JP2020030130A - 光学システム - Google Patents

Abstract

【課題】干渉光の遅延光路を調整する作業にかかる時間の短縮が可能な光学システムを提供する。【解決手段】光学システムＳは、測定面４及び参照面３に光を照射するビーム光源１２と、測定面４及び参照面３で反射した反射光の強度を検出する検出器１３と、結像レンズ１０７と、コリメータレンズ１０６と、結像レンズ１０７とコリメータレンズ１０６との間に存在するコリメータレンズ１０６のフーリエ変換面に配置され、反射光の正反射光を遮光する遮光スリット１５とを備える干渉計、及び検出器１３により検出された反射光の強度に基づいて、ビーム光源１２の光軸方向における、測定光のピークと参照光のピークとのピーク間距離を特定する距離特定部と、特定された距離に基づいて、測定光の光路長と参照光の光路長との光路長差を特定する解析部とを備える情報処理装置２を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光学システムに関する。

白色光源から照射された低可干渉性の光の一部を迂回させ、光路長を変化させる遅延光路を備える干渉計が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平９−２１６０６号公報

従来の干渉計は、干渉光のコントラストを最大にするために、測定面で反射した測定光の光路長と、参照面で反射した参照光の光路長とが等しくなるように遅延光路を調整する。低可干渉性の光による反射光の強度は弱いので、従来の干渉計は、干渉光のコントラストを確認できるだけの干渉光を取得するために、所定の時間の間に取得した干渉光の強度を積算する必要がある。そのため、従来の干渉計は、遅延光路を変化させる走査速度を所定の時間に対して十分に遅くする必要があり、調整作業に時間がかかっていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、調整作業にかかる時間を短縮する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の光学システムは、干渉計と情報処理装置とを備える光学システムであって、前記干渉計は、測定面及び参照面に光を照射するビーム光源と、前記測定面から反射した反射光の強度及び前記参照面から反射した反射光の強度を検出する検出器と、前記ビーム光源から前記検出器までの間の光路上に配置された結像レンズと、前記結像レンズから前記ビーム光源までの間の光路上に配置されたコリメータレンズと、前記結像レンズと前記コリメータレンズとの間に存在する前記コリメータレンズのフーリエ変換面に配置され、前記反射光の正反射光を遮光する遮光スリットと、を備え、前記情報処理装置は、前記検出器により検出された前記反射光の強度に基づいて、前記ビーム光源の光軸方向における、前記測定面から反射した前記反射光の強度に由来する分布と、前記参照面から反射した前記反射光の強度に由来する分布との距離を特定する距離特定部と、前記距離特定部により特定された前記距離に基づいて、前記測定面から反射した反射光の光路長と前記参照面から反射した反射光の光路長との光路長差を特定する解析部と、を備える。

例えば、前記干渉計は、前記結像レンズと前記検出器との光路上に配置され、前記ビーム光源の光軸を中心とする所定の距離より外側の光を遮光する遮光部を有するピンホール部材をさらに備え、前記距離特定部は、前記ピンホール部材を光軸に沿って移動させる。

例えば、前記距離特定部は、前記検出器を光軸に沿って移動させる。

前記距離特定部は、前記測定面から反射した前記反射光の強度に由来する分布のピークと、前記参照面から反射した前記反射光の強度に由来する分布のピークとのピーク間距離を特定してもよい。

光路長差が特定されると、前記干渉計の光路上から前記遮光スリットを取り除く調整部をさらに備えてもよい。

例えば、前記遮光スリットは、前記フーリエ変換面に配置されたときに、前記ビーム光源の光軸に対する垂直な面において、前記遮光スリットと前記光軸とが交わる点を含む所定の遮光範囲内に入射した光を遮光する遮光部を備える。

本発明によれば、調整作業にかかる時間を短縮することができるという効果を奏する。

第１の実施の形態に係る光学システムの構成を示す図である。 遮光スリットの一例を模式的に示す図である。 測定面から検出器までの光学系を抜粋し、光軸に対して垂直な方向から見た模式図である。 図１に示したビームスプリッタから検出器までの光学系を抜粋して拡大した模式図である。 ビーム光源の光軸方向において検出される反射光の強度分布を模式的に示す図である。 情報処理装置の機能構成を示す図である。 光学系を調整する処理のフローチャートである。 反射光が収束する位置とカメラの位置との関係について説明するための図である。 入射した光を検出する範囲を説明するための図である。 位相シフト光学系を模式的に示す図である。 Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ（ＴＧ）干渉計を模式的に示す図である。

