JP2004340901A - パスマッチ経路型干渉計装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】パスマッチ経路部に光強度調整光学系を設けることにより、被検面の反射率の違いに応じて、簡便に干渉縞のコントラストを光学的に調整できるようにする。
【構成】光強度調整光学系３０は、回転軸３１を中心に略同心円上に配置された、光透過率が互いに異なる３つのＮＤフィルタのうちの１つを、選択的に切り替えてパスマッチ経路部２０の第１の経路上に位置せしめることにより、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整する。補償光学系４０は屈折率および厚みがＮＤフィルタと略同一に設定された補償板を第２の経路上に挿入することにより、ＮＤフィルタが挿入された場合と抜脱された場合とで変化する２つの経路の光路長差を補償する。
【選択図】 図１
【構成】光強度調整光学系３０は、回転軸３１を中心に略同心円上に配置された、光透過率が互いに異なる３つのＮＤフィルタのうちの１つを、選択的に切り替えてパスマッチ経路部２０の第１の経路上に位置せしめることにより、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整する。補償光学系４０は屈折率および厚みがＮＤフィルタと略同一に設定された補償板を第２の経路上に挿入することにより、ＮＤフィルタが挿入された場合と抜脱された場合とで変化する２つの経路の光路長差を補償する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、合波して出力するパスマッチ経路部を有するパスマッチ経路型干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光源等の可干渉性の良い光源を搭載したフィゾー型干渉計は、基準面と被検面との間に使用光源の可干渉距離に応じた間隔を空けることが可能となり、ワークスペースが十分にとれるため、使い易い干渉計として広く用いられている。しかし、平行平面ガラスのように被検面と略平行な非被検面を有する被検体を測定解析する場合、使用光源の可干渉距離が長いために、基準面と被検面からの光干渉とともに、基準面と非被検面（被検体における被検面とは反対側の面）および被検面と非被検面からの光干渉が各々生じてしまう。通常、基準面と被検面からの光干渉によって生じる干渉縞以外の干渉縞はノイズとなり、被検面の形状を高精度で測定することが困難となってしまう。
【０００３】
このようなフィゾー型干渉計における問題点を解決する技術として、本願出願人は、下記特許文献１に記載されているようなパスマッチ経路型干渉計装置を既に開示している。このパスマッチ経路型干渉計装置によれば、測定光の可干渉距離を所定長未満に設定するとともに、測定光の一部を迂回させるパスマッチ経路部を設けて、迂回しないで直進した測定光の被検面からの反射光と、迂回した測定光の基準面からの反射光による場合以外は光干渉が生じないようにしているため、極めて簡易な構成でノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２１６０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、１つの干渉計装置により複数種類の被検体が測定解析されることも一般的に行なわれているが、被検体の種類によって被検面の反射率が大きく異なることがある。被検面からの反射光と基準面からの反射光とにより生じる干渉縞においては、それぞれの反射光の光強度が同程度である場合にコントラストが良くなり、干渉縞解析を行ない易くなる。そこで、従来は、基準面の反射率が互いに異なる複数の基準板を用意しておき、被検面の反射率の違いに応じて基準板を交換することによって、干渉縞のコントラスト調整が図られていた。
【０００６】
しかし、重い基準板を交換するのは容易ではなく、基準板を交換するごとに光学系内における基準面の傾き調整が必要となるなど、作業性の面で問題がある。また、高価な基準板を数多く用意することは経済的な負担が著しく増大する。このため、基準板の交換は最小限に留め、被検面ごとの多少の反射率の違いに対しては、撮像系において画像の階調度を変えるなどの画像処理を行なうことにより、干渉縞のコントラスト調整が行なわれるのが一般的である。
【０００７】
しかしながら、撮像された干渉縞画像に基づき高精度な解析処理を行なうためには、このような画像処理に頼るのではなく、光学的にコントラスト調整を行なうことが望ましい。そこで、被検面の反射率の違いに応じてより簡便に、干渉縞のコントラスト調整を光学的に行なうことが可能な干渉計装置が望まれていた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、被検面の反射率の違いに応じて、簡便に干渉縞のコントラストを光学的に調整することが可能な干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置は、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、該２つの光束を合波して出力するパスマッチ経路部を有し、このパスマッチ経路部から出力された光束を前記基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光束が該基準面と離間した前記被検面に照射されるようになし、該基準面で反射された光波面と該被検面で反射された光波面との干渉により生じる干渉縞に基づいて該被検面の波面情報を得るパスマッチ経路型干渉計装置において、
前記パスマッチ経路部に、前記基準面および前記被検面の各反射率に応じて、該パスマッチ経路部から出力される前記２つの光束の各光強度の比率を調整する光強度調整光学系を備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、前記被検体が透明平行板であり、前記光源から出力された前記光束は、可干渉距離が前記透明平行板の厚み（ただし、光学的距離）の２倍よりも小さく設定された低可干渉光束とすることができる。
【００１１】
また、前記光強度調整光学系は、例えば、ＮＤフィルタや偏光板のように、前記２つの経路の少なくとも一方の経路途中に配置され、該光強度調整光学系へ入力される光束の光強度を変えて出力する光学部材で構成することができる。
【００１２】
また、前記光強度調整光学系は、前記２つの光束の各光強度の比率を可変調整するもの（例えば、各光強度の比率を複数段階に可変調整するものや、連続的に可変調整するもの）とすることが好ましい。
【００１３】
その場合、前記光強度調整光学系は複数のＮＤフィルタを備えてなり、該複数のＮＤフィルタを選択的に切り替えて前記経路上に位置せしめることにより、前記各光強度の比率を変えるように構成されたものとすることができる。
【００１４】
さらには、前記複数のＮＤフィルタの選択的な切替えを行なう駆動手段と、該駆動手段を制御する駆動制御手段を備えてなるようにしてもよい。
【００１５】
また、前記光強度調整光学系は、前記２つの経路の一方に挿脱可能に設けられ、該２つの経路の他方には、該光強度調整光学系が挿入された場合と抜脱された場合とで変化する該２つの経路の光路長差を補償する補償光学系が挿脱可能に設けられている構成とすることもできる。
【００１６】
なお、上記「挿脱可能」とは、前記光強度調整光学系または前記補償光学系の全体が挿脱可能になっている場合、あるいはそれらの一部分が挿脱可能なっている場合を含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略図、図２は図１に示す光強度調整光学系の概略図、図３は図１に示す補償光学系の概略図である。図１に示す干渉計装置は、光源１から出力されコリメータレンズ２によって平行光とされた光束の光路上に、パスマッチ経路部２０を備えてなるパスマッチ経路型干渉計装置である。
【００１９】
上記パスマッチ経路部２０は、コリメータレンズ２から発散レンズ３に向けて直線的に延びる第１の経路上に配置された２つのハーフプリズム２１，２２と、第１の経路から分岐して２つのハーフプリズム２１，２２の間を迂回する第２の経路上に配置された２つの全反射ミラー２３，２４とを備えてなる。
【００２０】
