(57)【要約】【課題】小型の干渉計を提供する。【解決手段】干渉計１００は、低コヒーレンス光を出射する光源１１０と、低コヒーレンス光を、測定対象Ｗに向かう測定光路に沿った測定光と、参照光路に沿った参照光とに分離する第一ＰＢＳ１２０と、測定対象Ｗで反射された測定光と参照光とを合成するＮＰＢＳ１５０と、ＮＰＢＳ１５０で合成した光を検出する検出部１７０と、参照光路の光路長を調整する調整手段１３３と、を備え、参照光路には、空気屈折率よりも大きい屈折率の平行平板１３４が挿入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低コヒーレンス光を出射する光源と、
前記低コヒーレンス光を、測定対象に向かう測定光路に沿った測定光と、参照光路に沿った参照光とに分離する光分離部と、
前記測定対象で反射された前記測定光と、前記参照光とを合成する光合成部と、
前記光合成部で合成した光を検出する検出部と、
前記参照光路の光路長を調整する調整手段と、を備え、
前記参照光路には、前記参照光路及び前記測定光路の前記低コヒーレンス光を伝搬させる媒質の屈折率よりも大きい屈折率の光学部材が挿入されている
ことを特徴とする干渉計。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉計において、
前記光学部材は、一対の平行な平面を有する平行平板である
ことを特徴とする干渉計。
【請求項３】
請求項２に記載の干渉計において、
前記平行平板は、一対の前記平面が、前記参照光路に対して９０°以外の角度で傾斜して配置されている
ことを特徴とする干渉計。
【請求項４】
請求項１に記載の干渉計において、
前記光学部材は、前記光分離部で分離された前記参照光を反射させるプリズムである
ことを特徴とする干渉計。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の干渉計において、
前記光学部材は、前記参照光路に複数設けられている
ことを特徴とする干渉計。
【請求項６】
低コヒーレンス光を出射する光源と、
前記低コヒーレンス光を、測定対象に向かう測定光路に沿った測定光と、参照光路に沿った参照光とに分離する光分離部と、
前記測定対象で反射された前記測定光と、前記参照光とを合成する光合成部と、
前記光合成部で合成した光を検出する検出部と、
前記参照光路の光路長を調整する調整手段と、を備え、
前記測定光路には、前記参照光路及び前記測定光路の前記低コヒーレンス光を伝搬させる媒質の屈折率よりも小さい屈折率の低屈折光学部材が挿入されている
ことを特徴とする干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低コヒーレンス光源を用いた干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの光を、測定光と参照光とに分離し、測定対象に反射された測定光と、参照原器に反射された参照光とを合成して干渉縞を得る干渉計が知られている。このような干渉計において、ガラス製の平行平板等を測定する場合、平行平板の裏面からの不要な反射光により干渉ノイズが生じる場合がある。これに対して、干渉ノイズを抑制するために、低コヒーレンス光源を用いた干渉計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の干渉計は、いわゆるフィゾー型干渉計である。
図１６にフィゾー型干渉計の概略構成を示す。この干渉計９００では、図１６に示すように、光源１１０、第一ＰＢＳ１２０（光分離部）、第一ミラー１３１、第二ミラー１３２、導光部１４０、ＮＰＢＳ１５０（光合成部）、参照原器１６０、及び検出部１７０を備える。
光源１１０は、低コヒーレンス光を出射する光源である。
第一ＰＢＳ１２０は、Ｓ偏光の参照光を折返光路１３０に向かって反射させ、Ｐ偏光の測定光を透過させる。つまり、光源１１０から出射された低コヒーレンス光は、第一偏光ビームスプリッタ（第一ＰＢＳ１２０）により、参照光（Ｓ偏光）と、測定光（Ｐ偏光）とに分離される。
折返光路１３０に反射された参照光は、第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２により反射されることで折り返され、導光部１４０の第二偏光ビームスプリッタ（第二ＰＢＳ１４１）に入射される。
【０００４】
導光部１４０は、第二ＰＢＳ１４１、集光レンズ１４２、ピンホール１４３、及び平行化レンズ１４４を備える。
第二ＰＢＳ１４１は、第一ＰＢＳ１２０を透過したＰ偏光の測定光をそのまま透過させ、折返光路１３０で折り返されたＳ偏光の参照光を、測定光と同じ光路上に反射させる。
第二ＰＢＳ１４１から出射された測定光及び参照光は、集光レンズ１４２により集光され、ピンホール１４３を通過した後、平行化レンズ１４４を介して、無偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ１５０）に入射される。
【０００５】
ＮＰＢＳ１５０は、平行化レンズ１４４側からの光を透過させ、測定対象Ｗ側からの光を反射させる。
また、ＮＰＢＳ１５０と測定対象Ｗとの間には、参照原器１６０が配置されている。ＮＰＢＳ１５０を透過した光のうち、測定光は、参照原器１６０を透過して測定対象Ｗに到達し、測定対象Ｗで反射されてＮＰＢＳ１５０に再入射する。一方、ＮＰＢＳ１５０を透過した光のうち、参照光は、参照原器１６０で反射されてＮＰＢＳ１５０に再入射する。そして、これらの測定光及び参照光は、ＮＰＢＳ１５０で合成された後、検出部１７０に導かれる。
