JP2002286410A - 干渉計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体の表面形状測定を行う斜入射干渉計と
被検体の透過波面測定を行う透過型干渉計とが一体化さ
れ、透過型干渉計が斜入射干渉計に対し所定量だけ傾く
ように設定され、両測定を同時に行い得る、斜入射測定
に低可干渉性光源を用い平行平面透光体を被検体とする
に好適な、干渉計装置を得る。 【構成】 斜入射干渉計ではマルチモードレーザ光が光
束分割手段3で分割され、参照光21は参照面17aで反射さ
れ測定光22は被検面1aで反射されて、光束合成手段4に
おいて両光21、22が合成される。この合成光による干渉
縞像から被検面1aの形状を測定する。透過型干渉計では
シングルモードレーザ光が基準板2に入射し、基準面2a
で反射された参照光と、この面と基準反射面37aとを往
復した測定光とが、この面で合成される。この合成光に
よる干渉縞像から被検体1の透過波面を測定する。被検
面1aは参照面17aに対し略平行に配され、基準面2aおよ
び基準反射面37aに対し所定量だけ傾いている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、参照光と測定光と
の光干渉により生じる干渉縞を用いて測定を行う干渉計
装置に関し、詳しくは、比較的大きい凹凸が形成されて
いる被検面の表面形状を測定する斜入射干渉計と、透明
な被検体の厚みムラや屈折率分布等を測定する透過型干
渉計とが一体化された干渉計装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、薄くて、ある程度の平行度を
有するもののたわみの大きい、例えば平行平面ガラスを
被検体とする干渉縞測定として、その表面の凹凸形状を
測定するための斜入射干渉計による表面形状測定と、そ
の厚みムラ等を測定するための透過型干渉計による透過
波面測定とが行われている。

【０００３】斜入射干渉計は、測定光を被検面に対して
斜めに入射し、測定感度を低下させることによってある
程度凹凸の大きい被検面の表面形状測定を可能としたも
のである。このような斜入射干渉計としては種々のタイ
プのものが知られており、図３に示すものはその一例と
して、特公平６−17787号公報に開示された装置であ
る。

【０００４】この斜入射干渉計装置は、図３に示すよう
に、ハーフミラー５３、５４およびミラー５８がそれぞ
れ被検面５６ａに対してほぼ垂直に配設され、ミラー５
７が投写光６０のハーフミラー５３による反射光（参照
光）６１の光路に直交して配設された装置である。この
装置において、コリメータレンズ５５により平行光束と
された光源５０からの投写光６０は、ハーフミラー５３
により、このハーフミラー５３を透過して被検面５６ａ
に斜入射される測定光６２と、このハーフミラー５３で
反射されミラー５７に向かう参照光６１とに分離され
る。そして、測定光６２は被検面５６ａで反射されたの
ちミラー５８により反射されハーフミラー５４に向か
い、他方、参照板として機能するミラー５７で反射され
た参照光６１のうち一部の光はハーフミラー５３を透過
しハーフミラー５４へ向かう。ハーフミラー５４はその
ハーフミラー面において、ミラー５８により反射された
測定光６２とミラー５７で反射されハーフミラー５３を
透過した参照光６１とを合成する。

【０００５】この装置において、光源５０が可干渉距離
の短い低可干渉性の光源であった場合にも、コリメータ
レンズ５５から射出されハーフミラー５３で分割されて
以降ミラー５７を経てハーフミラー５４に至る参照光６
１の光路長と、コリメータレンズ５５から射出されハー
フミラー５３で分割されて以降、被検面５６ａおよびミ
ラー５８を経てハーフミラー５４に至る測定光６２の光
路長とが互いに等しくなるよう設定することにより、ハ
ーフミラー５４において合成された参照光６１と測定光
６２とは互いに干渉を生じる。なお、図示されるよう
に、ハーフミラー５３から被検面５６ａを経てハーフミ
ラー５４に至る測定光６２の光路中に、ハーフミラーの
存在による分散の影響を補償する補償板５２を挿入する
ことが望ましい。この光干渉により形成された干渉縞を
スクリーン５１に投映することにより、観察者は被検面
５６ａの形状を測定するようになっている。

【０００６】また、透過型干渉計に関しても種々のタイ
プのものが知られており、図４はその一例として、フィ
ゾー型干渉計の概略構成を示すものである。すなわち、
レーザ光源よりなる光源７０から出力されたレーザ光は
対物レンズ７１とピンホール板７２を透過し発散光束と
され、ハーフプリズム７９に入射する。ハーフプリズム
７９では光の一部が直角方向に反射され、コリメータレ
ンズ７５によって平行光束とされて基準板７６に入射す
る。基準板７６に入射したレーザ光は、その一部が被検
体７３方向に透過されるが、その余の部分は基準板７６
の被検体側の表面である基準面７６ａによって反射され
て参照光とされる。

【０００７】基準板７６を被検体７３方向に透過したレ
ーザ光は平板状の被検体７３を透過し、基準反射面７７
ａにより反射され、再び被検体７３を透過し、物体光と
して基準面７６ａに戻され、この基準面７６ａを透過す
る。基準面７６ａと基準反射面７７ａは共に高精度の平
面性を有しており、互いに平行とされている。なお、被
検体７３の表裏両面は基準面７６ａおよび基準反射面７
７ａと大略平行に配されている。

