(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一光源からの可干渉光を被検物に透過し、透過した被検波を第１と第２の反射面で反射して光軸と直交する方向に僅かにずれた２つの光束を作り、これら２つの光束を重畳して干渉させるシアリング干渉計において、
上記第１と第２の反射面に無偏光コートを施したことを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項２】
上記無偏光コートが、多層膜コートであることを特徴とする請求項１記載のシアリング干渉計。
【請求項３】
上記第１の反射面の反射率をＲ１、第２の反射面の反射率をＲ２としたとき、
０．１０≦Ｒ１≦０．１６
０．１４≦Ｒ２≦０．２０
であることを特徴とする請求項１又は２記載のシアリング干渉計。
【請求項４】
上記第１と第２の反射面の平行度を調整するアライメント調整手段と、上記第１と第２の反射面の面間隔を大まかに調整する粗調整手段と、該面間隔を可干渉光の波長以下のオーダで調整する微調整手段とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシアリング干渉計。
【請求項５】
上記アライメント調整手段と、粗調整手段と、微調整手段とが、上記可干渉光の光束の外側に配置されていることを特徴とする請求項４記載のシアリング干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉縞の解析により被検物の屈折率分布等を測定する技術に関し、特に、シアリング干渉計の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザプリンタやカメラなどの光学機器に使用される光学レンズの材料として、プラスチックを用いることが多くなっている。プラスチック成形レンズはガラス研磨レンズに比較して、コスト低減や非球面レンズの製作性に優れ、安価であるというメリットがある。
【０００３】
しかし、その反面、ガラスレンズに比べ製造上、屈折率分布が不安定でレンズの内部に不均一性を生じることがある。レンズ内部に不均一性があると、光学特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化やボケといった原因につながる。したがって、レンズ内部の屈折率分布を高精度に測定し、光学レンズの均質性を評価する必要がある。
【０００４】
そこで、本発明の出願人は、特願平６−２０３５０２号において、被検物を試液中に浸した状態で光軸と直交する軸を中心に回転させ、複数の回転角位置の各々で干渉縞の解析を行い、これらの干渉縞から透過波面量を算出し、これをＣＴ（コンピュータ・トモグラフィ）解析を用いて画像を再構成し、屈折率の分布を求める方法を提案した。
【０００５】
このような干渉縞を用いて屈折率分布を測定する場合、屈折率の差が小さい場合は、干渉縞のピッチも大きく、縞解析が十分にできる。しかし、屈折率差が大きい場合は、干渉縞のピッチが細かくなり過ぎて分解能を越え、干渉縞の解析が不可能になってしまう。
【０００６】
そこで、屈折率差が大きい場合でも干渉縞のピッチが細かくならず、縞解析ができるようにするために、改良された測定装置では、シアリング干渉計を使用していた。
【０００７】
図２を用いて具体的に説明する。同図の装置は、可干渉光としてのレーザ光を射出する光源１と、ミラー３と、レーザビームを適当な大きさの光束に拡大するビームエキスパンダ５と、シアリング発生部７と光束分割用のビームスプリッタ９と、ビームスプリッタ９から射出された一方の光束内に配置された干渉縞検出器１１と、ビームスプリッタ９から射出されたもう一方の光束内のモニタ１３とからなっている。干渉縞検出器１１とモニタ１３とは、共に、結像レンズとＣＣＤセンサとを有するものであり、干渉縞検出器は１１、コンピュータ等に接続されて縞解析を行い、モニタはブラウン管などの表示手段に、干渉縞像を写し出す。
【０００８】
