JP2015004533A

JP2015004533A - 光学干渉計

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Publication number: JP2015004533A
Application number: JP2013128602A
Authority: JP
Inventors: 和彦川▲崎▼; Kazuhiko Kawasaki; 吉久谷村; Yoshihisa Tanimura
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-06-19
Also published as: JP6169420B2

Abstract

【課題】１つの干渉光検出手段により、ワークの厚みムラを測定することが可能な光学干渉計を提供すること。
【解決手段】光学干渉計１００は、光源１０１と、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１と、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２と、を有する。第１のワイヤーグリッド偏光板１１１は、ｐ偏光の光を透過させ、ｓ偏光の光を反射する。第２のワイヤーグリッド偏光板１１２は、ｐ偏光の光を透過させ、ｓ偏光の光を反射する。導光手段（１２１、１２２、１３１、１３２）により、ワークＷの第１の面Ｓ１により反射されたｐ偏光の光Ｌ１、及び、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１により反射されたｓ偏光の光Ｌ２を第２のワイヤーグリッド偏光板１１２に導く。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学干渉計に関する。

ワークの被検面の凹凸を測定するための装置として、光学干渉計が広く用いられている。特許文献１には、ワークの厚みムラを求めることができる光学干渉計が開示されている。特許文献１に開示された光学干渉計は、ワークのおもて面側に配設された第１光学干渉計と、ワークのうら面側に配設された第２光学干渉計とを備えており、第１光学干渉計と第２光学干渉計とはそれぞれ、参照面となるワイヤーグリッド型偏光板を有している。第１光学干渉計と第２光学干渉計とでは、ワイヤーグリッド型偏光板のワイヤー配列方向が直交するような状態で配置されている。

特開２００７−２６３７４８号公報

特許文献１に開示された光学干渉計において、第１光学干渉計と第２光学干渉計とはそれぞれ、ＣＣＤ等の光センサを用いた干渉光検出手段を有しているので、装置全体では干渉光検出手段が２個必要となる。このため、装置の構成が複雑となり、結果としてコスト高となるという問題があった。

また、特許文献１に開示された光学干渉計においては、ワークのおもて面とうら面の干渉縞における同軸上の点の対応付けが必要となる。そのため、ワークを除いた状態で光学干渉計の校正を行う必要がある。しかし、おもて面の干渉計とうら面の干渉計とが別個独立しているため、光軸合わせや測定点同士の対応付けが非常に面倒であり、また、難しい。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、１つの干渉光検出手段により、ワークの厚みムラを測定することが可能な光学干渉計を提供することを目的とする。

本発明にかかる第１の光学干渉計は、
干渉性の高い光を発する光源と、
前記光源からの第１の偏光方向の光を透過させ、かつ、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光を反射させる特性を有し、ワークの第１の面側に配設された第１の偏光分離手段と、
前記第１の偏光方向の光を透過させ、かつ、前記第２の偏光方向の光を反射させる特性を有し、前記ワークの第２の面側に配設された第２の偏光分離手段と、
前記第１の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第１の面により反射された第１反射光と、前記第１の偏光分離手段により反射された第２反射光とを前記第２の偏光分離手段へと導く導光手段と、
前記第１反射光が前記第２の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第２の面により反射された第３反射光と、前記第２反射光が前記第２の偏光分離手段により反射された第４反射光とを、干渉させて干渉光を生成する干渉光生成手段と、
前記干渉光生成手段によって生成された干渉光を検出する干渉光検出手段と、
を有する。

本発明にかかる第２の光学干渉計は、
干渉性の高い光を発する光源と、
前記光源からの第１の偏光方向の光を透過させ、かつ、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光を反射させる特性を有し、ワークの第１の面側に配設された第１の偏光分離手段と、
前記第１の偏光方向の光を反射させ、かつ、前記第２の偏光方向の光を透過させる特性を有し、前記ワークの第２の面側に配設された第２の偏光分離手段と、
前記第１の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第１の面により反射された第１反射光と、前記第１の偏光分離手段により反射された第２反射光とを前記第２の偏光分離手段へと導く導光手段と、
前記第２反射光が前記第２の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第２の面により反射された第３反射光と、前記第１反射光が前記第２の偏光分離手段により反射された第４反射光とを、干渉させて干渉光を生成する干渉光生成手段と、
前記干渉光生成手段によって生成された干渉光を検出する干渉光検出手段と、
を有する。