このパスマッチ経路部２０においては、コリメータレンズ２からの光束が、ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａにおいて、該ハーフミラー面２１ａを透過する光束と該ハーフミラー面２１ａで直角反射される光束とに分岐される。上記ハーフミラー面２１ａを透過した光束は、第１の経路に沿って上記ハーフプリズム２２に入射され、上記ハーフミラー面２１ａで直角反射された光束は、第２の経路に沿って上記全反射ミラー２３，２４により順次直角反射された後上記ハーフプリズム２２に入射される。そして、上記ハーフプリズム２２において、第１の経路を通過した光束の一部と第２の経路を通過した光束の一部とが合波されて出力される。
【００２１】
ハーフプリズム２２から出力された光束は、発散レンズ３およびコリメータレンズ５によりビーム径を拡大された後、透明な基準板６に照射される。基準板６内に入射した光束の一部は基準面６ａで反射されるが、その余の光束は基準面６ａを透過して、載置面８上に載置された被検体７に照射されるようになっている。
【００２２】
基準板６の基準面６ａから反射された光束（光波面）と被検体７の被検面７ａから反射された光束（光波面）は互いに干渉し合い、ハーフプリズム４のハーフミラー面４ａで直角反射され、イメージングレンズ９を介して、撮像カメラ１０内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、コンピュータ１１において被検面７ａの表面形状等の測定解析が行なわれるとともに、ＣＲＴ等の画像表示部１２上に干渉縞画像が表示されるようになっている。
【００２３】
なお、上述したパスマッチ経路部２０は、第１の経路（光路長Ｌ１）と第２の経路（光路長Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）との光路長差が、基準板６の基準面６ａと被検体７の被検面７ａとの光学的距離Ｌの２倍に略等しいように設定されている。これにより、第１の経路を経て被検面７ａで反射され基準面６ａを透過する光束の光路長と、第２の経路を経て基準面６ａで反射される光束の光路長とは互いに等しくなる。
【００２４】
このような構成により、被検体７がガラス薄板やプラスチック板、石英板等の透明平行板であっても、被検面７ａの形状等を高精度で測定することが可能となる。すなわち、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）、ハロゲンランプあるいは高圧水銀ランプ等（例えば可干渉距離が１μｍ）の低可干渉光源を光源１として用い、そこから出力される光束の可干渉距離を透明平行板の厚みｔ１の２倍より小さく設定することによって、基準板６の基準面６ａと被検体７の非被検面７ｂ（被検体の裏面）および被検面７ａと非被検面７ｂからの光干渉が生じないようにすることが可能となっている。なお、このようなパスマッチ経路部の作用等については、前掲した特許文献１において詳しく開示されており、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
第１実施形態の特徴は、パスマッチ経路部２０内において、第１の経路上に配置された光強度調整光学系３０と第２の経路上に配置された補償光学系４０とを備えている点にある。
【００２６】
光強度調整光学系３０は、図２に示すように、回転軸３１回りに回転可能に支持されたターレット板３２を備えてなり、このターレット板３２には、回転軸３１を中心に略同心円上に配置された４つの円形開口部３３が形成されている。これら４つの円形開口部３３のうち３つには、光透過率が互いに異なるＮＤフィルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）３４ａ〜３４ｃがそれぞれ保持されており、残りの１つは素通しの状態（開放状態）とされている。
【００２７】
この光強度調整光学系３０は、４つの円形開口部３３のうちの１つを、選択的に切り替えてパスマッチ経路部２０の第１の経路上に位置せしめるように構成されており、これにより第１の経路を通過する光束の光強度を変化させて、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整するようになっている。なお、３つのＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃは、各々の屈折率および厚みが互いに略同一となるように設定されている。
【００２８】
一方、補償光学系４０は、図３に示すように、回転軸４１回りに回転可能に支持されたターレット板４２を備えてなり、このターレット板４２には、回転軸４１を中心に略同心円上に配置された２つの円形開口部４３が形成されている。２つの円形開口部４３の一方には、屈折率および厚みが上記ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃと略同一に設定された補償板４４が保持されており、他方は素通しの状態とされている。
【００２９】
この補償光学系４０は、上記ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃのいずれかが第１の経路上に挿入された場合には補償板４４を第２の経路上に挿入し、ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃが第１の経路上から抜脱され、素通しの円形開口部３３が第１の経路上に挿入された場合には、補償板４４を第２の経路上から抜脱して素通しの円形開口部４３を第２の経路上に挿入するように構成されており、これにより、ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃが挿入された場合と抜脱された場合とで変化する２つの経路の光路長差を補償するようになっている。
【００３０】
なお、ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃおよび補償板４４は、それらの各面（表裏面）における反射光の悪影響を排除するため、第１，第２の経路上に配置された状態においては光軸に対して各面が斜交するように構成する、あるいは各面に反射防止膜を形成しておくなどの処理を施しておくことが好ましい。
【００３１】
図１に示すように、上記光強度調整光学系３０および上記補償光学系４０は、駆動手段としてのモータ１４，１５によって、それぞれ駆動されるように構成されている。これらのモータ１４，１５は、モータドライバ１６，１７をそれぞれ介して、駆動制御手段としてのコンピュータ１１に接続されており、このコンピュータ１１からの制御信号によって駆動制御される。コンピュータ１１には、キーボードや切替スイッチ等の入力手段１３が接続されている。この入力手段１３は、例えば、干渉計装置のオペレータが上記被検面７ａの反射率の数値データを直接入力したり、被検面７ａの反射率の数値範囲に応じてどれを選択すれば良いかが予め指定された複数の切替ボタンを押圧したりするなどの切替動作により操作される。
【００３２】
上記光強度調整光学系３０および上記補償光学系４０は、コンピュータ１１を介してモータ１４，１５によりそれぞれ駆動される。上述したように光強度調整光学系３０は、その４つの円形開口部３３のうちの１つが、選択的に切り替えられてパスマッチ経路部２０の第１の経路上に挿入配置される。４つの円形開口部３３のうちのどれが第１の経路上に挿入されるのかについては、上記第１の経路を経て上記被検面７ａから反射される光束の光強度Ｐ１と、上記第２の経路を経て上記基準面６ａから反射される光束の光強度Ｐ２とが互いに略等しくなるという条件の下に、予め決められている。また、光強度調整光学系３０における３つのＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃの各透過率は、パスマッチ経路部２０に配置された各光学部品の透過率や反射率、上記基準面６ａの透過率および反射率、上記被検面７ａの反射率等を勘案して設定される。
【００３３】
