(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を参照光、及び測定光に分離するとともに、前記測定光を被測定面に対して斜めに出射する分離手段と、前記参照光、及び前記被測定面にて反射される前記測定光を合成して干渉光とする合成手段とを備え、前記干渉光に基づいて前記被測定面の形状を測定する斜入射干渉計であって、
前記分離手段、及び前記被測定面の間に配設され、前記測定光を反射する第１反射鏡と、
前記被測定面、及び前記合成手段の間に配設され、前記測定光を反射する第２反射鏡と、を備え、
前記レーザ光源は、前記レーザ光の波長を変更できる波長可変レーザ光源とされ、
前記分離手段は、前記レーザ光の波長に応じて前記測定光の出射角度を変更することを特徴とする斜入射干渉計。
【請求項２】
請求項１に記載の斜入射干渉計において、
前記分離手段、及び前記合成手段は、回折格子とされていることを特徴とする斜入射干渉計。
【請求項３】
請求項１に記載の斜入射干渉計において、
前記分離手段は、
前記レーザ光を分離する第１のビームスプリッタと、
前記第１のビームスプリッタにて分離される前記測定光を前記被測定面に対して斜めに出射する第１のプリズムとを備え、
前記合成手段は、
前記被測定面にて反射される前記測定光の光路後段に配設される第２のプリズム及び第２のビームスプリッタを備え、
前記第２のプリズムは、前記測定光を前記第２のビームスプリッタ側に出射し、
前記第２のビームスプリッタは、前記第１のビームスプリッタにて分離された前記参照光、及び前記第２のプリズムから出射された前記測定光を合成して前記干渉光として出射させることを特徴とする斜入射干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜入射干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を参照光、及び測定光に分離するとともに、測定光を被測定面に対して斜めに出射する分離手段と、参照光、及び被測定面にて反射される測定光を合成して干渉光とする合成手段とを備え、干渉光に基づいて被測定面の形状を測定する斜入射干渉計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の斜入射干渉計は、レーザー（レーザ光源）と、２つの回折格子（分離手段、及び合成手段）とを備え、干渉光に基づく干渉縞を解析することで被測定面の形状を測定している。
【０００３】
また、このような斜入射干渉計では、干渉縞における隣り合う縞の間の高低差である干渉縞感度Λ／２は、以下の式（１）に示すように、レーザ光の波長λと、測定光の被測定面に対する入射角度θとに基づいて定められる。
【０００４】
【数１】
0005432680.tif 000002
【０００５】
すなわち、このような斜入射干渉計では、干渉縞感度Λ／２を変更する場合には、レーザ光の波長λ、及び測定光の被測定面に対する入射角度θの少なくともいずれかを変更することを要する。
【０００６】
図６は、入射角度θを変更できる斜入射干渉計の一例を示す模式図である。なお、図６では、斜入射干渉計における光路を実線で示している。
斜入射干渉計１００は、レーザ光源１１０と、分離手段１２０と、合成手段１３０とを備え、被測定面Ｗを測定するものである。
【０００７】
分離手段１２０は、レーザ光源１１０から出射されるレーザ光の光路後段に配設されるビームスプリッタ１２１と、ビームスプリッタ１２１、及び被測定面Ｗの間に配設されるミラー１２２とを備える。
ビームスプリッタ１２１は、レーザ光源１１０から出射されるレーザ光を参照光、及び測定光に分離する機能を有している。具体的に、ビームスプリッタ１２１は、レーザ光の一部を反射させて参照光とするとともに、他を透過させて測定光とすることでレーザ光を分離する。
ミラー１２２は、ビームスプリッタ１２１にて分離される測定光を反射させることで被測定面Ｗに対して斜めに出射する。
【０００８】
合成手段１３０は、被測定面Ｗにて反射される測定光の光路後段に配設されるミラー１３１、及びビームスプリッタ１３２とを備える。
ミラー１３１は、被測定面Ｗにて反射される測定光を反射させることでビームスプリッタ１３２に入射させる。
ビームスプリッタ１３２は、ビームスプリッタ１２１にて分離される参照光、及びミラー１３１にて反射される測定光を合成して干渉光とする。具体的に、ビームスプリッタ１３２は、ビームスプリッタ１２１にて分離される参照光の一部を反射させるとともに、ミラー１３１にて反射される測定光の一部を透過させることで合成して干渉光とする。
【０００９】
また、斜入射干渉計１００は、図６中紙面垂直方向の軸を回転軸としてミラー１２２，１３１を回転させる回転機構（図示略）を備えている。そして、斜入射干渉計１００は、回転機構にてミラー１２２，１３１を回転させることで入射角度θを変更することができ、ひいては干渉縞感度Λ／２を変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平４−２２１７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述した斜入射干渉計１００のように、入射角度θを機械的に変更することで干渉縞感度Λ／２を変更する場合には、非常に高度な技術を要するという問題がある。
