JP2007327904A - 反射率測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輪帯状光束を形成する輪帯状光束形成部の加工の容易さを維持しつつ、測定値の波長ずれを抑えて高精度の測定を行うことができる反射率測定装置を提供すること。
【解決手段】本実施形態に係る反射率測定装置１は、光源２及び光源２から射出された光を輪帯状光束にするための輪帯状光束形成部３を有する輪帯状光束発光部５と、輪帯状光束を被検レンズの表面（測定面）６に照射し、表面６からの反射光を分光して表面６の反射率を測定する装置本体７と、輪帯状光束発光部５と装置本体７との間に配設されて、対物レンズ１７の入射瞳位置１７ａに対する共役位置ＣＰにおける輪帯状光束の輪帯像８を輪帯開口絞り１２よりも縮小する可変光学系（光学系）１０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射率測定装置に関する。

一般にレンズ等の光学素子においては、その透過率を向上させるために表面にコーティング（光学薄膜）が設けられている。このコーティングが確実になされているか否かを検査するために、コーティングの反射率を測定する装置が各種提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、上記特許文献１に記載の反射率測定装置を用いて測定面が微小な光学素子の表面の反射率を測定する際、対物レンズとして高倍率のものを使用した場合には、開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）が大きくなる。ＮＡが大きくなると、測定面への照明光の斜入射に起因してコーティング中を伝播する照明光の光路長が長くなって、位相の遅れが生ずることから、図６に示すように、照明光の斜入射特性によって、反射率測定装置の分光器で受光される測定面からの反射光の分光曲線全体が、波長方向にずれた状態で測定されてしまう。この際、対物レンズの倍率を変更してＮＡが小さい対物レンズを使用した場合には、焦点距離が変化して観察倍率が変わってしまう。そこで、対物レンズの倍率を変更することなく、波長ずれが分光器の波長測定分解能を下回るように、輪帯開口絞りの輪帯開口径を小さくすることにより、対物レンズに入射させる照明光の入射光束径を小さくすることが行われている。
特公平６−２７７０６号公報

上記従来の反射率測定装置では、入射光束径を小さくするために輪帯開口絞りの輪帯開口径を小さくしなければならず、輪帯開口径が微小になるにつれて加工性、製造コストの両面から輪帯開口絞りの製造が困難となり、容易に高精度の計測を行うことが難しい。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、輪帯開口絞りの輪帯開口径を小さくする必要がなく、対物レンズに入射する輪帯状光束を形成する輪帯状光束形成部の加工の容易さを維持しつつ、対物レンズのＮＡが大きいものでも分光器における測定面からの反射光の波長ずれを抑えて、容易に高精度の測定を行うことができる反射率測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る反射率測定装置は、光源及び該光源から射出された光を輪帯状光束にするための輪帯開口絞りが配された輪帯状光束形成部を有する輪帯状光束発光部と、前記輪帯状光束が通過する第一絞り、前記第一絞りを通過した前記輪帯状形成部の輪帯像を測定面に結像させる対物レンズ、及び前記測定面からの反射像が通過する第二絞りを有し、前記第二絞りを通過した光束を分光して前記測定面の反射率を測定する装置本体とを備える反射率測定装置であって、前記対物レンズの入射瞳位置に対する共役位置における前記輪帯状光束の輪帯像の大きさを前記輪帯開口絞りの輪帯開口径の大きさよりも縮小させる光学系が、前記輪帯状光束発光部と前記装置本体との間に配設されていることを特徴とする。

この発明は、光学系を調整することによって、輪帯状光束形成部の大きさや対物レンズの倍率を変えなくても、測定面に入射する輪帯状光束の開口数（ＮＡ）を所望の大きさに縮小させることができる。

また、本発明に係る反射率測定装置は、前記反射率測定装置であって、前記光学系が、少なくとも一つのレンズと、前記輪帯状光束発光部と前記装置本体との間で前記レンズと前記輪帯状光束発光部との距離を光軸に沿って変動させる駆動部とを備え、前記輪帯状光束形成部が、前記レンズの前側焦点の位置よりも前記光源側に配され、前記対物レンズの前記入射瞳に対する共役位置が、前記レンズの後側焦点の位置よりも前記装置本体側に配されていることを特徴とする。

