JP3478714B2

JP3478714B2 - 光波干渉装置

Info

Publication number: JP3478714B2
Application number: JP26934397A
Authority: JP
Inventors: 正敏肥塚
Original assignee: 富士写真光機株式会社
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2003-12-15
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JPH1194515A

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に関
し、詳しくはビームスプリッタにより、参照面に向かう
光束と被検面に向かう光束を分離する光波干渉装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、参照面光照射光路と被検面光
照射光路を独立に設けた、例えばマイケルソンタイプの
光波干渉装置が知られている。すなわち、マイケルソン
タイプの光波干渉装置は、光源からの光束を、ビームス
プリッタにより２系に分離し、例えばそのうち透過光束
を被検面上に、反射光束を参照面上に各々照射し、被検
面により反射された光束のうち上記ビームスプリッタで
反射された物体光と、参照面により反射された光束のう
ち上記ビームスプリッタを透過した参照光を互いに干渉
させ、この干渉によりスクリーン上に形成された干渉縞
を観察して被検面の表面形状を測定するものである。

【０００３】このようなマイケルソンタイプの干渉計は
参照面の光路の光路長と、被検面光路の光路長を略等し
くすることができるので、光源として、可干渉距離の短
い光を出力する光源を用いることができ、必ずしもレー
ザ光源等は必要とされない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイケ
ルソンタイプの干渉計は、上述した参照面照射光路と被
検面照射光路の各領域の他、光源配設領域と観察系配設
領域の各領域がビームスプリッタを中央として十字型に
四方に配されることとなり、装置全体のコンパクト化を
図ることが難しいという問題があった。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、参照面照射光路と被検面照射光路が独立して設
けられている光波干渉装置において、基本的な構成の変
更を行って、装置全体のコンパクト化を図り得る光波干
渉装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光波干渉装置
は、光源から出射された光束を、ビ−ムスプリッタで透
過光束と反射光束に分離して、これら両光束のうち一方
を参照面上に、他方を被検面上に照射し、これら両面か
らの反射光束を互いに干渉させて該被検面の表面形状を
測定する光波干渉装置において、前記両面からの２つの
反射光のうち、前記透過光束によるものは前記ビームス
プリッタを透過させ、前記反射光束によるものは該ビー
ムスプリッタで反射させて、光干渉を行わせるように構
成され、前記ビ−ムスプリッタの半透過面の、前記光源
からの光束の発光スペクトルに対する反射率をｒ、前記
被検面の前記光源からの光束の発光スペクトルに対する
反射率をＲ、前記参照面の前記光源からの発光スペクト
ルに対する反射率をＭとしたとき、ｒ^２・Ｍ＝（１−ｒ）^２・Ｒなる関係を略満たすように，前記ビ−ムスプリッタの半
透過面の反射率を設定したことを特徴とするものであ
る。

【０００７】また、前記反射率Ｍを、略１００％とする
ことが好ましい。また、前記反射率ｒを略０．１７（１
７％）とすることが好ましい。

【０００８】

【０００９】

【００１０】また、本発明の光波干渉装置は、光源から
出射された光束を、ビ−ムスプリッタで透過光束と反射
光束に分離して、これら両光束のうち一方を参照面上
に、他方を被検面上に照射し、これら両面からの反射光
束を互いに干渉させて該被検面の表面形状を測定する光
波干渉装置において、前記両面からの２つの反射光のう
ち、前記透過光束によるものは前記ビームスプリッタを
透過させ、前記反射光束によるものは該ビームスプリッ
タで反射させて、光干渉を行わせるように構成され、前
記ビームスプリッタが、少なくとも２個以上の、前記光
源からの光束の発光スペクトルに対して反射率ｒが異な
るビームスプリッタで構成され、前記被検面の前記光源
からの光束の発光スペクトルに対する反射率Ｒの変化に
応じて、観察される干渉縞像のコントラストが最大とな
るような前記反射率ｒを有する該ビームスプリッタが選
択可能に構成されてなることを特徴とするものである。

【００１１】

【００１２】また、前記干渉縞を観察し得る系内に出し
入れ可能に配設された光検出器と、該光検出器からの出
力信号に基づき、前記コントラストが最大となるような
前記ビームスプリッタを選択するための信号を発生する
制御部を備えることが好ましい。また、前記参照面に向
う光束を所定のタイミングで遮断可能なシャッタを備え
ることが好ましい。