被検物Ａは、ビームエキスパンダ５とシアリング発生部７との間に設けられた箱形の容器状のセル１５内に設置されている。セル１５内には、その屈折率が被検物Ａの屈折率とほぼ同一に調合された試液Ｂを満たしてある。そして、被検物Ａは、回転台１７上に載置され、回転台１７は、図示しないサーボモータなどにより、光軸と直交する軸Ｏを中心に任意の角度だけ回転自在である。セル１５の両端、すなわち、レーザビームの入射窓１５ａと射出窓１５ｂには互いに平行で、かつ、それぞれに面精度が高いオプチカルフラット１９，２１を取り付けて液密にシールドしている。したがって、被検物Ａと試液Ｂで充填されたセル１５は、全体として均一な屈折率の物体となり、かつ、入射面と射出面とが平行なので、セル１５内を透過した平行光束は、ほぼ平行な光束となって射出されるようになる。
【０００９】
シアリング発生部７は、第１の平板７１と第２の平板７２とが平行に配置されており、図３はこの部分を拡大した図である。第１の平板７１と第２の平板７２の内側の２面７１ｂと７２ａとは、面精度の高い研磨面であり、これらが第１の反射面７１ｂと第２の反射面７２ａとなり、外側の２面７１ａと７２ｂとは、無反射面となっている。
【００１０】
この構成により、被検物Ａを透過したレーザビーム（被検波）は、図３の左上方から４５°で入射し、第１の平板７１の外側の面７１ａを透過し、第１の反射面７１ｂで一部の光束▲１▼が反射され、残りが透過して第２の反射面７２ａで一部の光束▲２▼が反射され、残りが第２の平板７２を透過していく。そして、第１の反射面７１ｂで反射された光束▲１▼と、第２の反射面７２ａで反射された光束▲２▼とは、図２で実線と点線とで示すように、平行な光束となる。
【００１１】
これらの平行光束は、第１の反射面７１ｂと第２の反射面７２ａとの距離Ｓに比例した横シフト量√２Ｓのシアリング干渉を起こす。そして、シアリング干渉縞の像は、干渉縞検出器１１とモニタ１３との双方に結像し、モニタ１３で目視による観測をされつつ干渉縞検出器１１及び図示しないコンピュータ等でＣＴ解析され、被検物Ａの屈折率分布が計測されることになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のシアリング干渉計においては、次のような問題があった。
【００１３】
第１に、シアリング部で発生する光束は、上記▲１▼，▲２▼以外にもあり、これらがゴースト光となり、干渉縞の観測に影響を与える。すなわち、図３に示すように、被検物Ａを透過した被検波は、まず、第１の平板７１の外側面７１ａでもその一部が反射され、光束▲３▼が発生する。また、第１の反射面７１ｂと第２の反射面７２ａとの間で多重反射され光束▲４▼ができる。また、第２の平板７２の外側面７２ｂで反射され光束▲５▼となる。そして、残りが第２の平板７２を透過して光束▲６▼となる。これらのうち、光束▲３▼、▲４▼、▲５▼がゴースト光となる。また、透過光束▲６▼も場合によっては迷光の原因となる。
【００１４】
第２に、偏光の方向が変わることによる問題がある。すなわち、被検波は通常、Ｐ偏光かＳ偏光であるが、被検物Ａが複屈折性を有する媒体であると、偏光成分が変わる。そして、偏光成分が変わると、第１の反射面７１ｂと第２の反射面７２ａにおける反射率が異なって、双方の反射率が当初設定された関係からずれ、ゴースト光等の影響が大きくなってしまう。
【００１５】
第３に、第１の反射面と第２の反射面の加工精度の誤差による問題がある。反射面の加工精度にコーティングムラなどに起因する誤差があると、第１の反射面と第２の反射面との反射率が理想状態からずれ、ゴースト光の影響が大きくなってしまう。
【００１６】
本発明は、上記の問題の解決を図ったもので、偏光成分に影響を受けないシアリング光を発生できるシアリング干渉計を提供することを第１の目的としている。
【００１７】
また、反射面の加工精度に誤差があっても、ゴースト光等の影響を低減できるシアリング干渉計を提供することを第２の目的としている。
さらに、透過光▲６▼から迷光が発生しないようなシアリング干渉計を提供することを第３の目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の目的を達成するために本発明は、同一光源からの可干渉光を被検物に透過し、透過した被検波を第１と第２の反射面で反射して光軸と直交する方向に僅かにずれた２つの光束を作り、これら２つの光束を重畳して干渉させるシアリング干渉計において、上記第１と第２の反射面に無偏光コートを施したことを特徴としている。また、上記無偏光コートが、多層膜コートである構成とすることができる。
【００１９】
また、本発明の第２の目的を達成するために、上記第１の反射面の反射率をＲ１、第２の反射面の反射率をＲ２としたとき、
