JP4062606B2 - 低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置およびその測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体からの波面形状を観察する干渉計装置、特にフィゾー型等の不等光路長型干渉計装置に関し、詳しくは、液晶用ガラス、各種光学フィルタおよびウインドウ等の平板状の透明薄板、さらにはボールレンズ等の球体を被検体とした場合に、その表面波面形状およびその透過波面形状を同時に干渉計測し得る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、平行平面ガラスの表面形状を測定する手法として、可干渉性の良いレーザ光源を搭載したフィゾー型干渉計を用いることが従来より知られているが、この手法においては、可干渉性の良いレーザ光を使用しているために、平行平面ガラスの被検面の干渉縞のみならず被検面とは反対側の非被検面（以下、単に非被検面と称する）の干渉縞が同時に発生してしまう。すなわち、参照光と物体光の光路長差が互いに異なるフィゾー型干渉計（不等光路長型干渉計）においては、可干渉性の良いレーザ光束を使用することとなるため、基準面と被検面、基準面と非被検面、および被検面と非被検面からの光干渉が各々生じてしまう。通常、所望される干渉縞は基準面と被検面からの光干渉のみであるため、その他の面相互の光干渉によって生じる干渉縞はノイズとなり、被検面の形状を高精度で測定することが困難となってしまう。
【０００３】
従来、このような干渉縞ノイズを抑制する手法として、非被検面に屈折率マッチングオイルを塗り、その上から光散乱シートを張り付けるように構成し、非被検面の存在を光学的に消滅させるとともに、貼り付けた光散乱シートをあたかも非被検面とすることで、非被検面と他の面との相互の光干渉による干渉縞の発生を防止することが行なわれている。
【０００４】
しかしながら、このような干渉縞ノイズ抑制手法では、非被検面とはいえ、被検体の一方の面にオイルを塗らなくてはならず、手間がかかるだけではなく、被検体が汚れるという不都合があり、さらに、厚みが薄い被検体においては、オイルを塗ったり、光散乱シートを張り付ける等の処理により、被検面自体の形状が変化するおそれがあった。
【０００５】
そこで、本願出願人は、一般に、特許文献１に記載された技術を既に開示している。
この特許文献１に記載された透明薄板測定用干渉計によれば、測定光の可干渉距離を所定長未満に設定するとともに測定光の一部を迂回させるパスマッチ光学系を設けて、迂回しないで直進した測定光の被検面からの反射光と、迂回した測定光の基準面からの反射光による場合以外は光干渉が生じないようにしているため、極めて簡易な構成でノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２１６０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
フィゾー型の干渉計装置は、光源からの光を平行光とし、これを基準板に照射するとともに、この基準板を透過した平行光を基準板と平行かつ所定距離だけ離した被検体に照射し、この平行光の、基準板の基準面と、被検体の被検面からの両反射光により干渉縞を作成するようにしたもので、マイケルソン型等の干渉計装置と比べると、簡易な構成で高精度な測定を行なうことができる等の利点を有するが、その大きな魅力は、透明被検体の透過波面、すなわち透明被検体の内部歪や屈折率分布を簡易に測定し得るということである。
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１のものでは、透明被検体の透過波面を測定することは作業的に困難であり、フィゾー型の干渉計装置でありながら、そのフィゾー型の干渉計装置の利点を十分に享受しているとはいえない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、被検体表面からの表面波形状を測定する際には、被検体裏面からの反射光による干渉縞の発生を阻止してノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることができるとともに、透明被検体の透過波面形状を良好に測定し得る簡易な構成の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
また、例えば、光学部材の所定部間の距離を高精度で測定する場合等において、低可干渉光照射により得られた干渉縞のコントラストピーク位置を基準面として測定を行なうことが知られているが、低可干渉光のみを使用した場合には、干渉縞が出現する位置あるいはそのコントラストピーク位置を探すのに多大な労力を要してしまうため、高可干渉光束を併用することにより上記労力を軽減する手法が望まれる。
【００１１】
本発明は、このような事情にも鑑みなされたもので、光波干渉法を用いて高精度な測長を行なう場合に、低可干渉光のみを用いた場合と比べて大幅に労力軽減を図りうる簡易な構成の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置は、
光源からの光を基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光を該基準面と所定距離だけ離した被検体に照射し、該基準面と該被検体からの光による干渉に基づいて該被検体の波面情報を得るフィゾー型の干渉計装置において、
光源から出力された低可干渉光束を用いて低可干渉測定を行なう際には、該低可干渉光束を第１の経路と第２の経路に分岐するパスマッチ経路部を通過させ、これら２つの経路を通過した光束の光路長差が、干渉計の基準面と被検体との光学的距離の２倍に相当するように調整して該被検体の干渉測定を行なうようにし、
光源から出力された高可干渉光束を用いて高可干渉測定を行なう際には、少なくとも前記パスマッチ経路部の被検体側において前記低可干渉光束と同軸となるような位置に該高可干渉光束を入射せしめ、該高可干渉光束を前記基準面と前記被検体とに照射するようにして該被検体の干渉測定を行なうようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが別光源とされている場合において、
前記低可干渉測定を行なう際には、前記高可干渉光束の、前記被検体への照射を阻止する光束切替操作が行なわれるように構成されていることが好ましい。
【００１４】
この場合において、前記パスマッチ経路部と前記基準面との間に、干渉光を撮像手段方向に導く光偏向手段が設けられており、
前記光束切替操作は、前記高可干渉測定を行なう際に前記高可干渉光束のみの前記被検体への照射を可能とするとともに、前記低可干渉測定を行なう際に前記低可干渉光束のみの前記被検体への照射を可能とする、前記低可干渉光束を出力する光源と前記光偏向手段との間に設けられた光束選択手段により行なわれることが好ましい。
【００１５】
また、前記高可干渉光束と前記低可干渉光束との光路が、前記パスマッチ経路部の光源側において共通化されている場合には、
前記パスマッチ経路部の前記第１の経路と前記第２の経路の一方に、前記高可干渉測定を行なう際に光束の通過を阻止する遮光部材が設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが別光源とされている場合に、
前記パスマッチ経路部と前記基準面との間に設けられた干渉光を撮像手段方向に射出する光偏向手段と、前記パスマッチ経路部との間に、
前記高可干渉光束と前記低可干渉光束のうちの一方を他方の光路内に導く反射部材と、該他方の光束を遮断する遮光部材を一体とされた光束選択手段が、該光路に対して挿脱自在に配されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが同一光源とされている場合に、
前記パスマッチ経路部の前記第１の経路と前記第２の経路の一方に、前記高可干渉測定を行なう際に光束の通過を阻止する遮光部材を設けることが好ましい。
【００１８】
また、少なくとも前記低可干渉光束を出力する光源が単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な光源からなり、
干渉縞を受光する素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で、前記光源からのレーザ光を複数の波長に変調し、
該複数の波長に変調されたレーザ光からなる被測定光を前記基準面および前記被検体に照射して、前記被検体からの光と前記基準面からの光により生成される干渉光を前記素子により受光して、該干渉光を前記１光蓄積期間で積分するように構成することが可能である。
【００１９】
また、前記パスマッチ経路部を構成する２つの経路の光路長差が可変とされ、かつ該光路長差が測定可能とされるように構成することが可能である。
【００２０】
また、前記パスマッチ経路部を構成する２つの経路を通過した光の光路長差を可変とする光路長差可変手段と、前記基準面および前記被検体からの光による干渉縞を撮像する撮像系のフォーカス位置を調整するフォーカス位置調整手段と、前記光路長差および前記フォーカス位置が共に最適な値となるように前記光路長差可変手段および前記フォーカス位置調整手段を同期して駆動するコントロール手段を備えるように構成することが可能である。
【００２１】
さらに、上述した低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置は、平面の被検体および球面の被検体のいずれをも測定し得るフィゾー型の干渉計装置とすることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の測定方法は、球面の被検体を測定し得るように構成された上述した低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置において、
被測定光としての前記高可干渉光束を、干渉計の基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で、該被検体を光軸方向に移動させつつ、該基準面および該被検体からの光による干渉縞の本数が最小となる位置を検出して、該被検体をその位置に設定する第１のステップと、
この後、被測定光を前記低可干渉光に切り替え、この低可干渉光を前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で前記パスマッチ経路部の２つの経路を通過した光束の光路長差を変化させつつ、得られた干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を検出し、その検出時における、前記光路長差を調整する手段の調整量である第１の調整量を検出する第２のステップと、
この後、被測定光としての前記高可干渉光束を、前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で、該被検体を光軸方向に移動させつつ、該基準面および該被検体からの光による干渉縞の本数が最小となる位置を検出して、該被検体をその位置に設定する第３のステップと、
この後、被測定光を前記低可干渉光に切り替え、この低可干渉光を前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で前記パスマッチ経路部の２つの経路を通過した光束の光路長差を変化させつつ、得られた干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を検出し、その検出時における、前記光路長差を調整する手段の調整量である第２の調整量を検出する第４のステップと、
前記第２のステップで得られた第１の調整量と前記第４のステップで得られた第２の調整量の差を算出し、その算出結果に基づき前記被検体の曲率情報を得る第５のステップと、
からなることを特徴とするものである。
【００２３】
【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。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略図である。
【００２５】
この干渉計装置は、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束を用いて被検体１２の表面１２ａの形状等に関して低可干渉測定を行なうとともに、高可干渉光源２１から出力され、一部の光路が低可干渉光束と同軸となるように導かれた高可干渉光束を用いて被検体１２の透過波面測定を行ない、内部の屈折率分布等に関する干渉測定を行なうものである。光源から出力された高可干渉光束を用いて高可干渉測定を行なう際には、少なくとも前記パスマッチ経路部の被検体１２側において前記低可干渉光束と同軸となるような位置に該高可干渉光束を入射せしめる。
【００２６】
また、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束と高可干渉光源２１から出力された高可干渉光束の選択切替は、全反射プリズム２４の、光路内への挿脱操作により行われる。
【００２７】
すなわち、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束を被検体１２上に照射して低可干渉測定を行なう際には、全反射プリズム２４を矢印Ｂ方向に移動させて、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路から退避させる。
【００２８】
一方、高可干渉光源２１から出力された高可干渉光束を被検体１２に照射して高可干渉測定を行なう際には、全反射プリズム２４を矢印Ｂ方向に移動させて、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路内に挿入することにより、全反射面２４ａにおいて高可干渉光源２１からの光束を被検体１２方向に反射させることが可能である。
【００２９】
また、全反射プリズム２４の一方の側面部（光路内に挿入されたときに光源１方向を向く側面部）が遮光部とされており、全反射プリズム２４が光路内に挿入された際に、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束の被検体１２方向への照射を阻止するようになっている。
【００３０】
上記全反射プリズム２４の、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路中への挿脱操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００３１】
(装置構成)
この干渉計において、低可干渉光源１から出力された測定光はコリメータレンズ２により平行光とされ、コンデンサレンズ８およびコリメータレンズ１０によりビーム径を拡大され、透明な基準板１１および薄板ガラス板（被検体；厚み＝ｔ１）１２に照射される。
【００３２】