【０００６】
検出部１７０は、結像レンズ１７１、三分割プリズム１７３、波長板１７４、及びカメラ１７５を備える。
ＮＰＢＳ１５０により反射された測定光及び参照光の合成光は、結像レンズ１７１を通過した後、λ／４板１７２を通過して三分割プリズム１７３に入射し、三分割プリズム１７３により三分割された各光が、波長板１７４を介してカメラ１７５に取り込まれる。
【０００７】
このような干渉計９００では、参照光と測定光との光路長差ΔＬは、折返光路１３０の光路長Ｌ１と、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの光路長Ｌ２との差で表すことができ、光路長差ΔＬが０になるように調整することで、干渉縞を得ることができる。つまり、カメラ１７５で観察される干渉縞の明暗の輝度差が最大となるように、第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２を折返光路１３０に沿って進退させて光路長Ｌ１を調整する。
このようにして得られた干渉縞は、位相を解析する際の分解能が高くなり、干渉縞に基づいて高精度な測定対象Ｗの形状測定を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−２０９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したような特許文献１のような干渉計では、測定光の光路長（測定光路長）が長くなると、光路長差ΔＬを０にするために、参照光の光路長（参照光路長）も長くする必要がある。例えば、図１６に示す干渉計９００では、測定光路長の採り得る範囲に応じて、折返光路１３０に配置される第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２の可動距離を設定する必要があり、その分、干渉計９００の装置サイズを大きくする必要があると課題がある。
【００１０】
ここで、図１６に示す例では、参照原器１６０に対する測定対象Ｗの位置を変更することで光路長Ｌ２を短くすることも可能である。しかしながら、球体の測定対象Ｗの球面形状を測定する場合では、光路長Ｌ２を変更することが困難である。
図１７は、測定対象Ｗを球体とした場合の参照原器１６０と測定対象Ｗとの位置関係を示す図である。図１７のように、測定対象Ｗが球体の場合、参照原器１６０（球面原器）と、測定対象Ｗの曲率中心が一致するように、参照原器１６０に対して測定対象Ｗを配置する必要がある。この場合、光路長Ｌ２は固定となり、光路長Ｌ１を調整して、光路長差ΔＬを０にする必要がある。特に測定対象Ｗの曲率半径が大きい場合、光路長Ｌ２も大きくなるので、光路長Ｌ２に応じて、光路長Ｌ１も大きくする必要があるため、その分、装置サイズがさらに大きくなる。
【００１１】
本発明は、小型の干渉計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る一態様の干渉計は、低コヒーレンス光を出射する光源と、前記低コヒーレンス光を、測定対象に向かう測定光路に沿った測定光と、参照光路に沿った参照光とに分離する光分離部と、前記測定対象で反射された前記測定光と、前記参照光とを合成する光合成部と、前記光合成部で合成した光を検出する検出部と、前記参照光路の光路長を調整する調整手段と、を備え、前記参照光路には、前記参照光路及び前記測定光路の前記低コヒーレンス光を伝搬させる媒質の屈折率よりも大きい屈折率の光学部材が挿入されていることを特徴とする。
【００１３】
本態様では、光分離部により分離された参照光の光路上に、参照光路及び測定光路において低コヒーレンス光を伝搬させる媒質の屈折率の光学部材が挿入されている。例えば、干渉計が空気中に設置される場合では、参照光路及び測定光路において低コヒーレンス光を伝搬させる媒質は空気であり、空気屈折率よりも大きい屈折率の光学部材が参照光路に挿入されている。光学部材を通過する参照光の光路長は、光学部材の参照光が通過する部分の距離と光学部材の屈折率との積となるので、光学部材が挿入されていない場合に比べて、参照光路長を伸ばすことができる。したがって、測定光路の光路長が長い場合であっても、装置サイズを大きくすることなく、参照光路長を伸ばすことができ、その分、干渉計の小型化を図ることができる。
【００１４】
本態様の干渉計において、前記光学部材は、一対の平行な平面を有する平行平板であることが好ましい。
光学部材として平行平板を用いることで、上述のように、参照光の平行平板を通過する部分の光路長を伸ばすことができる。また、平行平板の一対の平面の一方から参照光を入射させ、他方から参照光を出射させる場合、入射光と出射光とが平行になるので、参照光の光路設計が容易となる。
【００１５】
本態様の干渉計において、前記平行平板は、一対の前記平面が、前記参照光路に対して９０°以外の角度で傾斜して配置されていることが好ましい。
本態様では、平行平板が参照光路に対して傾斜して配置されている。この場合、平行平板の平行平面に対して、参照光を垂直に入射させる場合に比べ、平行平板内を通過する参照光の距離が長くなり、参照光路の光路長をさらに伸ばすことができる。
【００１６】
本態様の干渉計において、前記光学部材は、前記光分離部で分離された前記参照光を反射させるプリズムであることが好ましい。
本態様では、光学部材として参照光を反射させるプリズムを用いる。この場合、ミラーを用いて参照光を反射させ、かつ、参照光路内に平行平板等の光学部材を設ける場合に比べて、部品点数を削減できる。
【００１７】