上述の光学干渉計は、
前記第１の偏光分離手段及び前記第２の偏光分離手段の少なくとも一方が、光軸を回転中心として回転可能に設けられていることを特徴とする光学干渉計
であってもよい。

さらに、上述の光学干渉計は、
前記第１の偏光分離手段及び前記第２の偏光分離手段がワイヤーグリッド偏光板であることを特徴とするものであってもよい。

本発明によれば、１つの干渉光検出手段によりワークの厚みムラを測定することが可能な光学干渉計を提供することができる。

実施の形態１にかかる光学干渉計の厚み測定モードの構成を示す図である。実施の形態１にかかる光学干渉計の厚み測定モードの光路を示す図である。実施の形態１にかかる光学干渉計の変位測定モードの構成を示す図である。実施の形態１にかかる光学干渉計の第２のワイヤーグリッド偏光板が回転する様子を示す模式図である。実施の形態１にかかる光学干渉計の変位測定モードの光路を示す図である。実施の形態１にかかる光学干渉計の変位測定モードにおいて、ワークが変位した場合の光路を示す図である。実施の形態２にかかる光学干渉計の厚み測定モードの構成を示す図である。本発明にかかる光学干渉計の、偏光分離手段の変形例の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[実施の形態１]
図１に示すように、本発明の実施の形態１にかかる光学干渉計１００は、光源１０１と、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１と、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２と、第１のビームスプリッタ１２１と、第２のビームスプリッタ１２２と、第１のミラー１３１と、第２のミラー１３２と、干渉光生成手段１４０と、干渉光検出手段１５０と、を備える。

光学干渉計１００は、モードを切り替えることでワークＷの厚みムラと変位とを測定できる多機能干渉計である。光学干渉計１００は、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を、光軸を中心として回転させることにより、厚み測定モードと変位測定モードとを切り替えることが可能である。まず、光学干渉計１００の厚み測定モードの構成について、図１を用いて説明する。

光源１０１は、干渉性の高い光を発する。干渉計の光源としては、干渉性の高い光を発する光源を用いることが好ましく、例えば、半導体レーザやＨｅ−Ｎｅレーザを用いる。光源１０１からは、ｐ偏光成分とｓ偏光成分を含む光が出射される。例えば、直線偏光の光であってもよいし、円偏光の光であってもよい。

第１のワイヤーグリッド偏光板１１１は、ワークＷの第１の面Ｓ１側に設けられている。また、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２は、ワークＷの第２の面Ｓ２側に設けられている。ワイヤーグリッド偏光板１１１、１１２は、石英等の基板上に金属細線のワイヤーを設けた偏光板である。ワイヤーグリッド偏光板１１１、１１２において、入射光の電場の振動方向がワイヤーに平行な場合は光が反射され、入射光の電場の振動方向がワイヤーに垂直な場合は光が透過する。すなわち、ワイヤーグリッド偏光板１１１、１１２の透過軸はワイヤーに垂直な方向である。透過軸に平行な成分の光のみが、変化を受けずに偏光板を透過する。

図１においては、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板１１２は、ワイヤーが紙面に垂直となるように配置されている。この場合、ｐ偏光（紙面に平行な偏光方向）の光が透過し、ｓ偏光（紙面に垂直な偏光方向）の光が反射される。なお、光源１０１からは、ｐ偏光成分とｓ偏光成分を含む光が出射される。例えば、入射面に対して傾いた直線偏光の光であってもよいし、円偏光の光であってもよい。そして、ｐ偏光成分とｓ偏光成分を含む光がワイヤーグリッド偏光板１１１、１１２に入射すると、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離される。

