(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源と、
前記光を平行光にする光平行化部と、
前記平行光を、測定光および参照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射出する光分離部と、
前記参照光、および前記被測定面で反射された前記測定光を合成して干渉光とする光合成部と、
前記干渉光を検出する検出部と、
前記光源から前記光分離部までの前記光の光路内に設けられるとともに、前記光の光断面サイズよりも小さいサイズの光通過孔を有し、この光通過孔でのみ前記光を通過させるスポット形成部と、を具備し、
前記スポット形成部は、前記光通過孔の口径寸法を調整可能な絞りである
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、
前記スポット形成部は、複数の光通過孔を備えた
ことを特徴とする斜入射干渉計。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の斜入射干渉計において、
前記測定光の光路、および前記参照光の光路上に、それぞれ、光が通過する光通過状態と、光を遮断する遮光状態とを切り替え可能な光通過状態切替部が設けられる
ことを特徴とする斜入射干渉計。
【請求項４】
請求項３に記載の斜入射干渉計において、
データを格納可能な記憶部を備え、
前記検出部は、前記測定光および前記参照光のスポット光を撮像し、
この撮像された前記スポット光の撮像データは、前記記憶部に記憶される
ことを特徴とする斜入射干渉計。
【請求項５】
請求項４に記載の斜入射干渉計において、
前記記憶部に記憶された前記スポット光の撮像データに基づいて、各スポット光の光断面の輪郭形状における重心を求める演算部を備えた
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、測定対象に対して斜め方向から光を照射し、測定対象により反射された測定光と、参照光とを干渉させて、測定対象の形状などを測定する斜入射干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象の形状を測定する装置として、光波干渉計が知られている。この光波干渉計は、光源からの光を２つ以上に分割し、一方の光を測定対象に照射して反射させ、他方の光を反射鏡で反射させ、これらの光を再び合成し、合成により生じた干渉縞を分析して、測定対象の形状を測定する。このような光波干渉計としては、測定対象に対して、垂直に光を入射させる垂直入射干渉計と、斜め方向から光を入射させる斜入射干渉計と、が知られているが、特に、うねりの大きな面や非鏡面（粗面）の平面度を測定する場合などでは、斜入射干渉計が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の斜入射干渉計は、光源から射出された光を平行化した後、光束分割部で２つの偏光光に分割し、一方を測定光、他方を参照光として用いる。そして、測定光は、第一光束折り曲げ部で反射されて測定対象物に向かって射出され、測定対象物で反射された測定光は、第二光束折り曲げ部で反射され、光束合成部に入射される。また、光束分割部で分離された参照光は、光束合成部に入射される。そして、光束合成部にて、これらの測定光と参照光とが再び合成され、合成された光が検出部に入射される構成が採られている。
また、別の例として、光源から射出された光を平行化した後、三角プリズムに斜めから入射させ、プリズム底面で透過し、測定対象で反射される測定光と、プリズムの底面で反射される参照光とを合成し、合成された光が検出部に入射される構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３２３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の斜入射干渉計では、斜入射干渉計と測定対象との距離が変化すると、測定光の光軸と、参照光の光軸とにずれが生じる。
ここで、三角プリズムを用いて測定光と参照光とを分離する場合、理論上では、三角プリズムの底面および測定対象の距離が０となる場合に、測定光の光軸と参照光の光軸とのずれをなくすことができるが、現実的には、斜入射干渉計と測定対象との距離をゼロに設定することが不可能であり、測定光および参照光の光軸を一致させることが困難である。このため、測定光の波面と参照光の波面とが一致せず、波面歪みの影響により測定精度が低下するなどの問題がある。
【０００６】
これに対して、第一光束折曲げ部および第二光束折曲げ部を用いて測定光を光束合成部に導く構成では、斜入射干渉計と測定対象との距離を調整することで、測定光の光軸と参照光の光軸とを一致させることが可能である。しかしながら、斜入射干渉計および測定対象の距離を僅かに変化させるだけで光軸がずれてしまうため、何の指標もなく光軸を一致させる調整を実施することは困難であるという問題がある。また、測定対象を変える毎に、上記のような調整作業が必要となり、測定の度に煩雑な作業が発生するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みて、測定光および参照光の光軸を容易に一致させることが可能な斜入射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】
