JPH1038544A - 干渉計システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検面の面形状測定を行う際の空気の擾乱に
基づく測定精度の低下を抑制することができる干渉計シ
ステムを提供する。 【解決手段】 干渉計から射出されてフィゾー面１Ａを
透過した透過光を正反射する位置に被検面２Ａを設置し
たときに、透過光が被検面２Ａで正反射された後、フィ
ゾー面１Ａを透過して干渉計本体に戻る光および干渉計
本体から射出されてフィゾー面１Ａで反射された反射光
を干渉させることにより被検面２Ａの面形状を測定する
干渉計システムにおいて、透過光の光束が絞られる部分
および透過光が被検面２Ａにおいて反射されてフィゾー
面１Ａに戻る光の光束が絞られる部分４について他の部
分よりも送風量を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検面の面形状測
定を行う干渉計システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】干渉計を用いて被検面の形状を評価する
方法が知られている。干渉状態は、可干渉性（時間的お
よび空間的コヒーレンシー）を満足する２つの光束の波
面（位相の等しい面）の位相差情報を表すものであり、
この２つの光束のうちの１つを基準参照面からの反射
光、他方を被検面からの反射光とし、両者を干渉させる
ことにより、被検面の基準面に対する面形状のずれがＯ
ｐｔｉｃａｌ ＰａｔｈＤｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＯＰＤ）
に基づく干渉縞として観察される。したがって、基準面
を理想的な形状に形成しておけば被検面の面形状の誤差
が干渉縞を介して測定できる。

【０００３】代表的な干渉計としてはトワイマングリー
ン型干渉計とフィゾー型干渉計とが知られており、トワ
イマングリーン型干渉計を用いた平面の面形状測定で
は、図４（ａ）に示す光学配置を採る。この場合には、
基準参照面１０１と被検面１０２のビームスプリッタ１
０３までの距離を完全に等しくすることができるので、
白色光のような可干渉距離の短い光源も使用可能とな
る。なお、図４（ａ）では、１／４λ波長板や偏光板の
図示は省略している。

【０００４】光源にレザー光を使用した場合には、フィ
ゾー型干渉計を用いて平面の面形状測定が可能であり、
図４（ｂ）に示すような光学配置を採る。この場合に
は、被検光束と参照光束の距離を完全に等しくすること
は不可能である反面、基準参照面であるフィゾー面１０
４と被検面１０５との間隔をトワイマン型干渉計よりも
短くできるため、フィゾー面１０４と被検面１０５との
間で生ずる温度変動等に起因した空気の屈折率（ｎ）の
揺らぎに強いという特徴がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
フィゾー型干渉計を使用しても、例えば図４（ｃ）のよ
うに凹面の被検面１０６の測定をしたい場合等、フィゾ
ーレンズ１０７のフィゾー面１０８と被検面１０６との
間隔を大きくとる必要がある場合には、平面について測
定する場合と異なり、フィゾー面１０８と被検面１０６
との間隔を自由に変えることができないため、やはり空
気の擾乱に起因する測定誤差が避けられないという問題
があった。

【０００６】本発明の目的は、被検面の面形状測定を行
う際の空気の擾乱に基づく測定精度の低下を抑制するこ
とができる干渉計システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】実施の形態を示す図１〜
図３に対応づけて説明すると、 （１）請求項１に記載の発明は、干渉計本体と、干渉計
本体から射出される光を反射光および透過光に分割する
基準参照面１Ａ，１１Ａとを備え、干渉計から射出され
て基準参照面１Ａ，１１Ａを透過した透過光を正反射す
る位置に被検面２Ａ，１２Ａを設置したときに、透過光
が被検面２Ａ，１２Ａで正反射された後、基準参照面１
Ａ，１１Ａを透過して干渉計本体に戻る光および干渉計
本体から射出されて基準参照面１Ａ，１１Ａで反射され
干渉計本体に戻る反射光を干渉させることにより被検面
２Ａ，１２Ａの面形状を測定する干渉計システムに適用
される。そして、基準参照面１Ａ，１１Ａおよび被検面
２Ａ，１２Ａの間の空間に送風する送風装置３，１３を
備え、送風装置３，１３による送風の風量を、基準参照
面１Ａ，１１Ａに近接した部分について他の部分よりも
小さくすることにより上述の目的が達成される。 （２）請求項２に記載の発明は、干渉計本体と、干渉計
本体から射出される光を反射光および透過光に分割する
基準参照面１Ａ，１１Ａとを備え、干渉計から射出され
て基準参照面１Ａ，１１Ａを透過した透過光を正反射す
る位置に被検面２Ａ，１２Ａを設置したときに、透過光
が被検面２Ａ，１２Ａで正反射された後、基準参照面１
Ａ，１１Ａを透過して干渉計本体に戻る光および干渉計
本体から射出されて基準参照面１Ａ，１１Ａで反射され
干渉計本体に戻る反射光を干渉させることにより被検面
２Ａ，１２Ａの面形状を測定する干渉計システムに適用
される。そして、基準参照面１Ａ，１１Ａおよび被検面
２Ａ，１２Ａの間の空間に送風する送風装置３，１３を
備え、送風装置３，１３による送風の風量を、被検面２
Ａ，１２Ａに近接した部分について他の部分よりも小さ
くすることにより上述の目的が達成される。 （３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記
載の干渉計システムにおいて、送風装置３による送風の
風量に、透過光の光束の断面積あるいは透過光が被検面
２Ａにおいて反射されて基準参照面１Ａに戻る光の光束
の断面積に対して負の相関をもたせるものである。