第１のワイヤーグリッド偏光板１１１は第１の偏光分離手段、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２は第２の偏光分離手段として機能する。偏光分離手段は、ワイヤーグリッド偏光板に限定されるものではない。偏光分離手段は、互いに直交関係にある第１の偏光方向と第２の偏光方向の双方を有する光が入射した場合に、一方の偏光方向の光を透過し、他方の偏光方向の光を反射するものであればよい。

第１のビームスプリッタ１２１は、光源１０１と第１のミラー１３１との間の光路上に設けられている。第２のビームスプリッタ１２２は、第１のビームスプリッタ１２１と第２のミラー１３２との間の光路上に設けられている。第１のビームスプリッタ１２１は第１の光路分割手段、第２のビームスプリッタ１２２は第２の光路分割手段として機能する。光路分割手段は、入射光を偏光方向により分割するものではなく、無偏光ビームスプリッタである。

第１のミラー１３１は、第１のビームスプリッタ１２１と第１のワイヤーグリッド偏光板１１１との間の光路上に設けられている。第２のミラー１３２は、第２のビームスプリッタ１２２と第２のワイヤーグリッド偏光板１１２との間の光路上に設けられている。第１のミラー１３１は第１の反射手段、第２のミラー１３２は第２の反射手段として機能する。反射手段はミラーに限定されるものではなく、例えば、プリズムであってもよい。

第１のビームスプリッタ１２１及び第１のミラー１３１は、光源１０１から出射された光を第１のワイヤーグリッド偏光板（第１の偏光分離手段）１１１へと導く第１の導光手段として機能する。
また、第１の導光手段により光源１０１から第１の偏光分離手段へと導かれた後に、第１の偏光分離手段を透過してワークＷの第１の面Ｓ１により反射された光を第１反射光Ｌ１、第１の導光手段により光源１０１から第１の偏光分離手段へと導かれた後に、第１の偏光分離手段により反射された光を第２反射光Ｌ２とする。第１のミラー１３１、第１のビームスプリッタ１２１、第２のビームスプリッタ１２２及び第２のミラー１３２は、第１反射光Ｌ１及び第２反射光Ｌ２を第２のワイヤーグリッド偏光板（第２の偏光分離手段）１１２へと導く、第２の導光手段として機能する。

第２の導光手段により第１のワイヤーグリッド偏光板（第１の偏光分離手段）１１１から第２のワイヤーグリッド偏光板（第２の偏光分離手段）１１２へと導かれた後に、第２のワイヤーグリッド偏光板（第２の偏光分離手段）１１２を透過してワークＷの第２の面Ｓ２により反射された光を第３反射光Ｌ３、第２のワイヤーグリッド偏光板（第２の偏光分離手段）１１２により反射された光を第４反射光Ｌ４とする。図１においては、第３反射光Ｌ３はｐ偏光の光であり、第４反射光Ｌ４はｓ偏光の光である。厚みムラ測定モードでは、第１反射光Ｌ１が第３反射光Ｌ３になり、第２反射光Ｌ２が第４反射光Ｌ４になると解釈してもよい。

干渉光生成手段１４０は、第２のミラー１３２により反射された後に第２のビームスプリッタ１２２を透過した第３反射光Ｌ３と第４反射光Ｌ４とを干渉させて、干渉光を生成する。第３反射光Ｌ３と第４反射光Ｌ４は、偏光方向が異なるためそのままでは干渉しない。そこで、干渉光生成手段１４０は、第３反射光Ｌ３及び第４反射光Ｌ４から共通する偏光成分を取り出すことにより、干渉光を生成する。

図１においては、第３反射光Ｌ３はｐ偏光で、第４反射光Ｌ４はｓ偏光である。第１のワイヤーグリッド偏光板１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板１１２のワイヤーは紙面と垂直に設けられている。この場合には、干渉光生成手段１４０として、例えば、光軸に垂直な面内において透過軸をp偏光とs偏光の偏光方向から傾けた偏光板を用いることができる。この構成により、第３反射光Ｌ３及び第４反射光Ｌ４から共通する偏光成分を取り出して、干渉光を生成することができる。

