JP2012093166A - 干渉対物レンズユニット及び当該干渉対物レンズユニットを備えた光干渉測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度が変化しても干渉縞強度が低下することなく、高精度の測定を行うことのできる干渉対物レンズユニット及び当該干渉対物レンズユニットを備えた光干渉測定装置を提供する。
【解決手段】対物レンズ３１と、参照ミラー３２ａの設置された透明部材３２と、対物レンズ３１からの光を分岐させると共に、参照光と測定光とを合成して干渉光として出力させる分岐合成部材３３と、少なくとも対物レンズ３１を保持し、第１の線膨張係数を有する材料により形成される第１保持枠３４と、少なくとも透明部材３２を保持し、第２の線膨張係数を有する材料により形成される第２保持枠３５と、を備え、所定の使用環境温度の範囲内において使用環境温度に変化が生じた場合、第１保持枠３４と第２保持枠３５との熱伸縮性の差により、対物レンズ３１の焦点位置のずれが補正される。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉対物レンズユニット及び当該干渉対物レンズユニットを備えた光干渉測定装置に関する。

従来、光の干渉によって生じる干渉縞の輝度情報を用いて例えば測定対象物の三次元形状などを精密に測定する三次元形状測定装置などの光干渉測定装置が知られている。
この光干渉測定装置においては、光源に広帯域光（白色光等）を用いる手法が広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
光源に広帯域光を用いた場合、ピント位置では各波長の干渉縞のピークが重なり合い合成される干渉縞の輝度が大きくなるが、ピント位置から離れるにつれて各波長の干渉縞のピーク位置のずれが大きくなり、次第に合成される干渉縞の輝度の振幅が小さくなっていく。従って、この光干渉測定装置では、視野内の各位置で輝度がピークとなる位置を検出することで、例えば測定対象物の三次元の形状などを測定することができる。

このような光干渉測定装置で用いられる干渉対物レンズには、主にミロータイプ及びマイケルソンタイプがあり、干渉対物レンズの倍率によって高倍率の干渉対物レンズにはミロータイプが、低倍率の干渉対物レンズにはマイケルソンタイプが一般的に用いられている。

図７は、ミロータイプの干渉対物レンズの基本構成を示す模式図であり、図８は、マイケルソンタイプの干渉対物レンズの基本構成を示す模式図である。
図７、８に示すように、対物レンズから出射した光は、ビームスプリッタやプリズムなどの分岐合成部材によって、参照ミラーを有する参照光路（図中の破線）と測定対象物を配置した測定光路（図中の実線）とに分岐され、その後、参照ミラーからの反射光（参照光）と測定対象物からの反射光（測定光）とが合波される。
このとき、参照光路と測定光路とが、分岐合成部材に対して共役になった場合、参照光と測定光は位相がそろった光波となって強めあい、干渉波となる。
従って、干渉対物レンズを使用するにあたっては、図９に示すように、参照光路と測定光路とが分岐合成部材に対して共役になるように分岐合成部材位置の調整が行われる。
参照光路と測定光路とが分岐合成部材に対して共役な状態では（図１０参照）、明暗のはっきりした干渉縞が得られる。

特開２００３−１４８９２１号公報

しかしながら、干渉対物レンズにおいては、位置調整後に環境温度が変化すると、光学部材間の間隔や対物レンズの曲率・屈折率などが変化するため、対物レンズの焦点距離も変化し、参照光路と測定光路が分岐合成部材に対して非共役となって（図１１参照）、その結果、干渉縞強度が低下するという問題がある。
そして、干渉縞強度を保つために、環境温度が変化する度に干渉光学系の位置調整を行うのでは、作業が煩雑であるという問題がある。

本発明の課題は、環境温度が変化しても干渉縞強度が低下することなく、高精度の測定を行うことのできる干渉対物レンズユニット及び当該干渉対物レンズユニットを備えた光干渉測定装置を提供することである。