【０００８】このようにして基準面７６ａにおいて、こ
の面で反射された参照光の波面とこの面に戻された物体
光の波面により光干渉が生じる。このレーザ光の戻り光
はコリメータレンズ７５を介してハーフプリズム７９に
照射される。ハーフプリズム７９では、該戻り光の一部
を透過して観察光学系方向に射出し、図示されない干渉
縞投映面に干渉縞像が投映されることになる。この光干
渉により得られた干渉縞像は、被検体７３の厚みムラ
や、被検体７３の材質によってはその内部の応力歪みに
応じて生じたものであり、このデータを計測することに
より被検体７３の透過波面測定を行うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の斜入射干渉計や透過型干渉計は一般に大型で、また高
額であり、表面形状測定と透過波面測定のために別々の
装置を設置するよりも、省スペース化、低コスト化を図
るために１台で両方の測定を行い得る装置が要望されて
いる。これら２つの測定は容易に切換えられることが好
ましく、さらには、被検体を一旦所定位置に調整すれば
これら２つの測定を同時に行うことのできる装置である
ことが望ましい。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであって、被検体の表面形状測定と透過波面測定と
を行い得る装置であり、かつこれら２つの測定を同時に
行い得る干渉計装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の干渉計装置は、
斜入射測定用光源からの出射光を斜入射測定用コリメー
タレンズで平行光となし、この平行光の一部よりなり被
検体の被検面に対して斜め入射される斜入射測定光と、
該平行光の一部よりなり参照面で反射された斜入射測定
用参照光とを合成し互いに干渉させ、生成された干渉縞
を斜入射測定用干渉縞観察手段に形成させるように構成
された斜入射干渉計と、透過型測定用光源からの可干渉
性の出射光を透過型測定用コリメータレンズで平行光と
なし、前記被検体が挿入される、基準板と基準反射板と
の間で往復せしめ、前記被検体を透過して前記基準反射
板の反射面で反射され前記基準板の基準面に戻された透
過型測定光と、前記基準面から反射された透過型測定用
参照光とを合成し互いに干渉させ、生成された干渉縞を
透過型測定用干渉縞観察手段に形成させるように構成さ
れた透過型干渉計とが一体化された干渉計装置であっ
て、前記被検面の法線と前記透過型測定光束の軸とが互
いに非平行となるように構成されたことを特徴とするも
のである。

【００１２】前記斜入射干渉計において、前記斜入射測
定光および前記斜入射測定用参照光はハーフミラーより
なる光束分割手段により該両光に分割され、ハーフミラ
ーよりなる光束合成手段により該両光が合成されるよう
に構成されていてもよい。

【００１３】また、前記斜入射干渉計において、前記斜
入射測定用光源として可干渉距離の短い低可干渉性の光
源を用い、前記斜入射測定用参照光と前記斜入射測定光
の、該両光が前記コリメータレンズから出射されて以
降、前記光束分割手段における分割を経て該光束合成手
段において合成されるまでの光路長差が、該斜入射測定
用参照光と該斜入射測定光とが互いに干渉を生じる範囲
内に設定されていることが好ましい。

【００１４】また、前記被検体が配置されない状態で前
記基準反射板の前記反射面を被検面位置に配置する手段
と、このとき得られた前記反射面における参照干渉縞情
報を補正情報として記録される記録手段と、前記被検体
および前記基準反射板が正規の測定位置に配置された状
態で得られた該被検体の干渉縞情報から前記記録手段に
記録された前記参照干渉縞情報を差引する演算手段とを
備えていることがより好ましい。

【００１５】なお、本明細書において「光束の軸」とは、
光束の中心軸を意味するものとする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、後述する実施例１に係る干渉計装置の図面を代表と
して参照しながら説明する。図１は実施例１に係る干渉
計装置の構成を示す概略図である。この装置は、被検体
の表面形状測定を行う斜入射干渉計と被検体の透過波面
測定を行う透過型干渉計とが一体化された干渉計装置で
あり、以下、各々の干渉計としての構成を順に説明す
る。

【００１７】まず、本実施形態において被検体の表面形
状を測定するための構成について説明する。可干渉性の
光源を備えた斜入射測定用光源部１０から射出された発
散光線束は、コリメータレンズ１５によって平行光線束
とされ、光束分割手段３に入射されて参照光２１および
測定光２２に分割される。例えば図１に示すように、光
束分割手段３の平行光線束が入射する側の面に形成され
たハーフミラー面において、一部の平行光線束はこの面
で反射され測定光２２とされ、その余の平行光線束はこ
の面を透過し参照光２１とされる。

【００１８】参照光２１として分割された平行光線束
は、参照板１７の参照面１７ａに照射される。この参照
面１７ａは極めて平面精度の高い面とされており、照射
された参照光２１を光束合成手段４に向けて反射する。
他方、測定光２２として分割された平行光線束は被検体
１の凹凸を有する被検面１ａに斜入射され、この被検面
１ａにより反射されて、被検面情報を担持した測定光２
２とされる。なお、被検体１は被検面１ａが参照面１７
ａと略平行となるように配されている。被検面１ａによ
り反射された測定光２２の一部は光束合成手段４に向け
て反射され、光束合成手段４において参照光２１と合成
される。例えば図１に示すように、光束合成手段４の参
照板側の面に形成されたハーフミラー面において、参照
光２１はこの面で反射され測定光２２はこの面を透過さ
れることにより、両光は合成される。両光は後段のＣＣ
Ｄ受光面上でその一部が重なり合うように構成されてい
る。