本態様の干渉計において、前記光学部材は、前記参照光路に複数設けられていることが好ましい。
本態様では、参照光路に複数の光学部材が設けられている。このため、参照光路長をさらに伸ばすことができる。また、上述したようなプリズムを複数設ける構成としてもよく、この場合、参照光を複数回反射させる等によって、光路長をさらに伸ばすことができる。
【００１８】
本発明の他の態様に係る干渉計は、低コヒーレンス光を出射する光源と、前記低コヒーレンス光を、測定対象に向かう測定光路に沿った測定光と、参照光路に沿った参照光とに分離する光分離部と、前記測定対象で反射された前記測定光と、前記参照光とを合成する光合成部と、前記光合成部で合成した光を検出する検出部と、前記参照光路の光路長を調整する調整手段と、を備え、前記測定光路には、前記参照光路及び前記測定光路の前記低コヒーレンス光を伝搬させる媒質の屈折率よりも小さい屈折率の低屈折光学部材が挿入されていることを特徴とする。
【００１９】
本態様では、測定光路に参照光路の媒質よりも小さい屈折率の低屈折光学部材が挿入されている。例えば、干渉計が空気中に有る場合は、参照光路及び測定光路において低コヒーレンス光を伝搬させる媒質は空気であり、空気屈折率よりも小さい屈折率の低屈折光学部材が参照光路に挿入されている。この場合、測定光路に低屈折光学部材が挿入されていない場合に比べて、測定光路長を短くすることができる。したがって、測定光路において、測定対象までの距離が長い場合であっても、測定光路長を短くすることができるので、装置サイズを大きくすることなく、参照光路長を測定光路長に合わせることができ、干渉計の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第一実施形態に係る干渉計の概略構成を示す図。
【図２】第一実施形態の干渉計における参照光路と測定光路の詳細を示す図。
【図３】従来の干渉計における参照光路と測定光路の詳細を示す図。
【図４】第二実施形態の参照光路の折返光路を示す図。
【図５】第三実施形態の干渉計における参照光路と測定光路の詳細を示す図。
【図６】第四実施形態の参照光路の折返光路を示す図。
【図７】第四実施形態での調整手段による参照光の光路長調整を示す図。
【図８】第四実施形態での調整手段による参照光の光路長調整を示す図。
【図９】第五実施形態の干渉計における参照光路と測定光路の詳細を示す図。
【図１０】一変形例に係る参照光路の折返光路を示す図。
【図１１】一変形例に係る参照光路の折返光路を示す図。
【図１２】一変形例に係る参照光路の折返光路を示す図。
【図１３】一変形例に係る参照光路の折返光路を示す図。
【図１４】一変形例に係るマイケルソン型の干渉計の一例を示す図。
【図１５】一変形例に係る参照光路の折返光路を示す図。
【図１６】従来の干渉計の概略構成を示す図。
【図１７】測定対象を球体とした場合の参照原器と測定対象との位置関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について説明する。
図１は、第一実施形態に係る干渉計１００の概略構成を示す図である。
本実施形態の干渉計１００は、フィゾー型干渉計であり、図１に示すように、従来の干渉計９００（図１６参照）と同様、光源１１０、第一ＰＢＳ１２０（光分離部）、第一ミラー１３１、第二ミラー１３２、導光部１４０、ＮＰＢＳ１５０（光合成部）、参照原器１６０、及び検出部１７０を備える。
なお、本実施形態の干渉計１００は、従来の干渉計９００と比較して、折返光路１３０に光学部材が設けられる点で、上記従来の干渉計９００と相違する。このため、以下では、従来の干渉計９００と同様の機能及び構成については同様の符号を付して説明を省略又は簡略化する。
【００２２】
本実施形態では、従来の干渉計９００と同様に、光源１１０から出射された低コヒーレンス光を、第一ＰＢＳ１２０でＳ偏光（参照光）とＰ偏光とに分離し、Ｓ偏光の参照光を折返光路１３０に向かって反射させる。
折返光路１３０には、第一ミラー１３１、及び第二ミラー１３２が配置されており、これらの第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２は、第一ＰＢＳ１２０で反射された参照光を折り返して、第二ＰＢＳ１４１に入射させる。
【００２３】
また、干渉計１００には、第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２を、折返光路１３０に沿って、第一ＰＢＳ１２０及び第二ＰＢＳ１４１に対して進退させる調整手段１３３が設けられている。
この調整手段１３３は、参照光の光路長（参照光路長Ｌｒｅｆ）と、測定光の光路長（測定光路長Ｌｍ）との光路長差ΔＬを０に調整するためのものであり、第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２を同寸法だけ、第一ＰＢＳ１２０及び第二ＰＢＳ１４１に対して進退させる。
【００２４】
そして、本実施形態では、折返光路１３０には、光学部材として、ガラス製の平行平板１３４が挿入されている。平行平板１３４の折返光路１３０に沿った厚みは、特に限定されないが、厚みが大きいほど参照光路における光路長Ｌ１が長くなる。
また、図１では、折返光路１３０に１つの平行平板１３４が設けられる例を示すが、複数の平行平板１３４が設けられる構成としてもよい。
【００２５】
干渉計１００におけるその他の構成は、従来の干渉計９００と同様であり、折返光路１３０で折り返された参照光は、第二ＰＢＳ１４１で反射され、第一ＰＢＳ１２０を透過した測定光とともに、第二ＰＢＳ１４１から集光レンズ１４２、ピンホール１４３、平行化レンズ１４４を介してＮＰＢＳ１５０に入射される。
