JP4583611B2 - 斜入射干渉計装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的大きい凹凸が形成されている面の表面形状測定にも適応し得る斜入射干渉計装置に関し、詳しくは参照光と測定光との光路を分割し、参照面で反射された参照光と被検面で反射された測定光とを合成することにより光干渉を行なわしめる斜入射干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可干渉光を被検面に対して斜めに入射し、測定感度を低下させることによってある程度凹凸の大きい被検面の表面形状測定を可能とした斜入射干渉計装置が知られている。このような斜入射干渉計装置としては種々のタイプのものが知られており、図７に示すものはその一例として、本出願人により特開平７−260419号公報に開示された装置である。
【０００３】
すなわち、この斜入射干渉計装置は、図７に示すように、レーザ光源２０から射出された可干渉光２１が発散レンズ２２およびピンホール板２３によって発散光線束とされ、この後、反射ミラー２４、ハーフプリズム２９によって方向を転換され、コリメータレンズ２５によって平行光線束とされ、この後、参照板２６の参照面２６ａに照射される構成とされている。この参照面２６ａは平面精度の高いハーフミラー面とされており、照射された平行光線束の一部を透過して平行光線束３１（３１ａ，３１ｂ）を生成するとともに、その余の平行光線束を反射して参照光３３（３３ａ，３３ｂ）を生成する。参照面２６ａを透過した平行光線束３１は被検体２７の被検面２７ａ上に照射され、この被検面２７ａにより反射されて、被検面情報を担持した物体光３２（３２ａ，３２ｂ）が生成される。
【０００４】
ここで被検面２７ａには、参照面２６ａを通過して直接入射する平行光線束３１ａと、平面反射ミラー２８を経由して入射する平行光線束３１ｂが照射されるが、両光線束３１ａ，３１ｂは共に作用が同様であるので、主として入射光線束３１ａとそれにより発生する測定光３２ａについて説明する。上記物体光３２ａは、被検面２７ａに対して垂直に配された平面反射ミラー２８により全反射されるため、参照面２６ａからの平行光線束３１に平行となって参照面２６ａに再入射する。この後、参照光３３ｂと物体光３２ａはハーフプリズム２９を通過し、その両者の光干渉により形成された干渉縞がＣＣＤ受光面３０ｂ上に結像される。
【０００５】
なお、参照光３３ａと物体光３２ｂは、ハーフプリズム２９を通過しその両者の光干渉により形成された干渉縞がＣＣＤ受光面３０ａ上に結像される。受光面３０ａと受光面３０ｂ上に形成された干渉縞は互いに鏡像関係となっており、これらの干渉縞像の一方の、ビデオ信号に変換された干渉縞像を、モニタ上に映出させることにより被検体２７の被検面２７ａの形状を測定するようになっている。
【０００６】
この斜入射干渉計装置はこのような構成により、良好な測定精度を有しつつ簡易かつコンパクトな構成の装置とされている。すなわち、被検面２７ａから反射した測定光３２が参照面２６ａを透過した可干渉光が参照面２６ａに戻るまでの間に、被検面２７ａ上に１回だけ照射されるようになっているので、参照面２６ａに戻った測定光３２とこの参照面２６ａで反射された参照光３３との間の光干渉により生じた干渉縞の解析が、上記可干渉光が被検面２７ａ上に２回照射される通常の測定方法に比べ容易で、また測定精度の低下を防止することができる。
【０００７】
さらに、この装置では上記反射ミラー２８によって参照面２６ａ方向に測定光３２を戻しており、この反射ミラー２８以外の光学部材は被検体２７ａよりも参照板２６側に配されることとなり、また、この反射ミラー２８は被検体２７に近接させることが可能であるから、バーチ型の斜入射干渉計装置と比べ被検面２７ａの面方向の装置の幅を小さくすることができ、装置のコンパクト化を図ることが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの装置では、被検体が薄板の平行平面ガラスのような場合には、被検面を透過し被検面と反対側の面（以下、この面を裏面と称する）で反射した光も参照光と合成され、被検面の干渉縞像のノイズとなってしまうことがあり問題となる。良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、さらに、このような裏面からのノイズを除去し得る斜入射干渉計が要望されている。
【０００９】
裏面からのノイズを除去し得る斜入射干渉計装置としては、例えば、特公平６−17787号公報に開示されたもののように、低可干渉性光源を用いる方法がある。この方法によれば、光源特性により干渉縞像は光路長が略等しい場合にのみ生じることになるため、参照光と被検面での反射光との光路長が略等しくなるよう構成する必要がある。この場合、薄板の平行平面ガラスの裏面からの反射光は参照光や被検面での反射光とは光路長が異なり互いに干渉し難いので、裏面からのノイズなく被検面形状を測定することができる。
【００１０】
しかし、上記特開平７−260419号公報に開示された装置はその構成上、測定光と参照光の光路長を略等しくするのは原理的に困難である。また、上記特公平６−17787号公報記載の斜入射干渉計装置は、２つのハーフミラーと２つの全反射ミラーを配することにより測定光と参照光の光路長が略等しくなるように構成された装置であるが、この装置はこれらのうち２つのハーフミラーと１つの全反射ミラーを被検面に対し垂直に位置させるものであり、コンパクトな構成とすることは困難である。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、被検体裏面からの反射光によるノイズを除去し得る斜入射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】
本発明の斜入射干渉計装置は、被検体の近傍に平面反射ミラーを配置し、光源からの出射光をコリメータレンズで平行光となし、この平行光よりなり前記被検体の被検面に対して斜め入射され、該被検面および該平面反射ミラーをこの順または逆の順に経由する測定光と、該平行光よりなり参照面で反射された参照光とを合成し互いに干渉させ、生成された干渉縞を干渉縞観察手段に形成させるように構成された斜入射干渉計装置において、
前記コリメータレンズから前記被検面または前記平面反射ミラーに至る光路中に、前記コリメータレンズからの平行光を二分し、一方を前記被検体および前記平面反射ミラーに入射する前記測定光となすと共に他方を前記参照面に入射する参照光となす、単独の部材よりなる光束分割合成手段を配設し、
前記光源として可干渉距離の短い低可干渉性の光源を用い、該参照光と該測定光の、両光が前記コリメータレンズから出射されて以降、前記光束分割合成手段における分割を経て該光束分割合成手段において合成されるまでの光路長差が、該参照光と該測定光とが互いに干渉を生じる範囲内に設定されているように構成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記分割面において分割された前記測定光が、前記平面反射ミラーおよび前記被検面においてこの順に反射され、前記合成面において前記参照光と合成されるように構成されてなることが好ましい。
【００１４】
また、前記光束分割合成手段には、所定位置に前記ハーフミラー面と全反射面とが形成され、この全反射面における反射光が前記測定光とされるように構成されてなることが好ましい。
【００１５】
また、前記光束分割合成手段には、所定位置にハーフミラー面と素通し面が形成され、この素通し面における透過光が前記測定光とされるように構成されてなることも好ましい。
【００１６】
さらに、前記被検面に斜入射される前記測定光が、Ｓ偏光の光束とされていることがより好ましい。
【００１７】
なお、上記「単独の部材」とは一平板状の部材のことを意味するものであり、例えば、複数の平板状の部材を面一とならないような位置関係で連結させて一部材とされているようなものを意味するものではない。また、上記「光束分割合成手段」とは、光束分割合成手段に入射した光束のうち所定位置に入射した光束が前記参照光とされ、その余の光束のうち他の所定位置に入射した光束が前記測定光とされ得るような面を保有するとともに、前記被検体および前記平面反射ミラーを経由した前記測定光光束が前記参照板から戻ってきた参照光と所定位置において合成され得るような面を保有する手段を意味するものである。なお、このようにして分割された参照光および測定光について、その両方またはいずれか一方の光がさらに分割され、それらの一部が参照光や測定光として合成されるように構成されていても構わない。
【００１８】
また、上記「可干渉距離の短い低可干渉性の光源」とは、例えばシングルモードレーザのような可干渉距離の長い可干渉性の光源でなく、一般に干渉計の基準板として用いられる程度の平行平面板の表裏面間隔よりも可干渉距離が短い特性を有する光源を意味するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、後述する実施例１に係る斜入射干渉計装置の図面を代表として参照しながら説明する。図１は実施例１に係る斜入射干渉計装置の構成を示す概略図である。
【００２０】
この装置は、光源からの可干渉距離の短い低可干渉性の光をコリメートしたのち参照光および測定光に分割し、測定光を被検面に斜入射させ、この被検面から反射された測定光および参照面から反射された参照光を合成し互いに干渉させ、生成された干渉縞を干渉縞観察用結像面上に形成させるように構成された斜入射干渉計装置である。
【００２１】
可干渉距離の短い低可干渉性の光源を備えた光源部１０から射出された発散光線束は、ハーフプリズム１９によって方向を転換され、コリメータレンズ１５によって平行光線束とされ、この後、光束分割合成手段１に入射される。この光束分割合成手段１は平板状の単独の部材よりなり、後述するようにコリメート光を参照光４ａ（４ａＣおよび４ａＣＣを４ａと総称する）および測定光５ａ（５ａＣおよび５ａＣＣを５ａと総称する）に分割するとともに、参照光４ｂ（４ｂＣまたは４ｂＣＣのうち干渉縞生成に関わる光束を４ｂと称する）と測定光５ｂ（５ｂＣまたは５ｂＣＣのうち干渉縞生成に関わる光束を５ｂと称する）とを合成する機能を有する。ここで参照光４ｂは、参照光４ａが参照面１６ａで反射されて戻ってきた光束であり、測定光５ｂは、測定光５ａが前記被検体および前記平面反射ミラーを経由して前記光源からの光軸に略一致した光軸で逆送してきた光束である。なお、この光束分割合成手段１は、図１に示されるような単独の部材からなるものばかりでなく、複数の平板状の部材を、参照光４ａと測定光５ａを分割する面および参照光４ｂと測定光５ｂを合成する面が各々面一となるように連結あるいは結合させて、一部材となしたものであっても良い。
【００２２】
図２は、図１に示された斜入射干渉計装置の光束分割合成手段１をＡ方向より見た図である。図１および図２に示されるとおり、光束分割合成手段１に入射された平行光線束は、ハーフミラー面が形成された光束分割合成面１ａにおいて分割されて、透過光が参照光４ａとされ反射光が測定光５ａとされる。
【００２３】
すなわち、光束分割合成手段１で反射された測定光５ａのうち光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２で反射された光束５ａＣは、平面反射ミラー１８で反射されて被検体１７の被検面１７ａに斜入射し反射されて被検面１７ａの情報を担持した測定光５ｂＣとなり、時計回りに光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻る。他方、光束分割合成手段１に入射された平行光線束光束のうち分割合成面１ａの反時計回り分割部位３で反射された光束５ａＣＣは、前記光束５ｂＣおよび５ａＣの光路を光束５ａＣＣおよび５ｂＣＣとして逆送して、反時計回りに光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻る。
