JP2005140589A - 干渉計 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉計本体の小型化が可能であり、また、干渉縞像の大きさを変化させても干渉縞像が暗くならないようにすること。
【解決手段】干渉計本体１は、レーザー光源２と、該レーザー光源２の光射出側光路に配置された偏光ビームスプリッタ５と、該偏光ビームスプリッタ５により分岐された光路のうち一方の光路中に配置され、複数のレンズ群７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄで構成され、上記レーザー光源２からの光を平行光束にして射出するコリメータ光学系７と、上記レーザー光源２から上記偏光ビームスプリッタ５に至る光路と交差する方向に配置された干渉縞観察光学系１１とを備え、上記コリメータ光学系７は、上記複数のレンズ群７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄのうち、少なくとも１つのレンズ群、例えば７Ｂ，７Ｃの位置を変化させる移動機構として、レンズ枠１８，１９、カム枠２０、及びツマミ２１を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定物の表面形状や透過波面等を測定する干渉計に関する。

従来から、レンズ等の被測定物の表面形状や透過波面を測定する測定機として干渉計が用いられている。かかる干渉計には、干渉縞を観察する光学系にズームレンズを用いる例が多い（例えば、特許文献１参照）。

その一例として、例えば図７に示すようなフィゾー型干渉計がある。図７において、干渉計本体１００の内部には、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源１０１が設けられ、直線偏光であるレーザー光が射出される。このレーザー光源１０１から射出されたレーザー光は、ビームエキスパンダ１０２でビーム径が広げられ、発散レンズ１０３により発散光束となる。この発散光束は、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、さらにハーフミラー１０５で反射され、１／４波長板１０６を透過する。この１／４波長板１０６を透過するとき、レーザー光は直線偏光から円偏光になる。こうして円偏光となったレーザー光が、コリメータレンズ１０７に入射し平行光束となり、干渉計本体１００より射出される。そして、この射出された平行光束中に設置された参照レンズ１０８の参照面１０８ａでレーザー光の一部が反射するとともに、該参照レンズ１０８を透過したレーザー光の他の一部が被測定物１０９の被測定面１０９ａで反射する。

これら参照面１０８ａと被測定面１０９ａのそれぞれで反射されたレーザー光が、再び参照レンズ１０８を透過して平行光束となり、干渉計本体１００に入射する。この平行光束は、上記コリメータレンズ１０７により収束光束となり、上記１／４波長板１０６を透過する。このとき、レーザー光は円偏光から直線偏光となる。但しこの場合、この直線偏光は、上記レーザー光源１０１を射出したレーザー光とはその偏光方向が９０度異なる直線偏光となっている。

この収束光束の一部は、上記ハーフミラー１０５を透過し、ミラー１１４で反射してスクリーン１１５上に集光する。このスクリーン１１５の像がアライメントレンズ１１６、ミラー１１７、結像レンズ１１３からなるアライメント光学系を通してカメラ１１８により観察できる。これにより、上記参照レンズ１０８の傾きや、上記被測定物１０９の位置、傾きを調整することができる。

一方、上記ハーフミラー１０５を透過せずに反射した他の収束光束は、上記偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。ここで、この収束光束は、上記レーザー光源１０１を射出したレーザー光とはその偏光方向が９０度異なるので、上記偏光ビームスプリッタ１０４を透過して、干渉縞観察光学系に入射する。この干渉縞観察光学系に入射したレーザー光は、フォーカスレンズ１１０、ズームレンズ１１１、光路切り換えミラー１１２、及び上記結像レンズ１１３を通して上記カメラ１１８に入射し、該カメラ１１８の撮像面上に干渉縞を形成する。この干渉縞像を不図示のモニターで観察して干渉縞の様子を目視にて確認したり、不図示の解析装置により干渉縞を解析することにより、上記被測定物１０９の上記被測定面１０９ａの形状を測定できる。

ここで、モニターで観察される干渉縞像が小さい場合には、モータ１１９を駆動して上記ズームレンズ１１１のズーム比を変える（拡大する）ことにより、干渉縞像を拡大して上記被測定面１０９ａの形状測定を行う。
特開平７−１１３６０９号公報

図７に示す従来技術では、コリメータレンズ１０７とは別に、干渉縞観察光学系にズームレンズ１１１を配置することにより干渉縞像の拡大を可能としている。このため、干渉縞観察光学系の全長が長くなってしまう。

