JP2005062012A - 耐振動型干渉計装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】低可干渉光源から射出された光束を２光束に分岐し、該２光束を基準面および被検面をそれぞれ反射経由させた後に１光束に再合波して照射光束とすることにより、基準面と被検面の相対的位置関係が変化しても干渉縞の測定中の変化を光学的に抑制することができるようにする。
【構成】低可干渉光源１から射出された光束を２光束に分岐するハーフミラー４と、基準板１６と一体的に保持された副基準板６と、被検体１７と一体的に保持された副被検体８とを設ける。ハーフミラー４で分岐された第１の光束は、ミラー５で反射されて副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで反射されて同一光路を戻りハーフミラー４を透過する。第２の光束は、副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射されて同一光路を戻り、ハーフミラー４において第１の光束と合波されて照射光束とされる。
【選択図】 図１
【構成】低可干渉光源１から射出された光束を２光束に分岐するハーフミラー４と、基準板１６と一体的に保持された副基準板６と、被検体１７と一体的に保持された副被検体８とを設ける。ハーフミラー４で分岐された第１の光束は、ミラー５で反射されて副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで反射されて同一光路を戻りハーフミラー４を透過する。第２の光束は、副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射されて同一光路を戻り、ハーフミラー４において第１の光束と合波されて照射光束とされる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパー・ルミネッセント・ダイオード（ＳＬＤ）、ハロゲンランプ等の可干渉距離の短い光源を使用して各種被検体の表面形状等を干渉計測するために、光源から射出された光束を２光束に分岐し、この２光束の一方を他方に対して所定の光学光路長分迂回させた後に再び合波して照明光束とする干渉計に関し、特に干渉計の基準面と被検面の相対移動による干渉測定への影響を低減した耐振動型干渉計に関するものである。
従来、レーザ光源等の可干渉距離の長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、一般的にはレーザ光源は高価でありサイズも大きいことから、干渉計装置の高価格化と大型化が避けられないものとなっている。
しかし、一般的にはレーザ光源は高価でありサイズも大きいことから、干渉計装置の高価格化と大型化が避けられないものとなっている。
また、平行平面ガラスのように被検面と略平行な非被検面（被検体における被検面とは反対側の面）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。このため、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になってしまう。
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、光源から射出された光束を２光束に分岐し、この２光束を光学光路長が互いに異なる２つの光路を別々に経由させた後に再び合波するとともに、光学光路長が短い方の光路を経た光束の被検面からの反射光の光学光路長と、光学光路長が長い方の光路を経た光束の基準面からの反射光の光学光路長との光学光路長差が、光源の可干渉距離以内となるようにして２つの反射光を光干渉させているため、可干渉距離が短い光源を用いても２つの光路の光学光路長の設定の仕方により基準面と被検面の間に十分なワークスペースをとることができ使い勝手を損なうことがなく、干渉計装置の低価格化および小型化が達成できる。
また、光源から射出される光束の可干渉距離を所定長未満に設定することで、光学光路長が短い方の光路を経た光束の被検面からの反射光と、光学光路長が長い方の光路を経た光束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できるため、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。
ところで、干渉計装置を用いた被検面の形状計測は、干渉計装置の持つ基準面に対する保持装置に保持された被検面の比較測定を行なっているのが一般的である。基準面からの反射光波面と被検面からの反射光波面を合波し、２つの波面間の位相差に起因して発生する干渉縞から基準面に対する被検面の形状の測定・解析を行なっている。
換言すると、測定中に比較測定を行なう基準面と被検面との相対的位置関係が固定されていないと、前記した２つの波面間の位相差が変化してしまい、それに従って干渉縞が変化し精密な形状計測が行なえないことになる。特に、光源に極めて可干渉距離の短い光源、例えばハロゲンランプ（可干渉距離が１μｍ）を使用したような場合には、基準面と被検面との間の相対距離がわずかに（ハロゲンランプの場合は０．５μｍ）変わっても可干渉距離の範囲から外れてしまい干渉縞が発生しなくなってしまう。
そこで、従来は、干渉計本体、干渉計本体と基準面の保持手段、被検面の保持装置を各々堅牢に構成し、なおかつ基準面を保持した干渉計装置と被検面の保持装置を堅牢な構成で一体化して、基準面と被検面との測定中の相対位置変化を抑え、その上で、基準面と被検面との相対位置関係を保持している各要素に相対位置関係を変化させる振動による外力が加わらないように、高性能な防振装置に測定系一式を搭載することが一般的である。
しかしながら、例えば、工作機械で金属ミラーを加工する際、加工途中で加工面を干渉測定するようなインプロセス（オンマシン）計測においては防振装置を使用することはできない。
また、実際の干渉測定をするためには基準面と被検面を所定の位置に整列させる各種の移動装置や微調整機構が必要となり、これらを防振装置なしでも安定して測定ができるほど堅牢な構成とすることは難しい。
また、測定周囲の温度変化による測定系の熱変化は避けられない。特に大型な測定系においては、使用材料の熱膨張係数の影響が大きくなってしまう。
また、測定周囲の温度変化による測定系の熱変化は避けられない。特に大型な測定系においては、使用材料の熱膨張係数の影響が大きくなってしまう。
このため、上述したような基準面と被検面の相対位置関係保持対策を行なっても、相対位置関係を完全に維持することは非常に難しいことであった。そこで、基準面からの反射光波面と被検面からの反射光波面との光干渉により生じる干渉縞の測定中の変化を、より簡便な構成で抑制可能な干渉計装置が待望されていた。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、干渉計本体と基準面の保持手段および基準面を保持した干渉計装置と被検面の保持装置等を機械的に堅牢とするのではなく、基準面と被検面の相対的位置関係が変化しても基準面からの反射光波面と被検面からの反射光波面の光干渉により生じる干渉縞の測定中の変化を光学的に抑制することが可能な耐振動型干渉計装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明の耐振動型干渉計装置は、光源から射出された光束を光束分岐手段により２光束に分岐し、該２光束の一方を他方に対して所定の光学光路長分迂回させた後に１光束に再合波して照射光束となし、該照射光束の基準面からの反射光束と、前記基準面を透過して被検面で反射された光束との光干渉により生じる干渉縞を得る光波干渉計装置において、
前記光源は、該光源から射出される前記光束が前記基準面と前記被検面間の光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光源、または前記干渉縞の像を撮像素子で取り込んだ際に前記低可干渉光源が有する可干渉距離と等価の可干渉距離となるように調整された波長変調光源であり、
前記照射光束は、前記２光束のうち第１の光束は前記基準面または該基準面と相対位置関係が変化しないように保持された副基準面を反射経由させ、第２の光束は前記被検面または該被検面と相対位置関係が変化しないように保持され該被検面と同一方向を向く副被検面を反射経由させた後に、前記第１および第２の光束のそれぞれの軸が互いに略一致するように前記１光束に再合波したものであり、
