JP2010223775A

JP2010223775A - 干渉計

Info

Publication number: JP2010223775A
Application number: JP2009071699A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Shimabukuro; 敦史島袋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】使用する光学素子の数を抑えた干渉計を提供する。
【解決手段】所定の光軸Ｃ２上に光束Ｌ１を出射する光源２と、光軸上に配置される参照面３と、光軸上に配置される被検面Ｗ１と、参照面と被検面とで反射された光束により光軸に対する被検面と参照面の傾きを検出するアライメント観察手段５と、被検面と参照面とで反射された光束を干渉させた干渉光束Ｌ４の干渉縞の像を観察する干渉縞観察手段４と、光源と参照面との間の光軸上に配置され、干渉光束をビームスプリッタ面６ａで反射するビームスプリッタ６と、ビームスプリッタを移動させることで、反射された干渉光束の光路をアライメント観察手段の光軸Ｃ３又は干渉縞観察手段の光軸Ｃ４のいずれか一方に向かうように切替える光路切替え手段７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉計に関する。

この種の干渉計としては、アライメント用撮像部（アライメント観察手段）と干渉縞撮像部（干渉縞観察手段）のそれぞれに光束を導くために、ビームスプリッタを複数配置しているものが知られている。
例えば、その一つの例として、例えば特許文献１に示された光波干渉測定装置の概略構成図を図３に示す。
図３に示す光波干渉測定装置１００は、５軸調整ステージ１７３上に載置保持された被検体１０４が有する被測定放物面（被検面）１４１の形状を測定するものであり、照射部１０１、参照基準板１０２、球面波生成手段１０３、撮像部１０５、及び画像解析制御部１０６を備えている。

照射部１０１は、光源部１１０からの出力光束を照明用平行光束に変換するとともに、照明用平行光束を被測定放物面１４１の光軸Ｃ１に沿って被測定放物面１４１に照射するものである。この照射部１０１は、コリメータレンズ１１２、ビーム径拡大用の収束レンズ１１３、ビームスプリッタ１１４、およびコリメータレンズ１１５を備えている。
光源部１１０は、測定用光束を出力する第１光源１１０ａと、測定用光束とは波長帯域が異なるアライメント用光束を出力する第２光源１１０ｂと、全反射ミラー１１１（反射面は図中の第２光源１１０ｂ側の面）とを有している。そして、光源部１１０は、測定用光束およびアライメント用光束を同一の光路上に択一的に出力し得るようになっている。

参照基準板１０２は、照射部１０１（コリメータレンズ１１５）から出力された照明用平行光束の光路上に配置されており、照明用平行光束の一部を透過するとともにその余を参照光束として反射する参照基準面１０２ａを有している。
球面波生成手段１０３は、５軸調整ステージ１７２上に載置保持され、被測定放物面１４１の焦点位置に被測定放物面１４１と対向するように配置されるピンホールミラー１３１と、ピンホールミラー１３１を保持する平行平板１３２とを備えている。そして、被測定放物面１４１に照射された照明用平行光束のうち被測定放物面１４１で反射され、その焦点位置に集光する光束の一部を、波面整形された球面波に変換して反射し被測定放物面１４１に向けて出力するように構成されている。

測定用光束が照射部１０１から出力された場合、ピンホールミラー１３１から被測定放物面１４１に向けて出力された球面波は、被測定放物面１４１において被測定放物面１４１の形状情報を担持した、略平行光からなる被検光束（測定光束）として反射される。そして被検光束は、球面波生成手段１０３を介して参照基準板１０２に入射し、参照基準面１０２ａにおいて上記参照光束と合波される。