【００１９】ここで、この斜入射干渉計は可干渉性の光
源を用いているので、この合成光は光干渉を生じる。こ
の干渉縞情報を担持した合成光は結像レンズ１６により
収束され斜入射測定用撮像部のＣＣＤ受光面に到達し、
この結像レンズ１６によりＣＤ受光面上に結像された被
検面１ａの像上に重畳する。このＣＣＤ受光面上に形成
された干渉縞像をビデオ信号に変換し、モニタ（図示せ
ず）上に映出させることにより、被検体１の被検面１ａ
の形状を測定するようになっている。

【００２０】つぎに、本実施形態において被検体の透過
波面を測定するための構成について説明する。可干渉性
の光源を備えた透過型測定用ヘッド３３から射出された
発散光線束は、コリメータレンズ３５によって平行光線
束とされ、ミラー３２によって方向を転換され、基準板
２に入射する。基準板２に入射した平行光線束は、その
一部が被検体方向に透過されて透過型測定光とされ、そ
の余の部分は基準板２の被検体側の表面である基準面２
ａによって反射されて透過型測定用参照光とされる。

【００２１】基準板２を被検体方向に透過した透過型測
定光は平板状の被検体１を透過し、基準反射板３７の基
準反射面３７ａにより反射され、再び被検体１を透過し
て基準板２の基準面２ａに戻され、この基準面２ａを透
過する。基準板２の基準面２ａと基準反射板３７の基準
反射面３７ａは共に高精度の平面性を有しており、互い
に平行とされている。また、後述するように被検体１
は、被検面１ａが基準面２ａに対し所定量だけ傾くよう
に配されている。

【００２２】ここで、この透過型干渉計は可干渉性の光
源を用いているので、基準面２ａで反射された透過型測
定用参照光の波面と、基準板２と基準反射板３７との間
で往復された、すなわち被検体１を透過して基準反射面
３７ａで反射され基準板２の基準面２ａに戻された透過
型測定光の波面とにより、光干渉が生じる。これらの戻
り光は結像レンズとして機能するコリメータレンズ３５
により収束され透過型測定用ヘッド３３内に配設された
ＣＣＤ受光面上においてこれらの戻り光による干渉縞が
結像される。このＣＣＤ受光面上に形成された干渉縞像
をビデオ信号に変換し、モニタ（図示せず）上に映出さ
せることにより、被検体１の透過波面を測定するように
なっている。このようにして得られた干渉縞像は、被検
体１が、薄くてある程度の平行度を有するもののたわみ
の大きい、例えば平行平面ガラスの場合には、主にその
厚みムラに応じて生じたものである。このデータを計測
することにより被検体１の透過波面測定を行うことがで
きる。

【００２３】以上説明したように本実施形態の干渉計装
置は、１台の装置により被検体１の表面形状（被検面１
ａの形状）と被検体１の透過波面とを測定できる構成と
されている。さらにこの干渉計装置は、被検面１ａの法
線と透過型測定光束の軸とが互いに非平行となるように
設定されている。すなわち、この透過型干渉計は透過型
測定光束の軸が被検面１ａの法線に対して所定量だけ傾
くように配設されており、これにより被検面１ａは基準
面２ａおよび基準反射面３７ａに対し所定量だけ傾いて
いることになる。

【００２４】ここで、透過波面測定において被検面１ａ
を基準面２ａおよび基準反射面３７ａに対し傾斜させる
意義について説明する。透過波面測定では上述したよう
に、基準面２ａと基準反射面３７ａとが互いに平行とさ
れており、基準面２ａで反射された透過型測定用参照光
の波面と、基準面２ａと被検体１とを透過して基準反射
面３７ａで反射され基準面２ａに戻された透過型測定光
の波面とにより生じた干渉縞像を測定する。したがっ
て、仮に被検面１ａがこれらの面と平行に配されている
と被検面１ａでの反射光もＣＣＤ受光面に戻るおそれが
あり、被検体１が平行平面ガラスである場合には、被検
体１の厚みムラ測定にはノイズとなってしまうことにな
る。さらに、被検体１が平行平面ガラスである場合に
は、被検面１ａがこれらの面と平行に配されていると被
検体１の被検面１ａと反対側の面（以下、この面を裏面
と称する）での反射光もＣＣＤ受光面に戻ってノイズと
なってしまうおそれがある。

【００２５】したがって、透過波面測定により被検体１
の厚みムラを測定する場合には、被検面１ａや被検体１
の裏面からの反射光がＣＣＤ受光面に戻らない程度に、
被検面１ａを基準面２ａおよび基準反射面３７ａに対し
傾けて配置することが好ましい。

【００２６】本実施形態によれば、被検面１ａの法線と
透過型測定光束の軸とが互いに非平行となるように設定
されていることにより、表面形状測定を行う場合にも透
過波面測定を行う場合にも被検体１の位置を移動させた
り被検面１ａを傾けたりする必要がなく、両測定を容易
に切換えて行うことができる。また、両測定を行うにあ
たり各々の光路を遮る位置に配された部材を退避させた
り、必要な部材を挿入したりする必要もないため、被検
体１を一旦所定位置に調整すれば表面形状測定と透過波
面測定とを同時に行うことも可能である。

【００２７】また、本実施形態の干渉計装置において斜
入射測定用光源は、上述したように可干渉性の光源とさ
れている場合には、斜入射干渉計用の各部材の配設位置
にそれほど制限がなく設計の自由度が高い。しかしなが
ら、本実施形態の干渉計装置においてこの斜入射測定用
光源は、可干渉距離の短い低可干渉性の光源を用いるこ
とがより好ましい。ただしこの場合、このような光源特
性のため、斜入射測定用参照光２１と斜入射測定光２２
の、両光がコリメータレンズ１５から出射されて以降、
光束分割手段３における分割を経て光束合成手段４にお
いて合成されるまでの光路長差が、斜入射測定用参照光
２１と斜入射測定光２２とが互いに干渉を生じる範囲内
に設定されているように構成される必要がある。すなわ
ち、上記両光の光路長が互いに略等しくなるように構成
されることがより好ましい。

