JP3367209B2 - 干渉計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高精度な面形状
計測に用いられる干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、光波干渉法を用いた被検面形状の
測定は、非常に高精度な測定手段として広く利用されて
いる。なかでも、比較的大きな被検面の形状を測定する
場合、光源からの光波を２つに分離し、これら２光束の
間に適当な光路差、即ち位相差を与えた後合成して生じ
る干渉縞を用い、分離された２光束のうち一方を被検面
で反射させ、被検面の凹凸に応じて回折された反射光を
結像レンズを介して観測面上に結像させ、これに基準面
で反射された他方の光束を干渉させて被検面の凹凸に応
じて生じた干渉縞を観測することにより被検面の形状を
測定する２光線束干渉計が使用されている。

【０００３】図７に、この種の干渉計の一例としてトワ
イマン・グリーン型干渉計を示す。ここでは、測定系に
偏光ビームスプリッタと１／４波長板を用いた偏光光学
系で構成された干渉計を示す。

【０００４】図７において、レーザ光源７０１から射出
した光は、第１のビームエキスパンダ７０２により光束
径を２０ｍｍ程度に広げられた後、偏光ビームスプリッ
タ７０３に入射する。

【０００５】偏光ビームスプリッタ７０３で反射された
Ｓ偏光７０４は、水晶１／４波長板７０５を透過し、円
偏光となって基準面７０６へ入射する。基準面７０６で
正反射された円偏光は逆回転で再び水晶１／４波長板７
０５を透過してＰ偏光となり、さらに偏光ビームスプリ
ッタ７０３へ入射し、これを透過して参照光として検出
光学系へ入る。

【０００６】一方、往路で偏光ビームスプリッタ７０３
を透過したＰ偏光７０７は、水晶１／４波長板７１０の
光学軸に対して４５°の方位角で入射し、これを透過す
ることによって入射直線偏光の常光線と異常光線とで９
０°（π／２）の位相差が生じて円偏光となる。この円
偏光は第２のビームエキスパンダ７０９でさらに光束系
を１００ｍｍ程度に広げられ、被検面７１１に垂直入射
する。被検面７１１に入射した光は、被検面７１１の凹
凸に応じて反射回折され、その回折光は再び水晶１／４
波長板７１０を透過してＳ偏光となり、さらに偏光ビー
ムスプリッタ７０３へ入射し、ここで反射されてて検出
光学系へ入る。

【０００７】検出光学系にて、偏光ビームスプリッタ７
０３から各々透過されたＰ偏光の参照光と、反射された
Ｓ偏光とは、偏光板７１２を透過して偏光干渉し、結像
レンズ７１３によって観測面７１４上に結像され、被検
面７１１の凹凸に応じた干渉縞を形成する。この干渉縞
を検出することによって被検面７１１の面形状が測定さ
れる。

【０００８】なお、上記のごとく、偏光ビームスプリッ
タと１／４波長板を使用する構成は、光源へ戻る光がな
くなり、光源への悪影響が少ないと共に光の利用効率が
高いため、多くの干渉計で用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術においては、測定系における水晶１／４板
７１０が第２のビームエキスパンダ７０９の前にあるた
め、被検面７１１からだけでなくエキスパンダ７０９の
レンズ表面からの反射光も透過してＳ偏光になってしま
い、被検面７１１からの反射回折光と一緒に検出光学系
へ入り観測面７１４に達してしまう。従って、これがノ
イズとなって観測誤差を生じさせてしまうという問題が
あった。

【００１０】このようなノイズの原因となる反射光をな
くす方法として、先ずビームエキスパンダのレンズ表面
に反射防止膜を蒸着する方法が考えられるが、反射防止
膜の特性には限界があり、本質的な解決策ではない。

【００１１】また、水晶１／４波長板７１０をビームエ
キスパンダ７０９の後に置く方法が考えられるが、口径
１００ｍｍ以上の大きな被検面に対して測定を行う場
合、この被検面に合わせた大口径の水晶１／４波長板
を、全面にわたって位相差を均一に、さらに面精度良く
製作するのは非常に困難で、コストもかかり、現実的な
解決法ではない。