０．１０≦Ｒ１≦０．１６
０．１４≦Ｒ２≦０．２０
である構成を特徴としている。
【００２０】
本発明の第３の目的を達成するために本発明は、上記第１と第２の反射面の平行度を調整するアライメント調整手段と、上記第１と第２の反射面の面間隔を大まかに調整する粗調整手段と、該面間隔を可干渉光の波長以下のオーダで調整する微調整手段とを有することを特徴としている。
【００２１】
このとき、上記アライメント調整手段と、粗調整手段と、微調整手段とが、上記可干渉光の光束の外側に配置されていることが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を説明する。
図２において、シアリング干渉に使用される光束は、第１の反射面７１ｂと第２の反射面７２ａとにより反射される光束▲１▼と▲２▼である。理想的には、これらの光束▲１▼と▲２▼の強度の比が１：１となり、それ以外の▲３▼，▲４▼，▲５▼の光束の強度は０となることが望ましいが、実際にはそのようにはできない。
【００２３】
まず、第１の平板７１と第２の平板の外側面７１ａと７２ｂについては、これらは反射防止面であり、従来は単層の反射防止膜を形成していた。また、反射防止膜を適当に選ぶことで、反射率を任意に設定することができることから、反射率０を狙って反射防止膜の形成がされてきた。
【００２４】
しかしながら、単層の反射防止膜では、Ｓ偏光とＰ偏光とでは反射率が異なる。そのため、被検物に複屈折性があると、例えばＰ偏光で被検物に入射した場合でも、被検物を透過した光束にはＳ偏光の成分が含まれ、反射率が０から大きく外れることになる。そのため、光束▲３▼、▲４▼、▲５▼が相対的に増加し、ゴースト光の影響を受け易くなってしまう。
【００２５】
そこで、本発明では、これらの反射防止面７１ａと７２ｂとを偏光に依存しない（無偏光の）光学面としている。具体的には、従来の単層膜に代えて多層膜にした。このような構成により、任意の反射率を有し、かつ、偏光に依存しない反射防止面７１ａ，７２ｂを得ることができた。その結果、図３において、ゴースト光の影響を十分に小さくすることができた。
【００２６】
次に、シアリング光を発生する第１と第２の反射面７１ｂ，７２ａについて説明する。上記反射防止面７１ａ，７２ｂの反射率は、前述したように０が理想であるが、入射角が４５゜で無偏光、かつ、反射防止膜にムラができる等といった加工精度に誤差が生じることから、実際には０．５〜０．２％程度になり、わずかではあるが、光束▲３▼や▲５▼が残る。
【００２７】
一方、第１と第２の反射面７１ｂ，７２ａの反射率は小さい方が計測上は望ましい。しかし、上述したように光束▲３▼や▲５▼が残るので、第１と第２の反射面７１ｂ，７２ａの反射率が小さいと、光束▲１▼，▲２▼に対して、相対的にゴースト光である光束▲３▼から▲５▼が強くなって干渉縞のコントラストが低くなる。
【００２８】
逆に、第１と第２の反射面７１ｂ，７２ａの反射率が大きいと、第１と第２の反射面７１ｂ，７２ａの間で繰り返し反射される光束が増え、多重反射による光束▲４▼が増加し、これによる影響を無視できなくなる。
【００２９】
【表１】
0003617916.tif 000002
【００３０】
表１は、入射光を１としたときの実施例における各面の反射率と、各光束の強度とを示すものである。表中の右欄は、光束▲１▼の強度を１．０００としたときの各光束の強さを示したものである。
【００３１】
また、次の表２には、第１と第２の反射面の反射率と、それぞれの組み合わせにおいて、光束▲１▼の強度を１としたときの光束▲２▼の強度を示す。
【００３２】
【表２】
0003617916.tif 000003
【００３３】
以上のことから、第１の反射面７１ｂでの反射率Ｒ１は、
０．１０≦Ｒ１≦０．１６
の範囲が最適であることがわかる。第２の反射面７２ａの反射率Ｒ２は、光束▲１▼と▲２▼の強さが１：１になるのが理想ではあるが、±３０％（０．７〜１．３）が望ましい許容値であるとして、
０．１４≦Ｒ２≦０．２０
【００３４】
の範囲が適当である。表２の太い線で囲った範囲は、光束▲１▼と▲２▼の強さが±３０％（０．７〜１．３）となる範囲を示し、この範囲内の組み合わせがより望ましいと言える。
【００３５】
図１は第１の平板７１と第２の平板７２の位置調整構造を模式的に示した図である。２枚の平板７１，７２は、それぞれ図示しないホルダに固定され共通の台に取り付けられている。