撮像部１０５は、コリメータレンズ１５１、ビームスプリッタ１５２、干渉縞撮像部１０５ａ、およびアライメント用撮像部１０５ｂを備えてなる。干渉縞撮像部１０５ａは、被検光束と参照光束との干渉により得られる干渉縞画像を撮像するものであり、結像レンズ１５３と、撮像素子１５５を有してなる撮像カメラ１５４とからなる。
一方、アライメント用撮像部１０５ｂは、アライメント用光束からなる照明用平行光束が照射部１０１から被測定放物面１４１に照射された場合に、被測定放物面１４１で反射されてピンホールミラー１３１および／または平行平板１３２の第１面１３２ａに入射し、ピンホールミラー１３１および／または第１面１３２ａで反射されて被測定放物面１４１に再度入射し、さらに被測定放物面１４１で反射されて照射部１０１に戻る光束により形成されるアライメント用の像を撮像するものである。このアライメント用撮像部１０５ｂは、結像レンズ１５６と、撮像素子１５８を有してなる撮像カメラ１５７とからなる。

画像解析制御部１０６は、撮像カメラ１５４、１５７からの画像信号に基づき各種解析を行うコンピュータ１６１と、このコンピュータ１６１による解析結果や画像を表示する表示装置１６２と、キーボードやマウス等からなる入力装置１６３とからなる。そして、撮像カメラ１５４により撮像された干渉縞画像に基づき、被測定放物面１４１の形状を測定解析するように構成されている。また、この画像解析制御部１０６は、撮像カメラ１５７により撮像されたアライメント用の像に基づき、球面波生成手段１０３および被検体１０４がそれぞれ載置保持された各５軸調整ステージ１７２、１７３の駆動を制御して、被測定放物面１４１及びピンホールミラー１３１の相対的なアライメント調整を行うことができるようになっている。

なお、光波干渉測定装置１００において、光源部１１０では２種類の光束を出力するために、第１光源１１０ａと第２光源１１０ｂとを備えた。しかし、出力される光束の種類は１種類で良く、光源部１１０に代えて、例えば第１光源１１０ａを備えることができる。また、ビームスプリッタ１１４で反射された合波された被検光束及び参照光束は、並行光束とされる必要は無く、コリメータレンズ１５１は配されなくても良い。

特開２００８−１８５５３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に示す光波干渉測定装置１００では、光束を導く方向をアライメント用撮像部１０５ｂ又は干渉縞撮像部１０５ａに切替えるために、光束を光軸Ｃ１に対して異なる方向に反射させるビームスプリッタ１１４とは別のビームスプリッタ１５２を備えている。
使用するビームスプリッタ１１４等の光学素子の数が増加すると、干渉計の全体としてのサイズが大きくなり、部品の費用がかかり、さらに、組立て・調整に時間を要するという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、使用する光学素子の数を抑えた干渉計を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の干渉計は、所定の光軸上に光束を出射する光源と、前記光軸上に配置される参照面と、前記光軸上に配置される被検面と、前記参照面と前記被検面とで反射された光束により前記光軸に対する前記被検面と前記参照面の傾きを検出するアライメント観察手段と、前記被検面と前記参照面とで反射された光束を干渉させた干渉光束の干渉縞の像を観察する干渉縞観察手段と、前記光源と前記参照面との間の前記光軸上に配置され、前記干渉光束を反射するビームスプリッタと、該ビームスプリッタを移動させることで、反射された前記干渉光束の光路を前記アライメント観察手段の光軸又は前記干渉縞観察手段の光軸のいずれか一方に向かうように切替える光路切替え手段と、を備えることを特徴としている。

また、上記の干渉計において、前記光路切替え手段は、前記ビームスプリッタを所定の軸線回りに回動させることで、前記干渉光束の光路を切替える回動機構を有することがより好ましい。

また、上記の干渉計において、前記光路切替え手段は、該ビームスプリッタを平行移動させることで、前記干渉光束の光路を切替える移動機構を有することがより好ましい。

本発明の干渉計によれば、使用する光学素子の数を抑えることができる。

本発明の第１実施形態の干渉計の説明図である。本発明の第２実施形態の干渉計の説明図である。従来の光波干渉測定装置の概略構成図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る干渉計の第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のフィゾー型の干渉計の説明図である。
本実施形態の干渉計１は、所定の光軸Ｃ２上に光束Ｌ１を出射するＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ、光源）２と、光軸Ｃ２上に配置される参照面３と、干渉縞観察手段４と、アライメント観察手段５と、ＬＤ２と参照面３との間の光軸Ｃ２上に配置されたビームスプリッタ６と、ビームスプリッタ６を光軸Ｃ２回りに回動させる回動機構（光路切替え手段）７と、を備えている。

