JPH07117366B2

JPH07117366B2 - ホログラフィック干渉計

Info

Publication number: JPH07117366B2
Application number: JP18446085A
Authority: JP
Inventors: 隆横倉; 卓司佐藤; 隆志玄間
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1985-08-22
Filing date: 1985-08-22
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPS6244604A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はホログラム原器を用いてレンズやミラー等の光
学素子、特に非球面光学素子の面形状を精密に測定する
ためのホログラフィック干渉計に関する。

従来技術非球面光学素子の面形状を測定する方法として、基準と
なる非球面からの反射または透過光波面と参照光波面と
の干渉により作成されたホログラム原器、または基準非
球面の光学設計値から電子計算機でホログラムパターン
を計算し、電子ビーム描画法等で作成したいわゆる「計
算機ホログラム」をホログラム原器として利用し、被検
非球面光学素子からの反射または透過光の前記ホログラ
ム原器による回折光と参照光とを干渉させ、その干渉縞
の量や形状から被検非球面光学素子の基準非球面からの
誤差を精密に測定するホログラフィック干渉計が知られ
ている。

このホログラフィック干渉計の干渉計としての光学型式
は、トワイマン・グリーン型、マッハツェンダー型、及
びフィゾー型が知られている。トワイマン・グリーン型
は光源（レーザ）からの光をビームスプリッタで２光束
に分離し、一方の光束は参照光として利用し、他方の光
束は被検光学素子、ホログラム原器を経てホログラム原
器からの回折光と前記参照光を合成干渉させる構成とな
っている。一方、マッハツェンダー型は光源（レーザ）
からの光をビームスプリッターで２光束に分離し、一方
の光束はホログラム原器で回折させて参照光となし、他
方の光束は被検光学素子に照射し物体光となし、両者を
合成して干渉させる構成となっている。

またフィゾー型干渉計は、第22図に示す構成をもってい
る。すなわち、光源（レーザ）LSからの光はコリメータ
レンズＣで平行光束とされる。その後、結像レンズL₁と
発散レンズL₂との間に傾設されたハーフミラーからなる
ビームスプリッタBSで反射された光束は、その内の一部
が、発散レンズL₂で発散された後参照球面Ｒで反射さ
れ、入射光（l₁）と同一の光路を通ってビームスプリッ
タBS、ホログラム原器Ｈ、結像レンズL₁を介して０次の
参照光となって空間フィルターSFの開口を通過する。

一方、参照球面Ｒを透過し、被検光学素子（非球面凹面
鏡）Ｔで反射された光すなわち物体光は、逆進してビー
ムスプリッタBSを透過する。ビームスプリッタBSを透過
してホログラム原器で回折されない０次光は空間フィル
ターSFでカットされ、一方ホログラム原器で回折された
例えば一次の回折光は空間フィルターSFの開口を通過
し、上述の０次参照光と干渉スクリーンまたはフィルム
上で干渉縞を形成する。

本発明が解決しようとする問題点前述のトワイマン・グリーン型、及びマッハツェンダー
型はともに二光路型式であるため、光路構成用の光学素
子すなわちレンズやミラーが多数必要になり、構成が複
雑でコストアップとなるだけではなく、個々の光学素子
の製造誤差や光学配置誤差が観察される干渉縞に直接影
響し、測定精度を低下させるという問題があった。

第22図に基づいて説明したフィゾー型にはこの二光路型
式がもつ欠点はない。しかし、第22図のようにハーフミ
ラー型のビームスプリッタBSを平行光中に傾設した場
合、ホログラム原器Ｈの大きさがコリメータレンズＣと
略同じ口径を必要となる。しかし、電子ビーム描画装置
の大きさの制約からして、このような大きな計算機ホロ
グラムの制作は困難である。また、ハーフミラー型ビー
ムスプリッタBSの口径もコリメータレンズＣの1.5倍近
くにする必要が生じ、高精度に制作することが困難にな
る。

このとき、ハーフミラー型ビームスプリッタBSを収束光
中に配置するようにするように設計することにより、ハ
ーフミラー型ビームスプリッタBSの大きさを小さくする
ことも考えられる。しかし、この場合には別の新たな問
題が生ずる。

即ち、ハーフミラー型ビームスプリッタBSを収束光中に
配置する場合には、ハーフミラー型ビームスプリッタBS
は表面と裏面の反射による干渉を防止するため、表面と
裏面を若干傾斜させて配置させる必要がある。これによ
り、光軸に対する対称性がくずれてしまうので、図23の
ようなオフアクシス型のホログラムパターンを使用せざ
るを得ないことになる。よって、ホログラムパターンの
全象限について計算して描画データを得なければなら
ず、パターン計算が非常に繁雑となる問題が生ずるので
ある。さらに、オフアクシス型ホログラム原器はオンア
クシス型に比して空間周波数が高くなる。そのため、同
じ非球面度の被検物を計測する場合でもオンアクシス型
に比し高密度の描画が必要となり、アライメント精度も
厳しく要求される。このような理由から、オフアクシス
型ホログラム原器を用いた場合には、オンアクシス型ホ
ログラム原器を用いた場合に比べ、非球面度の小さな非
球面被検物しか測定できなくなってしまうことになる。