＜第１の実施の形態＞
まず、第１の実施の形態に係る光学システムの概要について説明する。光学システムは、干渉計と、干渉計を制御する情報処理装置とを備える。

干渉計は、低可干渉性の光を用いるフィゾー干渉計に対して、低可干渉性の光を照射する光源とは異なる光源であるビーム光を照射するビーム光源と、光軸に沿って移動可能な光学系とをさらに備える。ビーム光の強度は、低可干渉性の光の強度より強い。

情報処理装置は、測定面と参照面とにビーム光を照射し、測定面で反射した測定光に由来する強度分布と、参照面で反射した参照光に由来する強度分布とを、移動可能な光学系を光軸に沿って移動させて取得する。

ビーム光による反射光の強度は、低可干渉性の光による干渉光の強度より強い。そのため、情報処理装置は、低可干渉性の光による干渉光を検出する時間より短い時間で反射光を検出することができる。

そして、情報処理装置は、測定面で反射した測定光に由来する強度分布と、参照面で反射した参照光に由来する強度分布との距離を特定する。情報処理装置が特定した二つの強度分布の距離は、測定光の光路長と参照光の光路長との光路長差に対応している。したがって、情報処理装置は、特定した距離に基づいて光路長差を特定することができる。

このように、光学システムは、従来の干渉計より短い時間で反射光の強度を検出することができるので、一回の測定にかかる時間を短くできる。そのため、光学システムは、移動可能な光学系を光軸に沿って移動させる速度を、従来の干渉計が遅延光路を移動させる走査速度より速くすることができる。よって、光学システムは、調整時間を短縮することができる。さらに、光学システムは、光路長差に対応する二つの強度分布の距離を特定する。そのため、光学システムは、特定した光路長差と遅延光路の光路長とが一致するように調整することで、低可干渉性の光を照射したときに測定光の光路長と参照光の光路長とを一致させることができる。

［光学システムＳの構成］
図１は、第１の実施の形態に係る光学システムＳの構成を示す図である。光学システムＳは、干渉計１と、情報処理装置２とを備える。まず、干渉計１の構成について説明する。干渉計１は、光源１１と、ビーム光源１２と、検出器１３と、カメラ１４と、遮光スリット１５と、複数のビームスプリッタ１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、及び１０２ｄ）と、コーナーキューブ１０３と、拡大レンズ１０４と、ハーフミラー１０５と、コリメータレンズ１０６と、結像レンズ１０７と、ピンホール部材１０９と、参照面３と、測定面４とを備える。面間距離δＳは、参照面３と測定面４との面間距離を示す。以下の説明において、ビームスプリッタ１０２ａ及び１０２ｂとコーナーキューブ１０３とで構成される光学系を遅延光路ということがある。

光源１１は、光学システムＳが測定面４の形状を測定するときに、測定面４及び参照面３に低可干渉性の光を照射する。光源１１は、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）である。

ビーム光源１２は、光学システムＳが光学系を調整するときに、参照面３及び測定面４にビーム光を照射する。ビーム光源１２は、例えばレーザー光を照射するレーザー発信機である。具体的には、ビーム光源１２は、参照面３及び測定面４上において、ビーム光の直径が数ｍｍ程度となるビーム光を照射する。図１において、破線で示す光路は、ビーム光源１２が照射したビーム光の光路を示す。また、一点鎖線で示す光路Ａはビーム光が測定面４で反射した測定光の光路を示し、二点鎖線で示す光路Ｂはビーム光が参照面３で反射した参照光の光路を示す。

検出器１３は、光学システムＳが光学系を調整するときに、測定面４から反射した測定光の強度及び参照面３から反射した参照光の強度を検出する。検出器１３は、高感度のフォトダイオードが好適であるが、これに限らない。

カメラ１４は、例えば複数の検出素子を備えるデジタルカメラである。カメラ１４は、カメラ１４に入射した光の強度を複数の検出素子により検出する。カメラ１４は、光学システムＳが測定面４の形状を測定するときに、低可干渉性の光が測定面４及び参照面３で反射して干渉した干渉光を検出する。

結像レンズ１０７は、ビーム光源１２から検出器１３までの間の光路上に配置される。具体的には、図１に示すように、結像レンズ１０７は、測定面４及び参照面３から検出器１３までの間の光路上に配置される。コリメータレンズ１０６は、結像レンズ１０７からビーム光源１２までの間の光路上に配置される。具体的には、図１に示すように、コリメータレンズ１０６は、結像レンズ１０７から測定面４及び参照面３までの間の光路上に配置される。

