JP3230983B2 - 光波干渉装置の被検体位置調整方法 - Google Patents

光波干渉装置の被検体位置調整方法

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光波干渉装置の被検
体位置調整方法に関し、特に薄板状の被検体の被検面の
表面形状を可干渉距離の短い光を用いて測定する場合に
おいて、該被検面を干渉可能範囲内に位置決めする際に
用いられる光波干渉装置の被検体位置調整方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、マイケルソン型の干渉計におい
ては、可干渉性を有する平行光を光分割手段で参照光と
被検光とに分割し、これら参照光および被検光を参照面
および被検面で各々反射させて上記光分割手段で再度合
成した後、観察面上に干渉縞を形成させるように構成さ
れており、この干渉縞を観察することにより被検面の凹
凸形状等の評価を行えるようになっている。
【0003】ところで、上記干渉計として、レーザ干渉
計を用いる場合には、レーザ光の可干渉距離が長いこと
から、参照面に対して被検面の位置を正確に設定する必
要はないものの、逆に、被検体として透明薄板を用いた
際に、被検体の裏面からの反射光も、被検面からの反射
光や参照面からの反射光と干渉を生じてしまい、本来の
干渉縞上にノイズ成分の干渉縞を重畳させてしまう。こ
のため、従来は、レーザ干渉計を用いて薄板ガラス等を
測定する場合は、ゴーストを発生する裏面に屈折率マッ
チングオイルを塗るなどの対策が必要であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような対
策を施すことは多大な手間を要し、被検体を汚染するな
どの問題もあった。また、特に被検体の厚さが極めて薄
い場合には、この裏面にマッチングオイル等を塗布する
と、その表面張力の影響で被検体が歪み被検面の正確な
測定が行えないという問題も発生する。
【0005】そこで、薄板ガラス等の表面形状を測定す
る場合には可干渉距離の短い光(被検体の厚みtの2倍
よりも可干渉距離の短い光)を測定光として用い、被検
面のみを干渉可能範囲に設定することが考えられる。し
かしながら、上記従来技術において、光源からの光の可
干渉距離をSCLとすると、被検面を配設すべき干渉可能
範囲Lは、L<SCL/2となる。
【0006】例えば、光源として赤色発光ダイオード
(LED)のように可干渉距離が30μm程度のものを
用いると干渉可能範囲Lは15μmよりも短いものとな
ってしまう。この狭い範囲の中に被検体の被検面を位置
設定しなければ参照板との相対的形状を示す干渉縞は発
生しない。本発明は上記の事情に鑑み、可干渉距離の短
い光を用いた光波干渉装置において、簡易な構成で、被
検面を干渉可能範囲内に容易に位置設定し得る光波干渉
装置の被検体位置調整方法を提供することを目的とする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明の光波干渉装置の被検体位置調整方法
は、可干渉距離が被検体の厚みの2倍に比べて短い観察
用光ビームを2系に分割し、一方を該被検体の被検面上
に、他方を参照面上に照射し、該被検面からの被検光と
該参照面からの参照光の干渉により生じる干渉縞を観察
し、該観察結果に基づき該被検面の表面形状を測定する
光波干渉装置において、前記観察用光ビームによる干渉
可能範囲に前記被検面が配されるように前記被検体の位
置を調整する際には、前記観察用光ビームに代え、可干
渉距離が前記被検体の厚みの2倍よりも長い発散する被
検体位置調整用光ビームを用いて前記干渉縞の観察を行
い、観察された同心円状の干渉縞の本数が所定値以下と
なるまで前記被検体を光軸方向に移動させることを特徴
とするものである。
【0008】また、前記被検体を光軸方向に移動させる
処理の前に、前記被検体の傾きを調整して前記同心円の
干渉縞パターンの中心を視野の中心付近に移動させる処
理を行うことも可能である。さらに、上記所定値は0本
も含み、望ましくは0本とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に
係る被検体位置調整方法を実施するための装置の一例を
示す概略図であり、マイケルソン型干渉計に適用された
ものである。このマイケルソン型干渉計は、赤色LED
からなる観察用光源1と、コリメータレンズ2と、ビー
ムスプリッタ3と、参照板4と、撮像レンズ7と、CC
D素子8と、図示されない被検体保持駆動機構とを備え
てなっている。
【0010】上記観察用光源1は可干渉距離の短い光
(例えば可干渉距離が30μmの光)を射出する光源で
あり、該観察用光源1から射出された光1aは、コリメ
ータレンズ2で平行光とされた後、ビームスプリッタ3
で参照光と被検光とに分割されるようになっている。そ
して、これら参照光および被検光は、参照板4の参照面
4aおよび被検体保持駆動機構に支持された被検体5の