例えば、光強度調整光学系３０の素通しの円形開口部３３が第１の経路上に挿入配置される（このとき第２の経路上には、補償光学系４０の素通しの円形開口部４３が挿入配置される）場合を考える。このとき、上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるための条件は、上記ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａの透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍ、上記基準面６ａの透過率Ｔｒおよび反射率Ｒｒ、上記被検面７ａの反射率Ｒｓを用いて、下式（１）で表される。なお、上記ハーフプリズム２２のハーフミラー面２２ａの透過率および反射率をそれぞれ０．５、上記全反射ミラー２３，２４の各反射率をそれぞれ１とする。
Ｔｈｍ×Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＝Ｒｈｍ×Ｒｒ……（１）
【００３４】
また、光強度調整光学系３０のＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃのいずれかが第１の経路上に挿入配置される（このとき第２の経路上には、補償光学系４０の補償板４４が挿入配置される）場合を考える。このとき、上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるための条件は、ＮＤフィルタの透過率Ｔｎｄを用いて、下式（２）で表される。なお、簡単化のため上記補償板４４の透過率を１とする。
Ｔｈｍ×Ｔｎｄ×Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＝Ｒｈｍ×Ｒｒ……（２）
【００３５】
そして、例えば、測定される被検体を、その被検面の反射率の違いにより複数種類に分類し、最も頻繁に測定される種類の被検体の被検面の反射率を上式（１）に代入し、ハーフミラー面２１ａの透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍ、基準面６ａの透過率Ｔｒおよび反射率Ｒｒを、上式（１）を満たすように決定する。また、他の種類の被検体の各被検面の反射率をそれぞれ上式（２）に代入し（この第１実施例では３つまで可能）、そのとき上式（２）を満たすような値に、上記ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃの各透過率を決定しておく。そして、これら他の種類の被検体を測定する場合は、その被検面の反射率に応じたＮＤフィルタを第１の経路上に配置する（このとき第２の経路上には、補償板４４が配置される）。これにより、被検面７ａの反射率に応じて、被検面７ａから反射され基準面６ａを透過した光束の光強度と、基準面６ａから反射された光束の光強度とを互いに略等しくなるように調整することができ、干渉縞のコントラストを良好とすることが可能となる。
【００３６】
なお、上式（１），（２）は、厳密に等号が成立しなくてもよい。例えば、各式において、両辺の値に１０％程度の誤差が生じていても、干渉縞のコントラストを十分に良好とすることが可能である。
【００３７】
また、上述した光強度調整光学系３０および補償光学系４０は、複数の開口部を同心円上に備え、各開口部の配置切替を回転移動により行なうターレットタイプのものであるが、このような複数の開口部を直線上に備え、各開口部の配置切替を直線移動により行なう往復動タイプのものとしてもよい。また、開口部の形状や個数は、適宜変更することができる。
【００３８】
あるいは、光強度調整光学系３０を回転グラデーションＮＤまたは回転偏光板を用いて構成し、入力光束の光強度に対する出力光束の光強度の比率を連続的に変化させることができるようにしてもよい。この場合には、被検面の反射率の違いに対してより細やかに対応することが可能となる。
【００３９】
また、上述した例では、被検面７ａの反射率が既知であることを前提としているが、被検面７ａの反射率が未知の場合にも対応できるように、被検面７ａの反射率を測定する機構を干渉計装置に組み込むようにしてもよい。そして、測定された被検面７ａの反射率に応じて、光強度調整光学系３０および補償光学系４０を自動調整するように構成することも可能である。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略図である。なお、図４において、上記第１実施形態と同様の構成要素については、図１において用いたものと同一の符番を付すこととし、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
この第２実施形態の特徴は、パスマッチ経路部２０内において、第２の経路上に配置された光強度調整光学系３０Ａを備えている点にある。この光強度調整光学系３０Ａは、上述した第１実施形態の光強度調整光学系３０と同様に、回転軸３１Ａを中心とした同心円上に複数の円形開口部（図示略）を備え、それら複数の円形開口部内に、互いに透過率が異なるＮＤフィルタ（屈折率は互いに略等しい）をそれぞれ備えている。上述した第１実施形態の光強度調整光学系３０と異なるのは、素通しの円形開口部が無い点である。
【００４２】
すなわち、この第２実施形態では、ＮＤフィルタが第２の経路上に配置された状態において、第１の経路（光路長Ｌ１）と第２の経路（光路長Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）との光路長差が、基準板６の基準面６ａと被検体７の被検面７ａとの光学的距離Ｌの２倍に略等しいように設定されている。したがって、第１実施形態において必要とされた補償光学系４０を備える必要がなく、装置構成を簡易化することが可能となる。
【００４３】
なお、光強度調整光学系３０Ａの各ＮＤフィルタの透過率は、第１実施形態に準じて設定を行なえばよい。また、光強度調整光学系３０Ａを、上述した往復動タイプのものとすることや、回転グラデーションＮＤまたは回転偏光板を用いたものとすることも可能である。
【００４４】
また、光強度調整光学系３０Ａを所定の光透過率を有する１つのＮＤフィルタで構成し、このＮＤフィルタを第２の経路上に挿脱可能に構成したり、光透過率が異なる他のＮＤフィルタに交換できるようにしたりすることも可能である。
【００４５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図５は本発明の第３実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略図である。なお、図５において、上記第１実施形態と同様の構成要素については、図１において用いたものと同一の符番を付すこととし、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
この第３の実施形態の特徴は、基準面６ａおよび被検面７ａの各反射率に応じて、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整する光強度調整光学系３０Ｂを、パスマッチ経路部２０内に配置されたハーフプリズム２１により構成していることにある。すなわち、ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａには、入力された光束の一部を透過し、その余の光束を反射するコート処理が施されており、基準面６ａおよび被検面７ａの各反射率に応じて、そのコート特性（反射／透過特性）を変えることにより、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整し、これにより第１の経路を経て被検面７ａから反射される光束の光強度Ｐ１と、第２の経路を経て基準面６ａから反射される光束の光強度Ｐ２とを互いに略等しくするように構成されている。
【００４７】
上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるために、上記ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａの透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍに求められる条件は、上記基準面６ａの透過率Ｔｒおよび反射率Ｒｒ、上記被検面７ａの反射率Ｒｓを用いて、下式（３）で表される。なお、ハーフプリズム２２のハーフミラー面２２ａの透過率および反射率をそれぞれ０．５、全反射ミラー２３，２４の各反射率をそれぞれ１とする。