そして、ＮＰＢＳ１５０を透過した参照光は、参照原器１６０により反射される。また、ＮＰＢＳ１５０を透過した測定光は、参照原器１６０を透過して測定対象Ｗで反射される。そして、これらの反射された測定光及び参照光が、ＮＰＢＳ１５０で合成されて検出部１７０に向かって反射され、検出部１７０のカメラ１７５で取り込まれる。
【００２６】
［測定光路と参照光路の光路長差］
次に、測定光路と参照光路との光路長差について説明する。
本実施形態の干渉計１００は、低コヒーレンス干渉法を用いた干渉縞の解析を行うものであり、参照光路長Ｌｒｅｆと、測定光路長Ｌｍとの光路長差ΔＬを０に合わせ込むように、調整手段１３３を調整する。
【００２７】
図２は、本実施形態の干渉計１００における参照光路と測定光路の詳細を示す図である。図３は、従来の干渉計（例えば図１６に示す干渉計９００）における参照光路と測定光路の詳細を示す図である。
図２及び図３において、第一ＰＢＳ１２０及び第二ＰＢＳ１４１は同一形状を有し、１辺の長さがＡであり、屈折率をｎとする。第一ＰＢＳ１２０と第二ＰＢＳ１４１とは、距離ｄだけ離間して配置され、第一ミラー１３１の参照光の反射位置と第二ミラー１３２の参照光の反射位置とは距離（ミラー間距離Ｂ）だけ離間して配置されているものとする。また、第二ＰＢＳ１４１から参照原器１６０までの距離をＬ３とする。さらに、平行平板１３４の厚みをＣとし、平行平板１３４の屈折率をｓとする。
また、本実施形態では、干渉計１００は空気中に設置されており、参照光路及び測定光路において、第一ＰＢＳ１２０、第二ＰＢＳ１４１、集光レンズ１４２、平行化レンズ１４４、ＮＰＢＳ１５０、及び参照原器１６０の各光学部品内の光路以外では、空気が光束を伝搬させる媒質となり、その屈折率は１．０である。第一ＰＢＳ１２０、第二ＰＢＳ１４１、及び平行平板１３４は、例えばガラスにより構成され、屈折率ｎはｎ＞１を満たし、屈折率ｓはｓ＞１を満たす。
【００２８】
本実施形態では、参照光の光路である参照光路は、第一ＰＢＳ１２０から折返光路１３０に向かって反射され、平行平板１３４を通過して、第一ミラー１３１、第二ミラー１３２を介して折り返し、平行平板１３４を通過して、第二ＰＢＳ１４１に入射し、第二ＰＢＳ１４１を反射した後、参照原器１６０を反射する光路である。
よって、参照光路の光路長（参照光路長Ｌｒｅｆ）は、第一ＰＢＳ１２０への入射位置を起点Ｏとすると、下記式（１）となる。
Ｌｒｅｆ＝２Ａｎ＋Ｂ＋２（Ｌ１−Ｃ）＋２Ｃｓ＋Ｌ３
＝２Ａｎ＋Ｂ＋２Ｌ１＋Ｌ３＋２Ｃ（ｓ−１）    ・・・（１）
【００２９】
一方、測定光の光路である測定光路は、第一ＰＢＳ１２０、第二ＰＢＳ１４１を透過し、参照原器１６０を透過した後、測定対象Ｗで反射する光路である。よって、測定光路の光路長（測定光路長Ｌｍ）は、第一ＰＢＳ１２０の入射位置を起点Ｏとすると、下記式（２）となる。
Ｌｍ＝２Ａｎ＋ｄ＋２Ｌ２＋Ｌ３    ・・・（２）
したがって、光路長差ΔＬは、下記式（３）となる。
ΔＬ＝Ｌｒｅｆ−Ｌｍ＝２（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｂ−ｄ＋２Ｃ（ｓ−１）    ・・・（３）
調整手段１３３を調整して、光路長差ΔＬを０とする場合、光路長Ｌ１は、下記式（４）を満たす。
Ｌ１＝Ｌ２＋（ｄ−Ｂ）／２−Ｃ（ｓ−１）    ・・・（４）
【００３０】
これに対して、図３に示すような従来の干渉計９００では、参照光路に平行平板１３４が設けられていない。よって、参照光路長Ｌｒｅｆ´は、第一ＰＢＳ１２０の入射位置を起点Ｏとすると、下記式（５）となる。
Ｌｒｅｆ´＝２Ａｎ＋Ｂ＋２Ｌ１＋Ｌ３    ・・・（５）
【００３１】
また、測定光路は、本実施形態と同様であり、測定光路長Ｌｍは、式（２）となる。このため、光路長差ΔＬは、下記式（６）となる。
ΔＬ＝Ｌｒｅｆ´−Ｌｍ＝２（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｂ−ｄ    ・・・（６）
調整手段１３３を調整して、光路長差ΔＬを０とする場合、光路長Ｌ１は、下記式（７）を満たす。
Ｌ１＝Ｌ２＋（ｄ−Ｂ）／２    ・・・（７）
【００３２】
式（１）と式（５）との比較から分かるように、本実施形態では、従来の干渉計９００に対して、参照光路長Ｌｒｅｆが、平行平板１３４の厚みに相当する光路長（２Ｃ（ｓ−１））だけ伸びる。また、式（４）と式（７）との比較から分かるように、本実施形態では、光路長差ΔＬを０とする際に、従来の干渉計９００と比べて、Ｃ（ｓ−１）だけ少ない調整量で済む。つまり、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの間の光路長Ｌ２が大きくなったとしても、これに対応する光路長Ｌ１の増加量を抑制することができる。
【００３３】
具体例を挙げると、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの光路長Ｌ２を１００ｍｍ、ミラー間距離Ｂを４０ｍｍ、第一ＰＢＳ１２０と第二ＰＢＳ１４１との距離ｄを２０ｍｍ、平行平板１３４の厚みＣを１０ｍｍ、屈折率ｓを１．５とすると、本実施形態では、折返光路１３０の光路長Ｌ１は、式（４）から８５ｍｍとなる。一方、従来の干渉計９００では、式（７）から９０ｍｍとなるので、本実施形態では、折返光路１３０の長さを５ｍｍだけ縮めることが可能となる。挿入する平行平板１３４の厚みＣや屈折率ｓを大きくすることで、折返光路１３０の長さをさらに縮めることが可能となる。