【００１３】さらに、前記光源の出力を検出し得る第２
の光検出器を備え、前記光検出器からの出力値をこの第
２の光検出器の出力値で除算して得た結果に基づいて、
前記制御部から、前記コントラストが最大となるような
前記ビームスプリッタを選択するための信号を発生する
ように構成することが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態
に係る光波干渉装置を示す概略図である。この光波干渉
装置は、半導体レーザ１と、この半導体レーザ１からの
出射光束を平行光束とするコリメータレンズ２と、この
平行光束を、参照板３の参照面３ａ上に照射される参照
面照射光束１１と被検体４の被検面４ａ上に照射される
被検面照射光束１２に分離するハーフミラー５と、上記
半導体レーザ１からの光を透過するとともに参照面３ａ
および被検面４ａからの戻り光を反射せしめるビームス
プリッタ６と、これら２つの面からの戻り光の光干渉に
基づく干渉縞の画像情報を得るＣＣＤ７と干渉縞がのっ
た被検体の像をＣＣＤ７に結像させる結像レンズ８とを
備えている。

【００１５】すなわち、半導体レーザ１からの光はコリ
メータレンズ２によって平行光束とされ、ハーフミラー
５のハーフミラー面５ａによって反射光束と透過光束に
分離される。反射光束は参照面照射光束１１として、参
照面３ａ上に照射され、一方、透過光束は被検面照射光
束１２として被検面４ａ上に照射される。

【００１６】参照面照射光束１１は参照面３ａで反射さ
れ参照面形状情報を担持してハーフミラー５に戻り、さ
らにこのハーフミラー面５ａにおいて反射されビームス
プリッタ６に戻る。一方、被検面照射光束１２は被検面
４ａで反射され、被検面形状情報を担持してハーフミラ
ー５に戻り、さらにこのハーフミラー面５ａを透過し、
前記ハーフミラー面５ａで反射された参照面３ａの形状
情報を担持した光と互いに干渉し、ビームスプリッタ６
に戻る。

【００１７】ビームスプリッタ６に戻った、２つの面３
ａ、４ａの形状情報を担持し互いに干渉した光は、この
ビームスプリッタ６のビームスプリッタ面６ａで反射さ
れ、結像レンズ８を通ってＣＣＤ７の結像面上に干渉縞
像を形成する。このＣＣＤ７の結像面上に形成された干
渉縞像は、参照面３ａが光学レベルで略フラットとされ
ているため、実質的に被検面４ａの表面形状を表すもの
とされており、この後、この干渉縞像は、ＣＣＤ７にお
いて光電変換され、図示されないモニタ上に干渉縞画像
を形成する。

【００１８】上述したように、本実施形態の光波干渉装
置では、半導体レーザ１から射出された光のうち、参照
面３ａに照射される光束が往路、復路で計２回ハーフミ
ラー５のハーフミラー面５ａで反射され、一方、被検面
４ａに照射される光束が往路、復路で計２回ハーフミラ
ー５を透過することになる。

【００１９】周知のマイケルソンタイプの光波干渉装置
のように、参照面に照射される光束と被検面に照射され
る光束とがいずれも光束分離用ハーフミラーにおいて１
回反射され、１回透過される場合には、図１中でハーフ
ミラー５の左側部分に観察系（本実施形態のコリメータ
レンズ２、結像レンズ８、ＣＣＤ７に対応する）を設け
る必要があるが、本実施形態のものでは観察系は、半導
体レーザ１と同様に図１中でハーフミラー５の上方部分
に設ければよく、したがって、ハーフミラー５の左側部
分を空きスペースとすることができ、装置全体のコンパ
クト化を図ることができる。

【００２０】また、上記ハーフミラー５に代え、図２に
示す如き、２個の直角プリズム１５ｂ、１５ｃをビーム
スプリッタ面１５ａを介して接合してなるビームスプリ
ッタ１５を用いることも勿論可能である。このように光
束分離手段として、直角プリズム１５ｂ、１５ｃを接合
してなるビームスプリッタ１５を用いることにより、図
１に示す如きハーフミラー５を用いた場合と比べて、ハ
ーフミラー５の厚みに伴う光路のずれおよび光路長のず
れを防止することができる。