Ｔｈｍ×Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＝Ｒｈｍ×Ｒｒ……（３）
【００４８】
ここで、Ｔｈｍ＋Ｒｈｍ＝１とすると、透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍは、それぞれ下式（４），（５）で表される。
Ｔｈｍ＝Ｒｒ／（Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＋Ｒｒ）……（４）
Ｒｈｍ＝（Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ）／（Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＋Ｒｒ）……（５）
【００４９】
したがって、例えば、Ｔｒ＝０．９６，Ｒｒ＝０．０４，Ｒｓ＝０．８の場合、Ｔｈｍは約０．０５１５、Ｒｈｍは約０．９４８５となる。
【００５０】
この第３実施形態では、ハーフミラー面２１ａのコート特性が互いに異なる複数のハーフプリズム２１を予め用意しておき、被検面７ａの反射率に応じて、上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるようにハーフプリズム２１を交換することにより、干渉縞のコントラストを良好とすることが可能となる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置は上記実施形態に限られるものではなく、その他種々の変更が可能である。
【００５２】
例えば、本願出願人が特開平１１−２３２１６号公報において開示している技術を本発明に適用するようにしてもよい。すなわち、上記各実施形態において、Ｐ偏光を透過する第１の偏光板を光源１とハーフプリズム２１との間に配置して光源１からの光束をＰ偏光に変換するとともに、パスマッチ経路部２０の第２経路中にλ／２光学位相板を挿入して、第２の経路を通過する光束をＳ偏光に変換し、ハーフプリズム２２において、Ｐ偏光のまま第１の経路を通過した光束と合成する。また、基準板６と被検体７の間にλ／４光学位相板を配置して被検面７ａまたは非被検面７ｂで反射された光をＳ偏光からＰ偏光に、もしくはＰ偏光からＳ偏光に変換する。そして、撮像カメラ１０とハーフプリズム４との間にＳ偏光を透過する第２の偏光板を配置して、Ｓ偏光のみが撮像カメラ１０に入射されるようにする。
【００５３】
こうすることにより、パスマッチ経路部２０により光路長が互いに等しくなるように調整される２つの光束（第１の経路を通過して被検面７ａで反射される光束と、第２経路を通過して基準面６ａで反射される光束）は、共にＳ偏光となるため撮像カメラ１０に入射されて被検面７ａの情報を担持した干渉縞画像が撮像される。一方、光路長が互いに異なるため干渉縞は形成しないが、バックグラウンド光となって干渉縞画像のコントラスト低下の原因となる他の光束のうち、第１の経路を通過して基準面６ａで反射される光束、および第２の経路を通過して被検面７ａまたは非被検面７ｂで反射される光束は、Ｐ偏光となるため撮像カメラ１０には入射されない。このため、干渉縞画像のコントラストをより向上させることが可能となる。
【００５４】
なお、上記λ／２光学位相板を第１の経路内に配設し、上記第２の偏光板を、Ｐ偏光を透過する偏光板に代えるようにしてもよい。あるいは、上記第１の偏光板としてＳ偏光を透過する偏光板を用い、第２の偏光板については、上記λ／２光学位相板を第１の経路内に配設する場合にはＳ偏光を透過する偏光板とし、上記λ／２光学位相板を第２の経路内に配設する場合にはＰ偏光を透過する偏光板とすることも可能である。
【００５５】
また、上記第１，第２実施形態においては、光強度調整光学系の駆動をコンピュータにより制御するように構成されているが、被検面の反射率に応じてオペレータが光強度調整光学系のＮＤフィルタを手動で切り替えるようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態においては、基準面から反射される光束の光強度と、被検面から反射される光束の光強度とが互いに略等しくなるように調整する場合を例にとって説明しているが、これら２つの光束の各光強度を任意の比率に調整することも可能である。
【００５７】
また、測定対象の被検体が不透明である場合には、レーザダイオード（ＬＤ）等の高可干渉光源を用いることも可能であり、その場合には、パスマッチ経路部における第１の経路と第２の経路との光路長差を、基準面と被検面との光学的距離の２倍に略等しく設定する必要はない。
【００５８】
また、球面状の被検面を測定し得るように、平面状の基準板に替えて被検面に応じた球面を有する基準レンズを用いる構成とすることも可能である。
【００５９】
また、上記各実施形態においては、光強度調整光学系が第１の経路途中に配置されたもの（第１実施形態）、第２の経路途中に配置されたもの（第２実施形態）、第１の経路と第２の経路との分岐点に配置されたもの（第３実施形態）をそれぞれ示しているが、光強度調整光学系を第１の経路途中と第２の経路途中の両方に配置したり、分岐点と併せて３箇所に設置したりするようにしてもよい。
【００６０】
なお、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置によれば、光強度調整光学系を備えたことにより、基準板を交換することなく干渉縞のコントラスト調整を行なうことが可能となるが、基準板を交換して基準面の反射率を変えることを組み合わせるように構成することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置は、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が基準面と被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、合波して出力するパスマッチ経路部に、基準面および被検面の各反射率に応じて、２つの光束の各光強度の比率を調整する光強度調整光学系を備えている。
【００６２】
この光強度調整光学系により、上記２つの光束の各光強度の比率を調整することによって、基準面から反射される光束の光強度と、被検面から反射される光束の光強度との比率を容易に調整することが可能となるので、干渉縞のコントラスト調整を光学的に簡便に行なうことが可能となる。
【００６３】
特に、基準面から反射される光束の光強度と、被検面から反射される光束の光強度とが互いに略等しくなるように調整することにより、干渉縞のコントラストを良好とすることが可能となるので、干渉縞の測定解析を高精度に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略構成図
【図２】図１に示す光強度調整光学系の概略構成図
【図３】図１に示す補償光学系の概略構成図
【図４】本発明の第２実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略構成図
【図５】本発明の第３実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略構成図
【符号の説明】
１・・・光源
２，５・・・コリメータレンズ
３・・・発散レンズ
４・・・ハーフプリズム
４ａ・・・ハーフミラー面
６・・・基準板
６ａ・・・基準面
７・・・被検体（透明平行板）
７ａ・・・被検面
７ｂ・・・非被検面
８・・・載置面
９・・・撮像レンズ
１０・・・撮像カメラ
１１・・・コンピュータ（駆動制御手段）
１２・・・画像表示部
１３・・・入力手段
１４，１５・・・モータ（駆動手段）
１６，１７・・・モータドライバ
２０・・・パスマッチ経路部
２１，２２・・・ハーフプリズム
２１ａ，２２ａ・・・ハーフミラー面
２３，２４・・・全反射ミラー
３０，３０Ａ，３０Ｂ・・・光強度調整光学系
３１，３１Ａ，４１・・・回転軸
３２，４２・・・ターレット板
３３，４３・・・円形開口部
３４ａ〜３４ｃ・・・ＮＤフィルタ
４０・・・補償光学系
４４・・・補償板
Ｚ・・・光軸
ｔ１・・・被検体の厚み