低可干渉測定時において、基準板１１の基準面１１ａおよび被検体１２の被検面１２ａからの、上記測定光の反射光は互いに干渉し合い、ハーフプリズム９のハーフミラー面９ａで直角反射され、イメージングレンズ１３を介して、撮像カメラ１４内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。なお、このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、ＣＲＴ等の画像表示部（図示されていない）上に干渉縞画像が表示される。これにより、被検面１２ａの表面形状等を測定する。
【００３３】
一方、高可干渉測定時においては、レーザダイオード（ＬＤ）からなる高可干渉光源２１からの測定光が被検体１２に照射された後、この被検体１２を透過し、その被検体側に位置する基準反射面３０において反射され、再び被検体１２を透過して基準面１１ａに至る光を利用する。すなわち、基準板１１の基準面１１ａおよび基準反射面３０からの、上記測定光の反射光による干渉光に基づき、上記低可干渉測定時と同様にして、干渉縞画像を得る。
【００３４】
これにより、被検体１２の透過波面情報、すなわち、被検体１２の内部応力や屈折率分布を測定する。
【００３５】
ところで、フィゾー型干渉計を用いて被検体を測定する場合には、基準面と被検面との間隔がどうしても開いてしまうので、干渉距離の大きい測定光を用いる必要があり、そのため、薄板ガラスからなる上記被検体１２を測定する場合、被検面１２ａからの反射光に対し、被検体１２の厚み方向の光学距離ｎｔの２倍程度の光路差しか有さない被検体１２の裏面１２ｂからの反射光も、基準面１１ａからの反射光や該被検面１２ａからの反射光と互いに干渉し合うこととなる。このような被検体１２の裏面１２ｂからの反射光によって生じた干渉縞は、本来の干渉縞と重畳して測定精度を低下させる。
【００３６】
そこで、本実施形態においては、低可干渉測定時において、まず、光源１からの測定光が、被検体１２の両面１２ａ,１２ｂ間の光学的距離の２倍に相当する距離より小となる干渉距離を有するように設定する。具体的には光源１として、例えば、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）、ハロゲンランプあるいは高圧水銀ランプ等（例えば可干渉距離が１μｍ）が用いられる。
【００３７】
また、コリメータレンズ２とコンデンサレンズ８との間の平行光束領域内には、２つのハーフミラー４,５と２つの全反射ミラー６,７からなる、測定光の一部を迂回させる（２つの経路を有する）パスマッチ光学系（以下、パスマッチ経路部６０とも称する）が挿入されている。
【００３８】
測定光の一部は、ハーフミラー４により直角反射されてその余の測定光から分離され、全反射ミラー６により直角反射され、次いで全反射ミラー７により直角反射され、さらにハーフミラー５により直角反射されて、上記その余の測定光と再合成される。このとき、ハーフミラー４を透過する測定光の、ハーフミラー４とハーフミラー５間の光路長Ｌ１に対し、迂回した測定光の、ハーフミラー４からハーフミラー５に到るまでの光路長Ｌ２（Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）は、２つのハーフミラー４，５間の距離Ｌ１と２つの全反射ミラー６，７間の距離が等しいことから、距離ｌ１＋ｌ３（ｌ１＝ｌ３）だけ長くなる。前述したように、これらの距離ｌ１＋ｌ３は基準板１１の基準面１１ａと被検体１２の被検面１２ａとの距離Ｌの２倍に相当するように調整されている。
【００３９】
以下、この第１実施形態における高可干渉測定、および低可干渉測定について順に説明する。
【００４０】
(高可干渉測定)
高可干渉光源２１から出力された高可干渉光束を被検体１２に照射して高可干渉測定を行なう際には、まず、全反射プリズム２４を、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路内に位置するように設定する。
【００４１】
この干渉計において、高可干渉光源２１から出力された測定光はコリメータレンズ２２により平行光とされ、コンデンサレンズ８およびコリメータレンズ１０によってビーム径の大きな平行光とされ、透明な基準板１１、薄板ガラスの被検体１２および基準反射面３０に照射される。このとき、基準板１１の基準面１１ａと基準反射面３０は光軸Ｚに対して直交するように、また被検体１２の各面１２ａ、１２ｂの法線は光軸Ｚに対して若干傾くように配設する。これにより、基準反射面３０からの反射光は入射経路を逆進するようにして基準面１１ａからの反射光と干渉することになるが、被検体１２の各面１２ａ、ｂからの反射光は入射経路を逆進せず基準面１１ａからの反射光とは干渉しない状態とされる。
【００４２】
基準面１１ａからの反射光および基準反射面３０からの反射光による干渉光は、ハーフプリズム９のハーフミラー面９ａで直角反射され、イメージングレンズ１３を介して、撮像カメラ１４内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。なお、このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、ＣＲＴ等の画像表示部（図示されていない）上に干渉縞画像が表示される。
【００４３】
上述した基準反射面３０からの反射光は、被検体１２の内部を２回透過するため、被検体内部の透過波面情報、例えば内部応力歪や屈折率分布に関する情報を担持しており、上記ＣＲＴ等の画像表示部（図示されていない）上に表示された干渉縞画像にはこのような透過波面情報が現れることになる。
【００４４】
(低可干渉測定)
低可干渉光源１から出力された低可干渉光束を用いて低可干渉測定を行なう際には、まず、全反射プリズム２４を、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路から退避した位置に設定する。
【００４５】
以下、測定光の各面１１ａ,１２ａ,１２ｂからの反射光同士の干渉について、考察する。なお、以下の式においてハーフミラー５から基準板１１の基準面１１ａまでの光路長はＬ３とし、被検体１２の屈折率はｎ、厚みはｔとする。
【００４６】
なお、基準反射面３０からの反射光については特に説明しないが、この場合においては、被検体裏面１２ｂからの反射光と同様に考えて差し支えない。
ここで、ハーフミラー４からハーフミラー５まで直進した測定光の各面１１ａ,１２ａ,１２ｂからの反射光毎の光路長（ただし、ハーフミラー４から各面１１ａ,１２ａ,１２ｂを介して基準面１１ａに到るまでの光路長；以下同じ）は以下の如く表される。
【００４７】
基準面１１ａからの反射光＝Ｌ１＋Ｌ３・・・・・・・・・・・・（１）
被検面１２ａからの反射光＝Ｌ１＋Ｌ３＋２Ｌ・・・・・・・・・（２）
被検体裏面１２ｂからの反射光＝Ｌ１＋Ｌ３＋２Ｌ＋２ｎｔ・・・（３）
【００４８】
次に、ハーフミラー４からハーフミラー５まで迂回した測定光の、各面１１ａ,１２ａ,１２ｂからの反射光毎の光路長は以下の如く表される。
基準面１１ａからの反射光＝Ｌ２＋Ｌ３・・・・・・・・・・・・（４）
被検面１２ａからの反射光＝Ｌ２＋Ｌ３＋２Ｌ・・・・・・・・・（５）
被検体裏面１２ｂからの反射光＝Ｌ２＋Ｌ３＋２Ｌ＋２ｎｔ・・・（６）
【００４９】
ここで、前述したように
Ｌ２＝Ｌ１＋２Ｌ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
と設定されているから、この式（７）と上述した各式との演算を行なうことにより、２つのハーフミラー４,５間を直進した測定光の被検面１２ａからの反射光と、２つのハーフミラー４,５間を迂回した測定光の基準面１１ａからの反射光の光路長が全く等しくなることがわかる。
【００５０】
これに対し、２つのハーフミラー４,５間を直進した測定光の被検面１２ａからの反射光と他の反射光との間には、上述した各式の演算を行なうことにより少なくとも２ｎｔの光路差が生じることがわかる。
【００５１】
ところが、本実施形態においては、可干渉距離Ｌｃが２ｎｔよりも小となるような測定光が用いられているから、上記被検面１２ａからの反射光と上記他の反射光との間の光路差は可干渉距離以上となる。
【００５２】
したがって、２つのハーフミラー４,５間を直進した測定光の被検面１２ａからの反射光は、２つのハーフミラー４,５間を迂回した測定光の基準面１１ａからの反射光以外の反射光との間で光干渉を生じることはなく、ノイズのない所望の干渉縞を撮像カメラ１４内のＣＣＤ素子上に形成することができ、高精度で薄板ガラスの表面形状を測定することができる。
【００５３】
なお、被検体１２によって厚みが異なることから、上記パスマッチ光学系において、２つの全反射ミラー６,７を一体的にハーフミラー４,５方向に微動させて迂回測定光の光路長を微調整可能とするのが望ましい。
また、本実施形態においては、図示するように、コリメータレンズ２とハーフミラー４との間に波長選択フィルタ板３を配するように構成することも可能である。
【００５４】
波長選択フィルタ板３はターレット板上に全波長透過部、赤色光選択透過部、緑色光選択透過部および青色光選択透過部が９０゜間隔で形成されていて、ターレット板を所定角度だけ回転させることにより測定光として所望の色光を選択できるようになっている。
これは、所定の波長の光を反射するダイクロイックミラーが被検体１２である場合のように測定光として所定の波長の光を選択することが必要となる場合に有用である。
【００５５】
もちろん、このような波長選択フィルタが全く不要となる場合には、このフィルタ板３を図１中矢印Ａ方向に移動せしめて光路外に退避させるようにしてもよく、さらに、このような波長選択フィルタ板３自体を省略することも可能である。
【００５６】
また、パスマッチ経路部６０において、直進経路と迂回経路との光路長差を可変とすることが好ましい。上記実施形態においては、結局、全反射ミラー６、７を一体的に、上記ｌ１、ｌ３が等しく増減する方向に移動させることになり、これにより、被検体１２の交換が行なわれた後の光路長差調整を容易に行なうことができる。
【００５７】
また、前記高可干渉光束と前記低可干渉光束とが、パスマッチ経路部６０の光源側において同軸とされるように光束を導くことも可能であり、この場合、パスマッチ経路部６０の２つの経路の一方に、高可干渉測定を行なう際に高可干渉光束の通過を阻止するシャッタ部材（遮光部材）を設け、他方の経路のみによって高可干渉光束が通過するように構成する。
【００５８】
また、高可干渉光束を低可干渉光束の光路内に、パスマッチ経路部６０の一方の経路において導かれるように構成することも可能であるが、この場合には、高可干渉測定時において、パスマッチ経路部６０の光源側に低可干渉光束を遮断する部材を挿入することが望ましい。また、パスマッチ経路部６０の要素であるハーフミラー４、５、と全反射ミラー６、７のうちのいずれかにおいて高可干渉光束を導くように構成することが可能である。
【００５９】
また、低可干渉光束を出力する光源１としては、後述するような波長可変レーザを用いて実質的に低可干渉光束を出力したのと同等とみなせるような光源とすることも可能である。すなわち、光源を単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な光源とし、干渉縞を受光する撮像素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で、この光源からのレーザ光を複数の波長に変調し、該複数の波長に変調されたレーザ光を用いて被検面１２ａからの物体光と基準面１１ａからの参照光により生成される干渉光を撮像素子により受光して、該干渉光を１光蓄積期間で積分するように構成することが可能である。
【００６０】
また、上述したようにパスマッチ経路部６０を構成する２つの経路の光路長差を可変とした場合に、この光路長差をマイクロメータやレーザ測長器等により測定可能とすることが好ましい。
【００６１】
また、上述したようにパスマッチ経路部６０を構成する２つの経路の光路長差を可変とした場合には、測定時の調整を容易とするために、後述する如く、これと連動してイメージングレンズ１３のフォーカス調整が行なわれるように構成することが好ましい。
【００６２】
また、本発明装置の測定対象である被検体としては平板状のもののみならず球面状のものも測定し得るように構成されていることが望ましい。球面状のものの測定手法については、後述するように基準板１１に替えて被検面に応じた球面を有する基準レンズを用いる。
【００６３】
なお、本発明の干渉計装置としては上記実施形態に限られるものではなく、その他種々の変更が可能である。例えば、上記パスマッチ光学系において、２つの全反射ミラー６,７に替え、ハーフミラー４からの測定光をハーフミラー５方向に戻し得る１つの大きなコーナキューブとすることも可能である。
このようなコーナキューブを採用することにより、迂回測定光の光路長を調節する際に、その移動操作が容易となる。
【００６４】
また、上記実施形態において、ハーフミラー４の透過光を迂回測定光、反射光を直進測定光というように両者を入れ替えることも可能である。
【００６５】
また、上記被検体１２の支持手段は、被検面１２ａ側で支持する場合には固定保持するような構造としておけばよいが、裏面１２ｂ側で支持する場合には被検体１２の厚みに応じてこの被検体１２を光軸方向に移動し得る構造とするのが望ましく、さらに干渉縞を得る際の被検体１２の厚み情報に基づいて被検面１２ａが適正な位置まで移動するように、被検体１２の移動操作を自動的に行なうようにすることが望ましい。
【００６６】
さらに、上記ハーフプリズム９に替えてハーフミラーを用いることも可能であるが、本実施形態の如く、発散光線束中にはハーフプリズム９を用いるようにすることで非点収差を良好とすることができる。
もちろん、ハーフミラー４,５を、各々ハーフプリズムに替えることも可能である。
【００６７】
なお、本発明の干渉計の被検体としては、ガラス薄板のみならずプラスチック板や石英板等の種々の透明薄板の採用が可能である。
【００６８】
＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略図である。
【００６９】
この干渉計装置１５０は、低可干渉光束と高可干渉光束の出力切替が可能な光源１１１を用いて低可干渉測定／高可干渉測定を行なうものである。すなわち、この光源１１１からの低可干渉光束を用いて被検体１１７の表面１１７ａの形状等の情報（反射波面情報）を得ることのできる低可干渉測定を行なうとともに、高可干渉光束を用いて被検体１１７の内部の応力歪や屈折率分布等の情報（透過波面情報）を得ることのできる高可干渉測定を行なう。
【００７０】
また、光源１１１から出力される低可干渉光束と高可干渉光束の選択切替は、この光源１１１からの出力光の波長可変操作により行われる。
なお、この出力光の波長可変操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００７１】
(装置構成)
図２に示すように、この低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置１５０は、透明な平行平面ガラス板（被検体；厚み＝ｔ２）１１７の被検面１１７ａの表面形状を干渉縞により観察するフィゾー型の干渉計本体１１０と、コンピュータ１２０と、モニタ１２１と、半導体レーザ光源（ＬＤ）１１１の電源（ＬＤ電源）１２２と、この電源（ＬＤ電源）１２２からの出力電流値を制御する制御信号を発生するファンクション・ジェネレータ１２３とを備えてなる。