被検面5aで各々反射した後ビームスプリッタ3で再度
合成され、撮像レンズ7によりCCD8の結像面上に干
渉縞を形成するように構成されている。
【0011】ところで、この干渉装置においては被検体
5の被検面5aからの反射光と参照板4の参照面4aか
らの反射光とにより形成される干渉縞上に、被検体5の
裏面5bからの反射光に基づく干渉縞ノイズが重畳しな
いように観察用光源1として可干渉距離の極めて短い光
1aが射出される光源を選択している。このように干渉
装置において可干渉距離の短い光を射出する光源を用い
た場合には、参照光および被検光の光路長が互いに等し
くなるよう被検面5aの光軸方向の位置を調整する被検
面距離合わせを行う必要がある。
【0012】図1に示される、被検面5aの干渉可能範
囲6(L)は、光1aの可干渉距離をSCLとすると、
L<SCL/2となる。しかも、可干渉距離SCLは被検体
5の厚みtに比べて極めて小さくなるように設定されて
いる。例えば、観察用光源1を上述したように可干渉距
離SCLが30μmとなるように設定した場合、上記干渉
可能範囲6(L)は15μmよりも大幅に小さい値とな
る。これにより、干渉縞測定時において被検体5の被検
面5aに基づく干渉縞が観察されているときは、被検体
5の裏面5bに基づく干渉縞は観察されない。
【0013】そして、被検体5は、図示されない被検体
保持駆動機構によって矢印B方向に移動され、被検面5
aがこの干渉可能範囲6内に位置決めされることになる
が、このように極めて短い範囲6内に被検体5の被検面
5aをポジショニングするのは容易ではない。特にCC
D8上に結像される干渉縞をモニタ上で観察し、干渉縞
が出現した瞬間に被検体5の移動を停止することで上記
ポジショニングを行おうとすると、干渉縞がモニタ上に
出現した際には、被検面5aの移動に応じて干渉縞も高
速で移動することになるので干渉縞の出現を確認するこ
と自体が極めて困難な作業となる。
【0014】そこで、上記装置においては、図示する如
く、観察用光源1とコリメータレンズ2からなる観察用
光源部11、および被検体位置調整用光源21と発散レ
ンズ22からなる被検体位置調整用光源部31を光学系
内に択一的に挿入可能としている。すなわち、干渉縞観
察により被検面5aの形状を測定する場合には観察用光
源部11を光学系内に挿入し、また、被検面5aを干渉
可能範囲6内に位置決めするために被検体5を位置調整
する場合には被検体位置調整用光源部31を光学系内に
挿入する。
【0015】上記被検体位置調整用光源部31を構成す
る被検体位置調整用光源21は、可干渉距離の長い光ビ
ーム(例えば可干渉距離が数m)を出力し得るHe−N
eレーザ光源等よりなり、この光源21から出力された
光ビームは発散レンズ22により発散光とされる。
【0016】以下、上記装置を用いた被検体位置調整方
法について説明する。上記光学系内に被検体位置調整用
光源部31が挿入された際には、発散光とされた可干渉
距離の長い光ビームが参照面4a上および被検面5a上
に照射されることとなり、球面波がこれら両面4a,5
aに到達することとなる。そして、これら両面4a,5
aで反射された、球面波である参照光と被検光はビーム
スプリッタ3で再び合成され、CCD8の結像面上に干
渉縞を形成する。
【0017】このようにして形成された干渉縞は球面波
同士の干渉であることから、多数の円が同心円状に形成
されたパターンからなり、参照光と被検光の光路差が小
さくなるにしたがってこの同心円の個数が少なくなり、
参照光と被検光の光路差が0となったとき(図2中でa
=bとなったとき)、理論上、縞は消失する。上記参照
光と被検光の光路差が0となったときには、被検面5a
が干渉可能範囲6内に位置しているので、この位置に被
検体5を保持するようにすれば、この後、直ちに可干渉
距離の短い観察用光源1を用いて被検面5aの形状を測
定する操作に移行することができる。
【0018】次に、図2および図3を用いて具体的な被
検体位置調整方法を説明する。なお、図2の光学系は説
明の便宜のため、各部材の形状や配設位置が図1に示す
ものとは異なっている。すなわち、被検体位置調整用光
源21から出力された可干渉距離の長い光ビーム21a
は発散レンズ22により発散光とされ、ビームスプリッ
タ3aの光分割面において2系の発散光に分割される。
これら2系の発散光は参照面4aおよび被検面5aにお
いて反射されて参照光および被検光となり、上記ビーム
スプリッタ3aの光分割面で合成され、干渉し、CCD
8上に干渉縞を形成する。
【0019】図3(a)は被検体5の位置が未調整の状
態における干渉縞パターンを示す概略図である。図3
(a)に示された干渉縞パターンは、多数の円が同心円
状に形成されたものであるが、被検面5aの傾き調整が
なされていないため同心円の中心が視野外にはずれてし
まっている。
【0020】この後、被検体5をその平面内の直交2軸
回り(矢印A1 ,A2 方向)に微小角度だけ回動させ、