【００２１】また、上記ハーフミラー５を用いた場合に
は、参照面照射光束１１と被検面照射光束１２の各光路
における光路のずれおよび光路長のずれを等しくするた
めに、さらには波長分散を補正するためにハーフミラー
５と参照板３との間の光路中に、ハーフミラー５に対
し、屈折率と厚みとが等しい、図３に示す如き補正板２
５を挿入することが望ましい。なお、上記補正板２５を
ハーフミラー５のハーフミラー面５ａの上に重ね合わせ
るように配設するのがスペースの効率化を図る上でより
望ましい。

【００２２】ところで、上記周知のマイケルソンタイプ
の光波干渉装置の場合には、参照面照射光束と被検面照
射光束とが、いずれも光束分離用ハーフミラーにおいて
１回反射され、１回透過されることから、このハーフミ
ラーの反射率がどのような値に設定されていようとも、
参照面と被検面の、光源からの光束の発光スペクトルに
対する反射率が等しいときには、各光束の戻り光の光強
度比率は同様のものとなる。

【００２３】これに対し、上述した実施形態のもので
は、参照面照射光束１１はハーフミラー５において２回
反射され、一方、被検面照射光束１２はハーフミラー５
を２回透過することから、このハーフミラー５のハーフ
ミラー面５ａの反射率がどのような値に設定されるかに
よって、各光束の戻り光の光強度比率は大きく異なるの
である。

【００２４】このような事情から、上記ハーフミラー５
のハーフミラー面５ａの反射率は下記式（１）を満足す
るように設定されている。すなわち、ハーフミラー面５
ａの、半導体レーザ１からの光束の発光スペクトルに対
する反射率（以下、単にハーフミラー面５ａの反射率と
称する）をｒ、被検面４ａの、半導体レーザ１からの光
束の発光スペクトルに対する反射率（以下、単に被検面
４ａの反射率と称する）をＲ、参照面３ａの、半導体レ
ーザ１からの光束の発光スペクトルに対する反射率（以
下、単に参照面３ａの反射率と称する）をＭとしたと
き、ｒ²・Ｍ=（１−ｒ）²・Ｒ（１）なる関係式を満足するような反射率に設定されている。

【００２５】上式（１）を満足することで、参照面３ａ
および被検面４ａからの各反射光の光強度を略等しく設
定することができ、これにより干渉縞像のコントラスト
を最大とすることができる。また、参照面３ａの、半導
体レーザ１の発光スペクトルに対する反射率Ｍはできる
だけ大とすることが、明るい干渉縞像を得る上で望まし
く、上記Ｍは略１００％とすることが望ましい。

【００２６】なお、参照面３ａの反射率Ｍを１（１００
％）、被検面４ａの反射率Ｒを０．０４（４％）（通常
のガラス面の反射率に相当）としたとき、上記ハーフミ
ラー面５ａの反射率ｒは上式（１）より略０．１７（１
７％）となる。また、図４は上式（１）を光強度に着眼
して描いたグラフを示すものである。

【００２７】上式（１）は、参照面３ａの形状情報を担
持して、ハーフミラー面５ａで反射されビームスプリッ
タ６に向かう参照面照射光束１１の光強度と、被検面４
ａの形状情報を担持し、ハーフミラー面５ａを透過して
ビームスプリッタ６に向かう被検面照射光束１２の光強
度が等しいときに、得られる干渉縞のコントラストが最
大となることから成立している式である。上式（１）の
等号の左辺が、ハーフミラー面５ａで分割される前の光
強度を１としたときの、参照面照射光束１１がハーフミ
ラー面５ａからビームスプリッタ６に向かうところでの
相対光強度（Ａ）を表している。また同様に等号の右辺
は、被検面照射光束１２の同一地点での相対光強度
（Ｂ）を表している。

【００２８】すなわち、図４は参照面３ａの反射率Ｍを
１（１００％）としたときの、前述した位置での参照面
照射光束１１の相対光強度（Ａ）を、横軸にハーフミラ
ー面５ａの反射率ｒをとってプロットしたグラフＡと、
被検面４ａの反射率Ｒを０．９（９０％）、０．４（４
０％）、０．０４（４％）としたときの、前述した位置
での被検面照射光束１２の相対光強度Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3を
プロットしたものである。