発明の目的本発明は上記従来の欠点に鑑みてなされたもので、その
目的は、ビームスプリッタやホログラム原器を小型化す
ることができ、かつ、ホログラム原器のホログラムパタ
ーンの演算、描画のためのデータ、時間を軽減すること
ができるホログラフィック干渉計を提供することにあ
る。

発明の要旨上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光源と、
該レーザ光源からの光束を集光させるための集光レンズ
と、集光させられたレーザ光束を通過させるためのピン
ホールと、該ピンホールに焦点を有するコリメータレン
ズと、前記ピンホールと該コリメータレンズとの間に傾
設されたビームスプリッタとからフィゾー型干渉計を形
成し、前記ビームスプリッタが、傾設された反射面を有しかつ
入射面及び射出面がそれぞれ入射光軸、射出光軸に略直
交するように配置されたプリズムであり、該プリズムの
射出光軸上でかつ前記ピンホールと光学的に略共役な位
置に配設された空間フィルタとの間に収束しているレー
ザ光束中にホログラム原器を配置したことを特徴とする
ホログラフィック干渉計、という構成を採用する。

発明の効果本発明によれば、干渉計中のビームスプリッタやホログ
ラム原器を小型化することができる。また、光軸に対す
る対称性を保つことができるため、オンアクシス型ホロ
グラム原器を使用することができ、これによりホログラ
ム原器のホログラムパターンの演算、描画のためのデー
タ、時間を大幅に軽減することができる。さらに、オフ
アクシス型ホログラム原器を使用する場合に比べてより
大きい非球面度の被検物の測定が可能になる。

実施例以下本発明に関するホログラフィック干渉計の実施例を
詳述する。

A.全体的光学構成第１図に本発明に関するホログラフィック干渉計の光学
構成の全体図を示す。光源であるレーザ101からの光
は、ミラー102a,102bにより光路を変換された後、集光
レンズ103により集光される。この集光点近傍にはピン
ホール104aを有するピンホールレチクル板104が配置さ
れている。このピンホール104aを通過した発散光はピン
ホール104aを２次光源とするごとく作用する。なお、ミ
ラー102aと102bの間には1/4波長板105が配設されてい
る。

コリメータレンズ106が、その焦点がピンホール104aに
位置するように配設されている。ピンホール104aを二次
光源としてピンホール104aから射出された光束は、コリ
メータレンズ106により平行光束とされる。コリメータ
レンズ106の後方には参照平面板107が配置されている。
この参照平面板107は前側平面107aが入射光軸（コリメ
ータ光軸）0₁に対し垂直になるように配置されている。
また、その後側平面107bは前側平面107aに対し微小角度
傾斜しており、前側平面107aでの反射光と後側平面107b
での反射光との互いの干渉光が測定に影響を与えないよ
うになっている。

被検物Ｔが例えば非球面凹面鏡のような凹面物体である
場合、参照平面板107の後方には、参照レンズ109が装置
鏡筒108に取付けられて配置される。参照平面板107を透
過した平行光束は集束光束となり、点Ｐで一度点収束し
た後、再び発散光となって被検物例えば非球面凹面鏡Ｔ
に入射する。

被検物Ｔから反射された物体光と、参照平面板107の前
側平面107aから反射された参照光とは、ピンホールレチ
クル板104とコリメータレンズ106との間にそのハーフミ
ラー面110aを入射光軸O₁に対し傾設したプリズム型ビー
ムスプリッタ110に入射する。物体光と参照光はともに
ハーフミラー面110aで反射され、後述するホログラム原
器ホルダー200に支持されたホログラム原器300に入射す
る。

レーザ101,ミラー102a,102b,1/4波長板105,ピンホール
レチクル104,ズームスプリッタ110,コリメータレンズ10
6,参照平面板107,参照レンズ109,被検物Ｔ及びホログラ
ム原器ホルダー200は１つの共通光学ベンチ100上に設置
される。

ホログラム原器300を透過した光は、結像レンズ111,ハ
ーフミラー112を介して空間フィルター113に結像され
る。この空間フィルター113は、参照光と物体光の内、
ホログラム原器300で回折された一方の光と、ホログラ
ム原器300で回折されなかった他方の光のみを選択的に
取り出すためのものである。より具体的に述べるなら
ば、第22図に示す従来のフィゾー型干渉計のように、こ
の空間フィルター113は、例えば参照平面板107からの参
照光でホログラム原器300により回折されなかった０次
参照光と、被検物Ｔからの物体光でホログラム原器300
で回折された一次物体光のみを選択的に取り出し、参照
光の回折光や物体光の０次及び２次以上の高次回折光は
カットするように作用する。

空間フィルター113で選択された物体光と参照光は、ズ
ームレンズ114,ハーフミラー115及び結像レンズ116を介
してTVカメラ117の撮像面117a上に参照光と物体光の干
渉パターンを形成する。TVカメラ117の撮影像はモニタ
ーテレビ118とパーソナルコンピュータで構成される干
渉パターン解析装置119へ送られる。なお、ハーフミラ
ー115を透過した参照光と物体光は、即時現像型カメラ1
20のフィルム120a上に撮像面117a上に形成されると同様
の干渉パターンを形成しこれをフィルム120aに記録させ
る。