上記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、干渉対物レンズユニットにおいて、
光源から出力された光を測定対象物に対して収束させる対物レンズと、
前記対物レンズよりも前記測定対象物側に配され、参照ミラーの設置された透明部材と、
前記対物レンズを透過してきた光を、前記参照ミラーを有する参照光路と前記測定対象物を配置した測定光路とに分岐させると共に、前記参照ミラーからの反射光と前記測定対象物からの反射光とを合成して干渉光として出力させる分岐合成部材と、
少なくとも前記対物レンズを保持し、第１の線膨張係数を有する材料により形成される第１保持枠と、
少なくとも前記透明部材を保持し、第２の線膨張係数を有する材料により形成される第２保持枠と、
を備え、
所定の使用環境温度の範囲内において使用環境温度に変化が生じた場合、前記第１保持枠と前記第２保持枠との熱伸縮性の差により、前記対物レンズの焦点位置のずれが補正されることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の干渉対物レンズユニットにおいて、
前記第２保持枠は、前記第１の線膨張係数より大きい第２の線膨張係数を有する材料により形成されることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の干渉対物レンズユニットにおいて、
前記対物レンズは、樹脂素材により形成されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、光干渉測定装置において、
請求項１〜３の何れか一項に記載の干渉対物レンズユニットと、
前記干渉対物レンズユニットに対して光を出力する光源と、
前記参照光路又は前記測定光路の何れか一方の光路長を変化させる光路長可変手段と、
前記干渉対物レンズユニットから出力された前記干渉光により干渉画像を撮像する撮像手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも対物レンズを保持し、第１の線膨張係数を有する材料により形成される第１保持枠と、少なくとも参照ミラーの設置された透明部材を保持し、第２の線膨張係数を有する材料により形成される第２保持枠と、を備え、所定の使用環境温度の範囲内において使用環境温度に変化が生じた場合、第１保持枠と第２保持枠との熱伸縮性の差により、対物レンズの焦点位置のずれが補正される。
このため、所定の使用環境温度の範囲内において、使用環境温度が変化しても干渉縞強度が低下することなく、高精度の測定を行うことができる。

第１実施形態の光干渉測定装置としての三次元形状測定装置の全体構成を示す模式図である。 図１の三次元形状測定装置における干渉対物レンズユニットの構成を示す要部拡大図である。 図１の三次元形状測定装置の制御構成を示すブロック図である。 第１保持枠の作用について説明するための図である。 第２保持枠の作用について説明するための図である。 変形例の干渉対物レンズユニットの構成を示す要部拡大図である。 従来のミロータイプの干渉対物レンズの基本構成を示す模式図である。 従来のマイケルソンタイプの干渉対物レンズの基本構成を示す模式図である。 位置調整について説明するための図である。 参照光路と測定光路が共役な状態を示す図である。 参照光路と測定光路が非共役な状態を示す図である。

以下、図を参照して、本発明にかかる光干渉測定装置としての三次元形状測定装置（以下、形状測定装置と称する。）について、詳細に説明する。

まず、構成について説明する。
本実施形態における形状測定装置１は、図１に示すように、光出射部１０と、光学ヘッド部２０と、干渉対物レンズユニット３０と、結像レンズ４１と、撮像部４０と、駆動機構部５０と、表示部６０と、制御部７０と、測定対象物Ｗを載置するためのステージＳと、を備えている。

光出射部１０は、広帯域に亘る多数の波長成分を有しコヒーレンシーの低い広帯域光を出力する光源を備え、例えば、ハロゲンやＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの白色光源が用いられる。

光学ヘッド部２０は、ビームスプリッタ２１と、コリメータレンズ２２とを備えている。光出射部１０から出射した光は、干渉対物レンズユニット３０の光軸Ｌと直角の方向から、コリメータレンズ２２を介してビームスプリッタ２１に平行に照射され、ビームスプリッタ２１からは光軸Ｌに沿った光が出射されて、干渉対物レンズユニット３０に対して上方から平行ビームが照射される。