【００２８】なお、図１に示された斜入射干渉計におい
ては、コリメータレンズ１５から光束分割手段３までの
両光の光路長が等しい構成とされている。このような場
合には、光束分割手段３における分割を経て以降光束合
成手段４において合成されるまでの両光の光路長が互い
に略等しくなるように構成されていればよい。

【００２９】可干渉距離の短い低可干渉性の光源を用い
るこのような構成は、例えば被検体１が薄板の平行平面
ガラスである場合に、斜入射測定において被検面１ａを
透過し被検面１ａの裏面で反射した光までも参照光２１
と合成され、被検面１ａの干渉縞像のノイズとなってし
まうことを防止する作用効果がある。すなわち、可干渉
距離の短い低可干渉性光源を用いた場合干渉縞像は光路
長が略等しい場合にのみ生じることになるため、薄板の
平行平面ガラスの裏面からの反射光は参照光２１や被検
面１ａで反射する測定光２２とは光路長が異なり互いに
干渉し難い。これにより、裏面からの干渉縞ノイズなく
被検面形状を測定することができる。本実施形態は、可
干渉距離の短い低可干渉性光源を用いても斜入射干渉計
の設計の自由度が高いため、斜入射測定用参照光２１と
斜入射測定光２２との光路長を等しくすることが容易な
構成とされている。

【００３０】なお、このような低可干渉性光源として
は、例えば、発光ダイオードや横モードが単一で縦モー
ドがマルチモードのレーザなどを用いることが好まし
い。ただし、低可干渉性光源としてはこれ以外にも例え
ば自然光や蛍光灯などがあり、これらを光源とすること
を妨げるものではない。

【００３１】また、本実施形態の干渉計装置において、
被検面１ａに斜入射される測定光２２が、被検面１ａに
対しＳ偏光の光束とされているように構成することで、
被検面１ａにおける反射光量を増加させ、それに伴い被
検体１の裏面に到達する光量を抑え、その結果として被
検体１の裏面からの干渉縞ノイズをさらに低減し、コン
トラストの良好な干渉縞像を得、測定精度を向上させる
ことが可能となる。

【００３２】前述したように本実施形態は、可干渉距離
の短い低可干渉性光源を用い、参照光２１と測定光２２
がコリメータレンズ１５を出射して以降光束分割手段３
における分割を経て光束合成手段４で合成されるまで
の、参照光２１および測定光２２の光路長が互いに略等
しくなるように構成されることが望ましく、これにより
被検体１の裏面からの反射光は干渉を生じにくくなる。
しかしこの裏面からの反射光は、ＣＣＤ受光面上で干渉
縞ノイズを生じることはないとしても、参照光２１と測
定光２２による合成光とともにＣＣＤ受光面に入射する
ことになるので、干渉縞像のコントラストを悪化させる
おそれがある。

【００３３】本実施形態のように被検面１ａへの入射角
の大きい斜入射干渉計においては、Ｓ偏光はかなり反射
されやすく被検面１ａでの透過率は低い。したがって、
Ｓ偏光の光束が被検面１ａに入射されれば、被検面１ａ
を透過して裏面へ向かう光および裏面から反射されて被
検面１ａを透過してＣＣＤ受光面へ向かう光は少なく、
その結果、裏面からの反射光が干渉縞像に与える影響は
低減される。

【００３４】このように、被検面１ａに斜入射される測
定光２２を被検面１ａに対しＳ偏光の光束とする方法と
しては、例えば横モードが単一で縦モードがマルチモー
ドの直線偏光レーザのような光源を用い所定の偏光方向
を有する光束が光源部１０から射出されるように構成す
ることや、横モードが単一で縦モードがマルチモードの
円偏光レーザや発光ダイオードなどを用いるとともに光
源部１０から被検面１ａに至る光路中に所定の偏光成分
のみを透過する偏光板を配置することが可能である。

【００３５】また、本実施形態の干渉計装置は、被検体
１が配置されない状態で基準反射板３７の基準反射面３
７ａを被検面位置に配置する手段と、このとき得られた
基準反射面３７ａにおける参照干渉縞情報を補正情報と
して記録される記録手段と、被検体１および基準反射板
３７が正規の測定位置に配置された状態で得られた被検
体１および被検面１ａに関する干渉縞情報から前記記録
手段に記録された前記参照干渉縞情報を差引する演算手
段とを備えていることが好ましい。

【００３６】これらの手段を備えることにより、予め本
実施形態の斜入射干渉計や透過型干渉計のシステマティ
ック誤差を測定し補正情報として記録しておき、実際に
被検体１を配置して測定した干渉縞情報をこの補正情報
に基づいて補正することができる。システマティック誤
差とは例えば、光束が光束分割手段３や光束合成手段４
を透過する場合に生じる誤差やミラー等で反射される場
合に生じる誤差がある。このような誤差により生じる参
照干渉縞情報は実際に被検体１を配置して測定した干渉
縞情報にも重畳されてしまうものであるため、この参照
干渉縞情報を予め測定し記録しておき、実際に被検体１
を正規の測定位置に配置して得られた干渉縞情報からこ
の前記参照干渉縞情報を差引することにより高精度の測
定値を得ることができる。