【００１２】本発明は、上記問題を鑑み、ノイズのない
高精度な面形状測定ができる干渉計を得ることを主目的
とする。また、本発明は、測定系に１／４波長板を用い
ることなく、これに対応する位相機能を有すると共に、
製造が簡単で低コストの大口径光学部材を測定系に配置
することによって基準面と被検面以外からの反射光が観
測面に到達しない、高精度な干渉計を得ることを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る干渉計では、光源と、該光源からの光束を被検面およ
び参照面へ導く一方前記被検面および前記参照面からの
反射光を結像光学系へ導くビームスプリッタと、前記結
像光学系を介して結像された干渉像を観測する検出光学
系とを備えた干渉計において、前記ビームスプリッタと
前記被検面との間にビームエキスパンダを配置するとと
もに、互いに直交する偏光成分の間に実質的に９０゜の
位相差を与える位相機能を持つ誘電体多層膜反射鏡によ
る位相反射部材を前記ビームエキスパンダと前記被検面
との間に配置したものである。

【００１４】また、請求項２に記載の発明に係る干渉計
では、請求項１に記載の干渉計において、前記位相反射
部材は、２枚の誘電体多層膜反射鏡を含むものである。
また、請求項３に記載の発明に係る干渉計では、請求項
１又は２記載の干渉計において、前記２枚の誘電体多層
膜反射鏡は、光軸に対して特定の傾斜角をなして互いに
平行に対面配置されてなるものである。また、請求項４
に記載の発明に係る干渉計では、請求項１から３のいず
れか一項に記載の干渉計を用いて、前記ビームスプリッ
タと前記位相反射部材との間にλ／２板を配置したもの
である。さらに、請求項５に記載の発明に係る光学部材
では、請求項１から４のいずれか一項に記載された干渉
計を用いて、面形状を測定したものである。

【００１５】

【作用】本発明は、往路において、ビームスプリッタで
分離された一方の光束が、ビームエキスパンダで適当な
径に広げられた後、互いに直交する偏光成分の間に実質
的に９０°の位相差、即ち１／４波長（π／２）の光路
差を与える位相機能を持つ誘電体多層膜反射鏡による位
相反射部材で反射されて被検面に入射するものである。
従って、該位相反射部材で反射された光束は、１／４波
長板を透過した場合と同様の位相変化を受ける。

【００１６】即ち、本発明によれば、１／４波長板を用
いなくてもこれに相当する作用が位相反射部材によって
得られるため、従来の１／４波長板を透過させる際に生
じていた表面反射の問題はなくなり、ノイズによる測定
誤差も低減され高精度な面形状測定が行われる。なお、
本発明の位相反射部材は、ビームエキスパンダと被検面
との間、すなわち、平行光束光路中に配置されるもので
あり、集光光学系中に配置される場合に生じる収差はな
い。

【００１７】また、本発明の位相反射部材を構成する誘
電体多層膜反射鏡は、１／４波長板に比べて製造が容易
でコストも低く、大口径の被検面に応じた大きな有効径
のものを用いるのに問題はなく、簡便に干渉光学系を構
成できる。

【００１８】このような誘電体多層膜反射鏡は、高屈折
率と低屈折率の誘電体薄膜（誘電体からなる薄膜）を交
互に層状に重ねた反射膜をもつ反射鏡であり、各々の層
の境界からの反射光が干渉するので、この多層膜の反射
率は各層の境界のフレネル反射係数と光学的膜厚で決ま
る。本発明に用いる誘電体多層膜反射鏡の各層の膜厚
は、入射光の互いに直交する偏光成分が、反射されて実
質的に９０°の位相差を与えられるよう設定されてい
る。

【００１９】本発明の位相反射部材に用いられる誘電体
多層膜反射鏡は、１枚に限られるものではなく、複数枚
による構成でも、その複数回の反射で最終的に位相差が
９０°になれば良い。このため特に、請求項２に記載の
発明では、位相反射部材は、２枚の誘電体多層膜反射鏡
を有するものであり、入射光の互いに直交する偏光成分
が、各誘電体多層膜反射鏡による反射によって実質的に
９０°の位相差を与えられるものである。従って、この
位相反射部材から被検面へ向かう光束を、２回の反射に
よってビームエキスパンダからの平行光束に対して平行
にすることができるので、従来とほぼ同様に、往路の光
源からビームスプリッタ、ビームエキスパンダを経た被
検面への照明光学系の光軸に対して被検面が直交方向と
なるように設置することができ、設計がより簡便であ
る。