【００７２】
上記干渉計本体１１０は、半導体レーザ光源１１１からの可干渉光を平行光とするコリメータレンズ１１２、発散レンズ１１３、ハーフプリズム１１４、コリメータレンズ１１５、被検体１１７との間にワークスペースを介して対向する、基準面１１６ａを有する基準板１１６、ならびに光干渉により得られた干渉縞を撮像する撮像レンズ１１８およびＣＣＤ撮像装置１１９とを備えてなる。
【００７３】
また、本実施形態においては、前述した第１実施形態と同様に、コリメータレンズ１３０とコンデンサレンズ１１３との間の平行光線束領域内に、２つのハーフミラー１０４,１０５と２つの全反射ミラー１０６,１０７からなる、測定光の一部を迂回させる（２つの経路を有する）パスマッチ光学系（以下、パスマッチ経路部１６０とも称する）が挿入されている。
【００７４】
測定光の一部は、ハーフミラー１０４により直角反射されてその余の測定光から分離され、全反射ミラー１０６により直角反射され、次いで全反射ミラー１０７により直角反射され、さらにハーフミラー１０５により直角反射されて、上記その余の測定光と再合成される。このとき、ハーフミラー１０４を透過する測定光の、ハーフミラー１０４とハーフミラー１０５間の光路長Ｌ１に対し、迂回した測定光の、ハーフミラー１０４からハーフミラー１０５に到るまでの光路長Ｌ２（Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）は、２つのハーフミラー１０４,１０５間の距離Ｌ１と２つの全反射ミラー１０６,１０７間の距離が等しいことから、距離ｌ１＋ｌ３（ｌ１＝ｌ３）だけ長くなる。これらの距離ｌ１＋ｌ３は基準板１１６の基準面１１６ａと被検体１１７の被検面１１７ａとの距離Ｌの２倍に相当するように調整されている。このように、パスマッチ経路部１６０は、上述した第１実施形態のパスマッチ経路部６０と同様に構成されている。
【００７５】
この干渉計本体１１０においては、低可干渉測定時において、半導体レーザ光源１１１からのレーザ光１３０を基準板１１６の基準面１１６ａに入射させて、該基準面１１６ａにおいて透過光束と反射光束とに２分割し、透過光束を平行平面ガラス１１７の被検面１１７ａに入射させてその反射光を物体光とするとともに基準面１１６ａにおける反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉光をコリメータレンズ１１５、ハーフプリズム１１４、撮像レンズ１１８を介してＣＣＤ撮像装置１１９に導き、このＣＣＤ撮像装置１１９において干渉縞を撮像するようになっている。
【００７６】
撮像された干渉縞はコンピュータ１２０において解析され、これにより被検面１１７ａの表面形状を測定し得るようになっている。なお、撮像された干渉縞および解析された被検面１１７ａの表面形状はモニタに表示されるようになっている。
【００７７】
一方、高可干渉測定時においては、上記測定光が被検体１１７に照射された後、この被検体１１７を透過し、その被検体側に位置する基準反射面１４０において反射され、再び被検体１１７を透過して基準面１１６ａに至る光を利用する。すなわち、基準板１１６の基準面１１６ａおよび基準反射面１４０からの、上記測定光の反射光による干渉光に基づき、上記低可干渉測定時と同様にして、干渉縞画像を得る。
また、高可干渉測定時においては、パスマッチ経路部１６０の一方の経路にシャッタ部材１７０が挿脱自在に配されている。
【００７８】
なお、基準板１１６は、図示されないＰＺＴ駆動回路に接続されたピエゾ素子１２４を介して図示されない基準板支持部材に支持されている。そして、コンピュータ１２０からの指示にしたがい、ピエゾ素子１２４に所定電圧が印加され該ピエゾ素子１２４が駆動され、これにより基準板１１６が光軸Ｚ方向に所定位相分だけ移動せしめられる。この移動により変化する干渉縞の画像データはコンピュータ１２０に出力され、これら複数枚の画像データに対して、縞画像解析が行なわれる。
【００７９】
以下、この第２実施形態における高可干渉測定、および低可干渉測定について順に説明する。
【００８０】
(高可干渉測定)
半導体レーザ光源１１１から出力された高可干渉光束を被検体１１２に照射して高可干渉測定を行なう際には、まず、光源１１１からの出力光の波長を一定の波長（例えば、λ＝660nm、約60mW程度）に固定するように設定する。また、シャッタ部材１７０が矢印Ｃ方向に移動し、パスマッチ経路部１６０の一方の経路に挿入されるように設定する。このシャッタ部材１７０の移動操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００８１】
この干渉計において、半導体レーザ光源１１１から出力された測定光はコリメータレンズ１１２により平行光とされ、コンデンサレンズ１１３およびコリメータレンズ１１５によってビーム径を拡大され、透明な基準板１１６、薄板ガラスの被検体１１７および基準反射面１４０に照射される。このとき、基準板１１６の基準面１１６ａと基準反射面１４０は光軸Ｚに対して直交するように、また被検体１１７の各面１１７ａ、ｂは光軸Ｚに対して若干傾くように配設する。これにより、基準反射面１４０からの反射光は入射経路を逆進するようにして基準面１１６ａからの反射光と干渉することになるが、被検体１１７の各面１１７ａ、ｂからの反射光は入射経路を逆進せず基準面１１６ａからの反射光とは干渉しない状態とされている。
【００８２】
基準面１１６ａからの反射光および基準反射面１４０からの反射光による干渉光は、ハーフプリズム１１４のハーフミラー面で直角反射され、イメージングレンズ１１８を介して、撮像カメラ１１９内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。なお、このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、コンピュータ１２０によって、ＣＲＴ等の画像表示部１２１上に干渉縞画像が表示される。
【００８３】
上述した基準反射面１４０からの反射光は、被検体１１７の内部を２回透過するため、被検体内部の透過波面情報、例えば内部応力歪や屈折率分布に関する情報を担持しており、上記ＣＲＴ等の画像表示部１２１上に表示された干渉縞画像にはこのような透過波面情報が現れることになる。
【００８４】
(低可干渉測定)
上述した、波長を変化させうる半導体レーザ光源１１１から出力された低可干渉光束を用いて低可干渉測定を行なう際には、この光源１１１の出力光の波長が２つ（あるいは３つ以上）の波長値を交互にとるように設定する。また、シャッタ部材１７０が矢印Ｃ方向に移動し、パスマッチ経路部１６０の一方の経路から退避されるように設定する。このシャッタ部材１７０の移動操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００８５】
以下、この半導体レーザ光源１１１を中心として低可干渉測定を行なう場合について説明する。
【００８６】
上記半導体レーザ光源１１１は、温度制御機能が施されたものを用い、単一縦モードのレーザ光（例えばλ＝660nm付近）を発振し得るようになっている。さらに、注入電流を変化させると、出力されるレーザ光の波長と光強度が変化するという、一般の半導体レーザ光源としての特徴を有している。
また、上記ＣＣＤ撮像装置１１９は、１光蓄積期間が１／３０（秒）のＣＣＤを用いている。
【００８７】
また、上記ファンクション・ジェネレータ１２３から出力される上記制御信号は、矩形波（階段状矩形波を含む）とされており、その周波数は、例えば200Hz程度で、ＣＣＤにより撮像された画像情報を再生する際にフリッカが生じない程度の速さに設定されている。
【００８８】
また、本実施形態の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置１５０においては、単一縦モードの半導体レーザ光源１１１を用い、干渉縞を受光する素子（ＣＣＤ撮像装置１１９のＣＣＤ）の１光蓄積期間に対し十分短い周期で光源１１１から出力されるレーザ光１３０を複数の波長（例えば波長λ＝660.00nmおよびλ＝660.01nm）に交互に変調し、被検体１１７からの干渉光を上記素子により受光することで、その干渉光を上記１光蓄積期間に亘って積分するようになっている。
【００８９】
ところで、半導体レーザ光源は、上述したように注入電流を変化させることで波長が変化するという特徴を有する。干渉縞を受光する素子は、所定の光蓄積期間を有しているため、その１光蓄積期間よりも十分速い速度で波長を走査すれば、多波長の光を同時に出力する光源を用いて干渉縞を観察する場合と同様の結果が得られることになる。このような知見に基づき、例えば1995年5月光波センシング予稿集第75〜82頁にコヒーレンス関数を合成する手法が示されている。この手法によれば、矩形波を基準レベル（ＤＣレベル）を中心として上下に振幅させながら、ランプ状に変化させてなる制御信号により注入電流を制御することができる。
【００９０】
また本願発明者も、上記手法を改良した技術について既に開示している（特願2002-192619号明細書）。
【００９１】
なお、その他の低可干渉測定時における手法は、上述した第１実施形態における低可干渉測定時における手法と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００９２】
なお、本実施形態においては、ハーフミラー１０４とハーフミラー１０５との間にシャッタ部材１７０が設けられているが、パスマッチ経路部１６０内のその他の位置に設けることも可能である。
【００９３】
＜第３実施形態＞
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置について説明するもので、上述した第１実施形態または第２実施形態に示す装置の基本構成を用い、光学素子の曲率半径を測定するように構成されたものである。
【００９４】
ここで、被検体２１７は凹面からなる被検面２１７ａを有する光学素子であり、この凹面２１７ａの曲率半径を測定する。
このため、上述した各実施形態において用いられている基準板１１、１１６に替えて基準レンズ２１６が用いられる。
【００９５】
以下、図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて、測定手順を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、被測定光としての高可干渉光束を、コリメータレンズ２１５（上述したコリメータレンズ１０、１１５に相当する）および基準レンズ２１６を介して被検体２１７の被検面２１７ａ上に照射する。
【００９６】
この状態で、被検体２１７を矢印Ｄ方向に移動させつつ、基準レンズ２１６の基準面２１６ａおよび被検体２１７の被検面２１７ａからの両反射光による干渉縞を探し、その干渉縞本数が最小となるキャッツアイポイントを探す。キャッツアイポイントを検出したら、その位置に被検体２１７をセットする。
【００９７】
次に、図３（ｂ）に示すように、被測定光を低可干渉光束に切り替え、この低可干渉光束をコリメータレンズ２１５および基準レンズ２１６を介して被検体２１７の被検面２１７ａ上に照射する。なお、ハーフプリズム２０４、２０５および全反射ミラー２０６、２０７によりパスマッチ経路部２６０が構成されており、このパスマッチ経路部２６０とコリメータレンズ２１５との間に２つの全反射ミラー２３１、２３２が配されている。
【００９８】
この状態でパスマッチ経路部２６０の全反射ミラー２０６、２０７（以下、移動ミラー部２７０と称する）を一体的に矢印Ｅ方向に移動させつつ、モニタ１２１上に表示される干渉縞を観察し、この干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を探す。このコントラストピーク位置を検出したら、そのときの移動ミラー部２７０の位置（第１の目盛）を読み取る。
【００９９】
次に、図３（ｃ）に示すように、被測定光を高可干渉光束に切り替え、この高可干渉光束をコリメータレンズ２１５および基準レンズ２１６を介して被検体２１７の被検面２１７ａ上に照射する。この状態で、被検体２１７を矢印Ｆ方向に移動させ、基準レンズ２１６の基準面２１６ａおよび被検体２１７の被検面２１７ａからの両反射光により形成される干渉縞がモニタ１２１上に現れるように設定し、さらに、干渉縞の本数が最小となる位置に調整する。
【０１００】
この後、図３（ｄ）に示すように、被測定光を低可干渉光束に切り替え、この低可干渉光束をコリメータレンズ２１５および基準レンズ２１６を介して被検体２１７ａ上に照射する。この状態で移動ミラー部２７０を矢印Ｇ方向に移動させつつ、モニタ１２１上に表示される干渉縞を観察し、この干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を探す。このコントラストピーク位置を検出したら、そのときの移動ミラー部２７０の位置（第２の目盛）を読み取る。
【０１０１】
最後に、上記手順で得られた第１の目盛と第２の目盛の差を算出し、その算出結果から被検体２１７の被検面２１７ａの曲率半径を得る。
【０１０２】
このように、本実施形態においては、低可干渉光束を用いた各位置の検出操作（図３（ｂ）、（ｄ）に示す手順における操作）の前に高可干渉光束を用いて被検体２１７の位置調整操作（図３（ａ）、（ｃ）に示す手順における操作）を行っているので、その測定操作を容易かつ迅速に行なうことができる。このような操作は、前述したように、装置の基本構成が低可干渉測定系と高可干渉測定系を互いに同軸の構成とし、低可干渉光束と高可干渉光束の測定切替をスムーズに行ない得るように構成していることによって得られるものである。
【０１０３】
また、上記移動ミラー部２７０の位置は、前述したようにマイクロメータやレーザ測長器等により測定可能であるが、さらに干渉計を用いてこの移動ミラー部２７０の移動距離や角度ずれを検出し、この検出値に基づき上記読取位置を校正することも可能である。
【０１０４】
なお、本実施形態においては、凹面からなる被検面２１７ａを測定する場合について説明しているが、本発明装置は、平板の厚みや部材各部間の距離を測定する場合にも同様に適用可能である。
【０１０５】
＜第４実施形態＞
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を用いた測定方法について説明するもので、上述した第１実施形態または第２実施形態に示す装置の基本構成を用い、低可干渉光源を使用する際に生じる、パスマッチ経路部６０、１６０における系統誤差を校正するように構成されたものである。
【０１０６】
以下、図４（ａ）、（ｂ）に基づいて、校正手順を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、校正用のサンプル３３０をステージ（図示せず）上に設定し、低可干渉光源から射出されパスマッチ経路（分岐した２つの経路の両方）を通過した低可干渉光束（ここでは低可干渉光源とパスマッチ経路の両者を３０１の符号で表す）を、コリメータレンズ３１５、基準板３１６を介して上記校正用のサンプル３３０上に照射する。
【０１０７】