干渉光生成手段１４０の例として示した偏光板は高分子のフィルムで吸収によってフィルタリングするものでも、ワイヤーグリッドで反射によってフィルタリングするものでもいずれでも構わない。何れの場合でも、簡単な構成により干渉光を生成することができる。
また、第３のワイヤーグリッド偏光板を紙面垂直方向から光軸を中心として４５°ワイヤーを傾けて固定することにより、第３のワイヤーグリッド偏光板の第３反射光Ｌ３の透過率と第４反射光Ｌ４の透過率を等しくできる。これにより、効率よく干渉光を生成できる。

干渉光検出手段１５０は、干渉光生成手段１４０によって生成された干渉光を検出する。干渉光の強度変化を検出することにより、ｐ偏光成分の光路長とｓ偏光成分の光路長との差の変化を検出する。干渉光検出手段１５０としては、例えば、ＣＣＤ等の光センサを用いる。

ワーク駆動機構（不図示）を用いてワークＷを紙面上下方向（図１中の矢印Ａ）に動かすことにより、ワーク上の光照射位置を移動させることができる。ワーク上の光照射位置を変えながら干渉光の強度変化を検出することにより、ワークＷの厚みムラを検出することができる。

次に、光学干渉計１００における光の経路を説明する。光源１０１から出射された光は、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分を含む。例えば、直線偏光の光であってもよいし、円偏光の光であってもよい。光源１０１から出射された光は、第１のビームスプリッタ１２１へと入射する。第１のビームスプリッタ１２１へと入射した光の一部は、そのまま第１のビームスプリッタ１２１を透過して第１のミラー１３１へと入射する。第１のミラー１３１へと入射した光は、第１のミラー１３１により反射されて第１のワイヤーグリッド偏光板１１１へと入射する。

第１のワイヤーグリッド偏光板１１１へと入射した光のうち、ｐ偏光成分は第１のワイヤーグリッド偏光板１１１を透過して、ワークＷの第１の面Ｓ１により反射された後、逆方向から第１のワイヤーグリッド偏光板１１１を再び透過して、第１のミラー１３１へと入射する（これが第１反射光Ｌ１である。）。第１のワイヤーグリッド偏光板１１１へと入射した光のうち、ｓ偏光成分は第１のワイヤーグリッド偏光板１１１により反射されて、第１のミラー１３１へと入射する（これが第２反射光Ｌ２である。）。
この場合、第１反射光Ｌ１と第２反射光Ｌ２との間には、ワークＷの第１の面Ｓ１と第１のワイヤーグリッド偏光板１１１との間隔ｐ_Ｒの２倍の光路差が生じる。

第１のミラー１３１により反射された第１反射光Ｌ１及び第２反射光Ｌ２は、第１のビームスプリッタ１２１へと入射する。第１のビームスプリッタ１２１へと入射した光の一部は、第１のビームスプリッタ１２１により反射されて、第２のビームスプリッタ１２２へと入射する。第２のビームスプリッタ１２２により反射された第１反射光Ｌ１及び第２反射光Ｌ２は第２のミラー１３２へと入射して、第２のミラー１３２により反射された後、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射する。

第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射した光のうち、ｐ偏光成分は第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を透過して、ワークＷの第２の面Ｓ２により反射された後、逆方向から第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を再び透過して、第２のミラー１３２へと入射する（これが第３反射光Ｌ３である。）。第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射した光のうち、ｓ偏光成分は第２のワイヤーグリッド偏光板１１２により反射されて、第２のミラー１３２へと入射する（これが第４反射光Ｌ４である。）。
この場合、第３反射光Ｌ３と第４反射光Ｌ４との間には、ワークＷの第２の面Ｓ２と第２のワイヤーグリッド偏光板１１２との間隔ｐ_Ｌの２倍の光路差が新たに生じる。

第２のミラー１３２により反射された第３反射光Ｌ３及び第４反射光Ｌ４は、第２のビームスプリッタ１２２へと入射する。第２のビームスプリッタ１２２へと入射した光の一部は、第２のビームスプリッタ１２２を透過して、干渉光生成手段１４０へと入射する。第２のビームスプリッタ１２２を透過した第３反射光Ｌ３及び第４反射光Ｌ４は干渉光生成手段１４０へと入射して、干渉光が生成される。その後、生成された干渉光を干渉光検出手段１５０により検出する。