【０００８】
本発明の斜入射干渉計は、光を射出する光源と、前記光を平行光にする光平行化部と、前記平行光を、測定光および参照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射出する光分離部と、前記参照光、および前記被測定面で反射された前記測定光を合成して干渉光とする光合成部と、前記干渉光を検出する検出部と、前記光源から前記光分離部までの前記光の光路内に設けられるとともに、前記光の光断面サイズよりも小さいサイズの光通過孔を有し、この光通過孔でのみ前記光を通過させるスポット形成部と、を具備し、前記スポット形成部は、前記光通過孔の口径寸法を調整可能な絞りであることを特徴とする。
【０００９】
ここで、スポット形成部の配置位置としては、光源から光分離部の間の光路内であれば、いかなる位置に設けられていてもよい。例えば、光平行化部および光分離部の間にスポット形成部が設けられる場合、光源から射出された光は、光平行化部により平行光とされた後、スポット形成部で平行光の光断面形状のサイズよりも小さいサイズを有するスポット光として射出される。ここで、平行光の光断面サイズ、光通過孔のサイズとは、寸法または面積を指す。例えば平行光が断面円形のビームであり、光通過孔が円形状である場合、光通過孔の開口径が平行光のビーム径よりも小さく形成されていればよく、光通過孔により平行光の一部の光のみがスポット光として取り出される構成であればよい。
この斜入射干渉計では、光分離部において、平行光を測定光と参照光とに分離され、測定光は、被測定面に向かって射出される。そして、光合成部において、被測定面で反射された測定光と参照光とが合成されて干渉光が形成され、この干渉光が検出部に入射される。そして、本発明の斜入射干渉計では、斜入射干渉計の被測定面に対する相対位置を調整して、測定光および参照光の光軸を一致させる位置調整を実施する際に、スポット形成部により、スポット光を形成し、形成されたスポット光に基づいて、位置調整を実施する。
この位置調整動作では、光分離部に入射される平行光は、スポット光となるため、測定光および参照光もスポット光（以降、測定スポット光、参照スポット光と称す）となる。このようなスポット光は、ビーム径が小さいため、測定光および参照光の光軸のずれを確認し易い。したがって、これらのスポット光が一致するように、例えば斜入射干渉計の位置を調整することで、容易に参照光と測定光の光軸を一致させることができ、波面歪みの影響を低減させることができる。
本発明の斜入射干渉計では、上述したように、位置調整を実施する際には、スポット形
成部によりスポット光を形成するが、被測定面の面形状を測定する測定時では、径寸法が大きい平行光を、ビーム径を変化させずに光分離部に入射させて、被測定面の測定処理を実施する。
ここで、スポット形成部を着脱可能な構成とし、位置調整の実施時にスポット形成部を装着して、形状測定時にスポット形成部を取り外してもよいが、操作の切り替え時にスポット形成部を着脱するため作業負荷が増大してしまう。
また、例えば遮光性の板部材に、スリットや貫通孔の光通過孔を形成したスポット形成部を、例えば光路外に設けられた軸部を中心に回動させたり、光路内外に進退移動させたりする構成では、移動機構が必要となり、装置が大型化することが考えられる。
これに対して、本発明では、スポット形成部は、例えば虹彩絞りなどの絞りにより形成される。このような構成では、複雑な移動機構などが不要であり、容易に、光通過孔の開口径を変化させることができ、位置調整を実施する際には、光通過孔の開口径を小さくして光通過孔を形成し、測定処理を実施する際には、光通過孔の開口径を平行光のビーム径と同程度以上に拡開すればよい。このため、スポット形成部を移動させるような構成が不要となり、構成を簡単にでき、かつ、位置調整の動作から形状測定処理への動作の移行も容易に実施できる。
【００１２】
本発明の斜入射干渉計では、前記スポット形成部は、複数の光通過孔を備えることが好ましい。
【００１３】
斜入射干渉計では、光合成部において測定光と参照光とを合成して干渉光を生成する際、互いの光を打ち消しあうように合成される部分、強め合うように合成される部分がある。ここで、光通過孔が、互いの光を打ち消しあう干渉縞の位置に形成されている場合、干渉光の光量が弱くなり、光軸が一致しているか否かを判断することが困難となる。
これに対して、本発明では、スポット形成部は、複数の光通過孔を備えている。このため、例えば１つの光通過孔により形成されるスポット光により、測定光の光軸と参照光の光軸とが一致しているか否かを判断できなかった場合であっても、他の光通過孔により形成されるスポット光により、光軸の一致状態を判断することができる。したがって、より適切に、測定光の光軸と参照光の光軸とを合わせ込む位置調整を実施することができる。
【００１６】
また、本発明の斜入射干渉計では前記測定光の光路、および前記参照光の光路上に、それぞれ、光が通過する光通過状態と、光を遮断する遮光状態とを切り替え可能な光通過状態切替部が設けられることが好ましい。
【００１７】