この発明は、輪帯状光束発光部とレンズとの距離を駆動部により変動させることによって、対物レンズの入射瞳位置に対する共役位置における輪帯像の大きさを所望の大きさに縮小させることができる。

また、本発明に係る反射率測定装置は、前記反射率測定装置であって、前記光学系を内部に収納するとともに前記輪帯状光束発光部と前記装置本体とを離間した状態で互いに接続する枠体を備えていることを特徴とする。

この発明は、枠体内で光学系を安定して移動させることができる。また、枠体によって輪帯状光束発光部と装置本体とを所定の距離に離間させることによって、輪帯状光束発光部から装置本体への熱伝導を小さくすることができる。

また、本発明に係る反射率測定装置は、前記反射率測定装置であって、前記輪帯状光束形成部が、前記光源から射出された光を一端から入射して他端に導光する透明棒状部を複数備え、これら透明棒状部の他端が輪帯面状に並んで配されていることを特徴とする。

この発明は、光源から照射された光を透明棒状部に導光させることにより、透明棒状部の他端から輪帯状光束を照射することができる。この際、透明棒状部の配列や本数によって、輪帯状光束の大きさを変えることができる。また、透明棒状部によって光源と装置本体とを所定の距離に離間させることができ、光源から装置本体への熱伝導を小さくすることができる。

本発明によれば、輪帯状光束を形成する輪帯状光束形成部の加工の容易さを維持しつつ、斜入射特性による測定値の波長ずれを抑えて高精度の測定を行うことができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る反射率測定装置１は、図１に示すように、光源２及び光源２から射出された光を輪帯状の光束（以下、輪帯状光束という）にして出射するための輪帯状光束形成部３を有する輪帯状光束発光部５と、輪帯状光束を後述する対物レンズ１７により集光して被検レンズの表面（測定面）６に照射し、表面６からの反射光を分光して表面６の反射率を測定する装置本体７と、輪帯状光束発光部５と装置本体７との間に配設されて、対物レンズ１７の入射瞳位置１７ａに対する共役位置ＣＰにおける輪帯状光束の輪帯像８の大きさを後述する輪帯開口絞り１２の輪帯開口径の大きさよりも縮小させる可変光学系（光学系）１０とを備えている。

光源２は、例えば、ハロゲンランプとしている。輪帯状光束形成部３は、光源２の前方に配された照明レンズ１１と、照明レンズ１１の前方に配された輪帯開口絞り１２とを備えている。輪帯開口絞り１２の輪帯開口１２Ａは、その径が所定の大きさとなっている。輪帯状光束形成部３は、後述する調光レンズ２５Ａの前側焦点の位置ＦＦよりも光源２側に配されている。

装置本体７は、輪帯状光束発光部５からの輪帯状光束が通過する第一絞り１３と、第一絞りを通過した輪帯状光束形成部３の輪帯像（輪帯状光束）８を平行光束に変換するコリメータレンズ１５と、光路を変更する第一ビームスプリッタ１６と、輪帯像８を被検レンズの表面６に結像させる対物レンズ１７と、表面６からの反射光を二つの光路に分ける第二ビームスプリッタ１８と、第二ビームスプリッタ１８の透過光路上に配された結像レンズ２０と、結像レンズ２０によって結像された反射光が通過する第二絞り２１と、第二絞り２１を通過した光が入射する分光器２２と、コントローラ２２ｃと、第二ビームスプリッタ１８の反射光路上に配された観察光学系２３とを備えている。