また、干渉縞像を拡大すると干渉縞像が暗くなるという問題点もある。これを図８（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。なお、これらの図は、この干渉計本体１００のズームレンズ１１１と結像レンズ１１３及びカメラ１１８の撮像面の関係を示す概念図であり、特に、（Ａ）はズームレンズ１１１のズーム比が低倍時の状態、（Ｂ）はズーム比が高倍時の状態を示している。即ち、図８（Ａ）に示すように、ズーム比が低倍時のズームレンズ１１１から射出されるレーザー光の直径（口径）をψとし、結像レンズ１１３から射出されるレーザー光の角度をθとすると、図８（Ｂ）に示すように、ズーム比が高倍時には、ズームレンズ１１１から射出されるレーザー光の口径はψ’（ψ’＞ψ）となり、結像レンズ１１３から射出されるレーザー光の角度はθ’（θ’＞θ）となる。そして、結像レンズ１１３から射出したレーザー光の内、カメラ１１８の撮像面に入射する光だけを観察している。従って、干渉縞像を拡大すると、カメラ１１８の撮像面に入射する光量が減少してしまい、干渉縞像が暗くなる。干渉縞像が暗くなると、被測定面の形状を正確に測定できない可能性がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、干渉縞観察光学系の全長を短くすることにより干渉計本体の小型化が可能であり、また、干渉縞像の大きさを変化させても干渉縞像が暗くならない干渉計を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様による干渉計は、
光源と、
該光源の光射出側光路に配置された光分岐素子と、
該光分岐素子により分岐された光路のうち、一方の光路中に配置されたコリメータ光学系と、
上記光源から上記光分岐素子に至る光路と交差する方向に配置された観察光学系と、
を備えた干渉計であって、
上記コリメータ光学系は、
複数のレンズ群で構成され、上記光源からの光を平行光束にして射出するものであって、
該複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群の位置を変化させる移動機構を備える、
ことを特徴とする。

本発明によれば、干渉縞観察光学系の全長を短くすることにより干渉計本体の小型化が可能であり、また、干渉縞像の大きさを変化させても干渉縞像が暗くならない干渉計を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態にかかる干渉計の概念図であり、同図に示すように、干渉計本体１には、レーザー光源２と、発散レンズ３と、ピンホール４と、偏光ビームスプリッタ５と、１／４波長板６と、コリメータ光学系７と、干渉縞観察光学系１１と、カメラ１４とが備えられている。

ここで、コリメータ光学系７は、レンズ群７Ｄ，７Ｃ，７Ｂ，７Ａで構成されている。また、上記干渉縞観察光学系１１は、絞り１２とフォーカスレンズ１３とから構成されている。絞り１２は、上記偏光ビームスプリッタ５を透過したレーザー光の集光点に配置されている。また、フォーカスレンズ１３は、上記光軸８方向に移動可能に構成されている。

また、この干渉計本体１には、アライメント光学系１５が設けられている。アライメント光学系１５は、スクリーン１６とアライメントレンズ１７とから構成されている。このアライメント光学系１５は、不図示の切り換え部によって、上記干渉縞観察光学系１１と入れ換え可能となっている。なお、入れ換えが行われるのは、上記偏光ビームスプリッタ５とカメラ１４の間である。

また、上記コリメータ光学系７は、固定配置された２つのレンズ群７Ａ，７Ｄと、上記光軸８方向にそれぞれ移動可能な２つのレンズ群７Ｂ，７Ｃとから構成されている。即ち、上記レンズ群７Ｂ及び７Ｃは、それぞれレンズ枠１８，１９内に固定されており、それらレンズ枠１８及び１９は、内周にカム溝が形成されたカム枠２０の内部に保持されている。よって、上記レンズ枠１８に取り付けたツマミ２１を移動させることにより、上記レンズ群７Ｂは光軸８方向に移動する。このとき、上記カム枠２０の内周のカム溝は、上記レンズ群７Ｂの位置に対して上記レンズ群７Ｃが所望の位置となるように形成されており、上記レンズ群７Ｂの移動に連動して、上記レンズ群７Ｃが光軸８方向に移動する構成となっている。また、上記カム枠２０には、上記ツマミ２１の移動範囲を規制するストッパー２２，２３が設けられている。

このような構成の干渉計本体１外には、上記コリメータ光学系７から射出された平行光束中に位置するように、平面用参照レンズ９と被測定物１０とが配置されている。平面用参照レンズ９と被測定物１０は、平面用参照レンズ９の参照平面９ａと被測定物１０の被測定面１０ａとが対面するように配置されている。