遮光スリット１５は、結像レンズ１０７とコリメータレンズ１０６との間に存在するコリメータレンズ１０６のフーリエ変換面に配置される。コリメータレンズ１０６のフーリエ変換面と光軸との交点は、コリメータレンズ１０６の焦点である。遮光スリット１５は、コリメータレンズ１０６の焦点から所定の範囲内に設置されてもよい。例えば、遮光スリット１５は、コリメータレンズ１０６の焦点から、コリメータレンズ１０６の被写界深度より短い距離内に設置される。

遮光スリット１５は、測定光及び参照光の正反射光を遮光する。具体的には、遮光スリット１５は、フーリエ変換面に配置されたときに、ビーム光源１２の光軸に対する垂直な面において、遮光スリット１５と光軸とが交わる交点を含む所定の遮光範囲内に入射した光を遮光する遮光部を備える。遮光範囲は、例えば、交点を中心とする所定の長さを半径とする円内であるが、これに限定するものではない。所定の長さは、ビーム光が測定面４及び参照面３で反射した反射光のビーム光の光軸に対する角度に基づいて定めればよい。本実施の形態においては、反射した反射光の角度を５度として、光軸に対する角度が５度以内の反射光を遮光するように遮光部を構成した。

図２は、遮光スリット１５の一例を模式的に示す図である。図２に示すように、遮光スリット１５は、斜線で塗りつぶした遮光部１５１及び遮光部１５３と、白抜きの開口部１５２とを備える。遮光スリット１５は、遮光部１５１及び１５３に入射した光を遮光し、開口部１５２に入射した光を通過させる。なお、遮光スリット１５は、遮光部１５３を備えていなくてもよい。

図３を参照しながら、測定面４で反射した測定光を例に、遮光スリット１５が正反射光を遮光することを説明する。図３は、測定面４から検出器１３までの光学系を抜粋し、光軸に対して垂直な方向から見た模式図である。図３において、破線で示す正反射光Ｒは測定面４で反射した正反射光を示し、実線で示す散乱光Ｓは測定面４で反射した散乱光を示す。

点Ｐ１で反射した正反射光Ｒは、コリメータレンズ１０６に入射すると、コリメータレンズ１０６を通過してコリメータレンズ１０６の焦点に向かう。点Ｐ２及び点Ｐ３で反射した正反射光Ｒは、コリメータレンズ１０６に入射すると、屈折してコリメータレンズ１０６の焦点に収束する。一方、点Ｐ１で反射した散乱光Ｓは、測定面４に対して垂直ではない角度で反射する。散乱光Ｓは、コリメータレンズ１０６に入射してもコリメータレンズ１０６の焦点に収束されない。そのため、コリメータレンズ１０６のフーリエ変換面に遮光スリット１５を設置すると、測定面４上で反射した反射光のうち正反射光Ｒは遮光部１５１により遮られ、散乱光Ｓは開口部を通過する。

遮光スリット１５を通過した散乱光Ｓは、結像レンズ１０７に入射する。結像レンズ１０７に入射した散乱光Ｓは屈折して、ある一点に収束する。結像レンズ１０７を通過した散乱光Ｓは、結像レンズ１０７から検出器１３までの光路上に配置されたピンホール部材１０９を通過して検出器１３に入射する。

ピンホール部材１０９は、入射した散乱光Ｓの一部を遮光し、一部を通過する。例えば、ピンホール部材１０９は、ビーム光源１２の光軸を中心とする所定の距離より外側の光を遮光する遮光部と、光軸を中心とする所定の距離内の光を通過する開口部とを有する。光軸を中心とする所定の距離は、例えば、ビーム光が回折により広がる距離より短くする。具体的には、ピンホール部材１０９の開口部は、直径１ｍｍの円としたが、これに限定するものではない。

ここで、反射光の焦点とピンホール部材１０９の位置との関係について説明する。図４は、図１に示したビームスプリッタ１０２ｄから検出器１３までの光学系を抜粋して拡大した模式図である。

図４（ａ）の２点鎖線で示す参照光Ｂは、ビーム光源１２から照射されたビーム光が参照面３で反射した参照光を示す。参照光Ｂは、ビーム光源１２の光軸方向における位置Ｘｒにおいて収束する。ピンホール部材１０９が位置Ｘｒにある場合、参照光Ｂの多くは、ピンホール部材１０９の開口部を通過して検出器１３に入射する。一方、ピンホール部材１０９が位置Ｘｒにない場合、参照光Ｂの多くはピンホール部材１０９の開口部を通過できずに遮られ、参照光Ｂの一部が検出器１３に入射する。