【００２４】
また、光束分割合成面１ａを透過した参照光４ａのうち前記反時計回り分割部位３を透過した光束４ａＣＣは、補償板１２を介し、参照板１６の参照面１６ａに照射される。この参照面１６ａは平面精度の高い反射面とされており、照射された参照光４ａＣＣを参照光４ｂＣＣとして前記光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に向けて反射する。なお、前記時計回り分割部位２を透過した光束４ａＣについては、図示のとおり光路上に補償板１２および参照板１６が配されておらず、前記光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻ることはなく、干渉縞の生成に関与するものではないので、説明は省略する。
【００２５】
この結果、前記光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａにおいては、その反時計回り分割部位３においてのみ参照光４ｂＣＣと測定光５ｂＣが合成されることになる。なお、時計回り分割部位２に戻った測定光５ｂＣＣについては、参照光束が戻ってこないために参照光と合成されることがなく、干渉縞の生成に関与するものではないので、説明は省略する。
【００２６】
ここで、この斜入射干渉計装置は、参照光４ａＣＣ、４ｂＣＣ（以下、干渉縞生成に関与する参照光を参照光４と称する）と測定光５ａＣ、５ｂＣ（以下、干渉縞生成に関与する測定光を測定光５と称する）の、両光がコリメータレンズから出射されて以降、光束分割合成手段における分割を経て光束分割合成手段において合成されるまでの光路長差が、参照光４と測定光５とが互いに干渉を生じる範囲内に設定されている。また、この斜入射干渉計装置は光源として可干渉距離の短い低可干渉性の光源を用いているので、参照光４と測定光５の光路長差はごく小さく、両光の光路長は略等しいということができる。
【００２７】
すなわち、コリメータレンズ１５を出射直後の光束中に光軸と直交する仮想面を想定した場合、測定光５の光路長は、この仮想面から、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２で反射され、平面反射ミラー１８で反射されて被検体１７の被検面１７ａに斜入射し、反射されて光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻るまでとなる。他方、参照光４の光路長は、この仮想面から、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３を透過し、補償板１２を透過して参照板１６の参照面１６ａで反射され、再び補償板１２を透過して光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻るまでとなり、これらの光路長を略等しくなるように構成しているためこの合成光は光干渉を生じる。
【００２８】
本実施形態によれば、このように参照光４と測定光５の光路長を略等しくなるよう構成していることにより、光源部１０の光源が可干渉性の高い光源ではなく、例えば発光ダイオードの如き可干渉距離の短い低可干渉性の光源であっても、この合成光は光干渉を生じる。この干渉縞を持つ合成光はコリメータレンズ１５と図示しない結像レンズによりＣＣＤ受光面１１に到達し、コリメータレンズ１５と図示しない結像レンズでＣＣＤ受光面１１上に結像された被検面１７ａの像上に重畳する。このＣＣＤ受光面１１上に形成された干渉縞像をビデオ信号に変換し、モニタ（図示せず）上に映出させることにより、被検体１７の被検面１７ａの形状を測定するようになっている。
【００２９】
なお、参照板１６は極めて平面度の高い参照面１６ａを有しており、例えば石英ガラス板で形成されることができる。また、平面反射ミラー１８は平面度の高い石英ガラス面に反射膜を蒸着することにより構成されることができる。
【００３０】
以下、本実施形態の作用効果について説明する。まず、本実施形態によれば良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、被検体裏面からの反射光によるノイズを除去し得る斜入射干渉計装置を得ることができる。
【００３１】
すなわち本実施形態の斜入射干渉計装置によれば、干渉縞の形成に関与する測定光５は光束分割合成手段１から被検面１７ａを経由して再び光束分割合成手段１に戻るまでの間に被検面１７ａ上に１回だけ照射されるようになっているので上記従来例と同程度の良好な測定精度を得ることができる。また、本実施形態の斜入射干渉計装置においても、光束分割合成手段１から出て光束分割合成手段１に至る測定光５の光路中に平面反射ミラー１８が配置され光束分割合成手段１方向に測定光５を戻すように作用しており、この平面反射ミラー１８以外の光学部材は被検体１７よりも光束分割合成手段１側に配されることとなり、また、この平面反射ミラー１８は被検体１７に近接させることが可能であるから、装置のコンパクト性を維持している。
【００３２】
さらに、本実施形態の斜入射干渉計装置によれば、光源として低可干渉性光源を用いるとともに、平行光束がコリメータレンズ１５から出射したのち光束分割合成手段１を経て再度光束分割合成面１ａに戻るまでの、参照光４および測定光５の光路長が互いに略等しくなるように構成されている。これにより、平行平面ガラスのような被検体１７の場合にも、被検体裏面からの反射光は参照光４や測定光５とは光路長が異なり互いに干渉し難いので、裏面からのノイズなく被検面形状を測定することができる。なお、このような低可干渉性光源としては、例えば、発光ダイオードや横モードが単一で縦モードがマルチモードのレーザなどを用いることが好ましい。ただし、低可干渉性光源としてはこれ以外にも例えば自然光や蛍光灯などがあり、これらを光源とすることを妨げるものではない。
【００３３】
また、本実施形態の斜入射干渉計装置は、ハーフミラー面が形成された光束分割合成面１ａを備えた単独の部材よりなる光束分割合成手段１を備え、この光束分割合成手段１がコリメート光を参照光４ａおよび測定光５ａに分割し、かつ参照面１６ａで反射された参照光４ｂＣＣおよび被検面１７ａから反射された測定光５ｂＣを合成する機能を有している。この光束分割合成手段１は、上述した特公平６−17787号公報に開示された装置の２つのハーフミラーを、いわば一体化させたような機能を有するものである。しかしながら、この従来例においてこれらのハーフミラーを一平板状の部材として構成することは想定されておらず、また、これらのハーフミラーを被検面１７ａに対し垂直に位置させるこの従来例の構成において、これら２枚のハーフミラーを一平板状の部材により代替させることは不可能である。本実施形態によれば、このような単独の部材による光束分割合成手段１を備えることにより部材数が低減され、これに伴い装置のコンパクト化やコスト低減や、部材の光学調整が容易になるという利点がある。
【００３４】
この光束分割合成手段１についてさらに詳しく説明する。光束分割合成手段１は光束分割合成面１ａ全面がハーフミラー面とされていることがコスト的にも部材の光学調整を容易にするためにも好ましいが、被検体１７の被検面１７ａを余裕を持ってカバーし得る光束を測定光５ａＣとして送出するに足る範囲のみをハーフミラー面とすることも可能である。また、所定位置に光束通過用の開口を設けると共に光学部材固定用の座を設けた金属円盤上に２つのハーフミラーをその表面が略同一平面となるように配設したものであっても良い。
【００３５】
この光束分割合成手段１は図１および２に示されるように、光源部１０から遠い側の面（以下、この面を裏面と称する）が光束分割合成面１ａとされハーフミラー面となっている。前述したように、コリメータレンズ１５からの平行光束のうち、光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に入射した光束は時計回り分割部位２のハーフミラー作用により反射されて測定光束５ａＣとして平面反射ミラー１８経由で被検体１７の被検面１７ａに斜入射し、反射されて測定光５ｂＣとなり前記光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻り、そのハーフミラー作用により反射されてコリメータレンズ１５方向に逆送せしめられている。また、コリメータレンズ１５からの平行光束のうち、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に入射した光束は、そのハーフミラー作用により透過して参照光束４ａＣＣとして補償板１２経由で参照板１６の参照面１６ａに入射し、反射されて参照光４ｂＣＣとなり補償板１２を経由して光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻り、そのハーフミラー作用により透過して測定光５ｂＣと合成される。
【００３６】
ここで、前述した被検体１７の被検面１７ａを余裕を持ってカバーし得る光束を測定光５ａＣとして送出するに足る範囲のみをハーフミラー面とすることについて、図３に基づき説明する。ハーフミラー面が形成される時計回り分割部位２および反時計回り分割部位３は、図３に示されるとおり、その長軸が互いに平行な楕円形状の範囲とされることが好ましい。すなわち時計回り分割部位２は被検面１７ａに照射される測定光５ａＣをその余の光と分割する部位であり、この測定光５ａＣは被検面１７ａに対し斜入射されるので、被検面１７ａ上に照射される光束が円形状となるためには、被検面１７ａに斜入射されて拡大される方向に短軸を取り、長軸は被検面１７ａでの光束サイズとして必要とされた長さの楕円形状の光束が時計回り分割部位２から被検面１７ａに照射されればよいことになる。
【００３７】
しかし、光学部材の配設位置公差の拡大あるいは光学部材の製作公差の拡大のためには、それら公差の拡大に伴って被検面１７ａに入射する測定光５ａＣが設計上の入射位置から平行移動する分を十分にカバーできる程度に測定光５ａＣの光束を大きくする、すなわち、時計回り分割部位２のハーフミラー面を余裕を持ったサイズのものとすることが望ましい。また、反時計回り分割部位３のハーフミラー面は測定光５ｂＣと参照光４ｂＣＣとを合成する部位であり、時計回り分割部位２と同様の理由から時計回り分割部位２と同形状とされていることが好ましい。
【００３８】
なお、以上の説明において時計回り分割部位２はハーフミラー面として説明してきたが、図１においてより好ましくは、この時計回り分割部位２には全反射面が形成されていることが望ましい。すなわち、この全反射面における反射光が測定光５ａＣとされて被検面１７ａに照射され、測定光５ｂＣとしてハーフミラー面が形成された反時計回り分割部位３において参照光４ｂＣＣと合成されるように構成されていることが望ましい。
【００３９】
時計回り分割部位２がハーフミラー面とされている場合には、この面を透過する平行光線束４ａＣは不要な光となってしまうので、この面が全反射面とされている方が効率よく光量を利用することができる。また、ＣＣＤ受光面１１においてコントラストの良い干渉縞像は、参照光４ｂと測定光５ｂの光量がバランスよく合成された場合に生じるので、被検面１７ａの反射率によっては測定光５ｂの光量が測定光５ａに比べかなり減少することを考慮し、予め参照光４ａの光量よりも測定光５ａが多くなるように構成することは効果的である。
【００４０】
なお、同様に参照光４および測定光５の光量を調節する手段として、いずれか一方または両方の光路中に光量調節用のフィルタを配置するように構成してもよい。図１にその例として、点線で光量調節用フィルタ１４ａ、１４ｂを示す。
【００４１】
