JP2004184309A - 干渉計 - Google Patents
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Abstract
【課題】干渉計において、干渉縞のコントラストを高める。
【解決手段】干渉計は、回折格子２１、コンデンサーレンズ２２、透明板２３、フィールドレンズ２４および撮像素子２５をこの順に配置させている。透明板２３は、回折格子２１によって形成される０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の両焦点スポットがコンデンサーレンズ２２により形成される光軸方向位置に配置されている。透明板２３には、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とする円形の遮光部２３ａが設けられている。遮光部２３ａの中央部には、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とするピンホール２３ｂが設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】干渉計は、回折格子２１、コンデンサーレンズ２２、透明板２３、フィールドレンズ２４および撮像素子２５をこの順に配置させている。透明板２３は、回折格子２１によって形成される０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の両焦点スポットがコンデンサーレンズ２２により形成される光軸方向位置に配置されている。透明板２３には、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とする円形の遮光部２３ａが設けられている。遮光部２３ａの中央部には、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とするピンホール２３ｂが設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の光学機器、光学部品などから出射される光束自体、各種の光学機器、光学部品自体などの特性を検査するために適用され、光束の収差を計測する干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光束の収差を計測する干渉計としては種々のものが知られているが、その一つが下記特許文献１に紹介されている。この特許文献１に紹介された干渉計は、図１３に示すように、光源１０、コリメーティングレンズ１１、被検査対象である被検レンズ１２および半透明板１３を備え、光源１０から放射された発散光がコリメーティングレンズ１１によって平行光束に変換され、同変換された平行光束が被検レンズ１２によって半透明板１３上に焦点を結ぶようにしている。
【０００３】
被検レンズ１２と半透明板１３との間には、半透明板１３上に０次、１次、２次などの複数の回折光による複数の焦点スポットを形成するための回折格子１４と、２次以上の回折光を遮断する遮光板１５が配置されており、０次および１次の回折光による焦点スポットが半透明板１３上に形成される。半透明板１３上の１次回折光の焦点位置にはピンホール１３ａが設けられており、ピンホール１３ａを通過した１次回折光が生成する参照波面と、半透明板１３を通過した０次回折光が生成する波面をフィールドレンズ１６で重ね合わせることにより、干渉縞が撮像素子１７に形成されるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−６４１３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来装置にあっては、参照波面を生成するピンホール１３ａが半透明板１３に形成されているので、１次回折光のうちの一部はピンホール１３ａに参照波面を生成するが、一部は収差を含んだ波面のまま透過することになる。その結果、撮像素子１７上で観察される干渉縞のコントラストが著しく低下して、この干渉計による波面測定精度が低下する。特に、半導体レーザのように光源の可干渉性が低い場合、干渉縞に十分なコントラストが得られない。
【０００６】
【発明の概略】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、撮像素子上で観察される干渉縞のコントラストを高めて、波面測定精度を向上させた干渉計を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれ第１および第２の焦点スポットに集光するための第１のレンズと、第１のレンズに対向して第１および第２の焦点スポットが形成される光軸方向位置に配置され、第２の焦点スポットの中心位置を中心位置とするピンホールを中央部に設けた遮光部を、第２の焦点スポットが形成される位置近傍に形成した透明板と、第１の焦点スポットから発散する第１の発散光束を第１の平行光束に変換するとともに、ピンホールから発散する第２の発散光束を第２の平行光束に変換する第２のレンズと、第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えたことにある。
【０００８】
このように構成した本発明においては、ピンホールが第２の焦点スポットに集光された第２の分割光束の一部のみを透過し、ピンホールの外側に設けた遮光部がそれ以外の第２の分割光束の透過を阻止するので、透明板を透過した第２の分割光束は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この実質的に収差を有さない参照波面を構成する第２の分割光束と、透明板を透過した第１の分割光束との干渉により、撮像素子上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、第１および第２の分割光束は、共に透明板を透過するために大きな強度を有し、明瞭な干渉縞が撮像素子上に形成されるので、波面測定精度が向上する。特に、半導体レーザのように光源の可干渉性の低い場合でも、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束を被検査対象とすれば、同入射光束の波面収差を良好に検出できる。また、第１のレンズを被検査対象とすれば、同レンズの特性を良好に検出できる。
【０００９】
この場合、前記透明板上に形成された遮光部を、円形に構成するとよい。また、前記第２の焦点スポットの直径を、前記ピンホールの直径よりも大きく、かつ前記遮光部の直径よりも小さく設定するとよい。特に、ピンホールの直径を小さくすることにより、ピンホールを透過して参照波面を構成する第２の分割光束をほとんど収差を有さないものにすることができ、波面測定の精度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれほぼ直角方向に反射するとともに、同直角方向から入射した光束を透過するビームスプリッタと、ビームスプリッタによって反射された第１および第２の分割光束に対してほぼ垂直な反射面を有し、中央部に円形マイクロミラーを設けた透過部を反射面の一部に形成したミラーと、ビームスプリッタとミラーとの間に介装され、第１の分割光束を透過部の外側の反射面上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、第２の分割光束を円形マイクロミラーの反射面上に集光させて第２の焦点スポットを形成し、かつ第１および第２の焦点スポットから発散する第１および第２の発散光束を第１および第２の平行光束に変換してビームスプリッタに入射させるレンズと、ビームスプリッタを透過した第１および第２の平行光束を受光して同第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えたことにある。
【００１１】
このように構成した本発明の他の特徴においては、円形マイクロミラーが第２の焦点スポットに集光された第２の分割光束の一部のみを反射し、円形マイクロミラーの外側に設けた透過部がそれ以外の第２の分割光束を透過するので、円形マイクロミラーによって反射された第２の分割光束は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この実質的に収差を有さない参照波面を構成する第２の分割光束と、ミラーで反射された第１の分割光束との干渉により、撮像素子上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、第１および第２の分割光束は、共にミラーにて反射されるために大きな強度を有し、明瞭な干渉縞が撮像素子上に形成されるので、波面測定精度が向上する。そして、この場合も、半導体レーザのように光源の可干渉性が低くても、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束を被検査対象とすれば、同入射光束の波面収差を良好に検出できる。また、レンズを被検査対象とすれば、同レンズの特性を良好に検出できる。