したがって、検出器１３により検出される参照光Ｂの強度は、ピンホール部材１０９の光軸方向における位置により変化する。具体的には、参照光Ｂの強度は、ピンホール部材１０９の位置と参照光Ｂが収束する位置Ｘｒとが一致する場合に大きくなり、ピンホール部材１０９の位置が位置Ｘｒから離れるほど小さくなる。

図４（ｂ）の１点鎖線で示す測定光Ａは、ビーム光源１２から照射されたビーム光が測定面４で反射した測定光を示す。測定光Ａは、ビーム光源１２の光軸方向における位置Ｘｔにおいて収束する。ピンホール部材１０９が位置Ｘｔにある場合、測定光Ａの多くは、ピンホール部材１０９の開口部を通過して検出器１３に入射する。一方、ピンホール部材１０９が位置Ｘｔにない場合、測定光Ａの多くはピンホール部材１０９の開口部を通過できずに遮られ、測定光Ａの一部が検出器１３に入射する。

したがって、検出器１３において検出される測定光Ａの強度は、ピンホール部材１０９の光軸方向における位置により変化する。具体的には、測定光Ａの強度は、ピンホール部材１０９の位置と測定光Ａが収束する位置Ｘｔとが一致する場合に大きくなり、ピンホール部材１０９の位置が位置Ｘｔから離れるほど小さくなる。

図５は、ビーム光源１２の光軸方向において検出される反射光の強度分布を模式的に示す図である。図５において、横軸はビーム光源１２の光軸方向（Ｘ軸）の位置を示し、縦軸は反射光の強度を示す。図５において、ピンホール部材１０９を移動させながら検出された反射光の強度をプロットした。

図５の強度分布は、測定光Ａに由来する強度分布と、参照光Ｂに由来する強度分布とが合成されている。図５に示すように、位置Ｘｔに測定光Ａに由来する強度分布のピークが表れ、位置Ｘｒに参照光Ｂに由来する強度分布のピークが表れる。

このとき、位置Ｘｔと位置Ｘｒとの距離ΔＸ（以下、距離ΔＸをピンホール部材１０９の移動量と言うことがある）は、測定光Ａの光路長と参照光Ｂの光路長との光路長差に対応する。光学システムＳの情報処理装置２は、反射光の強度分布に基づいて距離ΔＸを特定し、特定した距離ΔＸに基づいて光路長差を特定する。
以下、情報処理装置２の機能構成について説明する。

［情報処理装置２の機能構成］
図６は、情報処理装置２の機能構成を示す図である。情報処理装置２は、記憶部２１と、制御部２２とを備える。記憶部２１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体を含む。また、記憶部２１は、制御部２２が実行するプログラムを記憶する。

制御部２２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部２２は、記憶部２１に記憶されたプログラムを実行することによって、距離特定部２２１、解析部２２２、及び調整部２２３の機能を実現する。

距離特定部２２１は、検出器１３により検出された反射光の強度を取得する。具体的には、距離特定部２２１は、ピンホール部材１０９を光軸に沿って移動させながら、検出器１３に検出させた反射光の強度を取得する。

距離特定部２２１は、検出器１３により検出された反射光の強度に基づいて、ビーム光源１２の光軸方向における、測定面４から反射した測定光の強度に由来する分布と、参照面３から反射した参照光の強度に由来する分布との距離を特定する。例えば、距離特定部は２２１、測定光の強度に由来する分布のピークと、参照光の強度に由来する分布のピークとのピーク間距離を特定する。また、距離特定部２２１は、ピーク間距離に替えて、分布の中央値間の距離、又は分布の平均値間の距離を特定してもよい。

解析部２２２は、距離特定部２２１により特定された距離に基づいて、測定光の光路長と参照光の光路長との光路長差を特定する。例えば、解析部２２２は、光路長差に対応する測定面４と参照面３との面間距離δＳを特定することで、光路長差を特定する。以下、図３を参照しながら、解析部２２２が面間距離δＳを特定することを説明する。

図３に示す距離ａは、測定面４からコリメータレンズ１０６までの距離を示す。焦点距離ｆ１は、コリメータレンズ１０６の焦点距離を示す。距離ｂは、結像レンズ１０７から測定光に由来する強度分布のピークを検出したピンホール部材１０９の位置までの距離を示す。焦点距離ｆ２は、結像レンズ１０７の焦点距離を示す。距離ａと距離ｂとの関係は、レンズの公式を用いて式（１）で表される。

同様に、図３において、測定面４を参照面３と置き換えて、参照面３からコリメータレンズ１０６までの距離を距離ａ´とし、結像レンズ１０７から参照光に由来する強度分布のピークを検出したピンホール部材１０９の位置までの距離を距離ｂ´とする。距離ａ´と距離ｂ´との関係は、レンズの公式を用いて式（２）で表される。