【００２９】図４からグラフＡとグラフＢ1、Ｂ2、Ｂ3
の各交点では、ＡとＢの光強度が等しくなり、得られる
干渉縞のコントラストが最大となることが明らかであ
る。すなわち、ハーフミラー面５ａの反射率ｒは、被検
面４ａの反射率Ｒが０．９（９０％）のとき約０．４９
（４９％）、反射率Ｒが０．４（４０％）のとき約０．
３９（３９％）、反射率Ｒが０．０４（４％）のとき約
０．１７（１７％）を各々選択すればよいことが分か
る。

【００３０】

【００３１】このように、本実施形態の光波干渉装置で
は、ハーフミラー面５ａで反射された光束は、再びこの
ハーフミラー面５ａで反射されることとなり、一方この
ハーフミラー面５ａを通過した光束は、再びこのハーフ
ミラー面５ａを通過することとなるので、干渉縞像のコ
ントラストを向上させるためには、従来のマイケルソン
タイプのものに比べて、このハーフミラー面５ａにおけ
る反射率の設定をより厳格なものとすることが重要であ
る。

【００３２】図５は、ハーフミラー５を中心とした４つ
の領域のうち、投光光学系の配設領域、参照板３の配設
領域、被検体４の配設領域以外の残る１つの領域に干渉
縞像を観察する簡易観察系を設けたものである。すなわ
ち、上述した実施形態のものでは、投光光学系と観察光
学系が一部重複するように構成されているため、ハーフ
ミラー５を中心とした４つの領域のうち１つの領域が空
くことになるので、この空いた領域において、干渉縞を
簡易に観察し得る系を設けるようにしたものである。

【００３３】参照面照射光束１１の参照面３ａからの戻
り光と、被検面照射光束１２の被検面４ａからの戻り光
は、上述したようにハーフミラー５のハーフミラー面５
ａで合わせられてＣＣＤ７の結像面上に干渉縞像を形成
することになる。この干渉光は、上記参照面３ａからの
戻り光のハーフミラー面５ａでの反射光と、上記被検面
４ａからの戻り光のハーフミラー面５ａの透過光による
ものであるが、その一方で上記参照面３ａからの戻り光
のハーフミラー面５ａの透過光と、上記被検面４ａから
の戻り光のハーフミラー面５ａの反射光によっても光干
渉が生じる。すなわち、図５に示すごとく、光束３１ｂ
も２つの面３ａ、４ａの形状情報を担持した光を干渉さ
せたものであるから、これをスクリーン３３のスクリー
ン面３３ａ上に結像させるようにすれば、観察者３４は
この干渉縞像を容易に視認することができるものであ
る。

【００３４】なお、上記２つの面３ａ、４ａにおける光
反射率が大きく異なることから、ハーフミラー面５ａに
おける光反射率を調整し、ＣＣＤ７の結像面に向かう上
記２つの面３ａ、４ａからの戻り光の光強度が互いに略
等しくなるようにして該結像面上における干渉縞画像の
コントラストが良好となるようにしているのであり、し
たがって、上記２つの面３ａ、４ａからの戻り光のう
ち、上記ＣＣＤ７の結像面に向かう光の残りの光がスク
リーン３３に向かうことになるのであるから、光束３１
ｂを構成する２つの光の光強度比は、参照面３ａの反射
率Ｍと被検面４ａの反射率Ｒの比となり、例えばＭを１
（１００％）、Ｒを０．０４（４％）としたときには、
ハーフミラーの反射率ｒの大小に拘わらず２つの光の強
度比は２５：１となってしまうように、一般には光束３
１ｂを構成する２つの光の光強度は互いに大きく異なる
こととなり、スクリーン面３３ａ上の干渉縞像のコント
ラストは必ずしも良好とはならない。その意味で、ＣＣ
Ｄ７による干渉縞像の観察を高精度観察とした場合、こ
のスクリーン３３による干渉縞像の観察は簡易的な観察
ということができる。

【００３５】また、このスクリーン３３はガラス透明
板、そのスクリーン面３３ａはスリ面とされているた
め、このスクリーン３３を固定したままとしておくと、
このスクリーン面３３ａの凹凸によって干渉縞像の画質
が低下してしまう。そこで、本実施形態においては、こ
のスクリーン３３を中心軸を回転軸として矢印Ａ方向に
回転するようにしている。これにより、スクリーン３３
ａの表面の凹凸は視覚的に平均化され、干渉縞像の画質
低下を防止することができる。