また、本実施形態の斜入射干渉計において、被検面１７ａに斜入射される測定光５ａＣが、被検面１７ａに対しＳ偏光の光束とされているように構成することで、被検面１７ａにおける反射光量を増加させ、それに伴い被検体１７の裏面に到達する光量を抑え、その結果として被検体１７の裏面からのノイズをさらに低減し、コントラストの良好な干渉縞像を得、測定精度を向上させることが可能となる。前述したように本実施形態は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、参照光４と測定光５とがコリメータレンズ１５を出射して以降光束分割合成手段１で合成されるまでの、参照光４および測定光５の光路長が互いに略等しくなるように構成されているので、被検体１７の裏面からの反射光は干渉を生じにくい。しかしこの裏面からの反射光は、ＣＣＤ受光面１１上で干渉縞ノイズを生じることはないとしても、参照光４と測定光５による合成光とともにＣＣＤ受光面１１に入射することになるので、干渉縞像のコントラストを悪化させる虞がある。
【００４２】
本実施形態のように被検面１７ａへの入射角の大きい斜入射干渉計においては、Ｓ偏光はかなり反射されやすく被検面１７ａでの透過率は低いので、被検面１７ａを透過して裏面へ向かう光および裏面から反射されて被検面１７ａを透過してＣＣＤ受光面１１へ向かう光は少なく、その結果、裏面からの反射光が干渉縞像に与える影響は低減される。
【００４３】
このように、被検面１７ａに斜入射される測定光５ａを被検面１７ａに対しＳ偏光の光束とする方法としては、例えば横モードが単一で縦モードがマルチモードの直線偏光レーザのような光源を用い所定の偏光方向を有する光束が光源部１０から射出されるように構成することや、横モードが単一で縦モードがマルチモードの円偏光レーザや発光ダイオードなどを用いるとともに光源部１０から被検面１７ａに至る光路中に所定の偏光成分のみを透過する偏光板を配置することが可能である。図１にその例として、点線で偏光板１３を示す。
【００４４】
また、本実施形態の斜入射干渉計において、干渉縞生成に関わる測定光５は図１に示す測定光５ａＣのように、まず平面反射ミラー１８において反射され、その後被検面１７ａにおいて反射されて、光束分割合成手段１に向かうように構成されてなることが好ましい。すなわち、凹凸面を有する被検面１７ａの形状によっては反射された測定光５ｂＣが広がりを持つため、被検面１７ａが後段の光束分割合成手段１と近い位置に配置される方が合理的な構成となる。
【００４５】
さらに、本実施形態において、この平面反射ミラー１８が、図１に示すように被検面１７ａに対し垂直に配されているので、測定光５ｂＣは光束分割合成手段１の時計回り分割部位２からの測定光５ａＣに平行となって反時計回り分割部位３に入射する。したがって、このように配置されていれば、装置の測定感度を変化させるために測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させた場合にも測定精度を良好に維持することが容易となる。
【００４６】
測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させる方法としては、例えば、図１に示すように、Ｂ方向に光束分割合成手段１の角度を可変とする方法がある。
この場合、補償板１２は光束分割合成手段１と平行性を維持するように一体として回転させることが好ましい。このように測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させると、この変化に応じて被検面１７ａや平面反射ミラー１８の位置を移動させる必要が生じる場合がある。このような場合に平面反射ミラー１８を、Ｃ方向として示されるように上下方向（ミラー面方向）あるいは左右方向（ミラー面に対して垂直方向）にスライドさせ得るようにしておけば、この平面反射ミラー１８を大径のものとすることなく、測定光５ａを光束分割合成手段１方向に反射させることが可能となる。また、被検体１７を、Ｄ方向として示されるように上下方向（被検面に対して垂直方向）あるいは左右方向（被検面方向）にスライドさせ得るようにして、測定光５ａを光束分割合成手段１方向に反射させることも可能である。
【００４７】
また、光束分割合成手段１の配置角度は、光束分割合成面１ａが被検面１７ａに対し平行に近づくほど被検面１７ａへの入射角が大きくなるので、斜入射により被検面１７ａ上では所定方向の光束径が拡大される。したがって、光束分割合成面１ａ上の時計回り分割部位２および反時計回り分割部位３に関しては、ハーフミラー加工あるいは全反射ミラー加工される部分は楕円形状の短軸方向（図３参照）がより短くてよいので、加工の必要な面積は縮小される。また、この場合時計回り分割部位２と反時計回り分割部位３が光束分割合成面１ａの中心に近づくため光束分割合成手段１を一層小型化できる。
【００４８】
被検面１７ａへの入射角を変化させる方法としては、これ以外にも、被検体１７と平面反射ミラー１８を除いて光源部１０から参照面１６までの各構成要素を一体として回動させる方法や、被検体１７、平面反射ミラー１８、光束分割合成手段１および補償板１２を除く光源部１０から参照面１６までの各構成要素を一体として回動させる方法等が可能である。
【００４９】
なお、測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させる場合にも、参照光４と測定光５とがコリメータレンズ１５を出射して以降、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３においてに合成されるまでの、両光の光路長は互いに略等しくなるように構成される必要があるので、必要に応じ参照板１６が、あるいはその他の部材も移動可能であるように構成されていてもよい。
【００５０】
以上説明したように平面反射ミラー１８が被検面１７ａに対し垂直に配されている場合には、装置の測定感度を変化させるために測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させることも容易であり、部材の調整も容易となる利点がある。
【００５１】
また、本実施形態の装置には、参照光４の光路中に光束分割合成手段１と同材質で同じ厚みの補償板１２が配置され、コリメータレンズ１５を出射して以降、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に至る参照光４と測定光５がともに同回数（図１においては３回）この材質中を透過するように構成されている。これにより干渉縞像は色滲みが低減されコントラストの劣化を防止することができ、測定精度が向上されるものであるが、本実施形態において実用上はこのような補償板１２は必須ではなく、また、必ずしも参照光４の光路中にのみ配置されるものでもない。
【００５２】
また、本実施形態の装置において、補償板１２および参照板１６は参照光４ａＣＣの光路にのみ配設される大きさとされている。これらの部材の大きさは特に規定されるものではなく、例えば参照光４ａＣも補償板１２を透過し参照板１６により反射され得るような大きさとされていてもよい。しかしながら、たとえこのようにして参照光４ａＣが参照板１６により反射され、測定光５ｂＣＣと光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２において合成されたとしても、これによりＣＣＤ受光面１１上に形成された干渉縞は参照光４ｂＣＣと測定光５ｂＣにより形成された干渉縞と互いに鏡像関係となるに過ぎず、本実施形態の装置により得られる情報以上のものが得られるわけではない。したがって、むしろ本実施形態のように各部材を小さくし、省スペース化および低コスト化を図ることが好ましい。
【００５３】
また、本実施形態の斜入射干渉計装置において、干渉縞を測定する際にコンピュータを用いたフリンジスキャニング法（位相シフト法）等を実施して位相解析処理するように構成してもよい。例えば参照板１６を、ピエゾアクチュエータ４１を用いて光軸方向に微小量移動させることにより、各々の測定における参照光と測定光の光路長差を変化させ位相走査を行うことができる。
【００５４】
また、ピエゾアクチュエータ４１を用いて参照板１６の位置および傾き制御を行うように構成することも可能である。すなわち、測定される干渉縞が撮像カメラのＣＣＤ受光面１１上に結像され、画像入力基板を介してＣＰＵおよび画像処理用のメモリを搭載したコンピュータに入力され、入力された干渉縞画像データに対して種々の演算処理が施されてピエゾアクチュエータ４１の過不足変位量が求められ、この過不足変位量が補充されるようにピエゾ駆動部から、ピエゾアクチュエータ４１に対し駆動信号を送出させるように指示され、これによりピエゾアクチュエータ４１に保持された参照板１６が所定の微小量だけ移動するように構成されることができる。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明の各実施例について説明する。各実施例において同様の部材には同一の符号を付している。
【００５６】
＜実施例１＞
図１に示すように、本実施例に係る斜入射干渉計装置は、平行平面板よりなる光束分割合成手段１を備えた装置であり、この光束分割合成手段１の裏面が光束分割合成面１ａとなっており、光束分割合成面１ａは時計回り分割部位２と反時計回り分割部位３で構成されている。また、図２はこの光束分割合成手段１を図１に示されたＡ方向より見た図である。
【００５７】
すなわち、コリメータレンズ１５で平行光線束とされた光源部１０からの光は、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａに形成されたハーフミラー面において、参照光４ａおよび測定光５ａに分割される。参照光４ａとして光束分割合成面１ａを透過した光束のうち光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３を透過した光は、参照光４ａＣＣとして補償板１２を経由して参照面１６ａに照射され、この参照面１６ａにより光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に向けて参照光４ｂＣＣとして反射される。他方、測定光５ａとして光束分割合成面１ａで反射された光束のうち光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２で反射された光は、測定光５ａＣとして平面反射ミラー１８により全反射されたのち被検面１７ａに斜入射される。そして、この被検面１７ａにより測定光５ｂＣとして光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に向けて反射される。
【００５８】
参照光４ｂＣＣと被検面情報を担持した測定光５ｂＣとは、光束分割合成手段１の反時計回り分割部位３に導かれ、この面において合成される。本実施例においてハーフミラーで構成される光束分割合成面１ａは光束分割合成手段１の裏面とされ、その反時計回り分割部位３において、この面を透過する参照光４ｂＣＣとこの面で反射される測定光５ｂＣが合成される。この斜入射干渉計装置は、参照光４と測定光５とがコリメータレンズ１５を出射して以降、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３においてに合成されるまでの、両光の光路長が互いに略等しくなるように構成されているので、この合成光は光干渉を生じる。この干渉縞情報を担持した合成光はコリメータレンズ１５と図示しない結像レンズによりＣＣＤ受光面１１に到達し、コリメータレンズ１５と図示しない結像レンズでＣＣＤ受光面１１上に結像された被検面１７ａの像上に重畳する。
【００５９】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【００６０】