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、合波して出力するパスマッチ経路部を有するパスマッチ経路型干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光源等の可干渉性の良い光源を搭載したフィゾー型干渉計は、基準面と被検面との間に使用光源の可干渉距離に応じた間隔を空けることが可能となり、ワークスペースが十分にとれるため、使い易い干渉計として広く用いられている。しかし、平行平面ガラスのように被検面と略平行な非被検面を有する被検体を測定解析する場合、使用光源の可干渉距離が長いために、基準面と被検面からの光干渉とともに、基準面と非被検面（被検体における被検面とは反対側の面）および被検面と非被検面からの光干渉が各々生じてしまう。通常、基準面と被検面からの光干渉によって生じる干渉縞以外の干渉縞はノイズとなり、被検面の形状を高精度で測定することが困難となってしまう。
【０００３】
このようなフィゾー型干渉計における問題点を解決する技術として、本願出願人は、下記特許文献１に記載されているようなパスマッチ経路型干渉計装置を既に開示している。このパスマッチ経路型干渉計装置によれば、測定光の可干渉距離を所定長未満に設定するとともに、測定光の一部を迂回させるパスマッチ経路部を設けて、迂回しないで直進した測定光の被検面からの反射光と、迂回した測定光の基準面からの反射光による場合以外は光干渉が生じないようにしているため、極めて簡易な構成でノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２１６０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、１つの干渉計装置により複数種類の被検体が測定解析されることも一般的に行なわれているが、被検体の種類によって被検面の反射率が大きく異なることがある。被検面からの反射光と基準面からの反射光とにより生じる干渉縞においては、それぞれの反射光の光強度が同程度である場合にコントラストが良くなり、干渉縞解析を行ない易くなる。そこで、従来は、基準面の反射率が互いに異なる複数の基準板を用意しておき、被検面の反射率の違いに応じて基準板を交換することによって、干渉縞のコントラスト調整が図られていた。
【０００６】
しかし、重い基準板を交換するのは容易ではなく、基準板を交換するごとに光学系内における基準面の傾き調整が必要となるなど、作業性の面で問題がある。また、高価な基準板を数多く用意することは経済的な負担が著しく増大する。このため、基準板の交換は最小限に留め、被検面ごとの多少の反射率の違いに対しては、撮像系において画像の階調度を変えるなどの画像処理を行なうことにより、干渉縞のコントラスト調整が行なわれるのが一般的である。
【０００７】
しかしながら、撮像された干渉縞画像に基づき高精度な解析処理を行なうためには、このような画像処理に頼るのではなく、光学的にコントラスト調整を行なうことが望ましい。そこで、被検面の反射率の違いに応じてより簡便に、干渉縞のコントラスト調整を光学的に行なうことが可能な干渉計装置が望まれていた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、被検面の反射率の違いに応じて、簡便に干渉縞のコントラストを光学的に調整することが可能な干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置は、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、該２つの光束を合波して出力するパスマッチ経路部を有し、このパスマッチ経路部から出力された光束を前記基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光束が該基準面と離間した前記被検面に照射されるようになし、該基準面で反射された光波面と該被検面で反射された光波面との干渉により生じる干渉縞に基づいて該被検面の波面情報を得るパスマッチ経路型干渉計装置において、
前記パスマッチ経路部に、前記基準面および前記被検面の各反射率に応じて、該パスマッチ経路部から出力される前記２つの光束の各光強度の比率を調整する光強度調整光学系を備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、前記被検体が透明平行板であり、前記光源から出力された前記光束は、可干渉距離が前記透明平行板の厚み（ただし、光学的距離）の２倍よりも小さく設定された低可干渉光束とすることができる。
【００１１】
また、前記光強度調整光学系は、例えば、ＮＤフィルタや偏光板のように、前記２つの経路の少なくとも一方の経路途中に配置され、該光強度調整光学系へ入力される光束の光強度を変えて出力する光学部材で構成することができる。
【００１２】
また、前記光強度調整光学系は、前記２つの光束の各光強度の比率を可変調整するもの（例えば、各光強度の比率を複数段階に可変調整するものや、連続的に可変調整するもの）とすることが好ましい。
【００１３】
その場合、前記光強度調整光学系は複数のＮＤフィルタを備えてなり、該複数のＮＤフィルタを選択的に切り替えて前記経路上に位置せしめることにより、前記各光強度の比率を変えるように構成されたものとすることができる。
【００１４】
さらには、前記複数のＮＤフィルタの選択的な切替えを行なう駆動手段と、該駆動手段を制御する駆動制御手段を備えてなるようにしてもよい。
【００１５】
また、前記光強度調整光学系は、前記２つの経路の一方に挿脱可能に設けられ、該２つの経路の他方には、該光強度調整光学系が挿入された場合と抜脱された場合とで変化する該２つの経路の光路長差を補償する補償光学系が挿脱可能に設けられている構成とすることもできる。
【００１６】
なお、上記「挿脱可能」とは、前記光強度調整光学系または前記補償光学系の全体が挿脱可能になっている場合、あるいはそれらの一部分が挿脱可能なっている場合を含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略図、図２は図１に示す光強度調整光学系の概略図、図３は図１に示す補償光学系の概略図である。図１に示す干渉計装置は、光源１から出力されコリメータレンズ２によって平行光とされた光束の光路上に、パスマッチ経路部２０を備えてなるパスマッチ経路型干渉計装置である。
【００１９】
上記パスマッチ経路部２０は、コリメータレンズ２から発散レンズ３に向けて直線的に延びる第１の経路上に配置された２つのハーフプリズム２１，２２と、第１の経路から分岐して２つのハーフプリズム２１，２２の間を迂回する第２の経路上に配置された２つの全反射ミラー２３，２４とを備えてなる。
【００２０】
このパスマッチ経路部２０においては、コリメータレンズ２からの光束が、ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａにおいて、該ハーフミラー面２１ａを透過する光束と該ハーフミラー面２１ａで直角反射される光束とに分岐される。上記ハーフミラー面２１ａを透過した光束は、第１の経路に沿って上記ハーフプリズム２２に入射され、上記ハーフミラー面２１ａで直角反射された光束は、第２の経路に沿って上記全反射ミラー２３，２４により順次直角反射された後上記ハーフプリズム２２に入射される。そして、上記ハーフプリズム２２において、第１の経路を通過した光束の一部と第２の経路を通過した光束の一部とが合波されて出力される。
【００２１】
ハーフプリズム２２から出力された光束は、発散レンズ３およびコリメータレンズ５によりビーム径を拡大された後、透明な基準板６に照射される。基準板６内に入射した光束の一部は基準面６ａで反射されるが、その余の光束は基準面６ａを透過して、載置面８上に載置された被検体７に照射されるようになっている。
【００２２】
基準板６の基準面６ａから反射された光束（光波面）と被検体７の被検面７ａから反射された光束（光波面）は互いに干渉し合い、ハーフプリズム４のハーフミラー面４ａで直角反射され、イメージングレンズ９を介して、撮像カメラ１０内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、コンピュータ１１において被検面７ａの表面形状等の測定解析が行なわれるとともに、ＣＲＴ等の画像表示部１２上に干渉縞画像が表示されるようになっている。
【００２３】