【００３６】なお、このスクリーン３３の移動は、回転
移動に限られるものではなく、上記スクリーン面３３の
凹凸の視認が実質的にできないようにすれば往復移動と
することも可能である。上記実施形態における干渉縞像
の簡易観察は、ハーフミラー５から所定間隔を置いたス
クリーン３３により行っているが、観察する干渉縞像の
画質低下を問題としない場合は、図６に示すように、ス
クリーン面４３ａをビームスプリッタ１５の一部に形成
することも可能である。

【００３７】また、上記各スクリーン面３３ａ、４３ａ
の表面粗さは、例えば＃４００〜＃１５００とする。ま
た、図５に示すスクリーン３３に代えて、集光性を有す
るホログラフィック光学素子を設け、これにより観察者
３４に干渉縞像が観察され得るようにしてもよい。

【００３８】また、被検面４ａの反射率に応じて、所定
の反射率を有するハーフミラー面を備えたハーフミラー
を選択するようにすれば、反射率の異なる被検面４ａを
順次測定するような場合であっても、常にコントラスト
の良好な干渉縞像をＣＣＤ７の結像面上に形成すること
ができる。

【００３９】このことを具体的に図７に示す。図示され
るように、複数個のハーフミラー５５を回転円板５４の
周方向に、かつ等間隔に配列固定してなる。この回転円
板５４は中心軸を回転軸として矢印Ｂ方向に回転可能に
構成されており、被検面４ａの反射率に応じた、最適な
反射率のハーフミラー５５のハーフミラー面５５ａを光
路中に配設するように回転円板５４を回転せしめる。

【００４０】この回転円板５４の具体的な形状は、図８
に示す如く構成されている。図示されるように、この回
転円板５４は、図中１点鎖線で示す同一円上の４箇所に
ハーフミラー装着部が形成された金属製のターレットで
あり、このハーフミラー装着部に円形のハーフミラー５
５が各々装着されてなっている。上記回転円板５４の中
心には軸部１２０が形成されており、この軸部１２０の
周囲にはギヤ部１１８が設けられている。そして、軸部
１２０を後述するハウジング１０１の軸孔１０１ｃに嵌
入した状態で、ギヤ部１１８に他の駆動ギヤ（図示せ
ず）を噛合させてこれを駆動することにより、回転円板
５４を回転軸線（中心軸Ａｘ）回りに回転させるように
なっている。

【００４１】図示するように、上記回転円板５４の各ハ
ーフミラー装着部は、ハーフミラー５５の周縁部を支持
する環状支持部２２と、各ハーフミラー５５が装着部か
ら脱落するのを防止する１対の係合片２６とを備えてな
っている。また、上記回転円板５４を回転駆動する機構
は図９に示す如き構成とされている。

【００４２】図示するように、回転円板５４を回転駆動
する機構は、ハウジング１０１と、回転円板５４とから
なる。ハウジング１０１の後部には、ハウジング１０１
内に塵埃が侵入することを防止するための薄い金属から
なる防塵カバー１０４が取り付けられている。そして、
ハウジング１０１と防塵カバー１０４とにより形成され
る空間内に、回転円板５４が配設されている。

【００４３】軸部１２０の先端はハウジング１０１に形
成された軸孔１０１Ｃに嵌入されており、その後端は防
塵カバー１０４に形成された軸孔１０４Ａに嵌入されて
いる。これにより、回転円板５４はハウジング１０１お
よび防塵カバー１０４に回転可能に支承される。

【００４４】また、回転円板５４の軸部１２０の周囲に
はギヤ部１１８が形成されている。さらに、ハウジング
１０１には回転円板５４を回転するための円板駆動つま
み１１１が取り付けられており、円板駆動つまみ１１１
の回転軸１１１Ａに取り付けられたギヤ１１２と回転円
板５４の上記ギヤ部１１８とがアイドルギヤ１１３を介
して噛合している。この円板駆動つまみ１１１を回転す
ることにより、回転円板５４が軸部１２０の中心軸Ａｘ
を回転軸として回転するようになっている。

【００４５】このように回転円板５４を回転させて所望
とするハーフミラー５５を光路上に位置せしめ、反射率
の異なる被検面４ａがセットされた場合においても常に
コントラストの良好な干渉縞像を得ることが可能であ
る。上記実施形態においては、回転円板５４上に配列さ
れた複数個のハーフミラー５５のうち、所望のハーフミ
ラー５５を光路上にセットする際に、該回転円板５４を
手動で駆動するようにしているが、この所望のハーフミ
ラー５５のセットを自動的に行うようにしてもよい。