また、上記干渉計本体１には、モニター２４が接続されている。モニター２４は、上記カメラ１４により撮像される干渉縞像２５を表示するために用いられる。

次に、上記構成からなる本実施形態にかかる干渉計の作用を説明する。
レーザー光源２からは、直線偏光のレーザー光が射出される。この直線偏光のレーザー光は、発散レンズ３により一旦集光される。この集光位置には、ピンホール４が配置されている。よって、ピンホール４を通過する際、不要なレーザー光がここでカットされる。また、ピンホールから射出するレーザー光は、ピンホール４を中心とした発散レーザー光となる。この発散レーザー光は、偏光ビームスプリッタ５により反射される。反射された方向には、１／４波長板６が配置されている。よって、発散レーザー光は、１／４波長板６を通過したときに、直線偏光から円偏光に変換される。続いて、円偏光となった発散レーザー光は、コリメータ光学系７に入射する。コリメータ光学系７に入射した発散レーザー光は、ここで直径がφの平行光束に変換される。このようにして、レーザー光源２から射出されたレーザー光は、直径がφの平行光束となって該干渉計本体１から射出する。この干渉計本体１から射出したレーザー光は、平面用参照レンズ９に入射する。そして、その一部が参照平面９ａで反射されて参照光束となる。一方、残りのレーザー光は平面用参照レンズ９を透過し、被測定物１０の被測定面１０ａに入射する。被測定面１０ａに入射したレーザー光は、その一部が被測定面１０ａで反射され、測定光束となって平面用参照レンズ９に戻る。ここで、参照平面９ａで反射された参照光束を、単に参照光束とする。また、被測定面１０ａで反射して平面用参照レンズ９を透過した測定光束を、単に測定光束とする。

上記参照光束と上記測定光束は、それぞれコリメータ光学系７（レンズ群７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ）を透過し、収束レーザー光となる。そして、収束レーザー光（収束された参照光束と測定光束）は、上記１／４波長板６に入射する。ここで、収束レーザー光は円偏光から直線偏光となる。なお、収束レーザー光の偏光方向は、上記レーザー光源２から射出されたレーザー光の偏光方向とは９０°異なっている。１／４波長板６を透過した収束レーザー光は、偏光ビームスプリッタ５に入射する。この時、上記のように偏光方向が９０°異なるので、収束レーザー光は、該偏光ビームスプリッタ５を透過する。ここで、上記偏光ビームスプリッタ５を挟んで、上記コリメータ光学系７とは反対側には、干渉縞観察光学系１１が配置されている。よって、収束レーザ光は、干渉縞観察光学系１１の方向に進行することになる。なお、この干渉縞観察光学系１１は、上記コリメータ光学系７の光軸８上に配置されている。また、該干渉縞観察光学系１１の結像面には、像を撮像する撮像面を備えたカメラ１４が配置されている。

ここで、被測定面１０ａの形状を測定するときは、まず、干渉縞観察光学系１１をアライメント光学系１５に切り換える。これにより、参照光束と測定光束は、アライメント光学系１５のスクリーン１６上に集光する。このスクリーン１６の像がアライメントレンズ１７によりカメラ１４の撮像面上に結像され、モニター２４に映し出される。そこで、測定者は、このスクリーン１６の像を見ながら、平面用参照レンズ９の参照平面９ａと被測定物１０の被測定面１０ａとのアライメントを行う。具体的には、参照平面９ａによる輝点と被測定面１０ａによる輝点が一致するように、平面用参照レンズ９と被測定物１０との傾きや位置を調整する。

その後、アライメント光学系１５を干渉縞観察光学系１１に切り換える。このとき、参照光束と測定光束は、干渉縞観察光学系１１の絞り１２を通る。これにより、参照光束と測定光束に含まれる不要なノイズ光がカットされる。そして、絞り１２を通った参照光束と測定光束は、フォーカスレンズ１３を透過して、カメラ１４の撮像面上に干渉縞を形成する。このとき、フォーカスレンズ１３を光軸８方向に移動して、干渉縞像のピントが被測定面１０ａに合うように調整する。そして、モニター２４に映し出された干渉縞像２５を観察あるいは解析することにより、被測定物１０の被測定面１０ａの形状測定を行う。

ここで、図２（Ａ）に示すように、コリメータ光学系７から射出される平行光束の直径φ１に対して、被測定面１０ａが小さい場合には、モニター２４上の干渉縞像２５も小さくなってしまう。そこで、このような場合には、ツマミ２１を移動して、コリメータ光学系７のレンズ群７Ｂと７Ｃとを光軸８方向に移動（レンズ群７Ａ，７Ｄは固定）して、図２（Ｂ）に示すような配置とする。これにより、コリメータ光学系７から射出される平行光束の直径を、φ２（φ２＜φ１）にすることができる。その結果、モニター２４上での干渉縞像２５は大きくなる。更に必要であれば、ツマミ２１により、コリメータ光学系７のレンズ群７Ｂと７Ｃとを光軸８方向に更に移動（レンズ群７Ａ，７Ｄは固定）して、図２（Ｃ）に示すような配置とするればよい。これにより、コリメータ光学系７から射出される平行光束の直径を、φ３（φ３＜φ２）にすることができる。その結果、モニター２４上での干渉縞像２５を更に大きくすることができる。