この状態で、上記校正用のサンプル３３０を矢印Ｈ方向（光軸方向）に移動させて干渉縞を生じさせ、これを測定し、得られた測定結果を測定データ１とする。
【０１０８】
次に、図４（ｂ）に示すように、被測定光を高可干渉光束（ここでは高可干渉光源を３０２の符号で表す）に切り替え、この高可干渉光束をコリメータレンズ３１５、基準板３１６を介して上記校正用のサンプル３３０上に照射する。
この状態で生じている干渉縞を測定し、得られた測定結果を測定データ２とする。この測定データ２は、上記パスマッチ経路において分岐されてはいないことから、パスマッチ経路の系統誤差を含まないものと考えることができるので、この測定データ２を本校正の基準とする。
【０１０９】
次に、上記測定データ１から上記測定データ２を差し引く演算を図示されないコンピュータにより行ない、この演算結果を上記パスマッチ経路の系統誤差とする。
この後、低可干渉測定を行なう際には、上記演算により得られた系統誤差を測定結果から差し引く補正操作を行なって測定データを校正する。
【０１１０】
なお、低可干渉光束と高可干渉光束の波長が異なる場合には、この波長の差異をも考慮して上記系統誤差を求める。
さらに、基準面３１６の絶対形状が得られている場合には、この絶対形状による誤差（基準面の系統誤差）も考慮して上記測定データを校正する。
【０１１１】
このように、本実施形態においては、パスマッチ経路の系統誤差を容易に校正することができるので、最終的に得られる測定データを高精度かつ信頼性のあるものとすることができる。
【０１１２】
なお、本実施形態においては、低可干渉光源と高可干渉光源が第１実施形態に示すように別光源とされていてもよいし、第２実施形態に示すように同一光源とされていてもよい。
【０１１３】
＜第５実施形態＞
図５は、本実施形態の第５実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示すものである。ここで、本実施形態装置は、図１に示す、上述した第１実施形態に係る装置、あるいは図２に示す、上述した第２実施形態に係る装置を基本としているので、図５に示す部材のうち、図２に示す部材と略同様の機能を有するものについては、図２に示す部材の付番に３００を加えた付番とし、その詳細な説明は省略する。
【０１１４】
図５に示す装置においては、パスマッチ経路部４６０を構成する２つの全反射ミラー４０６,４０７が、矢印Ｉ方向に移動可能な第１Ｘステージ４７０上に載設されており、また、撮像レンズ４１８（ハーフプリズム４１４により分岐され、リレーレンズ４３５を通過した干渉光束が入射する）およびＣＣＤ撮像装置４１９が、矢印Ｊ方向に移動可能な第２Ｘステージ４８０上に載設されており、後述する初期設定以降の測定時において、これら２つのＸステージ４７０、４８０はコンピュータ４２１の指令に基づき、ステージコントローラ４２０により、連動して移動せしめられる（実際には、各Ｘステージ４７０、４８０の駆動モータがステージコントローラ４２０により駆動される）。また、光源４１１は、低可干渉光束を出力し得る、例えば前述したＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）を用いている。なお、本実施形態装置においては、上記第１実施形態のような複数光源タイプの装置でも上記第２実施形態のような１光源タイプの装置でも適用可能であるが、以下においては、この光源４１１から出力される低可干渉光束を用いた測定についてのみ説明し、高可干渉光束に関する説明（図示を含む）は省略する。
【０１１５】
例えば、図示するような階段形状をなす被検体４１７において、初期設定では基準面４１６ａと第１被検面４１７ａの２つの面からの反射光により干渉縞が生じるように設定する。すなわち、初期設定では、任意の位置に配置した、例えば第１被検面４１７ａに対し、第１Ｘステージ４７０をＩ方向に移動させて、上記２つの面４１６ａ、４１７ａによる干渉縞が生じた位置にこの第１Ｘステージ４７０を設定し、次に、第２Ｘステージ４８０をＪ方向に移動させてフォーカスが合う位置にこの第２Ｘステージ４８０を設定する。この際には、２つのＸステージ４７０、４８０は互いに独立して移動するように駆動される。
【０１１６】
このような初期設定がなされた状態から、第２の被検面４１７ｂによる干渉縞を観察する状態に移行する場合、第１の被検面４１７ａと第２の被検面４１７ｂの距離がｐであるとすると、干渉縞を生じさせるための２つの面の距離がｐだけ増加（被検面に照射される光の光路長は２ｐだけ増加）したことになるので、パスマッチ経路部４６０の２つの経路の光路長差も２ｐだけ増加させなければ干渉縞は生じない。
【０１１７】
そこで、第１Ｘステージ４７０を矢印Ｉ方向にｐだけ移動させて２つの経路の光路長差を２ｐだけ増加させるように操作する。そして、この第１Ｘステージ４７０の移動に応じ、コンピュータ４２１の指令に基づき、ステージコントローラ４２０により、第２Ｘステージ４８０が撮像系のフォーカスが合う位置まで移動するように自動的に制御される。なお、このときの第２Ｘステージ４８０のＪ方向の移動量は光学設計で決定された係数αを用いたｐ／αである。
【０１１８】
なお、第２Ｘステージ４８０の移動量の算出はコンピュータ４２１により行われる。上記コンピュータ４２１のメモリ内には、予め上記係数αが記憶されており、上記第１Ｘステージ４７０の移動量ｐがステージコントローラ４２０から入力されると、コンピュータ４２１ではｐ／αを演算し、この演算値に基づきステージコントローラ４２０が第２Ｘステージ４８０をｐ／αだけ移動させる。
【０１１９】
上記では、第１Ｘステージ４７０の移動に応じて第２Ｘステージ４８０の移動が自動的に制御される場合について説明しているが、第２Ｘステージ４８０の移動に応じて第１Ｘステージ４７０の移動が自動的に制御されるように構成してもよい。
【０１２０】
また、上記２つのＸステージ４７０、４８０の移動量の関係を予めコンピュータ４２１のメモリにテーブルとして記憶させておき、このテーブルに基づき上記制御を行なうようにしてもよい。
【０１２１】
また、上記では、ＣＣＤ撮像装置４１９が第２Ｘステージ４８０上に載設される構造となっているが、これに限られるものではなく、第２Ｘステージ４８０に替えて、ＣＣＤ撮像装置４１９に付随するフォーカス合わせ装置を用いることも可能である。
【０１２２】
このように本実施形態の装置においては、所望の被検面における干渉縞を発生させるための光学調整と撮像系のフォーカス調整が連動して自動的に行われるように構成されているので、特に、段差等を有する被検面の各領域における干渉縞観察を容易かつ良好に行なうことができる。
【０１２３】
なお、本発明の干渉計装置としては上記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、上記実施形態と異なり、被検体１７の基準面１６ａとは反対側の面（上記では被検体裏面１７ｂ）を被検面１７ａとすることも可能である。
【０１２４】
また、本発明の干渉計装置としては、斜入射型の装置構成とすることも勿論可能である。
【０１２５】
さらに、光源としては半導体レーザ光源に限られるものではなく、他のレーザ光源を用いることも可能である。また、連続波レーザ光（高可干渉光束用）とパルス波レーザ光（低可干渉光束用）を切り替え得る光源を用いることも可能である。さらに、レーザ光の発振波長を変化させる場合に、注入電流を変化させるのではなく、他の手法、例えば外部共振器の共振周波数を変化させることによって行なうようにしてもよい。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置によれば、光源からの光を基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光を該基準面と所定距離だけ離した被検体に照射し、該基準面と該被検体からの光による干渉に基づいて該被検体の波面情報を得るフィゾー型の干渉計装置において、低可干渉測定を行なう際には、低可干渉光束を第１の経路と第２の経路に分岐するパスマッチ経路部を通過させ、これら２つの経路を通過した光束の光路長差が、干渉計の基準面と被検体との光学的距離の２倍に相当するように調整して該被検体の干渉測定を行なうように、一方、高可干渉測定を行なう際には、少なくとも前記パスマッチ経路部の被検体側において前記低可干渉光束と同軸となるような位置に高可干渉光束を入射せしめるように構成している。
【０１２７】
したがって、被検体表面の形状を測定する際には、パスマッチ経路部を通過させた低可干渉光束を用い、被検体裏面からの反射光による干渉縞の発生を阻止してノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることができるとともに、透明被検体の透過波面形状を測定する際には、高可干渉光束を用いて、簡易かつ迅速な測定を行なうことができる。しかも、これら両測定の切替操作においては基準板や被検体を移動させる必要がなく、１つの被検体について極めて容易に低可干渉測定と高可干渉測定を連続して行なうことができる。
【０１２８】
また、本発明の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置によれば、光波干渉法を用いて高精度な測長を行なう場合に、低可干渉測定の前に高可干渉測定を容易におこなうことができ、干渉縞が出現する位置あるいはそのコントラストピーク位置を探す労力を大幅に軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略構成図
【図２】本発明の第２実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略構成図
【図３】本発明の第３実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置による測定手順を示す図
【図４】本発明の第４実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を用いた測定方法を説明するための図
【図５】本発明の第５実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略構成図
【符号の説明】
１・・・低可干渉光源
２，１０，１１２，１１５，１３０，２１５，３１５，４１２，
４１５・・・コリメータレンズ
３・・・波長選択フィルタ板
４，５，１０４，１０５・・・ハーフミラー
６，７，１０６，１０７，２０６，２０７，２３１，２３２，４０６，
４０７・・・全反射ミラー
８，１１３，４１３・・・コンデンサレンズ
９，１１４，２０４，２０５，４０４，４０５，４１４・・・ハーフプリズム
９ａ・・・ハーフミラー面
１１，１１６、３１６，４１６・・・基準板
１１ａ，１１６ａ，２１６ａ，４１６ａ・・・基準面
１２，１１７，２１７，４１７・・・被検体
１２ａ，１１７ａ，２１７ａ，４１７ａ，
４１７ｂ・・・被検体表面（被検面）
１２ｂ，１１７ｂ・・・被検体裏面
１３，１１８，４１８・・・イメージングレンズ（撮像レンズ）
１４・・・撮像カメラ
２１・・・高可干渉光源
２４・・・全反射プリズム
２４ａ・・・全反射面
３０，１４０・・・基準反射面
６０，１６０，２６０，４６０・・・パスマッチ経路部
１１０，４１０・・・干渉計装置（本体）
１１１・・・半導体レーザ光源
１１９，４１９・・・ＣＣＤ撮像装置
１２０，４２１・・・コンピュータ
１２１・・・モニタ（表示装置）
１２２・・・電源（ＬＤ電源）
１２３・・・ファンクション・ジェネレータ
１２４・・・ピエゾ素子
１５０，４５０・・・干渉計装置
１７０・・・シャッタ部材
２１６・・・基準レンズ
２７０・・・移動ミラー部
３３０・・・校正用のサンプル
４１１・・・光源
４２０・・・ステージコントローラ
４３５・・・リレーレンズ
４７０・・・第１Ｘステージ
４８０・・・第２Ｘステージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体からの波面形状を観察する干渉計装置、特にフィゾー型等の不等光路長型干渉計装置に関し、詳しくは、液晶用ガラス、各種光学フィルタおよびウインドウ等の平板状の透明薄板、さらにはボールレンズ等の球体を被検体とした場合に、その表面波面形状およびその透過波面形状を同時に干渉計測し得る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、平行平面ガラスの表面形状を測定する手法として、可干渉性の良いレーザ光源を搭載したフィゾー型干渉計を用いることが従来より知られているが、この手法においては、可干渉性の良いレーザ光を使用しているために、平行平面ガラスの被検面の干渉縞のみならず被検面とは反対側の非被検面（以下、単に非被検面と称する）の干渉縞が同時に発生してしまう。すなわち、参照光と物体光の光路長差が互いに異なるフィゾー型干渉計（不等光路長型干渉計）においては、可干渉性の良いレーザ光束を使用することとなるため、基準面と被検面、基準面と非被検面、および被検面と非被検面からの光干渉が各々生じてしまう。通常、所望される干渉縞は基準面と被検面からの光干渉のみであるため、その他の面相互の光干渉によって生じる干渉縞はノイズとなり、被検面の形状を高精度で測定することが困難となってしまう。
【０００３】
従来、このような干渉縞ノイズを抑制する手法として、非被検面に屈折率マッチングオイルを塗り、その上から光散乱シートを張り付けるように構成し、非被検面の存在を光学的に消滅させるとともに、貼り付けた光散乱シートをあたかも非被検面とすることで、非被検面と他の面との相互の光干渉による干渉縞の発生を防止することが行なわれている。
【０００４】
しかしながら、このような干渉縞ノイズ抑制手法では、非被検面とはいえ、被検体の一方の面にオイルを塗らなくてはならず、手間がかかるだけではなく、被検体が汚れるという不都合があり、さらに、厚みが薄い被検体においては、オイルを塗ったり、光散乱シートを張り付ける等の処理により、被検面自体の形状が変化するおそれがあった。
【０００５】
そこで、本願出願人は、一般に、特許文献１に記載された技術を既に開示している。
この特許文献１に記載された透明薄板測定用干渉計によれば、測定光の可干渉距離を所定長未満に設定するとともに測定光の一部を迂回させるパスマッチ光学系を設けて、迂回しないで直進した測定光の被検面からの反射光と、迂回した測定光の基準面からの反射光による場合以外は光干渉が生じないようにしているため、極めて簡易な構成でノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２１６０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
フィゾー型の干渉計装置は、光源からの光を平行光とし、これを基準板に照射するとともに、この基準板を透過した平行光を基準板と平行かつ所定距離だけ離した被検体に照射し、この平行光の、基準板の基準面と、被検体の被検面からの両反射光により干渉縞を作成するようにしたもので、マイケルソン型等の干渉計装置と比べると、簡易な構成で高精度な測定を行なうことができる等の利点を有するが、その大きな魅力は、透明被検体の透過波面、すなわち透明被検体の内部歪や屈折率分布を簡易に測定し得るということである。