結像レンズ111を通った光の一部は、ハーフミラー112を
透過し、十字線を光軸と一致させて配置されたレチクル
板121上に結像される。レチクル板121上の像は撮影レン
ズ122を介してTVカメラ123で撮像され、切換回路124を
介してモニター118に写し出される。これらレチクル板1
21,撮影レンズ122,TVカメラ123,モニター118は、被検物
Ｔを測定光路中にセットするためのアライメント光学系
125を形成する。

結像レンズ111,116,ハーフミラー112,115,空間フィルタ
ー113,ズームレンズ114,撮影レンズ122,TVカメラ117,12
3及びカメラ120は、光学ベンチ130上に載置される。こ
の光学ベンチ130は、後述するオフアクシス角調整のた
め、コリメータレンズ107と参照レンズ109の合成光学系
の射出瞳EPと共役な点LCを中心に公知のマイクロ送り機
構131の駆動により旋回するアーム131に固設されてい
る。なお、被検物が平面物体の場合は参照レンズ109は
不要であり、このときは旋回中心LCはコリメータレンズ
107の射出瞳中心と共役な位置にする。

以上述べたように、本ホログラフィック干渉計は、収束
光中にビームスプリッタを配置しかつそのビームスプリ
ッターをプリズム型で構成したことにより、ホログラム
原器を小型化し、その制作の容易化、低コスト化を図る
ことができるとともに、オンアクシス型ホログラム原器
のホログラムパターンを同心円パターンでかつ点対称と
することができる。このため、ホログラムパターン計算
及び描画データの演算は第１象限のみについて行えばよ
いことになるので（第４図参照）、演算時間、描画デー
タを従来のものに比して約1/4に低減することができ
る。これにより、大口径の被検物や非球面度の大きい非
球面被検物をも高精度に測定できるホログラフィック干
渉計が実現できた。

B.ホログラム原器第２図はホログラム原器の構成を示す平面図である。ホ
ログラム原器300は中央に計算機ホログラムよりなるホ
ログラムパターン部301を有する。従来の干渉計は参照
光と物体光の分離合成にミラー型のビームスプリッタを
利用していた。このミラー型ビームスプリッタの場合、
ミラー表面とミラー裏面（ハーフミラー面）が平行に形
成されているとそれぞれの面で反射した光が互いに干渉
して測定に悪影響を与えるため、従来のミラー型ビーム
スプリッタはミラー表面とミラー裏面を平行にせず微小
角傾斜させていた。このため光軸に対する対称性がくず
れるため、従来たとえオンアクシス型のホログラム原器
であっても、そのホログラムパターンは、全象限につい
て計算して描画データを得なければならなかった。しか
し、本ホログラフィック干渉計では、ビームスプリッタ
110は前述したようにプリズム型ビームスプリッタであ
るから、光軸に対する対称性が保存されており、オンア
クシス型ホログラム原器のホログラムパターンは同心円
パターンとなりかつ点対称となる。このため、そのパタ
ーン計算及び描画データの演算は、第４図に示すよう
に、（ｘ、ｙ）の第１象限についてのみ行い、他の（−
ｘ、ｙ）、（−ｘ、−ｙ）、（ｘ、−ｙ）の第２、第
３、第４象限については第１象限のデータを単純に座標
変換すればよく、演算経費、演算時間の短縮と、描画デ
ータの低減をすることができる。逆に、従来と同程度の
経費と時間をホログラムパターンの演算と描画データの
作成に費すならば、それらデータはより高精度なものと
なりうる。

ホログラムパターン部301の周囲には、ホログラムパタ
ーンを電子ビームのスキャンニングで描画する行程で同
時に描画された十字型の歪検査パターン302が形成され
ている。この歪検査パターンは予め作成されている基準
パターンと照合され、相互の位置ずれ量からホログラム
パターンの歪量を検査できるようになっている。

また、歪検査パターンの外側２か所には白黒比検査パタ
ーン303が形成されている。この白黒比検査パターン
は、例えば第３図に示すような黒部304と白部305を同面
積で交互に平面的に配列してなる市松模様のパターンが
利用される。この白黒比検査パターン303は、ホログラ
ムパターン301を電子ビーム描画する行程で同時に描画
されるため、この白黒比検査パターン303の白黒比をデ
ンシトメーターで測定すれば、ホログラムパターン自体
の白黒比を間接的に知ることができる。

ホログラム原器300の四隅には、このホログラム原器300
をホログラム原器ホルダー200に取付けるときの位置合
せ用の十字線型の位置合せマーク306が形成されてい
る。図中下側の二つの位置合せマークの下方にはＬ字型
の上下判別マーク307が形成されている。

C.ホログラム原器ホルダー第５図ないし第７図はホログラム原器ホルダー200を示
す図である。光学ベンチ100に載置された軸受201,202に
はシャフト203が射出光軸O₂（第１図参照）方向に平行
に摺動可能に支持されている。シャフト203にはビス20
4,204によりＺ軸方向（射出光軸O₂方向）移動ステージ2
05が固着されている。軸受201にはシリンダー206が取付
けられ、その中にバネ207が嵌挿されている。一方軸受2
02にはＺ軸送りネジ208が螺合されている。このＺ軸送
りネジ208は鋼球209を介してバネ207と協働してＺ軸方
向移動ステージ205を挟持し、その送りによりステージ2
05をＺ軸方向にそって前後させる。