【０００８】請求項１に記載の発明では、基準参照面１
Ａ，１１Ａに近接した部分の風量が小さくされているの
で、基準参照面１Ａ，１１Ａの振動が抑制される。請求
項２に記載の発明では、被検面２Ａ，１２Ａに近接した
部分の風量が小さくされているので、被検面２Ａ，１２
Ａの振動が抑制される。請求項３に記載の発明では、送
風の風量を大きくした部分における光束の断面積が小さ
いので、空気のゆらぎの影響が小さく抑えられる。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】

−第１の実施の形態− 以下、図１および図２を用いて、本発明による干渉計シ
ステムの第１の実施の形態について説明する。

【００１１】図１において、１はフィゾーレンズ、１Ａ
はフィゾーレンズ１に形成されたフィゾー面（基準参照
面）、２は被検物、２Ａは被検物２に形成された被検
面、３は送風装置である。図１において、フィゾーレン
ズ１の左方に設けられた不図示の干渉計から射出された
光がフィゾー面１Ａに到達すると、その光はフィゾー面
１Ａで反射される参照光と、フィゾー面１Ａを透過する
被検光とに分離される。このうち、フィゾー面１Ａで反
射された参照光は、往路を逆向きに辿って干渉計内に入
射する。

【００１２】一方、フィゾー面１Ａを透過した被検光は
集光されて焦点４を通過し、さらに焦点４から広がった
光が被検面２Ａに入射する。被検面２Ａへの入射光は被
検面２Ａに対して垂直となるように調整されているの
で、被検面２Ａで反射された被検光は往路と同一の光路
を逆向きに辿ってフィゾー面１Ａに到達し、さらにフィ
ゾー面１Ａを透過して干渉計内に入射する。

【００１３】干渉計内では、フィゾー面１Ａで反射され
干渉計に入射される上述の参照光と被検面２Ａで反射さ
れ干渉計に入射される被検光との干渉により干渉縞が形
成される。干渉縞はフィゾー面１Ａで分離される参照光
および被検光の光路長差に基づくものであるため、干渉
縞の観察を介して被検面２Ａとフィゾー面１Ａとの間の
形状のずれを計測することができる。したがって、フィ
ゾー面１Ａとして理想的な形状のものを用意すれば、被
検面２Ａの形状の理想的な形状からのずれとして、被検
面２Ａの面形状を測定することができる。なお、このよ
うなフィゾー型干渉計を使用した面形状測定は従来より
知られた技術であるため、その詳細説明は省略する。

【００１４】上述の送風装置３は環境の擾乱による測定
精度の低下を防止するためのものであり、フィゾー面１
Ａと被検面２Ａとを結ぶ測定光軸５に対して直角方向か
ら送風を行う。例えば測定光束５Ａ内の空気の温度変動
により光束５Ａ内の温度が不均一となると、空気の屈折
率の変動を介して測定精度が低下することとなる。した
がって、高精度の測定を行うためには光束５Ａ内の環境
を極力均一に維持する必要があるが、送風装置３により
光束５Ａ内に調温された空気の送風を行うことによっ
て、温度の異なる空気が光束５Ａ内へ流入しにくくなる
ようにすることができる。