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１のものでは、透明被検体の透過波面を測定することは作業的に困難であり、フィゾー型の干渉計装置でありながら、そのフィゾー型の干渉計装置の利点を十分に享受しているとはいえない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、被検体表面からの表面波形状を測定する際には、被検体裏面からの反射光による干渉縞の発生を阻止してノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることができるとともに、透明被検体の透過波面形状を良好に測定し得る簡易な構成の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
また、例えば、光学部材の所定部間の距離を高精度で測定する場合等において、低可干渉光照射により得られた干渉縞のコントラストピーク位置を基準面として測定を行なうことが知られているが、低可干渉光のみを使用した場合には、干渉縞が出現する位置あるいはそのコントラストピーク位置を探すのに多大な労力を要してしまうため、高可干渉光束を併用することにより上記労力を軽減する手法が望まれる。
【００１１】
本発明は、このような事情にも鑑みなされたもので、光波干渉法を用いて高精度な測長を行なう場合に、低可干渉光のみを用いた場合と比べて大幅に労力軽減を図りうる簡易な構成の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置は、
光源からの光を基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光を該基準面と所定距離だけ離した被検体に照射し、該基準面と該被検体からの光による干渉に基づいて該被検体の波面情報を得るフィゾー型の干渉計装置において、
光源から出力された低可干渉光束を用いて低可干渉測定を行なう際には、該低可干渉光束を第１の経路と第２の経路に分岐するパスマッチ経路部を通過させ、これら２つの経路を通過した光束の光路長差が、干渉計の基準面と被検体との光学的距離の２倍に相当するように調整して該被検体の干渉測定を行なうようにし、
光源から出力された高可干渉光束を用いて高可干渉測定を行なう際には、少なくとも前記パスマッチ経路部の被検体側において前記低可干渉光束と同軸となるような位置に該高可干渉光束を入射せしめ、該高可干渉光束を前記基準面と前記被検体とに照射するようにして該被検体の干渉測定を行なうようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが別光源とされている場合において、
前記低可干渉測定を行なう際には、前記高可干渉光束の、前記被検体への照射を阻止する光束切替操作が行なわれるように構成されていることが好ましい。
【００１４】
この場合において、前記パスマッチ経路部と前記基準面との間に、干渉光を撮像手段方向に導く光偏向手段が設けられており、
前記光束切替操作は、前記高可干渉測定を行なう際に前記高可干渉光束のみの前記被検体への照射を可能とするとともに、前記低可干渉測定を行なう際に前記低可干渉光束のみの前記被検体への照射を可能とする、前記低可干渉光束を出力する光源と前記光偏向手段との間に設けられた光束選択手段により行なわれることが好ましい。
【００１５】
また、前記高可干渉光束と前記低可干渉光束との光路が、前記パスマッチ経路部の光源側において共通化されている場合には、
前記パスマッチ経路部の前記第１の経路と前記第２の経路の一方に、前記高可干渉測定を行なう際に光束の通過を阻止する遮光部材が設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが別光源とされている場合に、
前記パスマッチ経路部と前記基準面との間に設けられた干渉光を撮像手段方向に射出する光偏向手段と、前記パスマッチ経路部との間に、
前記高可干渉光束と前記低可干渉光束のうちの一方を他方の光路内に導く反射部材と、該他方の光束を遮断する遮光部材を一体とされた光束選択手段が、該光路に対して挿脱自在に配されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが同一光源とされている場合に、
前記パスマッチ経路部の前記第１の経路と前記第２の経路の一方に、前記高可干渉測定を行なう際に光束の通過を阻止する遮光部材を設けることが好ましい。
【００１８】
また、少なくとも前記低可干渉光束を出力する光源が単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な光源からなり、
干渉縞を受光する素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で、前記光源からのレーザ光を複数の波長に変調し、
該複数の波長に変調されたレーザ光からなる被測定光を前記基準面および前記被検体に照射して、前記被検体からの光と前記基準面からの光により生成される干渉光を前記素子により受光して、該干渉光を前記１光蓄積期間で積分するように構成することが可能である。
【００１９】
また、前記パスマッチ経路部を構成する２つの経路の光路長差が可変とされ、かつ該光路長差が測定可能とされるように構成することが可能である。
【００２０】
また、前記パスマッチ経路部を構成する２つの経路を通過した光の光路長差を可変とする光路長差可変手段と、前記基準面および前記被検体からの光による干渉縞を撮像する撮像系のフォーカス位置を調整するフォーカス位置調整手段と、前記光路長差および前記フォーカス位置が共に最適な値となるように前記光路長差可変手段および前記フォーカス位置調整手段を同期して駆動するコントロール手段を備えるように構成することが可能である。
【００２１】
さらに、上述した低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置は、平面の被検体および球面の被検体のいずれをも測定し得るフィゾー型の干渉計装置とすることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の測定方法は、球面の被検体を測定し得るように構成された上述した低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置において、
被測定光としての前記高可干渉光束を、干渉計の基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で、該被検体を光軸方向に移動させつつ、該基準面および該被検体からの光による干渉縞の本数が最小となる位置を検出して、該被検体をその位置に設定する第１のステップと、
この後、被測定光を前記低可干渉光に切り替え、この低可干渉光を前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で前記パスマッチ経路部の２つの経路を通過した光束の光路長差を変化させつつ、得られた干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を検出し、その検出時における、前記光路長差を調整する手段の調整量である第１の調整量を検出する第２のステップと、
この後、被測定光としての前記高可干渉光束を、前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で、該被検体を光軸方向に移動させつつ、該基準面および該被検体からの光による干渉縞の本数が最小となる位置を検出して、該被検体をその位置に設定する第３のステップと、
この後、被測定光を前記低可干渉光に切り替え、この低可干渉光を前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で前記パスマッチ経路部の２つの経路を通過した光束の光路長差を変化させつつ、得られた干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を検出し、その検出時における、前記光路長差を調整する手段の調整量である第２の調整量を検出する第４のステップと、
前記第２のステップで得られた第１の調整量と前記第４のステップで得られた第２の調整量の差を算出し、その算出結果に基づき前記被検体の曲率情報を得る第５のステップと、
からなることを特徴とするものである。
【００２３】
【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。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略図である。
【００２５】
この干渉計装置は、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束を用いて被検体１２の表面１２ａの形状等に関して低可干渉測定を行なうとともに、高可干渉光源２１から出力され、一部の光路が低可干渉光束と同軸となるように導かれた高可干渉光束を用いて被検体１２の透過波面測定を行ない、内部の屈折率分布等に関する干渉測定を行なうものである。光源から出力された高可干渉光束を用いて高可干渉測定を行なう際には、少なくとも前記パスマッチ経路部の被検体１２側において前記低可干渉光束と同軸となるような位置に該高可干渉光束を入射せしめる。
【００２６】
また、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束と高可干渉光源２１から出力された高可干渉光束の選択切替は、全反射プリズム２４の、光路内への挿脱操作により行われる。
【００２７】
すなわち、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束を被検体１２上に照射して低可干渉測定を行なう際には、全反射プリズム２４を矢印Ｂ方向に移動させて、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路から退避させる。
【００２８】
一方、高可干渉光源２１から出力された高可干渉光束を被検体１２に照射して高可干渉測定を行なう際には、全反射プリズム２４を矢印Ｂ方向に移動させて、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路内に挿入することにより、全反射面２４ａにおいて高可干渉光源２１からの光束を被検体１２方向に反射させることが可能である。
【００２９】
また、全反射プリズム２４の一方の側面部（光路内に挿入されたときに光源１方向を向く側面部）が遮光部とされており、全反射プリズム２４が光路内に挿入された際に、低可干渉光源１から出力された低可干渉光束の被検体１２方向への照射を阻止するようになっている。
【００３０】
上記全反射プリズム２４の、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路中への挿脱操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００３１】
(装置構成)
この干渉計において、低可干渉光源１から出力された測定光はコリメータレンズ２により平行光とされ、コンデンサレンズ８およびコリメータレンズ１０によりビーム径を拡大され、透明な基準板１１および薄板ガラス板（被検体；厚み＝ｔ１）１２に照射される。
【００３２】
低可干渉測定時において、基準板１１の基準面１１ａおよび被検体１２の被検面１２ａからの、上記測定光の反射光は互いに干渉し合い、ハーフプリズム９のハーフミラー面９ａで直角反射され、イメージングレンズ１３を介して、撮像カメラ１４内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。なお、このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、ＣＲＴ等の画像表示部（図示されていない）上に干渉縞画像が表示される。これにより、被検面１２ａの表面形状等を測定する。
【００３３】
一方、高可干渉測定時においては、レーザダイオード（ＬＤ）からなる高可干渉光源２１からの測定光が被検体１２に照射された後、この被検体１２を透過し、その被検体側に位置する基準反射面３０において反射され、再び被検体１２を透過して基準面１１ａに至る光を利用する。すなわち、基準板１１の基準面１１ａおよび基準反射面３０からの、上記測定光の反射光による干渉光に基づき、上記低可干渉測定時と同様にして、干渉縞画像を得る。
【００３４】
これにより、被検体１２の透過波面情報、すなわち、被検体１２の内部応力や屈折率分布を測定する。
【００３５】
ところで、フィゾー型干渉計を用いて被検体を測定する場合には、基準面と被検面との間隔がどうしても開いてしまうので、干渉距離の大きい測定光を用いる必要があり、そのため、薄板ガラスからなる上記被検体１２を測定する場合、被検面１２ａからの反射光に対し、被検体１２の厚み方向の光学距離ｎｔの２倍程度の光路差しか有さない被検体１２の裏面１２ｂからの反射光も、基準面１１ａからの反射光や該被検面１２ａからの反射光と互いに干渉し合うこととなる。このような被検体１２の裏面１２ｂからの反射光によって生じた干渉縞は、本来の干渉縞と重畳して測定精度を低下させる。
【００３６】
そこで、本実施形態においては、低可干渉測定時において、まず、光源１からの測定光が、被検体１２の両面１２ａ,１２ｂ間の光学的距離の２倍に相当する距離より小となる干渉距離を有するように設定する。具体的には光源１として、例えば、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）、ハロゲンランプあるいは高圧水銀ランプ等（例えば可干渉距離が１μｍ）が用いられる。
【００３７】
また、コリメータレンズ２とコンデンサレンズ８との間の平行光束領域内には、２つのハーフミラー４,５と２つの全反射ミラー６,７からなる、測定光の一部を迂回させる（２つの経路を有する）パスマッチ光学系（以下、パスマッチ経路部６０とも称する）が挿入されている。
【００３８】
測定光の一部は、ハーフミラー４により直角反射されてその余の測定光から分離され、全反射ミラー６により直角反射され、次いで全反射ミラー７により直角反射され、さらにハーフミラー５により直角反射されて、上記その余の測定光と再合成される。このとき、ハーフミラー４を透過する測定光の、ハーフミラー４とハーフミラー５間の光路長Ｌ１に対し、迂回した測定光の、ハーフミラー４からハーフミラー５に到るまでの光路長Ｌ２（Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）は、２つのハーフミラー４，５間の距離Ｌ１と２つの全反射ミラー６，７間の距離が等しいことから、距離ｌ１＋ｌ３（ｌ１＝ｌ３）だけ長くなる。前述したように、これらの距離ｌ１＋ｌ３は基準板１１の基準面１１ａと被検体１２の被検面１２ａとの距離Ｌの２倍に相当するように調整されている。
【００３９】
以下、この第１実施形態における高可干渉測定、および低可干渉測定について順に説明する。
【００４０】
(高可干渉測定)
高可干渉光源２１から出力された高可干渉光束を被検体１２に照射して高可干渉測定を行なう際には、まず、全反射プリズム２４を、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路内に位置するように設定する。