干渉対物レンズユニット３０は、図２に示すように、対物レンズ３１と、参照ミラー３２ａ付き透明部材３２と、分岐合成部材３３と、第１保持枠３４と、第２保持枠３５と、を備え、所謂ミロータイプと称される構成を成している。
また、干渉対物レンズユニット３０の下方には、測定対象物Ｗが、ステージＳに載置されて配されている。

対物レンズ３１は、同一光軸Ｌ上に上方から順に配された３枚の凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃから構成されており、この３枚の凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、所定の間隔を維持するように、第１保持枠３４により保持されている。ビームスプリッタ２１から出射された光は、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを透過することで測定対象物Ｗに対して収束する。
凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、樹脂素材を用いて形成されることが好ましい。
これは、樹脂レンズ自体の価格がガラスレンズの価格に比べ非常に安いこと、樹脂レンズはガラスレンズに比べ、その重量が軽いため、装置全体の強度や制御用の電力を下げられること等の特徴があるためである。
ここで、樹脂レンズの周囲の環境温度による変形率はガラスレンズに比べると大きく、そのため周囲の環境温度に起因して測定精度が低下することが危惧されるが、本発明では、周囲の環境温度に起因して対物レンズが変形し、焦点位置がずれた場合であっても、このずれを補正することができるようになっている。

参照ミラー３２ａ付き透明部材３２は、対物レンズ３１（凸レンズ３１ｃ）の下方に設置され、当該参照ミラー３２ａ付き透明部材３２よりも下方に設置される分岐合成部材３３により反射されてきた反射光（参照光）Ａを、再度、下方に向かって反射させる。
なお、透明部材３２とは、例えば、ガラスやプラスチックなどからなる透明な板体である。

分岐合成部材３３は、例えば、ビームスプリッタであって、対物レンズ３１から出射された光を、参照ミラー３２ａを有する参照光路（図２中の破線）と測定対象物Ｗを配置した測定光路（図２中の実線）とに分岐させると共に、参照ミラー３２ａからの参照光Ａと測定対象物Ｗからの反射光（測定光）Ｂとを合成して干渉光として出力させる。

参照ミラー３２ａ付き透明部材３２及び分岐合成部材３３は、所定の間隔を維持するように、第２保持枠３５により保持されている。

ここで、図２を用いて、干渉対物レンズユニット３０上方から、光学ヘッド部２０を介して平行ビームが対物レンズ３１に入射したことを想定して、干渉動作を説明する。なお、図２中の矢印に沿った光路を用いて説明するが、実際、干渉は光軸Ｌに対して回転対称に起こる。
まず、入射光は対物レンズ３１（凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）で収束光となり、分岐合成部材３３に入射する。
入射光は、分岐合成部材３３により、参照ミラー３２ａを有する参照光路（図２の破線）を進む参照光Ａと、測定対象物Ｗを配置した測定光路（図２の実線）を進む測定光Ｂと、に分岐される。
参照光Ａは、参照ミラー３２ａで反射された後、再び分岐合成部材３３で反射され、その後、対物レンズ３１を通過する。
一方、測定光Ｂは、測定対象物Ｗの一点を照射し、そこで反射された後、分岐合成部材３３を透過し、その後、対物レンズ３１を通過する。
このとき、参照ミラー３２ａにて反射された参照光Ａと、測定対象物Ｗにて反射された測定光Ｂとは、分岐合成部材３３により合波されて合成波となる。
合成波は、対物レンズ３１で平行ビームとなって上方へ進み、結像レンズ４１に入射する（図１の一点鎖線）。その後、合成波は、結像レンズ４１で収束して撮像部４０に入射し、撮像部４０上に結像して干渉画像を形成する。干渉画像は制御部７０に取り込まれて画像処理が施される。
ここで、参照光路と測定光路との光路長が等しいときに、参照光Ａと測定光Ｂとは干渉し、観察系において干渉縞が観察される。