ここで、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、レンズ群７Ｂ及び７Ｃを光軸８方向に移動すると、コリメータ光学系７から射出される平行光束の直径は、φ１→φ２→φ３というように変化する。そこで、本実施形態にかかる干渉計では、偏光ビームスプリッタ５に入射するレーザー光束の直径を変化させても、干渉縞観察光学系１１に入射するレーザー光の角度αは常に略一定であるように、コリメータ光学系７のレンズ群７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが構成されている。あるいは、偏光ビームスプリッタ５に入射するレーザー光束の直径を変化させても、干渉縞観察光学系１１に入射するレーザー光のＮＡ（開口数）が略一定となるように、コリメータ光学系７は構成されている。従って、偏光ビームスプリッタ５に入射するレーザー光束の直径を変化させても、カメラ１４の撮像面に入射するレーザー光の光量は変化しない。偏光ビームスプリッタ５に入射するレーザー光束の直径を変化させることは、干渉縞像２５の大きさを変化させることになる。よって、本実施形態にかかる干渉計では、例えば、干渉縞像２５の大きさを変化させても、カメラ１４の撮像面に入射するレーザー光の光量は変化しない。なお、図１では、干渉縞観察光学系１１に入射するレーザー光は、絞り１２の位置で集光している。よって、図１では、干渉縞観察光学系１１に入射するレーザー光の角度αとは、絞り１２に入射するレーザ光における角度になる。また、干渉縞観察光学系１１に入射するレーザー光のＮＡとは、絞り１２に入射するレーザ光におけるＮＡになる。

ところで、可干渉距離が長いレーザー光を用いた干渉計の場合、干渉計を構成する各光学素子の表面反射による干渉縞がノイズ縞となって現われることが多い。これを防ぐために、干渉計を構成する各光学素子の表面に、レーザー光の波長に対する反射防止処理を施すことが一般的に行われる。しかしながら、レーザー光の表面反射を完全に無くすことは困難である。この場合、コリメータ光学系を構成するレンズ群のうち、任意のレンズ面で光の反射が生じる。そうすると、この反射光が、正確な測定の妨げになることがある。図３に、一例を示す。図３において、Ｌｍ及びＬｓは、コリメータ光学系中のレンズ面である。なお、レンズ面Ｌｓは、レンズ面Ｌｍとは別のレンズ面である。ここで、レンズ面Ｌｍは曲率半径がＲｍで、曲率中心（あるいは、見かけの曲率中心）がＰｍである。また、レンズ面Ｌｓは曲率半径がＲｓで、曲率中心（あるいは、見かけの曲率中心）がＰｓである。なお、見かけの曲率中心とは、曲率中心を光学系を介して観察したときに見える像（曲率中心の像）のことである。図３では、曲率中心Ｐｍと曲率中心Ｐｓが、非常に接近している。このように両者が非常に接近した状態になるか、あるいは両者が一致するとノイズ縞が現われる。このノイズ縞は、モニター２４でも確認することができる。すると、本来観察したい被測定物の干渉縞に、ノイズ縞が重なってしまうことになる。その結果、被測定面の表面形状、あるいは透過波面を正確に測定できない恐れがある。

そこで、本実施形態にかかる干渉計では、カム枠２０に、ツマミ２１の移動範囲を制限するストッパー２２，２３を設けている。このようにすることで、コリメータ光学系７のレンズ群７Ｂ及び７Ｃを光軸８方向に移動しても、レンズ群７Ｂ及び７Ｃを構成するレンズの各面の曲率中心が、他の面の曲率中心と一致しないようにすることができる。つまり、これらストッパー２２と２３とで規制されている範囲の中では、レンズ群７Ｂ及び７Ｃを移動して干渉縞像２５の大きさを変化させても、レンズ群７Ｂ及び７Ｃを構成するレンズの各面の曲率中心Ｐｍは他の面の曲率中心Ｐｓとは一致しないようになっている。

本実施形態では、従来技術のようにコリメータ光学系とズームレンズを別々に設けることなく、コリメータ光学系に変倍機能を持たせている。そのため、本実施形態によれば、干渉縞観察光学系の短縮が可能となることから、干渉計本体の小型化が図れる。また、干渉縞像の大きさを変化させても、干渉縞観察光学系に入射するレーザー光の光量は変化しないので、干渉縞が暗くならない。更に、干渉縞像の大きさを変化させても、干渉計本体を構成するレンズの曲率中心が一致することがないので、不要なノイズ縞の発生を防ぐことができる。

なお本実施形態では、被測定面の表面形状を測定する干渉計として説明したが、被測定物の透過波面を測定する干渉計であっても良い。また、図２（Ａ）の状態から図２（Ｃ）の状態への変化は、干渉縞を拡大したことになる。一方、図２（Ｃ）の状態から図２（Ａ）の状態への変化は、干渉縞を縮小したことになる。よって、干渉縞の大きさを変化させるということは、拡大と縮小の２つが含まれる。ただし、本実施形態では、リメータ光学系７から射出される平行光束の直径φ１に対して、被測定面１０ａが小さい場合を想定している。すなわち、本実施形態では、干渉縞像を拡大させることを想定している。よって、本実施形態では、干渉縞像を拡大させても干渉縞観察光学系に入射するレーザー光の光量は変化しないので、干渉縞が暗くならない。更に、干渉縞像を拡大させても、干渉計本体を構成するレンズの曲率中心が一致することがないので、不要なノイズ縞の発生を防ぐことができる。