【００２０】なお、位相反射部材の最もビームエキスパ
ンダ側の誘電体多層膜反射鏡へ入射する直線偏光の方位
角を、誘電体多層膜反射鏡の入射平面に対して４５°と
するために、光路中に１／２波長板等の光学部材を用い
る方法以外に、誘電体多層膜反射鏡自体を傾けて配置し
てもかまわない。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明を実施例を以て説明する。 （実施例１）まず、本発明の第１の実施例として、測定
系に偏光ビームスプリッタと、１／２波長板及び１枚の
誘電体多層膜反射鏡（位相反射部材）とを用いたトワイ
マン・グリーン型干渉計を図１に示す。

【００２２】図１において、レーザ光源１０１からのビ
ームは、第１のビームエキスパンダ１０２により光束を
ある程度広げられた後、偏光ビームスプリッタ１０３へ
入射する。偏光ビームスプリッタ１０３で反射されたＳ
偏光１０４は、水晶１／４波長板１０５を透過し、円偏
光となって基準面１０６へ入射する。基準面１０６で正
反射された円偏光は逆回転で再び水晶１／４波長板１０
５を透過してＰ偏光となり、再び偏光ビームスプリッタ
１０３へ入射し、これを透過して参照光として検出光学
系へ入る。

【００２３】一方、往路で偏光ビームスプリッタ１０３
を透過した偏光方向が紙面方向（図２，Ｂ）のＰ偏光１
０７は、中性軸がＰ偏光方位に対して＋２２．５°傾い
た水晶１／２波長板１０８に入射し、Ｐ偏光方位（紙面
方向）に対して４５°方向に振動面を持つ直線偏光（図
２，２０２）になる。水晶１／２波長板１０８を出射し
た直線偏光は、第２のビームエキスパンダ１０９によっ
てさらに光束を広げられ、位相反射部材である誘電体多
層膜反射鏡１１０に入射する。

【００２４】誘電体多層膜反射鏡１１０は、入射平面
（ビームエキスパンダ１０９からのビーム光軸と誘電体
多層膜反射鏡１１０の法線を含む面）が紙面に平行にな
るように配置されており、誘電体多層膜反射鏡１１０に
入射した紙面に対して＋４５°方位（図２，２０２）に
振動面を持つ直線偏光は、ここで反射されてＰ偏光とＳ
偏光とで９０°の位相差、即ち１／４波長（π／２）の
光路差が生じ、円偏光（図２，２０３）となって被検面
１１１へ垂直に入射する。

【００２５】被検面１１１に垂直入射した円偏光は、被
検面１１１の凹凸に応じて反射回折（偏光状態は図２の
２０４）され、再び誘電体多層膜反射鏡１１０で反射さ
れ、紙面に対して−４５°方位に振動面を持つ直線偏光
（図２，２０５）となる。この紙面に対して−４５°方
位に振動面を持つ直線偏光は、再び１／２波長板１０８
を透過することによって往路とは偏光方向が直交するＳ
偏光（図２，２０６）となって偏光ビームスプリッタ１
０３に入射し、反射されて検出光学系へ導かれる。

【００２６】検出光学系にて、偏光ビームスプリッタ１
０３から各々透過、反射されたＰ偏光（参照光）とＳ偏
光（測定光）は、偏光板１１２を透過して偏光干渉し、
結像レンズ１１３によって観測面１１４上に結像され、
被検面１１１の凹凸に応じた干渉縞を形成する。この干
渉縞を検出することによって被検面１１１の面形状が測
定される。

【００２７】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
として、測定系に偏光ビームスプリッタと、１／２波長
板及び２枚の誘電体多層膜反射鏡（位相反射部材）とを
用いたトワイマン・グリーン型干渉計を図３に示す。本
実施例では、第１の誘電体多層膜反射鏡３１０ａおよび
第２の誘電体多層膜反射鏡３１０ｂは、各々の反射によ
って、互いに直交する直線偏光成分に、実質的に４５°
の位相差を与えるものとし、従って、両誘電体多層膜反
射鏡に反射された偏光成分は、トータルで実質的に９０
°の位相差が与えられる。

【００２８】図３において、レーザ光源３０１からのビ
ームは、第１のビームエキスパンダ３０２により光束を
ある程度広げられた後、偏光ビームスプリッタ３０３へ
入射する。偏光ビームスプリッタ３０３で反射されたＳ
偏光３０４は、水晶１／４波長板３０５を透過し、円偏
光となって基準面３０６へ入射する。基準面３０６で正
反射された円偏光は逆回転で再び水晶１／４波長板３０
５を透過してＰ偏光となり、再び偏光ビームスプリッタ
３０３へ入射し、これを透過して参照光として検出光学
系へ入る。