【００３４】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の干渉計１００は、低コヒーレンス光を出射する光源１１０と、低コヒーレンス光を測定光及び参照光とに分離する第一ＰＢＳ１２０と、測定対象Ｗで反射された測定光と参照原器１６０で反射された参照光とを合成するＮＰＢＳ１５０と、検出部１７０と、参照光路長Ｌｒｅｆを調整する調整手段１３３と、を備える。そして、参照光路における折返光路１３０、つまり、参照光路において、測定光が通過しない部分に、空気の屈折率よりも大きい屈折率である平行平板１３４が挿入されている。
平行平板１３４内の参照光の光路長はＣｓとなり、かつ屈折率ｓはｓ＞１となるので、平行平板１３４を挿入しない場合に比べて、参照光路長Ｌｒｅｆは２Ｃ（ｓ−１）だけ増加することになる。このため、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの間の光路長Ｌ２が大きくなったとしても、これに対応する光路長Ｌ１の増加量を抑制することが可能であり、干渉計１００の装置サイズを大きくすることなく、参照光路長Ｌｒｅｆを測定光路長Ｌｍに合わせることができ、干渉計１００を小型化できる。
【００３５】
特に、図１７のように、測定対象Ｗが球体である場合等では、参照原器１６０と測定対象Ｗとの間の距離（測定光路における光路長Ｌ２）が固定となる。このため、干渉計１００と測定対象Ｗの距離を短くすることができず、測定対象Ｗの曲率に応じて、調整手段１３３による第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２の可動範囲を広げる必要がある。これに対して、本実施形態では、折返光路１３０内に挿入される平行平板１３４によって光路長を稼ぐことができるので、第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２の可動範囲を従来よりも小さくでき、その分、装置サイズの小型化を図ることができる。
【００３６】
本実施形態では、光学部材として平行平板１３４を用いる。平行平板１３４の一対の平面の一方から参照光を入射させ、他方から参照光を出射させる場合、入射光と出射光とが平行になるので、参照光の光路設計を容易にできる。
【００３７】
［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。
上述した第一実施形態では、平行平板１３４の一対の平面が参照光の光路に対して垂直となるように、平行平板１３４が挿入されている。これに対して、本実施形態では、平行平板１３４が参照光の光路に対して９０°以外の角度で傾斜する点で第一実施形態とは相違する。
【００３８】
図４は、第二実施形態の参照光路の折返光路１３０と、平行平板１３４との位置関係を示す図である。
本実施形態では、図４に示すように、平行平板１３４は、一対の平行平面が折返光路１３０に対して９０°以外の所定角度θ１で傾斜している。
この場合、参照光は、図４に示すように、平行平板１３４の屈折率ｓに応じた角度θ２で屈折して平行平板１３４を進むが、その光路長Ｃ´ｓは、Ｃ´ｓ＝Ｃｓ／ｃｏｓθ２＞Ｃｓとなる。
【００３９】
このため、本実施形態では、第一実施形態よりも、参照光路長Ｌｒｅｆをさらに大きくできる。よって、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの間の光路長Ｌ２が大きくなった場合でも、これに対応する光路長Ｌ１の増加量をさらに抑制することができ、干渉計１００の装置サイズの大型化をより抑制できる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、平行平板１３４の一対の平行平面で、参照光が反射した場合に、角度θ１で反射する。つまり、入射光が参照光路に沿って正反射される不都合を抑制でき、正反射された反射光によるノイズの影響を抑制できるので、干渉計１００における測定精度の向上をも図ることができる。
【００４１】
［第三実施形態］
次に、第三実施形態について説明する。
上述した第一及び第二実施形態では、折返光路１３０に挿入する光学部材として、平行平板１３４を例示した。これに対して、第三実施形態では、光学部材として三角プリズムを用いる点で、第一及び第二実施形態と相違する。
【００４２】
図５は、第三実施形態の参照光路の折返光路１３０と、三角プリズム１３５との位置関係を示す図である。
本実施形態では、図５に示すように、第一ミラー１３１及び第二ミラー１３２の代わりに、三角プリズム１３５を配置している。つまり、本実施形態では、第一ＰＢＳ１２０で反射された参照光を、三角プリズム１３５の入射面１３５Ａに直角で入射させ、入射面１３５Ａに対して４５°で傾斜する第一反射面１３５Ｂで、参照光を直角に反射させる。さらに、入射面１３５Ａに対して−４５°で傾斜する第二反射面１３５Ｃで、第一反射面１３５Ｂで反射された参照光を直角で反射させる。これにより、第一ＰＢＳ１２０から三角プリズム１３５までの光路と平行に、参照光を第二ＰＢＳ１４１に反射させて折り返させることができる。
また、本実施形態では、調整手段１３３は、三角プリズム１３５を折返光路１３０に沿って進退させて、参照光の光路長を調整する。
【００４３】
本実施形態において、図５に示すように、三角プリズム１３５の断面が直角二等辺三角形であり、直角を挟む２つの辺の長さがＤであり、入射面１３５Ａにおいて参照光が頂点からＤ１の位置に入射するものとし、三角プリズムの屈折率をｓとする。また、第一反射面１３５Ｂでの光反射位置から第二反射面１３５Ｃでの光反射位置までの距離をミラー間距離Ｂとする。