［実施例］
本発明の第１実施形態の干渉計に好適な実施例の一つとして、コリメータ光学系７のレンズデータの例を表１に示す。

表１において、面１〜面２，面３〜面４，面５〜面１０，面１１〜面１２が、それぞれレンズ群７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを構成するレンズである。面１３〜面１４は１／４波長板６であり、面１４〜面１５は偏光ビームスプリッタ５であり、面１７は絞り１２の位置を示している。なお、Ｒは各面の曲率半径（Infinityは平面）、Ｄは面間隔、ｎはレーザー光源２の波長６３３ｎｍにおける屈折率を示している。

表１に示す実施例では、レーザー光源２から射出されたレーザー光は、コリメータ光学系７から直径がφ６０．８ｍｍの平行光束として射出される。このときのコリメータ光学系７の配置図を図４（Ａ）に示す。

次に、表１に示すコリメータ光学系において、レンズ群７Ｂ及び７Ｃをそれぞれ光軸８方向に移動し、面２の面間隔：１２５．５３２ｍｍ、面４の面間隔：２２．７４１ｍｍ、面１０の面間隔：１６．７２７ｍｍ、とする。このとき、コリメータ光学系７から射出される平行光束の直径はφ３９．８ｍｍとなる。このときのコリメータ光学系７の配置図を図４（Ｂ）に示す。

更に、表１に示すコリメータ光学系において、レンズ群７Ｂ及び７Ｃをそれぞれ光軸８方向に移動し、面２の面間隔：８９．２９２ｍｍ、面４の面間隔：６７．２４６ｍｍ、面１０の面間隔：８．４６２ｍｍ、とする。このとき、コリメータ光学系７から射出される平行光束の直径はφ１５．２ｍｍとなる。このときのコリメータ光学系７の配置図を図４（Ｃ）に示す。

図４（Ａ）乃至（Ｃ）に示す何れの場合も、偏光ビームスプリッタ５を透過し干渉縞観察光学系１１の絞り１２に入射するレーザー光の角度αは一定であり、ＮＡ（開口数）＝約０．０６２４である。

また、コリメータ光学系７から射出される平行光束の口径はφ６０．８ｍｍからφ１５．２ｍｍまで変更が可能であり、干渉縞像の大きさを４倍まで拡大することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態にかかる干渉計の概念図であり、同図に示すように、干渉計本体３１には、レーザー光源３２と、ビームエキスパンダ３３と、ピンホール３４と、偏光ビームスプリッタ３５と、１／４波長板３６と、コリメータ光学系３７と、フォーカスレンズ４１と、カメラ４２とが備えられている。ここで、コリメータ光学系３７は、レンズ群３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄで構成されている。また、フォーカスレンズ４１は干渉縞観察光学系であって、上記コリメータ光学系３７の光軸３８方向に移動可能となっている。

なお図示しないが、該干渉計本体３１には、第１実施形態と同様に、干渉縞観察光学系と入れ換え可能なアライメント光学系か設けられている。

上記コリメータ光学系３７は、固定配置された２つのレンズ群３７Ａ，３７Ｄと、光軸３８方向にそれぞれ移動可能な２つのレンズ群３７Ｂ，３７Ｃとから構成されている。レンズ群３７Ｂ及び３７Ｃは、それぞれ該干渉計本体３１に設けた移動ステージ４３上に載置されている。そして、上記レンズ群３７Ｂは不図示のモータにより光軸３８方向に移動可能である。また、上記レンズ群３７Ｃも、不図示のモータによりレンズ群３７Ｂの移動と連動して所望の位置となるように、光軸３８方向に移動する構成となっている。また、上記移動ステージ４３には、上記レンズ群３７Ｂの移動範囲を規制する２つのリミットセンサー４４と、上記レンズ群３７Ｂが所定位置に来たことを検出する位置検出センサー４５とが設けられている。

このような構成の干渉計本体３１外には、上記コリメータ光学系３７から射出された平行光束中に位置するように、球面用参照レンズ３９と被測定物４０とが配置されている。そして、それら球面用参照レンズ３９と被測定物４０とは、上記球面用参照レンズ３９の参照球面３９ａと上記被測定物４０の被測定面４０ａとが対面するように配置されている。