【００２９】一方、往路で偏光ビームスプリッタ３０３
を透過した偏光方向が紙面方向（図２，Ｂ）のＰ偏光３
０７は、中性軸がＰ偏光方位に対して＋２２．５°傾い
た水晶１／２波長板３０８に入射し、Ｐ偏光方位（紙面
方向）に対して４５°方向に振動面を持つ直線偏光（図
２，２０２）になる。水晶１／２波長板３０８を出射し
た直線偏光は、第２のビームエキスパンダ３０９によっ
てさらに光束を広げられ、位相反射部材の第１の誘電体
多層膜反射鏡３１０ａに入射する。

【００３０】第１の誘電体多層膜反射鏡３１０ａは、入
射平面（ビームエキスパンダ３０９からのビーム光軸と
第１の誘電体多層膜反射鏡３１０ａの法線を含む面）が
紙面に平行になるように配置されており、さらに第２の
誘電体多層膜反射鏡３１０ｂは、第１の誘電体多層膜反
射鏡３１０ａと互いに反射面が向き合って平行となるよ
うに配置されている。

【００３１】第１の誘電体多層膜反射鏡３１０ａに入射
した紙面に対して＋４５°方位（図２，２０２）に振動
面を持つ直線偏光は、ここで反射されてＰ偏光とＳ偏光
とで４５°の位相差が生じた状態で射出され、第２の誘
電体多層膜反射鏡３１０ｂで反射されることによってさ
らにＰ偏光とＳ偏光とで４５°の位相差が生じ、トータ
ルで９０°の位相差、即ち１／４波長（π／２）の光路
差が生じて円偏光（図２，２０３）となり、この円偏光
はビームエキスパンダからの平行光束に対して平行方向
に射出されて被検面３１１へ垂直に入射する。

【００３２】２つの誘電体多層膜反射鏡からなる位相反
射部材を射出した光束は、ビームエキスパンダからの平
行光束に対して平行にすることができるので、従来とほ
ぼ同様に往路の光源３０１から偏光ビームスプリッタ３
０３、ビームエキスパンダ３０９を経た被検面３１１へ
の照明光学系の光軸に対して被検面３１１が直交方向と
なるように設置することができ、設計が簡便である。

【００３３】被検面３１１に垂直入射した円偏光は、被
検面３１１の凹凸に応じて反射回折（偏光状態は図２の
２０４）され、再び第２の誘電体多層膜反射鏡３１０
ｂ、さらに第１の誘電体多層膜反射鏡３１０ａで反射さ
れ、紙面に対して−４５°方位に振動面を持つ直線偏光
（図２，２０５）となる。この紙面に対して−４５°方
位に振動面を持つ直線偏光は、再び１／２波長板３０８
を透過することによって往路とは偏光方向が直交するＳ
偏光（図２，２０６）となって偏光ビームスプリッタ３
０３に入射し、反射されて検出光学系へ導かれる。

【００３４】検出光学系にて、偏光ビームスプリッタ３
０３から各々透過、反射されたＰ偏光（参照光）とＳ偏
光（測定光）は、偏光板３１２を透過して偏光干渉し、
結像レンズ３１３によって観測面３１４上に結像され、
被検面３１１の凹凸に応じた干渉縞を形成する。この干
渉縞を検出することによって被検面３１１の面形状が測
定される。

【００３５】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
として、測定系に偏光ビームスプリッタと、１／２波長
板及び３枚の誘電体多層膜反射鏡（位相反射部材）とを
用いたトワイマン・グリーン型干渉計を図４に示す。

【００３６】本実施例では、第１の誘電体多層膜反射鏡
４１０ａ、第２の誘電体多層膜反射鏡４１０ｂ及び第３
の誘電体多層膜反射鏡４１０ｃは、各々の反射によっ
て、互いに直交する直線偏光成分に、実質的に３０°の
位相差を与えるものとし、従って、全誘電体多層膜反射
鏡に反射された偏光成分は、トータルで実質的に９０°
の位相差が与えられる。

【００３７】図４において、レーザ光源４０１からのビ
ームは、第１のビームエキスパンダ４０２により光束を
ある程度広げられた後、偏光ビームスプリッタ４０３へ
入射する。偏光ビームスプリッタ４０３で反射されたＳ
偏光４０４は、水晶１／４波長板４０５を透過し、円偏
光となって基準面４０６へ入射する。基準面４０６で正
反射された円偏光は逆回転で再び水晶１／４波長板４０
５を透過してＰ偏光となり、再び偏光ビームスプリッタ
４０３へ入射し、これを透過して参照光として検出光学
系へ入る。