なお、本実施例および以下に示す各実施例において、所定位置に光量調整用フィルタ１４ａ、１４ｂ、偏光板１３を配置してもよく、また、光束分割合成手段１の角度を方向Ｂに示すように回動させたり、平面反射ミラー１８を方向Ｃに示すようにスライドさせたり、被検体１７を方向Ｄに示すようにスライドさせたりしてもよい。なお、以下に示す実施例２〜４においては、図の煩雑を避けるためこれらの図示は省略されている。
【００６１】
＜実施例２＞
図４は、本発明に係る斜入射干渉計装置の実施例１と異なる態様の主要部を示す図である。この装置の光束分割合成手段１は実施例１と同様に、裏面が光束分割合成面１ａとなっているが、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３が全反射面で時計回り分割部位２がハーフミラー面で構成されている。本実施例の装置は、反時計回り分割部位３が全反射面であることと測定光５が反時計回りに被検面１７ａ、平面反射ミラー１８を経由して光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻ることが実施例１の態様と異なるところである。
【００６２】
すなわち、この装置の実施例１との相違点は、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａに入射し、反時計回り分割部位３の全反射面で反射された測定光５ａＣＣは被検面１７ａに斜入射し、被検面情報を担持した測定光５ｂＣＣとして平面反射ミラー１８を経由して光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻り、一方、光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２を透過した参照光４ａＣは参照面１６ａで反射され参照光４ｂＣとなって時計回り分割部位２に戻り測定光５ｂＣＣと合成される点にある。また、測定光５ａＣＣの光量を増加させるために光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３を全反射面としていることも異なる点である。なお、本実施例の光束分割合成手段１においても、実施例１と同様に所定位置のみ全反射面とハーフミラー面が形成された構成、あるいは所定位置に光束通過用の開口を設けると共に光学部材固定用の座を設けた金属円盤上に全反射鏡とハーフミラーをその表面が略同一平面となるように配設した構成とされていても良い。
【００６３】
なお、本実施例においても実施例１と同様に、光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２において合成された被検面情報を担持した測定光５ｂＣＣと参照光４ｂＣは光干渉を生じ、この干渉縞情報を担持した合成光はコリメータレンズ１５と図示しない結像レンズによりＣＣＤ受光面１１に到達し、コリメータレンズ１５と図示しない結像レンズでＣＣＤ受光面上に結像された被検面１７ａの像上に重畳する。
【００６４】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【００６５】
＜実施例３＞
図５は、本発明に係る斜入射干渉計装置の上記実施例と異なる態様の主要部を示す図である。この装置の光束分割合成手段１は、平行光束が入射する側の所定範囲の面上に測定光５を送出するための反射面を設け、裏面に被検面情報を担持した測定光５と参照光４を合成するハーフミラー面を設けた構成とされている。
すなわち、上記実施例の装置において光束分割合成手段１は、参照光４と測定光５の分割および両光の合成を行う光束分割合成面１ａを備えているが、本実施例３の装置の光束分割合成手段１においては、参照光４と測定光５の分割および両光の合成が互いに異なる面において行われる。
【００６６】
図示しないコリメータレンズにより出射された平行光束は、光束分割合成手段１の表面上に反射面として形成された時計回り分割部位２で反射され、平面反射ミラー１８および被検面１７ａを経由した測定光５ｂＣとして光束分割合成手段１に戻り、裏面にハーフミラー面として形成された反時計回り分割部位３に到達し図示しないコリメータレンズ方向に反射される。一方、コリメータレンズから出射された平行光束のうち光束分割合成手段１の表面の透明部位を通過して裏面の反時計回り分割部位３に到達した光束は、そこを透過して参照面１６ａに入射し反射されて参照光４ｂＣＣとして再び反時計回り分割部位３に戻り、そこを透過して測定光５ｂＣと合成される。この合成された光束と被検面１７ａの撮影に関しては前記いずれの実施例とも共通である。
【００６７】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【００６８】
また、本実施例においては、図５に示すとおり、平行光束として光束分割合成手段１に入射してから反時計回り分割部位３で合成されるまでの参照光４と測定光５はともに１回ずつ光束分割合成手段１を通過する。従って本実施例においてはいずれの光路中にも補償板を配置する必要がなく、部材数を低減することが可能となる。
【００６９】
なお、本実施例中の光学配置は図５に拘るものではなく、光束分割合成手段１をその中心軸で１８０度回転させて、図５で時計回り分割部位２となっている部位が反時計回り分割部位３となり、図５で反時計回り分割部位３となっている部位を時計回り分割部位２となるように構成することも可能である。
【００７０】
なお、本実施例に係る光束分割合成手段１は、その表面の半分を反射面とし残余の領域に対応する裏面にハーフミラー面を形成しているがこの形態に拘るものではない。例えば、表面の半分を反射面とし裏面全面をハーフミラー面としても良いし、図３の如く表面と裏面の必要領域だけに反射面とハーフミラー面を形成しても良い。
【００７１】
＜実施例４＞
図６は、本発明に係る斜入射干渉計装置の上記実施例と異なる態様の主要部を示す図である。本実施例においては、上記実施例のいずれもが光束分割合成手段１を透過した光束を参照光４となし、反射された光束を測定光５としているのに対して、反射された光束を参照光４、透過した光束を測定光５とする構成とされている。
【００７２】
すなわち、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａに設けられた時計回り分割部位２は図示しない光源の波長に対する反射防止コートが施された素通し面、また、反時計回り分割部位３はハーフミラー面とされている。図示しないコリメータレンズから出射された平行光束の一部は、光束分割合成手段１の時計回り分割部位２を透過して平面反射ミラー１８を経由して被検面１７ａに入射する。被検面１７ａで反射された光は測定光５ｂＣとして光束分割合成手段１の裏面から入射して反時計回り分割部位３に到達し、透過してコリメータレンズ方向に向かう。他方、コリメータレンズから出射された平行光束のうち光束分割合成手段１の反時計回り分割部位３に入射した光は、そのハーフミラー作用により反射されて補償板１２を経由して参照面１６ａに到達する。参照面１６ａで反射された光は再び補償板１２を透過し参照光４ｂＣＣとして反時計回り分割部位３に戻り、反射されて測定光５ｂＣと合成されてコリメータレンズ方向に向かう。この合成された光束と被検面１７ａの撮影に関しては前記いずれの実施例とも共通である。
【００７３】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
なお、本実施例中の光学配置は図６に拘るものではなく、光束分割合成手段１をその中心軸で１８０度回転させた態様も実施例３と同様に可能である。
【００７４】
なお、本実施例に係る光束分割合成手段１は、その表面の半分を反射防止コートを施した素通し面とし残余の領域にハーフミラー面を形成しているがこの形態に拘るものではない。例えば、前記反射防止面での光量損失のことを考えなければ反射防止コートを省いた素通し面とすることも可能である。
【００７５】
また、いずれの実施例についても共通な事項として、干渉縞の測定に必要な光束の反射あるいは合成には寄与しない面とされている場合であっても、光束分割合成手段において光束が入射する面に、光源の光波長に対する反射防止コートを施すことは、光量損失低減やＣＣＤ受光面上でのノイズ低減の観点から望ましい。
【００７６】
なお、本発明に係る斜入射干渉計装置としては上記実施例のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。例えば、各部材の位置は、測定光の被検面に対する所望の入射角や、アライメント調整の容易性、光束分割合成手段をはじめとする部材の加工コスト、装置全体の大きさや形状等の諸要素を勘案し適宜選択が可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の斜入射干渉計装置によれば、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射されて以降、合成されるまでの参照光と測定光の光路長を互いに略等しく構成することにより、従来と同程度の良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、平行平面ガラスのような被検体の、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る斜入射干渉計装置の構成を示す概略図
【図２】実施例１に係る図１の装置の光束分割合成手段の拡大図
【図３】実施例１に係る図１の装置の光束分割合成手段の別態様を示す拡大図
【図４】実施例２に係る斜入射干渉計装置の主要部を示す概略図
【図５】実施例３に係る斜入射干渉計装置の主要部を示す概略図
【図６】実施例４に係る斜入射干渉計装置の主要部を示す概略図
【図７】従来の斜入射干渉計装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
１ 光束分割合成手段
１ａ 光束分割合成面
２ 時計回り分割部位
３ 反時計回り分割部位
４、４ａ、４ｂ 参照光
４ａＣ、４ｂＣ 時計回り分割部位を経由した参照光
４ａＣＣ、４ｂＣＣ 反時計回り分割部位を経由した参照光
５、５ａ、５ｂ 測定光
５ａＣ、５ｂＣ 時計回り分割部位を経由した測定光
５ａＣＣ、５ｂＣＣ 反時計回り分割部位を経由した測定光
１０ 光源部
１１、３０ａ、３０ｂ ＣＣＤ受光面
１２ 補償板
１３ 偏光板
１４ａ、１４ｂ 光量調節用フィルタ
１５、２５ コリメータレンズ
１６、２６ 参照板
１６ａ、２６ａ 参照面
１７、２７ 被検体
１７ａ、２７ａ 被検面
１８、２４、２８ 平面反射ミラー
１９、２９ ハーフプリズム
２０ レーザ光源
２１ 可干渉光
２２ 発散レンズ
２３ ピンホール板
３１ａ、３１ｂ 平行光線束
３２ａ、３２ｂ 物体光
３３ａ、３３ｂ 参照光
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的大きい凹凸が形成されている面の表面形状測定にも適応し得る斜入射干渉計装置に関し、詳しくは参照光と測定光との光路を分割し、参照面で反射された参照光と被検面で反射された測定光とを合成することにより光干渉を行なわしめる斜入射干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可干渉光を被検面に対して斜めに入射し、測定感度を低下させることによってある程度凹凸の大きい被検面の表面形状測定を可能とした斜入射干渉計装置が知られている。このような斜入射干渉計装置としては種々のタイプのものが知られており、図７に示すものはその一例として、本出願人により特開平７−260419号公報に開示された装置である。
【０００３】