【００４６】図１０は、所望のハーフミラー５５のセッ
トを自動的に行う場合の実施形態に係る光波干渉装置を
示すものである。すなわち、この装置は、ハーフミラー
５５のハーフミラー面５５ａにおいて反射した被検面４
ａからの戻り光の反射光強度を光検出器６２により検出
することで、被検面４ａの反射率を検出し、ハーフミラ
ー面５５ａにおいて反射される参照面３ａからの戻り光
と、ハーフミラー面５５ａを透過する被検面４ａからの
戻り光の両光強度が略等しくなるよう、制御回路６４に
おいて、最適なハーフミラー５５を選択するとともに、
その選択結果に基づいてモータドライバ６５により円板
駆動モータ６６を駆動し、その選択されたハーフミラー
５５を光路上にセットするものである。上記光検出器６
２は、ハーフミラー５５の選択を行うときのみ、図示す
る位置に挿入可能とすることが望ましい。

【００４７】この場合において、光検出器６２には被検
面４ａからの戻り光のみならず、ハーフミラー面５５ａ
を透過した参照面３ａからの戻り光も入射されるため、
光検出器６２の全光強度から、参照面３ａからの戻り光
による受光量分を差し引く必要がある。

【００４８】すなわち、ハーフミラー面５５ａの反射率
をｒ、参照面３ａの反射率をＭ、被検面４ａの反射率を
Ｒ、半導体レーザ１の出力光強度をＡ、光検出器６２の
全光強度をＰとしたとき、以下の式（２）が成立する。Ｐ＝Ａ＊ｒ＊Ｍ＊（１−ｒ）＋Ａ＊（１−ｒ）＊Ｒ＊ｒ（２）

【００４９】ここで、ハーフミラー面５５ａで反射され
た、被検面４ａからの戻り光の光強度Ｘは式（２）の右
辺第２項であるから、下記式（３）の如く表される。Ｘ＝Ａ＊（１−ｒ）＊Ｒ＊ｒ＝Ｐ−Ａ＊ｒ＊Ｍ＊（１−ｒ）（３）なお、参照面３ａの反射率Ｍが１００％であれば、Ｘ＝Ｐ−Ａ＊ｒ＊（１−ｒ）（３´）で表される。

【００５０】このような演算は制御回路６４のＣＰＵに
おいて上記式（３）に基づいて逐次行うようにしても良
いし、この制御回路６４内に配された反射率テーブルに
予めこのような演算結果を取り込んだ所定の値を記憶せ
しめておくようにしても良い。

【００５１】制御回路６４内に配された反射率テーブル
には、被検面４ａからの戻り光の光強度Ｘと、その光強
度Ｘの場合に最適なハーフミラー５５の対応関係がテー
ブル形式で記憶されており、光検出器６２により得られ
た、被検面４ａからの戻り光の光強度Ｘに応じて、その
状況における最適な（コントラストを良好としうる）ハ
ーフミラー５５の識別情報が出力されるようになってい
る。ＣＰＵ７７はこの識別情報に基づいて、そのハーフ
ミラー５５が光路上に位置し得るように、モータドライ
バ６５に所定の駆動信号を送出し、これに応じて円板駆
動モータ６６が回転円板５４を所定位置まで回転させる
ことになる。

【００５２】なお、参照面照射光束１１の光路内に出し
入れ可能な図示する如きシャッタ６７を設け、ハーフミ
ラー５５の選択時においてのみ、このシャッタ６７を該
光路内に挿入し得るようにすれば、光検出器６２に入射
する光は被検面４ａからの戻り光の光強度Ｘのみとみな
せるから、上述したようなハーフミラー面５５ａを透過
した参照面３ａからの戻り光を差し引く演算が不要とな
る。このシャッタ６７としては、一時的に参照面３ａか
らの戻り光を遮断できるものであればよく、例えば虹彩
絞りのようなものであっても良い。