【００３８】一方、往路で偏光ビームスプリッタ４０３
を透過した偏光方向が紙面方向（図２，Ｂ）のＰ偏光４
０７は、中性軸がＰ偏光方位に対して＋２２．５°傾い
た水晶１／２波長板４０８に入射し、Ｐ偏光方位（紙面
方向）に対して４５°方向に振動面を持つ直線偏光（図
２，２０２）になる。水晶１／２波長板４０８を出射し
た直線偏光は、第２のビームエキスパンダ４０９によっ
てさらに光束を広げられ、位相反射部材の第１の誘電体
多層膜反射鏡４１０ａに入射する。

【００３９】第１の誘電体多層膜反射鏡４１０ａは、入
射平面（ビームエキスパンダ４０９からのビーム光軸と
第１の誘電体多層膜反射鏡４１０ａの法線を含む面）が
紙面に平行になるように配置されており、さらに第２の
誘電体多層膜反射鏡４１０ｂは、第１の誘電体多層膜反
射鏡４１０ａと互いに反射面が向き合って平行となるよ
うに配置されている。また、第３の誘電体多層膜反射鏡
４１０ｃは、その反射面が第２の誘電体多層膜反射鏡４
１０ｂの反射面と互いに９０°を成すよう配置されてい
る。

【００４０】第１の誘電体多層膜反射鏡４１０ａに入射
した紙面に対して＋４５°方位（図２，２０２）に振動
面を持つ直線偏光は、ここで反射されてＰ偏光とＳ偏光
とで３０°の位相差が生じた状態で射出され、第２の誘
電体多層膜反射鏡４１０ｂで反射されることによってさ
ら３０°の位相差、またさらに第３の誘電体多層膜反射
鏡４１０ｃにて反射されてＰ偏光とＳ偏光とで３０°の
位相差が生じ、トータルで９０°の位相差、即ち１／４
波長（π／２）の光路差が生じて円偏光（図２，２０
３）となって射出される。この第３誘電体多層膜反射鏡
４１０ｃからの円偏光は、被検面４１１へ垂直に入射す
る。

【００４１】被検面４１１に垂直入射した円偏光は、被
検面４１１の凹凸に応じて反射回折（偏光状態は図２の
２０４）され、再び第３の誘電体多層膜反射鏡４１０
ｃ、第２の誘電体多層膜反射鏡４１０ｂ、さらに第１の
誘電体多層膜反射鏡４１０ａで反射され、紙面に対して
−４５°方位に振動面を持つ直線偏光（図２，２０５）
となる。この紙面に対して−４５°方位に振動面を持つ
直線偏光は、再び１／２波長板４０８を透過することに
よって往路とは偏光方向が直交するＳ偏光（図２，２０
６）となって偏光ビームスプリッタ４０３に入射し、反
射されて検出光学系へ導かれる。

【００４２】検出光学系にて、偏光ビームスプリッタ４
０３から各々透過、反射されたＰ偏光（参照光）とＳ偏
光（測定光）は、偏光板４１２を透過して偏光干渉し、
結像レンズ４１３によって観測面４１４上に結像され、
被検面４１１の凹凸に応じた干渉縞を形成する。この干
渉縞を検出することによって被検面４１１の面形状が測
定される。

【００４３】（実施例４）以上の実施例においては、測
定系に１／２波長板を用いた干渉計を示したが、次に本
発明の第４の実施例として、測定系に１／２波長板を用
いないで、光軸に対して特定の傾斜角を以て互いに平行
に対面配置２枚の誘電体多層膜反射鏡（位相反射部材）
を用いたトワイマン・グリーン型干渉計を図５に示す。

【００４４】本実施例においては、第１の誘電体多層膜
反射鏡５１０ａおよび第２の誘電体多層膜反射鏡５１０
ｂは、各々の反射によって、互いに直交する直線偏光成
分に実質的に４５°の位相差を与えるものとし、従っ
て、両誘電体多層膜反射鏡にて反射された偏光成分は、
トータルで実質的に９０°の位相差が与えられる。

【００４５】図５において、レーザ光源５０１からのビ
ームは、第１のビームエキスパンダ５０２により光束を
ある程度広げられた後、偏光ビームスプリッタ５０３へ
入射する。偏光ビームスプリッタ５０３で反射されたＳ
偏光５０４は、水晶１／４波長板５０５を透過し、円偏
光となって基準面５０６へ入射する。基準面５０６で正
反射された円偏光は逆回転で再び水晶１／４波長板５０
５を透過してＰ偏光となり、再び偏光ビームスプリッタ
５０３へ入射し、これを透過して参照光として検出光学
系へ入る。