また、レーザ光の波長を変更できる汎用の波長可変レーザ光源をレーザ光源として採用し、この波長可変レーザ光源から出射されるレーザ光の波長λを変更することで干渉縞感度Λ／２を変更することも考えられる。しかしながら、入射角度θが９０°近くに設定される斜入射干渉計においては、波長λの変化に対する干渉縞感度Λ／２の変化は線形であることから、波長λを変更する場合の干渉縞感度Λ／２への影響は、入射角度θを変更する場合に比べてずっと小さい。したがって、波長λを変更することで干渉縞感度Λ／２を変更する場合には、波長λを大きな範囲で変更することができる高価なレーザ光源を要するという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、高度な技術や、高価なレーザ光源を要することなく、干渉縞感度を変更することができる斜入射干渉計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の斜入射干渉計は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を参照光、及び測定光に分離するとともに、前記測定光を被測定面に対して斜めに出射する分離手段と、前記参照光、及び前記被測定面にて反射される前記測定光を合成して干渉光とする合成手段とを備え、前記干渉光に基づいて前記被測定面の形状を測定する斜入射干渉計であって、前記分離手段、及び前記被測定面の間に配設され、前記測定光を反射する第１反射鏡と、前記被測定面、及び前記合成手段の間に配設され、前記測定光を反射する第２反射鏡と、を備え、前記レーザ光源は、前記レーザ光の波長を変更できる波長可変レーザ光源とされ、前記分離手段は、前記レーザ光の波長に応じて前記測定光の出射角度を変更することを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、分離手段は、波長可変レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を変更することによって、測定光の出射角度を変更することができ、ひいては測定光の被測定面に対する入射角度を変更することができる。したがって、斜入射干渉計は、高度な技術や、高価なレーザ光源を要することなく、干渉縞感度を変更することができる。
【００１５】
本発明では、上述のように、前記分離手段、及び前記被測定面の間に配設され、前記測定光を反射する第１反射鏡と、前記被測定面、及び前記合成手段の間に配設され、前記測定光を反射する第２反射鏡とを備えることを特徴とする。
【００１６】
ここで、レーザ光の波長が長くなると入射角度は小さくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度は大きくなるように分離手段、及び合成手段を構成する場合には、前述した式（１）に示すように、レーザ光の波長、及び入射角度の増減は、干渉縞感度に対して互いに打ち消しあうように働くので、干渉縞感度を変更する効率が低下するという問題がある。
本発明によれば、斜入射干渉計は、第１反射鏡、及び第２反射鏡を備えるので、このような場合であっても、レーザ光の波長が長くなると入射角度は大きくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度は小さくなる。したがって、斜入射干渉計は、干渉縞感度を効率的に変更することができる。
【００１７】
本発明では、前記分離手段、及び前記合成手段は、回折格子とされていることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、回折格子における回折光の回折角度は、回折格子に入射するレーザ光の波長に応じて変化するので、回折格子における正反射光を参照光とし、回折光を測定光とすることで分離手段、及び合成手段を構成することができる。したがって、１つの光学素子で分離手段、及び合成手段をそれぞれ構成することができるので、斜入射干渉計の部品点数を削減することができるとともに、斜入射干渉計を小型化することができる。
【００１９】
本発明では、前記分離手段は、前記レーザ光を分離する第１のビームスプリッタと、前記第１のビームスプリッタにて分離される前記測定光を前記被測定面に対して斜めに出射する第１のプリズムとを備え、前記合成手段は、前記被測定面にて反射される前記測定光の光路後段に配設される第２のプリズム及び第２のビームスプリッタを備え、前記第２のプリズムは、前記測定光を前記第２のビームスプリッタ側に出射し、前記第２のビームスプリッタは、前記第１のビームスプリッタにて分離された前記参照光、及び前記第２のプリズムから出射された前記測定光を合成して干渉光として出射させることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、前述した斜入射干渉計と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る斜入射干渉計を示す模式図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る斜入射干渉計を示す模式図。
【図３】前記実施形態における第１回折格子、第１反射鏡、及び被測定面を示す拡大模式図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る斜入射干渉計を示す模式図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る斜入射干渉計を示す模式図。
【図６】入射角度を変更できる斜入射干渉計の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る斜入射干渉計１を示す模式図である。なお、図１では、斜入射干渉計１における光路を実線で示している。以下の図面においても同様である。