【００４１】
この干渉計において、高可干渉光源２１から出力された測定光はコリメータレンズ２２により平行光とされ、コンデンサレンズ８およびコリメータレンズ１０によってビーム径の大きな平行光とされ、透明な基準板１１、薄板ガラスの被検体１２および基準反射面３０に照射される。このとき、基準板１１の基準面１１ａと基準反射面３０は光軸Ｚに対して直交するように、また被検体１２の各面１２ａ、１２ｂの法線は光軸Ｚに対して若干傾くように配設する。これにより、基準反射面３０からの反射光は入射経路を逆進するようにして基準面１１ａからの反射光と干渉することになるが、被検体１２の各面１２ａ、ｂからの反射光は入射経路を逆進せず基準面１１ａからの反射光とは干渉しない状態とされる。
【００４２】
基準面１１ａからの反射光および基準反射面３０からの反射光による干渉光は、ハーフプリズム９のハーフミラー面９ａで直角反射され、イメージングレンズ１３を介して、撮像カメラ１４内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。なお、このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、ＣＲＴ等の画像表示部（図示されていない）上に干渉縞画像が表示される。
【００４３】
上述した基準反射面３０からの反射光は、被検体１２の内部を２回透過するため、被検体内部の透過波面情報、例えば内部応力歪や屈折率分布に関する情報を担持しており、上記ＣＲＴ等の画像表示部（図示されていない）上に表示された干渉縞画像にはこのような透過波面情報が現れることになる。
【００４４】
(低可干渉測定)
低可干渉光源１から出力された低可干渉光束を用いて低可干渉測定を行なう際には、まず、全反射プリズム２４を、ハーフミラー５とコンデンサレンズ８との間の光路から退避した位置に設定する。
【００４５】
以下、測定光の各面１１ａ,１２ａ,１２ｂからの反射光同士の干渉について、考察する。なお、以下の式においてハーフミラー５から基準板１１の基準面１１ａまでの光路長はＬ３とし、被検体１２の屈折率はｎ、厚みはｔとする。
【００４６】
なお、基準反射面３０からの反射光については特に説明しないが、この場合においては、被検体裏面１２ｂからの反射光と同様に考えて差し支えない。
ここで、ハーフミラー４からハーフミラー５まで直進した測定光の各面１１ａ,１２ａ,１２ｂからの反射光毎の光路長（ただし、ハーフミラー４から各面１１ａ,１２ａ,１２ｂを介して基準面１１ａに到るまでの光路長；以下同じ）は以下の如く表される。
【００４７】
基準面１１ａからの反射光＝Ｌ１＋Ｌ３・・・・・・・・・・・・（１）
被検面１２ａからの反射光＝Ｌ１＋Ｌ３＋２Ｌ・・・・・・・・・（２）
被検体裏面１２ｂからの反射光＝Ｌ１＋Ｌ３＋２Ｌ＋２ｎｔ・・・（３）
【００４８】
次に、ハーフミラー４からハーフミラー５まで迂回した測定光の、各面１１ａ,１２ａ,１２ｂからの反射光毎の光路長は以下の如く表される。
基準面１１ａからの反射光＝Ｌ２＋Ｌ３・・・・・・・・・・・・（４）
被検面１２ａからの反射光＝Ｌ２＋Ｌ３＋２Ｌ・・・・・・・・・（５）
被検体裏面１２ｂからの反射光＝Ｌ２＋Ｌ３＋２Ｌ＋２ｎｔ・・・（６）
【００４９】
ここで、前述したように
Ｌ２＝Ｌ１＋２Ｌ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
と設定されているから、この式（７）と上述した各式との演算を行なうことにより、２つのハーフミラー４,５間を直進した測定光の被検面１２ａからの反射光と、２つのハーフミラー４,５間を迂回した測定光の基準面１１ａからの反射光の光路長が全く等しくなることがわかる。
【００５０】
これに対し、２つのハーフミラー４,５間を直進した測定光の被検面１２ａからの反射光と他の反射光との間には、上述した各式の演算を行なうことにより少なくとも２ｎｔの光路差が生じることがわかる。
【００５１】
ところが、本実施形態においては、可干渉距離Ｌｃが２ｎｔよりも小となるような測定光が用いられているから、上記被検面１２ａからの反射光と上記他の反射光との間の光路差は可干渉距離以上となる。
【００５２】
したがって、２つのハーフミラー４,５間を直進した測定光の被検面１２ａからの反射光は、２つのハーフミラー４,５間を迂回した測定光の基準面１１ａからの反射光以外の反射光との間で光干渉を生じることはなく、ノイズのない所望の干渉縞を撮像カメラ１４内のＣＣＤ素子上に形成することができ、高精度で薄板ガラスの表面形状を測定することができる。
【００５３】
なお、被検体１２によって厚みが異なることから、上記パスマッチ光学系において、２つの全反射ミラー６,７を一体的にハーフミラー４,５方向に微動させて迂回測定光の光路長を微調整可能とするのが望ましい。
また、本実施形態においては、図示するように、コリメータレンズ２とハーフミラー４との間に波長選択フィルタ板３を配するように構成することも可能である。
【００５４】
波長選択フィルタ板３はターレット板上に全波長透過部、赤色光選択透過部、緑色光選択透過部および青色光選択透過部が９０゜間隔で形成されていて、ターレット板を所定角度だけ回転させることにより測定光として所望の色光を選択できるようになっている。
これは、所定の波長の光を反射するダイクロイックミラーが被検体１２である場合のように測定光として所定の波長の光を選択することが必要となる場合に有用である。
【００５５】
もちろん、このような波長選択フィルタが全く不要となる場合には、このフィルタ板３を図１中矢印Ａ方向に移動せしめて光路外に退避させるようにしてもよく、さらに、このような波長選択フィルタ板３自体を省略することも可能である。
【００５６】
また、パスマッチ経路部６０において、直進経路と迂回経路との光路長差を可変とすることが好ましい。上記実施形態においては、結局、全反射ミラー６、７を一体的に、上記ｌ１、ｌ３が等しく増減する方向に移動させることになり、これにより、被検体１２の交換が行なわれた後の光路長差調整を容易に行なうことができる。
【００５７】
また、前記高可干渉光束と前記低可干渉光束とが、パスマッチ経路部６０の光源側において同軸とされるように光束を導くことも可能であり、この場合、パスマッチ経路部６０の２つの経路の一方に、高可干渉測定を行なう際に高可干渉光束の通過を阻止するシャッタ部材（遮光部材）を設け、他方の経路のみによって高可干渉光束が通過するように構成する。
【００５８】
また、高可干渉光束を低可干渉光束の光路内に、パスマッチ経路部６０の一方の経路において導かれるように構成することも可能であるが、この場合には、高可干渉測定時において、パスマッチ経路部６０の光源側に低可干渉光束を遮断する部材を挿入することが望ましい。また、パスマッチ経路部６０の要素であるハーフミラー４、５、と全反射ミラー６、７のうちのいずれかにおいて高可干渉光束を導くように構成することが可能である。
【００５９】
また、低可干渉光束を出力する光源１としては、後述するような波長可変レーザを用いて実質的に低可干渉光束を出力したのと同等とみなせるような光源とすることも可能である。すなわち、光源を単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な光源とし、干渉縞を受光する撮像素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で、この光源からのレーザ光を複数の波長に変調し、該複数の波長に変調されたレーザ光を用いて被検面１２ａからの物体光と基準面１１ａからの参照光により生成される干渉光を撮像素子により受光して、該干渉光を１光蓄積期間で積分するように構成することが可能である。
【００６０】
また、上述したようにパスマッチ経路部６０を構成する２つの経路の光路長差を可変とした場合に、この光路長差をマイクロメータやレーザ測長器等により測定可能とすることが好ましい。
【００６１】
また、上述したようにパスマッチ経路部６０を構成する２つの経路の光路長差を可変とした場合には、測定時の調整を容易とするために、後述する如く、これと連動してイメージングレンズ１３のフォーカス調整が行なわれるように構成することが好ましい。
【００６２】
また、本発明装置の測定対象である被検体としては平板状のもののみならず球面状のものも測定し得るように構成されていることが望ましい。球面状のものの測定手法については、後述するように基準板１１に替えて被検面に応じた球面を有する基準レンズを用いる。
【００６３】
なお、本発明の干渉計装置としては上記実施形態に限られるものではなく、その他種々の変更が可能である。例えば、上記パスマッチ光学系において、２つの全反射ミラー６,７に替え、ハーフミラー４からの測定光をハーフミラー５方向に戻し得る１つの大きなコーナキューブとすることも可能である。
このようなコーナキューブを採用することにより、迂回測定光の光路長を調節する際に、その移動操作が容易となる。
【００６４】
また、上記実施形態において、ハーフミラー４の透過光を迂回測定光、反射光を直進測定光というように両者を入れ替えることも可能である。
【００６５】
また、上記被検体１２の支持手段は、被検面１２ａ側で支持する場合には固定保持するような構造としておけばよいが、裏面１２ｂ側で支持する場合には被検体１２の厚みに応じてこの被検体１２を光軸方向に移動し得る構造とするのが望ましく、さらに干渉縞を得る際の被検体１２の厚み情報に基づいて被検面１２ａが適正な位置まで移動するように、被検体１２の移動操作を自動的に行なうようにすることが望ましい。
【００６６】
さらに、上記ハーフプリズム９に替えてハーフミラーを用いることも可能であるが、本実施形態の如く、発散光線束中にはハーフプリズム９を用いるようにすることで非点収差を良好とすることができる。
もちろん、ハーフミラー４,５を、各々ハーフプリズムに替えることも可能である。
【００６７】
なお、本発明の干渉計の被検体としては、ガラス薄板のみならずプラスチック板や石英板等の種々の透明薄板の採用が可能である。
【００６８】
＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略図である。
【００６９】
この干渉計装置１５０は、低可干渉光束と高可干渉光束の出力切替が可能な光源１１１を用いて低可干渉測定／高可干渉測定を行なうものである。すなわち、この光源１１１からの低可干渉光束を用いて被検体１１７の表面１１７ａの形状等の情報（反射波面情報）を得ることのできる低可干渉測定を行なうとともに、高可干渉光束を用いて被検体１１７の内部の応力歪や屈折率分布等の情報（透過波面情報）を得ることのできる高可干渉測定を行なう。
【００７０】
また、光源１１１から出力される低可干渉光束と高可干渉光束の選択切替は、この光源１１１からの出力光の波長可変操作により行われる。
なお、この出力光の波長可変操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００７１】
(装置構成)
図２に示すように、この低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置１５０は、透明な平行平面ガラス板（被検体；厚み＝ｔ２）１１７の被検面１１７ａの表面形状を干渉縞により観察するフィゾー型の干渉計本体１１０と、コンピュータ１２０と、モニタ１２１と、半導体レーザ光源（ＬＤ）１１１の電源（ＬＤ電源）１２２と、この電源（ＬＤ電源）１２２からの出力電流値を制御する制御信号を発生するファンクション・ジェネレータ１２３とを備えてなる。
【００７２】
上記干渉計本体１１０は、半導体レーザ光源１１１からの可干渉光を平行光とするコリメータレンズ１１２、発散レンズ１１３、ハーフプリズム１１４、コリメータレンズ１１５、被検体１１７との間にワークスペースを介して対向する、基準面１１６ａを有する基準板１１６、ならびに光干渉により得られた干渉縞を撮像する撮像レンズ１１８およびＣＣＤ撮像装置１１９とを備えてなる。
【００７３】
また、本実施形態においては、前述した第１実施形態と同様に、コリメータレンズ１３０とコンデンサレンズ１１３との間の平行光線束領域内に、２つのハーフミラー１０４,１０５と２つの全反射ミラー１０６,１０７からなる、測定光の一部を迂回させる（２つの経路を有する）パスマッチ光学系（以下、パスマッチ経路部１６０とも称する）が挿入されている。
【００７４】
測定光の一部は、ハーフミラー１０４により直角反射されてその余の測定光から分離され、全反射ミラー１０６により直角反射され、次いで全反射ミラー１０７により直角反射され、さらにハーフミラー１０５により直角反射されて、上記その余の測定光と再合成される。このとき、ハーフミラー１０４を透過する測定光の、ハーフミラー１０４とハーフミラー１０５間の光路長Ｌ１に対し、迂回した測定光の、ハーフミラー１０４からハーフミラー１０５に到るまでの光路長Ｌ２（Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）は、２つのハーフミラー１０４,１０５間の距離Ｌ１と２つの全反射ミラー１０６,１０７間の距離が等しいことから、距離ｌ１＋ｌ３（ｌ１＝ｌ３）だけ長くなる。これらの距離ｌ１＋ｌ３は基準板１１６の基準面１１６ａと被検体１１７の被検面１１７ａとの距離Ｌの２倍に相当するように調整されている。このように、パスマッチ経路部１６０は、上述した第１実施形態のパスマッチ経路部６０と同様に構成されている。
【００７５】
この干渉計本体１１０においては、低可干渉測定時において、半導体レーザ光源１１１からのレーザ光１３０を基準板１１６の基準面１１６ａに入射させて、該基準面１１６ａにおいて透過光束と反射光束とに２分割し、透過光束を平行平面ガラス１１７の被検面１１７ａに入射させてその反射光を物体光とするとともに基準面１１６ａにおける反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉光をコリメータレンズ１１５、ハーフプリズム１１４、撮像レンズ１１８を介してＣＣＤ撮像装置１１９に導き、このＣＣＤ撮像装置１１９において干渉縞を撮像するようになっている。
【００７６】
撮像された干渉縞はコンピュータ１２０において解析され、これにより被検面１１７ａの表面形状を測定し得るようになっている。なお、撮像された干渉縞および解析された被検面１１７ａの表面形状はモニタに表示されるようになっている。
【００７７】
一方、高可干渉測定時においては、上記測定光が被検体１１７に照射された後、この被検体１１７を透過し、その被検体側に位置する基準反射面１４０において反射され、再び被検体１１７を透過して基準面１１６ａに至る光を利用する。すなわち、基準板１１６の基準面１１６ａおよび基準反射面１４０からの、上記測定光の反射光による干渉光に基づき、上記低可干渉測定時と同様にして、干渉縞画像を得る。
また、高可干渉測定時においては、パスマッチ経路部１６０の一方の経路にシャッタ部材１７０が挿脱自在に配されている。
【００７８】
