JPH11325856A

JPH11325856A - 光学的測定装置及び光学的測定用アダプター

Info

Publication number: JPH11325856A
Application number: JP12933498A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Mihashi; 俊文三橋
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JP4112072B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反射防止膜がコーティングされた測定対象物
の測定対象面の形状・歪み等の測定を、正確に効果的に
行う。【解決手段】光源部３の発光素子３１から出射された
測定光束は、レンズ３２により平行光束にされ、照射光
学系４としてのハーフミラー４１で反射される。測定光
束は、測定対象面２４、即ち測定対象物２と光学的測定
用アダプター１の接触材１３との接触面、で反射され、
その反射光束は、測定光学系５としてのハーフミラー４
１を透過して、ハルトマン板等の隔板６１へ入射され
る。隔板６１を通過した反射光束は、適当な距離に配置
された受光素子６２に入射され、電気信号に変換され、
演算部７により画像情報が取り込まれ、測定対象物２の
測定対象面２４を再生する処理が実行され、表示部８に
表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的測定装置及
び光学的測定用アダプターに係り、特に、反射防止処置
が施された測定対象面を有する測定対象物について、そ
の測定対象面を測定するための光学的測定装置及び光学
的測定用アダプターに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラス等の測定対象物の表面形状
を測定する場合、測定対象物に測定光束を照射し、その
反射光束を受光する方法により行われていた。このよう
な方法としては、例えば、ハルトマン法がある（「オプ
ティカルショップテスティング（Optical Shop Tes
ting）」(1978)、pp.323-349等参照）。図１８に、ハル
トマン法の原理説明図を示す。この測定装置は、点光源
１１０、コリメータレンズ１２０、隔板（ハルトマン
板）１３０、測定対象物１４０及び写真乾板１５０を備
える。点光源１１０から出射された光束は、コリメータ
レンズ１２０で平行光束となり、垂直に置かれた多数の
ピンホールを有する隔板（ハルトマン板）１３０により
光ビームを形成する。この多数の光ビームが、どのよう
な経路をとってテストレンズ等の測定対象物１４０を通
り写真乾板１５０に至るか、ということが調べられる。

【０００３】また、その他の方法としては、フィゾー干
渉計による方法がある。図１９に、フィゾー干渉計によ
る光学測定の原理図を示す。この測定装置は、光源２１
０、ピンホール２２０、半透鏡２３０、コリメータレン
ズ２４０、参照平面２５０及び測定対象物面６０を備え
る。光源２１０から出射された光束は、ピンホール２２
０、半透鏡２３０及びコリメータレンズ２４０を通過す
る。照射光束は、基準参照面である参照平面２５０と測
定対象面２６０とにより反射される。これら両者の間に
使用光源の可干渉距離に応じた可干渉間隔を空けて干渉
縞を生じさせることにより、測定対象面２６０の面の状
態が観測点２７０で測定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近、
表面に単層又は多層コーティング等により反射防止処理
が施されたレンズ、ガラス又はミラー等を測定対象物と
する場合がある。このような場合、測定対象物に測定光
束を照射しても反射される割合が少ないため、測定対象
面の形状他歪み等が測定されにくくなってしまう。ま
た、測定された反射光束が、測定対象物の測定対象面
（例えば表面）から反射されたものか、測定対象面以外
の面（例えば裏面）から反射されたものか識別するのが
難しい。

【０００５】そこで、本発明は、上記の点に鑑み、反射
防止膜がコーティングされた測定対象物の測定対象面の
形状・歪み等の測定を、正確に効果的に行うことができ
る光学的測定装置及び光学的測定用アダプターを提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の解決手段
によると、反射防止処理が施された測定対象面を有する
測定対象物に対する光学的測定装置であって、測定光束
を発する光源部と、容易に変型しない材質からなる光学
部材と、一方の面が測定する際に測定対象面と接触され
ることにより接触前よりも接触後のほうが測定対象面に
おける反射率が増加するような屈折率を有し、他方の面
が前記光学部材と接触された接触材と、前記光源部から
の測定光束を、前記光学部材及び前記接触材を経て測定
対象物の測定対象面に照射する照射光学系と、測定対象
面で反射された反射光束を受光する受光部と、前記受光
部からの出力信号に基づき測定対象面を測定する演算部
とを備えた光学的測定装置を提供する。