前記所定の光学光路長は、前記基準面と前記被検面との相互間光学距離の２倍に対して、前記光源から射出される前記光束の前記可干渉距離の範囲内で一致するように構成されていることを特徴とするものである。
前記光源は、該光源から射出される前記光束が前記基準面と前記被検面間の光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光源、または前記干渉縞の像を撮像素子で取り込んだ際に前記低可干渉光源が有する可干渉距離と等価の可干渉距離となるように調整された波長変調光源であり、
前記照射光束は、前記２光束のうち第１の光束は前記基準面または該基準面と相対位置関係が変化しないように保持された副基準面を反射経由させ、第２の光束は前記被検面または該被検面と相対位置関係が変化しないように保持され該被検面と同一方向を向く副被検面を反射経由させた後に、前記第１および第２の光束のそれぞれの軸が互いに略一致するように前記１光束に再合波したものであり、
前記所定の光学光路長は、前記基準面と前記被検面との相互間光学距離の２倍に対して、前記光源から射出される前記光束の前記可干渉距離の範囲内で一致するように構成されていることを特徴とするものである。
本発明において、前記光束分岐手段が前記基準面または前記副基準面であり、該基準面または該副基準面での反射光束を前記第１の光束とし、該基準面または該副基準面を透過して前記被検面または前記副被検面で反射され前記基準面または前記副基準面を透過する光束を前記第２の光束とし、これら第１および第２の光束を前記基準面または前記副基準面で前記１光束に再合波して前記照射光束とするように構成することができる。
あるいは、前記光束分岐手段がビームスプリッタであり、該ビームスプリッタで分岐された前記２光束の一方を前記基準面または前記副基準面に照射して反射された光束を前記第１の光束とし、前記２光束の他方を前記被検面または前記副被検面に照射して反射された光束を前記第２の光束とし、これら第１および第２の光束を前記ビームスプリッタで前記１光束に再合波して前記照射光束とするように構成してもよい。
また、前記基準面の前記照射光束の入射側に前記光源から射出された前記光束を反射する反射面を配し、該反射面を経由して前記光束を前記基準面と前記被検面に略垂直に照射し、該基準面で反射された前記第１の光束と該基準面を透過して前記被検面で反射された前記第２の光束を該基準面位置で合波して前記照射光束とするようにしてもよい。
また、前記副基準面は前記基準面と略同一の平面内に配置されている、および／または前記副被検面は前記被検面と略同一の平面内に配置されているものとすることができる。
また、前記副基準面および／または前記副被検面は、該副基準面および／または該副被検面を入射光束の軸に沿った方向に移動可能な光学光路長調整手段と、前記入射光束の軸に対する反射光束の軸の傾斜を調整可能な光軸調整手段とを備えているものとすることができる。
また、前記副基準面または前記副被検面が圧電素子により移動可能なようにすることができる。
また、前記所定の光学光路長が、前記基準面と前記被検面との前記相互間光学距離の２倍と略一致しているようにすることができる。
また、前記２光束のうち少なくとも一方に光量可変手段を備えてもよい。
また、前記光源から射出される前記光束は、所定の振動面を持つ直線偏光、または所定の偏光素子を透過することにより所定の振動面を持つ直線偏光とされたものとすることができる。
本発明において、前記被検面を持つ被検体が透明薄板であり、前記光源から射出される前記光束の前記可干渉距離が前記透明薄板の厚みの光学距離の２倍よりも短く設定されているようにすることができる。
あるいは、前記被検面が基準反射ミラー面であり、前記基準面と該基準反射ミラー面との間に光透過性の被検透過物体を配置して、該被検透過物体中を前記照射光束と該照射光束の前記基準反射ミラー面による反射光束を透過させて、前記被検透過物体の位相分布計測を行なうように構成することができる。
また、前記第２の光束中に集光レンズを配置し、該集光レンズによる前記第２の光束の集光点が前記被検面上に位置するように構成することができる。
上記構成を備えたことにより、本発明の耐振動型干渉計装置によれば、被検面が振動により光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間の光路長差の変動を光学的に抑制することができるので、振動の影響を受けにくく精密な干渉計測を行なうことが可能となり、特にインプロセス計測に有効である。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
〈第１実施形態〉
図１は本発明の第１実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。図１に示す第１実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第１実施形態装置」と称することがある）は、照射光束の基準面１６ａからの反射光束と、基準面１６ａを透過して被検面１７ａで反射された光束との光干渉により生じる干渉縞を得るフィゾー型の光波干渉計装置であり、上記基準面１６ａと上記被検面１７ａとの間の光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する光束を射出する光源１と、この光源１から射出された光束を２光束に分岐する光束分岐手段としてのハーフミラー（ビームスプリッタ）４と、基準板１６と一体的に保持された副基準板６と、被検体１７と一体的に保持された副被検体８とを備えている。
図１は本発明の第１実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。図１に示す第１実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第１実施形態装置」と称することがある）は、照射光束の基準面１６ａからの反射光束と、基準面１６ａを透過して被検面１７ａで反射された光束との光干渉により生じる干渉縞を得るフィゾー型の光波干渉計装置であり、上記基準面１６ａと上記被検面１７ａとの間の光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する光束を射出する光源１と、この光源１から射出された光束を２光束に分岐する光束分岐手段としてのハーフミラー（ビームスプリッタ）４と、基準板１６と一体的に保持された副基準板６と、被検体１７と一体的に保持された副被検体８とを備えている。
なお、上記光源１としては、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ハロゲンランプ等の可干渉距離の短い低可干渉光源、あるいは干渉縞の像を撮像手段１９の撮像素子で取り込んだ際に、上記低可干渉光源が有する可干渉距離と等価の可干渉距離となるように調整された波長変調光源を用いることができる。この種の波長変調光源は、撮像素子の応答時間（光蓄積時間）よりも短い時間内で、光源（一般的には半導体レーザ光源が用いられる）から射出される光の波長を変調し、撮像素子の応答時間において時間平均的に干渉縞を撮像することにより、スペクトル幅が広く可干渉距離が短い光を出射する光源を用いた場合と等価の結果が得られるようにしたもので、例えば、１９９５年５月光波センシング予稿集７５〜８２頁にコヒーレンス関数を合成する手法が示されている。また、本願出願人により、その手法を改良した技術も開示されている（特願2002-192691号明細書）。
上記副基準板６を保持する副基準面保持装置（図示略）は、例えば、副基準板６を上記基準板１６と一体的に保持するホルダからなり、副基準板６の副基準面６ａが、上記基準面１６ａと略同一の平面内に位置して基準面１６ａとの相対位置関係が変化しないように、副基準板６を保持し得るように構成されている。上記副被検体８を保持する副被検面保持装置（図示略）は、例えば、副被検体８を上記被検体１７と一体的に保持するホルダからなり、副被検体８の副被検面８ａが、上記被検面１７ａと同一方向を向き被検面１７ａとの相対位置関係が変化しないように、副被検体８を保持し得るように構成されている。