すなわち、この斜入射干渉計装置は、図７に示すように、レーザ光源２０から射出された可干渉光２１が発散レンズ２２およびピンホール板２３によって発散光線束とされ、この後、反射ミラー２４、ハーフプリズム２９によって方向を転換され、コリメータレンズ２５によって平行光線束とされ、この後、参照板２６の参照面２６ａに照射される構成とされている。この参照面２６ａは平面精度の高いハーフミラー面とされており、照射された平行光線束の一部を透過して平行光線束３１（３１ａ，３１ｂ）を生成するとともに、その余の平行光線束を反射して参照光３３（３３ａ，３３ｂ）を生成する。参照面２６ａを透過した平行光線束３１は被検体２７の被検面２７ａ上に照射され、この被検面２７ａにより反射されて、被検面情報を担持した物体光３２（３２ａ，３２ｂ）が生成される。
【０００４】
ここで被検面２７ａには、参照面２６ａを通過して直接入射する平行光線束３１ａと、平面反射ミラー２８を経由して入射する平行光線束３１ｂが照射されるが、両光線束３１ａ，３１ｂは共に作用が同様であるので、主として入射光線束３１ａとそれにより発生する測定光３２ａについて説明する。上記物体光３２ａは、被検面２７ａに対して垂直に配された平面反射ミラー２８により全反射されるため、参照面２６ａからの平行光線束３１に平行となって参照面２６ａに再入射する。この後、参照光３３ｂと物体光３２ａはハーフプリズム２９を通過し、その両者の光干渉により形成された干渉縞がＣＣＤ受光面３０ｂ上に結像される。
【０００５】
なお、参照光３３ａと物体光３２ｂは、ハーフプリズム２９を通過しその両者の光干渉により形成された干渉縞がＣＣＤ受光面３０ａ上に結像される。受光面３０ａと受光面３０ｂ上に形成された干渉縞は互いに鏡像関係となっており、これらの干渉縞像の一方の、ビデオ信号に変換された干渉縞像を、モニタ上に映出させることにより被検体２７の被検面２７ａの形状を測定するようになっている。
【０００６】
この斜入射干渉計装置はこのような構成により、良好な測定精度を有しつつ簡易かつコンパクトな構成の装置とされている。すなわち、被検面２７ａから反射した測定光３２が参照面２６ａを透過した可干渉光が参照面２６ａに戻るまでの間に、被検面２７ａ上に１回だけ照射されるようになっているので、参照面２６ａに戻った測定光３２とこの参照面２６ａで反射された参照光３３との間の光干渉により生じた干渉縞の解析が、上記可干渉光が被検面２７ａ上に２回照射される通常の測定方法に比べ容易で、また測定精度の低下を防止することができる。
【０００７】
さらに、この装置では上記反射ミラー２８によって参照面２６ａ方向に測定光３２を戻しており、この反射ミラー２８以外の光学部材は被検体２７ａよりも参照板２６側に配されることとなり、また、この反射ミラー２８は被検体２７に近接させることが可能であるから、バーチ型の斜入射干渉計装置と比べ被検面２７ａの面方向の装置の幅を小さくすることができ、装置のコンパクト化を図ることが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの装置では、被検体が薄板の平行平面ガラスのような場合には、被検面を透過し被検面と反対側の面（以下、この面を裏面と称する）で反射した光も参照光と合成され、被検面の干渉縞像のノイズとなってしまうことがあり問題となる。良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、さらに、このような裏面からのノイズを除去し得る斜入射干渉計が要望されている。
【０００９】
裏面からのノイズを除去し得る斜入射干渉計装置としては、例えば、特公平６−17787号公報に開示されたもののように、低可干渉性光源を用いる方法がある。この方法によれば、光源特性により干渉縞像は光路長が略等しい場合にのみ生じることになるため、参照光と被検面での反射光との光路長が略等しくなるよう構成する必要がある。この場合、薄板の平行平面ガラスの裏面からの反射光は参照光や被検面での反射光とは光路長が異なり互いに干渉し難いので、裏面からのノイズなく被検面形状を測定することができる。
【００１０】
しかし、上記特開平７−260419号公報に開示された装置はその構成上、測定光と参照光の光路長を略等しくするのは原理的に困難である。また、上記特公平６−17787号公報記載の斜入射干渉計装置は、２つのハーフミラーと２つの全反射ミラーを配することにより測定光と参照光の光路長が略等しくなるように構成された装置であるが、この装置はこれらのうち２つのハーフミラーと１つの全反射ミラーを被検面に対し垂直に位置させるものであり、コンパクトな構成とすることは困難である。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、被検体裏面からの反射光によるノイズを除去し得る斜入射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】
本発明の斜入射干渉計装置は、被検体の近傍に平面反射ミラーを配置し、光源からの出射光をコリメータレンズで平行光となし、この平行光よりなり前記被検体の被検面に対して斜め入射され、該被検面および該平面反射ミラーをこの順または逆の順に経由する測定光と、該平行光よりなり参照面で反射された参照光とを合成し互いに干渉させ、生成された干渉縞を干渉縞観察手段に形成させるように構成された斜入射干渉計装置において、
前記コリメータレンズから前記被検面または前記平面反射ミラーに至る光路中に、前記コリメータレンズからの平行光を二分し、一方を前記被検体および前記平面反射ミラーに入射する前記測定光となすと共に他方を前記参照面に入射する参照光となす、単独の部材よりなる光束分割合成手段を配設し、
前記光源として可干渉距離の短い低可干渉性の光源を用い、該参照光と該測定光の、両光が前記コリメータレンズから出射されて以降、前記光束分割合成手段における分割を経て該光束分割合成手段において合成されるまでの光路長差が、該参照光と該測定光とが互いに干渉を生じる範囲内に設定されているように構成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記分割面において分割された前記測定光が、前記平面反射ミラーおよび前記被検面においてこの順に反射され、前記合成面において前記参照光と合成されるように構成されてなることが好ましい。
【００１４】
また、前記光束分割合成手段には、所定位置に前記ハーフミラー面と全反射面とが形成され、この全反射面における反射光が前記測定光とされるように構成されてなることが好ましい。
【００１５】
また、前記光束分割合成手段には、所定位置にハーフミラー面と素通し面が形成され、この素通し面における透過光が前記測定光とされるように構成されてなることも好ましい。
【００１６】
さらに、前記被検面に斜入射される前記測定光が、Ｓ偏光の光束とされていることがより好ましい。
【００１７】
なお、上記「単独の部材」とは一平板状の部材のことを意味するものであり、例えば、複数の平板状の部材を面一とならないような位置関係で連結させて一部材とされているようなものを意味するものではない。また、上記「光束分割合成手段」とは、光束分割合成手段に入射した光束のうち所定位置に入射した光束が前記参照光とされ、その余の光束のうち他の所定位置に入射した光束が前記測定光とされ得るような面を保有するとともに、前記被検体および前記平面反射ミラーを経由した前記測定光光束が前記参照板から戻ってきた参照光と所定位置において合成され得るような面を保有する手段を意味するものである。なお、このようにして分割された参照光および測定光について、その両方またはいずれか一方の光がさらに分割され、それらの一部が参照光や測定光として合成されるように構成されていても構わない。
【００１８】
また、上記「可干渉距離の短い低可干渉性の光源」とは、例えばシングルモードレーザのような可干渉距離の長い可干渉性の光源でなく、一般に干渉計の基準板として用いられる程度の平行平面板の表裏面間隔よりも可干渉距離が短い特性を有する光源を意味するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、後述する実施例１に係る斜入射干渉計装置の図面を代表として参照しながら説明する。図１は実施例１に係る斜入射干渉計装置の構成を示す概略図である。
【００２０】
この装置は、光源からの可干渉距離の短い低可干渉性の光をコリメートしたのち参照光および測定光に分割し、測定光を被検面に斜入射させ、この被検面から反射された測定光および参照面から反射された参照光を合成し互いに干渉させ、生成された干渉縞を干渉縞観察用結像面上に形成させるように構成された斜入射干渉計装置である。
【００２１】
可干渉距離の短い低可干渉性の光源を備えた光源部１０から射出された発散光線束は、ハーフプリズム１９によって方向を転換され、コリメータレンズ１５によって平行光線束とされ、この後、光束分割合成手段１に入射される。この光束分割合成手段１は平板状の単独の部材よりなり、後述するようにコリメート光を参照光４ａ（４ａＣおよび４ａＣＣを４ａと総称する）および測定光５ａ（５ａＣおよび５ａＣＣを５ａと総称する）に分割するとともに、参照光４ｂ（４ｂＣまたは４ｂＣＣのうち干渉縞生成に関わる光束を４ｂと称する）と測定光５ｂ（５ｂＣまたは５ｂＣＣのうち干渉縞生成に関わる光束を５ｂと称する）とを合成する機能を有する。ここで参照光４ｂは、参照光４ａが参照面１６ａで反射されて戻ってきた光束であり、測定光５ｂは、測定光５ａが前記被検体および前記平面反射ミラーを経由して前記光源からの光軸に略一致した光軸で逆送してきた光束である。なお、この光束分割合成手段１は、図１に示されるような単独の部材からなるものばかりでなく、複数の平板状の部材を、参照光４ａと測定光５ａを分割する面および参照光４ｂと測定光５ｂを合成する面が各々面一となるように連結あるいは結合させて、一部材となしたものであっても良い。
【００２２】
図２は、図１に示された斜入射干渉計装置の光束分割合成手段１をＡ方向より見た図である。図１および図２に示されるとおり、光束分割合成手段１に入射された平行光線束は、ハーフミラー面が形成された光束分割合成面１ａにおいて分割されて、透過光が参照光４ａとされ反射光が測定光５ａとされる。
【００２３】
すなわち、光束分割合成手段１で反射された測定光５ａのうち光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２で反射された光束５ａＣは、平面反射ミラー１８で反射されて被検体１７の被検面１７ａに斜入射し反射されて被検面１７ａの情報を担持した測定光５ｂＣとなり、時計回りに光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻る。他方、光束分割合成手段１に入射された平行光線束光束のうち分割合成面１ａの反時計回り分割部位３で反射された光束５ａＣＣは、前記光束５ｂＣおよび５ａＣの光路を光束５ａＣＣおよび５ｂＣＣとして逆送して、反時計回りに光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻る。
【００２４】
また、光束分割合成面１ａを透過した参照光４ａのうち前記反時計回り分割部位３を透過した光束４ａＣＣは、補償板１２を介し、参照板１６の参照面１６ａに照射される。この参照面１６ａは平面精度の高い反射面とされており、照射された参照光４ａＣＣを参照光４ｂＣＣとして前記光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に向けて反射する。なお、前記時計回り分割部位２を透過した光束４ａＣについては、図示のとおり光路上に補償板１２および参照板１６が配されておらず、前記光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻ることはなく、干渉縞の生成に関与するものではないので、説明は省略する。
【００２５】
