WO2001088474A1 - Interval measuring device and surface shape measuring device - Google Patents

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Jun Kawakami
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Abstract

A light flux from a light source (11) is reflected off a first and second reflection surfaces (15a, 16a), and a light beam incident onto a split beam splitter (17) is split into a measuring beam (M) and a reference beam (R) having mutually inverted phases to allow the beam (M) and the beam (R) to interfere with each other at a synthetic beam splitter (22). Then, a corner mirror (18) is moved at a moving stage (20) to change the optical path length of the beam (M) to thereby change the contrast of an interference beam. A distance between the reflection surfaces (15a, 16a) is determined from the contrast of the interference beam and the position of the stage (20). Accordingly, the interval between the reflection surfaces (15a, 16a) can be obtained without increasing the size of the device as a whole even when the distances from a polarization beam splitter (13) to the first and second reflection surfaces (15a, 16a) are long. Accordingly, an interval measuring device and a surface shape measuring device are provided that can measure the intervals between, and thicknesses or surface shapes of, optical elements, and are small-sized and excellent in flexibility.

Description

明 細 書 間隔測定装置及び面形状測定装置 技術分野  Description Interval measuring device and surface shape measuring device
本発明は、 光の干渉を利用して、 光学素子の間隔や厚さ等を測定する 間隔測定装置及び光学素子等の面形状を測定する面形状測定装置に関す るものである。 背景技術  The present invention relates to an interval measuring device for measuring the interval and thickness of an optical element using light interference and a surface shape measuring device for measuring a surface shape of an optical element and the like. Background art
面形状測定装置として、 光の干渉を利用して光学素子、 例えばレンズ 等の被検面の形状を測定するものが従来用いられている。 これらの面形 状測定装置は、 例えば形状が既知の曲面からなる参照面を有するフィゾ —レンズを備えている。 光軸に平行な光束をそのフィゾ一レンズによつ て法線方向に広げて被検レンズの被検面に当て、 光を参照面と被検面と で反射させて干渉させている。 つまり、 参照面と被検面との間の空気層 を光路長差とした干渉を起こさせ、 干渉の結果で得られる干渉縞に基づ き、 光学素子の形状等を測定している。  As a surface shape measuring device, a device that measures the shape of a surface to be inspected such as an optical element, for example, a lens, using light interference has been conventionally used. These surface profile measuring devices include, for example, a Fizeo-lens having a reference surface formed of a curved surface having a known shape. The light beam parallel to the optical axis is spread in the normal direction by the Fize lens and hits the test surface of the test lens, and the light is reflected by the reference surface and the test surface to cause interference. In other words, interference is caused by using the air layer between the reference surface and the test surface as the optical path length difference, and the shape of the optical element and the like are measured based on interference fringes obtained as a result of the interference.
しかしながら、 この方法で得られた形状は、 参照面と被検面との間隔 が明らかでないため、 被検面が法線に沿って一様に拡大または縮小した 形状を有していても、 それを把握することはできない。 従って、 真の形 状を測定するためには、 被検面上の少なくとも一箇所における参照面か らの距離を既知にする必要がある。 そこで、 被検面と参照面との間の間 隔を直接に非接触で測定する間隔測定装置が必要になっている。  However, in the shape obtained by this method, since the distance between the reference surface and the test surface is not clear, even if the test surface has a shape that is uniformly enlarged or reduced along the normal, Can not grasp. Therefore, in order to measure the true shape, it is necessary to make known the distance from at least one location on the test surface from the reference surface. Therefore, there is a need for an interval measuring device for directly measuring the interval between the test surface and the reference surface in a non-contact manner.
この種の間隔測定装置としては、 例えば第 6図に示すようなマイケル ソン型干渉計を利用したものが知られている。 この間隔測定装置は、 所 定中心波長に対し広がりを持ったスぺク トルを有する測定光を出射する 光源 1 0 1 と、 光学系 1 0 2とビ一ムスプリ ヅ夕 1 0 3 とを備えている, 光学系 1 0 2は、 図示しないピンホール及びコリメートレンズ等からな り、 光源 1 0 1から出'射された測定光を平行光束にしてビームスプリ ッ 夕 1 0 3に入射させるようになっている。 ビームスプリ ヅ夕 1 0 3は、 入射光束の一部を反射し、 残りを透過する機能を有している。 これによ り、 光源 1 0 1側から入射した光束の一部が、 間隔測定の対象である 2 枚のガラス 1 0 4 , 1 0 5側へ反射され、 残りの光束が反射ミラー 1 0 6側へ透過される。 As this kind of distance measuring apparatus, for example, an apparatus using a Michelson interferometer as shown in FIG. 6 is known. This distance measuring device is The optical system includes a light source 101 that emits measurement light having a spectrum spread with respect to a fixed center wavelength, an optical system 102, and a beam splitter 103. Reference numeral 2 includes a pinhole, a collimator lens, and the like (not shown). The measurement light emitted from the light source 101 is converted into a parallel light beam and is incident on the beam splitter 103. The beam splitter 103 has a function of reflecting a part of the incident light beam and transmitting the rest. As a result, a part of the light beam incident from the light source 101 is reflected to the two glasses 104 and 105 to be measured, and the remaining light beam is reflected by the reflection mirror 106. Transmitted to the side.
ガラス 1 0 4 , 1 0 5側に反射された光束に対して、 ガラス 1 0 4の ビームスプリ ツ夕 1 0 3側の表面、 該ガラス 1 0 4の裏面及びガラス 1 0 5のビ一ムスプリ ヅ夕 1 0 3側の表面は、 それぞれ反射面 1 0 4 a , 1 0 4 b , 1 0 5 aとなっている。 前記反射ミラ一 1 0 6は、 図示しな い移動ステージに取り付けられ、 該移動ステージとともに第 6図中の矢 印の方向に移動可能になっている。 反射ミラー 1 0 6は、 ビ一ムスプリ ヅ夕 1 0 3を透過した光束を反射してビームスプリ ッタ 1 0 3に戻すよ うになつている。  For the light beam reflected on the glass 104 and 105 side, the beam splitter of glass 104, the front side of glass 103 side, the back side of glass 104 and the beam splitter of glass 105ヅ The surface on the 103 side is a reflecting surface 104 a, 104 b, and 105 a, respectively. The reflection mirror 106 is attached to a moving stage (not shown), and is movable together with the moving stage in the direction of the arrow in FIG. The reflecting mirror 106 reflects the light beam transmitted through the beam splitter 103 and returns it to the beam splitter 103.
ガラス 1 0 4 , 1 0 5で反射した光束は、 計測光としてビ一ムスプリ ヅ夕 1 0 3を透過して受光素子 1 0 7に入射する。 一方、 反射ミラ一 1 0 6で反射した光束は、 参照光としてビ一ムスプリ ヅ夕 1 0 3で反射さ れて該受光素子 1 0 7に到る。 これらの計測光と参照光とは、 受光素子 1 0 7上で干渉されるようになっている。 そして、 受光素子 1 0 7によ り、 干渉光が光電変換され、 干渉信号として外部に出力される。  The light beam reflected by the glass 104 and 105 passes through the beam splitter 103 as measurement light and enters the light receiving element 107. On the other hand, the light beam reflected by the reflection mirror 106 is reflected by the beam splitter 103 as reference light and reaches the light receiving element 107. The measurement light and the reference light interfere with each other on the light receiving element 107. Then, the interference light is photoelectrically converted by the light receiving element 107 and output to the outside as an interference signal.
第 7図には、 光源 1 0 1に可干渉距離が測定する間隔よりも十分小さ いものを使用したときの受光素子 1 0 Ίに入射される干渉光の強度と、 反射ミラー 1 0 6の位置との関係が示されている。 ここで、 計測光が、 ビームスプリヅ夕 1 0 3で分離され、 ガラス 1 0 4の反射面 1 0 4 aで 反射され、 再びビームスプリ ヅ夕 1 0 3に到る光路の光路長を A 1 とす る。 また、 計測光が、 ビ一ムスプリ ヅ夕 1 0 3で分離され、 ガラス 1 0 4の反射面 1 0 4 bで反射され、 再びビ一ムスプリ ッ夕 1 0 3に'到る光 路の光路長を A 2とする。 さらに、 計測光が、 ビームスプリ ツ夕 1 0 3 で分離され、 ガラス 1 0 5の反射面 1 0 5 aで反射され、 再びビームス プリ 、ソ夕 1 0 3に到る光路の光路長を A 3とする。 加えて、 参照光が、 ビームスプリ ッ夕 1 0 3で分離され、 反射ミラー 1 0 6で反射され、 再 びビームスプリ ッ夕 1 0 3に到る光路の光路長を Bとする。 Fig. 7 shows the intensity of the interfering light incident on the light receiving element 10 と き when the coherence distance is much smaller than the measurement interval for the light source 101, and the The relationship with the position is shown. Where the measuring light is The optical path length of the optical path separated by the beam splitter 103 and reflected by the reflecting surface 104 a of the glass 104 and reaching the beam splitter 103 again is denoted by A 1. In addition, the measurement light is separated at the beam splitter 103, reflected by the reflecting surface 104b of the glass 104, and returned to the beam splitter 103 again. Let the length be A2. In addition, the measurement light is split by the beam splitter 103, reflected by the reflecting surface 105a of the glass 105, and returned to the beam splitter 103 by the optical path length A. Assume 3. In addition, the reference light is separated by the beam splitter 103, reflected by the reflecting mirror 106, and the optical path length of the optical path reaching the beam splitter 103 again is denoted by B.
ビームスプリ ヅ夕 1 0 3により、 反射面 1 0 4 a , 1 0 4 b , 1 0 5 aで反射した計測光は、 反射ミラ一 1 0 6で反射した参照光と光路長差 に応じて干渉を観測できることになる。 つまり、 各計測光と参照光とは、 光路長 A 1 , A 2 , A 3 と光路長 Βとがほぼ等しくなつた時にのみ強度 変化する干渉光が観測される。 よって、 反射ミラー 1 0 6の位置をずら すことにより、 光路長 Βが光路長 A 1 とほぼ等しくなると、 受光素子 1 0 7に入射される干渉光の強度は、 第 7図の左側のように変化する。 光 路長 Bが光路長 A 2 とほぼ等しくなると、 受光素子 1 0 7に入射される 干渉光の強度は、 第 7図の中央のように変化する。 反射ミラー 1 0 6の 位置をさらにずらし、 光路長 Bが光路長 A 3とほぼ等しくなると、 受光 素子 1 0 7に入射される干渉光の強度は、 第 7図の右側のように変化す る。  Due to the beam splitter 103, the measurement light reflected by the reflecting surfaces 104a, 104b, and 105a is reflected by the reference mirror reflected by the reflection mirror 106 and the optical path length difference according to the optical path length difference. Interference can be observed. That is, interference light that changes in intensity between the measurement light and the reference light only when the optical path lengths A 1, A 2, A 3 and the optical path length Β are substantially equal is observed. Therefore, if the optical path length な る becomes substantially equal to the optical path length A 1 by shifting the position of the reflecting mirror 106, the intensity of the interference light entering the light receiving element 107 becomes as shown on the left side of FIG. Changes to When the optical path length B becomes substantially equal to the optical path length A 2, the intensity of the interference light incident on the light receiving element 107 changes as shown in the center of FIG. When the position of the reflecting mirror 106 is further shifted, and the optical path length B becomes substantially equal to the optical path length A3, the intensity of the interference light entering the light receiving element 107 changes as shown on the right side of FIG. .
なお、 計測光と参照光とが分離されてビームスプリ ッ夕 1 0 3で再び 合成されるまでの間で、 計測光及び参照光が、 例えば屈折率が低い媒質 から入射して屈折率の高い媒質との境界面で反射するような場合、 例え ば反射面 1 0 4 a、 1 0 5 aで反射する場合では、 位相の 1 8 0度反転、 いわゆる位相の飛びを生じる。 この場合、 干渉光の強度分布は、 第 7図 の 1 0 4 bの干渉光の強度変化に対する 1 0 4 a , 1 0 5 aの干渉光の 強度変化のように、 その振幅のほぼ中心に対して反転した状態となる。 そして、 受光素子 1 0 7が干渉光の強度分布に対応して出力する干渉 信号と移動ステージで設定される反射ミラー 1 0 6の位置とに基づいて、 ガラス 1 0 4の厚みや、 ガラス 1 0 4, 1 0 5の間隔等が求められる。 In addition, until the measurement light and the reference light are separated and recombined in the beam splitter 103, the measurement light and the reference light are incident from, for example, a medium having a low refractive index and have a high refractive index. When the light is reflected at the boundary surface with the medium, for example, when the light is reflected at the reflecting surfaces 104a and 105a, the phase is inverted by 180 degrees, that is, a so-called phase jump occurs. In this case, the intensity distribution of the interference light is As in the case of the change in the intensity of the interference light of 104a and 105a with respect to the change of the intensity of the interference light of 104b in FIG. Then, based on the interference signal output from the light receiving element 107 corresponding to the intensity distribution of the interference light and the position of the reflection mirror 106 set on the moving stage, the thickness of the glass 104 and the glass 1 The intervals of 0 4 and 105 are determined.
しかしながら、 前記のような構成の間隔測定装置では、 マイケルソン 型干渉計を基本構成にしているので、 計測光の光路長 A 1, A 2 , A 3 と参照光の光路長 Bとをほぼ等しく しないと、 強度が変化する干渉光が 得られない。 そのため、 例えばガラス 1 0 4 , 1 0 5がビームスプリヅ 夕 1 0 3から遠くに配置されている場合には、 反射ミラー 1 0 6 も同様 に該ビームスプリ ヅ夕 1 0 3から離す必要があった。  However, in the distance measuring apparatus having the above-described configuration, the Michelson-type interferometer is used as the basic configuration. Otherwise, interference light with varying intensity cannot be obtained. Therefore, for example, when the glasses 104 and 105 are arranged far from the beam splitter 103, the reflecting mirror 106 also needs to be separated from the beam splitter 103 as well. .