分光器２２は、入射した光束を分光する回折格子２２ａと、回折格子２２ａによって分光された分光スペクトルを受光して波長毎に電気信号に変換するラインセンサ２２ｂとを備えている。コントローラ２２ｃは、ラインセンサ２２ｂが接続された第一メモリＭ１、第二メモリＭ２、第三メモリＭ３と、各メモリＭ１，Ｍ２，Ｍ３がさらに接続されて反射率を計算する演算装置２２ｄとを備えている。観察光学系２３は、対物レンズ１７による被検レンズの表面６に結像された輪帯像８の拡大像を観察して、表面６のどの位置に照明光が照射されて反射率の測定がなされているかを確認できるようになっている。

可変光学系１０は、少なくとも一つの調光レンズ（レンズ）２５Ａから形成される調光部２５と、輪帯状光束発光部５と装置本体７との間で調光レンズ２５Ａと輪帯状光束発光部５との距離を光軸Ｃに沿って変動させるように、調光部２５を光軸Ｃ方向に移動する駆動部２６とを備えている。ただし、対物レンズ１７の入射瞳位置１７ａに対する共役位置ＣＰが、調光レンズ２５Ａの後側焦点の位置ＢＦよりも装置本体７側に配されるようになっている。駆動部２６は、ボールネジ部２７と、調光部２５に接続されてボールネジ部２７と螺合するナット部２８と、ボールネジ部２７を回転自在に支持する一対の第一軸受３０Ａ及び第二軸受３０Ｂと、ボールネジ部２７を回転操作して調光部２５を光軸Ｃ方向に移動するための操作つまみ３１とを備えている。

調光部２５は、輪帯状光束発光部５と装置本体７とを所定の間隔で離間した状態で互いに接続する円筒状の投光管（枠体）３２内に移動自在に収納されている。そして、調光レンズ２５Ａの前側焦点位置となる投光管３２の一端３２Ａ近傍の位置に輪帯開口絞り１２が配されるようになっている。

次に、本実施形態に係る反射率測定装置１の作用について説明する。
まず、波長ずれが分光器２２の波長測定分解能以下になるように、輪帯状光束発光部５に対して調光部２５を所定の距離の位置に配置し、照明光を光源２から照射する。
光源２から照射された照明光は、照明レンズ１１によって集光されて輪帯開口絞り１２の輪帯開口１２Ａを透過する。これによって、輪帯状光束が形成される。

輪帯状光束は、調光部２５の調光レンズ２５Ａを透過することにより、図２に示すように、その焦点位置となる投光管３２の他端３２Ｂ近傍に輪帯像８として結像される。なお、例えば、図２の左側に示すような輪帯像８の大きさを、図２の右側に示すような輪帯像３３の大きさに小さく変える場合には、操作つまみ３１を回転操作してボールネジ部２７を回転させて、調光部２５を光軸Ｃに沿って装置本体７側に移動する。これによって、結像する輪帯像８の大きさを自在に変化させる。

装置本体７に投光された輪帯状光束は、第一絞り１３を通過する。そして、第一絞り１３を通過した発散光束は、コリメータレンズ１５によって平行光束に変換されて第一ビームスプリッタ１６に入射する。第一ビームスプリッタ１６にて反射した輪帯状光束は、反射光路上を対物レンズ１７の方向に向かい、対物レンズ１７によって被検レンズの表面６に結像する。

被検レンズの表面６からの反射光束は、反射光路上をそのまま逆向きに進んで第一ビームスプリッタ１６を透過して、第二ビームスプリッタ１８に向かう。第二ビームスプリッタ１８を透過した光束は、結像レンズ２０によって集光され、第二絞り２１を通過して分光器２２に入射する。分光器２２に入射した光束は、回折格子２２ａによって分光され、分光された分光スペクトルは、ラインセンサ２２ｂによって波長毎に電気信号に変換される。電気信号に変換された波長毎の出力は、コントローラ２２ｃ内の第三メモリＭ３に記憶される。そして、コントローラ２２ｃによって反射率が算出される。