なお、上述したパスマッチ経路部２０は、第１の経路（光路長Ｌ１）と第２の経路（光路長Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）との光路長差が、基準板６の基準面６ａと被検体７の被検面７ａとの光学的距離Ｌの２倍に略等しいように設定されている。これにより、第１の経路を経て被検面７ａで反射され基準面６ａを透過する光束の光路長と、第２の経路を経て基準面６ａで反射される光束の光路長とは互いに等しくなる。
【００２４】
このような構成により、被検体７がガラス薄板やプラスチック板、石英板等の透明平行板であっても、被検面７ａの形状等を高精度で測定することが可能となる。すなわち、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）、ハロゲンランプあるいは高圧水銀ランプ等（例えば可干渉距離が１μｍ）の低可干渉光源を光源１として用い、そこから出力される光束の可干渉距離を透明平行板の厚みｔ１の２倍より小さく設定することによって、基準板６の基準面６ａと被検体７の非被検面７ｂ（被検体の裏面）および被検面７ａと非被検面７ｂからの光干渉が生じないようにすることが可能となっている。なお、このようなパスマッチ経路部の作用等については、前掲した特許文献１において詳しく開示されており、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
第１実施形態の特徴は、パスマッチ経路部２０内において、第１の経路上に配置された光強度調整光学系３０と第２の経路上に配置された補償光学系４０とを備えている点にある。
【００２６】
光強度調整光学系３０は、図２に示すように、回転軸３１回りに回転可能に支持されたターレット板３２を備えてなり、このターレット板３２には、回転軸３１を中心に略同心円上に配置された４つの円形開口部３３が形成されている。これら４つの円形開口部３３のうち３つには、光透過率が互いに異なるＮＤフィルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）３４ａ〜３４ｃがそれぞれ保持されており、残りの１つは素通しの状態（開放状態）とされている。
【００２７】
この光強度調整光学系３０は、４つの円形開口部３３のうちの１つを、選択的に切り替えてパスマッチ経路部２０の第１の経路上に位置せしめるように構成されており、これにより第１の経路を通過する光束の光強度を変化させて、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整するようになっている。なお、３つのＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃは、各々の屈折率および厚みが互いに略同一となるように設定されている。
【００２８】
一方、補償光学系４０は、図３に示すように、回転軸４１回りに回転可能に支持されたターレット板４２を備えてなり、このターレット板４２には、回転軸４１を中心に略同心円上に配置された２つの円形開口部４３が形成されている。２つの円形開口部４３の一方には、屈折率および厚みが上記ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃと略同一に設定された補償板４４が保持されており、他方は素通しの状態とされている。
【００２９】
この補償光学系４０は、上記ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃのいずれかが第１の経路上に挿入された場合には補償板４４を第２の経路上に挿入し、ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃが第１の経路上から抜脱され、素通しの円形開口部３３が第１の経路上に挿入された場合には、補償板４４を第２の経路上から抜脱して素通しの円形開口部４３を第２の経路上に挿入するように構成されており、これにより、ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃが挿入された場合と抜脱された場合とで変化する２つの経路の光路長差を補償するようになっている。
【００３０】
なお、ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃおよび補償板４４は、それらの各面（表裏面）における反射光の悪影響を排除するため、第１，第２の経路上に配置された状態においては光軸に対して各面が斜交するように構成する、あるいは各面に反射防止膜を形成しておくなどの処理を施しておくことが好ましい。
【００３１】
図１に示すように、上記光強度調整光学系３０および上記補償光学系４０は、駆動手段としてのモータ１４，１５によって、それぞれ駆動されるように構成されている。これらのモータ１４，１５は、モータドライバ１６，１７をそれぞれ介して、駆動制御手段としてのコンピュータ１１に接続されており、このコンピュータ１１からの制御信号によって駆動制御される。コンピュータ１１には、キーボードや切替スイッチ等の入力手段１３が接続されている。この入力手段１３は、例えば、干渉計装置のオペレータが上記被検面７ａの反射率の数値データを直接入力したり、被検面７ａの反射率の数値範囲に応じてどれを選択すれば良いかが予め指定された複数の切替ボタンを押圧したりするなどの切替動作により操作される。
【００３２】
上記光強度調整光学系３０および上記補償光学系４０は、コンピュータ１１を介してモータ１４，１５によりそれぞれ駆動される。上述したように光強度調整光学系３０は、その４つの円形開口部３３のうちの１つが、選択的に切り替えられてパスマッチ経路部２０の第１の経路上に挿入配置される。４つの円形開口部３３のうちのどれが第１の経路上に挿入されるのかについては、上記第１の経路を経て上記被検面７ａから反射される光束の光強度Ｐ１と、上記第２の経路を経て上記基準面６ａから反射される光束の光強度Ｐ２とが互いに略等しくなるという条件の下に、予め決められている。また、光強度調整光学系３０における３つのＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃの各透過率は、パスマッチ経路部２０に配置された各光学部品の透過率や反射率、上記基準面６ａの透過率および反射率、上記被検面７ａの反射率等を勘案して設定される。
【００３３】
例えば、光強度調整光学系３０の素通しの円形開口部３３が第１の経路上に挿入配置される（このとき第２の経路上には、補償光学系４０の素通しの円形開口部４３が挿入配置される）場合を考える。このとき、上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるための条件は、上記ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａの透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍ、上記基準面６ａの透過率Ｔｒおよび反射率Ｒｒ、上記被検面７ａの反射率Ｒｓを用いて、下式（１）で表される。なお、上記ハーフプリズム２２のハーフミラー面２２ａの透過率および反射率をそれぞれ０．５、上記全反射ミラー２３，２４の各反射率をそれぞれ１とする。
Ｔｈｍ×Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＝Ｒｈｍ×Ｒｒ……（１）
【００３４】
また、光強度調整光学系３０のＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃのいずれかが第１の経路上に挿入配置される（このとき第２の経路上には、補償光学系４０の補償板４４が挿入配置される）場合を考える。このとき、上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるための条件は、ＮＤフィルタの透過率Ｔｎｄを用いて、下式（２）で表される。なお、簡単化のため上記補償板４４の透過率を１とする。
Ｔｈｍ×Ｔｎｄ×Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＝Ｒｈｍ×Ｒｒ……（２）
【００３５】
