。

【００６８】図４において、図１中の要素と共通する要
素には、共通の符号が付されている。この間隔測定装置
は、第１の実施形態と同様の光源１１、平行光学系１
２、偏光ビームスプリッタ１３及びλ／４板１４を有
し、ガラス１５，１６に対して光束を入射する構成にな
っている。ガラス１５の第１の反射面１５ａ及びガラス
１６の第２の反射面１６ａで反射した光束は、偏光ビー
ムスプリッタ１３を透過して分割手段及び干渉手段を構
成するハーフミラー４１に入射する。ハーフミラー４１
は、ガラス１５，１６側から入射された光の一部を可動
反射ミラー４２側に計測光Ｍとして反射させ、残りを参
照光Ｒとして透過させて固定反射ミラー４３へ入射する
機能を持っている。

【００６９】可動反射ミラー４２は、移動ステージ２０
に固定されて第１の実施形態のコーナーキューブ１８と
同様に移動するようになっており、ハーフミラー４１か
ら入射された計測光Ｍを該ハーフミラー４１へ向けて反
射する。固定反射ミラー４３は固定され、ハーフミラー
４１から入射された参照光Ｒを再び該ハーフミラー４１
へ反射する。ハーフミラー４１は、反射ミラー４２側か
ら入射された計測光Ｍの一部を受光素子４４側へ透過さ
せ、反射ミラー４３側から入射した参照光Ｒの一部を受
光素子４４側へ反射させるようになっている。

【００７０】よって，受光素子４４には，計測光Ｍと参
照光Ｒの干渉光が入射されることになる。受光素子４４
は、入射された光の強度に対応する干渉信号を主制御系
２５に出力するものである。

【００７１】この間隔測定装置では、ハーフミラー４１
が計測光Ｍと参照光Ｒとを分割するとともに計測光Ｍと
参照光Ｒとを干渉させる。ここで、計測光Ｍと参照光Ｒ
とが干渉する前に、移動ステージ２０で可動反射ミラー
４２の位置をずらせて計測光Ｍの光路長を変化させる。
これにより，第１の実施形態の図３と同様の干渉信号が
得られる。図３と同様の干渉信号が得られると、主制御
系２５は、干渉信号の包絡線における極大値或いは極小
値から反射面１５ａ，１６ａの間隔が求められる。そし
て、主制御系２５は、極大値或いは極少値を干渉信号の
補間によって求め、第１の実施形態と同様に、移動ステ
ージ２０の位置からガラス１５，１６の間隔を求める。

【００７２】以上の構成の第２の実施形態の間隔測定装
置では、第１の実施形態と同様の効果に加えて、下記の
効果が得られる。 （チ） この間隔測定装置では、ハーフミラー４１が計
測光Ｍと参照光Ｒとを分離するとともに計測光Ｍと参照
光Ｒとを干渉させるようになっている。このため、合成
ビームスプリッタ２２等が不要になり、装置のさらなる
小型化が可能になる。 （第３の実施形態）本発明の第３の実施形態の面形状測
定装置の概要を、図５を参照しつつ説明する。

【００７３】図５の面形状測定装置は、面形状測定手段
であるフィゾー型干渉計５１と、ヌルレンズ系５２と、
フィゾーレンズ５３とを有している。前記フィゾー型干
渉計５１は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光からなる面形状
測定用光束Ｌｓを発生する光源としてのレーザ光源５４
を内蔵している。

【００７４】前記ヌルレンズ系５２は、干渉計５１から
出射された前記光束Ｌｓ及び干渉計５１に戻る前記光束
Ｌｓをフィゾーレンズ５３の光軸に平行にする役割を担
っている。ヌルレンズ系５２を通過した前記光束Ｌｓ
は、フィゾーレンズ５３に入射するようになっている。

【００７５】前記フィゾーレンズ５３は、参照面５３ａ
を有しており、その参照面５３ａがレンズ、ミラー等の
光学素子からなる測定対象物の被検面５５に対向するよ
うに配置されている。前記フィゾーレンズ５３は、参照
面５３ａにおいてヌルレンズ系５２側から入射した前記
光束Ｌｓの一部を反射させるとともに、残りを透過する
機能を有している。フィゾーレンズ５３を透過した前記
光束Ｌｓは、該レンズ５３の参照面５３ａの法線方向に
進み、測定対象物の被検面５５で反射され、同じ光路を
戻る構成になっている。