【００３６】
入射光側の第１の平板７１には、アライメント調整手段２１と、補助間隔調整手段２３とが取りつけられる。アライメント調整手段２１は、第１の平板７１を回転して第２の平板７２との平行度を調整するためのもので、ある。また、補助間隔調整手段２３は、第１の平板７１を光軸方向に移動して両平板７１，７２間の間隔を大まかに調整するものである。
【００３７】
第２の平板７２には、粗調整手段２５と微調整手段２７とを有する。これらは共に、第２の平板７２を光軸方向に進退させることでは同じであるが、粗調整手段２５は図３に示す両平板７１，７２間の間隔Ｓを設定するためのもので、約１００μｍのオーダで第２の平板７２を移動する。これに対し、微調整手段２７は、光源１の波長以下（ｎｍ）のオーダで第２の平板７２を光軸方向に移動するもので、ピエゾ素子を使用している。微調整手段２７は１つでもよいが、１つでは平板７２が片寄って動き、平行度が狂う場合もある。そこで、これを防止するために、円形の第２の平板の円周を１２０゜で等分した３カ所程度に設けることが望ましい。
【００３８】
シアリング干渉の計測を行うのに先だって、第１と第２の平板７１，７２は次のようにして位置調整がされる。
まず、補助間隔調整手段１２で２枚の平板７１，７２の間隔を大まかに決める。次に、アライメント調整手段１１で第１の平板７１を回転して第２の平板７２と平行にする。次に、粗調整手段１３でシアリング量を設定値Ｓになるようにする。ここで調整するオーダは、ミクロンオーダである。
【００３９】
この後、干渉縞を結像させて観測するが、干渉縞の解析としては、位相シフト法を用いる。そのため、ピエゾ素子を用いた微調整手段１４により波長以下（サブミクロン）のオーダで第２の平板７２を光軸方向に移動して干渉縞を形成し、解析を行う。
【００４０】
以上の構成において、アライメント調整手段２１，補助間隔調整手段２３，粗調整手段２５及び微調整手段２７は、全て平板７１，７２に入射する光束Ｌの外側に配置されている。このような構成とすることによって、光束Ｌの光路に光学素子以外の部材が無くなり、透過光（図３の光束▲６▼）が反射して生じる迷光の影響を抑えることができ、高精度な解析が可能となる。
【００４１】
なお、補助間隔調整手段２３は、上述したように、平板７１，７２の間隔を大まかに決めるものであるが、必ずしも必要ではなく、粗調整手段２５にその役目を兼ねさせてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、シアリング発生面としての第１及び第２の反射面が無偏光反射面であるので、偏光方向が変化しても反射率は変化しない。したがって、被検物が複屈折性を有する場合でも、同一条件で透過波面を計測することが可能となる。
【００４３】
また、上記第１の反射面の反射率Ｒ１が、０．１０≦Ｒ１≦０．１６で、第２の反射面の反射率Ｒ２が、０．１４≦Ｒ２≦０．２０としたので、各反射面に加工精度の誤差があっても、ゴーストが少なく、シアリング光の反射比が１：１に近く、かつ、コントラストが良い干渉縞を得ることができる。したがって、Ｓ／Ｎ比の高い計測が可能となる。
【００４４】
上記第１と第２の反射面の平行度を調整するアライメント調整手段と、上記第１と第２の反射面の面間隔を大まかに調整する粗調整手段と、該面間隔を可干渉光の波長以下のオーダで調整する微調整手段とを設け、これらを上記シアリング光の光束（光束▲１▼と▲２▼）の外側に配置した構成とすれば、迷光の影響を抑え、高精度の解析が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の平板と第２の平板の位置調整構造を模式的に示した図である。
【図２】シアリング干渉計による屈折率分布の測定装置の構成を示す図である。
【図３】シアリング部の構成と各反射光束を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ    被検物
１    光源
２１  アライメント調整手段
２５  粗調整手段
２７  微調整手段
７１ｂ  第１の反射面
７２ａ  第２の反射面
【図１】
0003617916.tif 000004
【図２】
0003617916.tif 000005
【図３】
0003617916.tif 000006