Ｚ軸方向移動ステージ205のステージ面205aには鋼球210
を介してＸ−Ｙ方向移動ステージ211が載置されてい
る。このステージ211の裏面には、第６図に示すよう
に、ビス212が植設されており、Ｚ軸方向移動ステージ2
05に形成された開口213の後部に渡された棒214との間に
バネ215が掛けられている。このバネ215の引張力により
Ｘ−Ｙ方向移動ステージ211はＺ軸方向移動ステージ205
のステージ面205a方向に引き付けられ、移動面の安定が
図られる。

またＺ軸方向移動ステージ205には、第５図に示すよう
に、２つのＹ軸送りネジ216、217と１つのＸ軸送りネジ
218とが取付けられている。Ｘ−Ｙ方向移動ステージ211
の側面はベアリング219を介してガイド220を有してお
り、これらガイド220は鋼球221を介して送りネジ216,21
7,218により押圧されている。

Ｘ−Ｙ方向移動ステージ211は、さらにＸ軸送りネジ218
の取付位置と対向側部に切欠部222を有している。切欠
部222の側面とＺ軸方向移動ステージ205の起立片224と
の間には弾圧体223が挿着されている。

弾圧体223は、第６図に示すように、シリンダ225と、そ
のシリンダ内に挿入されたピストン226と、このピスト
ン226に常時押圧力を与えるためにシリンダ225内に嵌挿
されたバネ227とから構成されている。

同様に、ステージ211は切欠部228,229がＹ軸送りネジ21
6,217に対向して形成されており、ステージ205の起立片
230,231とこれら切欠部の側面との間に弾圧体232,233を
介在させている。弾圧体232,233の構成は前記弾圧体223
と同様である。

上述のホログラム原器ホルダーの構成において、送りネ
ジ216,217の同方向、同量の送りによって、ステージ211
は、第10B図に示すように、移動量Ｙをうる。また、送
りネジ218の送りによって、ステージ211は、第10A図に
示すように移動量Ｘを得る。さらに、送りネジ216,218
を固定し、送りネジ217のみを送ることによって、第10C
図に示すように、ステージ211は回転角θの回動がなさ
れる。

Ｘ−Ｙ方向移動ステージ211は、その中央に略矩形の開
口部235を有し、左上隅と右下隅に円形開口236,237が形
成されている。これら円形開口236,237はＺ軸方向移動
ステージ205に形成された開口238と対応している。開口
238には、ホロクラム原器300上の位置合せマーク304を
観察するための顕微鏡用対物レンズ240が挿着されてい
る。

またステージ211の開口部235の周辺には円形の溝241が
形成されており、この溝には図示なき真空ポンプのノズ
ル242がパイプ243を介して連結されている。さらにステ
ージ211の外側面にはガイド片244が固着されている。こ
れによりホログラム原器300はガイド片にそってステー
ジ211上に載置され真空ポンプで溝241内の空気を吸収す
ることによりステージ211上に大気圧で密着される。

シャフト203の先端及びステージ205に植設されたポール
245の先端にはアーム246,247が取付けられており、その
アーム246,247の先端には、発光ダイオード248と熱線吸
収フィルター249とがそれぞれ収納されており、ステー
ジ211上に載置されたホログラム原器の位置合せマーク3
04の照明に利用される。

第８図は、上述の構成をもつホログラム原器ホルダー20
0に取付けられたホログラム原器アライメント用光学系2
50を模式的に示す斜視図である。アライメント用光学系
250は、上述した発光ダイオード248,熱線吸収フィルタ
ー249,対物レンズ240,ミラー251及びビームスプリッタ2
52からなる第１光路253と、発光ダイオード248,熱線吸
収フィルター249,対物レンズ240,ミラー254及びビーム
スプリッタ252からなる第２光路255と、第１光路253と
第２光路255のビームスプリッタ252で合成された接眼光
路256とから構成されている。

この接眼光路256は図示しない公知の移動手段で光軸O₃
と垂直な平面（ｘ−ｙ平面）内で移動するレチクル板25
7,258と接眼レンズ259とを有し、レチクル板257,258に
は第９図に示すような円形指標260,261が形成されてい
る。

以上述べたように、本ホログラム原器ホルダーによれ
ば、従来のようにＸ方向移動ステージとＹ方向移動ステ
ージ及びθ回転用ステージの三重ステージ構造にするこ
となく、これらＸ、Ｙ、θに関する移動を１つのステー
ジにおいて行うことができる。またそのための構成も極
めて簡素で、かつ高精度の移動制御及び位置出しができ
る利点を有する。