【００４６】一方、往路で偏光ビームスプリッタ５０３
を透過した偏光方向が紙面方向（図２，Ｂ）のＰ偏光５
０７は、第２のビームエキスパンダ５０９によってさら
に光束を広げられ、位相反射部材の第１の誘電体多層膜
反射鏡５１０ａに入射する。第１の誘電体多層膜反射鏡
５１０ａは、その入射平面が紙面に対して４５°傾斜し
た状態で配置されており、さらに第２の誘電体多層膜反
射鏡５１０ｂは、第１の誘電体多層膜反射鏡５１０ａと
互いに反射面が向き合って平行となるように配置されて
いる。

【００４７】第１の誘電体多層膜反射鏡５１０ａに、こ
の第１の誘電体多層膜反射鏡５１０ａの入射面に対して
振動方向が＋４５°方位の直線偏光は、ここで反射され
てＰ偏光とＳ偏光とで４５°の位相差が生じた状態で射
出され、第２の誘電体多層膜反射鏡５１０ｂで反射され
ることによってさらに４５°の位相差が生じ、トータル
で９０°の位相差、即ち１／４波長（π／２）の光路差
が生じて円偏光（図２，２０３）となり、この円偏光は
ビームエキスパンダからの平行光束に対して平行方向に
射出されて被検面５１１へ垂直に入射する。

【００４８】被検面５１１に垂直入射した円偏光は、被
検面５１１の凹凸に応じて反射回折（偏光状態は図２の
２０４）され、再び第２の誘電体多層膜反射鏡５１０
ｂ、さらに第１の誘電体多層膜反射鏡５１０ａで反射さ
れて、往路とは偏光方向が直交するＳ偏光（図２，２０
６）となって第２のビームエキスパンダ５０９を透過
し、偏光ビームスプリッタ５０３に入射し、反射されて
検出光学系へ導かれる。

【００４９】検出光学系にて、偏光ビームスプリッタ５
０３から各々透過、反射されたＰ偏光（参照光）とＳ偏
光（測定光）は、偏光板５１２を透過して偏光干渉し、
結像レンズ５１３によって観測面５１４上に結像され、
被検面５１１の凹凸に応じた干渉縞を形成する。この干
渉縞を検出することによって被検面５１１の面形状が測
定される。

【００５０】本実施例においては、誘電体多層膜反射鏡
自体をその入射平面が紙面に対して４５°傾斜するよう
に配置したので、１／２波長板を用いないで済み、その
ためその分コストは低くなるが、両誘電体多層膜反射鏡
のポジションの設定は充分精密に行うことが望ましい。
なお、このような１／２波長板を用いない構成において
も、位相反射部材を２枚の誘電体多層膜反射鏡の組み合
わせるものに限らず、１枚、あるいは３枚等の誘電体多
層膜反射鏡の組み合わせによる構成ももちろん可能であ
る。

【００５１】（実施例５）以上の第１〜第４の実施例に
おいては、トワイマン・グリーン型干渉計について説明
したが、本発明の第５の実施例として、測定系に偏光ビ
ームスプリッタと、１／２波長板及び２枚の誘電体多層
膜反射鏡（位相反射部材）とを用いたフィゾー型干渉計
を図６に示す。

【００５２】本実施例においては、第１の誘電体多層膜
反射鏡６０７ａおよび第２の誘電体多層膜反射鏡６０７
ｂは、各々の反射によって、互いに直交する直線偏光成
分に実質的に４５°の位相差を与えるものとし、従っ
て、両誘電体多層膜反射鏡にて反射された偏光成分は、
トータルで実質的に９０°の位相差が与えられる。

【００５３】図６において、レーザ光源６０１からのビ
ームは、第１のビームエキスパンダ６０２により光束を
ある程度広げられた後、偏光ビームスプリッタ６０３へ
入射する。偏光ビームスプリッタ６０３を透過した偏光
方向が紙面方向（図２，Ｂ）のＰ偏光６０４は、中性軸
がＰ偏光方位に対して＋２２．５°傾いた水晶１／２波
長板６０５に入射し、Ｐ偏光方位（紙面方向）に対して
４５°方向に振動面を持つ直線偏光（図２，２０２）に
なる。水晶１／２波長板６０５を出射した直線偏光は、
第２のビームエキスパンダ６０６によってさらに光束を
広げられ、位相反射部材の第１の誘電体多層膜反射鏡６
０７ａに入射する。