また、上記干渉計本体３１には、モニター４６が接続されている。このモニター４６は、上記カメラ４２により撮像される干渉縞像４７を表示するために用いられる。

次に、上記構成からなる本実施形態にかかる干渉計の作用を説明する。
レーザー光源３２から射出された直線偏光のレーザー光は、ビームエキスパンダ３３により光束径が広げられ、直径（口径）がφ’の平行光束となる。ここで、ビームエキスパンダ３３内の集光位置には、ピンホール３４が配置されている。よって、ピンホール３４に入射したレーザ光のうち、不要なレーザー光がピンホール３４でカットされる。上記ビームエキスパンダ３３を透過したレーザー光は、偏光ビームスプリッタ３５により１／４波長板３６の方向に反射される。反射されたレーザー光は、その１／４波長板３６に入射する。ここで、レーザー光は直線偏光から円偏光に変換される。そして、この１／４波長板３６を透過したレーザー光は、コリメータ光学系３７を透過する。その際、コリメータ光学系３７によって直径がφの平行光束に変換され、この干渉計本体３１から射出する。この干渉計本体３１から射出したレーザー光は、上記球面用参照レンズ３９に入射し、その一部が参照球面３９ａで反射され参照光束となる。また入射したレーザー光のうち、残りのレーザー光は、該球面用参照レンズ３９を透過した後、被測定物４０の被測定面４０ａに入射する。そして、その一部が被測定面４０ａで反射され測定光束となり、該球面用参照レンズ３９に戻る。ここで、参照球面３９ａで反射した参照光束を、単に、参照光束とする。また、被測定面４０ａで反射し球面用参照レンズ３９を透過した測定光束を、単に、測定光束とする。

そして、参照光束と測定光束は、それぞれコリメータ光学系３７を透過する。そして、参照光束と測定光束は、直径がφ’の平行光束となり、１／４波長板３６に入射する。１／４波長板３６を通過することで、レーザー光は円偏光から直線偏光に変換される。但し、偏光方向は、レーザー光源３２から射出されたレーザー光の偏光方向とは９０°異なっている。１／４波長板３６を透過したレーザー光は、偏光ビームスプリッタ３５に入射する。この時、上記のように偏光方向が９０°異なるので、該偏光ビームスプリッタ３５を透過し、フォーカスレンズ４１の方向に進行する。フォーカスレンズ４１を透過した参照光束と測定光束は、カメラ４２の撮像面上に干渉縞を形成する。そしてモニター４６に映し出された干渉縞像４７を観察あるいは解析することにより、被測定物４０の被測定面４０ａの形状測定を行う。なお、この場合も、上記第１実施形態と同様にして、球面用参照レンズ３９の参照球面３９ａと被測定物４０の被測定面４０ａとのアライメントを行うことは言うまでもない。

ここで、図６（Ａ）に示すように、干渉計本体３１のコリメータ光学系３７から射出される平行光束の直径φ１に対して、被測定面４０ａが小さい場合（参照球面３９ａから射出される光束のＮＡに対して被測定面４０ａのＮＡが小さい場合）には、モニター４６上の干渉縞像４７も小さくなってしまう。そこで、このような場合には、不図示のモータを駆動してコリメータ光学系３７のレンズ群３７Ｂ及び３７Ｃを光軸３８方向に移動（レンズ群３７Ａ，３７Ｄは固定）して、図６（Ｂ）に示すような配置とすることにより、コリメータ光学系３７から射出される平行光束の直径をφ２（φ２＜φ１）にすることができる。これにより、モニター４６上での干渉縞像４７は大きくなる。更に必要であれば、不図示のモーターを駆動してコリメータ光学系３７のレンズ群３７Ｂ及び３７Ｃを更に光軸３８方向に移動（レンズ群３７Ａ，３７Ｄは固定）して、図６（Ｃ）に示すような配置とする。これにより、コリメータ光学系３７から射出される平行光束の直径をφ３（φ３＜φ２）にすることができる。その結果、モニター４６上での干渉縞像４７は更に大きくなる。

ここで、レンズ群３７Ｂ及び３７Ｃを光軸３８方向に移動し、コリメータ光学系３７から射出される平行光束の口径を変化させても、偏光ビームスプリッタ３５を透過してフォーカスレンズ４１に入射するレーザー光の光束径φ’は、常に略一定であるようにコリメータ光学系３７のレンズ群３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄは構成されている。従って、干渉縞像４７の大きさを変化させても、フォーカスレンズ４１によりカメラ４２の撮像面に入射するレーザー光の光量は変化しない。なお、図６（Ａ）乃至（Ｃ）では、コリメータ光学系３７から射出される平行光束の口径を、φ１→φ２→φ３というように変化させている。この場合、干渉縞像４７は拡大されていることになる。よって、本実施形態では、干渉縞像を拡大させても、フォーカスレンズ４１に入射するレーザー光の光束径φ’は、常に略一定である。その結果、カメラ４２の撮像面に入射するレーザー光の光量は変化しないので、干渉縞が暗くならない。