D.オフアクシス量の測定装置干渉計による測定法には、通常オンアクシス型の測定法
とオフアクシス型の測定法がある。

オンアクシス型は被検物からの物体光と参照平面からの
参照光が同軸な測定型式を言い、測定に使用するホログ
ラム原器の空間周波数を低くできるため、非球面度の大
きな被検物も測定できるメリットを持つ。しかし反面、
ホログラム原器による０次から高次までの回折光が、そ
の焦点距離は異なるけれどもすべて光軸上に重畳され、
例えば一次回折光を取り出すためにその焦点位置に空間
フィルターを配置しても、そのフィルター内を０次や２
次以上の高次回折光の一部もこの空間フィルターを通過
する。そのため、光軸を含む中心部が測定不可能部とな
る欠点がある。

一方、オフアクシス型は、上記オンアクシス型のような
測定不可能部は生じないが、オンアクシス型に比してホ
ログラム原器の空間周波数が高くなるため、ホログラム
原器の製作とアライメント上の制約から、例えば非球面
度の小さな非球面被検物しか測定できない。

さらにオフアクシス角は、被検物の種類や非球面度の量
により異なるため、ホログラム原器を作成するときは予
め最適なオフアクシス角を決めて作成する。そこで、本
実施例のホログラフィック干渉計は、オンアクシス及び
オフアクシスの両型式の測定が可能でかつオフアクシス
角を可変にした干渉計として構成されている。

第11図は、オンアクシス測定とオフアクシス測定を模式
的に示す光学配置図である。オンアクシス測定の場合
は、参照平面板107はコリメーターレンズ106の入射光軸
O₁に垂直に配位される。物体光と参照光の干渉パターン
を観察するための観察光学系すなわち空間フィルター11
3,ズームレンズ114,結像レンズ116及び撮像管117は、入
射光軸O₁と垂直に交わる射出光軸O₂上に配列される。

物体光及び参照光のそれぞれのホログラム原器300によ
る回折光のうちの１次回折光の焦点位置には、空間フィ
ルター113が配置されており、物体光と参照光それぞれ
の１次回折光どうしの干渉縞を撮像管で受像しあるいは
写真撮影することになる。

他方、オフアクシス測定の場合は、破線で示すように、
参照平面107を角度α回転させる（この角度αをオフア
クシス角という）。観察光学系は旋回中心LCを中心に光
学ベンチ130とともに角度β旋回される。ここで旋回角
βは（ここでｆはコリメーターレンズの焦点距離）として定められる。

これにより、物体光のホログラム原器300による１次回
折光と参照光の０次回折光のみが空間フィルター113′
（オフアクシス時の空間フィルター113のこと）を通過
し、両方の干渉縞を観察、撮影できるように構成されて
いる。

オフアクシス角αは参照平面からの発射光（参照光）の
うちビームスプリッタ110のハーフミラー面110aを透過
し、ピンホールレチクル104上に出来る像Ｓの結像位置
から知ることができる。すなわち、結像位置と入射光軸
O₁とのずれ量は微小角のオフアクシス角αに比例する。

第12図はピンホールレチクル104の構造を示す平面図で
ある。レチクル104の一端にはピンホール104aが形成さ
れ、そこから他端側へ長手方向にそってスケール401が
形成されている。スケール401はオフアクシス角αに対
応するスポットＳの入射光軸O₁（ピンホール104aの中
心）からのずれ量に応じて目盛付けされ、それら目盛の
下方にオフアクシス角の目盛数字402が印字してある。

第13図は、オフアクシス角αをセットするときに利用す
るオフアクシス角調整用顕微鏡410の光学配置を示す図
である。顕微鏡410は対物レンズ411を有し、レチクル10
4上のスケール401及びオフアクシス角の目盛数字402か
らの光を平行光にし、ミラー412で反射したのち結像レ
ンズで絞り414上に結像する。接眼レンズ415を介してス
ケール像とオフアクシス角の目盛数字像とを観察する。

第14図はオンアクシス用調整顕微鏡420の光学配置を示
している。前述のオフアクシス角調整用顕微鏡410との
構成上の相異は、ミラー412がハーフミラー421に変更さ
れ、かつ対物レンズ411がなく、干渉計の集光レンズ103
が結像レンズ413と協働して結像作用をする点である。

ピンホールレチクル104のスケール401の走り方向を参照
平面板107の回転方向と平行にしたことにより、スポッ
トＳがスケール401から上下方向にずれて投影された場
合は、参照平面板107の面倒れや、入射光軸O₁回わりの
回転が発生していると判別できるから、これらのチェッ
クもできる。

E.干渉計の調整方法ａ）オンアクシス測定型式の場合のセットアップ（測定光学系のオンアクシス型配列）ａ−1: オンアクシス用調整顕微鏡420を第１図に２点
鎖線で示すように、コリメーターレンズ106の入射光軸O
₁上にセットする。

ａ−2: 顕微鏡420のハーフミラー421を透過し集光レン
ズ103でピンホール104a上に集光された光束の参照平面
板107による反射スポット像Ｓが再びピンホール104a上
に結像されたかどうかを接眼レンズ415で観察する。

スポットＳがピンホール104aと一致したときのみスポッ
ト光は接眼レンズ415で観察される。接眼レンズ415を通
してスポットＳが観察できるように参照平面板107を調
整する。スポットＳが観察されたとき参照平面板107は
入射光軸O₁と垂直になり、干渉計はオンアクシス型配列
となる。