第１保持枠３４は、対物レンズ３１の凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが所定の間隔を維持した状態となるように、これら凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを保持している。
この第１保持枠３４は、作業者により予め設定された所定の使用環境温度の範囲内において長さがほぼ変化しない、線膨張係数の小さい材料（低線膨張係数の材料）により形成されており、具体的には、例えば、ステンレス、インバー合金、ファインセラミックなどにより形成されている。
本実施形態においては、かかる低線膨張係数の材料を、第１の線膨張係数を有する材料とする。
第１保持枠３４をこのような材料で形成することで、所定の使用環境温度の範囲内において温度が変化した場合に、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔が変化するのを極力抑えることができる。即ち、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔が変化することに起因して焦点距離がずれるのを、極力抑えることができる。

第２保持枠３５は、第１保持枠３４の外面側に備えられ、第１保持枠３４の下端部より下方に延出した延出部において、参照ミラー３２ａ付き透明部材３２及び分岐合成部材３３を保持している。
この第２保持枠３５は、作業者により予め設定された所定の使用環境温度の範囲内において、温度変化に応じて所定量長さが変化する、第１の線膨張係数より大きい第２の線膨張係数を有する材料により形成されており、具体的には、例えば、マグネシウム合金、銅合金、アルミニウムなどにより形成されている。
ここで、所定の使用環境温度の範囲内において温度が変化した場合、上記した第１保持枠３４により凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔が変化するのは極力抑えることができるが、各レンズ自体が変形（膨張）して曲率や屈折率が変化することによって焦点距離がずれてしまう場合がある。特に、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが樹脂素材である場合、このレンズ自体の変形は顕著である。
そこで、第２保持枠３５をこのような材料で形成することで、所定の使用環境温度の範囲内において温度が変化し、対物レンズ３１自体の曲率や屈折率が変化して焦点位置がずれた場合に、第２保持枠３５が伸長し、この焦点位置のずれが補正されるようになっている。

なお、第１保持枠３４及び第２保持枠３５は、使用環境温度や対物レンズ３１の素材などに応じて、作業者により適宜選択され使用されるものである。
また、第１保持枠３４の選択によっては、所定の使用環境温度の範囲内において温度が変化した場合に、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔が僅かに変化することも考えられるが、その場合には、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔の変化、及び対物レンズ３１自体の曲率や屈折率の変化を足し合わせた結果として発生する焦点距離のずれが補正されるように、第２保持枠３５の選択がなされる。

撮像部４０は、撮像手段を構成するための２次元の撮像素子からなるＣＣＤカメラ等であり、干渉対物レンズユニット３０から出力された合成波（参照光Ａと測定光Ｂ）の干渉画像を撮像するものである。
撮像部４０により撮像された干渉画像の画像データは電気信号として制御部７０に取り込まれ、所定の画像処理が施された後、表示部６０上に表示される。

駆動機構部５０は、制御部７０からの移動指令によって、光学ヘッド部２０を光軸Ｌ方向に移動させる。
対物レンズ３１の焦点位置は、測定対象物Ｗの表面の所定位置に設定されている。
ここで、図２において、分岐合成部材３３から参照ミラー３２ａまでの距離をｄ_１、分岐合成部材３３から焦点位置までの距離をｄ_２とすると、ｄ_１＝ｄ_２の位置において光路長差０となる。
従って、駆動機構部５０は、測定に際しては、光路長差０（ｄ₁＝ｄ₂）となるように、光学ヘッド部２０を光軸Ｌ方向に移動させることでｄ₂の距離を調整する。
なお、ステージＳを移動させることでｄ₂の距離を調整する構成としても良い。また、分岐合成部材３３から参照ミラー３２ａまでの距離ｄ₁を可変とする構成としても良い。
このように、駆動機構部５０は、光路長可変手段として、参照光路又は測定光路の何れか一方の光路長を変化させる。

表示部６０は、例えば、パーソナルコンピュータなどの搭載されるモニタ等であり、制御部７０に取り込まれ、所定の画像処理が施された干渉画像の画像データなどを表示する。

制御部７０は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１、ＲＡＭ（Random Access Memory）７２、記憶部７３、等を備えている。