この構成では、測定スポット光の位置を検出する場合には、参照光の光路上に設けられた光通過状態切替部を遮光状態とし、測定光の光路上に設けられた光通過状態切替部を光通過状態とする。これにより、参照スポット光が検出部に遮光されるため、測定スポット光の位置をより容易に検出することができる。同様にして、参照スポット光の位置を検出する場合には、測定光の光路上に設けられた遮光板を遮光状態とし、参照光の光軸上に設けられた遮光板を光通過状態とする。これにより、測定光が遮断されるため、参照スポット光の位置をより容易に検出することができる。したがって、これらのスポット光の位置が近接する場合であっても、それぞれの位置を精度良く検出することができ、高精度に位置調整を実施することができる。
【００１８】
ここで、本発明の斜入射干渉計では、データを格納可能な記憶部を備え、前記検出部は、前記測定光および前記参照光のスポット光を撮像し、この撮像された前記スポット光の撮像データは、前記記憶部に記憶されることが好ましい。
【００１９】
この発明では、検出部は、測定スポット光および参照スポット光が合成された干渉光を撮像して、記憶部に記憶する。これにより、記憶部には、測定スポット光の位置および、参照スポット光の位置がそれぞれ記憶されることになる。したがって、例えば、この記憶部に記憶された各スポット光をディスプレイなどに出力することで、その位置を確実に把握することができ、より容易に、かつ精度良く測定光および参照光の光軸を合わせる位置調整を実施することができる。
【００２０】
本発明では、前記記憶部に記憶された前記スポット光の撮像データに基づいて、各スポット光の光断面の輪郭形状における重心を求める演算部を備えたことが好ましい。
【００２１】
この発明では、演算部は、スポット光の光軸を検出する際に、スポット光の光断面形状の撮像画像データから、各光断面形状の重心を求める。重心位置は、スポット光の光断面形状が変化しない場合、同一位置となり、例えば円形の場合、円中心点となる。また、重心位置は、光断面の輪郭形状が把握できれば容易に演算により求めることができ、このような重心位置に基づいて、各スポット光を一致させることで、より容易に、かつ精度良く測定光および参照光の光軸を合わせる位置調整を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る第一実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す模式図。
【図２】検出部で検出される測定スポット光および参照スポット光の例を示す図。
【図３】第一実施形態で、各スポット光が一致した状態を示す図。
【図４】本発明に係る第二実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す模式図。
【図５】本発明に係る第三実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す模式図。
【図６】本発明に係る第四実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第一実施形態〕
以下、本発明に係る第一実施形態の斜入射干渉計について、図面に基づいて説明する。
【００２４】
［１．斜入射干渉計の構成］
図１は、本発明の第一実施形態の斜入射干渉計に概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、第一実施形態の斜入射干渉計１は、光源２と、光平行化部を構成するレンズ３，４と、光分離部５と、光合成部６と、検出部７と、スポット形成部８と、を備え、検出部７には測定制御装置９が接続されている。なお、斜入射干渉計１が測定制御装置を備える構成としてもよい。
【００２５】
光源２としては、例えば、良好な干渉性を有し、光分離部５により分離されるＰ偏光光およびＳ偏光光の分離比が時間的に変化しないレーザ光を射出可能なレーザ光源などを用いることが好ましい。
なお、光源２としては、上記のようなレーザ光源に限らず、所定の波長の光を射出可能な構成であれば、いかなる構成であってもよく、例えば、白熱電球と、波長選択フィルターとを備えた光源などとしてもよく、この場合、白熱電球から出た白色光から波長選択フィルターにより所定の波長の光のみを取り出して射出する。
【００２６】
レンズ３，４は、本発明に光平行化部を構成する。これらのレンズ３，４は、光源２から射出されたレーザ光のビーム径を拡大させるとともに、拡大したビーム径の光を平行光（コヒーレント光）として射出する。
【００２７】
光分離部５は、レンズ３，４側から入射された平行光を、測定光および参照光に分離する。具体的には、この光分離部５は、例えば、偏光ビームスプリッタにより構成され、入射された平行光をＳ偏光光およびＰ偏光光に分離する。そして、Ｐ偏光光は、偏光ビームスプリッタを透過して測定光として被測定面Ｓ側に向かって射出され、Ｓ偏光光は、偏光ビームスプリッタで反射され、参照光として光合成部６に向かって射出される。
【００２８】
光合成部６は、光分離部５から射出されたＳ偏光光である参照光と、被測定面Ｓにて反射された測定光とを合成して干渉光（合成光）とし、この干渉光を検出部７に射出する。具体的には、光合成部６は、偏光ビームスプリッタなどにより構成され、参照光を反射させ、測定光を透過させることで、これらの光を合成する。