なお、基準板１１６は、図示されないＰＺＴ駆動回路に接続されたピエゾ素子１２４を介して図示されない基準板支持部材に支持されている。そして、コンピュータ１２０からの指示にしたがい、ピエゾ素子１２４に所定電圧が印加され該ピエゾ素子１２４が駆動され、これにより基準板１１６が光軸Ｚ方向に所定位相分だけ移動せしめられる。この移動により変化する干渉縞の画像データはコンピュータ１２０に出力され、これら複数枚の画像データに対して、縞画像解析が行なわれる。
【００７９】
以下、この第２実施形態における高可干渉測定、および低可干渉測定について順に説明する。
【００８０】
(高可干渉測定)
半導体レーザ光源１１１から出力された高可干渉光束を被検体１１２に照射して高可干渉測定を行なう際には、まず、光源１１１からの出力光の波長を一定の波長（例えば、λ＝660nm、約60mW程度）に固定するように設定する。また、シャッタ部材１７０が矢印Ｃ方向に移動し、パスマッチ経路部１６０の一方の経路に挿入されるように設定する。このシャッタ部材１７０の移動操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００８１】
この干渉計において、半導体レーザ光源１１１から出力された測定光はコリメータレンズ１１２により平行光とされ、コンデンサレンズ１１３およびコリメータレンズ１１５によってビーム径を拡大され、透明な基準板１１６、薄板ガラスの被検体１１７および基準反射面１４０に照射される。このとき、基準板１１６の基準面１１６ａと基準反射面１４０は光軸Ｚに対して直交するように、また被検体１１７の各面１１７ａ、ｂは光軸Ｚに対して若干傾くように配設する。これにより、基準反射面１４０からの反射光は入射経路を逆進するようにして基準面１１６ａからの反射光と干渉することになるが、被検体１１７の各面１１７ａ、ｂからの反射光は入射経路を逆進せず基準面１１６ａからの反射光とは干渉しない状態とされている。
【００８２】
基準面１１６ａからの反射光および基準反射面１４０からの反射光による干渉光は、ハーフプリズム１１４のハーフミラー面で直角反射され、イメージングレンズ１１８を介して、撮像カメラ１１９内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。なお、このＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、コンピュータ１２０によって、ＣＲＴ等の画像表示部１２１上に干渉縞画像が表示される。
【００８３】
上述した基準反射面１４０からの反射光は、被検体１１７の内部を２回透過するため、被検体内部の透過波面情報、例えば内部応力歪や屈折率分布に関する情報を担持しており、上記ＣＲＴ等の画像表示部１２１上に表示された干渉縞画像にはこのような透過波面情報が現れることになる。
【００８４】
(低可干渉測定)
上述した、波長を変化させうる半導体レーザ光源１１１から出力された低可干渉光束を用いて低可干渉測定を行なう際には、この光源１１１の出力光の波長が２つ（あるいは３つ以上）の波長値を交互にとるように設定する。また、シャッタ部材１７０が矢印Ｃ方向に移動し、パスマッチ経路部１６０の一方の経路から退避されるように設定する。このシャッタ部材１７０の移動操作は、外部からのオペレータによる低可干渉測定／高可干渉測定の切替操作に連動して行なわれるように構成されることが望ましい。
【００８５】
以下、この半導体レーザ光源１１１を中心として低可干渉測定を行なう場合について説明する。
【００８６】
上記半導体レーザ光源１１１は、温度制御機能が施されたものを用い、単一縦モードのレーザ光（例えばλ＝660nm付近）を発振し得るようになっている。さらに、注入電流を変化させると、出力されるレーザ光の波長と光強度が変化するという、一般の半導体レーザ光源としての特徴を有している。
また、上記ＣＣＤ撮像装置１１９は、１光蓄積期間が１／３０（秒）のＣＣＤを用いている。
【００８７】
また、上記ファンクション・ジェネレータ１２３から出力される上記制御信号は、矩形波（階段状矩形波を含む）とされており、その周波数は、例えば200Hz程度で、ＣＣＤにより撮像された画像情報を再生する際にフリッカが生じない程度の速さに設定されている。
【００８８】
また、本実施形態の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置１５０においては、単一縦モードの半導体レーザ光源１１１を用い、干渉縞を受光する素子（ＣＣＤ撮像装置１１９のＣＣＤ）の１光蓄積期間に対し十分短い周期で光源１１１から出力されるレーザ光１３０を複数の波長（例えば波長λ＝660.00nmおよびλ＝660.01nm）に交互に変調し、被検体１１７からの干渉光を上記素子により受光することで、その干渉光を上記１光蓄積期間に亘って積分するようになっている。
【００８９】
ところで、半導体レーザ光源は、上述したように注入電流を変化させることで波長が変化するという特徴を有する。干渉縞を受光する素子は、所定の光蓄積期間を有しているため、その１光蓄積期間よりも十分速い速度で波長を走査すれば、多波長の光を同時に出力する光源を用いて干渉縞を観察する場合と同様の結果が得られることになる。このような知見に基づき、例えば1995年5月光波センシング予稿集第75〜82頁にコヒーレンス関数を合成する手法が示されている。この手法によれば、矩形波を基準レベル（ＤＣレベル）を中心として上下に振幅させながら、ランプ状に変化させてなる制御信号により注入電流を制御することができる。
【００９０】
また本願発明者も、上記手法を改良した技術について既に開示している（特願2002-192619号明細書）。
【００９１】
なお、その他の低可干渉測定時における手法は、上述した第１実施形態における低可干渉測定時における手法と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００９２】
なお、本実施形態においては、ハーフミラー１０４とハーフミラー１０５との間にシャッタ部材１７０が設けられているが、パスマッチ経路部１６０内のその他の位置に設けることも可能である。
【００９３】
＜第３実施形態＞
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置について説明するもので、上述した第１実施形態または第２実施形態に示す装置の基本構成を用い、光学素子の曲率半径を測定するように構成されたものである。
【００９４】
ここで、被検体２１７は凹面からなる被検面２１７ａを有する光学素子であり、この凹面２１７ａの曲率半径を測定する。
このため、上述した各実施形態において用いられている基準板１１、１１６に替えて基準レンズ２１６が用いられる。
【００９５】
以下、図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて、測定手順を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、被測定光としての高可干渉光束を、コリメータレンズ２１５（上述したコリメータレンズ１０、１１５に相当する）および基準レンズ２１６を介して被検体２１７の被検面２１７ａ上に照射する。
【００９６】
この状態で、被検体２１７を矢印Ｄ方向に移動させつつ、基準レンズ２１６の基準面２１６ａおよび被検体２１７の被検面２１７ａからの両反射光による干渉縞を探し、その干渉縞本数が最小となるキャッツアイポイントを探す。キャッツアイポイントを検出したら、その位置に被検体２１７をセットする。
【００９７】
次に、図３（ｂ）に示すように、被測定光を低可干渉光束に切り替え、この低可干渉光束をコリメータレンズ２１５および基準レンズ２１６を介して被検体２１７の被検面２１７ａ上に照射する。なお、ハーフプリズム２０４、２０５および全反射ミラー２０６、２０７によりパスマッチ経路部２６０が構成されており、このパスマッチ経路部２６０とコリメータレンズ２１５との間に２つの全反射ミラー２３１、２３２が配されている。
【００９８】
この状態でパスマッチ経路部２６０の全反射ミラー２０６、２０７（以下、移動ミラー部２７０と称する）を一体的に矢印Ｅ方向に移動させつつ、モニタ１２１上に表示される干渉縞を観察し、この干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を探す。このコントラストピーク位置を検出したら、そのときの移動ミラー部２７０の位置（第１の目盛）を読み取る。
【００９９】
次に、図３（ｃ）に示すように、被測定光を高可干渉光束に切り替え、この高可干渉光束をコリメータレンズ２１５および基準レンズ２１６を介して被検体２１７の被検面２１７ａ上に照射する。この状態で、被検体２１７を矢印Ｆ方向に移動させ、基準レンズ２１６の基準面２１６ａおよび被検体２１７の被検面２１７ａからの両反射光により形成される干渉縞がモニタ１２１上に現れるように設定し、さらに、干渉縞の本数が最小となる位置に調整する。
【０１００】
この後、図３（ｄ）に示すように、被測定光を低可干渉光束に切り替え、この低可干渉光束をコリメータレンズ２１５および基準レンズ２１６を介して被検体２１７ａ上に照射する。この状態で移動ミラー部２７０を矢印Ｇ方向に移動させつつ、モニタ１２１上に表示される干渉縞を観察し、この干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を探す。このコントラストピーク位置を検出したら、そのときの移動ミラー部２７０の位置（第２の目盛）を読み取る。
【０１０１】
最後に、上記手順で得られた第１の目盛と第２の目盛の差を算出し、その算出結果から被検体２１７の被検面２１７ａの曲率半径を得る。
【０１０２】
このように、本実施形態においては、低可干渉光束を用いた各位置の検出操作（図３（ｂ）、（ｄ）に示す手順における操作）の前に高可干渉光束を用いて被検体２１７の位置調整操作（図３（ａ）、（ｃ）に示す手順における操作）を行っているので、その測定操作を容易かつ迅速に行なうことができる。このような操作は、前述したように、装置の基本構成が低可干渉測定系と高可干渉測定系を互いに同軸の構成とし、低可干渉光束と高可干渉光束の測定切替をスムーズに行ない得るように構成していることによって得られるものである。
【０１０３】
また、上記移動ミラー部２７０の位置は、前述したようにマイクロメータやレーザ測長器等により測定可能であるが、さらに干渉計を用いてこの移動ミラー部２７０の移動距離や角度ずれを検出し、この検出値に基づき上記読取位置を校正することも可能である。
【０１０４】
なお、本実施形態においては、凹面からなる被検面２１７ａを測定する場合について説明しているが、本発明装置は、平板の厚みや部材各部間の距離を測定する場合にも同様に適用可能である。
【０１０５】
＜第４実施形態＞
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を用いた測定方法について説明するもので、上述した第１実施形態または第２実施形態に示す装置の基本構成を用い、低可干渉光源を使用する際に生じる、パスマッチ経路部６０、１６０における系統誤差を校正するように構成されたものである。
【０１０６】
以下、図４（ａ）、（ｂ）に基づいて、校正手順を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、校正用のサンプル３３０をステージ（図示せず）上に設定し、低可干渉光源から射出されパスマッチ経路（分岐した２つの経路の両方）を通過した低可干渉光束（ここでは低可干渉光源とパスマッチ経路の両者を３０１の符号で表す）を、コリメータレンズ３１５、基準板３１６を介して上記校正用のサンプル３３０上に照射する。
【０１０７】
この状態で、上記校正用のサンプル３３０を矢印Ｈ方向（光軸方向）に移動させて干渉縞を生じさせ、これを測定し、得られた測定結果を測定データ１とする。
【０１０８】
次に、図４（ｂ）に示すように、被測定光を高可干渉光束（ここでは高可干渉光源を３０２の符号で表す）に切り替え、この高可干渉光束をコリメータレンズ３１５、基準板３１６を介して上記校正用のサンプル３３０上に照射する。
この状態で生じている干渉縞を測定し、得られた測定結果を測定データ２とする。この測定データ２は、上記パスマッチ経路において分岐されてはいないことから、パスマッチ経路の系統誤差を含まないものと考えることができるので、この測定データ２を本校正の基準とする。
【０１０９】
次に、上記測定データ１から上記測定データ２を差し引く演算を図示されないコンピュータにより行ない、この演算結果を上記パスマッチ経路の系統誤差とする。
この後、低可干渉測定を行なう際には、上記演算により得られた系統誤差を測定結果から差し引く補正操作を行なって測定データを校正する。
【０１１０】
なお、低可干渉光束と高可干渉光束の波長が異なる場合には、この波長の差異をも考慮して上記系統誤差を求める。
さらに、基準面３１６の絶対形状が得られている場合には、この絶対形状による誤差（基準面の系統誤差）も考慮して上記測定データを校正する。
【０１１１】
このように、本実施形態においては、パスマッチ経路の系統誤差を容易に校正することができるので、最終的に得られる測定データを高精度かつ信頼性のあるものとすることができる。
【０１１２】
なお、本実施形態においては、低可干渉光源と高可干渉光源が第１実施形態に示すように別光源とされていてもよいし、第２実施形態に示すように同一光源とされていてもよい。
【０１１３】
＜第５実施形態＞
図５は、本実施形態の第５実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示すものである。ここで、本実施形態装置は、図１に示す、上述した第１実施形態に係る装置、あるいは図２に示す、上述した第２実施形態に係る装置を基本としているので、図５に示す部材のうち、図２に示す部材と略同様の機能を有するものについては、図２に示す部材の付番に３００を加えた付番とし、その詳細な説明は省略する。
【０１１４】
図５に示す装置においては、パスマッチ経路部４６０を構成する２つの全反射ミラー４０６,４０７が、矢印Ｉ方向に移動可能な第１Ｘステージ４７０上に載設されており、また、撮像レンズ４１８（ハーフプリズム４１４により分岐され、リレーレンズ４３５を通過した干渉光束が入射する）およびＣＣＤ撮像装置４１９が、矢印Ｊ方向に移動可能な第２Ｘステージ４８０上に載設されており、後述する初期設定以降の測定時において、これら２つのＸステージ４７０、４８０はコンピュータ４２１の指令に基づき、ステージコントローラ４２０により、連動して移動せしめられる（実際には、各Ｘステージ４７０、４８０の駆動モータがステージコントローラ４２０により駆動される）。また、光源４１１は、低可干渉光束を出力し得る、例えば前述したＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）を用いている。なお、本実施形態装置においては、上記第１実施形態のような複数光源タイプの装置でも上記第２実施形態のような１光源タイプの装置でも適用可能であるが、以下においては、この光源４１１から出力される低可干渉光束を用いた測定についてのみ説明し、高可干渉光束に関する説明（図示を含む）は省略する。
【０１１５】