ＣＰＵ７１は、例えば、記憶部７３に記憶されている各種処理プログラムに従って、各種の制御処理を行う。

ＲＡＭ７２は、ＣＰＵ７１により演算処理されたデータを格納するワークメモリエリアを形成している。

記憶部７３は、例えば、ＣＰＵ７１によって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ７１によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部７３に記憶されている。

具体的には、記憶部７３には、例えば、撮像データ記憶部７３１、ピーク位置検出プログラム７３２等が記憶されている。

撮像データ記憶部７３１は、撮像部４０により撮像された干渉画像の画像データを複数枚のフレームとして記憶するものである。
なお、撮像データ記憶部７３１に記憶された画像データは、例えば撮像部４０の感度特性等の影響を排除するため、予め作成された補正テーブル等により、干渉強度値などを適正に補正されて、記憶される。

ピーク位置検出プログラム７３２は、例えば、ＣＰＵ７１に、撮像部４０により撮像された干渉画像に基づいて、光路差ゼロの位置において発生した干渉縞のピーク位置を検出する機能を実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ７１は、干渉縞が発生した場合、その干渉縞の強度変化から最大強度を示す位置を光路差ゼロの位置として検出する。
ＣＰＵ７１は、かかるピーク位置検出プログラム７３２を実行することで、ピーク位置検出手段として機能する。

次に、作用について説明する。
形状測定装置１は、測定に際し、駆動機構部５０によって光路長差０（ｄ₁＝ｄ₂）となるように焦点位置の調整を行う。
ここで、上記調整後、環境温度が変化した場合を考える。なお、この環境温度の変化は、作業者により予め設定された温度範囲内のものであるとする。
本実施形態においては、第１保持枠３４は、低線膨張係数の材料（第１の線膨張係数を有する材料）により形成されているため、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔が変化するのを極力抑えることができる。よって、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔の変化に起因した焦点距離のずれはほぼ抑えることができる。
しかしながら、所定の使用環境温度の範囲内において温度が変化すると、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの屈折率や曲率の変化によって、図４に示すように、焦点位置のずれが発生することとなる。なお、図４は、焦点位置が遠くなった例である。
つまり、第１保持枠３４を低線膨張係数の材料としただけでは、焦点位置のずれを完全に抑えることは難しい。

このとき、本実施形態においては、第２保持枠３５は、第１の線膨張係数より大きい第２の線膨張係数を有する材料により形成されているため、温度が変化すると伸長して、図５に示すように、分岐合成部材３３の反射位置が下方にシフトし、その結果、参照ミラー３２ａの反射位置も下方にシフトする。
このように、所定の使用環境温度の範囲内において温度変化が生じた場合、第１保持枠３４と第２保持枠３５との熱伸縮性の差により、対物レンズ３１の焦点位置のずれが補正されることとなる。

以上のように、本実施形態の干渉対物レンズユニット３０及び形状測定装置１によれば、少なくとも対物レンズ３１を保持し、第１の線膨張係数を有する材料により形成される第１保持枠３４と、少なくとも参照ミラー３２ａの設置された透明部材３２を保持し、第２の線膨張係数を有する材料により形成される第２保持枠３５と、を備え、所定の使用環境温度の範囲内において使用環境温度に変化が生じた場合、第１保持枠３４と第２保持枠３５との熱伸縮性の差により、対物レンズ３１の焦点位置のずれが補正される。
このため、所定の使用環境温度の範囲内において、使用環境温度が変化しても干渉縞強度が低下することなく、高精度の測定を行うことができる。

また、本実施形態の干渉対物レンズユニット３０及び形状測定装置１によれば、第２保持枠３５は、第１の線膨張係数より大きい第２の線膨張係数を有する材料により形成されている。
このため、第１保持枠３４により、凸レンズ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間隔の変化に起因した焦点距離のずれをほぼ抑え、第２保持枠３５により、対物レンズ３１の曲率・屈折率などの変化に起因した焦点距離のずれを抑えることができる。