【００１２】
さらに、本発明の他の特徴は、入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれ透過するとともに、同透過方向から入射した光束を直角方向に反射するビームスプリッタと、ビームスプリッタを透過した第１および第２の分割光束に対してほぼ垂直な反射面を有し、中央部に円形マイクロミラーを設けた透過部を反射面の一部に形成したミラーと、ビームスプリッタとミラーとの間に介装され、第１の分割光束を透過部の外側の反射面上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、第２の分割光束を円形マイクロミラーの反射面上に集光させて第２の焦点スポットを形成し、かつ第１および第２の焦点スポットから発散する第１および第２の発散光束を第１および第２の平行光束に変換してビームスプリッタに入射させるレンズと、ビームスプリッタにて反射した第１および第２の平行光束を受光して同第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えたことにある。
【００１３】
これによっても、円形マイクロミラーが第２の焦点スポットに集光された第２の分割光束の一部のみを反射し、円形マイクロミラーの外側に設けた透過部がそれ以外の第２の分割光束を透過するので、円形マイクロミラーによって反射された第２の分割光束は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この場合も、前述した本発明の他の特徴による効果と同等な効果を期待できる。
【００１４】
これらのミラーを用いた本発明においては、前記ミラー上に形成された透過部を、円形に構成するとよい。また、前記第２の焦点スポットの直径を、前記マイクロミラーの直径よりも大きく、かつ前記透過部の直径よりも小さく設定するとよい。特に、マイクロミラーの直径を小さくすることにより、マイクロミラーにて反射されて参照波面を構成する第２の分割光束をほとんど収差を有さないものにすることができ、波面測定の精度を向上させることができる。
【００１５】
また、前記光束分割手段を、例えば回折格子で構成できる。この場合、前記回折格子の断面を、階段状に形成したり、鋸歯状に形成したりするとよい。このような回折格子においては、例えば、前記第１の分割光束は前記回折格子による０次回折光であり、かつ前記第２の分割光束は前記回折格子による正または負の１次回折光である。このように、回折格子の断面を、階段状に形成したり、鋸歯状に形成したりすることにより、０次回折光と、正または負の１次回折光とを効率的に生成することが可能になる。
【００１６】
また、前記光束分割手段を、前記入射光束の一部を反射して前記第１の分割光束を生成する第１の面と、前記第１の面を透過した光束を反射して前記第２の分割光束を生成する第２の面とを有する楔型プリズムで構成してもよい。これによれば、簡単な構成の楔型プリズムで光束分割手段を構成できるので、装置全体の構成が簡単になる。
【００１７】
さらに、このような干渉計においては、前記第１の分割光束に対する前記第２の分割光束の強度比を、１．１ないし５．０の範囲内に設定することが好ましい。これにより、明瞭な干渉縞を撮像素子上に形成させることができるので、波面測定精度が向上する。
【００１８】
【実施の形態】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明すると、図１は、入射光束Ｌ１の特性を検査するための第１実施形態に係る干渉計を概略的に示している。この干渉計は、光束分割手段としての回折格子２１と、第１のレンズとしてのコンデンサーレンズ２２と、透明板２３と、第２のレンズとしてのフィールドレンズ２４と、撮像素子２５とをこの順に配置させている。
【００１９】
回折格子２１は、図２の概略断面図にて示すように、矩形波断面を有しており、入射光束Ｌ１に対して０次回折光Ｌ２１、正の１次回折光Ｌ２２、負の１次回折光Ｌ２３、正の３次回折光Ｌ２４、負の三次回折光Ｌ２５などを生じさせる。なお、この第１実施形態で利用される回折光は、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２であり、その他の次数の回折光は不要である。この回折格子２１は、その断面の凸部の高さをｈ、入射光束Ｌ１の波長をλ、回折格子２１の肉厚部を構成する透明板の光学的屈性率をｎとすると、同高さｈがλ／２（ｎ−１）の奇数倍であるとき、０次回折光Ｌ２１の強度を「０」にするもので、この高さｈを調整することにより、０次回折光Ｌ２１に対する１次回折光Ｌ２２の強度比を調整可能である。第１実施形態では、１次回折光Ｌ２２は、後述する透明板２３の遮光部２３ａによってその一部のみしかフィールドレンズ２４に達しないので、前記強度比を１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００２０】
コンデンサーレンズ２２は、入射光束Ｌ１に基づく０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の各焦点スポットを透明板２３に形成するためのものである。
【００２１】
透明板２３は、コンデンサーレンズ２２に対向して前記０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の両焦点スポットが形成される光軸方向位置に配置されている。そして、図３，４に示すように、透明板２３には、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とする円形の遮光部２３ａが設けられている。遮光部２３ａの中央部には、１次回折光Ｌ２２よりも極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照光Ｌ２２’を生成するために、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とするピンホール２３ｂが設けられている。この場合、１次回折光Ｌ２２による焦点スポットの直径は、ピンホール２３ｂの直径よりも大きく、かつ遮光部２３ａの直径よりも小さい。
【００２２】
フィールドレンズ２４は、透明板２３を透過して発散された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’を平行光束に変換して、撮像素子２５に入射させる。撮像素子２５は、０次回折光Ｌ２１と参照光Ｌ２２’とで形成される干渉縞を画像として表示する。
【００２３】
上記のように構成した第１実施形態においては、被検査対象としての入射光束Ｌ１は、回折格子２１により０次回折光Ｌ２１と１次回折光Ｌ２２とに分割されてコンデンサーレンズ２２に入射し、コンデンサーレンズ２２は前記分割された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の各焦点スポットが透明板２３上に形成されるように、０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２を集光する。この場合、０次回折光Ｌ２１の焦点スポットは、透明板２３の遮光部２３ａの外側位置に形成され、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットは透明板２３のピンホール２３ｂ位置に形成される。
【００２４】
０次回折光Ｌ２１は透明板２３を透過後、発散されて波面を維持しながら被検査光束としてフィールドレンズ２４に入射する。一方、１次回折光Ｌ２２は前記ピンホール２３ｂの透過時に極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面として機能する参照光Ｌ２２’に変換されるとともに、発散されてフィールドレンズ２４に入射する。これらの０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、フィールドレンズ２４によって平行光束に変換されて、撮像素子２５上に干渉縞を形成する。したがって、この干渉縞を観察することにより、被検査光束である入射光束Ｌ１の収差を計算することが可能となる。
【００２５】
このように動作する上記第１実施形態においては、ピンホール２３ｂに集光された１次回折光Ｌ２２のみを透過し、遮光部２３ａ上に集光されている１次回折光Ｌ２２の透過を阻止する。したがって、透明板２３を透過した参照光Ｌ２２’は、極めて小さな収差のみしか有さない（実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この参照波面を構成する参照光Ｌ２２’と、透明板２３を透過した被検査光束としての０次回折光Ｌ２１との干渉により、撮像素子２５上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、共に透明板２３を透過するために大きな強度を有したままであり、明瞭な干渉縞が撮像素子２５上に形成されるので、波面測定精度が向上する。特に、半導体レーザのように光源の可干渉性の低い場合でも、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束Ｌ１の波面収差を良好に検出できる。