【００２９】
検出部７は、光合成部６により合成され、レンズ６１を通過した干渉光を受光し、受光量に基づいた信号を測定制御装置９に出力する。具体的には、検出部７は、複数の撮像素子がアレイ状に配設された撮像部を備え、干渉光を撮像して、その撮像データを測定制御装置９に出力する。
【００３０】
測定制御装置９は、例えばパーソナルコンピューターなどにより構成され、入力された干渉光の撮像データの干渉縞を解析することで被測定面Ｓの形状を測定する。さらに、測定制御装置９は、後述する位置調整時に、検出部７に入射したスポット光の撮像画像データを記憶する記憶部９１を備え、記憶部９１に撮像画像データを記憶させたり、例えばディスプレイなどの出力装置に出力させたりする。
【００３１】
スポット形成部８は、遮光部８０と、光通過孔８１とを備える部材であり、光源２から光分離部５までの光路上に配設されている。そして、このスポット形成部８の光通過孔８１は、平行光のビーム径（光軸に対して直交する光断面の径寸法）を絞り、光分離部５にビーム径の小さいスポット光を射出する。本実施形態では、斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離を調整して、測定光および参照光の光軸位置を合わせる位置調整の実施時に、このスポット形成部８により光源２側からの平行光をスポット光とする。これにより、スポット光は、光分離部５により測定光と参照光とに分離され、分離された各光が光合成部６で合成されて検出部７に入射される。この時、測定光および参照光の光軸が一致していない場合、図１に示すように、参照光のスポット光（参照スポット光）と、測定光のスポット光（測定スポット光）は、それぞれ検出部７の異なる位置に入射される。ここで、位置調整時において、これらの測定スポット光および参照スポット光が一致するように、斜入射干渉計１の位置を調整することで、測定光と参照光との位置ずれを調整することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態の斜入射干渉計１では、スポット形成部８として、光通過孔８１の開口径を変化可能な絞り、例えば虹彩絞りなどが用いられている。このようなスポット形成部８では、上述したような位置調整時において、スポット光のビーム径が小さくなるように、光通過孔８１の開口径を絞ることで、精度の高い位置調整が可能となり、被測定面Ｓの形状を測定する測定時には、光通過孔８１の開口径を最大まで拡げることで、被測定面Ｓに十分な光量の測定光を射出することが可能となる。
【００３３】
ここで、図２に、検出部７に入射する測定スポット光及び参照スポット光の撮像結果および光強度分布を表す図を示す。
光通過孔８１の開口形状が円形である場合、図２に示すように、光軸に対して直交する光断面形状が円形であるスポット光が検出部７で検出される。位置調整では、測定スポット光および参照スポット光の輪郭が一致するように、斜入射干渉計１の位置を調整する。
この時、測定スポット光および参照スポット光のビーム径が小さいほど、輪郭位置を合わせ易く、より精度の高い位置合わせが可能となる。しかしながら、検出部７で検出可能な有口径は、例えば個々の撮像素子のサイズや、撮像素子の配置ピッチ、撮像素子の受光感度などにより左右される。したがって、光通過孔８１の開口径の最小値としては、検出部７の性能などにより、スポット光を検出可能な最小径に形成されていることが好ましい。
一方、被測定面Ｓの形状を測定する測定時では、より広範囲の被測定面Ｓにおける面形状を測定することが好ましいため、光源２から出力される平行光を、ビーム径を絞ることなく、測定光および参照光に分離させることが好ましい。したがって、光通過孔８１の開口径の最大値としては、少なくとも光源２から射出される平行光のビーム径以上に設定されていることが好ましい。
【００３４】
なお、スポット形成部８としては、上記のような虹彩絞りを用いた構成に限らず、例えば、光通過孔８１が形成された板部材を、光路内外に対して移動可能な構成としてもよい。この場合では、位置調整時において、光路内にスポット形成部８が挿入され、測定時において、スポット形成部８を光路外に外される。これにより、上記のような虹彩絞りを用いたスポット形成部８と同様に、位置調整時には、測定スポット光および参照スポット光を用いた精度の高い位置調整が可能となり、被測定面Ｓの形状測定時には、光源２からの平行光を直接光分離部５に入射させることができ、測定効率を向上させることが可能となる。また、平行光の光路内外に対して複数の遮光板を近接離間させることで、遮光板間の隙間により光通過孔８１を形成する構成などとしても良い。さらには、光通過孔８１の形状としても、円形に限定されず、例えば矩形状やスリット状など、任意の形状に形成することができる。この場合、光通過孔８１の開口サイズ、すなわち、開口面積や、外周円の径寸法などが、平行光の光断面サイズである平行光の光断面の面積や、ビーム径よりも小さく形成されていればよい。
【００３５】