そして、例えば、測定される被検体を、その被検面の反射率の違いにより複数種類に分類し、最も頻繁に測定される種類の被検体の被検面の反射率を上式（１）に代入し、ハーフミラー面２１ａの透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍ、基準面６ａの透過率Ｔｒおよび反射率Ｒｒを、上式（１）を満たすように決定する。また、他の種類の被検体の各被検面の反射率をそれぞれ上式（２）に代入し（この第１実施例では３つまで可能）、そのとき上式（２）を満たすような値に、上記ＮＤフィルタ３４ａ〜３４ｃの各透過率を決定しておく。そして、これら他の種類の被検体を測定する場合は、その被検面の反射率に応じたＮＤフィルタを第１の経路上に配置する（このとき第２の経路上には、補償板４４が配置される）。これにより、被検面７ａの反射率に応じて、被検面７ａから反射され基準面６ａを透過した光束の光強度と、基準面６ａから反射された光束の光強度とを互いに略等しくなるように調整することができ、干渉縞のコントラストを良好とすることが可能となる。
【００３６】
なお、上式（１），（２）は、厳密に等号が成立しなくてもよい。例えば、各式において、両辺の値に１０％程度の誤差が生じていても、干渉縞のコントラストを十分に良好とすることが可能である。
【００３７】
また、上述した光強度調整光学系３０および補償光学系４０は、複数の開口部を同心円上に備え、各開口部の配置切替を回転移動により行なうターレットタイプのものであるが、このような複数の開口部を直線上に備え、各開口部の配置切替を直線移動により行なう往復動タイプのものとしてもよい。また、開口部の形状や個数は、適宜変更することができる。
【００３８】
あるいは、光強度調整光学系３０を回転グラデーションＮＤまたは回転偏光板を用いて構成し、入力光束の光強度に対する出力光束の光強度の比率を連続的に変化させることができるようにしてもよい。この場合には、被検面の反射率の違いに対してより細やかに対応することが可能となる。
【００３９】
また、上述した例では、被検面７ａの反射率が既知であることを前提としているが、被検面７ａの反射率が未知の場合にも対応できるように、被検面７ａの反射率を測定する機構を干渉計装置に組み込むようにしてもよい。そして、測定された被検面７ａの反射率に応じて、光強度調整光学系３０および補償光学系４０を自動調整するように構成することも可能である。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略図である。なお、図４において、上記第１実施形態と同様の構成要素については、図１において用いたものと同一の符番を付すこととし、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
この第２実施形態の特徴は、パスマッチ経路部２０内において、第２の経路上に配置された光強度調整光学系３０Ａを備えている点にある。この光強度調整光学系３０Ａは、上述した第１実施形態の光強度調整光学系３０と同様に、回転軸３１Ａを中心とした同心円上に複数の円形開口部（図示略）を備え、それら複数の円形開口部内に、互いに透過率が異なるＮＤフィルタ（屈折率は互いに略等しい）をそれぞれ備えている。上述した第１実施形態の光強度調整光学系３０と異なるのは、素通しの円形開口部が無い点である。
【００４２】
すなわち、この第２実施形態では、ＮＤフィルタが第２の経路上に配置された状態において、第１の経路（光路長Ｌ１）と第２の経路（光路長Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）との光路長差が、基準板６の基準面６ａと被検体７の被検面７ａとの光学的距離Ｌの２倍に略等しいように設定されている。したがって、第１実施形態において必要とされた補償光学系４０を備える必要がなく、装置構成を簡易化することが可能となる。
【００４３】
なお、光強度調整光学系３０Ａの各ＮＤフィルタの透過率は、第１実施形態に準じて設定を行なえばよい。また、光強度調整光学系３０Ａを、上述した往復動タイプのものとすることや、回転グラデーションＮＤまたは回転偏光板を用いたものとすることも可能である。
【００４４】
また、光強度調整光学系３０Ａを所定の光透過率を有する１つのＮＤフィルタで構成し、このＮＤフィルタを第２の経路上に挿脱可能に構成したり、光透過率が異なる他のＮＤフィルタに交換できるようにしたりすることも可能である。
【００４５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図５は本発明の第３実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略図である。なお、図５において、上記第１実施形態と同様の構成要素については、図１において用いたものと同一の符番を付すこととし、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
この第３の実施形態の特徴は、基準面６ａおよび被検面７ａの各反射率に応じて、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整する光強度調整光学系３０Ｂを、パスマッチ経路部２０内に配置されたハーフプリズム２１により構成していることにある。すなわち、ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａには、入力された光束の一部を透過し、その余の光束を反射するコート処理が施されており、基準面６ａおよび被検面７ａの各反射率に応じて、そのコート特性（反射／透過特性）を変えることにより、第１の経路および第２の経路をそれぞれ通過する２つの光束の各光強度の比率を調整し、これにより第１の経路を経て被検面７ａから反射される光束の光強度Ｐ１と、第２の経路を経て基準面６ａから反射される光束の光強度Ｐ２とを互いに略等しくするように構成されている。
【００４７】
上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるために、上記ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａの透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍに求められる条件は、上記基準面６ａの透過率Ｔｒおよび反射率Ｒｒ、上記被検面７ａの反射率Ｒｓを用いて、下式（３）で表される。なお、ハーフプリズム２２のハーフミラー面２２ａの透過率および反射率をそれぞれ０．５、全反射ミラー２３，２４の各反射率をそれぞれ１とする。
Ｔｈｍ×Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＝Ｒｈｍ×Ｒｒ……（３）
【００４８】
ここで、Ｔｈｍ＋Ｒｈｍ＝１とすると、透過率Ｔｈｍおよび反射率Ｒｈｍは、それぞれ下式（４），（５）で表される。
Ｔｈｍ＝Ｒｒ／（Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＋Ｒｒ）……（４）
Ｒｈｍ＝（Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ）／（Ｔｒ×Ｒｓ×Ｔｒ＋Ｒｒ）……（５）
【００４９】
したがって、例えば、Ｔｒ＝０．９６，Ｒｒ＝０．０４，Ｒｓ＝０．８の場合、Ｔｈｍは約０．０５１５、Ｒｈｍは約０．９４８５となる。
【００５０】
この第３実施形態では、ハーフミラー面２１ａのコート特性が互いに異なる複数のハーフプリズム２１を予め用意しておき、被検面７ａの反射率に応じて、上記２つの光強度Ｐ１，Ｐ２が互いに略等しくなるようにハーフプリズム２１を交換することにより、干渉縞のコントラストを良好とすることが可能となる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置は上記実施形態に限られるものではなく、その他種々の変更が可能である。
【００５２】
例えば、本願出願人が特開平１１−２３２１６号公報において開示している技術を本発明に適用するようにしてもよい。すなわち、上記各実施形態において、Ｐ偏光を透過する第１の偏光板を光源１とハーフプリズム２１との間に配置して光源１からの光束をＰ偏光に変換するとともに、パスマッチ経路部２０の第２経路中にλ／２光学位相板を挿入して、第２の経路を通過する光束をＳ偏光に変換し、ハーフプリズム２２において、Ｐ偏光のまま第１の経路を通過した光束と合成する。また、基準板６と被検体７の間にλ／４光学位相板を配置して被検面７ａまたは非被検面７ｂで反射された光をＳ偏光からＰ偏光に、もしくはＰ偏光からＳ偏光に変換する。そして、撮像カメラ１０とハーフプリズム４との間にＳ偏光を透過する第２の偏光板を配置して、Ｓ偏光のみが撮像カメラ１０に入射されるようにする。