（調整用レンズのセッティング）ａ−3: 切換スイッチ124を切り換えてアライメント光
学系125のTVカメラ123からの映像がモニターテレビ118
に写し出されるようにセットする。

モニターテレビ118には、参照平面板107からのピンホー
ル104aと共役なスポット像がレチクル板121の十字線の
交点と合致している状況が写し出される。

ａ−4: 干渉計の装置鏡筒108に参照レンズ109を有する
参照レンズホルダー109aをを図示せぬ公知の保持手段で
取付ける。

ａ−5: 調整用ミラー501を有するホルダー500の基準面
502が、参照レンズホルダー109aの基準面109b（第15A図
参照）に当接するように、ホルダー500を取付けネジ503
で参照レンズホルダー109aに取付ける。

ａ−6: 光学ベンチ100上にオートコリメーター510を載
置し、第15B図に示すように、その十字線ターゲット511
がレチクル512の丸指示512aと一致するよう、オートコ
リメーター510を調整用ミラー501に正対させる。その
後、このオートコリメーター510が動かないように光学
ベンチ100上に固定する。

ａ−7: 調整用ミラー501をホルダー500ごと参照レンズ
ホルダー109aから取りはずす。

ａ−8: 公知の図示なき５軸ホルダー（ｘ、ｙ、ｚ、φ
_Ａ、φ_Ｂの５軸；φ_Ａ、φ_Ｂは横方向及び縦方向の傾斜
方向を示す）に保持された調整用レンズ520を、参照レ
ンズ109とオートコリメーター510の間に配置する。この
とき、調整用レンズ520は、第15A図に示すように、調整
用レンズ520の球面波520aを発生するための球面521の曲
率中心Q₁が参照レンズ109の焦点Ｆと一致し、かつ調整
用レンズの平面522がオートコリメーターの光軸O₅と垂
直になるように配置される。

この調整用レンズ520のセッティングは、モニタテレビ1
18に写し出される参照平面板107からの参照光と、調整
用レンズ520の球面521からの物体光（球面光）との干渉
縞を一色状態にすることにより粗な位置出しを行い、続
いて、オートコリメーターの接眼視察像によりターゲッ
ト像511とレチクル像512aとを一致させることにより精
密位置出しを行う。

（整用ホログラム原器のセッティング）ａ−9: 調整用レンズ520の非球面波523aを発生するた
めの非球面523が前述のセッティング完了位置に位置す
るとき、この非球面523からの物体光と参照平面板107か
らの参照光とによる干渉で発生した干渉パターンから成
る調整用ホログラム原器、またはそのような干渉パター
ンを計算機で演算により求め、その演算結果に基づいて
電子ビーム描画法で作成した計算機ホログラムから成る
調整用ホログラム原器を、前述したホログラム原器ホル
ダー200のＸ−Ｙ方向移動用ステージ211上に真空吸着さ
せる。

ａ−10: 切換スイッチ124を切り換えて、干渉縞観察光
学系のTVカメラ117の映像がモニタテレビ118に映し出さ
れるようにする。

ａ−11: 送りネジ208,216,217及び218を調整して、調
整用レンズ520の非球面523からの物体光（非球面波）の
調整用ホログラム原器による例えば１次回折光と、参照
平面板107からの参照光の例えば０次回折光との空間フ
ィルター113における干渉縞が一色状態になるようにす
る。これにより調整用ホログラム原器がＸ、Ｙ、Ｚ及び
θ方向に関して調整されて位置出しが完了した。

（測定用ホログラム原器のセッティング）ａ−12: 図示しないレチクル移動ノブを調整して、上
記ステップ（ａ−11）で位置出しされた調整用ホログラ
ム原器の位置合せマーク306に、第９図に示す接眼レン
ズ259の観察視野例のように、レチクル板257,258の円形
指標260,261を合致させる。

ａ−13: 念のため、オートコリメーター510を覗いてタ
ーゲット像511とレチクル指標512aとの合致しているか
否か、すなわち調整用レンズ520が位置出しされた状態
を正しく保っているか否かを再確認する。

正しく位置出しされていればステップ（ａ−９）から
（ａ−12）のセッティングは正しく行なわれたと判定
し、この後はオートコリメーター510と調整用レンズ520
は不要なので取りはずす。

ａ−14: 調整用ホログラム原器をステージ211から取り
はずし、その代りに測定用ホログラム原器300をステー
ジ211上に載置し、真空吸着する。

ａ−15: ホログラム原器ホルダーの接眼レンズ259を覗
きながら、前記ステップ（ａ−12）で位置出しされたレ
チクル257、258の円形指標260,261とステップ（ａ−1
4）で載置された測定用ホログラム原器300の位置合せマ
ーク306とが合致するように送りネジ216,217,218を調整
し、ステージ211ごとホログラム原器を移動させ位置出
しする。