この第１実施形態装置においては、光源１から射出される光束は所定の振動面を持つ直線偏光、または所定の偏光素子を透過することにより所定の振動面を持つ直線偏光とされ、また、上記ハーフミラー４により分岐された２光束の一方を、上記副基準面６ａに照射して反射された光束を第１の光束とするとともに、２光束の他方を上記副被検面８ａに照射して反射された光束を第２の光束とし、これら第１および第２の光束をハーフミラー４で１光束に再合波して上記照射光束とするように構成されている。また、上記副被検体８は圧電素子９上に配置され、該圧電素子９により上記副被検面８ａが図中上下方向に移動可能に構成されており、ハーフミラー４から副被検面８ａに至る経路中には光量可変手段７が設けられている。
すなわち、光源１から射出された直線偏光の光束は、光源１とハーフミラー４との間に配置された偏光ビームスプリッタ２および１／４波長板３を透過し、該１／４波長板３において円偏光に変換されてハーフミラー４に到達する。ハーフミラー４を透過した円偏光の第１の光束は、ミラー５で反射されて上記副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで反射されて同一光路を戻り、再びミラー５で反射されてハーフミラー４を透過する。
一方、ハーフミラー４に到達してハーフミラー面で反射された円偏光の第２の光束は、光量可変手段７を透過して上記副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射されて同一光路を戻り、光量可変手段７を透過してハーフミラー４のハーフミラー面で反射されて、上記第１の光束と合波されて上記照射光束とされる。なお、このとき第１および第２の光束が別々に経由する、ハーフミラー４で分岐し再びハーフミラー４で合波されるまでの２経路間の光学光路長差が、基準面１６ａと被検面１７ａとの間の光学光路長の２倍となるように副被検面８ａの位置が設定されている。すなわち、副被検体８には、副被検面８ａの光軸方向の位置を調整可能な、移動ステージ等の光学光路調整手段（図示略）が設けられており、この光学光路調整手段を用いて、副被検面８ａの位置を設定し得るようになっている。なお、このような光学光路調整手段を副基準板６に設けて、副基準面６ａの光軸方向の位置調整を行なえるようにしてもよい。
合波された円偏光の照射光束は、１／４波長板３で光源１から出射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換され、偏光ビームスプリッタ２で反射されてハーフミラー１０に入射する。ハーフミラー１０に入射した直線偏光の光は、ハーフミラー１０のハーフミラー面において、ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に入射する光と、ハーフミラー１０で直角に反射され、拡大レンズ１２に入射する光とに分岐される。
ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に到達した直線偏光の光は、副基準面６ａで反射された第１の光束と副被検面８ａで反射された第２の光束とを、各々の軸が互いに精密に一致した状態で合波するのに利用される。すなわち、副基準板６および副被検体８の少なくとも一方は、それらへの入射光束に対する反射光束の光軸の傾斜を調整可能な、軸調整ステージ等の光軸調整手段（図示略）を備えており、アライメントモニタ部１１において第１の光束と第２の光束の各軸の位置を確認しながら、光軸調整手段を用いてそれらの軸が互いに精密に一致した状態となるように調整できるようになっている。
一方、ハーフミラー１０で反射された直線偏光の光は、拡大レンズ１２で発散され偏光ビームスプリッタ１３に到達し、該偏光ビームスプリッタ１３で反射されて１／４波長板１４に入射され、該１／４波長板１４において円偏光の光束に変換されてコリメータレンズ１５に到達し、該コリメータレンズ１５において平行光とされる。
平行光とされた円偏光の光束は基準板１６に入射し、その一部は基準面１６ａで反射され（上記第１の光束のうち基準面１６ａで反射される光束を第１Ｒｒの光束、上記第２の光束のうち基準面１６ａで反射される光束を第２Ｒｒの光束と称する）、残りは基準面１６ａを透過して被検体１７の被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射されて（上記第１の光束のうち基準面１６ａを透過して被検面１７ａで反射される光束を第１Ｓｒの光束、上記第２の光束のうち基準面１６ａを透過して被検面１７ａで反射される光束を第２Ｓｒの光束と称する）同じ経路を戻り基準面１６ａを透過して基準面１６ａで反射された光と合波される。
合波された円偏光の光は、コリメータレンズ１５で集光されながら１／４波長板１４に入射して、拡大レンズ１２で発散されながら１／４波長板１４に入射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換される。この直線偏光の光は偏光ビームスプリッタ１３を透過して、撮影レンズ１８により撮像手段（ＣＣＤカメラ）１９の撮像素子上に被検面１７ａを結像する。
この第１実施形態装置において、干渉縞を形成する関係は、前述したハーフミラー４に入射した光（光束）がハーフミラー面で２つの光束に分岐されてから基準板１６の基準面１６ａで合波されるまでの光学光路長で決まることになる。各光束の経路を各光学要素の付番で辿ると以下のようになっている。
第１Ｒｒの光束
４−５−６ａ−５−４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａ
第１Ｓｒの光束
４−５−６ａ−５−４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａ−１７ａ−１６ａ
第２Ｒｒの光束
４−７−８ａ−７−４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａ
第２Ｓｒの光束
４−７−８ａ−７−４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａ−１７ａ−１６ａ
４−５−６ａ−５−４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａ
第１Ｓｒの光束
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第２Ｒｒの光束
４−７−８ａ−７−４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａ
第２Ｓｒの光束
４−７−８ａ−７−４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａ−１７ａ−１６ａ
ここで、４つの光束に共通した経路４−３−２−１０−１２−１３−１４−１５−１６ａの光学光路長をＬとし、経路４−５−６ａ−５−４の光学光路長をＬ１、経路４−７−８ａ−７−４の光学光路長をＬ２、経路１６ａ−１７ａ−１６ａの光学光路長をＬ３とすると、上記４つの異なる経路を辿る光束の光学光路長は次のように表すことができる。
第１Ｒｒの光束の光学光路長（ＯＰ１）
ＯＰ１＝Ｌ１＋Ｌ
第１Ｓｒの光束の光学光路長（ＯＰ２）
ＯＰ２＝Ｌ１＋Ｌ＋Ｌ３
第２Ｒｒの光束の光学光路長（ＯＰ３）
ＯＰ３＝Ｌ２＋Ｌ
第２Ｓｒの光束の光学光路長（ＯＰ４）
ＯＰ４＝Ｌ２＋Ｌ＋Ｌ３
ＯＰ１＝Ｌ１＋Ｌ
第１Ｓｒの光束の光学光路長（ＯＰ２）
ＯＰ２＝Ｌ１＋Ｌ＋Ｌ３
第２Ｒｒの光束の光学光路長（ＯＰ３）
ＯＰ３＝Ｌ２＋Ｌ
第２Ｓｒの光束の光学光路長（ＯＰ４）
ＯＰ４＝Ｌ２＋Ｌ＋Ｌ３
ところで、この第１実施形態装置では、ハーフミラー４で２経路に分岐し、副基準面６ａと副被検面８ａで反射されてハーフミラー４で合波されるまでの２経路の光学光路長差を基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍となるように副被検面８ａの位置を設定しているので、
Ｌ２−Ｌ１＝Ｌ３
の関係が成り立つ。この関係を上記の光学光路長の式に代入すると、
ＯＰ１＝Ｌ１＋Ｌ
ＯＰ２＝Ｌ１＋Ｌ＋Ｌ３
ＯＰ３＝Ｌ２＋Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ＋Ｌ３
ＯＰ４＝Ｌ２＋Ｌ＋Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ＋２Ｌ３