この場合、参照光路長Ｌｒｅｆ−ｐは、下記式（８）となる。
Ｌｒｅｆ−ｐ＝２Ａｎ＋２（Ｌ１−Ｄ１）＋２１／２Ｄｓ＋Ｌ３  ・・・（８）
【００４４】
また、Ｄ１＝（２１／２Ｄ−Ｂ）／２となるので、参照光路長Ｌｒｅｆ−ｐと、式（２）に示す測定光路長Ｌｍとの光路長差ΔＬは、下記式（９）となる。
ΔＬ＝Ｌｒｅｆ−ｐ−Ｌｍ＝２（Ｌ１−Ｌ２）＋２１／２Ｄｓ−２Ｄ１−ｄ
＝２（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｂ−ｄ＋２１／２Ｄ（ｓ−１）  ・・・（９）
【００４５】
調整手段１３３を調整して、光路長差ΔＬを０とする場合、光路長Ｌ１は、下記式（１０）を満たす。
Ｌ１＝Ｌ２＋（ｄ−Ｂ）／２−Ｄ（ｓ−１）／２１／２    ・・・（１０）
【００４６】
したがって、式（９）と式（５）との比較から分かるように、本実施形態においても、従来構成の干渉計９００に対して、参照光路長Ｌｒｅｆ−ｐが、三角プリズム１３５の１辺の長さに相当する光路長（２１／２Ｄ（ｓ−１））だけ伸びる。また、式（１０）と式（７）との比較から分かるように、光路長差ΔＬを０とする際に、従来の干渉計９００に対して、Ｄ（ｓ−１）／２１／２だけ少ない調整量で済む。つまり、本実施形態でも、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの間の光路長Ｌ２が大きくなったとしても、これに対応する光路長Ｌ１の増加量を抑制することができる。
【００４７】
さらに、第一実施形態では、折返光路１３０内に、第一ミラー１３１、第二ミラー１３２、及び平行平板１３４の３部材が設けられる構成であるが、本実施形態では、折返光路１３０内に三角プリズム１３５のみを配置する構成となり、部品点数の削減を図れる。
【００４８】
［第四実施形態］
次に、第四実施形態について説明する。
上記第一実施形態から第三実施形態では、折返光路１３０に１つの光学部材（平行平板１３４、または三角プリズム１３５）を挿入することで、参照光路の光路長を伸ばす例を示した。これに対して、本発明において光学部材の数は特に限定されるものではなく、複数設けられていてもよい。第四実施形態では、複数の光学部材を用いる例を示す。
【００４９】
図６は、第四実施形態の参照光路の折返光路１３０と、複数の三角プリズム１３６Ａ，１３６Ｂ，１３６Ｃとの位置関係を示す図である。
本実施形態では、複数の光学部材として、図６に示すように、複数の三角プリズム１３６Ａ，１３６Ｂ，１３６Ｃを用いる。
具体的には、第１の三角プリズム１３６Ａは、第一ＰＢＳ１２０で反射された参照光を反射させて、入射光と平行に折り返す。第２の三角プリズム１３６Ｂは、第１の三角プリズム１３６Ａで反射された参照光を再び反射させ、入射光と平行に折り返す。第３の三角プリズム１３６Ｃは、第２の三角プリズム１３６Ｂで折り返された参照光を反射させて、第二ＰＢＳ１４１に向かって折り返す。
【００５０】
図７及び図８は、本実施形態において、調整手段１３３による参照光の光路長調整を示す図である。
本実施形態では、調整手段１３３は、図７に示すように、第２の三角プリズム１３６Ｂを第一ＰＢＳ１２０や第二ＰＢＳ１４１に対して進退させてもよく、図８に示すように、第１の三角プリズム１３６Ａ及び第３の三角プリズム１３６Ｃを第一ＰＢＳ１２０や第二ＰＢＳ１４１に対して進退させてもよい。また、図８では、第１の三角プリズム１３６Ａ及び第３の三角プリズム１３６Ｃを同時に同量だけ移動させる例であるが、第１の三角プリズム１３６Ａ及び第３の三角プリズム１３６Ｃのいずれか一方のみを移動させてもよい。或いは、三角プリズム１３６Ａ，１３６Ｂ，１３６Ｃの全てをそれぞれ個別に第一ＰＢＳ１２０や第二ＰＢＳ１４１に対して進退させてもよい。
【００５１】
このような本実施形態では、複数の三角プリズム１３６Ａ，１３６Ｂ，１３６Ｃを用いて、参照光を複数回反射させる構成とすることで、折返光路１３０における参照光の光路長をさらに伸ばすことができる。このため、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの間の測定光の光路長Ｌ２が大きくなった場合でも、光路長Ｌ１の増加量を抑制でき、干渉計１００の装置サイズの大型化を抑制できる。
【００５２】
［第五実施形態］
次に、第五実施形態について説明する。
上記第一実施形態から第四実施形態では、参照光路における折返光路１３０に光学部材を挿入することで、参照光路の光路長を伸ばす例であるが、第五実施形態では、測定光の光路内に低屈折光学部材を入れる点で上記各実施形態と相違する。
【００５３】
図９は、第五実施形態の参照光路と測定光路との詳細を示す図である。
本実施形態では、図９に示すように、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの間の測定光の光路内、つまり、測定光路において参照光が通過しない部分に、低屈折光学部材１８０が挿入される。
この低屈折光学部材１８０は、空気屈折率よりも小さい屈折率を有する部材であり、例えば屈折率が０．３５のメタマテリアル等により構成されている。
このような構成では、測定光路の光路長Ｌｍ´は、低屈折光学部材の厚みをＥ、屈折率ｔとして、下記式（１１）で示される。
Ｌｍ´＝２Ａｎ＋ｄ＋２（Ｌ２−Ｅ）＋２Ｅｔ＋Ｌ３
＝２Ａｎ＋ｄ＋２Ｌ２−２Ｅ（１−ｔ）＋Ｌ３    ・・・（１１）
【００５４】
一方、参照光路の光路長Ｌｒｅｆ´は、上述した式（５）となる。
したがって、光路長差ΔＬは、下記式（１２）となる。