また、 例えばガラス 1 0 4をフィゾーレンズにしたときには、 光源 1 0 1からの計測光をガラス 1 0 4の光軸に平行にして該ガラス 1 0 4に 入射させる。 そして、 計測光の一部を、 参照面をなす該ガラスの反射面 1 0 4 bからその法線方向に沿って出射させるとともに、 被検面をなす ガラス 1 0 5の反射面 1 0 5 aにて反射させ、 再びガラス 1 0 4に入射 させる。  For example, when the glass 104 is formed as a Fizeau lens, the measurement light from the light source 101 is made incident on the glass 104 so as to be parallel to the optical axis of the glass 104. Then, a part of the measurement light is emitted along the normal direction from the reflecting surface 104 b of the glass serving as a reference surface, and the reflecting surface 105 a of the glass 105 serving as a test surface. And then re-enter the glass 104.
ここで、 ガラス 1 0 4にその光軸に平行に計測光を入射させるととも に、 ガラス 1 0 4 , 1 0 5で反射した計測光を前記光軸に平行にしてビ 一ムスプリ ヅ夕 1 0 3に戻すために、 複数枚のレンズからなるヌルレン ズ系が必要になる。 この場合、 ヌルレンズ系における光路長が長くなる ため光路長 Aが長くなり、 これに伴って光路長; Bを長くする必要がある c よって、 装置全体が大きくなるという問題があった。  Here, the measurement light is made incident on the glass 104 in parallel with its optical axis, and the measurement light reflected on the glass 104 and 105 is made parallel to the optical axis to make the beam split. To return to 03, a null lens system consisting of multiple lenses is required. In this case, the optical path length in the null lens system becomes longer, so that the optical path length A becomes longer. Accordingly, the optical path length; B needs to be made longer. Accordingly, there has been a problem that the entire device becomes larger.
また、 前記のような構成の間隔測定装置では、 参照光の光路を筐体内 に収容して、 空気の揺らぎの影響や埃の影響を低減することはできる。 しかしながら、 計測光の光路は、 その都度被検物の形状や配置状態が異 なるため、 前記筐体内に収容するのは困難である。 そのため、 計測光は 空気の揺らぎの影響を受けやすく、 参照光と計測光の条件が異なること になり、 間隔の測定値に誤差が含まれる可能性があるという問題があつ た。 Further, in the interval measuring device having the above-described configuration, the optical path of the reference light can be accommodated in the housing to reduce the influence of air fluctuation and the influence of dust. However, the optical path of the measuring light is different in the shape and arrangement of the test object each time Therefore, it is difficult to accommodate the case. As a result, the measurement light is easily affected by air fluctuations, and the conditions of the reference light and the measurement light are different, and there is a problem that the measured value of the interval may include an error.
さらに、 各光路長 A l , A 2 , A 3と光路長 Bとをそれそれ等しくす るために、 ガラス 1 0 4, 1 0 5とビームスプリ ヅ夕 1 0 3との距離に 応じて、 反射ミラ一 1 0 6の初期位置や移動可能距離を設定する必要が ある。 このため、 計測対象となるガラス 1 0 4, 1 0 5の形状や配置状 態に応じて、 装置の構造を設計する必要があり、 装置の汎用性を著しく 低下させているという問題があった。 発明の開示  Further, in order to make each optical path length A l, A 2, A 3 equal to the optical path length B, according to the distance between the glass 104, 105 and the beam splitter 103, It is necessary to set the initial position and movable distance of the reflection mirror 106. For this reason, it is necessary to design the structure of the device in accordance with the shape and arrangement of the glass 104 and 105 to be measured, and there has been a problem that the versatility of the device has been significantly reduced. . Disclosure of the invention
本発明は、 このような従来の技術に存在する問題点を解決するために なされたものである。 その目的としては、 光学素子の間隔や厚さを高精 度で測定できるとともに、 小型でかつ汎用性に優れた間隔測定装置を提 供することにある。 また、 その他の目的としては、 被検物の形状や配置 状態の影響を低減でき、 光学素子の面形状を高精度で測定できるととも に、 小型でかつ汎用性に優れた面形状測定装置を提供することにある。 第 1の発明は、 光源から出射された光束を第 1の面に照射させるとと もに、 前記第 1の面を透過した前記光束を第 2の面に照射させ、 前記第 1の面及び第 2の面からの反射光に基づいて該第 1及び第 2の面の間隔 を求める間隔測定装置において、 前記第 1及び第 2の面からの反射光を 第 1の光束及び第 2の光束に分割する分割手段と、 前記分割手段で分割 された前記第 1の光束と第 2の光束を干渉させる干渉手段と、 少なくと も前記第 1の光束の光路長を前記第 2の光束と干渉させる前に変化させ る光路長変更手段と、 前記干渉手段で干渉した干渉光の光情報と前記光 路長とに基づいて前記第 1及び第 2の面の間隔を求める測長手段とを、 備えたことを特徴とする間隔測定装置である。 The present invention has been made to solve such a problem existing in the conventional technology. The purpose is to provide a compact and highly versatile spacing measuring device that can measure the spacing and thickness of optical elements with high accuracy. Another object is to provide a compact and versatile surface profile measuring device that can reduce the influence of the shape and arrangement of the test object and measure the surface shape of the optical element with high accuracy. To provide. In the first invention, a light beam emitted from a light source is applied to a first surface, and the light beam transmitted through the first surface is applied to a second surface. An interval measuring device for determining an interval between the first and second surfaces based on reflected light from a second surface, wherein the reflected light from the first and second surfaces is converted into a first light beam and a second light beam. Splitting means for splitting the first light flux and the second light flux split by the splitting means; andinterfering at least the optical path length of the first light flux with the second light flux. An optical path length changing means for changing the optical path length before the light is transmitted, A length measuring means for determining a distance between the first and second surfaces based on a path length.
この間隔測定装置では、 第 1及び第 2の面から反射した光が分割手段 によって第 1及び第 2の光束に分割され、 この第 1及び第 2の光束がそ れそれ計測光と参照光として干渉手段によって干渉させられる。 ここで、 少なく とも第 1の光束は光路長変更手段により光路長が変更される。 そ して、 例えば第 1の面で反射し第 1の光束として干渉手段に入射した光 束の光路と、 第 2の面で反射し第 2の光束として干渉手段に入射した光 束との光路長とが等しければ、 干渉光はそのコントラス トが極大の値を とる。 また、 第 1の面で反射し第 2の光束として干渉手段に入射した光 束の光路と、 第 2の面で反射し第 1の光束として干渉手段に入射した光 束との光路長とが等しければ、 干渉光はそのコントラス トが極大の値を とる。 そして、 測長手段により、 干渉手段で干渉した第 1の光束と第 2 の光束との干渉光の強度分布と各光路長とから第 1及び第 2の反射面の 間隔が求められる。  In this distance measuring device, the light reflected from the first and second surfaces is split into first and second light beams by a splitting means, and the first and second light beams are respectively measured light and reference light. Caused by interference means. Here, the optical path length of at least the first light beam is changed by the optical path length changing means. Then, for example, the optical path of the light beam reflected by the first surface and incident on the interference means as the first light beam and the light path of the light beam reflected on the second surface and incident on the interference means as the second light beam If the lengths are equal, the contrast of the interference light has a maximum value. Further, the optical path length of the light beam reflected by the first surface and incident on the interference means as the second light beam and the light path length of the light beam reflected by the second surface and incident on the interference means as the first light beam are different from each other. If they are equal, the contrast of the interference light takes the maximum value. Then, the distance between the first and second reflection surfaces is obtained by the length measuring means from the intensity distribution of the interference light of the first light flux and the second light flux that have interfered by the interference means and each optical path length.
ここで、 第 1の光束と第 2の光束とでは、 その光路長は、 分割手段と 干渉手段との間のみで変更され、 その他の部分は同じになっている。 こ のため、 被検物の形状や配置状態に左右されることなく、 各光束の光路 長を設定することができ、 装置全体の小型化を図ることができるととも に装置の汎用性を向上させることができる。  Here, the optical path length of the first light beam and the second light beam is changed only between the splitting means and the interference means, and the other parts are the same. For this reason, the optical path length of each light beam can be set without being affected by the shape and arrangement of the test object, thereby reducing the size of the entire device and improving the versatility of the device. Can be done.
第 2の発明は、 前記第 1の発明であって、 前記測長手段が、 前記干渉 光の光情報として、 前記干渉光のコントラス トが極大になったときの前 記光路長に基づいて前記第 1及び第 2の反射面の間隔を求めるものであ ることを特徴とするものである。  In a second aspect based on the first aspect, the length measuring means is configured to determine the optical information of the interference light based on the optical path length when the contrast of the interference light is maximized. It is characterized in that the distance between the first and second reflecting surfaces is obtained.
この間隔測定装置では、 第 1及び第 2の面の間隔が、 干渉光のコント ラストが極大になったときの各光束の光路長から、 より容易かつより高 精度に求められる。 In this distance measuring device, the distance between the first and second surfaces is easier and higher than the optical path length of each light beam when the contrast of the interference light is maximized. Required for accuracy.
第 3の発明は、 前記第 1の発明又は第 2の発明であって、 前記干渉手 段が、 前記第 1の光束と前記第 2の光束とに基づいて互いに位相の反転 した第 1め干渉光と第 2の干渉光とを発生させるとともに、 前記測長手 段が、 前記第 1及び第 2の干渉光をそれそれ別々に検出する第 1検出手 段及び第 2検出手段を有することを特徴とするものである。  A third invention is the first invention or the second invention, wherein the interference means has a first interference having a phase inverted with respect to each other based on the first light flux and the second light flux. Light and a second interference light are generated, and the measuring step has a first detection means and a second detection means for separately detecting the first and the second interference light, respectively. It is assumed that.
この間隔測定装置では、 前記干渉手段の前記第 1.の光束と前記第 2の 光束との干渉光を無駄なく利用できる。  In this interval measuring device, the interference light between the first light beam and the second light beam of the interference means can be used without waste.
第 4の発明は、 前記第 3の発明であって、 前記測長手段が、 前記第 1 検出手段の検出結果と前記第 2検出手段の検出結果との差に基づいて前 記第 1及び第 2の面間の間隔を求めるものであることを特徴とするもの である。  A fourth invention is the third invention, wherein the length measurement means is configured to perform the first and second measurements based on a difference between a detection result of the first detection means and a detection result of the second detection means. The feature is that the distance between the two surfaces is obtained.
この間隔測定装置では、 位相が反転した第 1及び第 2の干渉光の差分 をとることにより、 一方の干渉信号の変化分をほぼ倍に増幅することが できる。 このため、 干渉光における S / N比を向上でき、 耐ノイズ性を 向上できる。 よって、 いっそう高精度に間隔測定を行うことができる。 第 5の発明は、 前記第 1の発明から第 4の発明のいずれかであって、 前記光源と前記第 1及び第 2の面との間に、 前記光源から出射された光 束を反射または透過させ、 所定方向と直交方向の直線偏光を透過または 反射させる光束中継手段と、 所定方向の直線偏光の光束を円偏光の光束 に変換する変換手段とを備え、 前記第 1及び第 2の面からの反射光が、 前記変換手段及び前記光束中継手段を介して前記分割手段に導かれるこ とを特徴とするものである。  In this interval measuring device, the difference between the first and second interference lights whose phases have been inverted can be obtained, whereby the change of one of the interference signals can be substantially doubled. Therefore, the S / N ratio of the interference light can be improved, and the noise resistance can be improved. Therefore, the interval measurement can be performed with higher accuracy. A fifth invention is any one of the first to fourth inventions, wherein a light beam emitted from the light source is reflected or reflected between the light source and the first and second surfaces. The first and second surfaces, comprising: a light beam relay means for transmitting and reflecting or reflecting linearly polarized light in a direction orthogonal to a predetermined direction; and a conversion means for converting a linearly polarized light beam in a predetermined direction to a circularly polarized light beam. The reflected light from the light source is guided to the splitting means via the converting means and the light beam relaying means.
この間隔計測装置では、 光源から出射された光束が光束中継手段と変 換手段により、 円偏光の光束となって第 1及び第 2の面に与えられる。 そして、 この円偏光の光束は、 第 1及び第 2の面で反射される際に、 そ の偏光方向が反転される。 そして、 この第 1及び第 2の面から反射した 光束が、 変換手段を介して前記所定方向とは直交方向の直線偏光に変換 される。 これにより、 この直交方向の直線偏光からなる光束は、 光束中 継手段を介して光源側に戻ることなく、 ほぼ全量が分割手段に入射する, このため、 光学素子の間隔を測定する際に、 反射光の無駄を著しく低減 することができる。 In this interval measuring device, the light beam emitted from the light source is provided as a circularly-polarized light beam to the first and second surfaces by the light beam relay means and the conversion means. Then, when this circularly polarized light beam is reflected by the first and second surfaces, the light beam becomes Is reversed. The light beams reflected from the first and second surfaces are converted into linearly polarized light orthogonal to the predetermined direction via a conversion unit. As a result, almost all of the light flux composed of the linearly polarized light in the orthogonal direction does not return to the light source side via the light beam relay means, but enters the splitting means. Therefore, when measuring the distance between the optical elements, The waste of reflected light can be significantly reduced.
第 6の発明は、 前記第 1の発明から第 5の発明のいずれかであって、 前記分割手段から前記干渉手段に到る各光路の環境をほぼ一定に保つ環 境調節手段を設けたことを特徴とするものである。  A sixth invention is any of the first invention to the fifth invention, wherein an environment adjusting means for maintaining an environment of each optical path from the splitting means to the interference means substantially constant is provided. It is characterized by the following.