となり、ＯＰ２＝ＯＰ３であるから、この２経路を経由した光束同士は光路長が等しいので、可干渉距離が基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍（Ｌ３）よりも短い光束を射出する光源１を用いた場合でも干渉する。一方、この２経路以外の他の任意の２経路間の光学光路長差は、いずれも基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍（Ｌ３）以上となるため、干渉しない。
Ｌ２−Ｌ１＝Ｌ３
の関係が成り立つ。この関係を上記の光学光路長の式に代入すると、
ＯＰ１＝Ｌ１＋Ｌ
ＯＰ２＝Ｌ１＋Ｌ＋Ｌ３
ＯＰ３＝Ｌ２＋Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ＋Ｌ３
ＯＰ４＝Ｌ２＋Ｌ＋Ｌ３＝Ｌ１＋Ｌ＋２Ｌ３
となり、ＯＰ２＝ＯＰ３であるから、この２経路を経由した光束同士は光路長が等しいので、可干渉距離が基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍（Ｌ３）よりも短い光束を射出する光源１を用いた場合でも干渉する。一方、この２経路以外の他の任意の２経路間の光学光路長差は、いずれも基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍（Ｌ３）以上となるため、干渉しない。
また、外部振動等の影響で、基準面１６ａが光軸方向にΔａ移動し、また、被検面が光軸方向にΔｂ移動した時を考えてみても、副基準板６は基準板１６と、また、副被検体８は被検体１７と一体的に支持されているので、ＯＰ２＝ＯＰ３の関係は崩れることがない。その場合の関係は以下のようになる。
ＯＰ２＝（Ｌ１＋２Δａ）＋（Ｌ＋Δａ）＋（Ｌ３＋２Δａ＋２Δｂ）
ＯＰ３＝（Ｌ２＋２Δｂ）＋（Ｌ＋Δａ）
ＯＰ２＝（Ｌ１＋２Δａ）＋（Ｌ＋Δａ）＋（Ｌ３＋２Δａ＋２Δｂ）
ＯＰ３＝（Ｌ２＋２Δｂ）＋（Ｌ＋Δａ）
また、副基準板６は基準板１６と、副被検体８は被検体１７と一体的に支持されているので、
（Ｌ２＋２Δｂ）−（Ｌ１＋２Δａ）＝（Ｌ３＋２Δａ＋２Δｂ）となるから、
Ｌ２＝Ｌ１＋Ｌ３＋４Δａ
これから、ＯＰ２とＯＰ３の光学光路長差を求めると、
ＯＰ２−ＯＰ３＝Ｌ１−Ｌ２＋Ｌ３＋４Δａ＝Ｌ１−（Ｌ１＋Ｌ３＋４Δａ）＋Ｌ３＋４Δａ＝０
すなわち、基準面１６ａと被検面１７ａとが、振動等の影響により相互の関係なく光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間に光路長差は発生せず、干渉する２光束間に位相差は発生しない。よって、干渉縞の変化も起こらず、精密な干渉計測が可能となる。また、副被検体８を支持する圧電素子９を駆動させて、副被検面８ａの位置を図中上下方向に微小変位させることにより、フリンジスキャン計測等を行なうことも可能である。
（Ｌ２＋２Δｂ）−（Ｌ１＋２Δａ）＝（Ｌ３＋２Δａ＋２Δｂ）となるから、
Ｌ２＝Ｌ１＋Ｌ３＋４Δａ
これから、ＯＰ２とＯＰ３の光学光路長差を求めると、
ＯＰ２−ＯＰ３＝Ｌ１−Ｌ２＋Ｌ３＋４Δａ＝Ｌ１−（Ｌ１＋Ｌ３＋４Δａ）＋Ｌ３＋４Δａ＝０
すなわち、基準面１６ａと被検面１７ａとが、振動等の影響により相互の関係なく光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間に光路長差は発生せず、干渉する２光束間に位相差は発生しない。よって、干渉縞の変化も起こらず、精密な干渉計測が可能となる。また、副被検体８を支持する圧電素子９を駆動させて、副被検面８ａの位置を図中上下方向に微小変位させることにより、フリンジスキャン計測等を行なうことも可能である。
〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第２実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。なお、図２に示す第２実施形態装置における各光学要素のうち、上記第１実施形態装置における各光学要素と同様のものについては、図１と同じ付番を用いることとし、その詳細な説明は省略する。このことは、以下に説明する他の実施形態においても同様とする。
次に、本発明の第２実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第２実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。なお、図２に示す第２実施形態装置における各光学要素のうち、上記第１実施形態装置における各光学要素と同様のものについては、図１と同じ付番を用いることとし、その詳細な説明は省略する。このことは、以下に説明する他の実施形態においても同様とする。
図２に示す第２実施形態装置は、副被検面６ａがハーフミラー４の図中左側面に一体的に設けられている点が、上記第１実施形態装置と異なっている。すなわち、光源１から射出された直線偏光の光束は、偏光ビームスプリッタ２および１／４波長板３を透過し、該１／４波長板３において円偏光に変換されてハーフミラー４に到達する。ハーフミラー４のハーフミラー面を透過した円偏光の第１の光束は、上記副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで反射されて同一光路を戻り、再びハーフミラー面を透過する。
一方、ハーフミラー４に到達してハーフミラー面で反射された円偏光の第２の光束は、光量可変手段７を透過して上記副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射されて同一光路を戻り、光量可変手段７を透過してハーフミラー４のハーフミラー面で反射されて、上記第１の光束と合波されて照射光束とされる。なお、このとき第１および第２の光束が別々に経由する、ハーフミラー面で分岐し再びハーフミラー面で合波されるまでの２経路間の光学光路長差が、基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍となるように副被検面８ａの位置が設定されている点、第１および第２の光束が照射光束に合波されてからの各経路等については、上記第１実施形態装置と同様である。
この第２実施形態装置によれば、ハーフミラー４の上記側面に副被検面６ａを一体的に設けているので、第１実施形態装置におけるミラー５および副基準板６の各光学要素が不要となり、その分のスペースを詰めることにより装置のコンパクト化が図れる。また、副被検体８を支持する圧電素子９を駆動させて、副被検面８ａの位置を図中上下方向に微小変位させることにより、フリンジスキャン計測等を行なうことも可能である。
ただし、この第２実施形態装置の場合は、副基準面６ａおよび基準面１６ａの各法線方向が互いに直交しているので、基準面１６ａの光軸方向の動きに対して副基準面６ａはその光軸に対して直交する動きしかしないため、基準面１６ａの干渉計本体に対する移動（振動）はキャンセルできない。このため、干渉計装置本体と基準板は一体的に構成されなくてはならない。しかし、被検体の移動（振動）による影響を緩和する効果は奏する。
〈第３実施形態〉
次に、本発明の第３実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第３実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図３は本発明の第３実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
次に、本発明の第３実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第３実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図３は本発明の第３実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
図３に示す第３実施形態装置は、副基準面６ａが、ミラー５から副被検面８ａに至る経路中において、基準面１６ａと同一方向を向き、かつ基準面１６と略同一平面上に位置するように配置され、この副基準面６ａが、光源１から射出された光束を２光束に分岐する光束分岐手段を構成している点が、上記第１および第２実施形態装置と異なっている。