例えば、図示するような階段形状をなす被検体４１７において、初期設定では基準面４１６ａと第１被検面４１７ａの２つの面からの反射光により干渉縞が生じるように設定する。すなわち、初期設定では、任意の位置に配置した、例えば第１被検面４１７ａに対し、第１Ｘステージ４７０をＩ方向に移動させて、上記２つの面４１６ａ、４１７ａによる干渉縞が生じた位置にこの第１Ｘステージ４７０を設定し、次に、第２Ｘステージ４８０をＪ方向に移動させてフォーカスが合う位置にこの第２Ｘステージ４８０を設定する。この際には、２つのＸステージ４７０、４８０は互いに独立して移動するように駆動される。
【０１１６】
このような初期設定がなされた状態から、第２の被検面４１７ｂによる干渉縞を観察する状態に移行する場合、第１の被検面４１７ａと第２の被検面４１７ｂの距離がｐであるとすると、干渉縞を生じさせるための２つの面の距離がｐだけ増加（被検面に照射される光の光路長は２ｐだけ増加）したことになるので、パスマッチ経路部４６０の２つの経路の光路長差も２ｐだけ増加させなければ干渉縞は生じない。
【０１１７】
そこで、第１Ｘステージ４７０を矢印Ｉ方向にｐだけ移動させて２つの経路の光路長差を２ｐだけ増加させるように操作する。そして、この第１Ｘステージ４７０の移動に応じ、コンピュータ４２１の指令に基づき、ステージコントローラ４２０により、第２Ｘステージ４８０が撮像系のフォーカスが合う位置まで移動するように自動的に制御される。なお、このときの第２Ｘステージ４８０のＪ方向の移動量は光学設計で決定された係数αを用いたｐ／αである。
【０１１８】
なお、第２Ｘステージ４８０の移動量の算出はコンピュータ４２１により行われる。上記コンピュータ４２１のメモリ内には、予め上記係数αが記憶されており、上記第１Ｘステージ４７０の移動量ｐがステージコントローラ４２０から入力されると、コンピュータ４２１ではｐ／αを演算し、この演算値に基づきステージコントローラ４２０が第２Ｘステージ４８０をｐ／αだけ移動させる。
【０１１９】
上記では、第１Ｘステージ４７０の移動に応じて第２Ｘステージ４８０の移動が自動的に制御される場合について説明しているが、第２Ｘステージ４８０の移動に応じて第１Ｘステージ４７０の移動が自動的に制御されるように構成してもよい。
【０１２０】
また、上記２つのＸステージ４７０、４８０の移動量の関係を予めコンピュータ４２１のメモリにテーブルとして記憶させておき、このテーブルに基づき上記制御を行なうようにしてもよい。
【０１２１】
また、上記では、ＣＣＤ撮像装置４１９が第２Ｘステージ４８０上に載設される構造となっているが、これに限られるものではなく、第２Ｘステージ４８０に替えて、ＣＣＤ撮像装置４１９に付随するフォーカス合わせ装置を用いることも可能である。
【０１２２】
このように本実施形態の装置においては、所望の被検面における干渉縞を発生させるための光学調整と撮像系のフォーカス調整が連動して自動的に行われるように構成されているので、特に、段差等を有する被検面の各領域における干渉縞観察を容易かつ良好に行なうことができる。
【０１２３】
なお、本発明の干渉計装置としては上記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、上記実施形態と異なり、被検体１７の基準面１６ａとは反対側の面（上記では被検体裏面１７ｂ）を被検面１７ａとすることも可能である。
【０１２４】
また、本発明の干渉計装置としては、斜入射型の装置構成とすることも勿論可能である。
【０１２５】
さらに、光源としては半導体レーザ光源に限られるものではなく、他のレーザ光源を用いることも可能である。また、連続波レーザ光（高可干渉光束用）とパルス波レーザ光（低可干渉光束用）を切り替え得る光源を用いることも可能である。さらに、レーザ光の発振波長を変化させる場合に、注入電流を変化させるのではなく、他の手法、例えば外部共振器の共振周波数を変化させることによって行なうようにしてもよい。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置によれば、光源からの光を基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光を該基準面と所定距離だけ離した被検体に照射し、該基準面と該被検体からの光による干渉に基づいて該被検体の波面情報を得るフィゾー型の干渉計装置において、低可干渉測定を行なう際には、低可干渉光束を第１の経路と第２の経路に分岐するパスマッチ経路部を通過させ、これら２つの経路を通過した光束の光路長差が、干渉計の基準面と被検体との光学的距離の２倍に相当するように調整して該被検体の干渉測定を行なうように、一方、高可干渉測定を行なう際には、少なくとも前記パスマッチ経路部の被検体側において前記低可干渉光束と同軸となるような位置に高可干渉光束を入射せしめるように構成している。
【０１２７】
したがって、被検体表面の形状を測定する際には、パスマッチ経路部を通過させた低可干渉光束を用い、被検体裏面からの反射光による干渉縞の発生を阻止してノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることができるとともに、透明被検体の透過波面形状を測定する際には、高可干渉光束を用いて、簡易かつ迅速な測定を行なうことができる。しかも、これら両測定の切替操作においては基準板や被検体を移動させる必要がなく、１つの被検体について極めて容易に低可干渉測定と高可干渉測定を連続して行なうことができる。
【０１２８】
また、本発明の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置によれば、光波干渉法を用いて高精度な測長を行なう場合に、低可干渉測定の前に高可干渉測定を容易におこなうことができ、干渉縞が出現する位置あるいはそのコントラストピーク位置を探す労力を大幅に軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略構成図
【図２】本発明の第２実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略構成図
【図３】本発明の第３実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置による測定手順を示す図
【図４】本発明の第４実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を用いた測定方法を説明するための図
【図５】本発明の第５実施形態に係る低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置を示す概略構成図
【符号の説明】
１・・・低可干渉光源
２，１０，１１２，１１５，１３０，２１５，３１５，４１２，
４１５・・・コリメータレンズ
３・・・波長選択フィルタ板
４，５，１０４，１０５・・・ハーフミラー
６，７，１０６，１０７，２０６，２０７，２３１，２３２，４０６，
４０７・・・全反射ミラー
８，１１３，４１３・・・コンデンサレンズ
９，１１４，２０４，２０５，４０４，４０５，４１４・・・ハーフプリズム
９ａ・・・ハーフミラー面
１１，１１６、３１６，４１６・・・基準板
１１ａ，１１６ａ，２１６ａ，４１６ａ・・・基準面
１２，１１７，２１７，４１７・・・被検体
１２ａ，１１７ａ，２１７ａ，４１７ａ，
４１７ｂ・・・被検体表面（被検面）
１２ｂ，１１７ｂ・・・被検体裏面
１３，１１８，４１８・・・イメージングレンズ（撮像レンズ）
１４・・・撮像カメラ
２１・・・高可干渉光源
２４・・・全反射プリズム
２４ａ・・・全反射面
３０，１４０・・・基準反射面
６０，１６０，２６０，４６０・・・パスマッチ経路部
１１０，４１０・・・干渉計装置（本体）
１１１・・・半導体レーザ光源
１１９，４１９・・・ＣＣＤ撮像装置
１２０，４２１・・・コンピュータ
１２１・・・モニタ（表示装置）
１２２・・・電源（ＬＤ電源）
１２３・・・ファンクション・ジェネレータ
１２４・・・ピエゾ素子
１５０，４５０・・・干渉計装置
１７０・・・シャッタ部材
２１６・・・基準レンズ
２７０・・・移動ミラー部
３３０・・・校正用のサンプル
４１１・・・光源
４２０・・・ステージコントローラ
４３５・・・リレーレンズ
４７０・・・第１Ｘステージ
４８０・・・第２Ｘステージ
Claims (11)
- 光源からの光を基準面に照射するとともに、この基準面を透過した光を該基準面と離間した被検体に照射し、該基準面と該被検体からの光による干渉に基づいて該被検体の波面情報を得るフィゾー型の干渉計装置において、
光源から出力された低可干渉光束を用いて低可干渉測定を行なう際には、該低可干渉光束を第１の経路と第２の経路に分岐するパスマッチ経路部を通過させ、これら２つの経路を通過した光束の光路長差が、干渉計の基準面と被検体との光学的距離の２倍に相当するように調整して該被検体の干渉測定を行なうようにし、
光源から出力された高可干渉光束を用いて高可干渉測定を行なう際には、少なくとも前記パスマッチ経路部の被検体側において前記低可干渉光束と同軸となるような位置に該高可干渉光束を入射せしめ、該高可干渉光束を前記基準面と前記被検体とに照射するようにして該被検体の干渉測定を行なうようにしたことを特徴とする低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。 - 前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが別光源とされ、
前記低可干渉測定を行なう際には、前記高可干渉光束の、前記被検体への照射を阻止する光束切替操作が行なわれるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。 - 前記パスマッチ経路部と前記基準面との間に、干渉光を撮像手段方向に導く光偏向手段が設けられており、
前記光束切替操作は、前記高可干渉測定を行なう際に前記高可干渉光束のみの前記被検体への照射を可能とするとともに、前記低可干渉測定を行なう際に前記低可干渉光束のみの前記被検体への照射を可能とする、前記低可干渉光束を出力する光源と前記光偏向手段との間に設けられた光束選択手段により行なわれることを特徴とする請求項２記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。 - 前記高可干渉光束と前記低可干渉光束との光路が、前記パスマッチ経路部の光源側において共通化され、
前記パスマッチ経路部の前記第１の経路と前記第２の経路の一方に、前記高可干渉測定を行なう際に光束の通過を阻止する遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。 - 前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが別光源とされ、
前記パスマッチ経路部と前記基準面との間に設けられた干渉光を撮像手段方向に射出する光偏向手段と、前記パスマッチ経路部との間に、
前記高可干渉光束と前記低可干渉光束のうちの一方を他方の光路内に導く反射部材と、該他方の光束を遮断する遮光部材を一体とされた光束選択手段が、該光路に対して挿脱自在に配されていることを特徴とする請求項１記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。 - 前記低可干渉光束を射出する光源と前記高可干渉光束を射出する光源とが同一光源とされ、
前記パスマッチ経路部の前記第１の経路と前記第２の経路の一方に、前記高可干渉測定を行なう際に光束の通過を阻止する遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。 - 少なくとも前記低可干渉光束を出力する光源が単一縦モードのレーザ光を発振する波長走査が可能な光源からなり、
干渉縞を受光する素子の１光蓄積期間に対し十分短い周期で、前記光源からのレーザ光を複数の波長に変調し、
該複数の波長に変調されたレーザ光からなる被測定光を前記基準面および前記被検体に照射して、前記被検体からの光と前記基準面からの光により生成される干渉光を前記素子により受光して、該干渉光を前記１光蓄積期間で積分するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。 - 前記パスマッチ経路部を構成する２つの経路の光路長差が可変とされ、かつ該光路長差が測定可能とされていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。
- 前記パスマッチ経路部を構成する２つの経路を通過した光の光路長差を可変とする光路長差可変手段と、前記基準面および前記被検体からの光による干渉縞を撮像する撮像系のフォーカス位置を調整するフォーカス位置調整手段と、前記光路長差および前記フォーカス位置が共に最適な値となるように前記光路長差可変手段および前記フォーカス位置調整手段を同期して駆動するコントロール手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。
- 平面の被検体および／または球面の被検体を測定し得るように構成されていることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置。
- 球面の被検体を測定し得るように構成された請求項１０記載の低可干渉測定／高可干渉測定共用干渉計装置において、
被測定光としての前記高可干渉光束を、干渉計の基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で、該被検体を光軸方向に移動させつつ、該基準面および該被検体からの光による干渉縞の本数が最小となる位置を検出して、該被検体をその位置に設定する第１のステップと、
この後、被測定光を前記低可干渉光に切り替え、この低可干渉光を前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で前記パスマッチ経路部の２つの経路を通過した光束の光路長差を変化させつつ、得られた干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を検出し、その検出時における、前記光路長差を調整する手段の調整量である第１の調整量を検出する第２のステップと、
この後、被測定光としての前記高可干渉光束を、前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で、該被検体を光軸方向に移動させつつ、該基準面および該被検体からの光による干渉縞の本数が最小となる位置を検出して、該被検体をその位置に設定する第３のステップと、
この後、被測定光を前記低可干渉光に切り替え、この低可干渉光を前記基準レンズの前記基準面を介して前記被検体に照射し、この状態で前記パスマッチ経路部の２つの経路を通過した光束の光路長差を変化させつつ、得られた干渉縞のコントラストが最大となるコントラストピーク位置を検出し、その検出時における、前記光路長差を調整する手段の調整量である第２の調整量を検出する第４のステップと、
前記第２のステップで得られた第１の調整量と前記第４のステップで得られた第２の調整量の差を算出し、その算出結果に基づき前記被検体の曲率情報を得る第５のステップと、
からなることを特徴とする測定方法。
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