この結果、前記光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａにおいては、その反時計回り分割部位３においてのみ参照光４ｂＣＣと測定光５ｂＣが合成されることになる。なお、時計回り分割部位２に戻った測定光５ｂＣＣについては、参照光束が戻ってこないために参照光と合成されることがなく、干渉縞の生成に関与するものではないので、説明は省略する。
【００２６】
ここで、この斜入射干渉計装置は、参照光４ａＣＣ、４ｂＣＣ（以下、干渉縞生成に関与する参照光を参照光４と称する）と測定光５ａＣ、５ｂＣ（以下、干渉縞生成に関与する測定光を測定光５と称する）の、両光がコリメータレンズから出射されて以降、光束分割合成手段における分割を経て光束分割合成手段において合成されるまでの光路長差が、参照光４と測定光５とが互いに干渉を生じる範囲内に設定されている。また、この斜入射干渉計装置は光源として可干渉距離の短い低可干渉性の光源を用いているので、参照光４と測定光５の光路長差はごく小さく、両光の光路長は略等しいということができる。
【００２７】
すなわち、コリメータレンズ１５を出射直後の光束中に光軸と直交する仮想面を想定した場合、測定光５の光路長は、この仮想面から、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２で反射され、平面反射ミラー１８で反射されて被検体１７の被検面１７ａに斜入射し、反射されて光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻るまでとなる。他方、参照光４の光路長は、この仮想面から、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３を透過し、補償板１２を透過して参照板１６の参照面１６ａで反射され、再び補償板１２を透過して光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻るまでとなり、これらの光路長を略等しくなるように構成しているためこの合成光は光干渉を生じる。
【００２８】
本実施形態によれば、このように参照光４と測定光５の光路長を略等しくなるよう構成していることにより、光源部１０の光源が可干渉性の高い光源ではなく、例えば発光ダイオードの如き可干渉距離の短い低可干渉性の光源であっても、この合成光は光干渉を生じる。この干渉縞を持つ合成光はコリメータレンズ１５と図示しない結像レンズによりＣＣＤ受光面１１に到達し、コリメータレンズ１５と図示しない結像レンズでＣＣＤ受光面１１上に結像された被検面１７ａの像上に重畳する。このＣＣＤ受光面１１上に形成された干渉縞像をビデオ信号に変換し、モニタ（図示せず）上に映出させることにより、被検体１７の被検面１７ａの形状を測定するようになっている。
【００２９】
なお、参照板１６は極めて平面度の高い参照面１６ａを有しており、例えば石英ガラス板で形成されることができる。また、平面反射ミラー１８は平面度の高い石英ガラス面に反射膜を蒸着することにより構成されることができる。
【００３０】
以下、本実施形態の作用効果について説明する。まず、本実施形態によれば良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、被検体裏面からの反射光によるノイズを除去し得る斜入射干渉計装置を得ることができる。
【００３１】
すなわち本実施形態の斜入射干渉計装置によれば、干渉縞の形成に関与する測定光５は光束分割合成手段１から被検面１７ａを経由して再び光束分割合成手段１に戻るまでの間に被検面１７ａ上に１回だけ照射されるようになっているので上記従来例と同程度の良好な測定精度を得ることができる。また、本実施形態の斜入射干渉計装置においても、光束分割合成手段１から出て光束分割合成手段１に至る測定光５の光路中に平面反射ミラー１８が配置され光束分割合成手段１方向に測定光５を戻すように作用しており、この平面反射ミラー１８以外の光学部材は被検体１７よりも光束分割合成手段１側に配されることとなり、また、この平面反射ミラー１８は被検体１７に近接させることが可能であるから、装置のコンパクト性を維持している。
【００３２】
さらに、本実施形態の斜入射干渉計装置によれば、光源として低可干渉性光源を用いるとともに、平行光束がコリメータレンズ１５から出射したのち光束分割合成手段１を経て再度光束分割合成面１ａに戻るまでの、参照光４および測定光５の光路長が互いに略等しくなるように構成されている。これにより、平行平面ガラスのような被検体１７の場合にも、被検体裏面からの反射光は参照光４や測定光５とは光路長が異なり互いに干渉し難いので、裏面からのノイズなく被検面形状を測定することができる。なお、このような低可干渉性光源としては、例えば、発光ダイオードや横モードが単一で縦モードがマルチモードのレーザなどを用いることが好ましい。ただし、低可干渉性光源としてはこれ以外にも例えば自然光や蛍光灯などがあり、これらを光源とすることを妨げるものではない。
【００３３】
また、本実施形態の斜入射干渉計装置は、ハーフミラー面が形成された光束分割合成面１ａを備えた単独の部材よりなる光束分割合成手段１を備え、この光束分割合成手段１がコリメート光を参照光４ａおよび測定光５ａに分割し、かつ参照面１６ａで反射された参照光４ｂＣＣおよび被検面１７ａから反射された測定光５ｂＣを合成する機能を有している。この光束分割合成手段１は、上述した特公平６−17787号公報に開示された装置の２つのハーフミラーを、いわば一体化させたような機能を有するものである。しかしながら、この従来例においてこれらのハーフミラーを一平板状の部材として構成することは想定されておらず、また、これらのハーフミラーを被検面１７ａに対し垂直に位置させるこの従来例の構成において、これら２枚のハーフミラーを一平板状の部材により代替させることは不可能である。本実施形態によれば、このような単独の部材による光束分割合成手段１を備えることにより部材数が低減され、これに伴い装置のコンパクト化やコスト低減や、部材の光学調整が容易になるという利点がある。
【００３４】
この光束分割合成手段１についてさらに詳しく説明する。光束分割合成手段１は光束分割合成面１ａ全面がハーフミラー面とされていることがコスト的にも部材の光学調整を容易にするためにも好ましいが、被検体１７の被検面１７ａを余裕を持ってカバーし得る光束を測定光５ａＣとして送出するに足る範囲のみをハーフミラー面とすることも可能である。また、所定位置に光束通過用の開口を設けると共に光学部材固定用の座を設けた金属円盤上に２つのハーフミラーをその表面が略同一平面となるように配設したものであっても良い。
【００３５】
この光束分割合成手段１は図１および２に示されるように、光源部１０から遠い側の面（以下、この面を裏面と称する）が光束分割合成面１ａとされハーフミラー面となっている。前述したように、コリメータレンズ１５からの平行光束のうち、光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に入射した光束は時計回り分割部位２のハーフミラー作用により反射されて測定光束５ａＣとして平面反射ミラー１８経由で被検体１７の被検面１７ａに斜入射し、反射されて測定光５ｂＣとなり前記光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻り、そのハーフミラー作用により反射されてコリメータレンズ１５方向に逆送せしめられている。また、コリメータレンズ１５からの平行光束のうち、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に入射した光束は、そのハーフミラー作用により透過して参照光束４ａＣＣとして補償板１２経由で参照板１６の参照面１６ａに入射し、反射されて参照光４ｂＣＣとなり補償板１２を経由して光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に戻り、そのハーフミラー作用により透過して測定光５ｂＣと合成される。
【００３６】
ここで、前述した被検体１７の被検面１７ａを余裕を持ってカバーし得る光束を測定光５ａＣとして送出するに足る範囲のみをハーフミラー面とすることについて、図３に基づき説明する。ハーフミラー面が形成される時計回り分割部位２および反時計回り分割部位３は、図３に示されるとおり、その長軸が互いに平行な楕円形状の範囲とされることが好ましい。すなわち時計回り分割部位２は被検面１７ａに照射される測定光５ａＣをその余の光と分割する部位であり、この測定光５ａＣは被検面１７ａに対し斜入射されるので、被検面１７ａ上に照射される光束が円形状となるためには、被検面１７ａに斜入射されて拡大される方向に短軸を取り、長軸は被検面１７ａでの光束サイズとして必要とされた長さの楕円形状の光束が時計回り分割部位２から被検面１７ａに照射されればよいことになる。
【００３７】
しかし、光学部材の配設位置公差の拡大あるいは光学部材の製作公差の拡大のためには、それら公差の拡大に伴って被検面１７ａに入射する測定光５ａＣが設計上の入射位置から平行移動する分を十分にカバーできる程度に測定光５ａＣの光束を大きくする、すなわち、時計回り分割部位２のハーフミラー面を余裕を持ったサイズのものとすることが望ましい。また、反時計回り分割部位３のハーフミラー面は測定光５ｂＣと参照光４ｂＣＣとを合成する部位であり、時計回り分割部位２と同様の理由から時計回り分割部位２と同形状とされていることが好ましい。
【００３８】
なお、以上の説明において時計回り分割部位２はハーフミラー面として説明してきたが、図１においてより好ましくは、この時計回り分割部位２には全反射面が形成されていることが望ましい。すなわち、この全反射面における反射光が測定光５ａＣとされて被検面１７ａに照射され、測定光５ｂＣとしてハーフミラー面が形成された反時計回り分割部位３において参照光４ｂＣＣと合成されるように構成されていることが望ましい。
【００３９】
時計回り分割部位２がハーフミラー面とされている場合には、この面を透過する平行光線束４ａＣは不要な光となってしまうので、この面が全反射面とされている方が効率よく光量を利用することができる。また、ＣＣＤ受光面１１においてコントラストの良い干渉縞像は、参照光４ｂと測定光５ｂの光量がバランスよく合成された場合に生じるので、被検面１７ａの反射率によっては測定光５ｂの光量が測定光５ａに比べかなり減少することを考慮し、予め参照光４ａの光量よりも測定光５ａが多くなるように構成することは効果的である。
【００４０】
なお、同様に参照光４および測定光５の光量を調節する手段として、いずれか一方または両方の光路中に光量調節用のフィルタを配置するように構成してもよい。図１にその例として、点線で光量調節用フィルタ１４ａ、１４ｂを示す。
【００４１】
また、本実施形態の斜入射干渉計において、被検面１７ａに斜入射される測定光５ａＣが、被検面１７ａに対しＳ偏光の光束とされているように構成することで、被検面１７ａにおける反射光量を増加させ、それに伴い被検体１７の裏面に到達する光量を抑え、その結果として被検体１７の裏面からのノイズをさらに低減し、コントラストの良好な干渉縞像を得、測定精度を向上させることが可能となる。前述したように本実施形態は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、参照光４と測定光５とがコリメータレンズ１５を出射して以降光束分割合成手段１で合成されるまでの、参照光４および測定光５の光路長が互いに略等しくなるように構成されているので、被検体１７の裏面からの反射光は干渉を生じにくい。しかしこの裏面からの反射光は、ＣＣＤ受光面１１上で干渉縞ノイズを生じることはないとしても、参照光４と測定光５による合成光とともにＣＣＤ受光面１１に入射することになるので、干渉縞像のコントラストを悪化させる虞がある。
【００４２】