この間隔測定装置では、 第 1及び第 2の面からの反射光は前記分割手 段にいたるまで光路が共通であるため、 空気の揺らぎや埃等の外乱の影 響を受けにくい。 しかし、 前記分割手段から前記干渉手段にいたる各光 路は独立しているため、 外乱の影響を受けやすい。 そこで、 環境調節手 段により、 各光路が受ける外乱を低減することにより、 間隔測定の精度 を向上することができる。  In this distance measuring device, the reflected light from the first and second surfaces has a common optical path up to the division means, so that it is less susceptible to disturbances such as air fluctuations and dust. However, since each optical path from the splitting means to the interference means is independent, it is easily affected by disturbance. Therefore, the accuracy of the interval measurement can be improved by reducing the disturbance received by each optical path by the environmental adjustment means.
第 7の発明は、 光源からの面形状測定用光束を所定の参照面及び測定 対象物の被検面に照射し、 該参照面及ぴ被検面から反射した反射光束に 基づいて該被検面の形状を求める面形状測定手段を備えた面形状測定装 置であって、 前記参照面と前記被検面との間隔を測定する間隔測定手段 を備えたことを特徴とするものである。  According to a seventh aspect of the present invention, a surface shape measurement light beam from a light source is irradiated onto a predetermined reference surface and a test surface of a measurement object, and the test object is reflected based on the reflected light beam reflected from the reference surface and the test surface. A surface shape measuring apparatus provided with a surface shape measuring means for obtaining a shape of a surface, characterized by comprising an interval measuring means for measuring an interval between the reference surface and the test surface.
この面形状測定装置では、 参照面と被検面との間隔が間隔測定手段に てより高精度に求められ、 求められた参照面と被検面との間隔に基づい て被検面の形状を、 面形状測定手段によって、 より高精度に求めること ができる。  In this surface shape measuring device, the distance between the reference surface and the surface to be measured is determined with higher precision by the distance measuring means, and the shape of the surface to be measured is determined based on the determined distance between the reference surface and the surface to be measured. It can be obtained with higher accuracy by the surface shape measuring means.
第 8の発明は、 光源からの面形状測定用光束を所定の参照面及び測定 対象物の被検面に照射し、 該参照面及び被検面から反射した反射光束に 基づいて該被検面の形状を求める面形状測定手段を備えた面形状測定装 置であって、 前記参照面と前記被検面との間隔を測定する間隔測定手段 を備え、 前記間隔測定手段が、 前記参照面及び被検面を前記第 1及び第 2の反射面とする前記第 1の発明から第 6の発明のうちいずれかである 間隔測定装置からなることを特徴とする面形状測定装置である。 The eighth invention irradiates a surface shape measurement light beam from a light source onto a predetermined reference surface and a test surface of a measurement object, and generates a reflected light beam reflected from the reference surface and the test surface. A surface shape measuring device provided with a surface shape measuring means for obtaining the shape of the surface to be measured based on the distance measuring device, comprising: a space measuring device for measuring a space between the reference surface and the surface to be measured; Wherein the reference surface and the surface to be inspected are the first and second reflecting surfaces, wherein the distance measuring device is any one of the first to sixth inventions. Device.
この面形状測定装置では、 間隔測定装置が大型化することがなく、 面 形状測定装置全体が大型化するのを抑制することができるとともに、 光 学素子等のより高精度な面形状の測定が可能となる。  In this surface profile measuring device, the interval measuring device does not increase in size, it is possible to suppress the entire surface profile measuring device from increasing in size, and it is also possible to measure the surface profile of an optical element or the like with higher accuracy. It becomes possible.
第 9の発明は、 前記第 7の発明又は第 8の発明であって、 前記参照面 及び前記被検面と前記面形状測定手段との間の前記面形状測定用光束の 光路中に配置され、 前記面形状測定用光束の光軸とほぼ平行に前記参照 面及び前記被検面へ間隔測定用光束を導くための間隔測定用光学手段を 備えたことを特徴とするものである。  A ninth invention is the seventh or the eighth invention, wherein the reference surface and the surface shape measurement light flux between the surface to be measured and the surface shape measurement means are arranged in an optical path of the light beam for surface shape measurement. And a distance measuring optical means for guiding the distance measuring light beam to the reference surface and the test surface substantially parallel to the optical axis of the surface shape measuring light beam.
この面形状測定装置では、 面形状測定用光束の光路内において、 間隔 測定用光束がその面形状測定用光束と平行な状態で参照面及び被検面に 導かれる。 このため、 面形状測定用光束の光路内において、 参照面と被 検面との間隔をより高精度かつ確実に測定することができる。 これによ り、 被検物の面形状を容易にかつより高精度に測定することができる。 第 1 0の発明は、 前記第 9の発明であって、 前記間隔測定用光学手段 が、 前記面形状測定用光束と前記間隔測定用光束との光路を切り替える 光路切替手段を備えたことを特徴とするものである。  In this surface shape measuring device, in the optical path of the surface shape measuring light beam, the interval measuring light beam is guided to the reference surface and the test surface in a state parallel to the surface shape measuring light beam. For this reason, in the optical path of the light beam for measuring the surface shape, the distance between the reference surface and the test surface can be measured with higher accuracy and reliability. This makes it possible to easily and more accurately measure the surface shape of the test object. According to a tenth aspect, in the ninth aspect, the interval measuring optical unit includes an optical path switching unit that switches an optical path between the surface shape measuring light beam and the interval measuring light beam. It is assumed that.
この面形状測定装置では、 光路切替手段による切り替えで、 面形状測 定用光束または間隔測定用光束が選択され、 参照面及び被検面に照射さ れる。 これにより、 面形状測定時に間隔測定用光束が面形状測定手段側 に導かれたり、 間隔測定時に面形状測定用光束が間隔測定手段側に導か れたりするのを回避することができる。 従って、 面形状測定及び間隔測 定の精度を高く維持することができる。 In this surface shape measuring device, the light beam for surface shape measurement or the light beam for distance measurement is selected by switching by the optical path switching means, and is applied to the reference surface and the surface to be measured. Accordingly, it is possible to avoid that the light beam for interval measurement is guided to the surface shape measuring means at the time of measuring the surface shape, and that the light flux for surface shape measurement is guided to the distance measuring means at the time of measuring the distance. Therefore, surface shape measurement and interval measurement Constant accuracy can be kept high.
第 1 1の発明は、 前記第 9の発明であって、 前記間隔測定用光学手段 が、 前記面形状測定用光束の光路内に揷脱可能に配置され、 前記間隔測 定用光束をほぼ全反射する可動反射手段からなることを特徴とするもの である。  An eleventh invention is the ninth invention, wherein the interval measuring optical means is disposed so as to be detachable in an optical path of the surface shape measuring light beam, and the distance measuring optical beam is substantially completely removed. It is characterized by comprising movable reflecting means for reflecting.
この面形状測定装置では、 光源からの間隔測定用光束がすべて面形状 測定用光束の光路内に導かれるとともに、 参照面及び被検面で反射した 光がすべて間隔測定手段に入射される。 このため、 参照面と被検面との 間隔測定時において、 間隔測定用光束を無駄なく使用することができる, 図面の簡単な説明  In this surface profile measuring device, all the light beams for distance measurement from the light source are guided into the optical path of the light beam for surface shape measurement, and all the light reflected on the reference surface and the test surface is incident on the distance measuring means. Therefore, when measuring the distance between the reference surface and the surface to be measured, the light beam for distance measurement can be used without waste.
第 1図は、 本発明の第 1の実施の形態である間隔測定装置を示す概略 構成図である。  FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an interval measuring device according to a first embodiment of the present invention.
第 2図は、 第 1図に示す間隔測定装置における光路長の説明図である ( 第 3図は、 第 1図に示す間隔測定装置の受光素子に入射する干渉光の 特性図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical path length in the interval measuring device shown in FIG. 1 ( FIG. 3 is a characteristic diagram of interference light incident on a light receiving element of the interval measuring device shown in FIG. 1).
第 4図は、 本発明の第 2の実施の形態である間隔測定装置を示す概略 構成図である。  FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an interval measuring device according to a second embodiment of the present invention.
第 5図は、 本発明の第 3の実施の形態及び変更例である面形状測定装 置を示す概略構成図である。  FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a surface shape measuring device according to a third embodiment and a modification of the present invention.
第 6図は、 従来の間隔測定装置の一例を示す概略構成図である。  FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional interval measuring device.
第 7図は、 第 6図に示す間隔測定装置の受光素子に入射する干渉光の 特性図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 7 is a characteristic diagram of the interference light incident on the light receiving element of the interval measuring device shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明の実施の形態のうち最良と思われるものを図を用いて説 明するが、 本発明の範囲は、 これらの実施の形態に限定されるものでは ない。 Hereinafter, the best mode of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As will be described, the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
(第 1の実施の形態)  (First Embodiment)
本発明の第 1の実施の形態である間隔測定装置の概要を、 第 1図〜第 3図に基づいて説明する。  An outline of an interval measuring device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
この間隔測定装置は、 光源 1 1 と、 該光源 1 1から出射された光を平 行光束にする平行光学系 1 2 と、 該平行光学系 1 2からの平行光束を測 定対象側へ反射するビ一ムスプリ ッ夕 1 3とを備えている。  The distance measuring device includes a light source 11, a parallel optical system 12 that converts light emitted from the light source 11 into a parallel light beam, and a parallel light beam from the parallel optical system 12 reflected to the measurement target side. The beam splitter 13 is provided.
光源 1 1 としては、 白色光を出射する白色光源或いは低コヒーレント 光を出射するスーパ一ルミネッセン トダイオード ( S L D ) 等が使用さ れる。 コヒ一レント長は数 mから数 1 0 mを選択することが望まし い。 光源 1 1の近傍には、 光束中継手段としての偏光ビームスプリ ツ夕 1 3を配置する。 この偏光ビ一ムスプリ ッ夕 1 3は、 所定方向の直線偏 光を反射するとともに、 その所定方向に対する直交方向の直線偏光を透 過するようになっている。 この偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 1 3の近傍に変換 手段としての 1 / 4波長板 1 4が置かれており、 前記所定方向の直線偏 光は、 この 1 / 4波長板 1 4を通過する際に、 所定方向周りの円偏光に 変換される。  As the light source 11, a white light source that emits white light, a super luminescent diode (SLD) that emits low coherent light, or the like is used. It is desirable to select the coherent length from several meters to several ten meters. In the vicinity of the light source 11, a polarizing beam splitter 13 as a light beam relay means is arranged. The polarization beam splitter 13 reflects linearly polarized light in a predetermined direction and transmits linearly polarized light in a direction orthogonal to the predetermined direction. A quarter-wave plate 14 as a conversion means is placed near the polarized beam splitter 13, and the linearly polarized light in the predetermined direction is transmitted when passing through the quarter-wave plate 14. Then, the light is converted into circularly polarized light around a predetermined direction.
第 1図における測定対象は、 偏光ビームスプリ ヅ夕 1 3で反射された 平行光束の光軸上に、 自身の光軸が一致するように並べて配置された 2 枚のガラス 1 5, 1 6である。 偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 1 3に近い方のガ ラス 1 5において、 ガラス 1 6 と対向する裏面は、 第 1の反射面 1 5 a を構成し、 偏光ビームスプリ ッ夕 1 3からの光束の一部を反射し、 残り を透過する。 また、 ガラス 1 6において、 ガラス 1 5 と対向する表面は、 第 2の反射面 1 6 aを構成し、 ガラス 1 5を透過した光束を反射する。 この第 1及び第 2の反射面 1 5 a, 1 6 aでの反射に際して、 所定方向 周りの円偏光は、 その向きが反転され逆方向周りの円偏光になる。 The measurement object in Fig. 1 consists of two glasses 15 and 16 arranged side by side so that their own optical axes coincide with the parallel beam reflected by the polarizing beam splitter 13 is there. In the glass 15 near the polarizing beam splitter 13, the back surface facing the glass 16 constitutes a first reflecting surface 15 a, and the luminous flux from the polarizing beam splitter 13 is formed. Reflects part and transmits the rest. In the glass 16, the surface facing the glass 15 constitutes a second reflection surface 16 a, and reflects a light beam transmitted through the glass 15. When reflecting on the first and second reflecting surfaces 15a and 16a, a predetermined direction The direction of the surrounding circularly polarized light is reversed and becomes circularly polarized light around the opposite direction.
ガラス 1 5, 1 6で反射した光は 1 / 4波長板 1 4に入射し、 前記所 定方向に対して直交方向の直線偏光に変換される。 1 Z 4波長板 1 4を 透過したガラス 1 5 , 1 6で反射した光は、 偏光ビ一ムスプリ ッ夕 1 3 に進むようになつている。 ここで、 この偏光ビームスプリヅ夕 1 3は前 記直交方向の直線偏光のみを透過するようになっているため、 前記ガラ ス 1 5 , 1 6で反射した光はそのほとんどが偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 1 3 を透過して分割手段を構成する分割ビームスプリッ夕 1 7に進む構成に なっている。  The light reflected by the glasses 15 and 16 is incident on the quarter-wave plate 14 and is converted into linearly polarized light in a direction orthogonal to the predetermined direction. The light reflected by the glasses 15 and 16 that have passed through the 1Z 4 wavelength plate 14 travels to the polarization beam splitter 13. Here, since the polarization beam splitter 13 transmits only the linearly polarized light in the orthogonal direction, most of the light reflected by the glasses 15 and 16 is a polarization beam splitter. It is configured to proceed to the split beam splitter 17 that transmits the light 13 and forms the splitting means.