測定面４と参照面３との面間距離δＳは、距離ａと距離ａ´との差に対応する。また、距離ｂと距離ｂ´との差は、位置Ｘｔと位置Ｘｒとの距離ΔＸに対応する。したがって、面間距離δＳは、式（１）と、式（２）と、距離ΔＸとを用いて、式（３）で表される。

解析部２２２は、式（３）と、距離特定部２２１が特定した距離ΔＸとを用いて面間距離δＳを特定する。なお、測定光の光路長と参照光の光路長との光路長差は、面間距離δＳの２倍に相当する。

光学システムＳが測定面４の形状を測定するときには遮光スリット１５は不要なので、調整部２２３は、光路長差が特定されると干渉計１の光路上から遮光スリット１５を取り除く。そして、調整部２２３は、特定された光路長差に基づいて干渉計１の光学系を調整する。例えば、調整部２２３は、解析部２２２により特定された面間距離δＳと、図１に示すビームスプリッタ１０２ａとコーナーキューブ１０３との距離Ｌ１及びビームスプリッタ１０２ｂとコーナーキューブ１０３との距離Ｌ２とが等しくなるように干渉計１の光学系を調整する。例えば、調整部２２３は、距離Ｌ１及び距離Ｌ２と面間距離δＳとが等しくなるようにコーナーキューブ１０３を移動させる。

［光学系を調整する処理］
図７を参照しながら、光学システムＳが光学系を調整する処理の流れについて説明する。図７は、光学系を調整する処理のフローチャートである。図７のフローチャートは、例えば光学システムＳを使用する使用者が、情報処理装置２に光学系を調整する指示を入力すると開始する。以下、ビーム光源１２からビーム光が測定面４及び参照面３に照射されたものとして説明する。

まず、距離特定部２２１は、ピンホール部材１０９を移動させる（ステップＳ１）。距離特定部２２１がピンホール部材１０９を移動させる移動距離は、例えば反射光の強度分布のピークを特定できる分解能が得られる特定可能距離である。距離特定部２２１は、特定可能距離を光源１１が照射する低可干渉性の光の可干渉距離に基づいて定めてもよい。本実施の形態においては、低可干渉性の光の可干渉距離１０μｍに基づいて、特定可能距離を１０μｍと定めた。

続いて、距離特定部２２１は、検出器１３に反射光の強度を検出させる（ステップＳ２）。距離特定部２２１は、検出器１３が反射光の強度を検出すると、ピンホール部材１０９を移動させた回数が所定の回数以上か否かを判定する（ステップＳ３）。距離特定部２２１は、移動させた回数が所定の回数未満であると判定すると（ステップＳ３でＮｏ）、ステップＳ１に戻ってピンホール部材１０９を移動させる。

距離特定部２２１は、ピンホール部材１０９を移動させた回数が所定の回数以上であると判定すると（ステップＳ３でＹｅｓ）、光軸方向における反射光の強度分布に表れる二つのピークのピーク間距離を特定する（ステップＳ４）。距離特定部２２１がピーク間距離を特定すると、解析部２２２は、測定面４と参照面３との面間距離δＳを特定する（ステップＳ５）。解析部２２２が面間距離δＳを特定すると、調整部２２３は、干渉計１の光路上から遮光スリット１５を取り除き（ステップＳ６）、距離Ｌ１及び距離Ｌ２と面間距離δＳとが等しくなるようにコーナーキューブ１０３を移動させる（ステップＳ７）。

［第１の実施の形態に係る光学システムＳの効果］
以上説明したように、低可干渉性の光の強度より強い強度を持つビーム光を測定面４及び参照面３に照射する。光学システムＳは、遮光スリット１５により、測定面４で反射した測定光の正反射光及び参照面３で反射した参照光の正反射光を遮光する。光学システムＳは、結像レンズ１０７と検出器１３との間に配置されたピンホール部材１０９を光軸に沿って移動させて、光軸方向における測定光に由来する強度の分布と参照光に由来する強度の分布とを取得する。そして、光学システムＳは、二つの強度の分布の間の距離を特定し、分布間の距離に対応する測定光の光路長と参照光の光路長との光路長差を特定する。