本実施形態のように被検面１７ａへの入射角の大きい斜入射干渉計においては、Ｓ偏光はかなり反射されやすく被検面１７ａでの透過率は低いので、被検面１７ａを透過して裏面へ向かう光および裏面から反射されて被検面１７ａを透過してＣＣＤ受光面１１へ向かう光は少なく、その結果、裏面からの反射光が干渉縞像に与える影響は低減される。
【００４３】
このように、被検面１７ａに斜入射される測定光５ａを被検面１７ａに対しＳ偏光の光束とする方法としては、例えば横モードが単一で縦モードがマルチモードの直線偏光レーザのような光源を用い所定の偏光方向を有する光束が光源部１０から射出されるように構成することや、横モードが単一で縦モードがマルチモードの円偏光レーザや発光ダイオードなどを用いるとともに光源部１０から被検面１７ａに至る光路中に所定の偏光成分のみを透過する偏光板を配置することが可能である。図１にその例として、点線で偏光板１３を示す。
【００４４】
また、本実施形態の斜入射干渉計において、干渉縞生成に関わる測定光５は図１に示す測定光５ａＣのように、まず平面反射ミラー１８において反射され、その後被検面１７ａにおいて反射されて、光束分割合成手段１に向かうように構成されてなることが好ましい。すなわち、凹凸面を有する被検面１７ａの形状によっては反射された測定光５ｂＣが広がりを持つため、被検面１７ａが後段の光束分割合成手段１と近い位置に配置される方が合理的な構成となる。
【００４５】
さらに、本実施形態において、この平面反射ミラー１８が、図１に示すように被検面１７ａに対し垂直に配されているので、測定光５ｂＣは光束分割合成手段１の時計回り分割部位２からの測定光５ａＣに平行となって反時計回り分割部位３に入射する。したがって、このように配置されていれば、装置の測定感度を変化させるために測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させた場合にも測定精度を良好に維持することが容易となる。
【００４６】
測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させる方法としては、例えば、図１に示すように、Ｂ方向に光束分割合成手段１の角度を可変とする方法がある。
この場合、補償板１２は光束分割合成手段１と平行性を維持するように一体として回転させることが好ましい。このように測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させると、この変化に応じて被検面１７ａや平面反射ミラー１８の位置を移動させる必要が生じる場合がある。このような場合に平面反射ミラー１８を、Ｃ方向として示されるように上下方向（ミラー面方向）あるいは左右方向（ミラー面に対して垂直方向）にスライドさせ得るようにしておけば、この平面反射ミラー１８を大径のものとすることなく、測定光５ａを光束分割合成手段１方向に反射させることが可能となる。また、被検体１７を、Ｄ方向として示されるように上下方向（被検面に対して垂直方向）あるいは左右方向（被検面方向）にスライドさせ得るようにして、測定光５ａを光束分割合成手段１方向に反射させることも可能である。
【００４７】
また、光束分割合成手段１の配置角度は、光束分割合成面１ａが被検面１７ａに対し平行に近づくほど被検面１７ａへの入射角が大きくなるので、斜入射により被検面１７ａ上では所定方向の光束径が拡大される。したがって、光束分割合成面１ａ上の時計回り分割部位２および反時計回り分割部位３に関しては、ハーフミラー加工あるいは全反射ミラー加工される部分は楕円形状の短軸方向（図３参照）がより短くてよいので、加工の必要な面積は縮小される。また、この場合時計回り分割部位２と反時計回り分割部位３が光束分割合成面１ａの中心に近づくため光束分割合成手段１を一層小型化できる。
【００４８】
被検面１７ａへの入射角を変化させる方法としては、これ以外にも、被検体１７と平面反射ミラー１８を除いて光源部１０から参照面１６までの各構成要素を一体として回動させる方法や、被検体１７、平面反射ミラー１８、光束分割合成手段１および補償板１２を除く光源部１０から参照面１６までの各構成要素を一体として回動させる方法等が可能である。
【００４９】
なお、測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させる場合にも、参照光４と測定光５とがコリメータレンズ１５を出射して以降、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３においてに合成されるまでの、両光の光路長は互いに略等しくなるように構成される必要があるので、必要に応じ参照板１６が、あるいはその他の部材も移動可能であるように構成されていてもよい。
【００５０】
以上説明したように平面反射ミラー１８が被検面１７ａに対し垂直に配されている場合には、装置の測定感度を変化させるために測定光５ａの被検面１７ａへの入射角を変化させることも容易であり、部材の調整も容易となる利点がある。
【００５１】
また、本実施形態の装置には、参照光４の光路中に光束分割合成手段１と同材質で同じ厚みの補償板１２が配置され、コリメータレンズ１５を出射して以降、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に至る参照光４と測定光５がともに同回数（図１においては３回）この材質中を透過するように構成されている。これにより干渉縞像は色滲みが低減されコントラストの劣化を防止することができ、測定精度が向上されるものであるが、本実施形態において実用上はこのような補償板１２は必須ではなく、また、必ずしも参照光４の光路中にのみ配置されるものでもない。
【００５２】
また、本実施形態の装置において、補償板１２および参照板１６は参照光４ａＣＣの光路にのみ配設される大きさとされている。これらの部材の大きさは特に規定されるものではなく、例えば参照光４ａＣも補償板１２を透過し参照板１６により反射され得るような大きさとされていてもよい。しかしながら、たとえこのようにして参照光４ａＣが参照板１６により反射され、測定光５ｂＣＣと光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２において合成されたとしても、これによりＣＣＤ受光面１１上に形成された干渉縞は参照光４ｂＣＣと測定光５ｂＣにより形成された干渉縞と互いに鏡像関係となるに過ぎず、本実施形態の装置により得られる情報以上のものが得られるわけではない。したがって、むしろ本実施形態のように各部材を小さくし、省スペース化および低コスト化を図ることが好ましい。
【００５３】
また、本実施形態の斜入射干渉計装置において、干渉縞を測定する際にコンピュータを用いたフリンジスキャニング法（位相シフト法）等を実施して位相解析処理するように構成してもよい。例えば参照板１６を、ピエゾアクチュエータ４１を用いて光軸方向に微小量移動させることにより、各々の測定における参照光と測定光の光路長差を変化させ位相走査を行うことができる。
【００５４】
また、ピエゾアクチュエータ４１を用いて参照板１６の位置および傾き制御を行うように構成することも可能である。すなわち、測定される干渉縞が撮像カメラのＣＣＤ受光面１１上に結像され、画像入力基板を介してＣＰＵおよび画像処理用のメモリを搭載したコンピュータに入力され、入力された干渉縞画像データに対して種々の演算処理が施されてピエゾアクチュエータ４１の過不足変位量が求められ、この過不足変位量が補充されるようにピエゾ駆動部から、ピエゾアクチュエータ４１に対し駆動信号を送出させるように指示され、これによりピエゾアクチュエータ４１に保持された参照板１６が所定の微小量だけ移動するように構成されることができる。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明の各実施例について説明する。各実施例において同様の部材には同一の符号を付している。
【００５６】
＜実施例１＞
図１に示すように、本実施例に係る斜入射干渉計装置は、平行平面板よりなる光束分割合成手段１を備えた装置であり、この光束分割合成手段１の裏面が光束分割合成面１ａとなっており、光束分割合成面１ａは時計回り分割部位２と反時計回り分割部位３で構成されている。また、図２はこの光束分割合成手段１を図１に示されたＡ方向より見た図である。
【００５７】
すなわち、コリメータレンズ１５で平行光線束とされた光源部１０からの光は、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａに形成されたハーフミラー面において、参照光４ａおよび測定光５ａに分割される。参照光４ａとして光束分割合成面１ａを透過した光束のうち光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３を透過した光は、参照光４ａＣＣとして補償板１２を経由して参照面１６ａに照射され、この参照面１６ａにより光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に向けて参照光４ｂＣＣとして反射される。他方、測定光５ａとして光束分割合成面１ａで反射された光束のうち光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２で反射された光は、測定光５ａＣとして平面反射ミラー１８により全反射されたのち被検面１７ａに斜入射される。そして、この被検面１７ａにより測定光５ｂＣとして光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３に向けて反射される。
【００５８】
参照光４ｂＣＣと被検面情報を担持した測定光５ｂＣとは、光束分割合成手段１の反時計回り分割部位３に導かれ、この面において合成される。本実施例においてハーフミラーで構成される光束分割合成面１ａは光束分割合成手段１の裏面とされ、その反時計回り分割部位３において、この面を透過する参照光４ｂＣＣとこの面で反射される測定光５ｂＣが合成される。この斜入射干渉計装置は、参照光４と測定光５とがコリメータレンズ１５を出射して以降、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３においてに合成されるまでの、両光の光路長が互いに略等しくなるように構成されているので、この合成光は光干渉を生じる。この干渉縞情報を担持した合成光はコリメータレンズ１５と図示しない結像レンズによりＣＣＤ受光面１１に到達し、コリメータレンズ１５と図示しない結像レンズでＣＣＤ受光面１１上に結像された被検面１７ａの像上に重畳する。
【００５９】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【００６０】
なお、本実施例および以下に示す各実施例において、所定位置に光量調整用フィルタ１４ａ、１４ｂ、偏光板１３を配置してもよく、また、光束分割合成手段１の角度を方向Ｂに示すように回動させたり、平面反射ミラー１８を方向Ｃに示すようにスライドさせたり、被検体１７を方向Ｄに示すようにスライドさせたりしてもよい。なお、以下に示す実施例２〜４においては、図の煩雑を避けるためこれらの図示は省略されている。
【００６１】
＜実施例２＞
図４は、本発明に係る斜入射干渉計装置の実施例１と異なる態様の主要部を示す図である。この装置の光束分割合成手段１は実施例１と同様に、裏面が光束分割合成面１ａとなっているが、光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３が全反射面で時計回り分割部位２がハーフミラー面で構成されている。本実施例の装置は、反時計回り分割部位３が全反射面であることと測定光５が反時計回りに被検面１７ａ、平面反射ミラー１８を経由して光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻ることが実施例１の態様と異なるところである。
【００６２】