【０００７】また、本発明の第２の解決手段によると、
反射防止処理が施された測定対象面を有する測定対象物
に対して、光源部から発せられた測定光束を照射し、測
定対象面で反射された反射光束を受光して測定対象面を
測定する光学的測定用アダプターであって、測定対象物
の測定対象面と略同一形状の面を有する光学部材と、一
方の面が測定する際に測定対象面と接触されることによ
り接触前よりも接触後のほうが測定対象面における反射
率が増加するような屈折率を有し、他方の面が前記光学
部材と接触された接触材とを備えた光学的測定用アダプ
ターを提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】１．光学的測定の原理一般に、反射防止膜は、ガラス、プラスティック等の光
学部材に多層膜又は単層膜をコーティングすることで形
成される。反射防止膜は、必要に応じて、例えば可視
光、紫外線、赤外線又はこれらの組み合わせた光に対し
てその反射を防止するものである。本発明における光学
的測定の主な対象とされる測定対象物には、その表面に
反射防止膜が形成されるような処理が施されている。

【０００９】図１に、反射防止多層膜の構成図の一例を
示す。図示のように、反射防止多層膜は、一般的な光学
ガラス基板２０の上にＡｌ₂Ｏ₃層２１、ＺｒＯ₂層２
２、ＭｇＦ₂層２３が多層コーティングされている。一
般的な光学ガラス基板２０の屈折率は、例えば１．５２
等であり、高屈折ガラスの場合は、例えば１．７程度で
ある。Ａｌ₂Ｏ₃層２１、ＺｒＯ₂層２２及びＭｇＦ₂層２
３の各層の屈折率は、それぞれ１．６３、２．０３及び
１．３８である。例えば、反射防止の中心波長となる設
計波長λ₀を５２０ｎｍとすると、これらの各層の光学
膜厚は、それぞれ、λ₀／４、λ₀／２及びλ₀／４と設
定することができる。なお、反射防止膜としてはこの他
にも単層をはじめ種々の多層膜で構成することもでき
る。また、反射防止膜の外側は、ここでは一例として空
気を仮定する。即ち、この反射防止膜は、空気に対する
反射防止を図るものである。

【００１０】本発明の光学的測定装置では、反射防止処
理が施された測定対象物に測定光束を照射し、そこから
の反射光束を測定することにより、波面の再生を行うも
のである。特に、測定対象物の表裏両面に反射防止処理
が施されている場合に、本発明の光学的測定の効果は顕
著となる。反射防止膜を有する光学部材は、他の媒質が
接触するとその面の反射率が増加する。そこで、他の媒
質を接触材として接触させることにより、反射率を増加
することができる。

【００１１】図２に、反射防止膜における反射を増加さ
せるための説明図を示す。図２（Ａ）は、シリコン等の
媒質１０を、反射防止膜が両面に施された測定対象であ
る光学ガラス基板２０に接触させ、媒質１０側から測定
光束を照射したものである。すると、照射された測定光
束のうち、空気との接触面では反射防止膜の作用により
わずかな光束（例えば、０．２％以下）が反射されるも
のの、媒質１０との接触面では比較的多くの光束（例え
ば２％以上）が反射される。同様に、図２（Ｂ）は、こ
のような媒質１０が接触された光学ガラス基板２０に、
図２（Ａ）と反対方向の光学ガラス基板２０側から測定
光束を照射したものである。すると、同様に、照射され
た測定光束のうち、空気との接触面ではわずかな光束
（例えば、０．２％以下）が反射され、一方、媒質１０
との接触面では比較的多くの光束（例えば２％以上）が
反射される。

【００１２】図３に、照射光束の波長に対する反射率の
特性図（１）を示す。ここでは、照射光束の測定対象物
への入射角は、０度である。図３（Ａ）は、反射防止多
層膜を有する測定対象物が空気と接触した面の反射率を
示す。また、図３（Ｂ）は、同様の反射防止多層膜を有
する測定対象物が空気の屈折率と十分に異なる屈折率を
有する水又はシリコンと接触した面の反射率をそれぞれ
一点鎖線又は破線で示したものである。

【００１３】このように、反射防止膜が施された面での
反射率は、例えば照射光の波長が４５０ｎｍにおいて、
空気を接触面とする場合は０．２％以下であるが、一
方、水を接触面とする場合は約１．５％、さらに、シリ
コンを接触面とする場合は２％以上となる。特に、空気
とシリコンの反射率には１０倍以上の差があるため、図
２に示されたように測定光束を照射した場合に、しきい
値を適切に設定することにより、シリコンとの接触面で
の反射光のみを信号光として抽出し、測定に利用するこ
とができる。

【００１４】図４及び図５に、照射光束の波長に対する
反射率の特性図（２−１）及び（２−２）を示す。ここ
では、照射光として偏光光束を用いたときの反射防止多
層膜を有する測定対象物の測定対象面での反射率を示
す。図中、照射光の入射角が４５度の場合に、Ｓ偏光、
Ｐ偏光及びこれらの反射率の平均が、それぞれ破線、実
線、及び一点鎖線で示される。

【００１５】図４は、反射防止多層膜を有する光学部材
が空気と接触した面の反射率を示す。図５（Ａ）は、反
射防止多層膜を有する測定対象物がシリコンと接触した
面の反射率を、また、図５（Ｂ）は、同様の反射防止多
層膜を有する光学部材が水と接触した面の反射率を示
す。