図２は、実施の形態１にかかる光学干渉計１００の厚み測定モードの光路を示す図である。図２（ａ）は、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板１１２により反射されたｓ偏光成分の光路長Ｐ_２４を示す。図２（ｂ）は、ワークＷの第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２により反射されたｐ偏光成分の光路長Ｐ_１３を示す。

図２（ａ）（ｂ）において、ワークＷの厚みをｔ、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１の反射面からワークＷの第１の面Ｓ１までの光学的距離をｐ_Ｒ、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２の反射面からワークＷの第２の面Ｓ２までの光学的距離をｐ_Ｌとする。ｐ偏光成分（図２（ｂ））とｓ偏光成分（図２（ａ））との光路長差ΔＰは、式（１）のように表される。ワークＷを動かして光が照射される点を移動させると、光路長差ΔＰはワークＷの厚みｔの変化に応じて変わる。干渉光の位相を算出することにより、ワークＷの厚みムラを高精度に測定することができる。

ΔＰ＝Ｐ_２４−Ｐ_１３＝２（ｐ_Ｌ＋ｐ_Ｒ）・・・（１）

次に、図３を用いて、光学干渉計１００の変位測定モードにおける光の経路を説明する。図３では、図１の状態から第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を、光軸を中心として９０°回転させて、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２のワイヤー配列が第１のワイヤーグリッド偏光板１１１上のワイヤー配列と直交する状態で固定している。
光学干渉計１００の厚み測定モードから変位測定モードに切り替える際に、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２が回転する様子を、図４に模式図として示す。

図３における光の経路は、光源１０１から出射された光線が第１のワイヤーグリッド偏光板１１１又はワークＷの第１の面Ｓ１により反射されて、第１のミラー１３１、第１のビームスプリッタ１２１、第２のビームスプリッタ１２２、第２のミラー１３２を経由して、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２に入射するまでは、図１と同じである。第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を透過する光の偏光方向が、図１とは逆になる点が異なる。

第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射した光のうち、ｓ偏光成分は第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を透過して、ワークＷの第２の面Ｓ２により反射された後、逆方向から第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を再び透過して、第２のミラー１３２へと入射する。第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射した光のうち、ｐ偏光成分は第２のワイヤーグリッド偏光板１１２により反射されて、第２のミラー１３２へと入射する。

ワークＷの第２の面Ｓ２により反射されてから、第２のミラー１３２へと入射するｓ偏光成分の光を第３反射光Ｌ３、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２により反射されてから、第２のミラー１３２へと入射するｐ偏光成分の光を第４反射光Ｌ４とする。変位測定モードでは、第１反射光Ｌ１が第４反射光Ｌ４になり、第２反射光Ｌ２が第３反射光Ｌ３になると解釈してもよい。

図５を用いて、光学干渉計１００の変位測定モードにおける光路長について説明する。
図５（ａ）は、ワークＷの厚みがゼロで、かつ、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を透過してワークＷの両面で反射される光線を仮定した場合の光路長Ｐ_００を示す。図５（ｂ）は、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１により反射された後に、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を透過して、ワークＷの第２の面Ｓ２により反射されたｓ偏光成分の光路長Ｐ_２３を示す。図５（ｃ）は、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１を透過してワークＷの第１の面Ｓ１により反射された後に、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２により反射されたｐ偏光成分の光路長Ｐ_１４を示す。

図５（ｂ）及び（ｃ）において、ワークＷの厚みをｔ、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１の反射面からワークＷの第１の面Ｓ１までの光学的距離をｐ_Ｒ、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２の反射面からワークＷの第２の面Ｓ２までの光学的距離をｐ_Ｌとする。この場合、光路長Ｐ_２３は式（２）、光路長Ｐ_１４は式（３）のように表される。