また、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、移動ステージ４３に、レンズ群３７Ｂの移動範囲を制限する２つのリミットセンサー４４を設けている。よって、コリメータ光学系３７のレンズ群３７Ｂ及び３７Ｃを光軸３８方向に移動しても、レンズ群３７Ｂ及び３７Ｃを構成するレンズの各面の曲率中心が他の面の曲率中心と一致しない。つまり、２つのリミットセンサー４４で規制されている範囲の中では、レンズ群３７Ｂ及び３７Ｃを移動して、干渉縞像４７の大きさを変化させても、レンズ群３７Ｂと３７Ｃを構成するレンズの各面の曲率中心は他の面の曲率中心とは一致しないようになっている。よって、本実施形態では、干渉縞像を拡大させても、不要なノイズ縞の発生を防ぐことができる。

なお、干渉縞像のズーム比を大きくしたい場合には、レンズ群３７Ｂあるいは３７Ｃの移動範囲を大きくする必要がある。この場合、移動範囲内においてレンズ面同士の曲率中心が一致することを避けられない場合もある。このような場合には、曲率中心が一致するレンズ群３７Ｂあるいは３７Ｃの位置に位置検出センサー４５を設置しておく。そして、レンズ群３７Ｂを移動して停止させた位置において、位置検出センサー４５が作動した場合には、不図示のモータを駆動して位置検出センサー４５が作動しない位置までレンズ群３７Ｂを移動させる。つまり、レンズ群３７Ｂあるいは３７Ｃの移動範囲内において、曲率中心が一致する場所だけレンズ群を停止しないようにモータを制御する。

本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果に加えて、曲率中心が一致する場所だけレンズ群を停止しないように制御を行うので、より大きなズーム比を得ることができると共に、ノイズ縞の発生を防ぐことができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

（付記）
上記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 光源と、
該光源の光射出側光路に配置された光分岐素子と、
該光分岐素子により分岐された光路のうち、一方の光路中に配置されたコリメータ光学系と、
上記光源から上記光分岐素子に至る光路と交差する方向に配置された観察光学系と、
を備えた干渉計であって、
上記コリメータ光学系は、
複数のレンズ群で構成され、上記光源からの光を平行光束にして射出するものであって、
該複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群の位置を変化させる移動機構を備える、
ことを特徴とする干渉計。

（対応する実施形態）
この（１）に記載の干渉計に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。ここで、上記光源は、第１実施形態ではレーザー光源２に対応し、第２実施形態ではレーザー光源３２に対応する。上記光分岐素子は、第１実施形態では偏光ビームスプリッタ５に対応し、第２実施形態では偏光ビームスプリッタ３５に対応する。上記コリメータ光学系は、第１実施形態ではコリメータ光学系７に対応し、第２実施形態ではコリメータ光学系３７に対応する。上記観察光学系は第１実施形態では干渉縞観察光学系１１に対応し、第２実施形態ではフォーカスレンズ４１に対応する。上記移動機構は、第１実施形態ではレンズ枠１８，１９，カム枠２０，及びツマミ２１に対応し、第２実施形態では移動ステージ４３及び不図示モータに対応する。なお、各構成要素は、同様の機能を実現するものであれば、それら実施形態における対応物以外のものであっても構わないことは勿論である。

（作用効果）
この（１）に記載の干渉計によれば、コリメータ光学系を構成する複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群の位置を変化させることにより、干渉縞観察光学系にズームレンズを用いなくとも干渉縞像の大きさを変化（拡大あるいは縮小）させることが可能である。従って、干渉縞観察光学系の全長を短くすることが可能であり、干渉計本体の小型化が図れる。

（２） 上記移動機構は、上記コリメータ光学系の上記観察光学系側における開口数が常に略一定となるように、上記少なくとも１つのレンズ群を移動させることを特徴とする（１）に記載の干渉計。

（対応する実施形態）
この（２）に記載の干渉計に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（２）に記載の干渉計によれば、干渉縞観察光学系側における開口数が常に略一定であることから、干渉縞像の大きさを変化させても干渉縞像が暗くならない。

（３） 上記移動機構は、上記コリメータ光学系の上記観察光学系側における光束径が常に略一定となるように、上記少なくとも１つのレンズ群を移動させることを特徴とする（１）に記載の干渉計。

（対応する実施形態）
この（３）に記載の干渉計に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（３）に記載の干渉計によれば、干渉縞観察光学系側における光束径が常に略一定であることから、干渉縞像の大きさを変化させても干渉縞像が暗くならない。

（４） 上記移動機構は、上記少なくとも１つのレンズ群を光軸に沿って移動させることを特徴とする（１）に記載の干渉計。

（対応する実施形態）
この（４）に記載の干渉計に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（４）に記載の干渉計によれば、コリメータ光学系を構成する複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群の位置を、移動機構により光軸方向に沿って移動させることにより、干渉縞像の大きさを変化させることが可能である。

（５） 上記コリメータ光学系は、上記移動機構による上記少なくとも１つのレンズ群の移動量を規制する規制部材を更に備えることを特徴とする（４）に記載の干渉計。

（対応する実施形態）
この（５）に記載の干渉計に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。ここで、上記規制部材は、第１実施形態ではストッパー２２，２３に対応し、第２実施形態ではリミットセンサー４４及び位置検出センサー４５に対応する。勿論、同様の機能を実現するものであれば、それら実施形態における対応物以外のものであっても構わない。