【００１６】このように、反射防止膜が施された面での
反射率は、例えば照射光の波長が４００ｎｍのＳ偏光に
おいて、空気を接触面とする場合は０．２％以下である
が、一方、水を接触面とする場合は約４％、さらに、シ
リコンを接触面とする場合は６％以上となる。上述と同
様に、図２に示されたように測定光束を照射した場合
に、しきい値を適切に設定することにより、シリコンと
の接触面での反射光のみを信号光として抽出し、測定に
利用することができる。また、Ｓ偏光以外にも、Ｐ偏光
とＳ偏光との平均や入射角によってはＰ偏光等の測定光
束を用いることもできる。２．光学的測定用アダプター

【００１７】図６に、本発明の光学的測定用アダプター
の構成図を示す。図６（Ａ）に示されるように、光学的
測定用アダプター１は、光学部材１１、枠部材１２及び
接触材１３を備える。また、図６（Ｂ）に、本発明に係
る光学的測定用アダプターによる光学測定の基本配置図
を示す。

【００１８】光学部材１１は、測定対象物が平面の際に
は平面度の十分に高いものを、また曲面の際には曲面に
近い形状のものを使用することが望ましく、これによっ
て不必要な屈折力の発生を防止し、測定用の演算が簡単
となる。また、測定光束が透過しやすいように、光学部
材の空気側には反射防止膜を設けると好ましい。後で述
べるように、干渉計を用いる場合は、光学部材１１と接
触材１３との接触面で反射率を増加させるために、この
接触面にも反射防止コーティングが施される。光学部材
の材質としては、例えば、石英等の一般の光学ガラス、
高屈折ガラス又はプラスティック等を用いることができ
る。

【００１９】枠部材１２は、接触材１３の容器になる金
属、プラスティック又はガラス等の枠である。枠部材１
２の断面は、円形、長方形、正方形等適宜の形状をとる
ことができる。また、枠部材１２の測定対象物２との接
触側では、接触材１３が測定対象物２と密着されるよう
に、接触材１３が枠部材１２の端部よりも盛り上がった
形で硬化されるとよい。または、必要に応じて枠部材１
２の測定対象物２との接触側端部が、削除又は押圧によ
り隙間が形成されるようにすることもできる。

【００２０】接触材１３は、液体又は液体が硬化された
物質であり、透明又は透光性を有する物質が好ましい。
接触材の媒質としては、好ましくは、散乱しにくいも
の、押圧しても屈折率がかわらないもの、測定対象面と
隙間なく接触できる程度の弾力性・粘性を有するもの、
反射防止膜が形成された測定対象面と接触したときに測
定に十分な反射率を生じるような屈折率を有するもの、
透光性のあるもの、また、光学部材１１の材質と屈折率
が近いものなどを用いることができる。具体的には、例
えば、シリコン、水、グリセリン等の液浸油等が挙げら
れる。媒質としてのシリコンは、透明度が高く、液体状
から硬化させて用いることができ、この用途に適した性
質を有する。例えば、石英ガラスの屈折率ｎ_cが１．４
６、シリコンの屈折率ｎ_sが１．４０６であるので、こ
の場合、光学部材１１と接触材１３であるシリコンとの
境界のフレネル反射率は、次式で求められるから、0.03
55％となる。（（ｎ_ｃ−ｎ_ｓ）／（ｎ_ｃ＋ｎ_ｓ））^２

【００２１】測定対象物２は、平行平面板（又は鏡）、
レンズ、プリズム、凹面板（又は鏡）、凸面板（又は
鏡）又はポリゴン等の被測定物である。測定時には、測
定対象物２が光学的測定用アダプター１の接触材１３に
密着した配置となる。この図では、一例として、測定対
象物２と枠部材１２との間に隙間が設けられるようにす
ることにより、両者が十分密着できるようにしている。

【００２２】つぎに、図７に、光学的測定用アダプター
の製造方法の説明図を示す。図７（Ａ）に示されるよう
に、光学部材１１及び枠部材１２は、媒質を閉じこめる
ために用いられるものである。光学部材１１に枠部材１
２が取り付けられた容器には、溶液・液体を封入してお
くか、または、液体状の媒質を入れた後に硬化させて使
用する。ここでは、一例としてシリコン等の液体状の接
触材１３を流し込むようにしている。つぎに、図７
（Ｂ）は、流し込んだ接触材１３を硬化させて、測定対
象物との接触面側を枠部材１２の端部から盛り上がるよ
うにしたものである。