すなわち、光源１から射出された直線偏光の光束は、偏光ビームスプリッタ２および１／４波長板３を透過し、該１／４波長板３において円偏光に変換されてミラー５に到達する。ミラー５のミラー面で反射された円偏光の光束は、上記副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで反射される円偏光の第１の光束と、該副基準面６ａを透過する円偏光の第２の光束とに分岐される。
副基準面６ａを透過する第２の光束は、光量可変手段７を透過して上記副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射されて同一光路を戻り、光量可変手段７を透過して上記副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで上記第１の光束と合波されて照射光束とされる。なお、このとき第１および第２の光束が副基準面６ａで分岐し再び副基準面６ａで合波されるまでの２経路間の光学光路長差が、基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍となるように副被検面８ａの位置が設定されている点、第１および第２の光束が照射光束に合波されてからの各経路等については、上記第１および第２実施形態装置と同様である。
この第３実施形態装置によれば、上記第１実施形態装置と同様、基準面１６ａと被検面１７ａとが、振動等の影響により相互の関係なく光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間（上記第１の光束のうち基準面１６ａを透過して被検体１７の被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射される光束の経路と、上記第２の光束のうち基準面１６ａで反射される光束の経路との間）に光路長差は発生せず、干渉する２光束間に位相差は発生しない。よって、干渉縞の変化も起こらず、精密な干渉計測が可能となる。また、副被検体８を支持する圧電素子９を駆動させて、副被検面８ａの位置を図中上下方向に微小変位させることにより、フリンジスキャン計測等を行なうことも可能である。
また、副基準面６ａが基準面１６ａと同一方向を向き、かつ基準面１６ａと略同一平面上に位置しているので、基準面１６ａと副基準面６ａとを一体的に支持するホルダの作成が容易になる。特に、副基準面６ａの反射率／透過率を適正に設定すれば、副被検面８ａとの間に介在する光量可変手段７を省略することができるので、副被検面８ａも被検面１７ａと同一面上に置くことが可能となる。
〈第４実施形態〉
次に、本発明の第４実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第４実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図４は本発明の第４実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
次に、本発明の第４実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第４実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図４は本発明の第４実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
図４に示す第４実施形態装置は、副基準面および副被検面を備えていない点、基準面１６ａが、光源１から射出された光束を２光束に分岐する光束分岐手段を構成している点、および基準面１６ａの照射光束の入射側に、光源１から射出された光束を反射する高反射面（反射面）２０が配置されており、該高反射面２０に入射した光束を基準面１６ａと被検面１７ａに略垂直に照射し、基準面１６ａで反射された光束を第１の光束とするとともに、基準面１６ａを透過して被検面１７ａで反射された光束を第２の光束として、これら第１および第２の光束を基準面１６ａにおいて合波して上記照射光束とするように構成されている点が、上記第１実施形態装置と異なっている。
すなわち、光源１から射出された直線偏光の光束は、偏光ビームスプリッタ２および１／４波長板３を透過し、該１／４波長板３において円偏光に変換されてプリズムキューブ２１に入射される。上記高反射面２０は、プリズムキューブ２１の接合面２１ａの略中央部に設けられており、プリズムキューブ２１に入射され高反射面２０で反射された円偏光の光束は、基準面１６ａに到達し、該基準面１６ａで反射される円偏光の第１の光束と、該基準面１６ａを透過する円偏光の第２の光束とに分岐される。
基準面１６ａを透過する第２の光束は、被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射されて同一光路を戻り、基準面１６ａに到達し、該基準面１６ａで上記第１の光束と合波されて照射光束とされる。合波された円偏光の照射光束は、高反射面２０で反射され、１／４波長板３で光源１から出射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換され、偏光ビームスプリッタ２で反射されてハーフミラー１０に入射する。ハーフミラー１０に入射した直線偏光の光は、ハーフミラー１０のハーフミラー面において、ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に入射する光と、ハーフミラー１０で直角に反射され、拡大レンズ１２に入射する光とに分岐される。
ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に到達した直線偏光の光は、基準面１６ａで反射された第１の光束と被検面１７ａで反射された第２の光束とを、各々の軸が互いに精密に一致した状態で合波するのに利用される。一方、ハーフミラー１０で反射された直線偏光の光は、拡大レンズ１２で発散され偏光ビームスプリッタ１３に到達し、該偏光ビームスプリッタ１３で反射されて１／４波長板１４に入射され、さらに該１／４波長板１４において円偏光の光束に変換されてコリメータレンズ１５に到達し、該コリメータレンズ１５において平行光とされる。
平行光とされた円偏光の光束は、プリズムキューブ２１を透過して基準板１６に入射し、その一部は基準面１６ａで反射され、残りは基準面１６ａを透過して被検体１７の被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射されて同じ経路を戻り基準面１６ａを透過して基準面１６ａで反射された光と合波される。
合波された円偏光の光は、コリメータレンズ１５で集光されながら１／４波長板１４に入射して、拡大レンズ１２で発散されながら１／４波長板１４に入射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換される。この直線偏光の光は偏光ビームスプリッタ１３を透過して、撮影レンズ１８により撮像手段１９の撮像素子上に被検面１７ａを結像する。なお、プリズムキューブ２１の入出射面２１ｂ、２１ｃ、２１ｄには反射防止コートを施し、残りの面２１ｅは摺り面に黒塗りするのが望ましい。
この第４実施形態装置によれば、上記第１実施形態装置と同様、基準面１６ａと被検面１７ａとが、振動等の影響により相互の関係なく光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間（上記第１の光束のうち基準面１６ａを透過して被検体１７の被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射される光束の経路と、上記第２の光束のうち基準面１６ａで反射される光束の経路との間）に光路長差は発生せず、干渉する２光束間に位相差は発生しない。よって、干渉縞の変化も起こらず、精密な干渉計測が可能となる。
また、この第４実施形態装置によれば、副基準面および副被検面を備えていないため、副基準面および副被検面を基準面および被検面とそれぞれ一体的に保持するためのホルダ等の保持装置を設ける必要がない。また、基準面１６が、光源１から射出された光束を２光束に分岐する光束分岐手段を構成しているため、干渉に寄与する２経路間の光学光路長を高精度に一致させることが容易となる。