分割ビームスプリ ヅ夕 1 7は、 偏光ビ一ムスプリ ツ夕 1 3側から入射 した光を第 1の光束をなす計測光 Mと第 2の光束をなす参照光 Rとに分 割する。 すなわち、 この分割ビームスプリツ夕 1 7は、 偏光ビ一ムスプ リ ツ夕 1 3側から入射した反射光の一部を参照光 Rとして透過するとと もに、 残りを計測光 Mとして直交方向に反射する。 分割ビームスプリツ 夕 1 7で反射された計測光 Mの光軸上には、 その計測光 Mを屈曲させる コーナ一ミラー 1 8が配置されている。 分割ビームスプリッ夕 1 7を透 過する参照光 Rの光軸上には、 前記コーナーミラー 1 8 と同様のコーナ —ミラー 1 9が配置されている。  The split beam splitter 17 splits the light incident from the polarizing beam splitter 13 into a measurement light M forming a first light flux and a reference light R forming a second light flux. In other words, the split beam splitter 17 transmits a part of the reflected light incident from the polarization beam splitter 13 as the reference light R, and reflects the rest as the measurement light M in the orthogonal direction. . On the optical axis of the measurement light M reflected by the split beam splitter 17, a corner mirror 18 that bends the measurement light M is arranged. A corner mirror 19 similar to the corner mirror 18 is arranged on the optical axis of the reference light R passing through the split beam splitter 17.
コーナーミラ一 1 8は、 光路長変更手段である移動ステージ 2 0に取 り付けられ、 第 1図中の矢印の方向に移動可能になっている。 移動ステ —ジ 2 0の近傍には、 その移動ステージ 2 0の位置を検出する図示しな いステージ位置センサ 2 0 aが配設されている。 前記コーナ一ミラー 1 8で屈曲された計測光 Mは、 反射ミラ一2 1 aによって反射されて干渉 手段である合成ビ一ムスプリ ヅ夕 2 2に入射するようになっている。 一 方、 コーナーミラ一 1 9は静止状態に固定されており、 このコーナ一ミ ラ一 1 9で屈曲された参照光 Rは、 反射ミラー 2 1 bによって反射され て合成ビームスプリ ヅ夕 2 2に入射するようになっている。 The corner mirror 18 is attached to a moving stage 20 as an optical path length changing means, and is movable in the direction of the arrow in FIG. In the vicinity of the moving stage 20, a stage position sensor 20a (not shown) for detecting the position of the moving stage 20 is provided. The measurement light M bent by the corner mirror 18 is reflected by the reflection mirror 21a and is incident on the synthetic beam splitter 22 which is an interference means. On the other hand, the corner mirror 19 is fixed in a stationary state, and the reference beam R bent at the corner mirror 19 is reflected by the reflecting mirror 21 b. To enter the combined beam splitter.
合成ビームスプリ ッ夕 2 2は、 計測光 Mと参照光: Rとを干渉させて、 位相が反転した第 1の干渉光と第 2の干渉光を発生するとともに、 これ らを 2方向に分けて出力する機能を有している。 一方の第 1の干渉光は、 合成ビームスプリ ヅ夕 2 2を透過した計測光 M 1 と該合成ビ一ムスプリ ヅ夕 2 2で反射された参照光 R 1 とが合成されたものとなる。 この第 1 の干渉光は、 第 1検出手段としての第 1受光素子 2 3に入射するように なっている。 ここで、 この第 1の干渉光における計測光 M 1は、 合成ビ 一ムスプリ ヅ夕 2 2を透過するため位相の反転が生じない。 また、 この 第 1の干渉光における参照光: R 1は、 合成ビームスプリ ツ夕 2 2で反射 される。 このとき参照光 R 1は、 屈折率の低い媒質から入射して屈折率 の高い媒質の境界面で反射するため、 位相は反転する。  The synthesized beam splitter 22 causes the measurement light M and the reference light: R to interfere with each other to generate first and second interference lights whose phases are inverted, and divides them into two directions. Output function. On the other hand, the first interference light is a combination of the measurement light M 1 transmitted through the combined beam splitter 22 and the reference light R 1 reflected by the combined beam splitter 22. The first interference light is incident on a first light receiving element 23 as first detecting means. Here, the measurement light M 1 in the first interference light passes through the synthesized beam splitter 22, so that no phase inversion occurs. Further, the reference light R 1 in the first interference light is reflected by the combined beam splitter 22. At this time, the phase of the reference light R 1 is inverted because the reference light R 1 is incident from a medium having a low refractive index and is reflected at a boundary surface of a medium having a high refractive index.
他方の第 2の干渉光は、 合成ビームスプリ ヅ夕 2 2で反射された計測 光 M 2 と該合成ビームスプリ ッ夕 2 2を透過した参照光 R 2とが合成さ れたものとなる。 この第 2の干渉光は、 第 2検出手段としての第 2受光 素子 2 4に入射するようになっている。 ここで、 この第 2の干渉光にお ける計測光 M 2は、 合成ビームスプリ ヅ夕 2 2で反射されるが、 屈折率 の高い媒質から入射して屈折率の低い媒質の境界面で反射するため、 位 相の反転は生じない。 また、 この第 2の干渉光における参照光 R 2は、 合成ビ一ムスプリ ッ夕 2 2を透過するため、 位相の反転が生じない。 こ れにより、 第 1の干渉光では R 1の位相が反転するのに対し、 第 2の干 渉光では; R 2の位相が反転しないので、 第 1受光素子 2 3に入射する第 1の干渉光の光情報としての強度と、 第 2受光素子 2 4に入射する第 2 の干渉光の光倩報としての強度とは、 互いに位相が反転したものとなる 各受光素子 2 3, 2 4及び前記ステージ位置センサ 2 0 aの出力信号 は、 測長手段を構成する主制御系 2 5に入力されるようになっている。 この主制御系 2 5は、 それら各受光素子 2 3 , 2 4及び前記ステージ位 置センサ 2 0 aの出力信号に基づき、 第 1の反射面 1 5 a及び第 2の反 射面 1 6 aの間隔を求めるようになつている。 また、 主制御系 2 5は、 間隔測定装置全体の動作を制御するようになっている。 The other second interference light is a combination of the measurement light M 2 reflected by the combined beam splitter 22 and the reference light R 2 transmitted through the combined beam splitter 22. The second interference light is incident on a second light receiving element 24 as second detecting means. Here, the measurement light M 2 in the second interference light is reflected by the combined beam splitter 22, but is incident from a medium having a high refractive index and is reflected at a boundary surface of a medium having a low refractive index. Therefore, phase inversion does not occur. Further, since the reference light R2 in the second interference light passes through the combined beam splitter 22, the phase is not inverted. As a result, the phase of R 1 is inverted in the first interference light, while the phase of R 2 is not inverted in the second interference light; The intensities of the interference light as optical information and the intensities of the second interference light incident on the second light receiving element 24 as optical signals have respective phases inverted from each other. The output signal of the stage position sensor 20a is input to the main control system 25 constituting the length measuring means. The main control system 25 includes a first reflection surface 15a and a second reflection surface 16a based on the output signals of the respective light receiving elements 23 and 24 and the stage position sensor 20a. To find the interval. The main control system 25 controls the operation of the entire interval measuring device.
光源 1 1、 平行光学系 1 2、 ビームスプリ ツ夕 1 3、 ビームスプリ ヅ 夕 1 7 , 2 2、 コーナ一ミラ一 1 8 , 1 9、 反射ミラ一 2 1 a , 2 1 b 及び受光素子 2 3 , 2 4は、 環境調節手段である筐体 3 0に収容されて いる。 この筐体 3 0内は、 前記主制御系 2 5の制御の下で、 温度、 湿度 等の環境が一定に保たれるようになっている。  Light source 1 1 、 Parallel optical system 1 2 、 Beam split 13 、 Beam split 7、22 、 Corner 1-18、1 9 、 Reflection mirror 2 1a 、 2 1b and light receiving element 23 and 24 are housed in a housing 30 which is an environmental control means. Under the control of the main control system 25, an environment such as temperature and humidity is kept constant in the housing 30.
次に、 第 1図の間隔測定装置により、 第 1の反射面 1 5 aと第 2の反 射面 1 6 aとの間隔を測定する場合の測定原理を説明する。  Next, a description will be given of a measurement principle when the distance between the first reflection surface 15a and the second reflection surface 16a is measured by the distance measurement device shown in FIG.
光源 1 1が出射した光は、 平行光学系 1 2により平行光束となり、 偏 光ビームスプリ ッ夕 1 3に入射する。 偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 1 3は、 平 行光学系 1 2から入射した平行光束を 1 / 4波長板 1 4を透過してガラ ス 1 5 , 1 6側へ反射する。  The light emitted from the light source 11 is converted into a parallel light beam by the parallel optical system 12 and is incident on the polarization beam splitter 13. The polarizing beam splitter 13 reflects the parallel light beam incident from the parallel optical system 12 through the quarter-wave plate 14 to the glass 15 and 16 sides.
ガラス 1 5の第 1の反射面 1 5 a及びガラス 1 6の第 2の反射面 1 6 aは、 偏光ビームスプリ ヅ夕 1 3側から入射した平行光束を 1ノ 4波長 板 1 4を透過してそれそれ偏光ビ一ムスプリ ッ夕 1 3側へ反射する。 ガ ラス 1 5 , 1 6で反射した光は、 偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 1 3を透過して 分割ビームスプリ ヅ夕 1 7に到る。  The first reflecting surface 15a of the glass 15 and the second reflecting surface 16a of the glass 16 transmit the parallel light beam incident from the polarizing beam splitter 13 side through the 1/4 wavelength plate 14 Then, it is reflected to the polarized beam splitter 13 side. The light reflected by the glasses 15 and 16 passes through the polarization beam splitter 13 and reaches the split beam splitter 17.
分割ビームスプリ ヅ夕 1 7は、 ガラス 1 5 , 1 6で反射した光を参照 光 Rと計測光 Mとに分割し、 参照光 Rをコーナーミラー 1 9に、 計測光 Mをコーナーミラ一 1 8にそれそれ入射させる。 コーナーミラー 1 8は 計測光 Mを屈曲させて反射ミラー 2 1 aへ入射させ、 該反射ミラ一 2 1 aが計測光 Mを反射して合成ビームスプリ ツ夕 2 2に入射させる。 コー ナ一ミラ一 1 9は、 参照光 Rを屈曲させて反射ミラ一 2 1 bへ入射させ、 該反射ミラ一 2 1 bが参照光 Rを反射させて合成ビームスプリッ夕 2 2 へ入射させる。 The split beam splitter 17 splits the light reflected by the glasses 15 and 16 into the reference light R and the measurement light M, and divides the reference light R into a corner mirror 19 and the measurement light M into a corner mirror 1 1 Make each incident on 8. The corner mirror 18 bends the measuring light M and makes it incident on the reflecting mirror 21a. The reflecting mirror 21a reflects the measuring light M and makes it incident on the composite beam splitter 22. The corner mirror 19 bends the reference beam R and makes it incident on the reflection mirror 21 b. The reflection mirror 21 b reflects the reference light R and makes it enter the combined beam splitter 22.
合成ビ一ムスプリ ッ夕 2 2は、 反射ミラ一 2 1 aから入射した計測光 Mの一部を第 1受光素子 2 3側へ透過させるとともに、 該計測光 Mの残 りを第 2受光素子 2 4側へ反射させる。 一方、 合成ビームスプリ ヅ夕 2 2は、 反射ミラー 2 1 bから入射した参照光 Rの一部を第 1受光素子 2 3の方へ透過させるとともに、 該参照光 Rの残りを第 2受光素子 2 4の 方へ反射させる。 よって、 各受光素子 2 3 , 2 4には、 計測光 M 1 , M 2 と参照光: R 1 , R 2 との合成光がそれぞれ入射されることになる。 但 し、 第 1受光素子 2 3に入射される第 1の干渉光と第 2受光素子 2 4に 入射される第 2の干渉光とは、 前述したように、 成分の参照光 R l , R 2の位相が互いに逆転しているので、 干渉光の強度の位相が反転してい る。  The composite beam splitter 22 transmits a part of the measurement light M incident from the reflection mirror 21a to the first light receiving element 23 side, and transmits the remainder of the measurement light M to the second light receiving element. 2 Reflect to the 4 side. On the other hand, the combined beam splitter 22 transmits a part of the reference light R incident from the reflection mirror 21b to the first light receiving element 23, and transfers the rest of the reference light R to the second light receiving element. Reflect it toward 24. Therefore, the combined light of the measurement light M 1, M 2 and the reference light: R 1, R 2 is incident on each of the light receiving elements 23, 24. However, the first interference light incident on the first light receiving element 23 and the second interference light incident on the second light receiving element 24 are, as described above, the reference lights R l and R of the components. Since the phases of 2 are opposite to each other, the phase of the intensity of the interference light is inverted.
合成ビームスプリ ッ夕 2 2に実際に入射する参照光 Rには、 反射及び 透過によって異なった経路を通過した複数の光束が含まれる。 ここで、 第 1の反射面 1 5 aと第 2の反射面 1 6 aとの間隔を計測する場合には、 反射面 1 5 aで反射して偏光ビ一ムスプリヅ夕 1 3、 分割ビ一ムスプリ ヅ夕 1 7、 コーナ一ミラ一 1 9及び反射ミラー 2 1 bを経由した光束と、 ガラス 1 5 を透過して反射面 1 6 aで反射して偏光ビームスプリ ヅ夕 1 3、 分割ビームスプリッ夕 1 7、 コーナ一ミラ一 1 9及び反射ミラー 2 1 bを経由した光束とを利用する。 以下、 説明の簡素化のため、 これら の 2つの光束における光源 1 1から合成ビ一ムスプリ ヅ夕 2 2に到る光 路を Rの光路といい、 光路長を rという。  The reference light R actually incident on the composite beam splitter 22 includes a plurality of light beams that have passed through different paths due to reflection and transmission. Here, when measuring the distance between the first reflecting surface 15a and the second reflecting surface 16a, the reflected beam is reflected by the reflecting surface 15a and the polarized beam splitter 13 and the split beam Light beam passing through the mirror 17, the corner mirror 19 and the reflecting mirror 21 b, and the polarizing beam splitting transmitted through the glass 15 and reflected by the reflecting surface 16 a. The split beam 17, the corner mirror 19, and the luminous flux through the reflection mirror 21 b are used. Hereinafter, for the sake of simplicity, the optical path from the light source 11 to the composite beam splitter 22 in these two light fluxes is referred to as the R optical path, and the optical path length is referred to as r.