ＬＤ２とビームスプリッタ６との間の光軸Ｃ２上には、ＬＤ２側から結像レンズ９、ピンホール１０ａが形成された絞り板１０が、この順でそれぞれ配置されている。ピンホール１０ａは、結像レンズ９の焦点に配置されている。
ビームスプリッタ６は、例えば立方体状に形成され、ビームスプリッタ面６ａが光軸Ｃ２に対して４５°傾くように配置されている。
回動機構７は、光軸Ｃ２上に出射される光束Ｌ１を妨げない、光軸Ｃ２から外れた位置に配置されている。そして、回動機構７は、ビームスプリッタ６を回動させることで、ビームスプリッタ面６ａで反射される後述する干渉光束Ｌ４の向きを切替えることができるようになっている。

また、ビームスプリッタ６に対して、ＬＤ２と反対側の光軸Ｃ２上には、１／４波長板１１と、コリメートレンズ１２と、参照面３が設けられた参照レンズ１３と、被検面Ｗ１が設けられた被検レンズＷとが、この順でそれぞれ配置されている。
コリメートレンズ１２は、ピンホール１０ａが焦点となるように配置されている。
参照面３は、高精度な平面となるように研磨されている。そして、参照面３は、参照レンズ１３においてＬＤ２とは反対側に位置するとともに、参照面３は光軸Ｃ２に直交するように配置されている。
被検面Ｗ１は、参照面３に対向するように配置され、被検レンズＷは、傾き調整機構１４に取付けられている。この傾き調整機構１４は、光軸Ｃ２に直交するとともに互いに直交する方向をＸ方向及びＹ方向としたときに、被検レンズＷをＸ方向回り及びＹ方向回りに回動させることができるように構成されている。

アライメント観察手段５は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子１７を有する。この撮像素子１７の光軸Ｃ３は、ビームスプリッタ６に対するＸ方向のうちの一の方向の上に配置されている。そして、ビームスプリッタ６を光軸Ｃ２回りに回動し、ビームスプリッタ面６ａが位置Ｐ１に配置されたときに、ビームスプリッタ面６ａで反射されるコリメートレンズ１２の焦点の位置に撮像素子１７が位置するように設定されている。
また、干渉縞観察手段４は、ピンホール１８ａが形成された絞り板１８と、結像レンズ１９と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子２０と、を有する。これらピンホール１８ａ、結像レンズ１９、及び撮像素子２０の光軸Ｃ４は、ビームスプリッタ６に対するＸ方向のうちの他の方向の上に配置されている。すなわち、本実施形態では、光軸Ｃ３及び光軸Ｃ４は、Ｘ方向に沿う同一直線上に配置されている。
ピンホール１８ａの位置は、ビームスプリッタ６が図１中に実線で示す位置に配置されたときに、ビームスプリッタ面６ａで反射されるコリメートレンズ１２の焦点の位置となるように設定されている。

前述の回動機構７は、ビームスプリッタ６を光軸Ｃ２回りに回動させることで、ビームスプリッタ面６ａで反射された後述する干渉光束Ｌ４が、アライメント観察手段５の光軸Ｃ３又は干渉縞観察手段４の光軸Ｃ４のいずれか一方に向かうように切替え可能となっている。
また、撮像素子１７及び撮像素子２０は、制御手段２１にそれぞれ接続されている。
撮像素子１７及び撮像素子２０は、検出した干渉光束Ｌ４の画像の信号を制御手段２１に送信する。制御手段２１が送信された信号を処理してＣＲＴ等の表示手段２２に送ると、表示手段２２は送信された信号による画像を表示することができるようになっている。