Ｐ_２３＝Ｐ_００−２ｔ−２ｐ_Ｒ・・・（２）

Ｐ_１４＝Ｐ_００−２ｔ−２ｐ_Ｌ・・・（３）

ｐ偏光成分とｓ偏光成分との光路長差ΔＰは、式（４）のように表される。ワークＷの厚みｔの変化により生じる光路長の変化は相殺されるため、光路長差ΔＰには影響しない。

ΔＰ＝Ｐ_１４−Ｐ_２３＝２（ｐ_Ｒ−ｐ_Ｌ）・・・（４）

さて、ここで、光線の入射方向（図３で矢印Ｂ）にワークＷが変位したとする。図６に、光線の入射方向に図５の状態からワークＷが変位したときの光路を示す。図６（ａ）〜（ｃ）がそれぞれ、図５（ａ）〜（ｃ）に対応している。

ｓ偏光成分の光路長Ｐ_２３における、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１の反射面からワークＷの第１の面Ｓ１までの光路長がｐ_Ｌ０からｐ_Ｌ０＋αに変化したとする。ｐ偏光成分の光路長Ｐ_１４における第２のワイヤーグリッド偏光板１１２の反射面からワークＷの第２の面Ｓ２までの光路長はｐ_Ｒ０からｐ_Ｒ０−αへと変化する。したがって、光路長差ΔＰは式（５）で表される。

ΔＰ＝Ｐ_１４−Ｐ_２３
＝２｛ｐ_Ｒ０−α−（ｐ_Ｌ０＋α）｝
＝２（ｐ_Ｒ０−ｐ_Ｌ０−２α）・・・・・（５）

ワークＷの変位量がαの場合、光路長差ΔＬは２α変化する。これにより、ワークＷの変位量αは、その２倍で光路差に反映される。したがって、第３反射光Ｌ３と第４反射光Ｌ４とを干渉させて干渉光を生成し、干渉光の強度変化をモニタすると、ワークの変位がわかる。

以上、説明したように、光学干渉計１００は、厚みムラ測定モードでは、１つの干渉光検出手段によりワークの厚みムラを測定することができる。

また、光学干渉計１００は、変位測定モードでは、１つの干渉光検出手段によりワークの変位を測定することができる。

さらに、光学干渉計１００においては、第１のワイヤーグリッド偏光板（第１の偏光分離手段）１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板（第２の偏光分離手段）１１２の、少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に設けられている。これにより、ワークの厚み測定及び変位測定の、２つの機能を切り替え可能な多機能干渉計を簡素な構成で実現できる。

光学干渉計１００において、ワイヤーグリッド偏光板１１１、１１２は、ワイヤーの高さ及び周期を変更することにより、ある波長の光が入射した場合の反射・透過特性を変えることができる。よって、偏光分離手段としてワイヤーグリッド偏光板を用いることにより、使用する光源に応じた最適な特性の偏光分離手段を提供することができる。

[実施の形態２]
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図７に第２実施形態にかかる光学干渉計７００を示す。光学干渉計７００は、光源１０１と、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１と、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２と、第１のビームスプリッタ１２１と、第２のビームスプリッタ１２２と、第１のミラー１３１と、干渉光生成手段１４０と、干渉光検出手段１５０と、を備える。

光学干渉計７００はモードを切り替えることで、ワークＷの厚みムラとワークの変位とを測定できる多機能干渉計である。実施の形態１で説明した光学干渉計１００に対比すると、基本的なコンセプトは同じであるが、部品の数及び配置が異なる。まず、光学干渉計７００の厚み測定モードの構成について、図７を用いて説明する。

第１のビームスプリッタ１２１は、光源１０１と第１のワイヤーグリッド偏光板１１１との間の光路上に設けられている。第２のビームスプリッタ１２２は、第１のミラー１３１と第２のワイヤーグリッド偏光板１１２との間の光路上に設けられている。第１のビームスプリッタ１２１は第１の光路分割手段、第２のビームスプリッタ１２２は第２の光路分割手段として機能する。