また、本実施形態の干渉対物レンズユニット３０及び形状測定装置１によれば、対物レンズ３１は、樹脂素材により形成されている。
このため、対物レンズ３１をガラスで形成した場合と比べ、低コスト化を実現すると共に、装置を軽量化することができる。
ここで、樹脂レンズの周囲の環境温度による変形率はガラスレンズに比べると大きく、そのため周囲の環境温度に起因して測定精度が低下することが危惧されるが、本実施形態によれば、かかる対物レンズ３１の変形による焦点位置のずれは補正することができる。
よって、安価な装置でありながら、高精度の測定を行うことができる。

なお、上記実施形態においては、図４、５を用いて焦点距離が遠くなった場合を例示して説明したが、対物レンズ３１の収縮などにより、焦点距離が近くなるようにずれる場合には、第２保持枠３５を、使用環境温度が高くなると収縮する材料により形成すれば良い。

（変形例）
次に、本発明の変形例について説明する。
変形例においては、ミロータイプの干渉対物レンズユニット３０の代わりに形状測定装置１に適用可能な、マイケルソンタイプの干渉対物レンズユニット８０について説明する。

干渉対物レンズユニット８０は、図６に示すように、対物レンズ８１と、参照ミラー８２ａ付き透明部材８２と、分岐合成部材８３と、第１保持枠８４と、第２保持枠８５と、等を備えて構成される。

対物レンズ８１は、１枚の凸レンズからなり、ビームスプリッタ２１から出射された光は、対物レンズ８１を透過することで測定対象物Ｗに対して収束する。なお、対物レンズ８１は、対物レンズ３１と同一素材にて形成することができる。
なお、ここでは、１枚の凸レンズからなる対物レンズ８１を例示したが、対物レンズ８１の構成はこれに限定されるものではない。

参照ミラー８２ａ付き透明部材８２は、対物レンズ３１の下方の一側方に、参照ミラー８２ａの反射面が対物レンズ８１の下面と直交するように配置されている。
なお、透明部材８２とは、例えば、ガラスやプラスチックからなる透明な板体である。

分岐合成部材８３は、例えば、プリズムであって、対物レンズ８１の下方に、その反射面８３１が対物レンズ８１の下面に対して斜めになるように配置されている。

第１保持枠８４は、対物レンズ８１及び分岐合成部材８３を保持している。なお、第１保持枠８４は、上述した第１保持枠３４と同一素材にて形成することができる。

第２保持枠８５は、第１保持枠８４の一側方において、参照ミラー８２ａ付き透明部材８２を保持している。なお、第２保持枠８５は、上述した第２保持枠３５と同一素材にて形成することができる。

干渉対物レンズユニット８０においては、上方から平行ビームが対物レンズ８１に入射した場合、入射光は対物レンズ８１で収束光となって、当該対物レンズ８１に対して反射面が斜めに配された分岐合成部材８３の反射面８３１に入射する。ここで、入射光は、参照ミラー８２ａを有する参照光路（図６の破線）を進む参照光Ａと、測定対象物Ｗを配置した測定光路（図６の実線）を進む測定光Ｂとに分岐する。
参照光Ａは、参照ミラー８２ａで反射され、更に分岐合成部材８３の反射面８３１により反射される。一方、測定光Ｂは、測定対象物Ｗ表面で反射され、分岐合成部材８３の反射面８３１を透過する。
このとき、参照ミラー８２ａからの参照光Ａと測定対象物Ｗからの測定光Ｂとは分岐合成部材８３の反射面８３１により合波されて合成波となる。