一方、 合成ビームスプリ ヅ夕 2 2に実際に入射する計測光 Mについて も、 反射及び透過によって異なった経路を通過した複数の光束が含まれ る。 ここで、 第 1の反射面 1 5 a及び第 2の反射面 1 6 aの間隔を計測 する場合は、 反射面 1 5 aで反射して偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 1 3、 ビー ムスプリ ヅ夕 1 7、 コーナーミラー 1 8及び反射ミラー 2 1 aを経由し た光束と、 ガラス 1 5を透過して反射面 1 6 aで反射して偏光ビームス プリ ヅ夕 1 3、 ビームスプリ ツ夕 1 7、 コーナ一ミラ一 1 8及び反射ミ ラ一 2 1 aを経由した光束とを利用する。 以下、 説明の簡素化のため、 これらの 2つの光束における光源 1 1から合成ビームスプリヅ夕 2 2に 到る光路を Mの光路といい、 その光路長を mという。 On the other hand, the measurement light M actually incident on the composite beam splitter 22 also includes a plurality of light beams that have passed through different paths due to reflection and transmission. Here, the distance between the first reflecting surface 15a and the second reflecting surface 16a was measured. In this case, the reflected beam is reflected by the reflecting surface 15a and the light beam passing through the polarizing beam splitter 13 and the beam splitter 17 and the corner mirror 18 and the reflecting mirror 21a and the glass 15 The transmitted light is reflected by the reflecting surface 16a and reflected by the polarizing beam splitter, and the light beam passing through the beam splitter 17, the beam splitter 17, the corner mirror 18 and the reflecting mirror 21a is used. Hereinafter, for the sake of simplicity, the light path from the light source 11 to the combined beam splitter 22 in these two light beams is referred to as the M light path, and the light path length is referred to as m.
また、 第 1の反射面 1 5 aと第 2の反射面 1 6 aとの間隔を Dとする と、 反射面 1 5 aで反射された光束が分割ビ一ムスプリ ッ夕 1 7、 コ一 ナーミラ一 1 9及び反射ミラー 2 1 bを経由して合成ビ一ムスプリ ヅ夕 2 2に到る参照光 Rの光路と、 反射面 1 6 aで反射された光束が同様の 光路を経由して合成ビームスプリ ッ夕 2 2に到る参照光; Rの光路との差 は、 2 Dとなる。 同様に、 反射面 1 5 aで反射された光束が分割ビーム スプリ ツ夕 1 7、 コーナ一ミラー 1 8及び反射ミラー 2 1 aを経由して 合成ビ一ムスプリ ヅ夕 2 2に到る計測光 Mの光路と、 反射面 1 6 aで反 射された光束が同様の光路を経由して合成ビームスプリ ッ夕 2 2に到る 計測光 Mの光路との差は、 2 Dとなる。  When the distance between the first reflecting surface 15a and the second reflecting surface 16a is D, the light beam reflected by the reflecting surface 15a is divided by a beam splitter 17 The optical path of the reference beam R that reaches the composite beam splitter 22 via the Namira 19 and the reflecting mirror 21b and the light beam reflected by the reflecting surface 16a pass through the same optical path. The reference beam that reaches the combined beam splitter 22; the difference from the optical path of R is 2D. Similarly, the measurement light beam reflected by the reflecting surface 15a reaches the combined beam splitter 22 via the split beam splitter 17, the corner mirror 18 and the reflecting mirror 21a. The difference between the optical path of M and the optical path of the measurement light M, in which the light beam reflected by the reflecting surface 16a reaches the combined beam splitter 22 via the same optical path, is 2D.
本実施の形態では、 合成ビームスプリ ッ夕 2 2により、 参照光 Rと計 測光 Mとを干渉させ、 コーナーミラー 1 8の位置に応じて強度変化する 干渉光を発生させる。 ここで、 参照光 Rの光路長 rは固定であるのに対 して、 計測光 Mの光路長 mは移動ステージ 2 0によって可変である。 移動ステージ 2 0によって光路長 mと光路長 rとがほぼ等しいとき ( m = r )、 第 2図のように、 光源 1 1から放射されてガラス 1 5の第 1の反射面 1 5 aで反射し、 分割ビームスプリ ッ夕 1 7、 コーナーミラ ― 1 9及び反射ミラー 2 1 bを経由して合成ビ一ムスプリ ッ夕 2 2に至 る光 L 15r と、 光源 1 1 から放射されて該反射面 1 5 aで反射し、 分 割ビームスプリ ヅ夕 1 7、 コーナ一ミラ一 1 8及反射ミラー 2 1 aを経 由して合成ビームスプリ ヅ夕 2 2に至る光 L 15ml とは、 第 2図の破線 枠内に示すように、 光路長がほぼ等しくなる。 このため、 各受光素子 2 3 , 2 4では、 干渉によって強度が変化する干渉信号が得られる。 また、 光源 1 1から放射されてガラス 1 6の第 2の反射面 1 6 aで反射し、 分 割ビームスプリ ツ夕 1 7、 コーナ一ミラー 1 9及び反射ミラ一 2 1 bを 経由して合成ビームスプリ ツ夕 2 2に至る光 L 16r と、 光源 1 1から 放射されてガラス 1 6の第 2の反射面 1 6 aで反射し、 分割ビームスプ リ ツ夕 1 7、 コ一ナーミラー 1 8及び反射ミラ一 2 1 aを経由してビ一 ムスプリ ッ夕 2 2に至る光 L 16ml とは、 第 2図の破線枠内に示すよう に、 光路長がほぼ等しくなる。 このため、 各受光素子 2 3, 2 4では、 干渉によって強度が変化する干渉信号が得られる。 したがって、 光路長 mと光路長: Γとが等しくなる近辺では、 第 1受光素子 2 3は、 第 3図の 中央の波形を干渉信号として主制御系 2 5に出力する。 In the present embodiment, the reference beam R and the measurement beam M are caused to interfere with each other by the combined beam splitter 22 to generate interference light whose intensity changes according to the position of the corner mirror 18. Here, the optical path length r of the reference light R is fixed, whereas the optical path length m of the measurement light M is variable by the moving stage 20. When the optical path length m is substantially equal to the optical path length r by the moving stage 20 (m = r), as shown in Fig. 2, the light is radiated from the light source 11 and is reflected by the first reflecting surface 15a of the glass 15 The light L 15r is reflected and reaches the combined beam splitter 22 via the split beam splitter 17, the corner mirror 19 and the reflecting mirror 21b, and the light L 11r emitted from the light source 11 is Reflected on reflective surface 15a, min The split beam split ヅ 17, the corner mirror 818, and the light L 15ml that reaches the composite beam split ヅ Y22 via the reflecting mirror 21a are as shown in the dashed box in Fig. 2. Then, the optical path lengths are almost equal. For this reason, in each of the light receiving elements 23 and 24, an interference signal whose intensity changes due to interference is obtained. In addition, the light emitted from the light source 11 is reflected by the second reflecting surface 16a of the glass 16 and passes through the split beam splitter 17, the corner mirror 19, and the reflection mirror 21b. The light L 16r reaching the composite beam splitter 22 and the light emitted from the light source 11 and reflected by the second reflecting surface 16 a of the glass 16, the split beam splitter 17 and the corner mirror 18 As shown in the broken line frame in FIG. 2, the optical path length is substantially equal to the light L 16 ml that reaches the beam splitter 22 via the reflection mirror 21a. Therefore, in each of the light receiving elements 23 and 24, an interference signal whose intensity changes due to interference is obtained. Therefore, in the vicinity where the optical path length m and the optical path length: 等 し く are equal, the first light receiving element 23 outputs the central waveform in FIG. 3 to the main control system 25 as an interference signal.
一方、 光路長 rに対して光路長 mが約 2 D短い場合 (m < r )、 光源 1 1から放射されてガラス 1 5の第 1の反射面 1 5 aで反射し、 分割ビ 一ムスプリ ツ夕 1 7、 コーナーミラー 1 9及び反射ミラ一 2 1 bを経由 して合成ビ一ムスプリ ッ夕 2 2 に至る光 L l5r の光路長と、 光源 1 1 から放射されてガラス 1 6の第 2の反射面 1 6 aで反射し、 分割ビーム スプリ ツ夕 1 7、 コーナ一ミラー 1 8及び反射ミラ一 2 l aを経由して 合成ビ一ムスプリ ッ夕 2 2に至る光 L 16m2 の光路長とがほぼ等しくな る。 このため、 各受光素子 2 3 , 2 4では、 干渉によって強度が変化す る干渉信号が得られる。 したがって、 光路長 rに対して光路長 mが約 2 D短い場合では、 第 1受光素子 2 3は、 第 3図の左側の波形を干渉信号 として主制御系 2 5に出力する。  On the other hand, when the optical path length m is shorter than the optical path length r by about 2 D (m <r), the light is radiated from the light source 11 and is reflected by the first reflecting surface 15a of the glass 15 to form a split beam splitter. The optical path length of the light L15r that reaches the composite beam splitter 22 via the mirror 17 and the corner mirror 19 and the reflection mirror 21b, and the light path length of the glass 16 emitted from the light source 11 Light reflected by the reflecting surface 16a of 2 and passing through the split beam splitter 17, the corner mirror 18 and the reflecting mirror 2 la to reach the composite beam splitter 22 L 16m2 optical path length Are almost equal to each other. Therefore, in each of the light receiving elements 23 and 24, an interference signal whose intensity changes due to interference is obtained. Therefore, when the optical path length m is about 2D shorter than the optical path length r, the first light receiving element 23 outputs the waveform on the left side of FIG. 3 to the main control system 25 as an interference signal.
光路長 rに対して光路長 mが約 2 D長い場合 (m > r )、 光源 1 1か ら放射されてガラス 1 6の第 2の反射面 1 6 aで反射し、 分割ビームス プリヅ夕 1 7、 コーナ一ミラ一 1 9及び反射ミラー 2 l bを経由して合 成ビームスプリ ッ夕 2 2に至る光 L 16r の光路長と、 光源 1 1から放 射されてガラス 1 5の第 iの反射面 1 5 aで反射し、 分割ビ一ムスプ ヅ夕 1 7、 コーナ一ミラ一 1 8及び反射ミラ一 2 1 aを経由して合成ビ —ムスプリ ッ夕 2 2に至る光 L 15m3 の光路長とがほぼ等しくなる。 こ のため、 各受光素子 2 3 , 2 4では、 干渉によって強度が変化する千渉 信号が得られる。 したがって、 光路長 rに対して光路長 mが約 2 D長い 場合では、 第 1受光素子 2 3は第 3図の右側の波形を干渉信号として主 制御系 2 5に出力する。 If the optical path length m is about 2 D longer than the optical path length r (m> r), the light source 11 The beam is radiated and reflected by the second reflecting surface 16 a of the glass 16, and passes through the split beam splitter 17, the corner mirror 19, and the reflecting mirror 2 lb to form the composite beam splitter 2 2 And the optical path length of the light L 16r, and the light radiated from the light source 11 and reflected by the i-th reflection surface 15 a of the glass 15, and the divided beams The optical path length of the light L 15m3 reaching the composite beam splitter 22 via the reflection mirror 21a is almost equal. Therefore, in each of the light receiving elements 23 and 24, a interference signal whose intensity changes due to interference is obtained. Therefore, when the optical path length m is about 2D longer than the optical path length r, the first light receiving element 23 outputs the waveform on the right side in FIG. 3 to the main control system 25 as an interference signal.
一方、 第 2受光素子 2 4は、 前記第 1受光素子 2 3とは位相が反転し た干渉信号を主制御系 2 5に出力する。 つまり、 第 2受光素子 2 4は、 第 3図の干渉信号の強度を中心値 C Vで反転させた干渉信号を出力する, 主制御系 2 5は、 各受光素子 2 3 , 2 4がそれぞれ出力する干渉信号の 差信号を求める。 差信号を求めることにより、 干渉信号の強度変化を 2 倍に増幅でき S Z N比が向上するとともにオフセッ ト分をキャンセルす ることができる。 主制御系 2 5は、 差信号における包絡線の極大値或い は極小値を補間等で推定する。  On the other hand, the second light receiving element 24 outputs to the main control system 25 an interference signal whose phase is inverted from that of the first light receiving element 23. In other words, the second light receiving element 24 outputs an interference signal obtained by inverting the intensity of the interference signal shown in FIG. 3 by the center value CV. The main control system 25 outputs the light receiving elements 23 and 24 respectively. Find the difference signal of the interfering signals. By obtaining the difference signal, the change in the intensity of the interference signal can be doubled, the SZN ratio can be improved, and the offset can be canceled. The main control system 25 estimates the maximum value or the minimum value of the envelope in the difference signal by interpolation or the like.
ここで、 光路長 mと光路長 rとがほぼ等しい場合において、 干渉信号 の差が最大値或いは最小値を取るときの移動ステージ 2 0の位置を X 0 とする。 また、 光路長 rに対して光路長 mが約 2 D短い場合において、 干渉信号の差が最大値或いは最小値を取るときの移動ステージ 2 0の位 置を X I とする。 さらに、 光路長 rに対して光路長 mが約 2 D短い場合 において、 干渉信号の差が最大値或いは最小値を取るときの移動ステー ジ 2 0の位置を X 2 とする。 そして、 主制御系 2 5は、 | X 1 + X 2 | / 2の計算或いは、 1 X 0— X I I または | X 0— X 2 I の計算を行う ことにより、 第 1及び第 2の反射面 1 5 a , 1 6 aの距離、 つまり間隔 を求める。 Here, when the optical path length m is substantially equal to the optical path length r, the position of the moving stage 20 when the difference between the interference signals takes the maximum value or the minimum value is X 0. Further, when the optical path length m is about 2 D shorter than the optical path length r, the position of the moving stage 20 when the difference between the interference signals takes the maximum value or the minimum value is XI. Further, when the optical path length m is shorter than the optical path length r by about 2 D, the position of the moving stage 20 when the difference between the interference signals takes the maximum value or the minimum value is X 2. The main control system 25 calculates | X 1 + X 2 | / 2 or calculates 1 X 0 — XII or | X 0 — X 2 I In this way, the distance between the first and second reflecting surfaces 15a and 16a, that is, the distance is obtained.