【００５３】また、上記半導体レーザ１の出力変動が大
きい場合には、図示するように半導体レーザ１とハーフ
ミラー５５の間に反射率の小さいハーフミラー６１を挿
入し、半導体レーザ１の出力を光検出器６３で検出し得
るようにし、制御回路６４において、光検出器６２の出
力値を光検出器６３の出力値で除算するようにして、半
導体レーザ１の出力変動の影響を排除するようにしても
良い。

【００５４】図１１は、光検出器６３を設けた場合の制
御回路６４の構成を示すものである。すなわち、この制
御回路６４において２つの光検出器６２、６３からの出
力値は各々Ａ−Ｄ変換器７１、７２を介してデジタル値
に変換され、所定のタイミングで各々メモリ７４、７５
に格納される。これらメモリ７４、７５に格納された各
値は所定のタイミングでＣＰＵ７７に取り込まれ、この
ＣＰＵ７７で上記除算が行われ、この除算値に基づき反
射率テーブル（ＲＡＭまたはＲＯＭ内に格納されてい
る）７８から最適なハーフミラー５５の識別情報を選択
する。さらに、このＣＰＵ７７はこの識別情報に基づ
き、そのハーフミラー５５を前述した光路上に設定する
ために必要なモータ駆動信号を出力し、そのモータ駆動
信号はＤ−Ａ変換器７９においてアナログ信号に変換さ
れてモータドライバ６５に送出される。

【００５５】なお、上述した実施形態においては、回転
円板５４上にセットされたハーフミラー５５の反射率は
予め測定され、その測定値に基づいて反射率テーブル７
８が作成されているのであるが、これら回転円板５４に
セットされているハーフミラー５５を反射率未知のハー
フミラー５５と入れ替える場合には、例えば図１０に示
すシャッタ６７のハーフミラー５５側の面に第３の光検
出器を取り付けておいて参照面照射光束１１の光強度を
検出するようにし、この第３の光検出器からの出力値を
上述した２つの光検出器６２、６３からの出力値ととも
に上記制御回路６４に入力せしめるようにし、ＣＰＵ７
７においてこれら３つの出力値を演算して光路上にセッ
トされている未知のハーフミラー５５の反射率を求める
ようにしても良い。その後、その反射率に基づいて反射
率テーブル７８を自動書き換えし、書き換えられた反射
率テーブル７８に基づいてその後の上述したハーフミラ
ー５５の選択操作を行うようにしても良い。

【００５６】なお、本発明の光波干渉装置としては上述
した実施形態のものに限られるものではなく、その他の
種々の態様の変更が可能である。例えば、光源としては
上記半導体レーザに代えて、ガスレーザ等の他のレーザ
光源や可干渉距離の短いＬＥＤ等の光源を用いることが
可能である。光源として、出力変動検出器を備えている
ガスレーザ等を用いた場合には、この光検出器を上記光
検出器６３の代わりに用いることが可能である。また、
出力変動の安定化システムを有する光源を用いる場合に
は、光源の出力を検出する光検出器は勿論不要である。

【００５７】また、上記実施形態においては複数個のハ
ーフミラー５５を載設する手段として回転円板５４を用
いているが、この回転円板５４に代えて複数個のハーフ
ミラー５５を直線的に配列した往復移動板を用いること
も可能である。なお、上記実施形態においては、光源か
らの光束を分離する際にハーフミラー面５ａにおいて反
射された光束を参照面照射光束とし、ハーフミラー面５
ａを透過した光束を被検面照射光束としているが、反射
された光束を被検面照射光束とし、透過した光束を参照
面照射光束とすることも勿論可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光波干
渉装置によれば、いわゆるマイケルソンタイプに配され
た参照面と被検面からの２つの反射光のうち、ビームス
プリッタの透過光束によるものは該ビームスプリッタを
透過させ、一方、該ビームスプリッタの反射光束による
ものは該ビームスプリッタで反射させて、光干渉を行わ
せるように構成しており、該ビームスプリッタからの２
つの戻り光を光源方向に戻して干渉縞像を観察させるよ
うにしているので、該ビームスプリッタを中心とした４
方向の領域のうち一つの領域を空きスペースとすること
ができるので、装置のコンパクト化を図ることが可能で
ある。

【００５９】また、この場合において上記２つの面の反
射率に基づき、ビームスプリッタから観察部に戻される
２つの光束の光強度がほぼ等しくなるように該ビームス
プリッタの反射率を設定すればコントラストの良好な干
渉縞像を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光波干渉装置を示す
概略図