ここで、本変形例においては、対物レンズ８１と分岐合成部材８３が、第１保持枠８４に保持され、参照ミラー８２ａ付き透明部材８２が、第２保持枠８５に保持されている。
よって、設定された使用環境温度の範囲内において温度が変化し、焦点位置が変化した場合、第１保持枠８４と第２保持枠８５との熱伸縮性の差により、対物レンズ８１の焦点位置のずれが補正され、参照光Ａと測定光Ｂが共役となる。
具体的には、第２保持枠８５は、第１保持枠８４の第１の線膨張係数より大きい第２の線膨張係数を有する材料により形成されているため、第２保持枠８５が環境温度に応じて伸縮し、焦点距離のずれを抑えることができる。
従って、本変形例においても、温度変化に伴う焦点位置のずれが補正され、干渉縞強度が低下することなく、高精度の測定を行うことができる。

なお、上記実施形態及び変形例においては、対物レンズ３１、８１が樹脂素材により形成されることとして説明したが、例えばガラス等の既知のものを使用可能であるのは勿論である。何れにおいても、設定した環境温度において起こりうる対物レンズの変形を考慮して第１保持枠及び第２保持枠を選択することで、焦点位置のずれを抑え、干渉縞強度が低下することのない、高精度の測定を行うことができる。

また、上記実施形態及び変形例においては、第２保持枠３５、８５は、第１保持枠３４、８４における第１の線膨張係数より大きい第２の線膨張係数を有する材料により形成されることとして説明したが、第１保持枠の第１の線膨張係数の方が、第２保持枠の第２の線膨張係数より大きくなるよう材料を選択することも可能である。
その場合、例えば、対物レンズの変形による焦点位置のずれが第１保持枠により補正され、第２保持枠はほぼ変形しないように、第１保持枠及び第２保持枠の材料を選択がなされる。

１ 形状測定装置（光干渉測定装置）
１０ 光出射部（光源）
２０ 光学ヘッド部
２１ ビームスプリッタ
２２ コリメータレンズ
３０、８０ 干渉対物レンズユニット
３１、８１ 対物レンズ
３２、８２ 透明部材
３２ａ、８２ａ 参照ミラー
３３、８３ 分岐合成部材
３４、８４ 第１保持枠
３５、８５ 第２保持枠
４０ 撮像部（撮像手段）
４１ 結像レンズ
５０ 駆動機構部（光路長可変手段）
６０ 表示部
７０ 制御部
７１ ＣＰＵ
７２ ＲＡＭ
７３ 記憶部
７３１ 撮像データ記憶部
７３２ ピーク位置検出プログラム
Ｓ ステージ
Ｗ 測定対象物

Claims (4)

1. 光源から出力された光を測定対象物に対して収束させる対物レンズと、
   前記対物レンズよりも前記測定対象物側に配され、参照ミラーの設置された透明部材と、
   前記対物レンズを透過してきた光を、前記参照ミラーを有する参照光路と前記測定対象物を配置した測定光路とに分岐させると共に、前記参照ミラーからの反射光と前記測定対象物からの反射光とを合成して干渉光として出力させる分岐合成部材と、
   少なくとも前記対物レンズを保持し、第１の線膨張係数を有する材料により形成される第１保持枠と、
   少なくとも前記透明部材を保持し、第２の線膨張係数を有する材料により形成される第２保持枠と、
   を備え、
   所定の使用環境温度の範囲内において使用環境温度に変化が生じた場合、前記第１保持枠と前記第２保持枠との熱伸縮性の差により、前記対物レンズの焦点位置のずれが補正されることを特徴とする干渉対物レンズユニット。
2. 前記第２保持枠は、前記第１の線膨張係数より大きい第２の線膨張係数を有する材料により形成されることを特徴とする請求項１に記載の干渉対物レンズユニット。
3. 前記対物レンズは、樹脂素材により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉対物レンズユニット。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の干渉対物レンズユニットと、
   前記干渉対物レンズユニットに対して光を出力する光源と、
   前記参照光路又は前記測定光路の何れか一方の光路長を変化させる光路長可変手段と、
   前記干渉対物レンズユニットから出力された前記干渉光により干渉画像を撮像する撮像手段と、
   を備えることを特徴とする光干渉測定装置。

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