以上のように構成した第 1の実施の形態の間隔測定装置は、 以下のよ うな効果が得られる。'  The interval measuring device according to the first embodiment configured as described above has the following effects. '
( a ) この間隔測定装置では、 第 1の反射面 1 5 a及び第 2の反射 面 1 6 aで反射した光束を、 分割ビームスプリ ヅ夕 1 7に入射させ、 該 分割ビ一ムスプリ ッ夕 1 7で参照光 Rと計測光 Mとに分割する構成とな つている。 そして、 それらの参照光 Rと計測光 Mとを、 合成ビームスプ リ ツ夕 2 2で干渉させるようになつている。 このため、 偏光ビームスプ リ ツ夕 1 3からガラス 1 5 , 1 6までの距離が長くても、 この間の計測 光 M及び参照光 Rの受ける空気の揺らぎ等の影響が共通になるので、 第 1及び第 2の反射面 1 5 a , 1 6 aの間隔を、 より高精度に測定するこ とができる。  (a) In this distance measuring apparatus, the light beams reflected on the first reflecting surface 15a and the second reflecting surface 16a are made incident on the split beam splitter 17 and the split beam splitter 17a. The configuration is such that the reference light R and the measurement light M are split at 17. Then, the reference light R and the measurement light M are caused to interfere with each other by the combined beam splitter 22. For this reason, even if the distance between the polarizing beam splitter 13 and the glass 15 and 16 is long, the influence of the fluctuation of the air received by the measuring light M and the reference light R during this period becomes common, so that the first Further, the distance between the second reflecting surfaces 15a and 16a can be measured with higher accuracy.
( b ) この間隔測定装置では、 第 1及び第 2の反射面 1 5 a , 1 6 aの間隔を求めるために、 移動ステージ 2 0及びコーナ一ミラ一 1 8で 調整する計測光 Mの光路長 mを、 偏光ビームスプリ ヅ夕 1 3からガラス 1 5, 1 6 までの距離に関わらず任意に設定できる。 このため、 偏光ビ —ムスプリ ッ夕 1 3からガラス 1 5 , 1 6までの距離が長くなつても、 間隔測定装置が大型化することがないだけでなく、 小型化することも可 能となる。  (b) In this distance measuring apparatus, the optical path of the measuring light M adjusted by the moving stage 20 and the corner mirror 18 to obtain the distance between the first and second reflecting surfaces 15a and 16a. The length m can be set arbitrarily regardless of the distance from the polarizing beam splitter 13 to the glasses 15 and 16. Therefore, even if the distance from the polarizing beam splitter 13 to the glass 15 or 16 becomes long, the distance measuring device can be made not only large but also small. .
( c ) この間隔測定装置では、 偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 1 3からガラ ス 1 5 , 1 6までの距離に関わらず、 筐体 3 0内の構成を共通化できる ( このため、 間隔測定装置に広い汎用性を持たせることができ、 その生産 効率が向上して低コス ト化することができる。  (c) In this distance measuring device, the configuration inside the housing 30 can be shared regardless of the distance from the polarizing beam splitter 13 to the glass 15 or 16 (for this reason, the distance measuring device The versatility can be increased, the production efficiency can be improved, and the cost can be reduced.
( d ) この間隔測定装置では、 第 1及び第 2受光素子 2 3 , 2 4を 備え、 両受光素子 2 3, 2 4が互いに位相の逆転した干渉信号を出力し、 両方の干渉信号の差を求めるようになつている。 このため、 例えば 1つ の受光素子 2 3のみを使用した場合よりも、 参照光 Rと計測光 Mとの干 渉による強度変化をほぼ 2倍に増幅して取り出すことができ、 間隔測定 における感度が向上できる。 従って、 第 1及び第 2の反射面 1 5' a , 1 6 aの間隔を、 さらに高精度に測定することができる。 また、 分割ビ一 ムスプリ ッ夕 1 7及び合成ビームスプリ ヅ夕 2 2で透過または反射され る光束をもれなく叟光することができて、 無駄がない。 さらに、 (d) The distance measuring device includes first and second light receiving elements 23, 24, and both light receiving elements 23, 24 output interference signals whose phases are inverted from each other. The difference between the two interference signals is determined. Therefore, for example, the intensity change due to the interference between the reference light R and the measurement light M can be amplified almost twice and extracted as compared with the case where only one light receiving element 23 is used. Can be improved. Therefore, the distance between the first and second reflecting surfaces 15'a and 16a can be measured with higher accuracy. In addition, light beams transmitted or reflected by the divided beam splitter 17 and the combined beam splitter 22 can be illuminated without any loss, so that there is no waste. further,
( e ) この間隔測定装置では、 各受光素子 2 3 , 2 4から出力され る干渉信号の強度が最大または最小となったときの参照光 Rと計測光 M との光路長 r , mの差から第 1及び第 2の反射面 1 5 a , 1 6 aの間隔 を求めるようになつている。 ここで、 参照光; Rの光路長 rは固定であり、 計測光 Mの光路長 mは移動ステージ 2 0の位置を検出することで容易か つ正確に求まる。 このため、 第 1及び第 2の反射面 1 5 a , 1 6 aの間 隔を、 容易かつ高精度に求めることができる。  (e) In this distance measuring device, the difference between the optical path lengths r and m between the reference light R and the measurement light M when the intensity of the interference signal output from each of the light receiving elements 23 and 24 becomes maximum or minimum. , The distance between the first and second reflecting surfaces 15a and 16a is obtained. Here, the optical path length r of the reference light; R is fixed, and the optical path length m of the measurement light M can be easily and accurately determined by detecting the position of the moving stage 20. Therefore, the distance between the first and second reflecting surfaces 15a and 16a can be easily and accurately determined.
( f ) この間隔測定装置では、 光源 1 1は所定方向の直線偏光を出 射するとともに、 ガラス 1 5, 1 6 との間に偏光ビームスプリヅ夕 1 3 及び 1 / 4波長板 1 4が配設されている。 このため、 平行光学系 1 2か らの平行光束のほとんど全てをガラス 1 5, 1 6に供給できるとともに、 ガラス 1 5 , 1 6で反射された光束のほとんど全てを、 分割ビ一ムスプ リ ツ夕 1 7に無駄無く導くことができる。 従って、 第 1及び第 2受光素 子 2 3, 2 4により多くの光束を入射させることができ、 第 1及び第 2 の反射面 1 5 a , 1 6 aの間隔を、 さらに高精度に測定することができ る。  (f) In this distance measuring device, the light source 11 emits linearly polarized light in a predetermined direction, and a polarizing beam splitter 13 and a quarter-wave plate 14 are disposed between the light sources 11 and 16. Have been. As a result, almost all of the parallel light beams from the parallel optical system 12 can be supplied to the glasses 15 and 16, and almost all of the light beams reflected by the glass 15 and 16 can be split into split beam splits. We can lead to evening 17 without waste. Therefore, more light beams can be made incident on the first and second light receiving elements 23 and 24, and the distance between the first and second reflecting surfaces 15a and 16a can be measured with higher accuracy. can do.
( g ) この間隔測定装置では、 その構成の大部分が環境が一定に保 たれた筐体 3 0内に収容されている。 このため、 計測光 M及び参照光 R の受ける空気の揺らぎ等の影響を著しく低減することができ、 第 1及び 第 2の反射面 1 5 a , 1 6 aの間隔をより高精度に測定することができ る。 (g) In this distance measuring device, most of its configuration is housed in a housing 30 in which the environment is kept constant. For this reason, the influence of the fluctuation of the air, etc., received by the measurement light M and the reference light R can be significantly reduced. The distance between the second reflecting surfaces 15a and 16a can be measured with higher accuracy.
(第 2の実施の形態)  (Second embodiment)
前記第 1の実施の形態では、 間隔測定装置の基本構成をマッハヅェン ダ型干渉計で構成したが、 第 4図のように、 マイケルソン型干渉計で構 成することも可能である。  In the first embodiment, the basic configuration of the distance measuring device is configured by a Mach-Wender interferometer, but it can be configured by a Michelson-type interferometer as shown in FIG.
第 4図において、 第 1図中の要素と共通する要素には、 共通の符号が 付されている。 この間隔測定装置は、 第 1の実施の形態と同様の光源 1 1、 平行光学系 1 2、 偏光ビームスプリ ヅ夕 1 3及び 1 Z 4波長板 1 4 を有し、 ガラス 1 5 , 1 6に対して光束を入射する構成になっている。 ガラス 1 5の第 1の反射面 1 5 a及びガラス 1 6の第 2の反射面 1 6 a で反射した光束は、 偏光ビームスプリ ッ夕 1 3を透過して分割手段及び 干渉手段を構成するビームスプリ ッ夕 4 1に入射する。 ビームスプリ ヅ 夕 4 1は、 ガラス 1 5 , 1 6側から入射された光の一部を可動反射ミラ 一 4 2側に計測光 Mとして反射させ、 残りを参照光 Rとして透過させて 固定反射ミラー 4 3へ入射する機能を持っている。  In FIG. 4, elements common to those in FIG. 1 are denoted by common reference numerals. This distance measuring device includes a light source 11, a parallel optical system 12, a polarizing beam splitter 13, and a 1Z 4 wavelength plate 14 similar to those in the first embodiment, and glass 15, 16. The light beam is incident on the light source. The luminous flux reflected by the first reflecting surface 15a of the glass 15 and the second reflecting surface 16a of the glass 16 passes through the polarizing beam splitter 13 to constitute a splitting unit and an interference unit. Beam splitting. Beam split ヅ ヅ 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 4 4 1 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 It has the function of entering the mirror 43.
可動反射ミラー 4 2は、 移動ステージ 2 0に固定されて第 1の実施の 形態のコーナーミラ一 1 8と同様に移動するようになつており、 ビーム スプリ ヅ夕 4 1から入射された計測光 Mを該ビ一ムスプリヅ夕 4 1へ向 けて反射する。 固定反射ミラ一 4 3は固定され、 ビームスプリ ヅタ 4 1 から入射された参照光 Rを再び該ビームスプリ ツ夕 4 1へ反射する。 ビ —ムスプリ ッ夕 4 1は、 反射ミラー 4 2側から入射されだ計測光 Mの一 部を受光素子 4 4側へ透過させ、 反射ミラー 4 3側から入射した参照光 Rの一部を受光素子 4 4側へ反射させるようになっている。  The movable reflecting mirror 42 is fixed to the moving stage 20 so as to move similarly to the corner mirror 18 of the first embodiment. M is reflected toward the beam splitter 41. The fixed reflection mirror 43 is fixed, and reflects the reference light R incident from the beam splitter 41 again to the beam splitter 41. The beam splitter 41 transmits a part of the measurement light M incident from the reflection mirror 42 side to the light receiving element 44 side and receives a part of the reference light R incident from the reflection mirror 43 side. The element 44 reflects light to the 4 side.
よって, 受光素子 4 4には、 計測光 Mと参照光 Rの干渉光が入射され ることになる。 受光素子 4 4は、 入射された光の強度に対応する干渉信 号を主制御系 2 5に出力するものである。 Therefore, the interference light of the measurement light M and the reference light R enters the light receiving element 44. The light receiving element 4 4 is an interference signal corresponding to the intensity of the incident light. Signal to the main control system 25.
この間隔測定装置では、 ビームスプリ ツ夕 4 1が計測光 Mと参照光 R とを分割するとともに計測光 Mと参照光 Rとを干渉させる。 ここで、 計 測光 Mと参照光': Rとが干渉する前に、 移動ステージ 2 0で可動反射ミラ 一 4 2の位置をずらせて計測光 Mの光路長を変化させる。 これにより, 第 1の実施の形態の第 3図と同様の干渉信号が得られる。 第 3図と同様 の干渉信号が得られると、 主制御系 2 5は、 干渉信号の包絡線における 極大値或いは極小値から反射面 1 5 a , 1 6 aの間隔が求められる。 そ して、 主制御系 2 5は、 極大値或いは極少値を干渉信号の補間によって 求め、 第 1の実施の形態と同様に、 移動ステージ 2 0の位置からガラス 1 5 , 1 6の間隔を求める。  In this interval measuring device, the beam splitter 41 splits the measurement light M and the reference light R and causes the measurement light M and the reference light R to interfere with each other. Here, before the measurement light M and the reference light ': R interfere with each other, the position of the movable reflection mirror 142 is shifted by the moving stage 20 to change the optical path length of the measurement light M. As a result, an interference signal similar to that of FIG. 3 of the first embodiment can be obtained. When an interference signal similar to that shown in FIG. 3 is obtained, the main control system 25 obtains the interval between the reflecting surfaces 15a and 16a from the maximum value or the minimum value in the envelope of the interference signal. Then, the main control system 25 finds the maximum value or the minimum value by interpolating the interference signal, and determines the distance between the glass 15 and 16 from the position of the moving stage 20 as in the first embodiment. Ask.
以上のような構成を有する、 第 2の実施の形態である間隔測定装置で は、 第 1の実施の形態と同様の効果に加えて、 下記の効果が得られる。  The interval measuring apparatus according to the second embodiment having the above-described configuration has the following effects in addition to the same effects as those of the first embodiment.
( h ) この間隔測定装置では、 ビ一ムスプリ ッ夕 4 1が計測光 Mと 参照光: Rとを分離するとともに計測光 Mと参照光 Rとを干渉させるよう になっている。 このため、 合成ビームスプリヅ夕 2 2等が不要になり、 装置のさらなる小型化が可能になる。  (h) In this interval measuring apparatus, the beam splitter 41 separates the measuring light M and the reference light: R from each other and causes the measuring light M and the reference light R to interfere with each other. For this reason, the combined beam splitter 22 and the like become unnecessary, and the size of the apparatus can be further reduced.