【００２６】
ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて説明すると、図５は、入射光束Ｌ１の特性を検査するための第２実施形態に係る干渉計を概略的に示している。この干渉計は、回折格子３１、ビームスプリッタ３２、ミラー３３、レンズ３４および撮像素子３５を備えている。
【００２７】
回折格子３１は、上記第１実施形態の回折格子２１と同様に構成されていて、同回折格子２１と同様に機能する。なお、この第２実施形態で利用される回折光も、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２であり、その他の次数の回折光は不要である。また、この第２実施形態においても、１次回折光Ｌ２２は後述するミラー３３の透過部３３ｂによってその一部のみしか撮像素子３５に達しないので、０次回折光Ｌ２１に対する正の１次回折光Ｌ２２の強度比を１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００２８】
また、ビームスプリッタ３２は、回折格子３１によって分割された０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２をそれぞれほぼ直角方向に反射するとともに、ミラー３３によって反射されて同直角方向から入射した光束を透過する。ミラー３３は、ビームスプリッタ３２から前記０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２の反射方向に所定距離だけ離れて配置されており、ビームスプリッタ３２によって反射された０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２に対してほぼ垂直な反射面３３ａを有する。この反射面３３ａには、図６，７に示すように、入射光を透過してしまって反射しない円形の透過部３３ｂが設けられている。この透過部３３ｂには、１次回折光Ｌ２２よりも極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照光Ｌ２２’を生成するために、透過部３３ｂの中心位置を中心位置とする円形マイクロミラー３３ｃ（円形の極めて小さなミラー）が設けられている。この場合、後述するレンズ３４によって形成される１次回折光Ｌ２２による焦点スポットの直径は、円形マイクロミラー３３ｃの直径よりも大きく、かつ透過部３３ｂの直径よりも小さい。
【００２９】
レンズ３４は、ビームスプリッタ３２とミラー３３との間に介装され、０次回折光Ｌ２１をミラー３３における透過部３３ｂの外側の反射面３３ａ上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、正の１次回折光Ｌ２２を円形マイクロミラー３３ｃ上に集光させて第２の焦点スポットを形成する。また、レンズ３４は、ミラー３３によって第１および第２の焦点スポットから反射されるととおに発散された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’をそれぞれ平行光束に変換してビームスプリッタ３２を介して撮像素子３５に入射させる。撮像素子３５は、上記第１実施形態の撮像素子２５と同様に構成されている。
【００３０】
上記のように構成した第２実施形態においては、被検査対象としての入射光束Ｌ１は、回折格子３１により０次回折光Ｌ２１と１次回折光Ｌ２２とに分割されてビームスプリッタ３２に入射され、同入射された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２はビームスプリッタ３２にて反射されてレンズ３４に入射する。レンズ３４は、前記入射された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の各焦点スポットがミラー３３上に形成されるように、０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２を集光する。この場合、０次回折光Ｌ２１の焦点スポットは、ミラー３３の透過部３３ｂの外側に位置する反射面３３ａ上に形成され、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットはミラー３３の円形マイクロミラー３３ｃ上に形成される。
【００３１】
０次回折光Ｌ２１は反射面３３ａにて反射されるとともに発散されて、波面を維持しながら被検査光束としてレンズ３４に入射する。一方、１次回折光Ｌ２２は、円形マイクロミラー３３ｃによる反射時に極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面として機能する参照光Ｌ２２’に変換されるとともに発散されてレンズ３４に入射する。これらの０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、レンズ３４によって平行光束に変換されて、撮像素子３５上に干渉縞を形成する。したがって、この干渉縞を観察することにより、被検査光束である入射光束Ｌ１の収差を計算することが可能となる。
【００３２】
このように動作する上記第２実施形態においては、円形マイクロミラー３３ｃが第２の焦点スポットに集光された正の１次回折光Ｌ２２の一部のみを反射し、円形マイクロミラー３３ｃの外側に設けた透過部３３ｂがそれ以外の正の１次回折光Ｌ２２を透過するので、ミラー３３すなわち円形マイクロミラー３３ｃによって反射された参照光Ｌ２２’は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この実質的に収差を有さない参照波面を構成する参照光Ｌ２２’と、ミラー３３で反射された０次回折光Ｌ２１との干渉により、撮像素子３５上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、共にミラー３３にて反射されるために大きな強度を有し、明瞭な干渉縞が撮像素子３５上に形成されるので、波面測定精度が向上する。そして、この場合も、半導体レーザのように光源の可干渉性が低くていも、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束Ｌ１を被検査対象とすれば、同入射光束Ｌ１の波面収差を良好に検出できる。
【００３３】
ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について図面を用いて説明すると、図８は第３実施形態に係る干渉計の概略図である。この干渉計は、上記第２実施形態に係る干渉計のビームスプリッタ３２に代えて、ビームスプリッタ３２Ａを採用したものである。このビームスプリッタ３２Ａは、回折格子３１によって分割された０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２を透過してレンズ３４に入射させるとともに、同レンズ３４から入射した０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２‘を直角方向に反射して撮像素子３５に入射させる。他の部分に関しては、上記第２実施形態と同様であるので、同第２実施形態と同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
上記のように構成した第３実施形態においても、被検査対象としての入射光束Ｌ１は、回折格子３１によって０次回折光Ｌ２１と１次回折光Ｌ２２とに分割されて、ビームスプリッタ３２Ａに入射される。入射された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２はビームスプリッタ３２Ａを透過し、レンズ３４により、０次回折光Ｌ２１による焦点スポットがミラー３３の透過部３３ｂの外側に位置する反射面３３ａ上に形成されるとともに、１次回折光Ｌ２２による焦点スポットがミラー３３の円形マイクロミラー３３ｃ上に形成される。
【００３５】
この場合も、ミラー３３は上記第２実施形態と同様に機能し、ミラー３３により発散された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’がレンズ３４に入射する。そして、レンズ３４によって平行光束に変換された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、ビームスプリッタ３５によって直角方向に反射されて、撮像素子３５上に干渉縞を形成する。したがって、この場合も、干渉縞を観察することにより、被検査光束である入射光束Ｌ１の収差を計算することが可能となる。