斜入射干渉計１は、図１に示すように、レーザ光源２と、第１回折格子３と、第２回折格子４とを備え、被測定面Ｗを測定するものである。
レーザ光源２は、レーザ光を出射するものであり、出射するレーザ光の波長を変更できる波長可変レーザ光源で構成されている。
【００２３】
分離手段としての第１回折格子３は、反射型の回折格子で構成され、レーザ光源２から出射されるレーザ光の光路後段に配設され、レーザ光源２から出射されるレーザ光を参照光、及び測定光に分離するとともに、測定光を被測定面Ｗに対して斜めに出射する機能を有している。具体的に、第１回折格子３は、正反射光（図１中上方側の光路を通る光）を参照光とし、回折光（図１中下方側の光路を通る光）を測定光とするように配設されている。
【００２４】
ここで、第１回折格子３における回折光の回折角度は、第１回折格子３に入射するレーザ光の波長に応じて変化する。具体的に、本実施形態では、第１回折格子３は、レーザ光の波長が長くなると回折角度を大きくし（図１中矢印Ａ）、レーザ光の波長が短くなると回折角度を小さくする（図１中矢印Ｂ）。すなわち、第１回折格子３は、レーザ光の波長に応じて測定光の出射角度を変更する。したがって、レーザ光の波長が長くなると入射角度θは小さくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度θは大きくなる。
【００２５】
合成手段としての第２回折格子４は、被測定面Ｗにて反射される測定光の光路後段に配設され、第１回折格子３にて分離される参照光、及び被測定面Ｗにて反射される測定光を合成して干渉光とする機能を有している。具体的に、第２回折格子４は、第１回折格子３と同一の構成を有し、正反射光を参照光とし、回折光を測定光とするように配設されている。
【００２６】
レーザ光源２から出射されるレーザ光は、第１回折格子３にて参照光、及び測定光に分離される。第１回折格子３にて分離される参照光は、第２回折格子４に入射する。また、第１回折格子３にて分離される測定光は、被測定面Ｗに対して斜めに出射され、被測定面Ｗにて反射され、第２回折格子４に入射する。第２回折格子４に入射する参照光、及び測定光は、第２回折格子４にて合成されて干渉光となる。そして、斜入射干渉計１は、干渉光に基づく干渉縞を解析することで被測定面Ｗの形状を測定する。
【００２７】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）第１回折格子３は、レーザ光源２から出射されるレーザ光の波長を変更することによって、測定光の出射角度を変更することができ、ひいては測定光の被測定面Ｗに対する入射角度θを変更することができる。したがって、斜入射干渉計１は、高度な技術や、高価なレーザ光源を要することなく、干渉縞感度を変更することができる。
（２）分離手段、及び合成手段は、第１回折格子、及び第２回折格子とされている。したがって、１つの光学素子で分離手段、及び合成手段をそれぞれ構成することができるので、斜入射干渉計１の部品点数を削減することができるとともに、斜入射干渉計１を小型化することができる。
【００２８】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る斜入射干渉計１Ａを示す模式図である。
本実施形態では、斜入射干渉計１Ａは、図２に示すように、第１回折格子３、及び被測定面Ｗの間に配設され、第１回折格子３にて分離される測定光を反射する第１反射鏡５と、被測定面Ｗ、及び第２回折格子４の間に配設され、被測定面Ｗにて反射される測定光を反射する第２反射鏡とを備えている点で前記第１実施形態と異なる。
【００２９】
図３は、第１回折格子３、第１反射鏡５、及び被測定面Ｗを示す拡大模式図である。なお、図３では、説明のため第１回折格子３、及び被測定面Ｗの形状を簡略化している。
図３に示すように、被測定面Ｗの法線に対する第１回折格子３の回折面における法線の角度をａとし、第１反射鏡５の反射面における法線の角度をｂとする。そして、レーザ光の第１回折格子３に対する入射角度をαとし、第１回折格子３における回折光の回折角度をβとする。なお、図３では、入射角度α＝角度ａとなるようにレーザ光を第１回折格子３に入射させている。この場合において、測定光の被測定面Ｗに対する入射角度θは、以下の式（２）に示すように、角度ｂ、入射角度α、及び回折角度βで表される。
【００３０】
【数２】
0005432680.tif 000003
【００３１】
なお、回折角度βは、以下の式（３）に示すように、入射角度α、レーザ光の波長λ、及び第１回折格子３のピッチｄで表される。
【００３２】
【数３】
0005432680.tif 000004
【００３３】
ここで、前述したように、第１回折格子３は、レーザ光の波長が長くなると回折角度βを大きくし、レーザ光の波長が短くなると回折角度βを小さくする。したがって、前述した式（２）に示すように、レーザ光の波長が長くなると入射角度θは大きくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度θは小さくなる。すなわち、斜入射干渉計１Ａは、第１反射鏡５、及び第２反射鏡６を備えることで、レーザ光の波長λ、及び入射角度θの関係を逆転させている。
【００３４】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（３）斜入射干渉計１Ａは、第１反射鏡５、及び第２反射鏡６を備えるので、レーザ光の波長が長くなると入射角度θは小さくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度θは大きくなるように分離手段、及び合成手段を構成する場合であっても、レーザ光の波長が長くなると入射角度θは大きくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度θは小さくなる。したがって、斜入射干渉計１Ａは、干渉縞感度を効率的に変更することができる。