さらには、本実施形態では、光分離部５により分離された測定光は、直接被測定面Ｓに入射し、被測定面Ｓにて反射された測定光は、直接光合成部６に入射する構成としたが、例えば、光合成部６から射出された光が反射ミラーなどにより反射されて被測定面Ｓに入射する構成、被測定面Ｓにて反射された測定光が反射ミラーなどにより反射されて光合成部６に入射させる構成などとしてもよい。
【００３６】
［２．斜入射干渉計の位置調整］
次に、上述のような斜入射干渉計１における位置調整について説明する。
本実施形態の斜入射干渉計１では、上記のように、測定スポット光および参照スポット光の検出位置に基づいて、位置調整を実施する。
これには、スポット形成部８の光通過孔８１の開口径を絞り、ビーム径が光源２から射出された平行光よりも小さいスポット光とする。これによりスポット光は、光分離部５に入射されて、測定スポット光および参照スポット光に分離される。また、参照スポット光および被測定面Ｓで反射された測定スポット光は、光合成部６で合成され、合成光が検出部７に入射される。
【００３７】
ここで、斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離が適切でない場合、測定スポット光の光軸と参照スポット光は、それぞれ検出部７の異なる位置に入射され、その撮像画像データが測定制御装置９に出力される。
測定制御装置９は、これらの撮像画像データを記憶部９１に記憶するとともに、図２に示すように、その撮像画像データをディスプレイに表示させる。
したがって、利用者は、これらのスポット光の輪郭位置が一致するように、斜入射干渉計１の位置を調整することで、測定光と参照光との波面歪みの影響を低減した最適位置に、容易に斜入射干渉計１を設置することが可能となる。例えば、図１、図２に示す例では、参照スポット光ａが検出部７の中心点で検出されるのに対し、測定スポット光ｂは、検出部７の外周側で検出されている。この場合では、図１に示す状態から、斜入射干渉計１の位置を僅かに紙面上方側にずらすなどして、斜入射干渉計１および被測定面Ｓとの距離を増大させることで、図３に示すように、測定スポット光ｂの反射位置が変化し、参照スポット光と、測定スポット光の光軸とが一致する。この状態では、参照光と測定光との光軸同士が一致された状態となり、測定光および参照光で形成される干渉波において、波面歪みの影響が低減された状態となる。したがってこのような干渉光を検出部７で検出することで、高精度な測定結果を得ることが可能となる。
【００３８】
なお、この位置調整の動作としては、例えば手動により、斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離を調整してもよく、例えば、自動で調整可能な構成としてもよい。自動で位置調整を実施する場合、例えば、斜入射干渉計１を保持するステージと、ステージを被測定面Ｓに対して進退させる移動機構とを設け、測定制御装置９の制御などにより、移動機構を駆動させて斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離を調整する構成などとすることができる。
【００３９】
また、上記において、図２の上図に示すような各スポット光の輪郭を合わせ込むことで、斜入射干渉計１の位置合わせを実施する例を示したが、これに限定されず、例えば、図２の下図に示すように、各スポット光の光強度分布を示すプロファイル情報を取得し、このプロファイル情報が一致させるように、斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離を調整してもよい。
【００４０】
［３．第一実施形態の作用効果］
第一実施形態の斜入射干渉計１では、光源２から光分離部５までの光路内に、光源２から射出される平行光のビーム径よりも小さい径寸法の光通過孔８１を有するスポット形成部８が設けられている。このような構成では、斜入射干渉計１の位置調整時において、スポット形成部８の光通過孔８１を通過したスポット光が光分離部５にて分離されて測定スポット光および参照スポット光として射出される。ここで、測定光の光軸と参照光の光軸とがずれている場合、検出部７に入射されるこれらの測定スポット光および参照スポット光の位置にもずれが生じる。したがって、利用者は、これらの測定スポット光および参照スポット光の検出位置を把握することで、容易に測定光および参照光の光軸のずれ量を認識することができる。すなわち、測定スポット光および参照スポット光を合わせこむように、斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離を変化させることで、容易に、測定光および参照光の波面歪みの影響を低減可能な設置状態とすることができる。また、この設置状態を維持して、スポット形成部８の光通過孔８１を拡開させて光源２からの平行光を通過させ、検出部７で検出される干渉光に基づいて、被測定面Ｓの形状測定を実施することで、測定光および参照光の合成時の波面歪みの影響を抑えた精度の高い測定を実施することができる。
【００４１】
また、スポット形成部８は、光通過孔８１の開口径寸法を調整可能な虹彩絞りにより構成されている。したがって、斜入射干渉計１の位置調整時には、光通過孔８１の開口径を絞り、被測定面Ｓの面形状測定時には、光通過孔８１の開口径を拡開させることができる。すなわち、例えば、位置調整時および面形状測定時の切り替え時に、スポット形成部８を着脱する構成の場合、操作切り替え時に煩雑な作業が伴う。これに対して、上記のような構成であれば、虹彩絞りを操作するだけで、容易に光通過孔８１の開口径寸法を変化させることができるため、作業負荷を軽減させることができる。