(第 3の実施の形態)  (Third embodiment)
本発明の第 3の実施の形態である面形状測定装置の概要を、 第 5図を 参照しつつ説明する。  An outline of a surface shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第 5図に示される面形状測定装置は、 面形状測定手段であるフィゾー 型干渉計 5 1 と、 ヌルレンズ系 5 2 と、 フィゾーレンズ 5 3とを有して いる。 前記フィゾ一型干渉計 5 1は、 例えば H e - N e レーザ光からな る面形状測定用光束 L sを発生する光源としてのレーザ光源 5 4を内蔵 している。  The surface shape measuring device shown in FIG. 5 has a Fizeau interferometer 51 as a surface shape measuring means, a null lens system 52, and a Fizeau lens 53. The Fizeau type interferometer 51 has a built-in laser light source 54 as a light source for generating a surface shape measuring light beam Ls composed of, for example, He-Ne laser light.
前記ヌルレンズ系 5 2は、 干渉計 5 1から出射された前記光束 L s及 び干渉計 5 1に戻る前記光束 L sをフィゾーレンズ 5 3の法線に平行に する役割を担っている。 ヌルレンズ系 5 2を通過した前記光束 L sは、 フィゾーレンズ 5 3に入射するようになつている。 The null lens system 52 includes the luminous flux Ls and the luminous flux Ls emitted from the interferometer 51. And returns the light flux Ls returning to the interferometer 51 to be parallel to the normal of the Fizeau lens 53. The light beam Ls having passed through the null lens system 52 enters the Fizeau lens 53.
前記フィゾーレンズ 5 3は、 参照面 5 3 aを有しており、 その参照面 5 3 aがレンズ、 ミラ一等の光学素子からなる測定対象物の被検面 5 5 に対向するように配置されている。 前記フィゾーレンズ 5 3は、 参照面 5 3 aにおいてヌルレンズ系 5 2側から入射した前記光束 L sの一部を 反射させるとともに、 残りを透過する機能を有している。 フィゾーレン ズ 5 3を透過した前記光束 L sは、 該レンズ 5 3の参照面 5 3 aの法線 方向に進み、 測定対象物の被検面 5 5で反射され、 同じ光路を戻る構成 になっている。  The Fizeau lens 53 has a reference surface 53a, and the reference surface 53a is disposed so as to face a test surface 55 of a measurement object formed of an optical element such as a lens or a mirror. Have been. The Fizeau lens 53 has a function of reflecting a part of the light beam Ls incident from the null lens system 52 side on the reference surface 53a and transmitting the rest. The light beam Ls transmitted through the Fizelens 53 travels in the normal direction of the reference surface 53 a of the lens 53, is reflected by the surface 55 to be measured of the measurement object, and returns along the same optical path. ing.
この面形状測定装置には、 さらに、 筐体 3 0内に収容された第 1の実 施の形態の間隔測定装置が、 間隔測定手段の間隔測定ュニッ ト 5 6 とし て組み込まれている。 間隔測定ュニッ ト 5 6から出射された間隔測定用 光束 L dは、 間隔測定用光学手段としてのダイクロイ ツクミラー 5 7に 入射するようになつている。 このダイクロイ ヅクミラー 5 7は、 ヌルレ ンズ系 5 2 と干渉計 5 1 との間に常時配置されている。 ダイクロイツク ミラー 5 7は、 間隔測定用光束 L dをその光軸が面形状測定用光束 L s の光軸に平行になるように折り曲げ、 該間隔測定用光束 L dをヌルレン ズ系 5 2を介してフィゾ一レンズ 5 3及び被検面 5 5に入射させるよう に機能する。  The surface shape measuring device further incorporates the distance measuring unit of the first embodiment housed in the housing 30 as a distance measuring unit 56 of the distance measuring means. The interval measuring light beam L d emitted from the interval measuring unit 56 is incident on a dichroic mirror 57 as an interval measuring optical unit. The dichroic mirror 57 is always disposed between the null lens system 52 and the interferometer 51. The dichroic mirror 57 bends the distance measuring light beam Ld so that its optical axis is parallel to the surface shape measuring light beam Ls, and converts the distance measuring light beam Ld into a null lens system 52. It functions so as to be made incident on the Fize lens 53 and the surface 55 to be measured via the FZ lens.
この面形状測定装置は、 フィゾーレンズ 5 3の参照面 5 3 aと被検面 5 5 との相対距離を求めるとともに該被検面 5 5の形状を測定をする装 置である。 すなわち、 フィゾー型干渉計 5 1が出射した面形状測定用光 朿 L sは、 ダイクロイ ツクミラー 5 7を透過してヌルレンズ系 5 2に入 射する。 ヌルレンズ系 5 2は、 干渉計 5 1側から入射した面形状測定用 光束 L sをフィゾーレンズ 5 3へと透過させる。 フィゾーレンズ 5 3は. ヌルレンズ系 5 2から入射した面形状測定用光束 L sの一部を反射して ヌルレンズ系 5 2側へ戻す。 フィゾーレンズ 5 3を透過した面形状測定 用光束 L sほ法線方向に広がり、 被検面 5 5で反射され 該フィゾーレ ンズ 5 3を透過してヌルレンズ系 5 2に戻る。 This surface shape measuring device is a device that determines the relative distance between the reference surface 53 a of the Fizeau lens 53 and the test surface 55 and measures the shape of the test surface 55. In other words, the light Ls for surface shape measurement emitted from the Fizeau interferometer 51 passes through the dichroic mirror 57 and enters the null lens system 52. Null lens system 52 is for measuring the surface shape incident from the interferometer 51 side The light beam Ls is transmitted through the Fizeau lens 53. The Fizeau lens 53 reflects a part of the surface shape measuring light beam Ls incident from the null lens system 52 and returns it to the null lens system 52 side. The light beam Ls for surface shape measurement transmitted through the Fizeau lens 53 spreads in the normal direction, is reflected by the surface 55 to be measured, passes through the Fizen lens 53, and returns to the null lens system 52.
ヌルレンズ系 5 2は、 参照面 5 3 a及び被検面 5 5側から反射された 面形状測定用光束 L sを干渉計 5 1に戻す。 干渉計 5 1 には、 参照面 5 3 aで反射した面形状測定用光束 L sと被検面 5 5で反射した面形状測 定用光束 L s とが、 同じ光路を通過して入射する。 このため、 これらの 反射した面形状測定用光束 L sが干渉し、 干渉計 5 1にて干渉縞が生じ ることになる。 干渉計 5 1では、 図示しない受光素子により、 干渉縞を 電気信号に変換し、 該電気信号に基づき被検面の形状データを得る。 一方、 間隔測定ユニッ ト 5 6が出射する間隔測定用光束 L dは、 ダイ クロイ ツクミラー 5 7で反射して面形状測定用光束 L sの光軸と平行に 進み、 ヌルレンズ系 5 2を介して参照面 5 3 a及び被検面 5 5に達する < 間隔測定用光束 L は、 面形状測定用光束 L s と同様に、 参照面 5 3 a 及び被検面 5 5で反射し、 ヌルレンズ系 5 2を透過してダイクロイ ツク ミラ一 5 7に入射する。 ダイクロイ ツクミラー 5 7は、 ヌルレンズ系 5 2側から進んできた間隔測定用光束 L dを反射して間隔測定ュニッ ト 5 6に入射させる。 間隔測定ユニッ ト 5 6は、 内部で第 1の実施の形態と 同様の処理を行って参照面 5 3 a及び被検面 5 5の間隔を求める。 この 結果、 フィゾーレンズ 5 3の参照面 5 3 aの曲率半径が既知であれば、 該曲率半径に、 面形状測定の結果と間隔測定の結果を加味することで、 被検面 5 5の曲率半径の値もより高精度に求められる。  The null lens system 52 returns the surface shape measuring light beam Ls reflected from the reference surface 53 a and the test surface 55 to the interferometer 51. The surface shape measuring light beam Ls reflected by the reference surface 53a and the surface shape measuring light beam Ls reflected by the test surface 55 enter the interferometer 51 through the same optical path. . Therefore, these reflected light beams Ls for surface shape measurement interfere with each other, and interference fringes are generated in the interferometer 51. In the interferometer 51, the interference fringes are converted into electric signals by a light-receiving element (not shown), and the shape data of the surface to be detected is obtained based on the electric signals. On the other hand, the distance measuring light beam L d emitted from the distance measuring unit 56 is reflected by the dichroic mirror 57 and travels in parallel with the optical axis of the surface shape measuring light beam Ls, and passes through the null lens system 52. Reaching the reference surface 53 a and the surface 55 to be measured <The light beam L for distance measurement is reflected by the reference surface 53 a and the surface 55 to be measured similarly to the light beam L s for surface shape measurement, and the null lens system 5 The light passes through 2 and enters the dichroic mirror 57. The dichroic mirror 57 reflects the distance measurement light beam Ld that has advanced from the null lens system 52 side and makes the light beam enter the distance measurement unit 56. The distance measurement unit 56 internally performs the same processing as in the first embodiment to determine the distance between the reference surface 53 a and the test surface 55. As a result, if the radius of curvature of the reference surface 53 a of the Fizeau lens 53 is known, the curvature of the surface 55 to be measured is obtained by adding the results of the surface shape measurement and the distance measurement to the radius of curvature. The value of the radius is also required with higher accuracy.
なお、 被検面 5 5や参照面 5 3 aから反射した面形状測定用光束 L s 及び間隔測定用光束 L dは、 両方ともダイクロイ ツクミラー 5 7に進む c ここで、 面形状測定用光束 L sに、 例えば H e— N eレーザを使用した 場合、 その波長は 6 3 3 n mである。 この場合、 間隔測定用光束 L dに、 波長が 6 8 0 n mの L S D光を使用することが望ましい。 このようにす ることで、 両光束 L s , L dを十分に分離することができるとともに、 その波長が比較的近いためヌルレンズ系 5 2等で発生する収差を少なく することができる。 Both the surface shape measurement light beam Ls and the distance measurement light beam Ld reflected from the test surface 55 and the reference surface 53a advance to the dichroic mirror 57c. Here, when, for example, a He—Ne laser is used for the surface shape measuring light beam Ls, the wavelength is 633 nm. In this case, it is desirable to use LSD light having a wavelength of 680 nm for the distance measurement light beam Ld. By doing so, the two light beams Ls and Ld can be sufficiently separated, and the aberrations generated by the null lens system 52 and the like can be reduced because their wavelengths are relatively close.
このような構成の面形状計測装置では、 以下のような効果が得られる, ( i ) この面形状測定装置では、 第 1の実施の形態である間隔測定 装置が間隔測定ュニヅ ト 5 6として組み込まれている。 このため、 間隔 測定ュニッ ト 5 6での被検面 5 5と参照面 5 3 aとの間の間隔測定結果 を勘案して、 フィゾー型干渉計 5 1により被検面 5 5の形状をより高精 度に測定できるようになる。  The following effects can be obtained with the surface shape measuring device having such a configuration. (I) In this surface shape measuring device, the distance measuring device according to the first embodiment is incorporated as a distance measuring unit 56. Have been. Therefore, taking into account the measurement result of the distance between the test surface 55 and the reference surface 53a at the distance measurement unit 56, the shape of the test surface 55 is further improved by the Fizeau interferometer 51. It will be possible to measure with high accuracy.
(変形例)  (Modified example)
なお、 上記各実施の形態は、 例えば以下のようなが種々の変形が可能 である。  The above embodiments can be variously modified as follows, for example.
① 第 3の実施の形態では、 ダイクロイヅクミラ一 5 7をフィゾー型干 渉計 5 1からの面形状測定用光束 L sの光路内に常時配置して、 間隔測 定及び面形状測定の両方を同時にできるようにした。 これに対して、 例 えば第 5図に一点鎖線で示すように、 例えば面形状測定用光束 L sの光 路内に出没する光路切替手段としてのシャツ夕 6 1を設けるとともに、 間隔測定用光束 L dの光路内に出没する光路切替手段としてのシャツ夕 6 2を設けて、 面形状測定用光束 L s及び間隔測定用光束 L dの光路を 適宜切り替えるように構成してもよい。  (1) In the third embodiment, the dichroic mirror 571 is always arranged in the optical path of the surface shape measuring light beam Ls from the Fizeau interferometer 51 to perform the interval measurement and the surface shape measurement. You can do both at the same time. On the other hand, for example, as shown by a dashed line in FIG. 5, for example, a shirt 61 is provided as an optical path switching means that appears and disappears in the optical path of the surface shape measuring light beam Ls, and the distance measuring light beam Ls is provided. A shirt 62 may be provided as an optical path switching means that appears and disappears in the optical path of Ld, so that the optical paths of the surface shape measuring light beam Ls and the distance measuring light beam Ld may be switched as appropriate.
この場合、 参照面 5 3 aと被検面 5 5との間隔測定を行う場合には、 面形状測定用光束 L sの光路内にシャツ夕 6 1を挿入するととも間隔測 定用光束 L dの光路内からシャツ夕 6 2を退避させて、 間隔測定ュニッ ト 5 6からの間隔測定用光束 L dを参照面 5 3 a及び被検面 5 5に導く , 一方、 面形状の測定を行う場合には、 面形状測定用光束 L sの光路内か らシャツ夕 6 1を退避させるととも間隔測定用光束 L dの光路内にシャ ッ夕 6 2を挿入し、 フィゾ一型干渉計 5 1からの面形状測定用光束 L s を参照面 5 3 a及び被検面 5 5に導く。 このようにした場合、 間隔測定 用光束 L dが干渉計 5 1内に導かれたり、 面形状測定用光束 L sが間隔 測定ュニッ ト 5 6内に導かれたりすることがなく、 面形状測定及び間隔 測定の精度を高く維持することができる。 In this case, when measuring the distance between the reference surface 53a and the surface 55 to be inspected, the shirt 61 is inserted into the optical path of the surface shape measuring light beam Ls and the distance measuring light beam Ld Evacuate the shirt from the optical path of the The distance measurement light beam Ld from the point 56 is guided to the reference surface 53a and the surface 55 to be measured. When the shirt 61 is retracted, the shutter 62 is inserted into the optical path of the distance measuring light beam L d, and the surface shape measuring light beam L s from the Fizeau type 1 interferometer 51 is referred to as the reference surface 53 a. And the test surface 55. In this case, the light beam Ld for distance measurement is not guided into the interferometer 51, and the light beam Ls for surface shape measurement is not guided into the distance measurement unit 56. And the accuracy of the interval measurement can be kept high.