【００２３】図８に、光学的測定用アダプターの枠部材
の変形例の構成図を示す。まず、図８（Ａ）には、窓付
き枠部材の構成図を示す。この例は、接触材１３が測定
対象物２に密着される際に接触材１３に圧力がかかるの
で、この内圧を逃がすために枠部材１２に窓１４を設け
るようにしたものである。窓１４は、枠部材１３の任意
の箇所に、円や長方形等の適宜の形状で適宜の個数設け
ることができる。また、図８（Ｂ）には、窓の代わり
に、枠部材１２の端部に溝１５を付けるようにして、接
触材１３の内圧を調整するとともに密着性を良くするも
のである。なお、このような溝１５は、枠部材１２と光
学部材１１との接触面、又は、枠部材の両側の接触面に
設けることができる。

【００２４】また、図９に、枠部材を有しない光学的測
定用アダプターの他の実施の形態の構成図を示す。図９
（Ａ）には、枠部材１２が除去された光学的測定用アダ
プターの実施の形態である。このような構成は、例え
ば、上述した製法において、さらに枠部材１２を取り除
く行程を付加することにより、製造することができる。
さらに、接触材１３として使用する媒質の特性によって
は、枠部材をはじめから設けずに製造することもでき
る。図９（Ｂ）に、比較的薄い層の接触材１２を有する
光学的測定用アダプターを示す。このような構成は、比
較的弾力性又は粘性の高い接触材１２を光学部材１１に
塗布し、必要に応じて硬化することにより製造すること
ができる。

【００２５】３．光学的測定装置（１）波面センサーとして隔板を利用した光学的測定装
置図１０に、平面測定をする際の波面センサーとして隔板
を利用した光学的測定装置の構成図を示す。この光学的
測定装置は、光学的測定用アダプター１、測定対象物
２、光源部３、照射光学系４、測定光学系５、受光部
６、演算部７、表示部８、駆動部９を備える。

【００２６】光学的測定用アダプター１の光学部材１１
の空気側は反射を避けるために反射防止コーティングを
施し、一方、その接触材１３側は透過性を良くするため
コーティングしないようにすると良い。測定対象物２
は、ガラスやプラスティック等に両面又は一面に反射防
止膜が形成されている。また、その測定対象面２４は、
平面状であって、光学的測定用アダプター１と接触して
いる。

【００２７】光源部３は、発光素子３１及びレンズ３２
を備える。発光素子３１は、レーザー、レーザーダイオ
ード、スーパー・ルミネセンス・ダイオード（ＳＬＤ）
又は通常考えられる光源（特に点光源）とピンホールの
組み合わせ等の多種のものが使用できる。一般に、波長
域が極端に狭いとスペックルが生じたり、逆に、波長域
が極端に広いと媒質の分散特性の影響が測定誤差となっ
て現れることも考えられる。そこで、光源部３の発光素
子３１としては、又は、ＬＥＤ及びピンホールの組み合
わせや、ＳＬＤ等が好ましい場合もある。なお、Ｈｅ−
Ｎｅレーザを用いた場合、測定光束の波長は６３２ｎｍ
程度となる。

【００２８】照射光学系４及び測定光学系５は、一例と
してハーフミラー（半透鏡）４１により構成される。受
光部６は、隔板６１及び受光素子６２を含む。隔板６１
は、例えば、複数の孔部を有するハルトマン板、複数の
小レンズを有するレンズアレイ、２次元ファイバーグレ
ーティング等で構成される。受光素子６２は、例えば２
次元固体撮像素子（ＣＣＤ）等で構成される。

【００２９】演算部７は、測定対象物２の測定対象面２
４を再生する処理を行う。具体的処理については、後述
する。また、演算部７は、プログラム及びデータの入出
力を行う内部又は外部メモリを備える。表示部８は、演
算部７で再生された測定対象面２４の画像を表示するも
ので、例えば、鳥瞰図、等高線図、波面を表す係数又は
各種データ等により可視表示する。

【００３０】駆動部９は、測定対象物２の、光軸調整
（微調整、粗調整）を行うもので、駆動アクチュエータ
等で構成される。なお、駆動部９は、光学的測定用アダ
プター１に設けても良いし、また、測定対象物２と光学
的測定用アダプター１の両方に設けても良い。また、光
軸調整は、参照光とその反射光を測定することにより、
適宜フィードバック制御を行うようにしても良い。