【００１５】図２は特定点における環境の擾乱に起因す
る温度の異なる空気の流入のしやすさ、すなわち環境擾
乱の影響の受けやすさがその特定点における送風量に応
じてどのように変化するかを示したものであり、横軸は
単位時間当たりの空気の流量を、縦軸は温度が異なる空
気の流入のしやすさを、それぞれ示している。図２に示
すように、単位時間当たりの流量が増加するに従い、そ
の点における環境擾乱の影響を受けにくくなる。したが
って、環境の擾乱の影響を抑制するためには、測定光束
内の単位時間当たりの空気の流量を大きくしてやればよ
いことが判る。

【００１６】このように風量を増加させることにより環
境の擾乱の影響を排除することができる。しかしながら
風量を必要以上に増加させると、送風される空気自体の
風速の乱れ等に起因して、温度の不均一（ゆらぎ）がか
えって増大する結果を招く。すなわち単位時間当たりの
流量を増大してゆくと、ゆらぎの周波数が上昇し、流量
がある一定の値を越えると測定精度に影響を与える領域
と重なってしまうため、結果として測定精度が低下して
しまう。したがって、測定精度を向上させるための送風
量は最適値ないし最適な範囲が存在し、この値ないし範
囲を越えることは測定精度の面からみて本来望ましいこ
とではない。

【００１７】第１の実施の形態の干渉計システムでは、
図１に示すように送風装置３による送風の風量を焦点４
の部分で最も大きく、フィゾー面１Ａおよび被検面２Ａ
に近接した部分で最も小さくなるように設定している。
このようにフィゾー面１Ａと被検面２Ａとの間における
送風量を位置に応じて変化させるようにしたのは、測定
系全体での測定精度を満足するのに必要な最低風量を確
保しつつ、送風に起因するフィゾー面１Ａおよび被検面
２Ａの振動を小さく抑えるためである。このように、光
路５Ａの部分での送風量を確保しつつ、フィゾー面１Ａ
および被検面２Ａに接近した部分で風量を抑制すること
により、空気の擾乱の影響を排除すると同時にフィゾー
面Ａおよび被検面２Ａの振動の抑制により測定精度を向
上させることができる。

【００１８】また、第１の実施の形態の干渉計システム
では、焦点４付近における風量が最も大きくなるよう
に、すなわち風量が光束５Ａの断面積に対して負の相関
を有するように設定されている。上述のように、送風量
には適正な値ないし範囲があるので、送風量を必要以上
に大きくすることは望ましくないが、第１の実施の形態
では、温度の不均一（ゆらぎ）の影響を最も受けにくい
焦点４付近における風量が最も大きくなるようにされて
いる。このゆらぎの影響に関しては、そのゆらぎの周波
数にも依存するが、通常の環境下において適切な送風を
選択すれば、光束５Ａの断面積が小さくなるに従い、そ
の部分の温度の不均一が測定精度に与える影響が小さく
なる。したがって、第１の実施の形態では、光束５Ａの
断面積の大きな部分（焦点４と被検面２Ａとの中間、お
よび焦点４とフィゾー面１Ａとの中間）について適切な
風量を確保しようとすれば、結果的に焦点４付近の風量
が測定精度を向上させるための最適値よりも大きくなっ
てしまうが、上述のように焦点４の付近は元来ゆらぎの
影響を受けにくいので、焦点４の付近の風量は測定系全
体としての精度を低下させる大きな要因とはならない。

【００１９】以上説明したように、第１の実施の形態で
は、光束５Ａに対して測定精度を向上させるために必要
な送風を確保しつつ、被検面２Ａおよびフィゾー面１Ａ
の近傍の風量を抑制することにより、被検面２Ａおよび
フィゾー面１Ａの振動を小さくしている。また、光束５
Ａに対して充分な送風量を確保する結果、焦点４の近傍
の風量が必要以上に大きくなっているが、光束５Ａの断
面積が小さい部分は空気のゆらぎの影響を受けにくいの
で、測定系全体としての測定精度を低下させない。この
ように、第１の実施の形態では、送風量を適切に分配す
ることによって、より具体的には、フィゾー面１Ａを被
検面２Ａ間の光束の断面積に対して負の相関をもたせる
ように送風量を定めることにより、測定系全体としての
測定精度を効率的に向上させている。