【００５４】第１の誘電体多層膜反射鏡６０７ａは、入
射平面（ビームエキスパンダ６０６からのビーム光軸と
第１の誘電体多層膜反射鏡６０７ａの法線を含む面）が
紙面に平行になるように配置されており、さらに第２の
誘電体多層膜反射鏡６０７ｂは、第１の誘電体多層膜反
射鏡６０７ａと互いに反射面が向き合って平行となるよ
うに配置されている。

【００５５】第１の誘電体多層膜反射鏡６０７ａに入射
した紙面に対して＋４５°方位（図２，２０２）に振動
面を持つ直線偏光は、ここで反射されてＰ偏光とＳ偏光
とで４５°の位相差が生じた状態で射出され、第２の誘
電体多層膜反射鏡６０７ｂで反射されることによってさ
らにＰ偏光とＳ偏光とで４５°の位相差が生じ、トータ
ルで９０°の位相差、即ち１／４波長（π／２）の光路
差が生じ、円偏光（図２，２０３）となり、ビームエキ
スパンダ６０６からの平行光束に対して平行方向に射出
される。

【００５６】第２の誘電体多層膜反射鏡６０７ｂからの
円偏光は、平行平面板からなる基準面６０８へ入射し、
一部は基準面６０８で反射され、他は平行平面板を透過
して被検面６０９へ垂直に入射する。基準面６０８で反
射された円偏光は、再び第２の誘電体多層膜反射鏡６０
７ｂで反射され、さらに第１の誘電体多層膜反射鏡６０
７ａで反射され、紙面に対して−４５°方位に振動面を
持つ直線偏光（図２，２０５）となる。この紙面に対し
て−４５°方位に振動面を持つ直線偏光は、再び１／２
波長板６０５を透過することによって往路とは偏光方向
が直交するＳ偏光（図２，２０６）となって偏光ビーム
スプリッタ６０３に入射し、反射されて参照光６１１と
して検出光学系へ導かれる。

【００５７】一方、基準面６０８（平行平面板）を透過
し、被検面６０９へ入射した円偏光は、被検面６０９の
凹凸に応じて反射回折（偏光状態は図２の２０４）さ
れ、基準面６０８を透過した後、参照光と同様に、再び
第２の誘電体多層膜反射鏡６０７ｂ、さらに第１の誘電
体多層膜反射鏡６０７ａで反射され、紙面に対して−４
５°方位に振動面を持つ直線偏光（図２，２０５）とな
る。この紙面に対して−４５°方位に振動面を持つ直線
偏光は、再び１／２波長板６０５を透過することによっ
て往路とは偏光方向が直交するＳ偏光（図２，２０６）
となって偏光ビームスプリッタ６０３に入射し、反射さ
れて検出光６１０として検出光学系へ導かれる。

【００５８】検出光学系にて、偏光ビームスプリッタ６
０３で反射され導かれたＳ偏光の参照光６１１と検出光
６１０は互いに干渉し、結像レンズ６１２によって観測
面６１３上に結像され、被検面６０９の凹凸に応じた干
渉縞を形成する。この干渉縞を検出することによって被
検面６０９の面形状が測定される。

【００５９】このようなフィゾー型干渉計は、トワイマ
ン・グリーン型干渉計に比べて必要な光学部材が少な
く、より高い精度で面形状測定ができる。またこの場合
も、上記のトワイマン・グリーン型干渉計の場合と同様
に、位相反射部材を１枚あるいは３枚の誘電体多層膜反
射鏡の組み合わせで構成したり、また１／２波長板を用
いない構成とすることができる。

【００６０】なお、以上の第１〜第５の実施例におい
て、位相反射部材を１枚〜３枚の誘電体多層膜反射鏡の
組み合わせによって構成した場合を示したが、本発明は
これに限られるものではなく、３枚以上の構成であって
も、最終的にトータルで互いに直交する直線偏光成分に
９０°の位相差が生じる位相機能を示すものであれば良
い。

【００６１】ただし、構成枚数が多ければ多いほど、各
誘電体多層膜反射鏡が有する微小なずれや収差が蓄積さ
れて大きく成り、測定精度が低下することもあるので、
構成枚数は、求められる精度、コスト、許容占有スペー
スに応じた光路設計、干渉計の型など諸条件に応じて適
宜選択すれば良い。また、本発明は、上記のトワイマン
・グリーン型あるいはフィゾー型干渉計に限らず、偏光
を利用した光学系を持つ干渉計について広く適用可能で
あることは言うまでもない。