【００３１】次に動作を説明する。平行平板を測定する
場合は、光源部３の発光素子３１から出射された測定光
束は、レンズ３２により平行光束にされ、照射光学系４
としてのハーフミラー４１で反射される。測定光束は、
測定対象面２４、即ち測定対象物２と接触材１３との接
触面、で反射され、その反射光束は、測定光学系５とし
てのハーフミラー４１を透過して、ハルトマン板等の隔
板６１へ入射される。なお、光学部材１１の空気側接触
面は、反射防止コーティングが施されていると、反射は
わずかなものとなり好ましい。また、光学部材１１の接
触材１３側の接触面は、コーティングされていなくとも
光学部材１１と接触部材１３との屈折率差を小さく設定
すれば、ここでの反射もわずかなもの（例えば、０．０
３％以下）となり好ましい。隔板６１を通過した反射光
束は、適当な距離に配置された受光素子６２に入射さ
れ、電気信号に変換される。変換された電気信号は、演
算部７により画像情報が取り込まれ、測定対象物２の測
定対象面２４を再生する処理が実行される。表示部８
は、演算部７により再生された測定対象面２４を表示す
る。

【００３２】つぎに、図１１に、曲面（凸面・凹面）測
定をする際の波面センサーとしてハルトマン板を利用し
た光学的測定装置の構成図を示す。基本的な構成は、上
述と同様であるが、光学的測定用アダプター１の構成が
異なる。すなわち、測定光束及び反射光束が、測定対象
物２の測定対象面２４に垂直になるように、光学的測定
用アダプター１の光学部材の形状を、測定対象物２の測
定対象面２４に近い形状又は同様の形状となるようにす
る。また、照射光学系４及び測定光学系５は、ハーフミ
ラー４１とレンズ４２を備える。レンズ４２は、照射光
束を測定対象面２４に垂直に入射し、一方、反射光束を
平行に受光部へ導くためのものである。これにより、測
定精度が向上し、ダイナミックレンジが広がり、中心付
近以外の広い領域に測定光束が入射され、反射光束が出
射されるようになる。

【００３３】なお、凹面測定についても同様に、光学的
測定用アダプター１を測定対象面２４と近い形状にし、
照射光学系４及び測定光学系５等を適宜配置することに
より、本発明を適用することができる。

【００３４】（２）波面センサーとして干渉計を利用し
た光学的測定装置図１２に、平面測定をする際の波面センサーとしてフィ
ゾー干渉計を利用した光学的測定装置の構成図を示す。
なお、本発明は、フィゾー干渉計以外にも適宜の干渉計
に適用することができる。この光学的測定装置は、光学
的測定用アダプター１、測定対象物２、光源部３、照射
光学系４、測定光学系５、受光部６、演算部７、表示部
８、駆動部９を備える。

【００３５】光学的測定用アダプター１の光学部材の空
気側は反射を避けるために反射防止コーティングを施す
と良い。一方、光学部材１１の接触材１３側は、反射防
止膜が施され参照面を形成する。光学部材は、平面度の
良いものが好ましく、材質は一般の光学ガラスを用いる
ことができる。測定対象物２は、ガラス、プラスティッ
ク又はミラー等に反射防止膜が形成されており、その反
射防止膜が形成された測定対象面２４は、ここでは一例
として平面状である。

【００３６】光源部３は、発光素子３１及びピンホール
３３を備える。発光素子３１は、上述と同様に多種のも
のが使用できる。照射光学系４及び測定光学系５は、一
例としてハーフミラー４１及びレンズ４３により構成さ
れる。受光部６は、レンズ６３と、２次元固体撮像素子
（ＣＣＤ）等の受光素子６２を含む。演算部７は、測定
対象物２の測定対象面２４を再生する処理を行う。具体
的処理については、後述する。また、演算部７は、プロ
グラム及びデータの入出力を行う内部又は外部メモリを
備える。表示部８は、演算部７で再生された測定対象面
２４の画像を表示するもので、例えば、鳥瞰図、等高線
図、データ等により可視表示する。なお、受光素子６２
の代わりに肉眼で干渉縞を観測することもできる。ま
た、写真乾板等を用いて干渉縞の記録をすることもでき
る。駆動部９は、測定対象物２及び／又は光学的測定用
アダプター１の、光軸調整（微調整、粗調整）を可能と
するもので、駆動アクチュエータ等で構成される。特
に、このように干渉計を用いる場合、比較的正確な微調
整が要求される。

【００３７】次に動作を説明する。光源部３の発光素子
３１を出射した光束はピンホール３３を通過し、照射光
学系４のハーフミラー４１を透過してレンズ４３に導か
れる。レンズ４３は、コリメータレンズとして機能し、
測定光束を平行光束として照射する。光学的アダプター
１に入射された測定光束は、一部が光学部材１１と接触
材１３との接触面（参照面）で反射され参照光となる。
一方、この接触面で反射されなかった測定光束は、測定
対象物２の測定対象面２４、即ち測定対象物２と接触材
１３との接触面、で一部が反射される。なお、光学部材
１１と空気との境界面、及び、測定対象物２と空気との
境界面における反射は、これら２つの反射光束と比較し
て非常に小さい。