【図２】図１に示す光波干渉装置の一部変更例を示す概
略図

【図３】図１に示す光波干渉装置の一部変更例を示す概
略図

【図４】被検体の反射率が変化した場合に、それに応じ
て最適なビームスプリッタの反射率が変化する様子を示
すグラフ

【図５】図１に示す光波干渉装置の一部変更例を示す概
略図

【図６】図１に示す光波干渉装置の一部変更例を示す概
略図

【図７】図１に示す光波干渉装置の一部変更例を示す概
略図

【図８】図７に示す回転円板を詳しく示す図

【図９】図７に示す回転円板の回転駆動機構を示す図

【図１０】本発明の他の実施形態に係る概略図

【図１１】図１０に示す光波干渉装置の一部を詳しく示
すブロック図

【符号の説明】

１半導体レーザ２コリメータレンズ３参照板３ａ参照面４被検体４ａ被検面５、５５、６１ハーフミラー５ａ、５５ａハーフミラー面６、１５ビームスプリッタ６ａ、１５ａビームスプリッタ面７ＣＣＤ３３スクリーン３３ａ、４３ａスクリーン面５４回転円板６２、６３光検出器６４制御回路６６円板駆動モータ６７シャッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 9/02 G01B 11/24 G01J 9/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射された光束を、ビ−ムスプリ
ッタで透過光束と反射光束に分離して、これら両光束の
うち一方を参照面上に、他方を被検面上に照射し、これ
ら両面からの反射光束を互いに干渉させて該被検面の表
面形状を測定する光波干渉装置において、前記両面から
の２つの反射光のうち、前記透過光束によるものは前記
ビームスプリッタを透過させ、前記反射光束によるもの
は該ビームスプリッタで反射させて、光干渉を行わせる
ように構成され、前記ビ−ムスプリッタの半透過面の、
前記光源からの光束の発光スペクトルに対する反射率を
ｒ、前記被検面の前記光源からの光束の発光スペクトル
に対する反射率をＲ、前記参照面の前記光源からの発光
スペクトルに対する反射率をＭとしたとき、ｒ^２・Ｍ＝（１−ｒ）^２・Ｒなる関係を略満たすように，前記ビ−ムスプリッタの半
透過面の反射率を設定したことを特徴とする光波干渉装
置。
【請求項２】前記反射率Ｍを、略１００％としたことを
特徴とする請求項１記載の光波干渉装置。
【請求項３】前記反射率ｒを略０．１７としたことを特
徴とする請求項２記載の光波干渉装置。
【請求項４】光源から出射された光束を、ビ−ムスプリ
ッタで透過光束と反射光束に分離して、これら両光束の
うち一方を参照面上に、他方を被検面上に照射し、これ
ら両面からの反射光束を互いに干渉させて該被検面の表
面形状を測定する光波干渉装置において、前記両面から
の２つの反射光のうち、前記透過光束によるものは前記
ビームスプリッタを透過させ、前記反射光束によるもの
は該ビームスプリッタで反射させて、光干渉を行わせる
ように構成され、前記ビームスプリッタが、少なくとも
２個以上の、前記光源からの光束の発光スペクトルに対
して反射率ｒが異なるビームスプリッタで構成され、前
記被検面の前記光源からの光束の発光スペクトルに対す
る反射率Ｒの変化に応じて、観察される干渉縞像のコン
トラストが最大となるような前記反射率ｒを有する該ビ
ームスプリッタが選択可能に構成されてなることを特徴
とする光波干渉装置。
【請求項５】前記干渉縞を観察し得る系内に出し入れ可
能に配設された光検出器と、該光検出器からの出力信号
に基づき、前記コントラストが最大となるような前記ビ
ームスプリッタを選択するための信号を発生する制御部
を備えたことを特徴とする請求項４記載の光波干渉装
置。
【請求項６】前記参照面に向う光束を所定のタイミング
で遮断可能なシャッタを備えてなることを特徴とする請
求項５記載の光波干渉装置。
【請求項７】前記光源の出力を検出し得る第２の光検出
器を備え、前記光検出器からの出力値をこの第２の光検
出器の出力値で除算して得た結果に基づいて、前記制御
部から、前記コントラストが最大となるような前記ビー
ムスプリッタを選択するための信号を発生するように構
成されていることを特徴とする請求項５または請求項６
記載の光波干渉装置。