【００６２】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、干渉計に
おいて、互いに直交する偏光成分の間に実質的に９０°
の位相差、即ち１／４波長（π／２）の光路差を与える
位相機能を持つ誘電体多層膜反射鏡を有する位相反射部
材を、ビームエキスパンダと被検面との間の光路中に配
置したため、測定系に１／４波長板を用いなくてもこれ
に相当する作用が位相反射部材によって得られ、従来の
１／４波長板を透過させる際に生じていた表面反射の問
題はなくなり、ノイズによる測定誤差も低減され高精度
な面形状測定が行えるという効果がある。

【００６３】また、本発明の位相反射部材を構成する誘
電体多層膜反射鏡は、１／４波長板に比べて製造が容易
でコストも低く、大口径の被検面に応じた大きな有効径
のものを用いるのに問題はなく、簡便に干渉光学系構成
できるという効果がある。

【００６４】また、特に位相反射部材を２枚の誘電体多
層膜反射鏡の組み合わせで構成した場合には、位相反射
部材から被検面へ射出される光束を、２回の反射によっ
てビームエキスパンダから位相反射部材へ射出される光
束と平行にすることができるため、従来とほぼ同様に、
被検面を照明光学系の光軸と垂直に配置でき、設計が簡
便となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるトワイマン・グリ
ーン型干渉計の概略構成図である。

【図２】本発明の実施例の干渉計光路中における光の偏
光状態を示す説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例によるトワイマン・グリ
ーン型干渉計の概略構成図である。

【図４】本発明の第３の実施例によるトワイマン・グリ
ーン型干渉計の概略構成図である。

【図５】本発明の第４の実施例によるトワイマン・グリ
ーン型干渉計の概略構成図である。

【図６】本発明の第５の実施例によるフィゾー型干渉計
の概略構成図である。

【図７】従来技術によるトワイマン・グリーン型干渉計
の概略構成図である。

【符号の説明】

１０１，３０１，４０１，５０１，６０１：レーザ光源 １０２，３０２，４０２，５０２，６０２：第１のビー
ムエキスパンダ １０３，３０３，４０３，５０３，６０３：偏光ビーム
スプリッタ １０５，３０５，４０５，５０５：水晶１／４波長板 １０６，３０６，４０６，５０６：基準面 ６０８：基準面（平行平面板） １０８，３０８，４０８，６０５：水晶１／２波長板 １０９，３０９，４０９，５０９，６０６：第２のビー
ムエキスパンダ １１０：誘電体多層膜反射鏡（９０°位相機能） ３１０，５１０，６０７：誘電体多層膜反射鏡（４５°
位相機能） ４１０：誘電体多層膜反射鏡（３０°位相機能） １１１，３１１，４１１，５１１，６０９：被検面 １１２，３１２，４１２，５１２：水晶１／４波長板
（検出光学系） １１３，３１３，４１３，５１３，６１２：結像レンズ １１４，３１４，４１４，５１４，６１３：観測面

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源からの光束を被検面およ
   び参照面へ導く一方前記被検面および前記参照面からの
   反射光を結像光学系へ導くビームスプリッタと、前記結
   像光学系を介して結像された干渉像を観測する検出光学
   系とを備えた干渉計において、前記ビームスプリッタと前記被検面との間にビームエキ
   スパンダを配置するとともに、 互いに直交する偏光成分の間に実質的に９０゜の位相差
   を与える位相機能を持つ誘電体多層膜反射鏡による位相
   反射部材を前記ビームエキスパンダと前記被検面との間
   に配置したことを特徴とする干渉計。
2. 【請求項２】 前記位相反射部材は、２枚の誘電体多層
   膜反射鏡を含むことを特徴とする請求項１記載の干渉
   計。
3. 【請求項３】前記２枚の誘電体多層膜反射鏡は、光軸に
   対して特定の傾斜角をなして互いに平行に対面配置され
   てなることを特徴とする請求項１又は２記載の干渉計。
4. 【請求項４】 前記ビームスプリッタと前記位相反射部
   材との間にλ／２板を配置したことを特徴とする請求項
   １から３のいずれか一項に記載の干渉計。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか一項に記載さ
   れた干渉計を用いて、面形状を測定したことを特徴とす
   る光学部材。