【００５３】
こうすることにより、パスマッチ経路部２０により光路長が互いに等しくなるように調整される２つの光束（第１の経路を通過して被検面７ａで反射される光束と、第２経路を通過して基準面６ａで反射される光束）は、共にＳ偏光となるため撮像カメラ１０に入射されて被検面７ａの情報を担持した干渉縞画像が撮像される。一方、光路長が互いに異なるため干渉縞は形成しないが、バックグラウンド光となって干渉縞画像のコントラスト低下の原因となる他の光束のうち、第１の経路を通過して基準面６ａで反射される光束、および第２の経路を通過して被検面７ａまたは非被検面７ｂで反射される光束は、Ｐ偏光となるため撮像カメラ１０には入射されない。このため、干渉縞画像のコントラストをより向上させることが可能となる。
【００５４】
なお、上記λ／２光学位相板を第１の経路内に配設し、上記第２の偏光板を、Ｐ偏光を透過する偏光板に代えるようにしてもよい。あるいは、上記第１の偏光板としてＳ偏光を透過する偏光板を用い、第２の偏光板については、上記λ／２光学位相板を第１の経路内に配設する場合にはＳ偏光を透過する偏光板とし、上記λ／２光学位相板を第２の経路内に配設する場合にはＰ偏光を透過する偏光板とすることも可能である。
【００５５】
また、上記第１，第２実施形態においては、光強度調整光学系の駆動をコンピュータにより制御するように構成されているが、被検面の反射率に応じてオペレータが光強度調整光学系のＮＤフィルタを手動で切り替えるようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態においては、基準面から反射される光束の光強度と、被検面から反射される光束の光強度とが互いに略等しくなるように調整する場合を例にとって説明しているが、これら２つの光束の各光強度を任意の比率に調整することも可能である。
【００５７】
また、測定対象の被検体が不透明である場合には、レーザダイオード（ＬＤ）等の高可干渉光源を用いることも可能であり、その場合には、パスマッチ経路部における第１の経路と第２の経路との光路長差を、基準面と被検面との光学的距離の２倍に略等しく設定する必要はない。
【００５８】
また、球面状の被検面を測定し得るように、平面状の基準板に替えて被検面に応じた球面を有する基準レンズを用いる構成とすることも可能である。
【００５９】
また、上記各実施形態においては、光強度調整光学系が第１の経路途中に配置されたもの（第１実施形態）、第２の経路途中に配置されたもの（第２実施形態）、第１の経路と第２の経路との分岐点に配置されたもの（第３実施形態）をそれぞれ示しているが、光強度調整光学系を第１の経路途中と第２の経路途中の両方に配置したり、分岐点と併せて３箇所に設置したりするようにしてもよい。
【００６０】
なお、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置によれば、光強度調整光学系を備えたことにより、基準板を交換することなく干渉縞のコントラスト調整を行なうことが可能となるが、基準板を交換して基準面の反射率を変えることを組み合わせるように構成することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパスマッチ経路型干渉計装置は、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が基準面と被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、合波して出力するパスマッチ経路部に、基準面および被検面の各反射率に応じて、２つの光束の各光強度の比率を調整する光強度調整光学系を備えている。
【００６２】
この光強度調整光学系により、上記２つの光束の各光強度の比率を調整することによって、基準面から反射される光束の光強度と、被検面から反射される光束の光強度との比率を容易に調整することが可能となるので、干渉縞のコントラスト調整を光学的に簡便に行なうことが可能となる。
【００６３】
特に、基準面から反射される光束の光強度と、被検面から反射される光束の光強度とが互いに略等しくなるように調整することにより、干渉縞のコントラストを良好とすることが可能となるので、干渉縞の測定解析を高精度に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略構成図
【図２】図１に示す光強度調整光学系の概略構成図
【図３】図１に示す補償光学系の概略構成図
【図４】本発明の第２実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略構成図
【図５】本発明の第３実施形態に係るパスマッチ経路型干渉計装置の概略構成図
【符号の説明】
１・・・光源
２，５・・・コリメータレンズ
３・・・発散レンズ
４・・・ハーフプリズム
４ａ・・・ハーフミラー面
６・・・基準板
６ａ・・・基準面
７・・・被検体（透明平行板）
７ａ・・・被検面
７ｂ・・・非被検面
８・・・載置面
９・・・撮像レンズ
１０・・・撮像カメラ
１１・・・コンピュータ（駆動制御手段）
１２・・・画像表示部
１３・・・入力手段
１４，１５・・・モータ（駆動手段）
１６，１７・・・モータドライバ
２０・・・パスマッチ経路部
２１，２２・・・ハーフプリズム
２１ａ，２２ａ・・・ハーフミラー面
２３，２４・・・全反射ミラー
３０，３０Ａ，３０Ｂ・・・光強度調整光学系
３１，３１Ａ，４１・・・回転軸
３２，４２・・・ターレット板
３３，４３・・・円形開口部
３４ａ〜３４ｃ・・・ＮＤフィルタ
４０・・・補償光学系
４４・・・補償板
Ｚ・・・光軸
ｔ１・・・被検体の厚み
Claims (7)
- 光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、該２つの光束を合波して出力するパスマッチ経路部を有し、このパスマッチ経路部から出力された光束を前記基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光束が該基準面と離間した前記被検面に照射されるようになし、該基準面で反射された光波面と該被検面で反射された光波面との干渉により生じる干渉縞に基づいて該被検面の波面情報を得るパスマッチ経路型干渉計装置において、
前記パスマッチ経路部に、前記基準面および前記被検面の各反射率に応じて、該パスマッチ経路部から出力される前記２つの光束の各光強度の比率を調整する光強度調整光学系を備えてなることを特徴とするパスマッチ経路型干渉計装置。 - 前記被検体が透明平行板であり、前記光源から出力された前記光束は、可干渉距離が前記透明平行板の厚み（ただし、光学的距離）の２倍よりも小さく設定された低可干渉光束であることを特徴とする請求項１記載のパスマッチ経路型干渉計装置。
- 前記光強度調整光学系は、前記２つの経路の少なくとも一方の経路途中に配置され、該光強度調整光学系へ入力される光束の光強度を変えて出力するものであることを特徴とする請求項１または２記載のパスマッチ経路型干渉計装置。
- 前記光強度調整光学系は、前記２つの光束の各光強度の比率を可変調整するものであることを特徴とする請求項１または２記載のパスマッチ経路型干渉計装置。
- 前記光強度調整光学系は複数のＮＤフィルタを備えてなり、該複数のＮＤフィルタを選択的に切り替えて前記経路上に位置せしめることにより、前記各光強度の比率を変えるように構成されていることを特徴とする請求項４記載のパスマッチ経路型干渉計装置。
- 前記複数のＮＤフィルタの選択的な切替えを行なう駆動手段と、該駆動手段を制御する駆動制御手段とを備えてなることを特徴とする請求項５記載のパスマッチ経路型干渉計装置。
- 前記光強度調整光学系は、前記２つの経路の一方に挿脱可能に設けられ、該２つの経路の他方には、該光強度調整光学系が挿入された場合と抜脱された場合とで変化する該２つの経路の光路長差を補償する補償光学系が挿脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜６までのいずれか１項記載のパスマッチ経路型干渉計装置。
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