【００３８】これら２つの反射光束は、干渉縞を形成す
る干渉光束となる。干渉光束は、測定光学系５としての
レンズ４３を透過し、ハーフミラー４１で反射されて、
受光部６のレンズ６３を介して受光素子６２に入射さ
れ、電気的な干渉信号に変換される。変換された干渉信
号は、演算部７により画像情報が取り込まれ、測定対象
物２の測定対象面２４を再生する処理が実行される。表
示部８は、演算部７により再生された測定対象面２４を
表示する。なお、フィゾー干渉計では、光学的測定用ア
ダプター１の参照面と測定対象物２の測定対象面２４と
が、平行又は平行からわずかに傾いた状態に保たれるよ
うになっていても良い。

【００３９】また、図１３に、曲面（凸面・凹面）測定
をする際の波面センサーとしてフィゾー干渉計を利用し
た光学的測定装置の構成図を示す。基本的な構成は、上
述と同様であるが、光学的測定用アダプター１の構成が
異なる。すなわち、測定光束及び反射光束が、測定対象
物２の測定対象面２４に垂直になるように、光学的測定
用アダプター１の光学部材の形状を、測定対象物２の測
定対象面２４に近い形状又は同様の形状となるようにす
る。また、照射光学系４及び測定光学系５は、ハーフミ
ラー４１、レンズ系４３を備える。レンズ系４３は、照
射光束平行光束にした後に測定対象面２４へ垂直に入射
し、一方、反射光束を平行にした後に収光して受光部６
へ導くためのものである。これにより、測定精度が向上
し、ダイナミックレンジが広がり、中心付近以外の広い
領域に測定光束が入射され、反射光束が出射されるよう
になる。

【００４０】また、凹面測定についても同様に、光学的
測定用アダプター１を測定対象面２４と近い形状にし、
照射光学系４及び測定光学系５等を適宜配置することに
より、本発明を適用することができる。また、照射光学
系４のコリメータレンズとしてホログラフィックコリメ
ータを用いることで、点光源から出射された球面波を完
全平行光束に変換するようにしてもよい。

【００４１】なお、上述の隔板又はフィゾー干渉計を利
用した光学的測定装置についての実施の形態では、主
に、測定対象物への測定光束の入射角が０度である場合
について説明したが、入射角を０度とせずに適当な角度
で照射することもできる。この場合、上述のように、例
えば入射角を４５度程度とし、偏光光束として特にＳ偏
光を用いることにより、測定対象物の光学的測定を効果
的に行うことができる。この際、光源部３や照射光学系
４を所定の偏光光束を出射できるように構成したり、照
射光学系４、測定光学系５又は受光部６等を、例えば偏
光板やフィルタ等を備えて適宜配置することにより、本
発明を適用して測定することができる。

【００４２】４．演算処理図１４に、波面センサーとしてハルトマン板を利用した
光学的測定の演算フローチャートを示す。また、図１５
に、ハルトマン板を利用した光学的測定装置の受光部に
おける説明図を示す。ここで、隔板６１としてのハルト
マン板上の孔部の座標（Ｘ_ｉ，Ｙ _ｉ）を通過した対象ス
ポットが、理想的な平行光束ビームとして通過した場
合、受光素子６２の座標（ｘ_ｉ ^＊，ｙ_ｉ ^＊）に照射され
るものとし、一方、実際の受光された座標が（ｘ_ｉ，ｙ
_ｉ）として測定されたものとする。ここで、ｉは開孔の
番号とする。

【００４３】まず、演算部７がメモリ等からプログラム
を読み取り実行する。プログラムがスタートされると、
受光部６からの画像データを取り込む（ステップＳ１０
１）。なお、画像データは、メモリに予め記憶されてい
ても良い。演算部７は、孔部を通過した全ての対象スポ
ットの座標（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ）について、受光素子６２上で
の位置（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）を読み込み、各々のスポットの探
索を行う（ステップＳ１０３）。つぎに、受光素子６２
上の各スポットを特定し、対応する各スポットの基準点
（ｘ_ｉ ^*、ｙ_ｉ ^*）からの差（Δｘ_ｉ、Δｙ_ｉ）を求める
（ステップＳ１０５）。

【００４４】つぎに、得られたデータにより、測定対象
面２４を表す多項式近似を行う（ステップＳ１０７）。
測定対象波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）は、次式のように近似され
る。ここで、Ｘ，Ｙは受光部６の受光素子６２上の座
標、ａ_nは係数、ｆ_n（Ｘ、Ｙ）はＸ，Ｙの関数、Ｎは多
項式の数であり例えばｎ＝０を定数項とする。

【００４５】

【数１】また、測定対象波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）の微分は、隔板６１で
あるハルトマン板と受光素子６２との間隔をＬとする
と、次式のようになる。