（被検物のセッティング）ａ−16: 被検物Ｔを公知の６軸ホルダー（ｘ、ｙ、
ｚ、φ_Ａ、φ_Ｂ、θの６軸：θは光軸回わりの回転）に
セットする。

ａ−17: 切換スイッチ124を切り換えてアライメント光
学系125のテレビカメラ123からの映像がモニタテレビ11
8に写し出されるようにする。モニタテレビ118の画面上
のレチクル板121の十字線像に被検面からの一次回折ス
ポット光（通常０次回折光より明るい）が合致されかつ
最小のスポットとなるように、被検物Ｔを保持するホル
ダーを調整する。

ａ−18: 次に、切換スイッチ124を切り換え、干渉縞観
察光学系のテレビカメラ117の映像モニタテレビ118に送
るようにする。これによりモニタテレビ118に干渉縞を
映し出し、ホルダーを微調整して干渉縞の方向及びピッ
チが計測に適するようにする。

ｂ）オフアクシス測定型式の場合のセットアップオンアクシス測定型式の場合は、上述のオクアクシス測
定の場合に、さらに参照平面板107の傾斜調整作業が追
加されるだけである。この参照平面板107の傾斜作業
は、前述のオンアクシスのセットアップステップのステ
ップ（ａ−15）とステップ（ａ−16）の間、すなわち測
定用ホログラム原器のセッティング完了後に行われる。
この参照平面板の傾斜作業は以下のステップで実行され
る。

ｂ−1: オフアクシス調整用顕微鏡410を、第１図に２
点鎖線で示すようにピンホールレチクル104のスケール4
01の前方で所望のオフアクシス角の目盛数字に対応した
位置付近に配置する。次に、接眼レンズ415を覗きなが
ら所望のオフアクシス角の目盛線、例えば2.5゜の目盛
線が視野中央にくるように顕微鏡の位置出しをする。

ｂ−2: 参照平面板107を傾けて、それによる反射スポ
ットＳが所望の目盛線（例えば2.5゜の目盛線）の交点
と一致するようにする。参照平面板107の傾斜調整が終
了したら顕微鏡410を取りはずす。

ｂ−3: 切換スイッチ124を切り換え、アライメント光
学系125のテレビカメラ123の映像がモニタテレビ118に
映し出されるようにする。そしてこのモニタテレビ118
上に映し出されたレチクル121の十字線の交点上に参照
平面板107からの反射スポット像が合致するように、マ
イクロ機構130を操作して光学ベンチ130を旋回中心LDを
中心に回転させる。

実施例の変形（１）参照平面板107の代りに、参照レンズ109の最後
面を利用してもよい。この場合、オフアクシス測定を実
行するには、この参照レンズを傾斜させるか又は偏心さ
せるかすればよい。

（２）オフアクシス角のチェックのためのピンホール
レチクル104のスケール401の代りに、第16図に示すよう
に、ラインセンサー601を利用し、スポットＳを直接受
光し、その受光素子位置からオフアクシス角を検出して
オフアクシス角を調整するようにしてもよい。

（３）ホログラム原器300のセッティングのための位
置合せマーク360及びアライメント光学系250の変形例は
多数考えられるが、そのいくつかを以下に簡単に述べ
る。

（３−１）第17図に示す例は、位置合せマーク306の対
物レンズ240による像を直接エリアセンサー602で受像
し、その位置を素子番地情報として記憶し、測定用ホロ
グラム原器の位置合せマークが同一素子番地に位置する
ように調整する。

（３−２）第18図に示す例は、ホログラム原器300の位
置合せマークとして中抜き円形マーク606を利用し、ア
ライメント光学系250のレチクル板257,258に、この円形
マーク606とネガーポジの関係にある黒丸マーク607を配
し、その後に受光素子608を配置する構成としている。
これによりホログラム原器300の円形マーク606とレチク
ル257,258の黒丸マーク607を合致させ、受光素子608か
らの出力がゼロとなるように調整用ホログラム原器をセ
ッティング後、レチクル257,258を移動させる。その後
の測定用ホログラム原器のセッティングは、同様に受光
素子608からの出力がゼロになるように測定用ホログラ
ム原器を調整する。

（３−３）第19A図は、ホログラム原器300の位置合せマ
ーク306の代りに、細かい第１の同心円マーク609を設
け、またこの第１の同心円マーク609と同一形状の第２
の同心円マーク610を、例えばＺ軸方向移動ステージ205
に対物レンズ240の前方でＸ−Ｙ方向移動ステージ211の
極近傍に、対物レンズ240の光軸と垂直な平面内で移動
可能に設置した構成を示す。この第２同心円マーク610
を有する基準板608は、両マーク609、610により生ずる
モアレ縞611（第19B図参照）が消失するように移動させ
られる。このときの基準板608の調整位置を基準とし
て、測定用ホログラム原器の第１の同心円マークと基準
板の第２の同心円マークとのモアレ縞が現われないよう
に測定用ホログラム原器を位置出しする。

（３−４）第20図に示す例は、ホログラム原器300の位
置合せマークの代りに、それをフレネルレンズ620で構
成する。すなわち、光源からの光を４分割ディテクタ62
1で受光し、各分割素子面からの出力が等しくなる、す
なわちディテクタ621の中心とフレネルレンズ620の光軸
とが一致するように、ディテクタ621を移動させ、その
移動位置を基準位置として、測定用ホログラム原器のセ
ッティングをする。