この反射率測定装置１によって被検レンズの表面６の反射率を算出する場合には、まず、対物レンズ１７の集光位置に何も置かずに照明光を一定時間Ｔにて照射する。そして時間Ｔ内における分光器２２のラインセンサ２２ｂにおける出力をコントローラ２２ｃ内の第一メモリＭ１に記憶させる。次に、被検レンズの表面６とは異なる図示しない参照面を対物レンズ１７の集光位置に配置して、上記と同様に一定時間Ｔ内における分光器２２のラインセンサ２２ｂにおける出力を、コントローラ２２ｃ内の第二メモリＭ２に記憶させる。そして、参照面の代りに被検レンズの表面６を対物レンズ１７の集光位置に配置して、一定時間Ｔ内の分光器２２のラインセンサ２２ｂにおける出力をさらにコントローラ２２ｃ内の第三メモリＭ３に記憶させる。これら３つのメモリにおける各記憶値をコントローラ２２ｃ内の演算装置２２ｄに送り、演算装置２２ｄによって第二メモリＭ２及び第三メモリＭ３の記憶値からそれぞれ第一メモリＭ１の記憶値を差し引いた後、所定のプログラムに従い表面６の反射特性を算出する。そして、算出結果を不図示の表示装置に表示する。

この反射率測定装置１によれば、可変光学系１０の調光部２５と輪帯状光束発光部５との相対距離を駆動部２６によって変動することによって、対物レンズ１７の入射瞳位置１７ａに対する共役位置ＣＰにおける輪帯像８の大きさを所望の大きさに変動させることができる。即ち、輪帯開口絞り１２の輪帯開口１２Ａそのものの大きさや対物レンズ１７の倍率を変えなくても、対物レンズ１７に入射する輪帯状光束を所望の大きさに変化させることができ、輪帯開口絞り１２の加工の容易さを維持しつつ、被検レンズの表面６の反射率の測定値の波長ずれを抑えて容易に高精度の測定を行うことができる。

また、投光管３２が設けられているので、投光管３２内で調光部２５を安定して移動させることができる。また、投光管３２によって輪帯状光束発光部５と装置本体７とを所定の距離に離間させることができ、輪帯状光束発光部５から装置本体７への熱伝導を小さくすることができる。

次に、第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第２の実施形態に係る反射率測定装置３５の輪帯状光束発光部３６の輪帯状光束形成部３７が、第１の実施形態に係る輪帯開口絞り１２の代わりに、光源２から照射された光を一端３８Ａから入射して他端３８Ｂに導光する光ファイバ（透明棒状部）３８を複数備え、光ファイバ３８の他端３８Ｂが所定の大きさとなるように輪帯面状に並んで配されているとした点である。なお、本実施形態では、反射率測定装置３５には投光管３２が設けられておらず、調光レンズ２５Ａが取り付けられた調光部２５は図示しない支持体によって支持されている。

この反射率測定装置３５の作用について説明する。
光源２から照射された照明光は、光ファイバ３８のそれぞれの一端３８Ａから入射して内部を反射しながら他端３８Ｂに導光される。照明光は、輪帯面状に並んだ他端３８Ｂから輪帯状光束として射出される。その後は、第１の実施形態と同様の作用となる。

この反射率測定装置３５によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。特に、光源２から照射された光を光ファイバ３８に導光させることにより、光ファイバ３８の他端３８Ｂから輪帯状光束を照射することができる。この際、光ファイバ３８の配列や本数、光ファイバ３８の径によって、輪帯状光束の大きさを変えることができる。また、光ファイバ３８によって光源２と装置本体７とを所定の距離に離間させることができ、光源２から装置本体７への熱伝導を小さくすることができる。従って、投光管３２を不要にすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１の実施形態では、反射率測定装置１が可変光学系１０を備えているとしているが、調光レンズ２５Ａの光源２及び装置本体７に対する位置が、予め所定の位置に配された状態の光学系、又は、前側焦点の位置及び後側焦点の位置が予め所定の位置に調整された調光レンズが配された光学系を代わりに備えていてもよい。このような反射率測定装置であっても、対物レンズ１７に入射する輪帯状光束を所望の大きさに縮小させることができ、輪帯開口絞り１２の加工の容易さを維持しつつ、被検レンズの表面６からの反射光の輪帯状光束の波長ずれを抑えて容易に高精度の測定を行うことができる。