【００３６】
このように動作する上記第３実施形態においても、ミラー３３すなわち円形マイクロミラー３３ｃによって反射された参照光Ｌ２２’は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この第３実施形態に係る干渉計においても、上記第２実施形態に係る干渉計と同一の効果を期待できる。
【００３７】
以上、本発明の第１ないし第３実施形態について詳しく説明したが、本発明の実施にあたっては、上記第１ないし第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００３８】
例えば、上記第１ないし第３実施形態においては、回折格子２１，３１の断面を矩形波状にした（図２参照）。しかし、上記第１ないし第３実施形態では、回折格子２１からの出射光には、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２が含まれるうえに、負の１次回折光Ｌ２３、正の３次回折光Ｌ２４および負の３次回折光Ｌ２５も含まれるので、非効率である。これを解決するために、回折格子２１，３１に代えて、図９に示すような断面階段状の回折格子４１を利用することもできる。これによれば、回折格子４１からの出射光には、主に０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２（または、主に０次回折光Ｌ２１および負の１次回折光Ｌ２３）のみが含まれるようになり、回折光の利用効率が向上する。
【００３９】
また、前記回折格子２１，３１に代えて、図１０に示すような断面鋸歯状の回折格子４２を利用することもできる。これによれば、回折格子４２からの出射光には、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２（または０次回折光Ｌ２１および負の１次回折光Ｌ２３）のみが含まれるようになり、回折光の利用効率が向上する。また、これらの回折格子４１、４２を用いる場合でも、階段状の凸部および鋸歯状の凸部の高さｈを調整することにより、上記実施形態の場合と同様に、０次回折光Ｌ２１に対する１次回折光Ｌ２２の強度比を調整可能である。そして、これらの変形例においても、この高さｈの調整により、０次回折光Ｌ２１に対する１次回折光Ｌ２２の強度比を、１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００４０】
また、これらの回折格子２１，３１に代えて、楔型反射プリズムを用いることもできる。図１１は、上記第１実施形態の回折格子２１に代えて楔型反射プリズム４３を用いた例を示している。この楔型反射プリズム４３は、その表面４３ａにて被検査光束である入射光束Ｌ１の一部を反射して第１の分割光束Ｌ３１を生成する。また、この楔型反射プリズム４３は、その裏面４３ｂ（ただし、内側裏面４３ｂ）にて入射光束Ｌ１の一部を反射して第２の分割光束Ｌ３２を生成する。他の構成は上記実施形態と同様であり、コンデンサーレンズ２２により、第１の分割光束Ｌ３１の焦点スポットは透明板２３の遮光部２３ａの外側部に形成され、第２の分割光束Ｌ３２の焦点スポットは透明板２３のピンホール２３ｂ位置に形成される。他の動作も、上記第１実施形態の場合と同様である。
【００４１】
また、上記第２および第３実施形態の回折格子３１に代えて楔型反射プリズムを用いた例については図示しないが、前記変形例の場合と同様に、図５および図８の回折格子３１に代えて、前記楔型反射プリズム４３を用いればよいだけである。したがって、これらの各変形例によっても、上記第１ないし第３実施形態と同様に、明瞭な干渉縞が撮像素子２５、３５上に形成されるので、波面測定精度が向上する。また、これらの変形例に係る干渉計においては、楔型反射プリズム４３が比較的簡単に構成できるので、装置全体の構成が簡単になる。
【００４２】
このような楔型反射プリズム４３を用いた干渉計においても、第１の分割光束Ｌ３１に対する第２の分割光束Ｌ３２の強度比を、１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。この場合、楔型反射プリズム４３の表面４３ａおよび裏面４３ｂの外側に設ける反射用のコーティングの反射率を適宜選択および調整するようにすればよい。
【００４３】
さらに、上記第１ないし第３実施形態、並びにそれらの各変形例においては、他の光学機器または光学部品から入射される入射光束Ｌ１を被検査対象としたが、光学機器または光学部品を被検査対象とすることもできる。例えば、上記第１実施形態のコンデンサーレンズ２２を被検査対象とすることができるとともに、第２および第３実施形態のレンズ３４を被検査対象とすることもできる。上記第１実施形態においてコンデンサーレンズ２２を被検査対象とする場合、図１２に示すように、他の光学機器または光学部品からの光束を入射光束Ｌ１とするのではなく、干渉計内に前記入射光束Ｌ１に相当し、かつ波面収差の極めて小さな（すなわち、実質的に波面収差を有さない）光束を出射する光源５０を設けるようにする。他の構成は上記図１の実施形態と同様である。そして、撮像素子２５に形成される干渉縞に基づいて、コンデンサーレンズ２２の特性を検査するとよい。
【００４４】
また、上記第２および第３実施形態においてレンズ３４を被検査対象とする場合、他の光学機器または光学部品からの入射光束Ｌ１に代えて、前記変形例の光源５０からの波面収差の極めて小さな（すなわち、実質的に波面収差を有さない）光束を図５および図８の回折格子３１に入射させるようにすればよい。
【００４５】
なお、このようなコンデンサーレンズ２２およびレンズ３４の特性を検査する干渉計においても、上記第１ないし第３実施形態の各種変形例と同様に、図９および図１０に示すような変形例に係る回折格子４１，４２または図１１に示す楔型反射プリズム４３を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る干渉計の概略図である。
【図２】図１の回折格子の概略断面図である。
【図３】図１の透明板の概略斜視図である。
【図４】図３の遮光部の拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る干渉計の概略図である。
【図６】図５のミラーの概略斜視図である。
【図７】図６の透過部の拡大図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る干渉計の概略図である。
【図９】前記第１ないし第３施形態の変形例に係る回折格子の概略断面図である。
【図１０】前記第１ないし第３実施形態の他の変形例に係る回折格子の概略断面図である。
【図１１】前記第１実施形態の変形例に係る干渉計の概略図である。
【図１２】前記第１実施形態の他の変形例に係る干渉計の概略図である。
【図１３】従来の干渉計の概略図である。
【符号の説明】
２１，３１，４１，４２…回折格子、２２…コンデンサーレンズ（第１のレンズ）、２３…透明板、２３ａ…遮光部、２３ｂ…ピンホール、２４…フィールドレンズ（第２のレンズ）、２５，３５…撮像素子、３２，３２Ａ…ビームスプリッタ、３３…ミラー、３３ａ…反射面、３３ｂ…透過部、３３ｃ…円形マイクロミラー、３４…レンズ、４３…楔型反射プリズム、５０…光源。
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の光学機器、光学部品などから出射される光束自体、各種の光学機器、光学部品自体などの特性を検査するために適用され、光束の収差を計測する干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光束の収差を計測する干渉計としては種々のものが知られているが、その一つが下記特許文献１に紹介されている。この特許文献１に紹介された干渉計は、図１３に示すように、光源１０、コリメーティングレンズ１１、被検査対象である被検レンズ１２および半透明板１３を備え、光源１０から放射された発散光がコリメーティングレンズ１１によって平行光束に変換され、同変換された平行光束が被検レンズ１２によって半透明板１３上に焦点を結ぶようにしている。
【０００３】