第１のミラー１３１は、第１のビームスプリッタ１２１と第２のビームスプリッタ１２２との間の光路上に設けられている。第１のミラー１３１は反射手段として機能する。

第１のビームスプリッタ１２１は、光源１０１から出射された光を第１のワイヤーグリッド偏光板（第１の偏光分離手段）１１１へと導く第１の導光手段として機能する。
また、第１の導光手段により光源１０１から第１の偏光分離手段へと導かれた後に、第１の偏光分離手段を透過してワークＷの第１の面Ｓ１により反射された光を第１反射光Ｌ１、第１の導光手段により光源１０１から第１の偏光分離手段へと導かれた後に、第１の偏光分離手段により反射された光を第２反射光Ｌ２とする。第１のビームスプリッタ１２１、第１のミラー１３１、及び第２のビームスプリッタ１２２は、第１反射光Ｌ１及び第２反射光Ｌ２を第２のワイヤーグリッド偏光板（第２の偏光分離手段）１１２へと導く、第２の導光手段として機能する。

次に、光学干渉計７００における光の経路を説明する。光源１０１から出射された光は、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分を含む。例えば、直線偏光の光であってもよいし、円偏光の光であってもよい。光源１０１から出射された光は、第１のビームスプリッタ１２１へと入射する。第１のビームスプリッタ１２１へと入射した光の一部は、そのまま第１のビームスプリッタ１２１を透過して第１のワイヤーグリッド偏光板１１１へと入射する。

第１のワイヤーグリッド偏光板１１１へと入射した光のうち、ｐ偏光成分は第１のワイヤーグリッド偏光板１１１を透過して、ワークＷの第１の面Ｓ１により反射された後、逆方向から第１のワイヤーグリッド偏光板１１１を再び透過して、第１のビームスプリッタ１２１へと入射する（これが第１反射光Ｌ１である。）。第１のワイヤーグリッド偏光板１１１へと入射した光のうち、ｓ偏光成分は第１のワイヤーグリッド偏光板１１１により反射されて、第１のビームスプリッタ１２１へと入射する（これが第２反射光Ｌ２である。）。
この場合、第１反射光Ｌ１と第２反射光Ｌ２との間には、ワークＷの第１の面Ｓ１と第１のワイヤーグリッド偏光板１１１との間隔ｐ_Ｒの２倍の光路差が生じる。

第１反射光Ｌ１及び第２反射光Ｌ２の一部は第１のビームスプリッタ１２１により反射されて、第１のミラー１３１へと入射する。第１のミラー１３１へと入射した光は、第１のミラー１３１により反射されて、第２のビームスプリッタ１２２へと入射する。第２のビームスプリッタ１２２へと入射した光の一部は第２のビームスプリッタ１２２により反射されて、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射する。

第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射した光のうち、ｐ偏光成分（ここでは第１反射光Ｌ１）は第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を透過して、ワークＷの第２の面Ｓ２により反射された後、逆方向から第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を再び透過して、第２のビームスプリッタ１２２へと入射する（これが第３反射光Ｌ３である。）。第２のワイヤーグリッド偏光板１１２へと入射した光のうち、ｓ偏光成分（ここでは第２反射光Ｌ２）は第２のワイヤーグリッド偏光板１１２により反射されて、第２のビームスプリッタ１２２へと入射する（これが第４反射光Ｌ４である。）。
この場合、第３反射光Ｌ３と第４反射光Ｌ４との間には、ワークＷの第２の面Ｓ２と第２のワイヤーグリッド偏光板１１２との間隔ｐ_Ｌの２倍の光路差が新たに生じる。

第２のビームスプリッタ１２２へと入射した第３反射光Ｌ３及び第４反射光Ｌ４の一部は、第２のビームスプリッタ１２２を透過して、干渉光生成手段１４０へと入射する。第２のビームスプリッタ１２２を透過した第３反射光Ｌ３及び第４反射光Ｌ４は干渉光生成手段１４０へと入射して、干渉光が生成される。その後、生成された干渉光を干渉光検出手段１５０により検出する。

光学干渉計７００は、第２のワイヤーグリッド偏光板１１２を、光軸を中心として回転させることにより、厚み測定モードと変位測定モードとを切り替えることが可能である。厚み測定モードから変位測定モードへと切り替えた際の光路の変化は、第１実施形態にかかる光学干渉計１００と同様であるので、説明は省略する。