【００７６】この面形状測定装置には、さらに、筐体３
０内に収容された第１の実施形態の間隔測定装置が、間
隔測定手段の間隔測定ユニット５６として組み込まれて
いる。間隔測定ユニット５６から出射された間隔測定用
光束Ｌｄは、間隔測定用光学手段としてのダイクロイッ
クミラー５７に入射するようになっている。このダイク
ロイックミラー５７は、ヌルレンズ系５２と干渉計５１
との間に常時配置されている。ダイクロイックミラー５
７は、間隔測定用光束Ｌｄをその光軸が面形状測定用光
束Ｌｓの光軸に平行になるように折り曲げ、該間隔測定
用光束Ｌｄをヌルレンズ系５２を介してフィゾーレンズ
５３及び被検面５５に入射させるように機能する。

【００７７】この面形状測定装置は、フィゾーレンズ５
３の参照面５３ａと被検面５５との相対距離を求めると
ともに該被検面５５の形状を測定をする装置である。す
なわち、フィゾー型干渉計５１が出射した面形状測定用
光束Ｌｓは、ダイクロイックミラー５７を透過してヌル
レンズ系５２に入射する。ヌルレンズ系５２は、干渉計
５１側から入射した面形状測定用光束Ｌｓを平行にして
フィゾーレンズ５３へと透過させる。フィゾーレンズ５
３は、ヌルレンズ系５２から入射した面形状測定用光束
Ｌｓの一部を反射してヌルレンズ系５２側へ戻す。フィ
ゾーレンズ５３を透過した面形状測定用光束Ｌｓは法線
方向に広がり、被検面５５で反射されて該フィゾーレン
ズ５３を透過してヌルレンズ系５２に戻る。

【００７８】ヌルレンズ系５２は、参照面５３ａ及び被
検面５５側から反射された面形状測定用光束Ｌｓを干渉
計５１に戻す。干渉計５１には、参照面５３ａで反射し
た面形状測定用光束Ｌｓと被検面５５で反射した面形状
測定用光束Ｌｓとが、同じ光路を通過して入射する。こ
のため、これらの反射した面形状測定用光束Ｌｓが干渉
し、干渉計５１にて干渉縞が生じることになる。干渉計
５１では、図示しない受光素子により、干渉縞を電気信
号に変換し、該電気信号に基づき被検面の形状データを
得る。

【００７９】一方、間隔測定ユニット５６が出射する間
隔測定用光束Ｌｄは、ダイクロイックミラー５７で反射
して面形状測定用光束Ｌｓの光軸と平行に進み、ヌルレ
ンズ系５２を介して参照面５３ａ及び被検面５５に達す
る。間隔測定用光束Ｌｄは、面形状測定用光束Ｌｓと同
様に、参照面５３ａ及び被検面５５で反射し、ヌルレン
ズ系５２を透過してダイクロイックミラー５７に入射す
る。ダイクロイックミラー５７は、ヌルレンズ系５２側
から進んできた間隔測定用光束Ｌｄを反射して間隔測定
ユニット５６に入射させる。間隔測定ユニット５６は、
内部で第１の実施形態と同様の処理を行って参照面５３
ａ及び被検面５５の間隔を求める。この結果、フィゾー
レンズ５３の参照面５３ａの曲率半径が既知であれば、
該曲率半径に、面形状測定の結果と間隔測定の結果を加
味することで、被検面５５の曲率半径の値もより高精度
に求められる。

【００８０】なお、被検面５５や参照面５３ａから反射
した面形状測定用光束Ｌｓ及び間隔測定用光束Ｌｄは、
両方ともダイクロイックミラー５７に進む。ここで、面
形状測定用光束Ｌｓに、例えばＨｅ−Ｎｅレーザを使用
した場合、その波長は６３３ｎｍである。この場合、間
隔測定用光束Ｌｄに、波長が６８０ｎｍのＬＳＤ光を使
用することが望ましい。このようにすることで、両光束
Ｌｓ，Ｌｄを十分に分離することができるとともに、そ
の波長が比較的近いためヌルレンズ系５２等で発生する
収差を少なくすることができる。