【００３７】本実施形態によれば、このようなシステマ
ティック誤差を予め測定するために専用の部材を用いる
ことなく、被検体１が配置されない状態で基準反射面３
７ａを被検面位置に配置する手段により基準反射面３７
ａを被検面位置に配置させることができるので、このよ
うな誤差の測定を簡易な構成で行うことができる。ま
た、この記録手段および演算手段としてはコンピュータ
を用いることにより迅速で正確な処理が可能となる。

【００３８】また、本実施形態の干渉計装置において、
干渉縞を測定する際にコンピュータを用いたフリンジス
キャニング法（位相シフト法）等を実施して位相解析処
理するように構成してもよい。例えば、透過型測定にお
いては基準板２や基準反射板３７を、ピエゾアクチュエ
ータを用いて透過型測定の光軸方向に微小量移動させる
ことにより、参照光と測定光の光路長差を変化させ位相
走査を行うことができる。また、斜入射測定においては
参照板１７を参照面１７ａと直交する方向に微小量移動
させることにより位相走査を行うことができる。

【００３９】また、ピエゾアクチュエータを用いて位置
および傾き制御を行うように構成することも可能であ
る。例えば、斜入射干渉計および透過型干渉計により測
定される干渉縞が撮像カメラのＣＣＤ受光面上に結像さ
れ、画像入力基板を介してＣＰＵおよび画像処理用のメ
モリを搭載したコンピュータに入力され、入力された干
渉縞画像データに対して種々の演算処理が施されてピエ
ゾアクチュエータの過不足変位量が求められ、この過不
足変位量が補充されるようにピエゾ駆動部から、ピエゾ
アクチュエータに対し駆動信号を送出させるように指示
され、これによりピエゾアクチュエータに保持された参
照板１７、基準板２または基準反射板３７が所定の微小
量だけ移動するように構成されることができる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の各実施例について説明する。
各実施例において同様の部材には同一の符号を付してい
る。 ＜実施例１＞本実施例に係る干渉計装置を図１に示す。
この干渉計装置は上述したとおり斜入射干渉計と透過型
干渉計とが一体化された装置であって、被検面１ａの法
線と透過型測定光束の軸とが互いに非平行となるように
設定されている。したがって、被検体１を一旦所定位置
に調整すれば表面形状測定と透過波面測定とを容易に切
換えて行うことができるとともに両測定を同時に行うこ
とも可能である。

【００４１】本実施例の斜入射測定用光源部１０は横モ
ードが単一で縦モードがマルチモードのレーザ光源を備
え、透過型測定用ヘッド３３はシングルモードレーザ光
源を備えている。また、本実施例の斜入射干渉計は、斜
入射測定用参照光２１と斜入射測定光２２とがコリメー
タレンズ１５から出射されて光束分割手段３における分
割を経て以降、光束合成手段４において合成されるまで
の、斜入射測定用参照光２１および斜入射測定光２２の
光路長が互いに略等しくなるように構成されているの
で、斜入射測定用光源部１０の光源が可干渉距離の短い
低可干渉光源であっても参照光２１と測定光２２とが干
渉を生じ得る。

【００４２】なおこの実施例においては、図示されると
おり、光束分割手段３は光源側にハーフミラー面を有す
るハーフミラーとされ、光束合成手段４は参照板１７側
にハーフミラー面を有するハーフミラーとされている。
また、斜入射干渉計としては光束分割手段３のハーフミ
ラー、被検面１ａ、光束合成手段４のハーフミラーおよ
び参照板１７は互いに略平行となるように配設され、被
検面１ａに対し斜入射測定光が比較的大きな入射角で入
射され得る。

【００４３】本実施例はこのような構成とされているの
で、図示されるとおり、光束分割手段３、被検体１、光
束合成手段４および参照板１７がいわば菱形のパンタグ
ラフ状に配設されている。そのため、このパンタグラフ
関係の参照板１７と被検面１ａとの間隔を伸縮させるの
に対応させ各部材も移動可能とすることにより、被検面
１ａに斜入射される斜入射測定光２２の入射角を変化さ
せ、被検面１ａに対する斜入射測定の感度を変化させる
ことができる。このパンタグラフ関係を崩さずに各部材
を移動させることにより、斜入射測定の感度を変化させ
る場合にも各部材の相対関係が安定し、アライメント調
整も容易となる。

【００４４】なお、上述のとおり本実施例においても被
検面１ａに斜入射される測定光２２が、被検面１ａに対
しＳ偏光の光束とされているように構成することや、予
めシステマティック誤差を測定し補正情報として記録し
ておき、実際に被検体１を配置して測定した干渉縞情報
をこの補正情報に基づいて補正することができるように
構成することが可能である。また、ピエゾアクチュエー
タを用いて、基準板２や基準反射板３７を透過型測定の
光軸方向に微小量移動させたり、参照板１７を参照面１
７ａと直交する方向に微小量移動させたりすることによ
り位相走査を行うようにしてもよい。

【００４５】＜実施例２＞本実施例に係る干渉計装置を
図２に示す。この干渉計装置は上述したとおり斜入射干
渉計と透過型干渉計とが一体化された装置であって、被
検面１ａの法線と透過型測定光束の軸とが互いに非平行
となるように設定されている。したがって、被検体１を
一旦所定位置に調整すれば表面形状測定と透過波面測定
とを容易に切換えて行うことができるとともに、両測定
を同時に行うことも可能である。なお、上述したように
被検面１ａは、高精度の平面性を有する基準面２ａおよ
び基準反射面３７ａに対し所定量だけ傾くように配され
ているが、被検面１ａの法線と透過型測定光束の軸とが
なす角は僅少であり、図中に明示されるほど大きいもの
ではない。