このように、光学システムＳは、低可干渉性の光による干渉光の強度より強いビーム光による反射光の強度を検出するので、干渉光を検出する時間より短い時間で反射光を検出することができる。そのため、光学システムは、ピンホール部材１０９を光軸に沿って移動させる速度を従来の干渉計が遅延光路を移動させる走査速度より速くすることができるので、調整時間を短縮することができる。さらに、光学システムＳは、光路長差に対応する二つの強度の分布の間の距離を特定する。そのため、光学システムＳは、特定した光路長差が０になるように遅延光路を移動することで測定光の光路長と参照光の光路長とを一致させることができる。

＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る光学システムＳの干渉計１は、ピンホール部材１０９と、ピンホール部材１０９を通過した反射光を検出する専用の検出器１３とを備えた。これに限らず、光学システムＳは、干渉計１が検出器１３とピンホール部材１０９とを備えず、カメラ１４を検出器１３として機能させてもよい。光学システムＳは、カメラ１４を光軸に沿って移動させることにより、光軸方向における反射光の強度分布を取得する。

図８は、反射光が収束する位置とカメラ１４の位置との関係について説明するための図である。図８に示すように、第２の実施の形態に係る干渉計１において、一点鎖線で示す測定光Ａ及び二点鎖線で示す参照光Ｂは、遮光スリット１５を通過した後、結像レンズ１０７に入射する。図８に示すように、カメラ１４の検出面１４１の位置と参照光Ｂが収束する位置Ｘｒとが一致する場合、参照光Ｂはカメラ１４上に収束し、測定光Ａは検出面１４１上に収束せずに拡散する。このとき、カメラ１４上に収束した参照光Ｂの強度は、カメラ１４上に収束せずに拡散している測定光Ａの強度より強くなる。

また、検出面１４１の位置と、測定光Ａが収束する位置Ｘｔとが一致する場合、測定光Ａは検出面１４１上に収束し、参照光Ｂは検出面１４１上に収束せずに拡散する。このとき、検出面１４１上に収束した測定光Ａの強度は、検出面１４１上に収束せずに拡散している参照光Ｂの強度より強くなる。

第２の実施の形態に係る光学システムＳの情報処理装置２は、カメラ１４を光軸に沿って移動させ、カメラ１４に反射光の強度を検出させる。このようにすることで、第２の実施の形態に係る光学システムＳは、第１の実施の形態に係る光学システムＳと同様に、光軸方向における反射光の強度分布を取得することができる。そのため、光学システムＳは、反射光の強度分布に表れる二つのピークのピーク間距離に基づいて測定光Ａの光路長と参照光Ｂの光路長との光路長差を特定することができる。以下、第２の実施の形態に係る光学システムＳの機能構成について、第１の実施の形態と異なる点について説明し、同様の点については適宜省略する。

第２の実施の形態に係る距離特定部２２１は、カメラ１４を光軸に沿って移動させる。カメラ１４は、カメラ１４の検出面１４１に入射した反射光の強度を検出する。

図９は、カメラ１４が検出した反射光の強度を模式的に示す図である。図９の網点で塗りつぶした強度ＩＡは測定光Ａの強度を示し、ひし形で塗りつぶした強度ＩＢは測定光Ｂの強度を示す。図９に示すように、強度ＩＢは、測定光Ｂが検出面１４１上に収束しているため、検出面１４１上に収束していない測定光Ａの強度ＩＡより強い。

距離特定部２２１は、カメラ１４に検出させた反射光の強度の一部の強度を取得する。例えば、距離特定部２２１は、カメラ１４に入射した反射光のうち、カメラ１４の検出面１４１とビーム光源１２の光軸との交点を含む検出範囲内に入射した反射光の強度を取得する。具体的には、距離特定部２２１は、検出面１４１と光軸との交点を中心とする所定の長さを半径とする円内、又は対角線の長さが所定の長さであり対角線の交点が検出面１４１と光軸との交点と一致する正方形内に入射した反射光の強度を取得する。図９の破線で示す領域Ｃは、対角線の交点が検出面１４１と光軸との交点と一致する正方形を示す。本実施の形態に係る距離特定部２２１は、図９の領域Ｃに入射した反射光の強度を取得する。

このように、検出範囲内に入射した反射光の強度を取得することで、距離特定部２２１は、図５に示した強度分布と同様の強度分布を取得することができる。なお、距離特定部２２１が光軸方向における反射光の強度分布を取得した後の処理は、第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。

［第２の実施の形態に係る光学システムＳの効果］
以上説明したように、第２の実施の形態に係る光学システムＳは、カメラ１４を光軸に沿って移動させながら、光軸方向における反射光の強度分布を取得する。このようにすることで、光学システムＳは、第１の実施の形態と同様に、従来の干渉計より短い時間で反射光の強度を検出することができる。また、光学システムＳは、ピンホール部材１０９及びビーム光を検出する専用の検出器１３を備える必要がないので、干渉計１の製造コストを下げることができる。