【００４２】
そして、斜入射干渉計１は、測定制御装置９を備え、この測定制御装置９は、検出部７で撮像された各スポット光の撮像データを記憶する記憶部９１を備えている。このため、記憶部９１の記録された撮像データを例えばディスプレイなどに出力して表示させることが可能となり、利用者は、この出力データに基づいて、斜入射干渉計１の位置調整を実施することができる。
【００４３】
〔第二実施形態〕
次に、本発明に係る第二実施形態の斜入射干渉計について、図面に基づいて説明する。
図４は、第二実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す模式図である。なお、以降の実施形態の説明にあたり、第一実施形態と同一の構成については同符号を付し、その説明を省略または簡略する。
【００４４】
上述した第一実施形態の斜入射干渉計１では、スポット形成部８に１つの光通過孔８１が設けられる構成を示した。これに対して、第二実施形態の斜入射干渉計１Ａでは、スポット形成部８Ａに複数の光通過孔８１が形成される例を示す。
具体的には、第二実施形態のスポット形成部８Ａは、遮光部８０と、２つの光通過孔８１とを備えて構成されている。このスポット形成部８Ａは、例えば、遮光部８０の端部が回動自在に軸支されており、位置調整時にはスポット形成部８Ａを光路内に回動させ、被測定面Ｓの形状測定時にはスポット形成部８Ａを光路外に回動させることが可能となる。
【００４５】
このようなスポット形成部８Ａでは、斜入射干渉計１Ａの位置調整時において、図４に示すように、２つのスポット光を形成する。
これらのスポット光は、光分離部５において、それぞれ測定スポット光と参照スポット光とに分離され、このうち、測定スポット光は被測定面Ｓ側に射出され、参照スポット光は光合成部６に向かって射出される。そして、参照スポット光、および被測定面Ｓで反射された測定スポット光は、光合成部６において合成され、検出部７に入射される。
そして、位置調整時では、上記第一実施形態と同様に、検出部７により検出された測定スポット光の輪郭と参照スポット光の輪郭とを一致させるように、斜入射干渉計１Ａおよび被測定面Ｓとの距離を調整する。
【００４６】
この時、図４に示すように、測定スポット光と参照スポット光との輪郭が一致する場合、これらのスポット光は互いに干渉するため、測定スポット光の反射位置によっては、互いの光を弱め合う場合がある。この場合、検出部７において検出されるスポット光の光強度が低下し、測定スポット光および参照スポット光の輪郭を合わせることが困難となる。
これに対して、第二実施形態では、光通過孔８１が２つ設けられている。このため、各光通過孔８１から射出されるスポット光を、それぞれ光分離部５にて参照スポット光および測定スポット光に分離し、光合成部にてこれらの参照スポット光および測定スポット光を合成した際、一方の光通過孔８１から射出されるスポット光に対応した参照スポット光および測定スポット光が光合成部６にて互いに弱め合う場合でも、他方のスポット光に対応した参照スポット光および測定スポット光を用いて、斜入射干渉計１の位置調整を実施することができる。
なお、本実施形態では、スポット形成部８Ａに２つの光通過孔８１を設ける構成を例示したが、例えば３つ以上の光通過孔８１が形成される構成などとしてもよい。
【００４７】
〔第二実施形態の作用効果〕
上述したように、第二実施形態の斜入射干渉計１Ａでは、スポット形成部８Ａに複数の光通過孔８１が形成されている。したがって、これらの光通過孔８１により形成されるスポット光に基づいて、例えば、１組の測定スポット光および参照スポット光が、合成により互いに弱め合った場合でも、他の組の測定スポット光および参照スポット光に基づいて、斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離の調整を実施することができる。このため、光通過孔８１の位置をずらすなどの作業をすることなく、容易に、位置調整を実施することができる。
【００４８】
〔第三実施形態〕
次に、本発明に係る第三実施形態の斜入射干渉計について、図面に基づいて説明する。図５は、本発明に係る第三実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す模式図である。
【００４９】
上記第一実施形態では、図２に示すような参照スポット光ａおよび測定スポット光ｂの輪郭位置や、各スポット光の光強度分布を示すプロファイル情報を合わせ込むように、斜入射干渉計１および被測定面Ｓの距離を調整して、位置調整を実施した。ところで、２つのスポット光が重なり合うと、これらのスポット光が合成されるため、それぞれの輪郭位置を明確に区別することが困難となる。また、プロファイル情報を合わせ込む場合でも、光強度が最も高いピーク点が重なったか否かを判別することが困難となる。
これに対して、第三実施形態は、測定光のスポット光および参照光スポット光の重ね合わせをより容易に実施できる構成を備えている。
【００５０】