【００４６】

【数２】そこで、近似された多項式の係数を最小自乗法により求
め、測定対象波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）を求める（ステップＳ１
０９）。具体的には、例えば、次式の最小自乗和Ｓが最
小となるように、最小自乗法により、係数ａ_nを求める
ことで、測定対象波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）が求まる。ここで、
Ｍは、開孔数を示す。

【００４７】

【数３】求められた測定対象波面Ｗ（Ｘ，Ｙ）に基づき測定対象
物２の測定対象面２４の形状（例えば、等高線又は鳥瞰
図等）に変換し（ステップＳ１１１）、表示部８により
表示する（ステップＳ１１３）。

【００４８】なお、波面再生の際、測定対象面２４がシ
リコン等の媒質（接触材）に接触しているもので、その
屈折率倍だけ波面の光路長を補正する必要がある。すな
わち、次式のように補正することとなる。すなわち、実際の測定対象面２４の変位（形状）：Ｄ（Ｘ、Ｙ）＝
Ｗ（Ｘ、Ｙ）／（２ｎ _s）、（ただし、ｎ_s：接触材の媒質の屈折率）

【００４９】つぎに、測定終了か否か判断し（ステップ
Ｓ１１５）、判断結果によりステップＳ１０１に戻るか
又は終了する。

【００５０】図１６に、波面センサーとしてフィゾー干
渉計を利用した光学的測定の演算フローチャートを示
す。また、図１７に、フィゾー干渉計を利用した光学的
測定装置の縞解析の説明図を示す。図１７（Ａ）に示さ
れるように、ここでは、一例として、光学的アダプター
１（光学部材１１）の参照面と測定対象物２の測定対象
面２４が、平行からわずかに傾いた状態における場合を
示す。このときの傾きは、オーダーとして例えば１０波
長程度を想定することができる。図１７（Ｂ）に示され
るように、このとき典型的な干渉縞が形成され、傾きに
応じて位相差が大きくなることが表される。

【００５１】演算部７がメモリ等からプログラムを読み
取り実行する。プログラムがスタートされると、まず、
受光部６からの画像データを取り込む（ステップＳ２０
１）。なお、画像データは、メモリに予め記憶されてい
ても良い。図１７（Ｂ）に示されるような干渉縞は、受
光部６の受光素子６２により取り込まれる（ステップＳ
２０１）。演算部７では、干渉縞の最も明るい部分又は
暗い部分について、それぞれのライン（縞）の探索を行
う（ステップＳ２０３）。つぎに、各々のラインについ
ての点列の各座標（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）を全体にわたって検出
する（ステップＳ２０５）。

【００５２】参照面と測定面との間に設定された傾きに
より、点列（即ち、縞）の位相を判断することができる
から、これら点列の座標により、上述のような数式１に
よって測定対象面２４を表す多項式近似を行う（ステッ
プＳ２０７）。ただし、この場合のＮは縞の点列数であ
る。また、この際の多項式としては、領域が円形状であ
る場合が多いので、各項が直交している多項式を用いる
ことができる。例えば、一般に知られたゼルニケの多項
式を用いることで、単位円の内で完全直交性を持つよう
になり、波面関数をこれにより展開することができる。

【００５３】つぎに、近似された多項式の係数を最小自
乗法により求め、測定対象波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）を求める
（ステップＳ２０９）。すなわち、設定された傾きによ
り検出された縞（点列）の位相がわかるので、近似多項
式にあてはめ、最小自乗法により求める。つぎに、求め
られた測定対象波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）に基づき、測定対象物
２の測定対象面２４の形状（例えば、等高線又は鳥瞰図
等）に変換し（ステップＳ２１１）、表示部８により表
示する（ステップＳ２１３）。なお、上述と同様に、測
定対象面２４がシリコン等の媒質（接触材）に接触して
いるので、波面再生の際、その屈折率倍だけ波面の光路
長を補正する必要がある。測定終了か否か判断し（ステ
ップＳ２１５）、判断結果によりステップＳ２０１に戻
るか又は終了する。

【００５４】

【発明の効果】本発明によると、以上のように、反射防
止膜がコーティングされた測定対象物の測定対象面の形
状・歪み等の測定を、正確に効果的に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射防止多層膜の構成図。