② 第 3の実施の形態では、 ダイクロイヅクミラ一 5 7をフィゾー型干 渉計 5 1からの面形状測定用光束 L sの光路内に常時配置して、 間隔測 定及び面形状測定の両方を同時にできるようにした。 これに対して、 例 えば第 5図に二点鎖線で示すように、 ダイクロイツクミラー 5 7を可動 反射手段としての全反射ミラー 6 5に変更し、 その全反射ミラー 6 5を 面形状測定用光束 L sの光路内に挿脱可能に配置してもよい。  (2) In the third embodiment, the dichroic mirror 571 is always arranged in the optical path of the surface shape measuring light beam Ls from the Fizeau interferometer 51 to perform the interval measurement and the surface shape measurement. You can do both at the same time. On the other hand, as shown by a two-dot chain line in FIG. 5, for example, the dichroic mirror 57 is changed to a total reflection mirror 65 as movable reflection means, and the total reflection mirror 65 is used for measuring a surface shape. The light beam Ls may be arranged so as to be insertable into and removable from the optical path.
この場合、 参照面 5 3 aと被検面 5 5との間隔測定を行う場合には、 面形状測定用光束 L sの光路内に全反射ミラー 6 5を揷入して、 間隔測 定ュニッ ト 5 6からの間隔測定用光束 L dを参照面 5 3 a及び被検面 5 5に導く。 一方、 面形状の測定を行う場合には、 面形状測定用光束 L s の光路内から全反射ミラー 6 5を退避させ、 フィゾー型干渉計 5 1から の面形状測定用光束 L sを参照面 5 3 a及び被検面 5 5に導く。 このよ うにした場合、 前記各実施の形態の効果に加えて、 間隔測定用光束 L d を、 無駄なく使用することができる。  In this case, when measuring the distance between the reference surface 53a and the test surface 55, a total reflection mirror 65 is inserted into the optical path of the light beam Ls for measuring the surface shape, and the distance measurement unit is measured. The light beam Ld for distance measurement from the point 56 is guided to the reference surface 53 a and the test surface 55. On the other hand, when measuring the surface shape, the total reflection mirror 65 is retracted from the optical path of the surface shape measurement light beam Ls, and the surface shape measurement light beam Ls from the Fizeau interferometer 51 is used as a reference surface. It leads to 53 a and the test surface 55. In this case, in addition to the effects of the above embodiments, the interval measurement light beam L d can be used without waste.
③ 第 1の実施の形態では、 2個の受光素子 2 3 , 2 4を設け、 位相が 反転した干渉信号を出力させて S / N比を向上させていたが、 S / N比 を向上させる必要がないときには、 第 2の実施の形態のように、 1個の 受光素子 2 3のみを設けて干渉信号を出力するようにしてもよい。 ④ 第 1及び第 2の実施の形態では、 光源 1 1 とガラス 1 5, 1 6 との 間に、 偏光ビームスプリ ヅ夕 1 3とを 1 /4波長板 1 4 とを配置したが、 1 4波長板 1 4を省略するとともに偏光ビームスプリ ッ夕 1 3を通常 のビームスプリ ツ夕に変更してもよい。 (3) In the first embodiment, two light receiving elements 23 and 24 are provided to output an interference signal whose phase is inverted to improve the S / N ratio. However, the S / N ratio is improved. When it is not necessary, only one light receiving element 23 may be provided to output an interference signal as in the second embodiment. In the first and second embodiments, the polarizing beam splitter 13 and the quarter-wave plate 14 are arranged between the light source 11 and the glasses 15 and 16. The four-wavelength plate 14 may be omitted, and the polarization beam splitter 13 may be changed to a normal beam splitter.
⑤ 第 3の実施の形態では、 第 1の実施の形態である間隔測定装置を組 み込んだ構成にしているが、 第 2の実施の形態である間隔測定装置を組 み込んでもよい。 で は In the third embodiment, the interval measuring device according to the first embodiment is incorporated, but the interval measuring device according to the second embodiment may be incorporated.
⑥ 第 1の実施の形態において、 2つのコ一ナ一ミラ一 1 8 , 1 9をと もに、 移動可能に配置してもよい。 この場合、 両コーナ一ミラ一 1 8 , 1 9の位置から、 参照光 Rと計測光 Mとの光路長の差を求め、 その光路 長の差に基づいて第 1及び第 2の反射面 1 5 a , 1 6 aの間隔を求める, に お い て In the first embodiment, the two corner mirrors 18 and 19 may be movably disposed together. In this case, the difference between the optical path lengths of the reference light R and the measurement light M is obtained from the positions of both corners 18 and 19, and the first and second reflecting surfaces 1 are determined based on the difference in the optical path lengths. Find the interval of 5 a, 1 6 a,
⑦ 第 3の実施の形態において、 ダイクロイ ヅクミラー 5 7に代えて、 ビームスプリ ヅ夕を採用してもよい。 産業上の利用可能性 In the third embodiment, a beam splitter may be used instead of the dichroic mirror 57. Industrial applicability
以上の説明から明らかなように、 本発明は、 光学素子の間隔や厚さ等 を精密に測定したり、 光学素子等の面形状を精密に測定したりすること に利用できる。  As is apparent from the above description, the present invention can be used for accurately measuring the distance, thickness, and the like of an optical element, and for accurately measuring the surface shape of an optical element and the like.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 光源から出射された光束を第 1の面に照射させるとともに、 前記第 1め面を透過した前記光束を第 2の面に照射させ、 前記第 1の面及び第 2の面からの反射光に基づいて該第 1及び第 2の面の間隔を求める間隔 測定装置であって、 1. While irradiating a light beam emitted from a light source to a first surface, irradiating the second surface with the light beam transmitted through the first surface, reflection from the first surface and the second surface An interval measuring device for determining an interval between the first and second surfaces based on light,
前記第 1及び第 2の面からの反射光を第 1の光束及び第 2の光束に分 割する分割手段と、  Splitting means for splitting the reflected light from the first and second surfaces into a first light flux and a second light flux;
前記分割手段で分割された前記第 1の光束と第 2の光束を干渉させる 干渉手段と、  Interference means for causing the first light flux and the second light flux split by the splitting means to interfere with each other;
少なくとも前記第 1の光束の光路長を前記第 2の光束と干渉させる前 に変化させる光路長変更手段と、  Light path length changing means for changing at least the light path length of the first light beam before causing the light path length to interfere with the second light beam;
前記干渉手段で干渉した干渉光の光情報と前記光路長とに基づいて前 記第 1及び第 2の面の間隔を求める測長手段とを、 備えたことを特徴と する間隔測定装置。  An interval measuring device, comprising: a length measuring unit that obtains the interval between the first and second surfaces based on optical information of the interference light interfered by the interfering unit and the optical path length.
2 . 請求の範囲第 1項に記載の間隔測定装置であって、 前記測長手段が、 前記干渉光の光情報として、 前記干渉光のコントラス 卜が極大になった ときの前記光路長に基づいて前記第 1及び第 2の反射面の間隔を求める ものであることを特徴とする間隔測定装置。  2. The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the length measuring means is based on the optical path length when the contrast of the interference light is maximized as optical information of the interference light. A distance between the first and second reflection surfaces.
3 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の間隔測定装置であって、 前記 干渉手段が、 前記第 1の光束と前記第 2の光束とに基づいて互いに位相 の反転した第 1の干渉光と第 2の干渉光とを発生させるとともに、 前記 測長手段が、 前記第 1及び第 2の干渉光をそれそれ別々に検出する第 1 検出手段及び第 2検出手段を有することを特徴とする間隔測定装置。 3. The distance measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the interference unit is configured to control the first light flux and the second light flux whose phases are inverted with respect to each other based on the first light flux and the second light flux. In addition to generating interference light and second interference light, the length measuring means has first detection means and second detection means for detecting the first and second interference lights separately. Interval measuring device.
4 . 請求の範囲第 3項に記載の間隔測定装置であって、 前記測長手段が、 前記第 1検出手段の検出結果と前記第 2検出手段の検出結果との差に基 づいて前記第 1及び第 2の面間の間隔を求めるものであることを特徴と する間隔測定装置。 4. The distance measuring apparatus according to claim 3, wherein the length measuring means is configured to perform a measurement based on a difference between a detection result of the first detecting means and a detection result of the second detecting means. The distance between the first and second surfaces based on the distance.
5 . 請求の範囲第 1項から第 4項のうちいずれか 1項に記載の間隔測定 装置であって、 前記光源と前記第 1及び第 2の面との間に、 前記光源か ら出射された光束を反射または透過させ、 所定方向と直交方向の直線偏 光を透過または反射させる光束中継手段と、 所定方向の直線偏光の光束 を円偏光の光束に変換する変換手段とを備え、 前記第 1及び第 2の面か らの反射光が、 前記変換手段及び前記光束中継手段を介して前記分割手 段に導かれることを特徴とする間隔測定装置。  5. The distance measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light is emitted from the light source between the light source and the first and second surfaces. A light beam relay means for transmitting or reflecting the linearly polarized light in a direction orthogonal to a predetermined direction, and a converting means for converting the linearly polarized light beam in a predetermined direction to a circularly polarized light beam. An interval measuring device, wherein reflected light from the first and second surfaces is guided to the division means via the conversion means and the light beam relay means.
6 . 請求の範囲第 1項から第 5項のうちいずれか 1項に記載の間隔測定 装置であって、 前記分割手段から前記干渉手段に到る各光路の環境をほ ぼ一定に保つ環境調節手段を備えたことを特徴とする間隔測定装置。 6. The distance measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an environment of each optical path from the splitting means to the interference means is kept almost constant. An interval measuring device comprising means.
7 . 光源からの面形状測定用光束を所定の参照面及び測定対象物の被検 面に照射し、 該参照面及び被検面から反射した反射光束に基づいて該被 検面の形状を求める面形状測定手段を備えた面形状測定装置であって、 前記参照面と前記被検面との間隔を測定する間隔測定手段を備えたこと を特徴とする面形状測定装置。 7. A light beam for surface shape measurement from a light source is applied to a predetermined reference surface and the surface to be measured of the object to be measured, and the shape of the surface to be measured is obtained based on the light beam reflected from the reference surface and the surface to be measured A surface shape measuring apparatus provided with a surface shape measuring means, comprising: a distance measuring means for measuring a distance between the reference surface and the test surface.
8 . 光源からの面形状測定用光束を所定の参照面及び測定対象物の被検 面に照射し、 該参照面及び被検面から反射した反射光束に基づいて該被 検面の形状を求める面形状測定手段を備えた面形状測定装置であって、 前記参照面と前記被検面との間隔を測定する間隔測定手段を備え、 前記 間隔測定手段が、 前記参照面及び被検面を前記第 1及び第 2の反射面と する請求の範囲第 1項から第 6項のうちいずれか 1項に記載の間隔測定 装置からなることを特徴とする面形状測定装置。  8. A light beam for surface shape measurement from a light source is applied to a predetermined reference surface and the surface to be measured of the object to be measured, and the shape of the surface to be measured is obtained based on the reflected light beam reflected from the reference surface and the surface to be measured. A surface shape measuring apparatus including a surface shape measuring unit, comprising: a distance measuring unit configured to measure a distance between the reference surface and the surface to be measured, wherein the distance measuring unit is configured to measure the reference surface and the surface to be measured. 7. A surface shape measuring device comprising the interval measuring device according to any one of claims 1 to 6 as first and second reflecting surfaces.
9 . 請求項 7又は請求項 8に記載の面形状測定装置であって、 前記参照 面及び前記被検面と前記面形状測定手段との間の前記面形状測定用光束 の光路中に配置され、 前記面形状測定用光束の光軸とほぼ平行に前記参 照面及び前記被検面へ間隔測定用光束を導くための間隔測定用光学手段 を備えたことを特徴とする面形状測定装置。 9. The surface shape measuring apparatus according to claim 7, wherein the surface shape measuring light flux between the reference surface and the surface to be measured and the surface shape measuring means. And an interval measuring optical means for guiding the interval measuring light beam to the reference surface and the test surface substantially parallel to the optical axis of the surface shape measuring light beam. Surface shape measuring device.
1 0 . 請求項 9に記載の面形状測定装置 あって、 前記間隔測定用光学 手段が、 前記面形状測定用光束と前記間隔測定用光束との光路を切り替 える光路切替手段を備えたことを特徴とする面形状測定装置。  10. The surface shape measuring device according to claim 9, wherein the optical device for measuring a distance includes an optical path switching means for switching an optical path between the light beam for measuring the surface shape and the light beam for measuring the distance. Characteristic surface shape measuring device.
1 1 . 請求項 9に記載の面形状測定装置であって、 前記間隔測定用光学 手段が、 前記面形状測定用光束の光路内に揷脱可能に配置され、 前記間 隔測定用光束をほぼ全反射する可動反射手段からなることを特徴とする 面形状測定装置。  11. The surface shape measuring device according to claim 9, wherein the gap measuring optical unit is disposed so as to be detachable in an optical path of the surface shape measuring light beam, and substantially removes the space measuring light beam. A surface shape measuring device comprising movable reflecting means for total reflection.
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