被検レンズ１２と半透明板１３との間には、半透明板１３上に０次、１次、２次などの複数の回折光による複数の焦点スポットを形成するための回折格子１４と、２次以上の回折光を遮断する遮光板１５が配置されており、０次および１次の回折光による焦点スポットが半透明板１３上に形成される。半透明板１３上の１次回折光の焦点位置にはピンホール１３ａが設けられており、ピンホール１３ａを通過した１次回折光が生成する参照波面と、半透明板１３を通過した０次回折光が生成する波面をフィールドレンズ１６で重ね合わせることにより、干渉縞が撮像素子１７に形成されるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−６４１３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来装置にあっては、参照波面を生成するピンホール１３ａが半透明板１３に形成されているので、１次回折光のうちの一部はピンホール１３ａに参照波面を生成するが、一部は収差を含んだ波面のまま透過することになる。その結果、撮像素子１７上で観察される干渉縞のコントラストが著しく低下して、この干渉計による波面測定精度が低下する。特に、半導体レーザのように光源の可干渉性が低い場合、干渉縞に十分なコントラストが得られない。
【０００６】
【発明の概略】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、撮像素子上で観察される干渉縞のコントラストを高めて、波面測定精度を向上させた干渉計を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれ第１および第２の焦点スポットに集光するための第１のレンズと、第１のレンズに対向して第１および第２の焦点スポットが形成される光軸方向位置に配置され、第２の焦点スポットの中心位置を中心位置とするピンホールを中央部に設けた遮光部を、第２の焦点スポットが形成される位置近傍に形成した透明板と、第１の焦点スポットから発散する第１の発散光束を第１の平行光束に変換するとともに、ピンホールから発散する第２の発散光束を第２の平行光束に変換する第２のレンズと、第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えたことにある。
【０００８】
このように構成した本発明においては、ピンホールが第２の焦点スポットに集光された第２の分割光束の一部のみを透過し、ピンホールの外側に設けた遮光部がそれ以外の第２の分割光束の透過を阻止するので、透明板を透過した第２の分割光束は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この実質的に収差を有さない参照波面を構成する第２の分割光束と、透明板を透過した第１の分割光束との干渉により、撮像素子上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、第１および第２の分割光束は、共に透明板を透過するために大きな強度を有し、明瞭な干渉縞が撮像素子上に形成されるので、波面測定精度が向上する。特に、半導体レーザのように光源の可干渉性の低い場合でも、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束を被検査対象とすれば、同入射光束の波面収差を良好に検出できる。また、第１のレンズを被検査対象とすれば、同レンズの特性を良好に検出できる。
【０００９】
この場合、前記透明板上に形成された遮光部を、円形に構成するとよい。また、前記第２の焦点スポットの直径を、前記ピンホールの直径よりも大きく、かつ前記遮光部の直径よりも小さく設定するとよい。特に、ピンホールの直径を小さくすることにより、ピンホールを透過して参照波面を構成する第２の分割光束をほとんど収差を有さないものにすることができ、波面測定の精度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれほぼ直角方向に反射するとともに、同直角方向から入射した光束を透過するビームスプリッタと、ビームスプリッタによって反射された第１および第２の分割光束に対してほぼ垂直な反射面を有し、中央部に円形マイクロミラーを設けた透過部を反射面の一部に形成したミラーと、ビームスプリッタとミラーとの間に介装され、第１の分割光束を透過部の外側の反射面上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、第２の分割光束を円形マイクロミラーの反射面上に集光させて第２の焦点スポットを形成し、かつ第１および第２の焦点スポットから発散する第１および第２の発散光束を第１および第２の平行光束に変換してビームスプリッタに入射させるレンズと、ビームスプリッタを透過した第１および第２の平行光束を受光して同第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えたことにある。
【００１１】
このように構成した本発明の他の特徴においては、円形マイクロミラーが第２の焦点スポットに集光された第２の分割光束の一部のみを反射し、円形マイクロミラーの外側に設けた透過部がそれ以外の第２の分割光束を透過するので、円形マイクロミラーによって反射された第２の分割光束は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この実質的に収差を有さない参照波面を構成する第２の分割光束と、ミラーで反射された第１の分割光束との干渉により、撮像素子上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、第１および第２の分割光束は、共にミラーにて反射されるために大きな強度を有し、明瞭な干渉縞が撮像素子上に形成されるので、波面測定精度が向上する。そして、この場合も、半導体レーザのように光源の可干渉性が低くても、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束を被検査対象とすれば、同入射光束の波面収差を良好に検出できる。また、レンズを被検査対象とすれば、同レンズの特性を良好に検出できる。
【００１２】
さらに、本発明の他の特徴は、入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれ透過するとともに、同透過方向から入射した光束を直角方向に反射するビームスプリッタと、ビームスプリッタを透過した第１および第２の分割光束に対してほぼ垂直な反射面を有し、中央部に円形マイクロミラーを設けた透過部を反射面の一部に形成したミラーと、ビームスプリッタとミラーとの間に介装され、第１の分割光束を透過部の外側の反射面上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、第２の分割光束を円形マイクロミラーの反射面上に集光させて第２の焦点スポットを形成し、かつ第１および第２の焦点スポットから発散する第１および第２の発散光束を第１および第２の平行光束に変換してビームスプリッタに入射させるレンズと、ビームスプリッタにて反射した第１および第２の平行光束を受光して同第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えたことにある。
【００１３】
これによっても、円形マイクロミラーが第２の焦点スポットに集光された第２の分割光束の一部のみを反射し、円形マイクロミラーの外側に設けた透過部がそれ以外の第２の分割光束を透過するので、円形マイクロミラーによって反射された第２の分割光束は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この場合も、前述した本発明の他の特徴による効果と同等な効果を期待できる。
【００１４】
これらのミラーを用いた本発明においては、前記ミラー上に形成された透過部を、円形に構成するとよい。また、前記第２の焦点スポットの直径を、前記マイクロミラーの直径よりも大きく、かつ前記透過部の直径よりも小さく設定するとよい。特に、マイクロミラーの直径を小さくすることにより、マイクロミラーにて反射されて参照波面を構成する第２の分割光束をほとんど収差を有さないものにすることができ、波面測定の精度を向上させることができる。
【００１５】
また、前記光束分割手段を、例えば回折格子で構成できる。この場合、前記回折格子の断面を、階段状に形成したり、鋸歯状に形成したりするとよい。このような回折格子においては、例えば、前記第１の分割光束は前記回折格子による０次回折光であり、かつ前記第２の分割光束は前記回折格子による正または負の１次回折光である。このように、回折格子の断面を、階段状に形成したり、鋸歯状に形成したりすることにより、０次回折光と、正または負の１次回折光とを効率的に生成することが可能になる。
【００１６】
また、前記光束分割手段を、前記入射光束の一部を反射して前記第１の分割光束を生成する第１の面と、前記第１の面を透過した光束を反射して前記第２の分割光束を生成する第２の面とを有する楔型プリズムで構成してもよい。これによれば、簡単な構成の楔型プリズムで光束分割手段を構成できるので、装置全体の構成が簡単になる。
【００１７】
さらに、このような干渉計においては、前記第１の分割光束に対する前記第２の分割光束の強度比を、１．１ないし５．０の範囲内に設定することが好ましい。これにより、明瞭な干渉縞を撮像素子上に形成させることができるので、波面測定精度が向上する。