次に、以上のように構成された干渉計１の作用について説明する。
回動機構７によりビームスプリッタ６を回動させビームスプリッタ面６ａを位置Ｐ１に配置しておく。
ＬＤ２を点灯し、光束Ｌ１を出射すると、光束Ｌ１は結像レンズ９で集光され、結像レンズ９の焦点に配置されたピンホール１０ａを通過する。ピンホール１０ａを通過した光束Ｌ１は、ビームスプリッタ６及び１／４波長板１１を通過し、コリメートレンズ１２で平行光となる。平行光となった光束Ｌ１の一部分は、参照レンズ１３の参照面３で反射されて参照光束Ｌ２となり、光束Ｌ１の他の部分は、被検レンズＷの被検面Ｗ１で反射されて測定光束Ｌ３となる。
被検面Ｗ１で反射された測定光束Ｌ３は、再び参照レンズ１３を通過する。

参照光束Ｌ２及び測定光束Ｌ３は、１／４波長板１１を通過し、ビームスプリッタ６のビームスプリッタ面６ａで反射されて、光軸Ｃ３上を進んで撮像素子１７上に集光される。
光束Ｌ１の光軸Ｃ２に対して参照面３及び被検面Ｗ１の光軸がずれているときには、表示手段２２に表示される参照光束Ｌ２により表示される光スポット及び測定光束Ｌ３により表示される光スポットの位置が光軸からずれている。この両方の光スポットの位置のずれにより、光束Ｌ１の光軸Ｃ２に対する被検面Ｗ１の光軸の傾きが検出される。
使用者は、表示手段２２に表示された両方の光スポットの画像を確認して、参照レンズ傾き調整機構により参照面３をＸ方向回り及びＹ方向回りに回動させ、光スポットの位置が光軸に一致するように調整する。さらに、傾き調整機構１４により被検面Ｗ１をＸ方向回り及びＹ方向回りに回動させ、光スポットの位置が光軸に一致するように調整し、両方のスポットを一致させる。このとき、参照面３及び被検面Ｗ１の光軸は光束Ｌ１の光軸Ｃ２と一致する。

続いて、被検レンズＷの被検面Ｗ１の干渉縞の観察を行う。
まず、回動機構７によりビームスプリッタ６を光軸Ｃ２回りに１８０°回動させ、ビームスプリッタ面６ａを図１中に実線で示す位置に配置しておく。
次に、ＬＤ２から光束Ｌ１を出射すると、光束Ｌ１は上記と同様に伝達し、互いの光軸が一致した参照光束Ｌ２及び測定光束Ｌ３が干渉光束Ｌ４となる。そして、干渉光束Ｌ４は、ビームスプリッタ面６ａで反射されて、光軸Ｃ４上を伝達する。干渉光束Ｌ４は、ピンホール１８ａを通過し、コリメートレンズ１９で平行光となって撮像素子２０に検出される。
使用者は、表示手段２２に表示された干渉縞の像を観察することで、被検面Ｗ１の形状を確認する。

こうして、本実施形態の干渉計１によれば、回動機構７によりビームスプリッタ６を移動させることで、反射された干渉光束Ｌ４がアライメント観察手段５の光軸Ｃ３又は干渉縞観察手段４の光軸Ｃ４のいずれか一方に向かうように切替える。
従って、ＬＤ２と参照面３との間の光軸Ｃ２上に配置されたビームスプリッタ６以外に新たにビームスプリッタを設ける必要がない。そして、アライメント観察手段５で光軸Ｃ２に対する被検面Ｗ１の傾きを検出し、被検面Ｗ１の傾きを調整したうえで、干渉光束Ｌ４の干渉縞の像を干渉縞観察手段４で観察することができる。
また、回動機構７によりビームスプリッタ６を回動させることでビームスプリッタ面６ａで反射される干渉光束Ｌ４の向きを切替えるので、ビームスプリッタ６以外に新たにビームスプリッタを設ける必要がない。このため、例えば、干渉計１を全体として小型にすることができる。