【００２０】なお、送風はフィゾー面１Ａや被検面２Ａ
の振動の要因ともなり、また、送風量が大き過ぎると測
定精度を低下させるゆらぎ成分が増大するので、送風量
の絶対量は、これらの振動の影響やゆらぎの増大による
悪影響と環境の擾乱の影響の受けにくさとの両者の兼ね
合いを考慮し、測定精度が最も向上する値を選択するの
が望ましい。

【００２１】第１の実施の形態において、測定環境を迅
速に安定化させる観点から、送風装置３により送風され
る空気を測定時のフィゾーレンズ１および被検物２とほ
ぼ同一温度に調温するのが望ましい。また調温の効率を
向上させるため、空気を循環させることが望ましい。

【００２２】第１の実施の形態において、仮に、調温等
により送風装置により送風される空気の温度を一定温度
に維持した場合には、送風量が時間の経過に伴って変動
しても測定光束５Ａ内の各点の温度は不変であるため、
屈折率の変化に起因する測定精度の低下が起こらない。
したがって、送風の温度を一定とする場合には送風量の
変動が許容される。また逆に、送風量が一定に維持され
る場合、すなわち時間軸に対する送風量の変動が存在し
ない場合には、送風される空気の温度が時間の経過に伴
って変動しても、同時刻における光束内の各点の温度が
等しいので、屈折率の不均一に起因する測定精度の低下
を招かない。したがって送風量の時間変動が存在しない
場合には、必ずしも送風する空気の温度を一定に維持す
る必要はない。

【００２３】このように第１の実施の形態では、送風す
る空気の温度を一定に保つようにするか、あるいは送風
装置の送風量の時間変動をなくした上で、フィゾー面１
Ａと被検面２Ａとの間において図１に示すような送風量
の分布を形成することにより、高精度の面形状測定が可
能となる。したがって、少なくとも送風する空気の温度
または送風量のうちの一方の変動を排除すればよい。

【００２４】以上のように第１の実施の形態の干渉計シ
ステムでは、環境の擾乱の影響を受けにくい、測定光束
５Ａが絞られる部分である焦点４の近傍の送風量を大き
くしているので、フィゾー面１Ａおよび被検面２Ａの振
動を抑制しつつ、測定系全体に必要な送風量を確保する
ことが可能となる。したがって、面形状の測定精度を向
上させることができる。

【００２５】−第２の実施の形態− 以下、図３を用いて本発明による干渉計システムの第２
の実施の形態について説明する。

【００２６】図３において、１１はフィゾー面１１Ａが
形成されたフィゾーレンズ、１２は被検面１２Ａが形成
された被検物、１３は送風装置である。図１において、
フィゾーレンズ１１の左方には不図示の干渉計が設けら
れ、干渉計から射出された光がフィゾー面１１Ａに到達
すると、その光はフィゾー面１１Ａで反射される参照光
と、フィゾー面１１Ａを透過する被検光とに分離され
る。被検物１２の被検面１２Ａで正反射され干渉計内に
戻る被検光と、フィゾー面１１Ａで反射されて干渉計内
に戻る参照光とが干渉することにより干渉縞が得られ
る。この干渉縞を介し、第１の実施の形態と同様に被検
面１２Ａの面形状が測定される。

【００２７】第２の実施の形態では、送風装置１３によ
り第１の実施の形態と同様の送風分布が形成されてい
る。図３に示すように、第２の実施の形態ではフィゾー
面１１Ａから射出された被検光は焦点を形成することな
く被検面１２Ａに到達し、被検面１２Ａで反射された被
検光は往路と同様の光路を逆向きに辿ってフィゾー面１
１Ａに入射する。このように、第１の実施の形態におけ
る焦点４のような焦点は形成されないが、第２の実施の
形態においても第１の実施の形態と同様、フィゾー面１
１Ａと被検面１２Ａとの中間で風量を大きく設定し、フ
ィゾー面１１Ａおよび被検面１２Ａに近接した部分では
風量を減少させるようにしている。

【００２８】このような風量分布を形成することによ
り、測定光束１５内の風量を確保しつつフィゾー面１１
Ａおよび被検面１２Ａに与える振動を低減することがで
き、測定系全体としての測定精度を向上させることがで
きる。第１の実施の形態と同様、風量は測定精度が最も
向上するような値に選択されることが望ましい。また、
送風される空気の調温を行う場合には、調温の効率を高
めるために空気を循環させることが望ましい。