【００４６】以下、本実施例に係る干渉計装置の実施例
１と異なる点について説明し、実施例１と同様の点につ
いては説明を省略する。まず、本実施例に係る干渉計装
置の、被検体の表面形状を測定するための構成について
説明する。

【００４７】横モードが単一で縦モードがマルチモード
のレーザ光源を備えた斜入射測定用光源部１０から射出
された発散光線束は、ハーフプリズム１９によって方向
を転換され、コリメータレンズ１５によって平行光線束
とされ、この後、光束分割合成手段５に入射される。こ
の光束分割合成手段５は平板状の単独の部材よりなり、
後述するようにコリメート光を参照光２１ａおよび測定
光２２ａ（２２ａＣおよび２２ａＣＣを２２ａと総称す
る）に分割するとともに、参照光２１ｂと測定光２２ｂ
（２２ｂＣまたは２２ｂＣＣのうち干渉縞生成に関わる
光束を２２ｂと称する）とを合成する機能を有する。こ
こで参照光２１ｂは、参照光２１ａが参照面１７ａで反
射されて戻ってきた光束であり、測定光２２ｂは、測定
光２２ａが被検面１ａおよび平面反射ミラー１８を経由
して光源部１０からの光軸に略一致した光軸で逆送して
きた光束である。

【００４８】光束分割合成手段５に入射された平行光線
束は、ハーフミラー面が形成された光束分割合成面５ａ
において分割されて、透過光の一部が参照光２１ａとさ
れ反射光が測定光２２ａとされる。すなわち、光束分割
合成手段５で反射された測定光２２ａのうち光束分割合
成面５ａの時計回り分割部位６で反射された光束２２ａ
Ｃは、平面反射ミラー１８で反射されて被検体１の被検
面１ａに斜入射し反射されて被検面１ａの情報を担持し
た測定光２２ｂＣとなり、時計回りに光束分割合成面５
ａの反時計回り分割部位７に戻る。他方、光束分割合成
手段５で反射された測定光２２ａのうち光束分割合成面
５ａの反時計回り分割部位７で反射された光束２２ａＣ
Ｃは、前記光束２２ｂＣおよび２２ａＣの光路を光束２
２ａＣＣおよび２２ｂＣＣとして逆送して、反時計回り
に光束分割合成面５ａの時計回り分割部位６に戻る。

【００４９】また、光束分割合成面５ａを透過した平行
光線束のうち前記反時計回り分割部位７を透過した光束
２１ａは、補償板１２を介し、参照板１７の参照面１７
ａに照射される。この参照面１７ａは平面精度の高い反
射面とされており、照射された参照光２１ａを参照光２
１ｂとして前記光束分割合成手段５の光束分割合成面５
ａの反時計回り分割部位７に向けて反射する。なお、前
記時計回り分割部位６を透過した光束については、図示
のとおり光路上に補償板１２および参照板１６が配され
ておらず、前記光束分割合成手段５の光束分割合成面５
ａの時計回り分割部位６に戻ることはなく、干渉縞の生
成に関与するものではないので、説明は省略する。

【００５０】この結果、前記光束分割合成手段５の光束
分割合成面５ａにおいては、その反時計回り分割部位７
においてのみ参照光２１ｂと測定光２２ｂＣが合成され
ることになる。なお、時計回り分割部位６に戻った測定
光２２ｂＣＣについては、参照光束が戻ってこないため
に参照光と合成されることがなく、干渉縞の生成に関与
するものではないので、説明は省略する。

【００５１】なお、平面反射ミラー１８は、この測定光
２２ａＣが被検面１ａに斜入射される位置の前段に配さ
れており、測定光２２ａＣを全反射させる高い平面度を
有している。この平面反射ミラー１８の作用により、測
定光２２ａＣは被検面１ａに斜入射されたのち測定光２
２ｂＣとして光束分割合成手段５の反時計回り分割部位
７に導かれ、この部位に形成されたハーフミラー面にお
いて参照光２１ｂと測定光２２ｂＣとが合成される。

【００５２】ここで、この斜入射干渉計は、参照光２１
ａ、２１ｂ（以下、本実施例において干渉縞生成に関与
する参照光を参照光２１と称する）と測定光２２ａＣ、
２２ｂＣ（以下、本実施例において干渉縞生成に関与す
る測定光を測定光２２と称する）の、両光がコリメータ
レンズ１５から出射されて以降、光束分割合成手段５に
おける分割を経て光束分割合成手段５において合成され
るまでの光路長差が、参照光２１と測定光２２とが互い
に干渉を生じる範囲内に設定されている。また、この斜
入射干渉計は光源として可干渉距離の短い低可干渉性の
光源を用いているので、参照光２１と測定光２２の光路
長差はごく小さく、両光の光路長は略等しいということ
ができる。

【００５３】すなわち、コリメータレンズ１５を出射直
後の光束中に光軸と直交する仮想面を想定した場合、測
定光２２の光路長は、この仮想面から、光束分割合成手
段５の光束分割合成面５ａの時計回り分割部位６で反射
され、平面反射ミラー１８で反射されて被検体１の被検
面１ａに斜入射し、反射されて光束分割合成手段５の光
束分割合成面５ａの反時計回り分割部位７に戻るまでと
なる。他方、参照光２１の光路長は、この仮想面から、
光束分割合成手段５の光束分割合成面５ａの反時計回り
分割部位７を透過し、補償板１２を透過して参照板１７
の参照面１７ａで反射され、再び補償板１２を透過して
光束分割合成手段５の光束分割合成面５ａの反時計回り
分割部位７に戻るまでとなり、これらの光路長を略等し
くなるように構成しているためこの合成光は光干渉を生
じる。