具体的には、第三実施形態の斜入射干渉計１Ｂでは、図５に示すように、光分離部５および光合成部６の間の参照光の光路上に、本発明の光通過状態切替部としての遮光板１１が設けられている。この遮光板１１は、図示しない移動機構が連結されており、移動機構により、遮光板１１が参照光の光路内外に移動可能に構成されている。この移動機構としては、例えば遮光板１１を回動させる構成や、遮光板をスライド移動させる構成などいかなる構成としてもよい。
【００５１】
〔第三実施形態の作用効果〕
この第三実施形態の斜入射干渉計１Ｂでは、位置調整時において、遮光板１１を参照光の光路内外へ交互に移動させることで、検出部７で検出される参照スポット光を点滅させる。これにより、測定スポット光と参照スポット光との検出位置が近接し、一部が重なりあった状態であっても、参照スポット光の消灯時に測定スポット光の輪郭や、光強度分布を確認することができ、参照スポット光の点灯時に、測定スポット光と参照スポット光との位置ずれ状態を確認することができる。したがって、より精度よく、測定スポット光および参照スポット光の位置を合わせこむことができ、参照光および測定光の合成波を生成した際に、波面歪みの影響をより確実に低減させることができる。
【００５２】
なお、第三実施形態では、参照光の光路内外に移動可能な遮光板１１を設け、位置調整時に、参照スポット光を点滅表示させる構成としたが、例えば、測定光の光路内外に移動可能な遮光板が設けられる構成としてもよい。この場合、斜入射干渉計１Ｂの位置調整時において、測定光を点滅させることが可能となる。
【００５３】
また、光を遮断する遮光板１１を設ける構成としたが、例えば、所定の直線偏光方向の光のみを透過させる偏光板を回転可能に設ける構成などとしてもよい。この場合、偏光板を回転させることで、Ｓ偏光光である参照光を透過可能な状態と、遮光する状態とを交互に切り替えることができ、参照スポット光を点滅表示させることが可能となる。
【００５４】
〔第四実施形態〕
次に、本発明に係る第四実施形態の斜入射干渉計について、図面に基づいて説明する。
図６は、本発明に係る第四実施形態の斜入射干渉計の概略構成を示す模式図である。
【００５５】
上記第三実施形態では、斜入射干渉計１Ｂの位置調整時に、参照スポット光を点滅させることで、測定スポット光の輪郭を把握しやすくして、測定スポット光および参照スポット光の輪郭を合わせやすくする構成を例示した。これに対して第四実施形態では、参照スポット光および測定スポット光の位置をそれぞれ個別に検出する。
【００５６】
具体的には、第四実施形態の斜入射干渉計１Ｃは、図６に示すように、光分離部５および光合成部６の間の参照光の光路上に、遮光板１１Ａが設けられている。同様に、斜入射干渉計１Ｃは、測定光の光路内外に移動可能な遮光板１１Ｂが設けられている。これらの遮光板１１Ａ，１１Ｂは、図示しない移動機構が連結されており、これらの移動機構により、遮光板１１Ａ，１１Ｂが光路内外に移動可能に構成されている。これらの移動機構の制御は、例えば利用者が手動により行うものであってもよく、測定制御装置９により、移動制御されるものであってもよい。
なお、上記第三実施形態と同様に、移動機構としては、例えば遮光板１１Ａ，１１Ｂを回動させる構成や、遮光板をスライド移動させる構成など、いかなる構成としてもよい。また、光を遮断する遮光板に代えて、所定の直線偏光の光のみを透過させる偏光板を回転可能に設ける構成としてもよい。
【００５７】
また、第四実施形態の斜入射干渉計１Ｃの検出部７に接続される測定制御装置９は、検出部７で撮像された測定スポット光および参照スポット光を画像データとして記憶する記憶部９１と、記憶部９１に記録された測定スポット光および参照スポット光の画像データを解析し、輪郭形状から重心位置を算出する演算部９２とを備えている。
【００５８】
そして、第四実施形態の斜入射干渉計１Ｃでは、位置調整時において、以下のような手法により、測定スポット光および参照スポット光の位置合わせを実施する。
すなわち、斜入射干渉計１Ｂの位置調整作業では、まず、遮光板１１Ａを光路内に移動させて、参照スポット光を遮断し、遮光板１１Ｂを光路外に移動させて、測定スポット光を通過させる。これにより、検出部７では、測定スポット光のみが検出され、測定スポット光の撮像データが測定制御装置９の記憶部９１に記憶される。
次に、例えば利用者の操作や、測定制御装置９の制御などにより、遮光板１１Ａを光路外に移動させ、遮光板１１Ｂを光路内に移動させる。これにより、検出部７では、参照スポット光のみが検出され、参照スポット光の撮像データが測定制御装置９の記憶部９１に記憶される。
【００５９】
この後、測定制御装置９の演算部９２は、記憶部９１に記憶された、測定スポット光の撮像データ、参照スポット光の撮像データを読み出し、測定スポット光の輪郭形状の重心座標位置、参照スポット光の輪郭形状の重心座標位置をそれぞれ算出する。なお、スポット形成部８の光通過孔８１が円形である場合、各スポット光は円形となるため、円中心座標を算出する。また、測定制御装置９は、これらの算出された重心座標位置をそれぞれディスプレイなどの出力装置に出力する。そして利用者は、これらの重心座標位置が一致するように、斜入射干渉計１Ｃと、被測定面Ｓとの距離を調整する。