【００２９】さらに、第２の実施の形態においても第１
の実施の形態と同様、送風する空気の温度を一定に保つ
ようにするか、あるいは送風装置の送風量の時間変動を
なくした上で、フィゾー面１１Ａと被検面１２Ａとの間
において図３に示すような送風量の分布を形成すること
により、高精度の面形状測定が可能となる。したがっ
て、第１の実施の形態と同様、少なくとも送風する空気
の温度または送風量のうちの一方の変動を排除すればよ
い。

【００３０】以上のように、第２の実施の形態の干渉計
システムでは、測定光束１５Ａ内に環境の擾乱の影響を
排除するために充分な送風量を与えるとともに、フィゾ
ーレンズ１１および被検物１２の近傍の風量を抑制する
ことによりフィゾー面１１Ａおよび被検面１２Ａの振動
を低減させている。したがって、測定系全体としての測
定精度を向上させることができる。なお、上述のよう
に、送風量が大き過ぎると送風自体に起因するゆらぎに
より測定精度がかえって低下するので、送風量の絶対値
は測定精度が最も良好となる値に設定するのが望まし
い。この点に関しては第１の実施の形態と同様である。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、基準参照面
に近接した部分について他の部分よりも送風量を小さく
したので、基準参照面の振動を抑えつつ環境の擾乱の影
響が効率良く抑制され測定精度が向上する。請求項２に
記載の発明では、被検面に近接した部分について他の部
分よりも送風量を小さくしたので、被検面の振動を抑え
つつ環境の擾乱の影響が効率良く抑制され測定精度が向
上する。請求項３に記載の発明では、送風の風量を光束
の断面積に対して負の相関を有するものとしたので、測
定系全体に効率的に送風量を分配でき、環境の擾乱の影
響の抑制により測定精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による干渉計システムの第１の実施の形
態を示す図。

【図２】単位時間当たりの送風量と環境擾乱の影響度と
の関係を示す図。

【図３】本発明による干渉計システムの第２の実施の形
態を示す図。

【図４】従来の面形状精度測定を示す図であり、（ａ）
はトワイマングリーン型干渉計を用いた測定を示す図、
（ｂ）はフィゾー型干渉計を用いた平面の測定を示す
図、（ｃ）はフィゾー型干渉計を用いた凹面の測定を示
す図。

【符号の説明】

１ フィゾーレンズ １Ａ フィゾー面 ２ 被検物 ２Ａ 被検面 ３ 送風装置 ４ 焦点 １１ フィゾーレンズ １１Ａ フィゾー面 １２ 被検物 １２Ａ 被検面 １３ 送風装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 干渉計本体と、前記干渉計本体から射出
   される光を反射光および透過光に分割する基準参照面と
   を備え、前記干渉計から射出されて前記基準参照面を透
   過した前記透過光を正反射する位置に被検面を設置した
   ときに、前記透過光が前記被検面で正反射された後、前
   記基準参照面を透過して前記干渉計本体に戻る光および
   前記干渉計本体から射出されて前記基準参照面で反射さ
   れ前記干渉計本体に戻る前記反射光を干渉させることに
   より前記被検面の面形状を測定する干渉計システムにお
   いて、 前記基準参照面および前記被検面の間の空間に送風する
   送風装置を備え、前記送風装置による送風の風量は、前
   記基準参照面に近接した部分について他の部分よりも小
   さくされていることを特徴とする干渉計システム。
2. 【請求項２】 干渉計本体と、前記干渉計本体から射出
   される光を反射光および透過光に分割する基準参照面と
   を備え、前記干渉計から射出されて前記基準参照面を透
   過した前記透過光を正反射する位置に被検面を設置した
   ときに、前記透過光が前記被検面で正反射された後、前
   記基準参照面を透過して前記干渉計本体に戻る光および
   前記干渉計本体から射出されて前記基準参照面で反射さ
   れ前記干渉計本体に戻る前記反射光を干渉させることに
   より前記被検面の面形状を測定する干渉計システムにお
   いて、 前記基準参照面および前記被検面の間の空間に送風する
   送風装置を備え、前記送風装置による送風の風量は、前
   記被検面に近接した部分について他の部分よりも小さく
   されていることを特徴とする干渉計システム。
3. 【請求項３】 前記送風装置による送風の風量は、前記
   透過光の光束の断面積あるいは前記透過光が前記被検面
   において反射されて前記基準参照面に戻る光の光束の断
   面積に対して負の相関を有するものであることを特徴と
   する請求項１または２に記載の干渉計システム。