ΔＬ＝Ｌｒｅｆ´−Ｌｍ´＝２（Ｌ１−Ｌ２）＋Ｂ−ｄ＋２Ｅ（１−ｔ）    ・・・（１２）
調整手段１３３を調整して、光路長差ΔＬを０とする場合、光路長Ｌ１は、下記式（１３）を満たす。
Ｌ１＝Ｌ２＋（ｄ−Ｂ）／２−Ｅ（１−ｔ）    ・・・（１３）
【００５５】
式（１１）と式（２）との比較から分かるように、本実施形態では、従来の干渉計９００に比べて、測定光路長Ｌｍ´が、低屈折光学部材１８０の厚みに相当する光路長（２Ｅ（１−ｔ））だけ縮む。また、式（１３）と式（７）との比較から分かるように、光路長差ΔＬを０とする際に、従来の干渉計９００に対して、Ｅ（１−ｔ）だけ少ない調整量で済む。つまり、本実施形態においても、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの間の光路長Ｌ２が小さくなる分、光路長Ｌ１の増加量を抑制することができる。
【００５６】
［その他の実施形態］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５７】
例えば、第一実施形態及び第二実施形態では、光学部材として平行平板１３４を例示し、第三実施形態及び第四実施形態では、光学部材として三角プリズム１３５，１３６Ａ，１３６Ｂ，１３６Ｃを例示した。これに対して、図１０に示すように、光学部材として偏光ビームスプリッターを用いてもよい。
図１０から図１２は、光学部材として、複数の偏光ビームスプリッターを用いた場合の、参照光路の折返光路と、偏光ビームスプリッターとの位置関係を示す図である。
図１０に示す構成では、第一ＰＢＳ１２０により折返光路１３０に反射された参照光（Ｓ偏光）は、第三ＰＢＳ１３７Ａで反射されて第四ＰＢＳ１３７Ｂに導かれ、第四ＰＢＳ１３７Ｂでさらに反射されて、光源１１０の光軸上に折り返される。そして、光源１１０の光軸上には、第一ＰＢＳ１２０と、第二ＰＢＳ１４１との間に、第五ＰＢＳ１３７Ｃ及び第六ＰＢＳ１３７Ｄが配置される。第四ＰＢＳ１３７Ｂで反射された参照光は、第五ＰＢＳ１３７Ｃ及び第六ＰＢＳ１３７Ｄによって、参照光は再び測定光の光軸に対して垂直となる方向に反射されて折り返される。なお、測定光は、第五ＰＢＳ１３７Ｃ及び第六ＰＢＳ１３７Ｄを透過して、第二ＰＢＳ１４１に入射される。
第五ＰＢＳ１３７Ｃ及び第六ＰＢＳ１３７Ｄで折り返された参照光は、第七ＰＢＳ１３７Ｅ及び第八ＰＢＳ１３７Ｆにより再び折り返されて第二ＰＢＳ１４１に入射する。
このような構成では、第四実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、偏光ビームスプリッターは、Ｓ偏光の光を概ね反射させるが、その一部が透過される。このため、図１１に示すように、光源１１０の光軸から第三ＰＢＳ１３７Ａ及び第四ＰＢＳ１３７Ｂまでの距離と、光源１１０の光軸から第七ＰＢＳ１３７Ｅ及び第八ＰＢＳ１３７Ｆまでの距離と、をそれぞれ異なる距離としてもよい。また、第三ＰＢＳ１３７Ａ及び第四ＰＢＳ１３７Ｂを、第一ＰＢＳ１２０及び第二ＰＢＳ１４１からずらして配置してもよい。このような構成とすることで、第四ＰＢＳ１３７Ｂを透過した光が第七ＰＢＳ１３７Ｅ及び第八ＰＢＳ１３７Ｆに入射される不都合が防止され、第六ＰＢＳ１３７Ｄを透過した光が第二ＰＢＳ１４１に入射される不都合が防止される。
また、図１２に示すように、第四ＰＢＳ１３７Ｂと第七ＰＢＳ１３７Ｅの間に遮光板１３８を設けてもよい。
【００５９】
図１０から図１２の例は、偏光ビームスプリッターを８個配置することで、参照光を２回折り返して参照原器１６０に向かわせる例であるが、第三ＰＢＳ１３７Ａ、及び第四ＰＢＳ１３７Ｂのみが設けられる構成としてもよい。この場合、第一実施形態から第三実施形態と同様、参照光を１回折り返して第二ＰＢＳ１４１に入射させる構成となる。
【００６０】
さらには、図１３は、他の変形例に係る干渉計の折返光路の構成を示す図である。
図１３に示すように、光学部材として、光ファイバー１３９を用いてもよい。この場合、測定光の参照原器１６０から測定対象Ｗまでの光路長Ｌ２に応じて、光ファイバー１３９の長さを調整することができる。
【００６１】
また、上記各実施形態では、フィゾー型の干渉計を例示したが、これに限定されない。図１４は、マイケルソン型の干渉計の一例を示す図である。図１４に示すように、マイケルソン型の干渉計２００に対しても本発明を適用することはできる。
このような干渉計２００では、低コヒーレンス光を出射する光源１１０からの光を、集光レンズ２２１、ピンホール２２２、平行化レンズ２２３を介して、第九ＰＢＳ２３０に入射させる。この第九ＰＢＳ２３０は、光分離部及び光合成部として機能し、光源１１０からの光束のうち、Ｓ偏光の参照光を折返光路２４０に向かって反射させ、Ｐ偏光の測定光を測定対象Ｗに向かって透過させる。
折返光路２４０には、第九ＰＢＳ２３０に対向する反射ミラー２４１が設けられ、反射ミラー２４１により正反射された参照光が、第九ＰＢＳ２３０に折り返される。
そして、第九ＰＢＳ２３０は、測定対象Ｗで反射された測定光と、反射ミラー２４１により反射された参照光とを合成して検出部２５０に向かって出射させる。
【００６２】
このような干渉計２００では、反射ミラー２４１に調整手段２４２が設けられ、当該反射ミラー２４１を第九ＰＢＳ２３０に対して進退させる。
また、折返光路２４０には、上記各実施形態と同様に光学部材（例えば、図１４に示す例では、平行平板１３４）が挿入される。
【００６３】