【００５４】この干渉縞情報を担持した合成光は、コリ
メータレンズ１５と図示しない結像レンズによりハーフ
プリズム１９を介しＣＣＤ受光面１１に到達し、コリメ
ータレンズ１５と図示しない結像レンズでＣＣＤ受光面
１１上に結像された被検面１ａの像上に重畳する。この
ＣＣＤ受光面１１上に形成された干渉縞像をビデオ信号
に変換し、モニタ（図示せず）上に映出させることによ
り、被検体１の被検面１ａの形状を測定するようになっ
ている。

【００５５】なお、光束分割合成手段５は光束分割合成
面５ａ全面がハーフミラー面とされていることがコスト
的にも部材の光学調整を容易にするためにも好ましい
が、被検体１の被検面１ａを余裕を持ってカバーし得る
光束を測定光２２ａＣとして送出するに足る範囲のみを
ハーフミラー面とすることも可能である。また、所定位
置に光束通過用の開口を設けると共に光学部材固定用の
座を設けた金属円盤上に、２つのハーフミラーをその表
面が略同一平面となるように配設したものであっても良
い。

【００５６】また、この時計回り分割部位６にはハーフ
ミラー面でなく全反射面が形成されていることがより望
ましい。すなわち、この全反射面における反射光が測定
光２２ａＣとされて被検面１ａに照射され、測定光２２
ｂＣとしてハーフミラー面が形成された反時計回り分割
部位７において参照光２１ｂＣＣと合成されるように構
成されていることが望ましい。全反射面を形成すること
により、光の利用効率を向上させるとともに、参照光２
１ｂと測定光２２ｂＣの光量がバランスよく合成されＣ
ＣＤ受光面１１においてコントラストのよい干渉縞像を
得ることができる。なお、このように参照光２１および
測定光２２の光量を調節するための手段として、いずれ
か一方または両方の光路中に光量調節用のフィルタを配
置するように構成してもよい。その例として、点線で光
量調節用フィルタ１４ａ、１４ｂを示す。

【００５７】また、上述したようにこの斜入射干渉計に
おいても、被検面１ａに斜入射される測定光２２ａＣ
が、被検面１ａに対しＳ偏光の光束とされているように
構成することが好ましい。その方法として本実施例にお
いては、偏光板１３を点線で示す。

【００５８】また、この斜入射干渉計には、参照光２１
の光路中に光束分割合成手段５と同材質で同じ厚みの補
償板１２が配置され、時計回り分割部位６から反時計回
り分割部位７に至る参照光２１と、測定光２２とがとも
に２回ずつこの材質中を透過するように構成されてい
る。これにより干渉縞像は色滲みが低減されコントラス
トの劣化を防止することができ、測定精度が向上され
る。ただし、本発明の装置の斜入射干渉計においてこの
ような補償板１２は必須ではなく、また、必ずしも参照
光２１の光路中にのみ配置されるものでもない。

【００５９】なお、図示されるように本実施例は、斜入
射測定の位相走査を行うために参照板１７がピエゾアク
チュエータ４１によって参照光２１の光束の軸に沿って
微小量移動するよう構成されている。

【００６０】つぎに、本実施例に係る干渉計装置の、被
検体の透過波面を測定するための構成について説明す
る。シングルモードレーザ光源を備えた透過型測定用光
源部３０から射出された発散光線束は、ハーフプリズム
３９によって方向を転換され、コリメータレンズ３５に
よって平行光線束とされ、基準板２に入射する。基準板
２に入射した平行光線束は、その一部が被検体方向に透
過されて透過型測定光とされ、その余の部分は基準板２
の被検体側の表面である基準面２ａによって反射されて
透過型測定用参照光とされる。

【００６１】この後、本実施例の透過型干渉計において
も実施例１と同様に、基準面２ａで反射された透過型測
定用参照光の波面と、被検体１を透過して基準反射面３
７ａで反射され基準板２の基準面２ａに戻された透過型
測定光の波面とにより、光干渉が生じる。そして、これ
らの戻り光は結像レンズとして機能するコリメータレン
ズ３５により収束されハーフプリズム３９に照射され
る。ハーフプリズム３９では該戻り光の一部が透過さ
れ、ＣＣＤ受光面３１上においてこれらの戻り光による
干渉縞が結像される。このＣＣＤ受光面３１上に形成さ
れた干渉縞像をビデオ信号に変換し、モニタ（図示せ
ず）上に映出させることにより、被検体１の透過波面を
測定するようになっている。

【００６２】また、図示されるように本実施例は、透過
型測定の位相走査を行うために基準板２がピエゾアクチ
ュエータ４０によって透過型測定の光軸に沿って微小量
移動するよう構成されている。

【００６３】また、本実施例のいずれの干渉計において
も、予めシステマティック誤差を測定し補正情報として
記録しておき、実際に被検体１を配置して測定した干渉
縞情報をこの補正情報に基づいて補正することができる
ように構成することが可能である。