なお、ここでは、利用者が手動により斜入射干渉計１Ｃを移動させる構成としたが、上述したように、例えば斜入射干渉計１Ｃが、被測定面Ｓに対して進退可能に設けられたステージに載置され、測定制御装置９の制御などにより、ステージを移動可能な構成としてもよい。この場合、測定制御装置９は、参照スポット光および測定スポット光の重心位置座表に基づいて、これらのスポット光の重心座標位置を一致させるためのステージの移動量を算出し、算出した移動量に基づいてステージを移動させる構成などとしてもよい。
【００６０】
〔第四実施形態の作用効果〕
上記第四実施形態の斜入射干渉計１Ｃでは、参照光の光路上および測定光の光路上にそれぞれ、光路内外に移動可能な遮光板１１Ａ，１１Ｂが設けられている。
このため、斜入射干渉計１Ｃの位置調整時において、遮光板１１Ａを光路内に移動させ、遮光板１１Ｂを光路外に移動させることで、測定スポット光の検出位置のみを把握することができ、遮光板１１Ｂを光路内に移動させ、遮光板１１Ａを光路外に移動させることで、参照スポット光の検出位置のみを把握することができる。したがって、測定スポット光および参照スポット光の検出位置が近接する場合であっても、各スポット光が重なり合って検出されないため、確実に各スポット光の入射位置を検出することができる。
【００６１】
また、これらのスポット光の撮像データを記憶部９１に記憶することで、撮像データに基づいて、各スポット光の検出位置を算出することができ、これらの算出値に基づいて斜入射干渉計１Ｃの位置調整を実施することで、確実に参照光と測定光との光軸を一致させることができる。
【００６２】
そして、測定制御装置９の演算部９２は、各スポット光の輪郭形状における重心座標位置を算出する。このような重心座標位置は、簡単な演算式により求めることができる。例えば、本実施形態では、スポット光の輪郭形状が円形となるとなる。この場合、例えば、輪郭形状を形成する各座標間の差分値の最大値を算出することで、スポット光のビーム径、および中心座標を容易に算出することができる。
また、上記では、スポット光が円形の場合を例示したが、例えばスポット光が三角形状に形成され、測定光が複数回反射されて検出部に入射される場合などでは、検出部７に入射される測定スポット光の像の向きと、参照スポット光の像の向きとが異なる場合がある。このような場合であっても、重心位置は変化することがないので、上記のように、演算部９２により、各スポット光の輪郭形状の重心座標位置を演算し、この重心座標位置を合わせるように位置調整を実施することで、容易に測定光および参照光の光軸を合わせることができる。
【００６３】
〔他の実施の形態〕
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。
【００６４】
例えば、斜入射干渉計１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、測定制御装置９が別体として構成された例を示したが、例えば、斜入射干渉計１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃが測定制御装置９を含む構成としてもよい。
【００６５】
検出部７として、例えば位相シフト法を用いて、干渉光の干渉縞を解析する構成（例えば、特開２０１０−３２３４２号公報参照）を適用してもよく、この場合、さらに、高精度な測定が可能な斜入射干渉計を提供することができる。
【００６６】
第四実施形態において、演算部９２で、各スポット光の輪郭形状の重心位置座表を求め、これらの重心位置座表が一致するように、位置調整を実施する例を示したが、これに限らない。例えば、記憶部に記憶された参照スポット光の撮像データの輪郭形状を、例えば、表示色を変えてディスプレイに表示させ、測定スポット光の輪郭形状を、ディスプレイに表示された参照スポット光の輪郭に合わせるように、斜入射干渉計１Ｃを移動させてもよい。
【００６７】
光分離部５は、平行光をＳ偏光光とＰ偏光光に分離し、Ｓ偏光光を参照光、Ｐ偏光光を測定光とする構成を例示したが、例えば光学部材を組み合わせて、光分離部５で反射されたＳ偏光光を測定光とし、Ｐ偏光光を参照光とする構成などとしてもよい。
【００６８】
また、光分離部５において、Ｓ偏光光とＰ偏光光とに分離したが、これに限定されず、光の反射率および透過率がほぼ同等な光学部材を用い、透過光を測定光、反射光を参照光とする構成としてもよい。
【００６９】
スポット形成部８の位置として、光分離部５およびレンズ３，４の間に設けられる例を示したが、例えば、光源２およびレンズ３，４の間に設けられる構成などとしてもよく、レンズ３とレンズ４との間に設けられる構成としてもよい。
【００７０】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…斜入射干渉計、２…光源、３，４…平行化部を構成するレンズ、５…光分離部、６…光合成部、７…検出部、８，８Ａ…スポット形成部、１１…光通過状態切替部としての遮光板、８１…光通過孔、９１…記憶部、９２…演算部、Ｓ…被測定面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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