このような干渉計２００では、第九ＰＢＳ２３０から反射ミラー２４１までの光路長Ｌ１を、第九ＰＢＳ２３０から測定対象Ｗまでの光路長Ｌ２に一致させるように、反射ミラー２４１の位置を調整する。したがって、光路長Ｌ２が長くなる場合、これに応じて、光路長Ｌ１も長くする必要がある。この際、この干渉計２００では、折返光路２４０内に、平行平板１３４が挿入されていることで、上記実施形態と同様に、参照光路の光路長を伸ばすことができ、その分、第九ＰＢＳ２３０から反射ミラー２４１までの距離を従来に比べて小さくできる。よって、第九ＰＢＳ２３０から測定対象Ｗまでの間の測定光の光路長Ｌ２が大きくなった場合でも、光路長Ｌ１の増加量を抑制でき、干渉計２００の装置サイズの大型化を抑制できる。
【００６４】
なお、図１４の例は、第九ＰＢＳ２３０と反射ミラー２４１との間に、屈折率が１より大きい光学部材を挿入する例であるが、第五実施形態と同様に、屈折率が１より小さい低屈折光学部材を、第九ＰＢＳ２３０と測定対象Ｗとの間に挿入してもよい。
【００６５】
上記第一実施形態から第四実施形態では、参照光路における折返光路１３０に屈折率が大きい光学部材を挿入する例、第五実施形態では、参照原器１６０と測定対象Ｗとの間に小さい低屈折光学部材を挿入する例であるが、これらを組み合わせてもよい。
つまり、折返光路１３０（図１４の干渉計２００では、折返光路２４０）内に屈折率が１より大きい光学部材を挿入し、さらに、参照原器１６０（図１４の干渉計２００では第九ＰＢＳ２３０）と測定対象Ｗとの間に低屈折光学部材を挿入する構成としてもよい。この場合、より一層、装置サイズの大型化を抑制することができる。
【００６６】
第一実施形態において、１つの平行平板１３４を折返光路１３０内に挿入する例を示したが、例えば、複数の平行平板１３４を保持しておき、平行平板１３４を選択して挿入する構成としてもよい。
図１５は、一変形例に係る参照光路の折返光路である。図１５に示す例では、干渉計１００は、複数の平行平板１３４と、各平行平板１３４をそれぞれ個別に折返光路１３０内に着脱させる移動機構１３４Ｍとを備える。移動機構１３４Ｍは、参照原器１６０から測定対象Ｗまでの測定光の光路長Ｌ２に応じて、折返光路１３０に挿通する平行平板１３４の数を変更する。例えば、移動機構１３４Ｍは、参照光路長を伸ばす場合に、折返光路１３０に挿通する平行平板１３４の数を増加させ、参照光路長を短くする場合に、折返光路１３０に挿通する平行平板１３４の数を減少させる。
【００６７】
なお、上記は、折返光路１３０に挿入する平行平板１３４の数を増減する例であるが、例えば、複数の平行平板１３４の屈折率や厚みが、それぞれ、異なっていてもよい。この場合、移動機構１３４Ｍは、測定光路長に応じて折返光路１３０に挿入する平行平板１３４のいずれか１つを選択して折返光路１３０内に挿入してもよく、屈折率や厚みが異なる複数の平行平板１３４を選択して折返光路１３０内に挿入してもよい。
図１５に示す例では、移動機構１３４Ｍは、複数の平行平板１３４から、適切な平行平板１３４を選択して折返光路１３０に挿入する例であるが、平行平板１３４に替えて、三角プリズム１３５や偏光ビームスプリッター１３７Ａ〜１３７Ｆを用いてもよい。
【００６８】
上述した各実施形態、及び各変形例では、干渉計１００，２００を空気中で用いる例であり、光学部材を空気屈折率よりも大きい屈折率の部材、低屈折光学部材を空気屈折率よりも小さい屈折率の部材としたが、これに限定されない。例えば、水中において、干渉計を用いる場合では、光が伝搬する媒質は水となるので、光学部材としては、水の屈折率よりも大きい部材を用いればよく、低屈折光学部材としては、水の屈折率よりも小さい部材を用いればよい。
【００６９】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、低コヒーレンス光を用いて測定対象の形状を測定する干渉計に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１００，２００…干渉計、１１０…光源、１２０…第一ＰＢＳ（光分離部）、１３０，２４０…折返光路、１３３，２４２…調整手段、１３４…平行平板（光学部材）、１３５…三角プリズム（光学部材）、１３６Ａ…第１の三角プリズム（光学部材）、１３６Ｂ…第２の三角プリズム（光学部材）、１３６Ｃ…第３の三角プリズム（光学部材）、１３７Ａ…第三ＰＢＳ（光学部材）、１３７Ｂ…第四ＰＢＳ（光学部材）、１３７Ｃ…第五ＰＢＳ（光学部材）、１３７Ｄ…第六ＰＢＳ（光学部材）、１３７Ｅ…第七ＰＢＳ（光学部材）、１３７Ｆ…第八ＰＢＳ（光学部材）、１３９…光ファイバー（光学部材）、１５０…ＮＰＢＳ（光合成部）、１６０…参照原器、１７０，２５０…検出部、１８０…低屈折光学部材、２３０…第九ＰＢＳ（光分離部、光合成部）、Ｌ１…参照光路の折返光路における光路長、Ｌ２…測定光路の参照原器から測定対象までの光路長、Ｗ…測定対象。
【図１】
2020008427.tif 000003
【図２】
2020008427.tif 000004
【図３】
2020008427.tif 000005
【図４】
2020008427.tif 000006
【図５】
2020008427.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020008427.tif 000009
【図８】
2020008427.tif 000010
【図９】
2020008427.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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