＜第３の実施の形態＞
第１の実施の形態、及び第２の実施の形態においては、コリメータレンズ１０６の焦点距離及び結像レンズ１０７の焦点距離が既知であることを前提としていた。しかし、コリメータレンズ１０６の焦点距離及び結像レンズ１０７の焦点距離は、レンズを製造するときに生じる製造誤差などの影響により変化してしまう場合がある。そこで、第３の実施の形態に係る光学システムＳは、既知の面間距離δＳを持つ標準試料を測定し、面間距離δＳと距離ΔＸとの関係を特定することで、誤差による影響を低減する。以下、標準試料を用いて面間距離δＳと距離ΔＸとの関係を特定する方法について説明する。

まず、光学システムＳは、図１に示す干渉計１において、参照面３及び測定面４に替えて、標準試料として既知の面間距離δＳ_０を持つ透明なガラス板を配置する。このとき、ガラス板の一方の面は参照面３に対応し、もう一方の面は測定面４に対応する。続いて、光学システムＳは、第１の実施の形態と同様に、ピンホール部材１０９を光軸に沿って移動させながら、検出器１３にガラス板の両面で反射した反射光の強度を検出させる。検出器１３により検出された光軸方向における反射光の強度分布に表れる二つのピークの光軸上の位置のそれぞれを位置Ｘｒ_０、及び位置Ｘｔ_０とすると、面間距離δＳ_０は、位置Ｘｒ_０と位置Ｘｔ_０とを用いて式（４）で表される。

そして、式（３）は、式（４）を用いて、式（５）で表される。

解析部２２２は、式（５）を用いて、ピンホール部材１０９が移動した距離ΔＸに基づく面間距離δＳを特定する。

［第３の実施の形態に係る光学システムＳの効果］
以上説明したように、第３の実施の形態に係る光学システムＳは、既知の面間距離δＳ_０を持つガラス板を配置し、検出器１３にガラス板の両面で反射した反射光の強度を検出させる。光学システムＳは、ガラス板の両面で反射した反射光の光軸方向における強度分布に基づいて面間距離δＳと距離ΔＸとの関係を特定する。このようにすることで、光学システムＳは、レンズの製造誤差の影響を低減することができる。そのため、光学システムＳは、光路長差を特定する精度を向上することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、実施の形態で説明したフィゾー干渉計に限らず、本発明は、ミロー干渉計にも用いることができる。また、フィゾー干渉計の遅延光路は、マイクロソン干渉計に置き換えてもよい。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

（変形例１）
図１０は、変形例１に係る光学システムＳの干渉計１の一部を抜粋した模式図である。変形例１に係る光学システムＳの干渉計１は、第１の実施の形態に係る干渉計１と同様に検出器１３を備えるが、ピンホール部材１０９を備えない。変形例１に係る情報処理装置２の距離特定部２２１は、検出器１３を光軸に沿って移動させながら、検出器１３に反射光の強度を検出させる。このようにすることで、距離特定部２２１は、光軸方向における反射光の強度分布を取得することができる。なお、破線で囲んだ光学系８は、位相シフト光学系を示す。詳細な説明は省略するが、位相シフト光学系は、複数の偏光ビームスプリッタ８１と、複数の偏光板８２とにより、位相の異なる複数の干渉光を取得することができる。なお、光学システムＳは、干渉計１が検出器１３を備えず、第２の実施の形態と同様に、複数のカメラ１４の少なくともいずれか一つを移動させることにより、光軸方向における反射光の強度分布を取得してもよい。

（変形例２）
以上の説明においては、干渉計１がフィゾー干渉計である場合について説明したが、これに限らず、本発明は、他の干渉計にも適用することができる。図１１は、Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ（ＴＧ）干渉計を模式的に示す図である。検出部９は、図１の遮光スリット１５以降の光学系と同様の光学系を備える。また、光路長差を特定する処理は、第１の実施の形態で説明した処理と同様なので説明を省略する。変形例２に係る情報処理装置２の調整部２２３は、解析部２２２が特定した光路長差に基づいて参照面３を光軸に沿って移動させる。

なお、ＴＧ干渉計において、ビームスプリッタ１０２ｄと参照面３との光路が、第１の実施の形態に係るビームスプリッタ１０２ａ及び１０２ｂとコーナーキューブ１０３との遅延光路に相当する。したがって、変形例２において調整部２２３が参照面３を移動させることは、第１の実施の形態においてコーナーキューブ１０３を移動させることに相当する。