なお、フレネルレンズ620に非点収差をもたせておくと
ディテクタ621の各分割素子面からの出力差によりＺ軸
すなわち光軸方向のホログラム原器のずれも調整でき
る。

（４）調整用ホログラム原器のセッティングにおい
て、球面521と非球面523とを有する調整用レンズ520を
利用する代りに、第21A図、第21B図に示すように、球面
521のみを有する調整用レンズ650を利用する。

すなわち、まず、前述のステップ（ａ−３）からステッ
プ（ａ−８）を実行して、球面521の曲率中心Q₁と参照
レンズ109の焦点Ｆとを一致させ、かつ平面522がコリメ
ーター光軸O₅と垂直になるように調整用レンズ650をセ
ッティングする。次に、この調整レンズ650を第21B図に
示すように予め定めた距離Ｄだけ後退（または前進）さ
せる。これにより球面522からの反射波面は完全な球面
波でなく、収差を有する、換言すれば非球面波となって
射出される。調整用ホログラム原器を、この非球面波と
参照平面板からの参照光とによる干渉パターンとして作
成しておけば、第21B図のように調整用レンズ650を移動
させた後、前述のステップ（ａ−９）ないしステップ
（ａ−11）をその調整用ホログラム原器を使用して実行
することにより、その調整用ホログラム原器を正しくセ
ッティングでき、ひいてはステップ（ａ−12）ないしス
テップ（ａ−15）により測定用ホログラム原器を正しく
セッティングすることができる。

（５）第２図及び第４図に基づいて詳述したホログラ
ム原器300のホログラムパターン301は振幅型のホログラ
ムパターンであるが、本発明はこれに限定されるもので
なく位相型のホログラムパターンを利用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るホログラフィック干渉計の全体を
示す光学配置図、第２図はホログラム原器の構成を示す
平面図、第３図はホログラム原器に施されている白黒比
検査パターンの構成を示す図、第４図はホログラムパタ
ーンの一例をその第１象現について示した図、第５図は
ホログラム原器ホルダーを示す正面図、第６図は第５図
のVI−VI視断面図、第７図は第５図のVII−VII視断面
図、第８図はホログラム原器ホルダーのアライメント光
学系を示す斜視光学配置図、第９図はホログラム原器ホ
ルダーのアライメント光学系の接眼視野の一例を示す
図、第10A図ないし第10C図はホログラム原器ホルダーの
作用を示す模式図、第11図はオンアクシス測定とオフア
クシス測定の光学配置関係を示す部分図、第12図はピン
ホールレチクルの一例を示す図、第13図はオフアクシス
調整用顕微鏡の構成を示す光学配置図、第14図はオンア
クシス調整用顕微鏡の構成を示す光学配置図、第15A図
は本発明のホログラフィク干渉計のセッティング調整を
説明するために参照レンズ，調整用ミラー，調整用レン
ズ及びオートコリメーターの四者の配置関係を示す図、
第15B図はオートコリメーターの接眼観察視野の一例を
示す図、第16図はピンホールレチクルの変形例を示す光
学配置図、第17図ないし第20図はそれぞれホログラム原
器の位置合せマーク及びアライメント光学系の変形例を
示す図、第21A図及び第21B図は調整用ホログラム原器の
他のセッティング方法を示す図、第22図は従来のフィゾ
ー型干渉計の光学配置図第23図は、オフアクシス型のホ
ログラムパターンを示す図である。 101……レーザー 104……ピンホールレチクル 106……コリメーターレンズ 107……参照平面板 109……参照レンズＴ……被検物 110……ビームスプリッタ 113……空間フィルター 117,123……テレビカメラ 200……ホログラム原器ホルダー 205……Ｚ軸方向移動ステージ 211……Ｘ−Ｙ方向移動ステージ 208,216,217,218……送りネジ 223,232,233……弾性体 215……スプリング 240……対物レンズ 300……ホログラム原器 301……ホログラムパターン 302……歪検査パターン 306……位置合せマーク 303……白黒比検査パターン 410……オフアクシス調整用顕微鏡 420……オンアクシス調整用顕微鏡 501……調整用ミラー 520,650……調整用レンズ 510……オートコリメーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者玄間隆志東京都板橋区蓮沼町75番１号東京光学機械株式会社内 (56)参考文献「光技術応用システム」（精機学会編) 昭和58年３月25日発行Ｐ．138 「光応用計測の基礎」（計測自動学会編）昭和58年７月25日発行Ｐ．161〜163

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、該レーザ光源からの光束を
集光させるための集光レンズと、集光させられたレーザ
光束を通過させるためのピンホールと、該ピンホールに
焦点を有するコリメータレンズと、前記ピンホールと該
コリメータレンズとの間に傾設されたビームスプリッタ
とからフィゾー型干渉計を形成し、前記ビームスプリッタが、傾設された反射面を有しかつ
入射面及び射出面がそれぞれ入射光軸、射出光軸に略直
交するように配置されたプリズムであり、該プリズムの
射出光軸上でかつ前記ピンホールと光学的に略共役な位
置に配設された空間フィルタとの間に収束しているレー
ザ光束中にホログラム原器を配置したことを特徴とする
ホログラフィック干渉計。