また、例えば、第１の実施形態に係る反射率測定装置１に対して、図４に示すように、放熱フィン４０が外周側表面に設けられた投光管４１を備える反射率測定装置４２としてもよい。また、図５に示すように、輪帯形状の断熱部材からなる鏡枠４３が輪帯状光束発光部５側に配された投光管４５を備える反射率測定装置４６としてもよい。

図４に示す反射率測定装置４２の場合には、光源２からの熱を放熱フィン４０によって放熱させることができる。また、図５に示す反射率測定装置４６の場合には、光源２からの熱を鏡枠４３にて断熱することができる。従って、何れの場合も装置本体７内に配された光学素子、或いは、光学素子を保持する各保持部材の熱膨張等により発生しやすい寸法変化に起因する測定への影響を抑えることができ、かつ、回転つまみ３１への熱伝導を抑えて作業者の安全を確保することができる。

また、第２の実施形態では、光ファイバ３８の一端３８Ａと他端３８Ｂとの間が結束されたものとしているが、固形棒状に結束されたものであっても、可撓性を有する柔軟な棒状のものであってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る反射率測定装置を示す概要構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る反射率測定装置を示す要部概要構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る反射率測定装置を示す概要構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る反射率測定装置の変形例を示す概要構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る反射率測定装置の変形例を示す概要構成図である。 反射ずれと対物レンズ開口数（ＮＡ）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１，２５，４２，４６ 反射率測定装置
２ 光源
３，３７ 輪帯状光束形成部
５，３６ 輪帯状光束発光部
６ 被検レンズの表面（測定面）
７ 装置本体
８，３３ 輪帯像（輪帯状光束）
１０ 可変光学系（光学系）
１２ 輪帯開口絞り
１３ 第一絞り
１７ 対物レンズ
１７ａ 入射瞳位置
２１ 第二絞り
２５ 調光部
２５Ａ 調光レンズ（レンズ）
２６ 駆動部
３２，４１，４５ 投光管（枠体）
３８ 光ファイバ（透明棒状部）
３８Ａ 一端
３８Ｂ 他端
ＢＦ 後側焦点
ＣＰ 共役位置
ＦＦ 前側焦点

Claims (4)

1. 光源及び該光源から射出された光を輪帯状光束にするための輪帯開口絞りが配された輪帯状光束形成部を有する輪帯状光束発光部と、
   前記輪帯状光束が通過する第一絞り、前記第一絞りを通過した前記輪帯状形成部の輪帯像を測定面に結像させる対物レンズ、及び前記測定面からの反射像が通過する第二絞りを有し、前記第二絞りを通過した光束を分光して前記測定面の反射率を測定する装置本体とを備える反射率測定装置であって、
   前記対物レンズの入射瞳位置に対する共役位置における前記輪帯状光束の輪帯像の大きさを前記輪帯開口絞りの輪帯開口径の大きさよりも縮小させる光学系が、前記輪帯状光束発光部と前記装置本体との間に配設されていることを特徴とする反射率測定装置。
2. 前記光学系が、少なくとも一つのレンズと、
   前記輪帯状光束発光部と前記装置本体との間で前記レンズと前記輪帯状光束発光部との距離を光軸に沿って変動させる駆動部とを備え、
   前記輪帯状光束形成部が、前記レンズの前側焦点の位置よりも前記光源側に配され、
   前記対物レンズの前記入射瞳位置に対する共役位置が、前記レンズの後側焦点の位置よりも前記装置本体側に配されていることを特徴とする請求項１に記載の反射率測定装置。
3. 前記光学系を内部に収納するとともに前記輪帯状光束発光部と前記装置本体とを離間した状態で互いに接続する枠体を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射率測定装置。
4. 前記輪帯状光束形成部が、前記光源から射出された光を一端から入射して他端に導光する透明棒状部を複数備え、
   これら透明棒状部の他端が輪帯面状に並んで配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射率測定装置。
   

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