（作用効果）
この（５）に記載の干渉計によれば、コリメータ光学系を構成する複数のレンズ群のうち、少なくとも一部のレンズを光軸方向に移動させるとき、レンズの面の曲率中心が他の面の曲率中心と一致するような位置まで移動しないよう規制するので、不要なノイズ縞の発生を防ぐことができる。

（６） 上記コリメータ光学系を構成するレンズ面の各々の曲率中心位置が常に異なるように、上記規制部材の位置が設定されていることを特徴とする（５）に記載の干渉計。

（対応する実施形態）
この（６）に記載の干渉計に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（６）に記載の干渉計によれば、コリメータ光学系を構成する複数のレンズ群のうち、少なくとも一部のレンズを光軸方向に移動しても、レンズの面の曲率中心が他の面の曲率中心と一致する位置だけは回避するように規制部材の位置が設定されているので、不要なノイズ縞の発生を防ぐことができる。

本発明の第１実施形態にかかる干渉計の概念図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ第１実施形態にかかる干渉計のコリメータ光学系に関する要部の構成と干渉縞像の大きさとの関係を示す概念図である。 モニター全面にノイズ縞が現われる際のコリメータ光学系の状態を説明するための図である。 （Ａ）は表１に示すコリメータ光学系の配置を示す図、（Ｂ）は表１に示すコリメータ光学系において面２の面間隔：１２５．５３２ｍｍ、面４の面間隔：２２．７４１ｍｍ、面１０の面間隔：１６．７２７ｍｍとしたときのコリメータ光学系の配置を示す図であり、（Ｃ）は表１に示すコリメータ光学系において面２の面間隔：８９．２９２ｍｍ、面４の面間隔：６７．２４６ｍｍ、面１０の面間隔：８．４６２ｍｍとしたときのコリメータ光学系の配置を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる干渉計の概念図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ第２実施形態にかかる干渉計のコリメータ光学系に関する要部の構成と干渉縞像の大きさとの関係を示す概念図である。 従来のフィゾー型干渉計の構成を示す図である。 図７の干渉計におけるズームレンズと結像レンズ及びカメラの撮像面の関係を示す概念図であり、特に、（Ａ）はズームレンズのズーム比が低倍時の状態を示し、（Ｂ）はズーム比が高倍時の状態を示している。

符号の説明

１，３１…干渉計本体、 ２，３２…レーザー光源、 ３…発散レンズ、 ４，３４…ピンホール、 ５，３５…偏光ビームスプリッタ、 ６，３６…１／４波長板、 ７，３７…コリメータ光学系、 ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ…レンズ群、 ８，３８…光軸、 ９…平面用参照レンズ、 ９ａ…参照平面、 １０，４０…被測定物、 １０ａ，４０ａ…被測定面、 １１…干渉縞観察光学系、 １２…絞り、 １３，４１…フォーカスレンズ、 １４，４２…カメラ、 １５…アライメント光学系、 １６…スクリーン、 １７…アライメントレンズ、 １８，１９…レンズ枠、 ２０…カム枠、 ２１…ツマミ、 ２２，２３…ストッパー、 ２４，４６…モニター、 ２５，４７…干渉縞像、 ３３…ビームエキスパンダ、 ３９…球面用参照レンズ、 ３９ａ…参照球面、 ４３…移動ステージ、 ４４…リミットセンサー、 ４５…位置検出センサー。

Claims (6)

1. 光源と、
   該光源の光射出側光路に配置された光分岐素子と、
   該光分岐素子により分岐された光路のうち、一方の光路中に配置されたコリメータ光学系と、
   前記光源から前記光分岐素子に至る光路と交差する方向に配置された観察光学系と、
   を備えた干渉計であって、
   前記コリメータ光学系は、
   複数のレンズ群で構成され、前記光源からの光を平行光束にして射出するものであって、
   該複数のレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群の位置を変化させる移動機構を備える、
   ことを特徴とする干渉計。
2. 前記移動機構は、前記コリメータ光学系の前記観察光学系側における開口数が常に略一定となるように、前記少なくとも１つのレンズ群を移動させることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
3. 前記移動機構は、前記コリメータ光学系の前記観察光学系側における光束径が常に略一定となるように、前記少なくとも１つのレンズ群を移動させることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
4. 前記移動機構は、前記少なくとも１つのレンズ群を光軸に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
5. 前記コリメータ光学系は、前記移動機構による前記少なくとも１つのレンズ群の移動量を規制する規制部材を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の干渉計。
6. 前記コリメータ光学系を構成するレンズ面の各々の曲率中心位置が常に異なるように、前記規制部材の位置が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の干渉計。

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