【００１８】
【実施の形態】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明すると、図１は、入射光束Ｌ１の特性を検査するための第１実施形態に係る干渉計を概略的に示している。この干渉計は、光束分割手段としての回折格子２１と、第１のレンズとしてのコンデンサーレンズ２２と、透明板２３と、第２のレンズとしてのフィールドレンズ２４と、撮像素子２５とをこの順に配置させている。
【００１９】
回折格子２１は、図２の概略断面図にて示すように、矩形波断面を有しており、入射光束Ｌ１に対して０次回折光Ｌ２１、正の１次回折光Ｌ２２、負の１次回折光Ｌ２３、正の３次回折光Ｌ２４、負の三次回折光Ｌ２５などを生じさせる。なお、この第１実施形態で利用される回折光は、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２であり、その他の次数の回折光は不要である。この回折格子２１は、その断面の凸部の高さをｈ、入射光束Ｌ１の波長をλ、回折格子２１の肉厚部を構成する透明板の光学的屈性率をｎとすると、同高さｈがλ／２（ｎ−１）の奇数倍であるとき、０次回折光Ｌ２１の強度を「０」にするもので、この高さｈを調整することにより、０次回折光Ｌ２１に対する１次回折光Ｌ２２の強度比を調整可能である。第１実施形態では、１次回折光Ｌ２２は、後述する透明板２３の遮光部２３ａによってその一部のみしかフィールドレンズ２４に達しないので、前記強度比を１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００２０】
コンデンサーレンズ２２は、入射光束Ｌ１に基づく０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の各焦点スポットを透明板２３に形成するためのものである。
【００２１】
透明板２３は、コンデンサーレンズ２２に対向して前記０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の両焦点スポットが形成される光軸方向位置に配置されている。そして、図３，４に示すように、透明板２３には、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とする円形の遮光部２３ａが設けられている。遮光部２３ａの中央部には、１次回折光Ｌ２２よりも極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照光Ｌ２２’を生成するために、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットの中心位置を中心位置とするピンホール２３ｂが設けられている。この場合、１次回折光Ｌ２２による焦点スポットの直径は、ピンホール２３ｂの直径よりも大きく、かつ遮光部２３ａの直径よりも小さい。
【００２２】
フィールドレンズ２４は、透明板２３を透過して発散された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’を平行光束に変換して、撮像素子２５に入射させる。撮像素子２５は、０次回折光Ｌ２１と参照光Ｌ２２’とで形成される干渉縞を画像として表示する。
【００２３】
上記のように構成した第１実施形態においては、被検査対象としての入射光束Ｌ１は、回折格子２１により０次回折光Ｌ２１と１次回折光Ｌ２２とに分割されてコンデンサーレンズ２２に入射し、コンデンサーレンズ２２は前記分割された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の各焦点スポットが透明板２３上に形成されるように、０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２を集光する。この場合、０次回折光Ｌ２１の焦点スポットは、透明板２３の遮光部２３ａの外側位置に形成され、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットは透明板２３のピンホール２３ｂ位置に形成される。
【００２４】
０次回折光Ｌ２１は透明板２３を透過後、発散されて波面を維持しながら被検査光束としてフィールドレンズ２４に入射する。一方、１次回折光Ｌ２２は前記ピンホール２３ｂの透過時に極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面として機能する参照光Ｌ２２’に変換されるとともに、発散されてフィールドレンズ２４に入射する。これらの０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、フィールドレンズ２４によって平行光束に変換されて、撮像素子２５上に干渉縞を形成する。したがって、この干渉縞を観察することにより、被検査光束である入射光束Ｌ１の収差を計算することが可能となる。
【００２５】
このように動作する上記第１実施形態においては、ピンホール２３ｂに集光された１次回折光Ｌ２２のみを透過し、遮光部２３ａ上に集光されている１次回折光Ｌ２２の透過を阻止する。したがって、透明板２３を透過した参照光Ｌ２２’は、極めて小さな収差のみしか有さない（実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この参照波面を構成する参照光Ｌ２２’と、透明板２３を透過した被検査光束としての０次回折光Ｌ２１との干渉により、撮像素子２５上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、共に透明板２３を透過するために大きな強度を有したままであり、明瞭な干渉縞が撮像素子２５上に形成されるので、波面測定精度が向上する。特に、半導体レーザのように光源の可干渉性の低い場合でも、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束Ｌ１の波面収差を良好に検出できる。
【００２６】
ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について図面を用いて説明すると、図５は、入射光束Ｌ１の特性を検査するための第２実施形態に係る干渉計を概略的に示している。この干渉計は、回折格子３１、ビームスプリッタ３２、ミラー３３、レンズ３４および撮像素子３５を備えている。
【００２７】
回折格子３１は、上記第１実施形態の回折格子２１と同様に構成されていて、同回折格子２１と同様に機能する。なお、この第２実施形態で利用される回折光も、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２であり、その他の次数の回折光は不要である。また、この第２実施形態においても、１次回折光Ｌ２２は後述するミラー３３の透過部３３ｂによってその一部のみしか撮像素子３５に達しないので、０次回折光Ｌ２１に対する正の１次回折光Ｌ２２の強度比を１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００２８】
また、ビームスプリッタ３２は、回折格子３１によって分割された０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２をそれぞれほぼ直角方向に反射するとともに、ミラー３３によって反射されて同直角方向から入射した光束を透過する。ミラー３３は、ビームスプリッタ３２から前記０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２の反射方向に所定距離だけ離れて配置されており、ビームスプリッタ３２によって反射された０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２に対してほぼ垂直な反射面３３ａを有する。この反射面３３ａには、図６，７に示すように、入射光を透過してしまって反射しない円形の透過部３３ｂが設けられている。この透過部３３ｂには、１次回折光Ｌ２２よりも極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照光Ｌ２２’を生成するために、透過部３３ｂの中心位置を中心位置とする円形マイクロミラー３３ｃ（円形の極めて小さなミラー）が設けられている。この場合、後述するレンズ３４によって形成される１次回折光Ｌ２２による焦点スポットの直径は、円形マイクロミラー３３ｃの直径よりも大きく、かつ透過部３３ｂの直径よりも小さい。
【００２９】