（変形例３）
光学システムＳは、ビーム光を照射して光路長差を特定した後、低可干渉性の光を照射して光路長差を特定してもよい。具体的には、まず、光学システムＳは、干渉計１の光学系を被写界深度が深くなるように調整する。このようにすることで、光学システムＳは、ピンホール部材１０９を一回に移動する移動距離を長くしても、幅の広い反射光の強度分布を取得することができる。光学システムＳは、幅の広い反射光の強度分布に基づいて第１の光路長差を特定する。続いて、光学システムＳは、低可干渉性の光を照射して、干渉光のコントラストが最大になるように遅延光路を調整する。このとき、光学システムＳは、第１の光路長差を基準として遅延光路の初期値を設定する。

このように、光学システムＳは、広い範囲の反射光の強度分布を取得して光路長差の大まかな値を特定することで、測定光の光路長と参照光の光路長とを大まかに合わせることができる。そして、光学システムＳは、干渉光のコントラストを確認しながら、測定光の光路長と参照光の光路長とを精密に一致させることができる。

（変形例４）
以上の説明において、光学システムＳは、測定光に由来する分布と、参照光に由来する分布との距離を特定することで、光路長差を特定した。しかし、これに限らず、光学システムＳは、測定光に由来する分布のみを特定することで光路長差を特定してもよい。具体的には、光学システムＳの干渉計１において、レンズの焦点距離及び各部材の距離が既知である場合、参照光に由来する分布のピークの位置Ｘｒは一意に定まる。そのため、光学システムＳは、測定光に由来する分布のピークの位置Ｘｔを特定するだけで、光路長差を特定することができる。

１ 干渉計
２ 情報処理装置
３ 参照面
４ 測定面
８ 光学系
９ 検出部
１１ 光源
１２ ビーム光源
１３ 検出器
１４ カメラ
１５ 遮光スリット
２１ 記憶部
２２ 制御部
８１ 偏光ビームスプリッタ
８２ 偏光板
１０３ コーナーキューブ
１０４ 拡大レンズ
１０５ ハーフミラー
１０６ コリメータレンズ
１０７ 結像レンズ
１０９ ピンホール部材
１４１ 検出面
１５１ 遮光部
１５２ 開口部
１５３ 遮光部
２２１ 距離特定部
２２２ 解析部
２２３ 調整部

Claims (6)

1. 干渉計と情報処理装置とを備える光学システムであって、
   前記干渉計は、
   測定面及び参照面に光を照射するビーム光源と、
   前記測定面から反射した反射光の強度及び前記参照面から反射した反射光の強度を検出する検出器と、
   前記ビーム光源から前記検出器までの間の光路上に配置された結像レンズと、
   前記結像レンズから前記ビーム光源までの間の光路上に配置されたコリメータレンズと、
   前記結像レンズと前記コリメータレンズとの間に存在する前記コリメータレンズのフーリエ変換面に配置され、前記反射光の正反射光を遮光する遮光スリットと、
   を備え、
   前記情報処理装置は、
   前記検出器により検出された前記反射光の強度に基づいて、前記ビーム光源の光軸方向における、前記測定面から反射した前記反射光の強度に由来する分布と、前記参照面から反射した前記反射光の強度に由来する分布との距離を特定する距離特定部と、
   前記距離特定部により特定された前記距離に基づいて、前記測定面から反射した反射光の光路長と前記参照面から反射した反射光の光路長との光路長差を特定する解析部と、
   を備える光学システム。
2. 前記干渉計は、前記結像レンズと前記検出器との光路上に配置され、前記ビーム光源の光軸を中心とする所定の距離より外側の光を遮光する遮光部を有するピンホール部材をさらに備え、
   前記距離特定部は、前記ピンホール部材を光軸に沿って移動させる、
   請求項１に記載の光学システム。
3. 前記距離特定部は、前記検出器を光軸に沿って移動させる、
   請求項１に記載の光学システム。
4. 前記距離特定部は、前記測定面から反射した前記反射光の強度に由来する分布のピークと、前記参照面から反射した前記反射光の強度に由来する分布のピークとのピーク間距離を特定する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光学システム。
5. 光路長差が特定されると、前記干渉計の光路上から前記遮光スリットを取り除く調整部をさらに備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の光学システム。
6. 前記遮光スリットは、前記フーリエ変換面に配置されたときに、前記ビーム光源の光軸に対する垂直な面において、前記遮光スリットと前記光軸とが交わる点を含む所定の遮光範囲内に入射した光を遮光する遮光部を備える、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の光学システム。

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