【図２】反射防止膜における反射を増加させるための説
明図。

【図３】照射光束の波長に対する反射率の特性図
（１）。

【図４】照射光束の波長に対する反射率の特性図（２−
１）。

【図５】照射光束の波長に対する反射率の特性図（２−
２）。

【図６】本発明の光学的測定用アダプターの構成図。

【図７】光学的測定用アダプターの製造方法の説明図。

【図８】光学的測定用アダプターの枠部材の変形例の構
成図。

【図９】枠部材を有しない光学的測定用アダプターの他
の実施の形態の構成図。

【図１０】平面測定をする際の波面センサーとしてハル
トマン板を利用した光学的測定装置の構成図。

【図１１】曲面（凸面・凹面）測定をする際の波面セン
サーとして隔板を利用した光学的測定装置の構成図。

【図１２】平面測定をする際の波面センサーとしてフィ
ゾー干渉計を利用した光学的測定装置の構成図。

【図１３】曲面（凸面・凹面）測定をする際の波面セン
サーとしてフィゾー干渉計を利用した光学的測定装置の
構成図。

【図１４】波面センサーとしてハルトマン板を利用した
光学的測定の演算フローチャート。

【図１５】ハルトマン板を利用した光学的測定装置の受
光部における説明図。

【図１６】波面センサーとしてフィゾー干渉計を利用し
た光学的測定の演算フローチャート。

【図１７】フィゾー干渉計を利用した光学的測定装置の
縞解析の説明図。

【図１８】ハルトマン法の原理説明図。

【図１９】フィゾー干渉計による光学測定の原理図。

【符号の説明】

１光学的測定用アダプター１１光学部材１２接触材１３枠部材２測定対象物３光源部４照射光学系５測定光学系６受光部７演算部８表示部９駆動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射防止処理が施された測定対象面を有す
る測定対象物に対する光学的測定装置であって、測定光束を発する光源部と、容易に変型しない材質からなる光学部材と、一方の面が測定する際に測定対象面と接触されることに
より接触前よりも接触後のほうが測定対象面における反
射率が増加するような屈折率を有し、他方の面が前記光
学部材と接触された接触材と、前記光源部からの測定光束を、前記光学部材及び前記接
触材を経て測定対象物の測定対象面に照射する照射光学
系と、測定対象面で反射された反射光束を受光する受光部と、前記受光部からの出力信号に基づき測定対象面を測定す
る演算部とを備えた光学的測定装置。
【請求項２】前記接触材は、シリコン、液浸油、グリセ
リン又は水等の弾力性及び／又は透光性を有し、空気の
屈折率と異なる屈折率を有する物質で構成されることを
特徴とする請求項１に記載の光学的測定装置。
【請求項３】測定対象物の測定対象面の形状、歪み又は
波面を表す係数を可視表示する表示部をさらに備えた請
求項１又は２に記載の光学的測定装置。
【請求項４】前記受光部は、反射光束が通過する複数の
孔部を有する隔板と、前記隔板の複数の孔部を通過した
複数の光束の各々の座標を識別するための受光素子とを
備え、前記演算部は、前記受光素子により前記隔板の複数の孔
部を介して受光された複数の光束の座標に基づき測定対
象面の形状又は歪みを演算することを特徴とする請求項
１乃至３のいずれかに記載の光学的測定装置。
【請求項５】前記光学部材は、測定対象物の測定対象面
と略同一形状の面を有し、前記接触材との接触面に反射
防止処理が施されることにより測定光束を反射する参照
面が形成され、前記受光部は、測定対象面からの反射光束と前記参照面
からの反射光束とが干渉した干渉光束を受光して、干渉
信号を出力し、前記演算部は、前記受光部からの前記干渉信号に基づき
測定対象面の形状又は歪みを演算することを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学的測定装置。
【請求項６】前記光源部は、偏光光束を出射し、前記照射光学系は、前記偏光光束を測定対象面に対して
所定の入射角で照射し、前記受光部は、測定対象面から所定の出射角で反射され
る反射光束を受光するように配置されたことを特徴とす
る請求項１乃至５のいずれかに記載の光学的測定装置。
【請求項７】反射防止処理が施された測定対象面を有す
る測定対象物に対して、光源部から発せられた測定光束
を照射し、測定対象面で反射された反射光束を受光して
測定対象面を測定する光学的測定用アダプターであっ
て、測定対象物の測定対象面と略同一形状の面を有する光学
部材と、一方の面が測定する際に測定対象面と接触されることに
より接触前よりも接触後のほうが測定対象面における反
射率が増加するような屈折率を有し、他方の面が前記光
学部材と接触された接触材とを備えた光学的測定用アダ
プター。
【請求項８】前記接触材は、シリコン、液浸油、グリセ
リン又は水等の弾力性及び／又は透光性を有し、空気の
屈折率と異なる屈折率を有する物質で構成されることを
特徴とする請求項７に記載の光学的測定用アダプター。
【請求項９】前記光学部材は、一方又は他方又は両方の
面に反射防止処理が施されていることを特徴とする請求
項７又は８に記載の光学的測定用アダプター。
【請求項１０】前記光学部材に接合され、前記接触材を
支持する枠部材をさらに備えたことを特徴とする請求項
７乃至９のいずれかに記載の光学的測定用アダプター。
【請求項１１】前記枠部材は、前記接触材と前記測定対象面とが十分に密着できるよう
に、隙間、溝又は窓を備えることを特徴とする請求項７
乃至１０のいずれかに記載の光学的測定用アダプター。