レンズ３４は、ビームスプリッタ３２とミラー３３との間に介装され、０次回折光Ｌ２１をミラー３３における透過部３３ｂの外側の反射面３３ａ上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、正の１次回折光Ｌ２２を円形マイクロミラー３３ｃ上に集光させて第２の焦点スポットを形成する。また、レンズ３４は、ミラー３３によって第１および第２の焦点スポットから反射されるととおに発散された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’をそれぞれ平行光束に変換してビームスプリッタ３２を介して撮像素子３５に入射させる。撮像素子３５は、上記第１実施形態の撮像素子２５と同様に構成されている。
【００３０】
上記のように構成した第２実施形態においては、被検査対象としての入射光束Ｌ１は、回折格子３１により０次回折光Ｌ２１と１次回折光Ｌ２２とに分割されてビームスプリッタ３２に入射され、同入射された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２はビームスプリッタ３２にて反射されてレンズ３４に入射する。レンズ３４は、前記入射された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２の各焦点スポットがミラー３３上に形成されるように、０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２を集光する。この場合、０次回折光Ｌ２１の焦点スポットは、ミラー３３の透過部３３ｂの外側に位置する反射面３３ａ上に形成され、１次回折光Ｌ２２の焦点スポットはミラー３３の円形マイクロミラー３３ｃ上に形成される。
【００３１】
０次回折光Ｌ２１は反射面３３ａにて反射されるとともに発散されて、波面を維持しながら被検査光束としてレンズ３４に入射する。一方、１次回折光Ｌ２２は、円形マイクロミラー３３ｃによる反射時に極めて小さな収差のみしか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面として機能する参照光Ｌ２２’に変換されるとともに発散されてレンズ３４に入射する。これらの０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、レンズ３４によって平行光束に変換されて、撮像素子３５上に干渉縞を形成する。したがって、この干渉縞を観察することにより、被検査光束である入射光束Ｌ１の収差を計算することが可能となる。
【００３２】
このように動作する上記第２実施形態においては、円形マイクロミラー３３ｃが第２の焦点スポットに集光された正の１次回折光Ｌ２２の一部のみを反射し、円形マイクロミラー３３ｃの外側に設けた透過部３３ｂがそれ以外の正の１次回折光Ｌ２２を透過するので、ミラー３３すなわち円形マイクロミラー３３ｃによって反射された参照光Ｌ２２’は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この実質的に収差を有さない参照波面を構成する参照光Ｌ２２’と、ミラー３３で反射された０次回折光Ｌ２１との干渉により、撮像素子３５上で観察される干渉縞のコントラストが高められて、波面測定精度が向上する。また、０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、共にミラー３３にて反射されるために大きな強度を有し、明瞭な干渉縞が撮像素子３５上に形成されるので、波面測定精度が向上する。そして、この場合も、半導体レーザのように光源の可干渉性が低くていも、干渉縞に十分なコントラストが得られる。その結果、入射光束Ｌ１を被検査対象とすれば、同入射光束Ｌ１の波面収差を良好に検出できる。
【００３３】
ｃ．第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について図面を用いて説明すると、図８は第３実施形態に係る干渉計の概略図である。この干渉計は、上記第２実施形態に係る干渉計のビームスプリッタ３２に代えて、ビームスプリッタ３２Ａを採用したものである。このビームスプリッタ３２Ａは、回折格子３１によって分割された０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２を透過してレンズ３４に入射させるとともに、同レンズ３４から入射した０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２‘を直角方向に反射して撮像素子３５に入射させる。他の部分に関しては、上記第２実施形態と同様であるので、同第２実施形態と同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
上記のように構成した第３実施形態においても、被検査対象としての入射光束Ｌ１は、回折格子３１によって０次回折光Ｌ２１と１次回折光Ｌ２２とに分割されて、ビームスプリッタ３２Ａに入射される。入射された０次回折光Ｌ２１および１次回折光Ｌ２２はビームスプリッタ３２Ａを透過し、レンズ３４により、０次回折光Ｌ２１による焦点スポットがミラー３３の透過部３３ｂの外側に位置する反射面３３ａ上に形成されるとともに、１次回折光Ｌ２２による焦点スポットがミラー３３の円形マイクロミラー３３ｃ上に形成される。
【００３５】
この場合も、ミラー３３は上記第２実施形態と同様に機能し、ミラー３３により発散された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’がレンズ３４に入射する。そして、レンズ３４によって平行光束に変換された０次回折光Ｌ２１および参照光Ｌ２２’は、ビームスプリッタ３５によって直角方向に反射されて、撮像素子３５上に干渉縞を形成する。したがって、この場合も、干渉縞を観察することにより、被検査光束である入射光束Ｌ１の収差を計算することが可能となる。
【００３６】
このように動作する上記第３実施形態においても、ミラー３３すなわち円形マイクロミラー３３ｃによって反射された参照光Ｌ２２’は極めて小さな収差しか有さない（すなわち、実質的に収差を有さない）参照波面を構成する。したがって、この第３実施形態に係る干渉計においても、上記第２実施形態に係る干渉計と同一の効果を期待できる。
【００３７】
以上、本発明の第１ないし第３実施形態について詳しく説明したが、本発明の実施にあたっては、上記第１ないし第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００３８】
例えば、上記第１ないし第３実施形態においては、回折格子２１，３１の断面を矩形波状にした（図２参照）。しかし、上記第１ないし第３実施形態では、回折格子２１からの出射光には、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２が含まれるうえに、負の１次回折光Ｌ２３、正の３次回折光Ｌ２４および負の３次回折光Ｌ２５も含まれるので、非効率である。これを解決するために、回折格子２１，３１に代えて、図９に示すような断面階段状の回折格子４１を利用することもできる。これによれば、回折格子４１からの出射光には、主に０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２（または、主に０次回折光Ｌ２１および負の１次回折光Ｌ２３）のみが含まれるようになり、回折光の利用効率が向上する。
【００３９】
また、前記回折格子２１，３１に代えて、図１０に示すような断面鋸歯状の回折格子４２を利用することもできる。これによれば、回折格子４２からの出射光には、０次回折光Ｌ２１および正の１次回折光Ｌ２２（または０次回折光Ｌ２１および負の１次回折光Ｌ２３）のみが含まれるようになり、回折光の利用効率が向上する。また、これらの回折格子４１、４２を用いる場合でも、階段状の凸部および鋸歯状の凸部の高さｈを調整することにより、上記実施形態の場合と同様に、０次回折光Ｌ２１に対する１次回折光Ｌ２２の強度比を調整可能である。そして、これらの変形例においても、この高さｈの調整により、０次回折光Ｌ２１に対する１次回折光Ｌ２２の強度比を、１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。
【００４０】
また、これらの回折格子２１，３１に代えて、楔型反射プリズムを用いることもできる。図１１は、上記第１実施形態の回折格子２１に代えて楔型反射プリズム４３を用いた例を示している。この楔型反射プリズム４３は、その表面４３ａにて被検査光束である入射光束Ｌ１の一部を反射して第１の分割光束Ｌ３１を生成する。また、この楔型反射プリズム４３は、その裏面４３ｂ（ただし、内側裏面４３ｂ）にて入射光束Ｌ１の一部を反射して第２の分割光束Ｌ３２を生成する。他の構成は上記実施形態と同様であり、コンデンサーレンズ２２により、第１の分割光束Ｌ３１の焦点スポットは透明板２３の遮光部２３ａの外側部に形成され、第２の分割光束Ｌ３２の焦点スポットは透明板２３のピンホール２３ｂ位置に形成される。他の動作も、上記第１実施形態の場合と同様である。
【００４１】