ただし、撮影手段１９からは、高反射面２０が障害となり被検面１７ａに観察不能域ができてしまう。高反射面２０を接合面２１ａの中央部から外れた他の位置に配置することにより、このような観察不能域をなくすことも可能である。すなわち、例えば、高反射面２０で反射された光束が、基準面１６ａの縁に近い位置を通過するようなところに高反射面２０を設けるとともに、基準面１６ａを被検面１７ａより大きくして、高反射面２０からの光束が被検面１７ａの外側に到達するようして、そこに副被検面を置くようにすれば、観察不能域を作らずに測定することができる。
〈第５実施形態〉
次に、本発明の第５実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第５実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図５は本発明の第５実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
次に、本発明の第５実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第５実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図５は本発明の第５実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
図５に示す第５実施形態装置は、光ディスク等の中央部に孔部を有する被検体１７の被検面１７ａの形状を測定するためのもので、被検体１７の上記孔部内に、圧電素子９上に保持された副被検体８が配置されている点が、上記第４実施形態装置と異なっている。副被検体８の副被検面８ａは、圧電素子９により図中上下方向に微小変位可能に構成されており、圧電素子９が駆動されない状態においては、被検面１７ａと略同一の平面上に位置するようになっている。
この第５実施形態装置においては、光源１から射出された直線偏光の光束は、偏光ビームスプリッタ２および１／４波長板３を透過し、該１／４波長板３において円偏光に変換されてプリズムキューブ２１に入射される。プリズムキューブ２１に入射された円偏光の光束は、高反射面２０で反射されて基準面１６ａに到達し、該基準面１６ａで反射される円偏光の第１の光束と、該基準面１６ａを透過する円偏光の第２の光束とに分岐される。
基準面１６ａを透過する第２の光束は、副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射されて同一光路を戻り、基準面１６ａに到達し、該基準面１６ａで上記第１の光束と合波されて照射光束とされる。第１および第２の光束が照射光束に合波されてからの各経路等については、上記第４実施形態装置と同様である。
この第５実施形態装置によれば、上記第１実施形態装置と同様、基準面１６ａと被検面１７ａとが、振動等の影響により相互の関係なく光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間（上記第１の光束のうち基準面１６ａを透過して副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射される光束の経路と、上記第２の光束のうち基準面１６ａで反射される光束の経路との間）に光路長差は発生せず、干渉する２光束間に位相差は発生しない。よって、干渉縞の変化も起こらず、精密な干渉計測が可能となる。
また、副被検体８を支持する圧電素子９を駆動させて、副被検面８ａの位置を図中上下方向に微小変位させることにより、フリンジスキャン計測等を行なうことも可能である。また、この第５実施形態装置によれば、高反射面２０の大きさを調整することにより、撮影手段１９から高反射面２０が邪魔とならず、被検面１７ａに観察不能域ができないようにすることが可能である。
〈第６実施形態〉
次に、本発明の第６実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第６実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図６は本発明の第６実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
次に、本発明の第６実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第６実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図６は本発明の第６実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図である。
図６に示す第６実施形態装置は、被検面１７ａが基準反射ミラー面とされ、基準面１６ａと被検面１７ａとの間に配置されたフィルム等の光透過性の被検透過物体２２中を、照射光束と該照射光束の被検面１７ａによる反射光束を透過させて、被検透過物体２２の位相分布計測を行なうように構成されている。基準面１６ａと上記被検面１７ａとの間の光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する光束を射出する光源１と、この光源１から射出された光束を２光束に分岐する光束分岐手段としてのハーフミラー４と、基準板１６と一体的に保持された副基準板６と、被検体１７と一体的に保持された副被検体８とを備えている点は、上記第１実施形態装置と同様である。
すなわち、光源１から射出された直線偏光の光束は、偏光ビームスプリッタ２および１／４波長板３を透過し、該１／４波長板３において円偏光に変換されてハーフミラー４に到達する。ハーフミラー４を透過した円偏光の第１の光束は、ミラー５で反射されて副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで反射されて同一光路を戻り、再びミラー５で反射されてハーフミラー４を透過する。
一方、ハーフミラー４に到達してハーフミラー面で反射された円偏光の第２の光束は、被検透過物体２２、光量可変手段７を透過して上記副被検面８ａに到達し、該副被検面８ａで反射されて同一光路を戻り、光量可変手段７、被検透過物体２２を透過してハーフミラー４のハーフミラー面で反射されて、上記第１の光束と合波されて上記照射光束とされる。なお、このとき第１および第２の光束が別々に経由する、ハーフミラー４で分岐し再びハーフミラー４で合波されるまでの２経路間の光学光路長差が、基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長（被検透過物体２２を含む）の２倍となるように副被検面８ａの位置が設定されている。
合波された円偏光の照射光束は、１／４波長板３で光源１から出射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換され、偏光ビームスプリッタ２で反射されてハーフミラー１０に入射する。ハーフミラー１０に入射した直線偏光の光は、ハーフミラー１０のハーフミラー面において、ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に入射する光と、ハーフミラー１０で直角に反射され、拡大レンズ１２に入射する光とに分岐される。
ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に到達した直線偏光の光は、副基準面６ａで反射された第１の光束と副被検面８ａで反射された第２の光束とを、各々の軸が互いに精密に一致した状態で合波するのに利用される。一方、ハーフミラー１０で反射された直線偏光の光は、拡大レンズ１２で発散され偏光ビームスプリッタ１３に到達し、該偏光ビームスプリッタ１３で反射されて１／４波長板１４に入射され、さらに該１／４波長板１４において円偏光の光束に変換されてコリメータレンズ１５に到達し、該コリメータレンズ１５において平行光とされる。
平行光とされた円偏光の光束は基準板１６に入射し、その一部は基準面１６ａで反射され、残りは基準面１６ａ、被検透過物体２２を透過して被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射されて同じ経路を戻り、被検透過物体２２、基準面１６ａを透過して基準面１６ａで反射された光と合波される。