すなわち、この装置の実施例１との相違点は、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａに入射し、反時計回り分割部位３の全反射面で反射された測定光５ａＣＣは被検面１７ａに斜入射し、被検面情報を担持した測定光５ｂＣＣとして平面反射ミラー１８を経由して光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２に戻り、一方、光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２を透過した参照光４ａＣは参照面１６ａで反射され参照光４ｂＣとなって時計回り分割部位２に戻り測定光５ｂＣＣと合成される点にある。また、測定光５ａＣＣの光量を増加させるために光束分割合成面１ａの反時計回り分割部位３を全反射面としていることも異なる点である。なお、本実施例の光束分割合成手段１においても、実施例１と同様に所定位置のみ全反射面とハーフミラー面が形成された構成、あるいは所定位置に光束通過用の開口を設けると共に光学部材固定用の座を設けた金属円盤上に全反射鏡とハーフミラーをその表面が略同一平面となるように配設した構成とされていても良い。
【００６３】
なお、本実施例においても実施例１と同様に、光束分割合成面１ａの時計回り分割部位２において合成された被検面情報を担持した測定光５ｂＣＣと参照光４ｂＣは光干渉を生じ、この干渉縞情報を担持した合成光はコリメータレンズ１５と図示しない結像レンズによりＣＣＤ受光面１１に到達し、コリメータレンズ１５と図示しない結像レンズでＣＣＤ受光面上に結像された被検面１７ａの像上に重畳する。
【００６４】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【００６５】
＜実施例３＞
図５は、本発明に係る斜入射干渉計装置の上記実施例と異なる態様の主要部を示す図である。この装置の光束分割合成手段１は、平行光束が入射する側の所定範囲の面上に測定光５を送出するための反射面を設け、裏面に被検面情報を担持した測定光５と参照光４を合成するハーフミラー面を設けた構成とされている。
すなわち、上記実施例の装置において光束分割合成手段１は、参照光４と測定光５の分割および両光の合成を行う光束分割合成面１ａを備えているが、本実施例３の装置の光束分割合成手段１においては、参照光４と測定光５の分割および両光の合成が互いに異なる面において行われる。
【００６６】
図示しないコリメータレンズにより出射された平行光束は、光束分割合成手段１の表面上に反射面として形成された時計回り分割部位２で反射され、平面反射ミラー１８および被検面１７ａを経由した測定光５ｂＣとして光束分割合成手段１に戻り、裏面にハーフミラー面として形成された反時計回り分割部位３に到達し図示しないコリメータレンズ方向に反射される。一方、コリメータレンズから出射された平行光束のうち光束分割合成手段１の表面の透明部位を通過して裏面の反時計回り分割部位３に到達した光束は、そこを透過して参照面１６ａに入射し反射されて参照光４ｂＣＣとして再び反時計回り分割部位３に戻り、そこを透過して測定光５ｂＣと合成される。この合成された光束と被検面１７ａの撮影に関しては前記いずれの実施例とも共通である。
【００６７】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【００６８】
また、本実施例においては、図５に示すとおり、平行光束として光束分割合成手段１に入射してから反時計回り分割部位３で合成されるまでの参照光４と測定光５はともに１回ずつ光束分割合成手段１を通過する。従って本実施例においてはいずれの光路中にも補償板を配置する必要がなく、部材数を低減することが可能となる。
【００６９】
なお、本実施例中の光学配置は図５に拘るものではなく、光束分割合成手段１をその中心軸で１８０度回転させて、図５で時計回り分割部位２となっている部位が反時計回り分割部位３となり、図５で反時計回り分割部位３となっている部位を時計回り分割部位２となるように構成することも可能である。
【００７０】
なお、本実施例に係る光束分割合成手段１は、その表面の半分を反射面とし残余の領域に対応する裏面にハーフミラー面を形成しているがこの形態に拘るものではない。例えば、表面の半分を反射面とし裏面全面をハーフミラー面としても良いし、図３の如く表面と裏面の必要領域だけに反射面とハーフミラー面を形成しても良い。
【００７１】
＜実施例４＞
図６は、本発明に係る斜入射干渉計装置の上記実施例と異なる態様の主要部を示す図である。本実施例においては、上記実施例のいずれもが光束分割合成手段１を透過した光束を参照光４となし、反射された光束を測定光５としているのに対して、反射された光束を参照光４、透過した光束を測定光５とする構成とされている。
【００７２】
すなわち、光束分割合成手段１の光束分割合成面１ａに設けられた時計回り分割部位２は図示しない光源の波長に対する反射防止コートが施された素通し面、また、反時計回り分割部位３はハーフミラー面とされている。図示しないコリメータレンズから出射された平行光束の一部は、光束分割合成手段１の時計回り分割部位２を透過して平面反射ミラー１８を経由して被検面１７ａに入射する。被検面１７ａで反射された光は測定光５ｂＣとして光束分割合成手段１の裏面から入射して反時計回り分割部位３に到達し、透過してコリメータレンズ方向に向かう。他方、コリメータレンズから出射された平行光束のうち光束分割合成手段１の反時計回り分割部位３に入射した光は、そのハーフミラー作用により反射されて補償板１２を経由して参照面１６ａに到達する。参照面１６ａで反射された光は再び補償板１２を透過し参照光４ｂＣＣとして反時計回り分割部位３に戻り、反射されて測定光５ｂＣと合成されてコリメータレンズ方向に向かう。この合成された光束と被検面１７ａの撮影に関しては前記いずれの実施例とも共通である。
【００７３】
上述のとおり本実施例の斜入射干渉計装置は、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射以降合成されるまでの参照光と測定光の光路長が互いに略等しくなるよう構成されている。したがって、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
なお、本実施例中の光学配置は図６に拘るものではなく、光束分割合成手段１をその中心軸で１８０度回転させた態様も実施例３と同様に可能である。
【００７４】
なお、本実施例に係る光束分割合成手段１は、その表面の半分を反射防止コートを施した素通し面とし残余の領域にハーフミラー面を形成しているがこの形態に拘るものではない。例えば、前記反射防止面での光量損失のことを考えなければ反射防止コートを省いた素通し面とすることも可能である。
【００７５】
また、いずれの実施例についても共通な事項として、干渉縞の測定に必要な光束の反射あるいは合成には寄与しない面とされている場合であっても、光束分割合成手段において光束が入射する面に、光源の光波長に対する反射防止コートを施すことは、光量損失低減やＣＣＤ受光面上でのノイズ低減の観点から望ましい。
【００７６】
なお、本発明に係る斜入射干渉計装置としては上記実施例のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。例えば、各部材の位置は、測定光の被検面に対する所望の入射角や、アライメント調整の容易性、光束分割合成手段をはじめとする部材の加工コスト、装置全体の大きさや形状等の諸要素を勘案し適宜選択が可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の斜入射干渉計装置によれば、可干渉距離の短い低可干渉性光源を用い、コリメータレンズから出射されて以降、合成されるまでの参照光と測定光の光路長を互いに略等しく構成することにより、従来と同程度の良好な測定精度と装置のコンパクト性を維持しつつ、平行平面ガラスのような被検体の、被検体裏面からの反射光による干渉縞ノイズを発生させることなく干渉縞測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る斜入射干渉計装置の構成を示す概略図
【図２】実施例１に係る図１の装置の光束分割合成手段の拡大図
【図３】実施例１に係る図１の装置の光束分割合成手段の別態様を示す拡大図
【図４】実施例２に係る斜入射干渉計装置の主要部を示す概略図
【図５】実施例３に係る斜入射干渉計装置の主要部を示す概略図
【図６】実施例４に係る斜入射干渉計装置の主要部を示す概略図
【図７】従来の斜入射干渉計装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
１ 光束分割合成手段
１ａ 光束分割合成面
２ 時計回り分割部位
３ 反時計回り分割部位
４、４ａ、４ｂ 参照光
４ａＣ、４ｂＣ 時計回り分割部位を経由した参照光
４ａＣＣ、４ｂＣＣ 反時計回り分割部位を経由した参照光
５、５ａ、５ｂ 測定光
５ａＣ、５ｂＣ 時計回り分割部位を経由した測定光
５ａＣＣ、５ｂＣＣ 反時計回り分割部位を経由した測定光
１０ 光源部
１１、３０ａ、３０ｂ ＣＣＤ受光面
１２ 補償板
１３ 偏光板
１４ａ、１４ｂ 光量調節用フィルタ
１５、２５ コリメータレンズ
１６、２６ 参照板
１６ａ、２６ａ 参照面
１７、２７ 被検体
１７ａ、２７ａ 被検面
１８、２４、２８ 平面反射ミラー
１９、２９ ハーフプリズム
２０ レーザ光源
２１ 可干渉光
２２ 発散レンズ
２３ ピンホール板
３１ａ、３１ｂ 平行光線束
３２ａ、３２ｂ 物体光
３３ａ、３３ｂ 参照光
Claims (5)
- 被検体の近傍に平面反射ミラーを配置し、光源からの出射光をコリメータレンズで平行光となし、この平行光よりなり前記被検体の被検面に対して斜め入射され、該被検面および該平面反射ミラーをこの順または逆の順に経由する測定光と、該平行光よりなり参照面で反射された参照光とを合成し互いに干渉させ、生成された干渉縞を干渉縞観察手段に形成させるように構成された斜入射干渉計装置において、
前記コリメータレンズから前記被検面または前記平面反射ミラーに至る光路中に、前記コリメータレンズからの平行光を二分し、一方を前記被検体および前記平面反射ミラーに入射する前記測定光となすと共に他方を前記参照面に入射する参照光となす、単独の部材よりなる光束分割合成手段を配設し、
前記光源として可干渉距離の短い低可干渉性の光源を用い、該参照光と該測定光の、両光が前記コリメータレンズから出射されて以降、前記光束分割合成手段における分割を経て該光束分割合成手段において合成されるまでの光路長差が、該参照光と該測定光とが互いに干渉を生じる範囲内に設定されているように構成されたことを特徴とする斜入射干渉計装置。 - 前記光束分割合成手段において分割された前記測定光が、前記平面反射ミラーおよび前記被検面においてこの順に反射され、前記光束分割合成手段において前記参照光と合成されるように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の斜入射干渉計装置。
- 前記光束分割合成手段には、所定位置に前記ハーフミラー面と全反射面とが形成され、この全反射面における反射光が前記測定光とされるように構成されてなることを特徴とする請求項１または２項記載の斜入射干渉計装置。
- 前記光束分割合成手段には、所定位置にハーフミラー面と素通し面が形成され、この素通し面における透過光が前記測定光とされるように構成されてなることを特徴とする請求項１または２記載の斜入射干渉計装置。
- 前記被検面に斜入射される前記測定光が、Ｓ偏光の光束とされていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の斜入射干渉計装置。
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