なお、本実施形態では、回動機構７は、ビームスプリッタ６をＬＤ２の光軸Ｃ２回りに回動させるように構成した。しかし、ビームスプリッタ面６ａで反射される干渉光束Ｌ４の向きが変わるのであれば、ビームスプリッタ６を回動させる軸は光軸Ｃ２でなくても良い。ビームスプリッタ６を回動させる軸は、例えば、光軸Ｃ２に平行な所定の軸でも良い。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図２に示すように、本実施形態の干渉計３１は、前記実施形態の干渉計１の回動機構７に代えて、ビームスプリッタ６を光軸Ｃ２上で平行移動させ、干渉光束Ｌ４を反射するビームスプリッタ面６ａの位置を移動させる移動機構（光路切替え手段）３２を備えている。
アライメント観察手段５の光軸Ｃ３及び干渉縞観察手段４の光軸Ｃ４は、Ｘ方向のうちの他の方向に沿って、光軸Ｃ２に対して同じ側に配置されている。
そして、ビームスプリッタ面６ａが、図２中に実線で示す位置と、二点鎖線で示す位置Ｐ２のいずれか一方に配置されるようになっている。すなわち、ビームスプリッタ面６ａが実線で示す位置に配置されると、ビームスプリッタ６に対するＸ方向のうちの他の方向の上に干渉縞観察手段４の光軸Ｃ４が配置される。そして、ビームスプリッタ面６ａが位置Ｐ２に配置されると、前記方向と同じ方向の上にアライメント観察手段５の光軸Ｃ３が配置される。
干渉計３１では、移動機構３２によりビームスプリッタ６を光軸Ｃ２上で平行移動させて干渉光束Ｌ４を反射する位置を切替えることで、アライメント観察手段５によるアライメントの調整と、干渉縞観察手段４による干渉縞の観察を行う。

このように構成された本実施形態の干渉計３１によれば、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、移動機構３２によりビームスプリッタ６を平行移動させることでビームスプリッタ面６ａの位置を移動させるので、ビームスプリッタ６以外に新たにビームスプリッタを設ける必要がない。このため、例えば、干渉計３１を全体として小型にすることができる。
なお、本実施形態では、移動機構３２は、ビームスプリッタ６を光軸Ｃ２上で平行移動させるように構成した。しかし、干渉光束Ｌ４を反射するビームスプリッタ面６ａの位置が変わるのであれば、ビームスプリッタ６を光軸Ｃ２上を移動させなくても良い。ビームスプリッタ６を平行移動させる方向は、光軸Ｃ２に交差する方向でも良い。

以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。

１、３１干渉計
２ＬＤ（光源）
３参照面
４干渉縞観察手段
５アライメント観察手段
６ビームスプリッタ
６ａビームスプリッタ面
７回動機構（光路切替え手段）
３２移動機構（光路切替え手段）
Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４光軸
Ｌ１光束
Ｌ２参照光束
Ｌ３測定光束
Ｌ４干渉光束
Ｗ１被検面

Claims

所定の光軸上に光束を出射する光源と、
前記光軸上に配置される参照面と、
前記光軸上に配置される被検面と、
前記参照面と前記被検面とで反射された光束により前記光軸に対する前記被検面と前記参照面の傾きを検出するアライメント観察手段と、
前記被検面と前記参照面とで反射された光束を干渉させた干渉光束の干渉縞の像を観察する干渉縞観察手段と、
前記光源と前記参照面との間の前記光軸上に配置され、前記干渉光束を反射するビームスプリッタと、
該ビームスプリッタを移動させることで、反射された前記干渉光束の光路を前記アライメント観察手段の光軸又は前記干渉縞観察手段の光軸のいずれか一方に向かうように切替える光路切替え手段と、
を備えることを特徴とする干渉計。
前記光路切替え手段は、
前記ビームスプリッタを所定の軸線回りに回動させることで、前記干渉光束の光路を切替える回動機構を有することを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
前記光路切替え手段は、
該ビームスプリッタを平行移動させることで、前記干渉光束の光路を切替える移動機構を有することを特徴とする干渉計。