合波された円偏光の光は、コリメータレンズ１５で集光されながら１／４波長板１４に入射して、拡大レンズ１２で発散されながら１／４波長板１４に入射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換される。この直線偏光の光は偏光ビームスプリッタ１３を透過して、撮影レンズ１８により撮像手段１９の撮像素子上において、被検透過物体２２の位相分布情報を担持した干渉縞を結像する。
この第６実施形態装置によれば、上記第１実施形態装置と同様、基準面１６ａと被検面１７ａとが、振動等の影響により相互の関係なく光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間（上記第１の光束のうち基準面１６ａ、被検透過物体２２を透過して被検面１７ａに到達し、該副被検面１７ａで反射されて被検透過物体２２、基準面１６ａを透過する光束の経路と、上記第２の光束のうち基準面１６ａで反射される光束の経路との間）に、被検透過物体２２の位相分布に関係しない部分での光路長差は発生せず、干渉する２光束間には、被検透過物体２２の位相分布に関係しない部分での位相差は発生しない。よって、振動により干渉縞の変化も起こらず、精密な干渉計測が可能となる。
また、副被検体８を支持する圧電素子９を駆動させて、副被検面８ａの位置を図中上下方向に微小変位させることにより、フリンジスキャン計測等を行なうことも可能である。なお、この第６実施形態装置においては、被検透過物体２２は、照射光束に対してやや傾けて配置し、表面からの反射光が撮像手段に入らないようにすることが好ましい。また、被検透過物体２２を照射光束中に入れることで基準面１６ａと被検面１７ａとの間の光学光路長が伸びてしまうが、被検透過物体２２を、第２の光束中のハーフミラー４と副被検面８ａの間にも入るようにすれば副基準面あるいは副被検面を調整する必要はなく、大型のフィルム等を容易に計測することができる。
〈第７実施形態〉
次に、本発明の第７実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第７実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図７は本発明の第７実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図、図８は図７に示す集光レンズ２３の作用を示す図である。
次に、本発明の第７実施形態に係る耐振動型干渉計装置（以下「第７実施形態装置」と称することがある）について図面を用いて説明する。図７は本発明の第７実施形態に係る耐振動型干渉計装置の概略光路図、図８は図７に示す集光レンズ２３の作用を示す図である。
図７に示す第７実施形態装置は、透明なガラス板やフィルムなどの透明薄板状の被検体１７において被検面１７ａの形状を測定するためのもので、光源１から出射される光束の可干渉距離が、被検体１７の厚みの光学的距離の２倍よりも短く設定されている。圧電素子９上に保持された、副基準面６ａを有する副基準板６を備えているが、副被検面７ａは備えておらず、ハーフミラー４で分岐された第２の光束を被検面１７ａに集光させる集光レンズ２３を備えている点が、他の実施形態装置と異なっている。
すなわち、光源１から射出された直線偏光の光束は、偏光ビームスプリッタ２および１／４波長板３を透過し、該１／４波長板３において円偏光に変換されてハーフミラー４に到達する。ハーフミラー４を透過した円偏光の第１の光束は、ミラー５で反射されて副基準面６ａに到達し、該副基準面６ａで反射されて同一光路を戻り、再びミラー５で反射されてハーフミラー４を透過する。
一方、ハーフミラー４に到達してハーフミラー面で反射された円偏光の第２の光束は、光量可変手段７を透過して集光レンズ２３に入射する。集光レンズ２３は、入射した第２の光束の集光点が被検面１７ａ上に位置するように配置されており、図８に示すように、集光レンズ２３に入射した第２の光束の一部は、被検面１７ａで反射されて同一光路を戻り、集光レンズ２３、光量可変手段７を透過してハーフミラー４のハーフミラー面で反射されて、上記第１の光束と合波されて上記照射光束とされる。なお、このとき第１および第２の光束が別々に経由する、ハーフミラー４で分岐し再びハーフミラー４で合波されるまでの２経路間の光学光路長差が、基準面１６ａと被検面１７ａ間の光学光路長の２倍となるように副基準面６ａの位置が設定されている。
合波された円偏光の照射光束は、１／４波長板３で光源１から出射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換され、偏光ビームスプリッタ２で反射されてハーフミラー１０に入射する。ハーフミラー１０に入射した直線偏光の光は、ハーフミラー１０のハーフミラー面において、ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に入射する光と、ハーフミラー１０で直角に反射され、拡大レンズ１２に入射する光とに分岐される。
ハーフミラー１０を透過してアライメントモニタ部１１に到達した直線偏光の光は、副基準面６ａで反射された第１の光束と被検面１７ａで反射された第２の光束とを、各々の軸が互いに精密に一致した状態で合波するのに利用される。一方、ハーフミラー１０で反射された直線偏光の光は、拡大レンズ１２で発散され偏光ビームスプリッタ１３に到達し、該偏光ビームスプリッタ１３で反射されて１／４波長板１４に入射され、さらに該１／４波長板１４において円偏光の光束に変換されてコリメータレンズ１５に到達し、該コリメータレンズ１５において平行光とされる。
平行光とされた円偏光の光束は基準板１６に入射し、その一部は基準面１６ａで反射され、残りは基準面１６ａを透過して被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射されて同じ経路を戻り、基準面１６ａを透過して基準面１６ａで反射された光と合波される。
合波された円偏光の光は、コリメータレンズ１５で集光されながら１／４波長板１４に入射して、拡大レンズ１２で発散されながら１／４波長板１４に入射したときの振動面と直交する振動面を持つ直線偏光の光に変換される。この直線偏光の光は偏光ビームスプリッタ１３を透過して、撮影レンズ１８により撮像手段１９の撮像素子上に被検面１７ａを結像する。
この第７実施形態装置によれば、上記第１実施形態装置と同様、基準面１６ａと被検面１７ａとが、振動等の影響により相互の関係なく光軸方向に移動しても、干渉に寄与する２経路間（上記第１の光束のうち基準面１６ａを透過して被検面１７ａに到達し、該被検面１７ａで反射される光束の経路と、上記第２の光束のうち基準面１６ａで反射される光束の経路との間）に光路長差は発生せず、干渉する２光束間に位相差は発生しない。よって、干渉縞の変化も起こらず、精密な干渉計測が可能となる。また、副基準板６を支持する圧電素子９を駆動させて、副基準面６ａの位置を図中上下方向に微小変位させることにより、フリンジスキャン計測等を行なうことも可能である。
また、この第７実施形態装置によれば、光源１から出射される光束の可干渉距離が、被検体１７の厚みの光学的距離の２倍よりも短く設定されているので、被検面１７ａからの反射光束と被検体１７の裏面１７ｂからの反射光束とによる干渉は起こらず、被検面１７ａの形状測定を高精度に行なうことができる。さらに、この第７実施形態装置によれば、集光レンズ２３を備えたことにより、形成される干渉縞のＳ／Ｎを向上させることが可能となっている。集光レンズ２３の作用は以下の通りである。
すなわち、図８に示すように、集光レンズ２３を経て被検体１７に入射された第２の光束のうち、被検体１７の裏面１７ｂで反射された光束の一部は、あたかも集光レンズ２３の焦点よりも遠い位置にある仮想の点光源Ｐから出射された光束となって、その一部は集光レンズ２３の有効径内に到達するが、他の部分は集光レンズの有効径内には戻らない。集光レンズ２３の有効径内に戻った光束についても、被検面１７ａの集光点から戻った光束と同様な形態では出射せず、集光光束となって集光レンズ２３から出射される。この光束は、光路を辿るうちに焦点を結び、その後発散光となる。このため、被検面１７ａから反射された光束に重畳する光束の光量は極めて弱いものとなる。このように不要な光の光量を減少させることができるために、形成される干渉縞のＳ／Ｎを向上させることが可能となっている。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態の態様に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態装置における光源から射出される光束は、所定の振動面を持つ直線偏光とされているが、直線偏光でない光束を射出する光源を用いることも可能である。