【００８１】このような構成の面形状計測装置では、以
下のような効果が得られる。 （リ） この面形状測定装置では、第１の実施形態の間
隔測定装置が間隔測定ユニット５６として組み込まれて
いる。このため、間隔測定ユニット５６での被検面５５
と参照面５３ａとの間の間隔測定結果を勘案して、フィ
ゾー型干渉計５１により被検面５５の形状をより高精度
に測定できるようになる。 （変形例）なお、上記各実施形態は、例えば以下のよう
なが種々の変形が可能である。

【００８２】・ 第３の実施形態では、ダイクロイック
ミラー５７をフィゾー型干渉計５１からの面形状測定用
光束Ｌｓの光路内に常時配置して、間隔測定及び面形状
測定の両方を同時にできるようにした。これに対して、
例えば図５に一点鎖線で示すように、例えば面形状測定
用光束Ｌｓの光路内に出没する光路切替手段としてのシ
ャッタ６１を設けるとともに、間隔測定用光束Ｌｄの光
路内に出没する光路切替手段としてのシャッタ６２を設
けて、面形状測定用光束Ｌｓ及び間隔測定用光束Ｌｄの
光路を適宜切り替えるように構成してもよい。

【００８３】この場合、参照面５３ａと被検面５５との
間隔測定を行う場合には、面形状測定用光束Ｌｓの光路
内にシャッタ６１を挿入するととも間隔測定用光束Ｌｄ
の光路内からシャッタ６２を退避させて、間隔測定ユニ
ット５６からの間隔測定用光束Ｌｄを参照面５３ａ及び
被検面５５に導く。一方、面形状の測定を行う場合に
は、面形状測定用光束Ｌｓの光路内からシャッタ６１を
退避させるととも間隔測定用光束Ｌｄの光路内にシャッ
タ６２を挿入し、フィゾー型干渉計５１からの面形状測
定用光束Ｌｓを参照面５３ａ及び被検面５５に導く。こ
のようにした場合、間隔測定用光束Ｌｄが干渉計５１内
に導かれたり、面形状測定用光束Ｌｓが間隔測定ユニッ
ト５６内に導かれたりすることがなく、面形状測定及び
間隔測定の精度を高く維持することができる。

【００８４】・ 第３の実施形態では、ダイクロイック
ミラー５７をフィゾー型干渉計５１からの面形状測定用
光束Ｌｓの光路内に常時配置して、間隔測定及び面形状
測定の両方を同時にできるようにした。これに対して、
例えば図５に二点鎖線で示すように、ダイクロイックミ
ラー５７を可動反射手段としての全反射ミラー６５に変
更し、その全反射ミラー６５を面形状測定用光束Ｌｓの
光路内に挿脱可能に配置してもよい。

【００８５】この場合、参照面５３ａと被検面５５との
間隔測定を行う場合には、面形状測定用光束Ｌｓの光路
内に全反射ミラー６５を挿入して、間隔測定ユニット５
６からの間隔測定用光束Ｌｄを参照面５３ａ及び被検面
５５に導く。一方、面形状の測定を行う場合には、面形
状測定用光束Ｌｓの光路内から全反射ミラー６５を退避
させ、フィゾー型干渉計５１からの面形状測定用光束Ｌ
ｓを参照面５３ａ及び被検面５５に導く。このようにし
た場合、前記各実施形態の効果に加えて、間隔測定用光
束Ｌｄを、無駄なく使用することができる。

【００８６】・ 第１の実施形態では、２個の受光素子
２３，２４を設け、位相が反転した干渉信号を出力させ
てＳ／Ｎ比を向上させていたが、Ｓ／Ｎ比を向上させる
必要がないときには、第２の実施形態のように、１個の
受光素子２３のみを設けて干渉信号を出力するようにし
てもよい。

【００８７】・ 第１及び第２の実施形態では、光源１
１とガラス１５，１６との間に、偏光ビームスプリッタ
１３とをλ／４板１４とを配置したが、λ／４板１４を
省略するとともに偏光ビームスプリッタ１３を通常のビ
ームスプリッタに変更してもよい。

【００８８】・ 第３の実施形態では、第１の実施形態
の間隔測定装置を組み込んだ構成にしているが、第２の
実施形態の間隔測定装置を組み込んでもよい。 ・ 第１の実施形態において、２つのコーナーキューブ
１８，１９をともに、移動可能に配置してもよい。この
場合、両コーナーキューブ１８，１９の位置から、参照
光Ｒと計測光Ｍとの光路長の差を求め、その光路長の差
に基づいて第１及び第２の反射面１５ａ，１６ａの間隔
を求める。