同心円の中心が視野の中心に位置するように調整する。
これにより、参照光と被検光の両光ビームの軸位置がマ
ッチングされる。このマッチング後の干渉縞パターンを
図3(b)に示す。次に、モニタ上の干渉縞パターンを
見ながら、被検体5を光軸方向(矢印B方向)で同心円
の個数が少なくなる方向に微小距離だけ移動させる。こ
の状態における干渉縞パターンを図3(c)に示す。
【0021】この後、さらに円形の干渉縞パターンが消
失するまで被検体5を微小距離だけ移動させ、円形の干
渉縞パターンが消失した時点で被検体5の移動を停止す
る。なお、この状態において、傾き調整が完全でない場
合には太い直線状の干渉縞が表れる。あるいは、視野全
体が黒色もしくは白色となる。この状態における干渉縞
パターンを図3(d)に示す。これにより、被検体5の
位置調整が終了する。
【0022】前述したように、被検面5aは、上記位置
調整が終了した状態で図1に示す干渉可能範囲6内に設
定されることになり、この後、被検体位置調整用光源部
31を光学系外に退避させ、観察用光源部11を光学系
内に挿入して被検面5aの形状測定が開始される。
【0023】なお、本発明の光波干渉装置の被検体位置
調整方法としては上記実施形態のものに限られるもので
はなく、種々の態様に変更が可能である。なお、本発明
の装置はマイケルソン型干渉装置にのみ適合されるもの
ではなく、被検光と参照光の光路長を略等しい距離とし
得る干渉装置、例えばマッハツェンダ干渉装置に適用す
ることも可能である。
【0024】
【発明の効果】本発明方法によれば、光学系内に被検体
位置調整用光源部が挿入された際には、発散光とされた
可干渉距離の長い光ビームが参照面上および被検面上に
照射されることとなり、球面波がこれら両面に到達する
こととなる。そして、これら両面で反射された、球面波
である参照光と被検光はビームスプリッタで再び合成さ
れ、CCDの結像面上に干渉縞を形成する。
【0025】このようにして形成された干渉縞は球面波
同士の干渉であることから、多数の円が同心円状に形成
されたパターンからなり、参照光と被検光の光路差が小
さくなるにしたがってこの同心円の個数が少なくなり、
参照光と被検光の光路差が0となったとき、理論上、縞
の本数は0本となる。
【0026】上記参照光と被検光の光路差が略0となっ
たときには、被検面が干渉可能範囲内に位置しているの
で、この位置に被検体を保持するようにすれば、この
後、直ちに可干渉距離の短い観察用光源を用いて被検面
の形状を測定する操作に移行することができる。これに
より、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置におい
て、簡易な構成で、被検面を干渉可能範囲に容易に位置
設定し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る被検体位置調整方法
を実施するための装置の一例を示す構成図
【図2】上記実施形態の作用を説明するための図
【図3】上記実施形態の作用効果を説明するための図
【符号の説明】
1 観察用光源 2 コリメータレンズ 3,3a ビームスプリッタ 4 参照板 4a 参照面 5 被検体 5a 被検面 6 干渉可能範囲 7 撮像レンズ 8 CCD 11 観察用光源部 20 視野 21 被検体位置調整用光源 22 発散レンズ 31 被検体位置調整用光源部

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可干渉距離が被検体の厚みの2倍に比べ
    て短い観察用光ビームを2系に分割し、一方を該被検体
    の被検面上に、他方を参照面上に照射し、該被検面から
    の被検光と該参照面からの参照光の干渉により生じる干
    渉縞を観察し、該観察結果に基づき該被検面の表面形状
    を測定する光波干渉装置において、 前記観察用光ビームによる干渉可能範囲に前記被検面が
    配されるように前記被検体の位置を調整する際には、前
    記観察用光ビームに代え、可干渉距離が前記被検体の厚
    みの2倍よりも長い発散する被検体位置調整用光ビーム
    を用いて前記干渉縞の観察を行い、観察された同心円状
    の干渉縞の本数が所定値以下となるまで前記被検体を光
    軸方向に移動させることを特徴とする光波干渉装置の被
    検体位置調整方法。
  2. 【請求項2】 前記被検体を光軸方向に移動させる処理
    の前に、前記被検体の傾きを調整して前記同心円状の干
    渉縞パターンの中心を視野の中心付近に移動させる処理
    を行うことを特徴とする請求項1記載の光波干渉装置の
    被検体位置調整方法。
  3. 【請求項3】 前記所定値が0本であることを特徴とす
    る請求項1もしくは2記載の光波干渉装置の被検体位置
    調整方法。
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