また、上記各実施形態装置においては、光束分岐手段により第１の光束と第２の光束とに分岐されてから、これらが再び合波されるまでの２つの光路の光学光路長差が、基準面と被検面との相互間光学距離の２倍と略一致するように構成されているが、透明薄板の表面形状を測定する場合を除けば、２つの光路の光学光路長差は、基準面と被検面との相互間光学距離の２倍に対して光源から射出される光束の可干渉距離の範囲内で一致した状態、換言すれば、２つの光路の光学光路長差と、基準面と被検面との相互間光学距離との差が、光源からの分岐した２光束が干渉し得る最大の光路差の距離よりも短い状態となるように設定されていればよい。
また、上記各実施形態装置は、フィゾー型の干渉計装置であるが、本発明は、アブラムソン型射入射干渉計等の他の干渉計装置にも適用することが可能である。
１ 光源
２ 偏光ビームスプリッタ
３ １／４波長板
４ ハーフミラー（ビームスプリッタ）
５ ミラー
６ 副基準板
６ａ 副基準面
７ 光量可変手段
８ 副被検体
８ａ 副被検面
９ 圧電素子
１０ ハーフミラー
１１ アライメントモニタ部
１２ 拡大レンズ
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４ １／４波長板
１５ コリメータレンズ
１６ 基準板
１６ａ 基準面
１７ 被検体
１７ａ 被検面
１７ｂ 被検体の裏面
１８ 撮影レンズ
１９ 撮像手段
２０ 高反射面
２１ プリズムキューブ
２１ａ 接合面
２１ｂ 入出射面
２１ｃ 入出射面
２１ｄ 入出射面
２１ｅ 残りの面
２２ 被検透過物体
２３ 集光レンズ
Ｐ 仮想の点光源
２ 偏光ビームスプリッタ
３ １／４波長板
４ ハーフミラー（ビームスプリッタ）
５ ミラー
６ 副基準板
６ａ 副基準面
７ 光量可変手段
８ 副被検体
８ａ 副被検面
９ 圧電素子
１０ ハーフミラー
１１ アライメントモニタ部
１２ 拡大レンズ
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４ １／４波長板
１５ コリメータレンズ
１６ 基準板
１６ａ 基準面
１７ 被検体
１７ａ 被検面
１７ｂ 被検体の裏面
１８ 撮影レンズ
１９ 撮像手段
２０ 高反射面
２１ プリズムキューブ
２１ａ 接合面
２１ｂ 入出射面
２１ｃ 入出射面
２１ｄ 入出射面
２１ｅ 残りの面
２２ 被検透過物体
２３ 集光レンズ
Ｐ 仮想の点光源
Claims (13)
- 光源から射出された光束を光束分岐手段により２光束に分岐し、該２光束の一方を他方に対して所定の光学光路長分迂回させた後に１光束に再合波して照射光束となし、該照射光束の基準面からの反射光束と、前記基準面を透過して被検面で反射された光束との光干渉により生じる干渉縞を得る光波干渉計装置において、
前記光源は、該光源から射出される前記光束が前記基準面と前記被検面間の光学距離の２倍よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光源、または前記干渉縞の像を撮像素子で取り込んだ際に前記低可干渉光源が有する可干渉距離と等価の可干渉距離となるように調整された波長変調光源であり、
前記照射光束は、前記２光束のうち第１の光束は前記基準面または該基準面と相対位置関係が変化しないように保持された副基準面を反射経由させ、第２の光束は前記被検面または該被検面と相対位置関係が変化しないように保持され該被検面と同一方向を向く副被検面を反射経由させた後に、前記第１および第２の光束のそれぞれの軸が互いに略一致するように前記１光束に再合波したものであり、
前記所定の光学光路長は、前記基準面と前記被検面との相互間光学距離の２倍に対して、前記光源から射出される前記光束の前記可干渉距離の範囲内で一致するように構成されていることを特徴とする耐振動型干渉計装置。 - 前記光束分岐手段が前記基準面または前記副基準面であり、該基準面または該副基準面での反射光束を前記第１の光束とし、該基準面または該副基準面を透過して前記被検面または前記副被検面で反射され前記基準面または前記副基準面を透過する光束を前記第２の光束とし、これら第１および第２の光束を前記基準面または前記副基準面で前記１光束に再合波して前記照射光束とするように構成されていることを特徴とする請求項１記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記光束分岐手段がビームスプリッタであり、該ビームスプリッタで分岐された前記２光束の一方を前記基準面または前記副基準面に照射して反射された光束を前記第１の光束とし、前記２光束の他方を前記被検面または前記副被検面に照射して反射された光束を前記第２の光束とし、これら第１および第２の光束を前記ビームスプリッタで前記１光束に再合波して前記照射光束とするように構成されていることを特徴とする請求項１記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記基準面の前記照射光束の入射側に前記光源から射出された前記光束を反射する反射面を配し、該反射面を経由して前記光束を前記基準面と前記被検面に略垂直に照射し、該基準面で反射された前記第１の光束と該基準面を透過して前記被検面で反射された前記第２の光束を該基準面位置で合波して前記照射光束とするように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記副基準面は前記基準面と略同一の平面内に配置されている、および／または前記副被検面は前記被検面と略同一の平面内に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記副基準面および／または前記副被検面は、該副基準面および／または該副被検面を入射光束の軸に沿った方向に移動可能な光学光路長調整手段と、前記入射光束の軸に対する反射光束の軸の傾斜を調整可能な光軸調整手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜３、５のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記副基準面または前記副被検面が圧電素子により移動可能とされていることを特徴とする請求項１〜３、５、６のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記所定の光学光路長が、前記基準面と前記被検面との前記相互間光学距離の２倍と略一致していることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記２光束のうち少なくとも一方に光量可変手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記光源から射出される前記光束は、所定の振動面を持つ直線偏光、または所定の偏光素子を透過することにより所定の振動面を持つ直線偏光とされたものであることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記被検面を持つ被検体が透明薄板であり、前記光源から射出される前記光束の前記可干渉距離が前記透明薄板の厚みの光学距離の２倍よりも短く設定されていることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記被検面が基準反射ミラー面であり、前記基準面と該基準反射ミラー面との間に光透過性の被検透過物体を配置して、該被検透過物体中を前記照射光束と該照射光束の前記基準反射ミラー面による反射光束を透過させて、前記被検透過物体の位相分布計測を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
- 前記第２の光束中に集光レンズを配置し、該集光レンズによる前記第２の光束の集光点が前記被検面上に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか１項記載の耐振動型干渉計装置。
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