【００８９】・ 第３の実施形態において、ダイクロイ
ックミラー５７に代えて、ハーフミラーを採用してもよ
い。

【００９０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
に記載の発明によれば、装置から第１及び第２の面まで
の距離とは無関係にその干渉光の状態が変化するので、
装置全体を小型化することができる装置の汎用性を向上
させることができる。

【００９１】請求項２に記載の発明によれば、第１の面
と第２の面との間隔を、より容易かつより高精度に求め
ることができる。請求項３に記載の発明によれば、第１
の面からの反射光と第２の面からの反射光を無駄なく利
用できる。

【００９２】請求項４に記載の発明によれば、干渉光に
おけるＳ／Ｎ比を向上でき、耐ノイズ性を向上でき、一
層高精度に間隔測定を行うことができる。請求項５に記
載の発明によれば、反射面から反射する光の無駄を著し
く低減することができる。

【００９３】請求項６に記載の発明によれば、第１及び
第２の反射面で反射する光束が受ける空気の揺らぎや埃
等の外乱の影響を共通化でき、間隔測定の精度を向上す
ることができる。

【００９４】請求項７に記載の発明によれば、より高精
度に求められた参照面と被検面との間隔に基づいて、被
検面の形状をより高精度に求めることができる。請求項
８に記載の発明によれば、面形状測定用光束の光路内に
おいて、参照面と被検面との間隔をより高精度かつ確実
に測定することができ、被検物の面形状を容易にかつよ
り高精度に測定することができる。

【００９５】請求項９に記載の発明によれば、面形状測
定時に間隔測定用光束が面形状測定手段側に導かれた
り、間隔測定時に面形状測定用光束が間隔測定手段側に
導かれたりするのを回避することができる。従って、面
形状測定及び間隔測定の精度を高く維持することができ
る。

【００９６】請求項１０に記載の発明によれば、参照面
と被検面との間隔測定時において、間隔測定用光束を無
駄なく有効に使用することができる。請求項１１に記載
の発明によれば、面形状測定装置全体が大型化するのを
抑制することができるとともに、光学素子等のより高精
度な面形状の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の間隔測定装置を示
す概略構成図。

【図２】 図１の間隔測定装置における光路長の説明
図。

【図３】 図１の受光素子の入射する干渉光の特性図。

【図４】 本発明の第２の実施形態の間隔測定装置を示
す概略構成図。

【図５】 本発明の第３の実施形態及び変更例の面形状
測定装置を示す概略構成図。

【図６】 従来の間隔測定装置の一例を示す概略構成
図。

【図７】 図６の受光素子に入射する干渉光の特性図。

【符号の説明】

１１…光源、１３…光束中継手段としての変更ビームス
プリッタ、１４…変換手段としてのλ／４板、１７…分
割手段としての分割ビームスプリッタ、１５ａ…第１の
面としての第１の反射面、１６ａ…第２の面としての第
２の反射面、２０…光路長変更手段としての移動ステー
ジ、２２…干渉手段としての合成ビームスプリッタ、２
３…第１検出手段としての第１受光素子、２４…第２検
出手段としての第２受光素子、２５…測長手段を構成す
る主制御系、３０…環境調節手段としての筐体、４１…
分割手段及び干渉手段を構成するハーフミラー、５１…
面形状測定手段を構成するフィゾー型干渉計、５３ａ…
参照面、５４…被検面、５６…間隔測定手段を構成する
間隔測定ユニット、５７…間隔測定用光学手段としての
ダイクロイックミラー、６１，６２…光路切替手段をな
すシャッタ、６５…可動反射手段をなす全反射ミラー、
Ｍ…第１の光束としての計測光、Ｍ１…第１の干渉光の
１成分をなす計測光、Ｍ２…第２の干渉光の１成分をな
す計測光、Ｌｄ…間隔測定用光束、Ｌｓ…面形状測定用
光束、Ｒ…第２の光束としての参照光、Ｒ１…第１の干
渉光の１成分をなす参照光、Ｒ２…第２の干渉光の１成
分をなす参照光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA04 AA09 BB03 CC10 EE05 FF03 GG12 GG16 GG22 GG23 GG38 GG47 GG59 HH06 2F065 AA22 AA53 BB01 BB05 BB22 CC21 DD02 DD04 DD11 FF49 FF52 FF61 FF67 GG01 GG05 GG24 HH10 HH13 JJ01 JJ05 JJ09 LL00 LL04 LL10 LL17 LL20 LL36 LL37 LL46 PP02 QQ25 QQ27 QQ32