以上、説明したように、本発明の第２実施形態にかかる光学干渉計７００は、第１実施形態にかかる光学干渉計１００よりも反射手段を一つ減らすことができるので、光学系が簡素化できる。その結果として、干渉計の製造コストが削減できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本明細書においては、光学干渉計１００について、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板１１２のワイヤーが図１における紙面と垂直に配置されている状態を基準として、第１の偏光方向をｐ偏光、第２の偏光方向をｓ偏光として説明した。しかし、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板１１２のワイヤーが図１における紙面と平行に配置されている状態を基準として、第１の偏光方向をｓ偏光、第２の偏光方向をｐ偏光とした場合でも、本発明は同様に成立する。

また、本発明は、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１及び第２のワイヤーグリッド偏光板１１２のワイヤーが、図１における紙面と垂直に配置された場合及び平行に配置された場合に限定されるものではない。
ワイヤーグリッド偏光板１１１、１１２が光軸を中心として傾いた透過軸を持つ場合であっても、第１のワイヤーグリッド偏光板１１１のワイヤーと第２のワイヤーグリッド偏光板１１２のワイヤーとが直交した状態に配置されているときには、実施の形態と同様に本発明は成立する。
また、図８に示すように、ワイヤーグリッド偏光板１１１、１１２に代えて、偏光ビームスプリッタ８０１と反射鏡８０２とを組み合わせて、偏光分離手段として用いてもよい。

１００実施の形態１にかかる光学干渉計
１０１光源
１１１第１のワイヤーグリッド偏光板
１１２第２のワイヤーグリッド偏光板
１２１第１のビームスプリッタ
１２２第２のビームスプリッタ
１３１第１のミラー
１３２第２のミラー
１４０干渉光生成手段
１５０干渉光検出手段
７００実施の形態２にかかる光学干渉計

Claims

干渉性の高い光を発する光源と、
前記光源からの第１の偏光方向の光を透過させ、かつ、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光を反射させる特性を有し、ワークの第１の面側に配設された第１の偏光分離手段と、
前記第１の偏光方向の光を透過させ、かつ、前記第２の偏光方向の光を反射させる特性を有し、前記ワークの第２の面側に配設された第２の偏光分離手段と、
前記第１の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第１の面により反射された第１反射光と、前記第１の偏光分離手段により反射された第２反射光とを前記第２の偏光分離手段へと導く導光手段と、
前記第１反射光が前記第２の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第２の面により反射された第３反射光と、前記第２反射光が前記第２の偏光分離手段により反射された第４反射光とを、干渉させて干渉光を生成する干渉光生成手段と、
前記干渉光生成手段によって生成された干渉光を検出する干渉光検出手段と、
を有する光学干渉計。
干渉性の高い光を発する光源と、
前記光源からの第１の偏光方向の光を透過させ、かつ、前記第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向の光を反射させる特性を有し、ワークの第１の面側に配設された第１の偏光分離手段と、
前記第１の偏光方向の光を反射させ、かつ、前記第２の偏光方向の光を透過させる特性を有し、前記ワークの第２の面側に配設された第２の偏光分離手段と、
前記第１の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第１の面により反射された第１反射光と、前記第１の偏光分離手段により反射された第２反射光とを前記第２の偏光分離手段へと導く導光手段と、
前記第２反射光が前記第２の偏光分離手段を透過した後に前記ワークの第２の面により反射された第３反射光と、前記第１反射光が前記第２の偏光分離手段により反射された第４反射光とを、干渉させて干渉光を生成する干渉光生成手段と、
前記干渉光生成手段によって生成された干渉光を検出する干渉光検出手段と、
を有する光学干渉計。
請求項１又は２に記載の光学干渉計であって、前記第１の偏光分離手段及び前記第２の偏光分離手段の少なくとも一方が、光軸を回転中心として回転可能に設けられていることを特徴とする光学干渉計。
前記第１の偏光分離手段及び前記第２の偏光分離手段がワイヤーグリッド偏光板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学干渉計。