【００３５】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本発明の第３実施形態に係る斜入射干渉計１Ｂを示す模式図である。
前記第２実施形態では、斜入射干渉計１Ａは、分離手段、及び合成手段として反射型の第１回折格子３、及び第２回折格子４を備えていた。これに対して、本実施形態では、斜入射干渉計１Ｂは、図４に示すように、分離手段、及び合成手段として透過型の第１回折格子３Ａ、及び第２回折格子４Ａを備えている点で異なる。
【００３６】
第１回折格子３Ａは、透過型の回折格子で構成され、レーザ光源２から出射されるレーザ光の光路後段に配設され、レーザ光源２から出射されるレーザ光を参照光、及び測定光に分離するとともに、測定光を被測定面Ｗに対して斜めに出射する機能を有している。具体的に、第１回折格子３は、透過光（図４中上方側の光路を通る光）を参照光とし、回折光（図４中下方側の光路を通る光）を測定光とするように配設されている。
【００３７】
第２回折格子４Ａは、被測定面Ｗにて反射される測定光の光路後段に配設され、第１回折格子３Ａにて分離される参照光、及び被測定面Ｗにて反射される測定光を合成して干渉光とする機能を有している。具体的に、第２回折格子４Ａは、第１回折格子３Ａと同一の構成を有し、透過光を参照光とし、回折光を測定光とするように配設されている。
【００３８】
このような本実施形態においても、前記第２実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００３９】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本発明の第４実施形態に係る斜入射干渉計１Ｃを示す模式図である。
前記第２実施形態では、斜入射干渉計１Ａは、分離手段、及び合成手段として第１回折格子３、及び第２回折格子４を備えていた。これに対して、本実施形態では、斜入射干渉計１Ｃは、図５に示すように、分離手段７、及び合成手段８を備えている点で異なる。
【００４０】
分離手段７は、レーザ光源２から出射されるレーザ光の光路後段に配設されるビームスプリッタ７１と、ビームスプリッタ７１、及び被測定面Ｗの間に配設されるプリズム７２とを備える。
ビームスプリッタ７１は、レーザ光源２から出射されるレーザ光を参照光、及び測定光に分離する機能を有している。具体的に、ビームスプリッタ７１は、レーザ光の一部を反射させて参照光とするとともに、他を透過させて測定光とすることでレーザ光を分離する。
プリズム７２は、三角柱状に形成され、ビームスプリッタ７１にて分離される測定光を屈折させることで被測定面Ｗに対して斜めに出射する。
【００４１】
合成手段８は、被測定面Ｗにて反射される測定光の光路後段に配設されるプリズム８１、及びビームスプリッタ８２とを備える。
プリズム８１は、三角柱状に形成され、被測定面Ｗにて反射される測定光を屈折させることでビームスプリッタ８２に入射させる。
ビームスプリッタ８２は、ビームスプリッタ７１にて分離される参照光、及びプリズム８１にて屈折される測定光を合成して干渉光とする機能を有している。具体的に、ビームスプリッタ８２は、ビームスプリッタ７１にて分離される参照光の一部を反射させるとともに、プリズム８１にて屈折される測定光の一部を透過させることで合成して干渉光とする。
【００４２】
このような本実施形態においても、前記第２実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００４３】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各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。
例えば、前記各実施形態では、レーザ光の波長が長くなると入射角度θは小さくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度θは大きくなるように分離手段、及び合成手段を構成していた。これに対して、レーザ光の波長が長くなると入射角度は大きくなり、レーザ光の波長が短くなると入射角度は小さくなるように分離手段、及び合成手段を構成してもよい。なお、この場合には、斜入射干渉計は、第１反射鏡、及び第２反射鏡を備えることなく干渉縞感度を効率的に変更することができる。
前記各実施形態では、分離手段、及び合成手段を回折格子や、ビームスプリッタ、及びプリズムなどで構成していたが、どのような光学素子で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、斜入射干渉計に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…斜入射干渉計
２…レーザ光源
３，３Ａ…第１回折格子（分離手段）
４，４Ａ…第２回折格子（合成手段）
５…第１反射鏡
６…第２反射鏡
７…分離手段
８…合成手段
【図１】
0005432680.tif 000005
【図２】
0005432680.tif 000006
【図３】
0005432680.tif 000007
【図４】
0005432680.tif 000008
【図５】
0005432680.tif 000009
【図６】
0005432680.tif 000010