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射された光束を第１の面に照
   射させるとともに、前記第１の面を透過した前記光束を
   第２の面に照射させ、前記第１の面及び第２の面からの
   反射光に基づいて該第１及び第２の面の間隔を求める間
   隔測定装置において、 前記第１及び第２の面からの反射光を第１の光束及び第
   ２の光束に分割する分割手段と、 前記分割手段で分割された前記第１の光束と第２の光束
   を干渉させる干渉手段と、 少なくとも前記第１の光束の光路長を前記第２の光束と
   干渉させる前に変化させる光路長変更手段と、 前記干渉手段で干渉した干渉光の光情報と前記光路長と
   に基づいて前記第１及び第２の面の間隔を求める測長手
   段とを、備えたことを特徴とする間隔測定装置。
2. 【請求項２】 前記測長手段は、前記干渉光の光情報と
   して、前記干渉光のコントラストが最大になったときの
   前記光路長に基づいて前記第１及び第２の反射面の間隔
   を求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
   間隔測定装置。
3. 【請求項３】 前記干渉手段は前記第１の光束と前記第
   ２の光束とに基づいて互いに位相の反転した第１の干渉
   光と第２の干渉光とを発生させるとともに、前記測長手
   段は前記第１及び第２の干渉光をそれぞれ別々に検出す
   る第１検出手段及び第２検出手段を有することを特徴と
   する請求項１または請求項２のうちいずれか一項に記載
   の間隔測定装置。
4. 【請求項４】 前記測長手段は、前記第１検出手段の検
   出結果と前記第２検出手段の検出結果との差に基づいて
   前記第１及び第２の面間の間隔を求めるようにしたこと
   を特徴とする請求項３に記載の間隔測定装置。
5. 【請求項５】 前記光源と前記第１及び第２の面との間
   に、前記光源から出射された光束を反射または透過さ
   せ、所定方向と直交方向の直線偏光を透過または反射さ
   せる光束中継手段と、所定方向の直線偏光の光束を円偏
   光の光束に変換する変換手段とを備え、前記第１及び第
   ２の面からの反射光を前記変換手段及び前記光束中継手
   段を介して前記分割手段に導くようにしたことを特徴と
   する請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の
   間隔測定装置。
6. 【請求項６】 前記分割手段から前記干渉手段に到る各
   光路の環境をほぼ一定に保つ環境調節手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に
   記載の間隔測定装置。
7. 【請求項７】 光源からの面形状測定用光束を所定の参
   照面及び測定対象物の被検面に照射し、該参照面及び被
   検面から反射した反射光束に基づいて該被検面の形状を
   求める面形状測定手段を備えた面形状測定装置におい
   て、 前記参照面と前記被検面との間隔を測定する間隔測定手
   段を備えたことを特徴とする面形状測定装置。
8. 【請求項８】 前記参照面及び前記被検面と前記面形状
   測定手段との間の前記面形状測定用光束の光路中に配置
   され、前記面形状測定用光束の光軸とほぼ平行に前記参
   照面及び前記被検面へ間隔測定用光束を導くための間隔
   測定用光学手段を備えたことを特徴とする請求項７に記
   載の面形状測定装置。
9. 【請求項９】 前記間隔測定用光学手段は、前記面形状
   測定用光束と前記間隔測定用光束との光路を切り替える
   光路切替手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載
   の面形状測定装置。
10. 【請求項１０】 前記間隔測定用光学手段は、前記面形
    状測定用光束の光路内に挿脱可能に配置され、前記間隔
    測定用光束をほぼ全反射する可動反射手段からなること
    を特徴とする請求項８に記載の面形状測定装置。
11. 【請求項１１】 前記間隔測定手段は、前記参照面及び
    被検面を前記第１及び第２の反射面とする前記請求項１
    〜請求項６のうちいずれか一項に記載の間隔測定装置か
    らなることを特徴とする請求項７〜請求項１０のうちい
    ずれか一項に記載の面形状測定装置。