【００６４】なお、本発明に係る干渉計装置としては上
記実施例のものに限られるものではなく、種々の態様の
変更が可能である。例えば、光束分割手段および光束合
成手段として用いる部材は適宜選択可能である。一例と
して実施例１と略同様の構成の干渉計装置において、光
束分割手段および光束合成手段としてハーフミラーでな
く回折格子が配設されていてもよい。回折格子を用いた
場合、光束分割手段３の回折格子による＋１次回折光お
よび−１次回折光を参照光および測定光とし、光源や斜
入射測定用撮像部等を適切に配置することが望ましい。

【００６５】また、本発明の実施形態において各部材は
測定光の被検面に対する所望の入射角等に応じて適宜配
置することができる。また、いずれの光路中においても
光路変向のためのミラーを挿入することが可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の干渉計
装置によれば被検面の法線と透過型測定光束の軸とが互
いに非平行となるように設定されているので、被検体の
表面形状測定と透過波面測定とを行い得る装置であっ
て、かつこれら２つの測定を同時に行い得る干渉計装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る干渉計装置の概略構成図

【図２】実施例２に係る干渉計装置の概略構成図

【図３】従来の斜入射干渉計装置の概略構成図

【図４】従来の透過型干渉計装置の概略構成図

【符号の説明】

１、７３ 被検体 １ａ、５６ａ 被検面 ２、７６ 基準板 ２ａ、７６ａ 基準面 ３ 光束分割手段 ４ 光束合成手段 ５ 光束分割合成手段 ５ａ 光束分割合成面 ６ 時計回り分割部位 ７ 反時計回り分割部位 １０、５０ 斜入射測定用光源 １１ 斜入射測定用ＣＣＤ受光面 １２、５２ 補償板 １３ 偏光板 １４ａ、１４ｂ 光量調節用フィルタ １５、３５、５５、７５ コリメータレンズ １６ 結像レンズ １７ 参照板 １７ａ 参照面 １８ 平面反射ミラー １９、３９、７９ ハーフプリズム ２１、２１ａ、２１ｂ、６１ 参照光 ２２、２２ａ、２２ｂ、６２ 測定光 ２２ａＣ、２２ｂＣ 時計回り分割部位を経由した測
定光 ２２ａＣＣ、２２ｂＣＣ 反時計回り分割部位を経由
した測定光 ３０、７０ 透過型測定用光源 ３１ 透過型測定用ＣＣＤ受光面 ３２、５７、５８ ミラー ３３ 透過型測定用ヘッド ３７ 基準反射板 ３７ａ、７７ａ 基準反射面 ４０、４１ ピエゾアクチュエータ ５１ スクリーン ５３、５４ ハーフミラー ６０ 投写光 ７１ 対物レンズ ７２ ピンホール板

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA09 FF03 GG12 GG22 GG32 GG59 GG70 HH03 2F065 AA54 FF51 GG07 HH12 JJ03 JJ08 JJ26 LL12 LL30 LL46 LL57 2G059 AA02 AA05 BB08 EE02 EE05 EE09 FF01 FF09 GG01 GG02 GG04 GG10 JJ11 JJ12 JJ13 JJ19 JJ22 JJ25 LL04 MM01 MM10 PP04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 斜入射測定用光源からの出射光を斜入射
   測定用コリメータレンズで平行光となし、この平行光の
   一部よりなり被検体の被検面に対して斜め入射される斜
   入射測定光と、該平行光の一部よりなり参照面で反射さ
   れた斜入射測定用参照光とを合成し互いに干渉させ、生
   成された干渉縞を斜入射測定用干渉縞観察手段に形成さ
   せるように構成された斜入射干渉計と、 透過型測定用光源からの可干渉性の出射光を透過型測定
   用コリメータレンズで平行光となし、前記被検体が挿入
   される、基準板と基準反射板との間で往復せしめ、前記
   被検体を透過して前記基準反射板の反射面で反射され前
   記基準板の基準面に戻された透過型測定光と、前記基準
   面から反射された透過型測定用参照光とを合成し互いに
   干渉させ、生成された干渉縞を透過型測定用干渉縞観察
   手段に形成させるように構成された透過型干渉計とが一
   体化された干渉計装置であって、前記被検面の法線と前
   記透過型測定光束の軸とが互いに非平行となるように構
   成されたことを特徴とする干渉計装置。
2. 【請求項２】 前記斜入射干渉計において、前記斜入射
   測定光および前記斜入射測定用参照光はハーフミラーよ
   りなる光束分割手段により該両光に分割され、ハーフミ
   ラーよりなる光束合成手段により該両光が合成されるよ
   うに構成されてなることを特徴とする請求項１記載の干
   渉計装置。
3. 【請求項３】 前記斜入射干渉計において、前記斜入射
   測定用光源として可干渉距離の短い低可干渉性の光源を
   用い、前記斜入射測定用参照光と前記斜入射測定光の、
   該両光が前記コリメータレンズから出射されて以降、前
   記光束分割手段における分割を経て該光束合成手段にお
   いて合成されるまでの光路長差が、該斜入射測定用参照
   光と該斜入射測定光とが互いに干渉を生じる範囲内に設
   定されているように構成されたことを特徴とする請求項
   １または２記載の干渉計装置。
4. 【請求項４】 前記被検体が配置されない状態で前記基
   準反射板の前記反射面を被検面位置に配置する手段と、
   このとき得られた前記反射面における参照干渉縞情報を
   補正情報として記録される記録手段と、前記被検体およ
   び前記基準反射板が正規の測定位置に配置された状態で
   得られた該被検体の干渉縞情報から前記記録手段に記録
   された前記参照干渉縞情報を差引する演算手段とを備え
   たことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記
   載の干渉計装置。