また、上記第２および第３実施形態の回折格子３１に代えて楔型反射プリズムを用いた例については図示しないが、前記変形例の場合と同様に、図５および図８の回折格子３１に代えて、前記楔型反射プリズム４３を用いればよいだけである。したがって、これらの各変形例によっても、上記第１ないし第３実施形態と同様に、明瞭な干渉縞が撮像素子２５、３５上に形成されるので、波面測定精度が向上する。また、これらの変形例に係る干渉計においては、楔型反射プリズム４３が比較的簡単に構成できるので、装置全体の構成が簡単になる。
【００４２】
このような楔型反射プリズム４３を用いた干渉計においても、第１の分割光束Ｌ３１に対する第２の分割光束Ｌ３２の強度比を、１．１ないし５．０の範囲内に設定しておくことが好ましい。この場合、楔型反射プリズム４３の表面４３ａおよび裏面４３ｂの外側に設ける反射用のコーティングの反射率を適宜選択および調整するようにすればよい。
【００４３】
さらに、上記第１ないし第３実施形態、並びにそれらの各変形例においては、他の光学機器または光学部品から入射される入射光束Ｌ１を被検査対象としたが、光学機器または光学部品を被検査対象とすることもできる。例えば、上記第１実施形態のコンデンサーレンズ２２を被検査対象とすることができるとともに、第２および第３実施形態のレンズ３４を被検査対象とすることもできる。上記第１実施形態においてコンデンサーレンズ２２を被検査対象とする場合、図１２に示すように、他の光学機器または光学部品からの光束を入射光束Ｌ１とするのではなく、干渉計内に前記入射光束Ｌ１に相当し、かつ波面収差の極めて小さな（すなわち、実質的に波面収差を有さない）光束を出射する光源５０を設けるようにする。他の構成は上記図１の実施形態と同様である。そして、撮像素子２５に形成される干渉縞に基づいて、コンデンサーレンズ２２の特性を検査するとよい。
【００４４】
また、上記第２および第３実施形態においてレンズ３４を被検査対象とする場合、他の光学機器または光学部品からの入射光束Ｌ１に代えて、前記変形例の光源５０からの波面収差の極めて小さな（すなわち、実質的に波面収差を有さない）光束を図５および図８の回折格子３１に入射させるようにすればよい。
【００４５】
なお、このようなコンデンサーレンズ２２およびレンズ３４の特性を検査する干渉計においても、上記第１ないし第３実施形態の各種変形例と同様に、図９および図１０に示すような変形例に係る回折格子４１，４２または図１１に示す楔型反射プリズム４３を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る干渉計の概略図である。
【図２】図１の回折格子の概略断面図である。
【図３】図１の透明板の概略斜視図である。
【図４】図３の遮光部の拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る干渉計の概略図である。
【図６】図５のミラーの概略斜視図である。
【図７】図６の透過部の拡大図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る干渉計の概略図である。
【図９】前記第１ないし第３施形態の変形例に係る回折格子の概略断面図である。
【図１０】前記第１ないし第３実施形態の他の変形例に係る回折格子の概略断面図である。
【図１１】前記第１実施形態の変形例に係る干渉計の概略図である。
【図１２】前記第１実施形態の他の変形例に係る干渉計の概略図である。
【図１３】従来の干渉計の概略図である。
【符号の説明】
２１，３１，４１，４２…回折格子、２２…コンデンサーレンズ（第１のレンズ）、２３…透明板、２３ａ…遮光部、２３ｂ…ピンホール、２４…フィールドレンズ（第２のレンズ）、２５，３５…撮像素子、３２，３２Ａ…ビームスプリッタ、３３…ミラー、３３ａ…反射面、３３ｂ…透過部、３３ｃ…円形マイクロミラー、３４…レンズ、４３…楔型反射プリズム、５０…光源。
Claims (13)
- 入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、
前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれ第１および第２の焦点スポットに集光するための第１のレンズと、
前記第１のレンズに対向して前記第１および第２の焦点スポットが形成される光軸方向位置に配置され、前記第２の焦点スポットの中心位置を中心位置とするピンホールを中央部に設けた遮光部を、前記第２の焦点スポットが形成される位置近傍に形成した透明板と、
前記第１の焦点スポットから発散する第１の発散光束を第１の平行光束に変換するとともに、前記ピンホールから発散する第２の発散光束を第２の平行光束に変換する第２のレンズと、
前記第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えた干渉計。 - 前記透明板上に形成された遮光部は、円形である請求項１に記載した干渉計。
- 前記第２の焦点スポットの直径は、前記ピンホールの直径よりも大きく、かつ前記遮光部の直径よりも小さい請求項２に記載した干渉計。
- 入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、
前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれほぼ直角方向に反射するとともに、同直角方向から入射した光束を透過するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって反射された第１および第２の分割光束に対してほぼ垂直な反射面を有し、中央部に円形マイクロミラーを設けた透過部を前記反射面の一部に形成したミラーと、
前記ビームスプリッタと前記ミラーとの間に介装され、前記第１の分割光束を前記透過部の外側の反射面上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、前記第２の分割光束を前記円形マイクロミラーの反射面上に集光させて第２の焦点スポットを形成し、かつ前記第１および第２の焦点スポットから発散する第１および第２の発散光束を第１および第２の平行光束に変換して前記ビームスプリッタに入射させるレンズと、
前記ビームスプリッタを透過した前記第１および第２の平行光束を受光して同第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えた干渉計。 - 入射光束を第１および第２の分割光束に分割する光束分割手段と、
前記分割された第１および第２の分割光束をそれぞれ透過するとともに、同透過方向から入射した光束を直角方向に反射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを透過した第１および第２の分割光束に対してほぼ垂直な反射面を有し、中央部に円形マイクロミラーを設けた透過部を前記反射面の一部に形成したミラーと、
前記ビームスプリッタと前記ミラーとの間に介装され、前記第１の分割光束を前記透過部の外側の反射面上に集光させて第１の焦点スポットを形成するとともに、前記第２の分割光束を前記円形マイクロミラーの反射面上に集光させて第２の焦点スポットを形成し、かつ前記第１および第２の焦点スポットから発散する第１および第２の発散光束を第１および第２の平行光束に変換して前記ビームスプリッタに入射させるレンズと、
前記ビームスプリッタにて反射した前記第１および第２の平行光束を受光して同第１の平行光束と第２の平行光束とが互いに干渉することによって生じる干渉縞を観察するための撮像素子とを備えた干渉計。 - 前記ミラー上に形成された透過部は、円形である請求項４または５に記載した干渉計。
- 前記第２の焦点スポットの直径は、前記マイクロミラーの直径よりも大きく、かつ前記透過部の直径よりも小さい請求項６に記載した干渉計。
- 前記光束分割手段を回折格子で構成した請求項１ないし７のうちのいずれか一つに記載した干渉計。
- 前記回折格子は、その断面が階段状に形成されている請求項８に記載した干渉計。
- 前記回折格子は、その断面が鋸歯状に形成されている請求項８に記載した干渉計。
- 前記第１の分割光束は前記回折格子による０次回折光であり、かつ前記第２の分割光束は前記回折格子による正または負の１次回折光である請求項８ないし１０のうちのいずれか一つに記載した干渉計。
- 前記光束分割手段を、前記入射光束の一部を反射して前記第１の分割光束を生成する第１の面と、前記第１の面を透過した光束を反射して前記第２の分割光束を生成する第２の面とを有する楔型プリズムで構成した請求項１ないし７のうちのいずれか一つに記載した干渉計。
- 前記第１の分割光束に対する前記第２の分割光束の強度比が、１．１ないし５．０の範囲内にある請求項１ないし１２のうちのいずれか一つに記載した干渉計。
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