(57)【要約】【課題】対物レンズ内の内面反射により発生するフレア光を大幅に低減させたミロー型の干渉対物レンズ光学系を実現し、干渉光像のコントラスト向上を図ることにより、光干渉測定装置の高精度化を実現する。【解決手段】干渉対物レンズ光学系１５において、干渉光学系１３は、対物レンズ１２の先端よりも測定対象物Ｗ側に、対物レンズの光軸に直交する方向に配された参照ミラー２０付１／４波長板２６と、光源５２から出力された光を、参照ミラーを経由する参照光路と測定対象物を経由する測定光路とに分岐させると共に、参照ミラーからの反射光と測定対象物からの反射光とを合波して干渉光として出力させるハーフミラー（膜）２８と、を備え、且つ、対物レンズと光源との間に配された第１偏光板３４と、干渉光が出射される対物レンズの後端側に、第１偏光板に対してクロスニコルに配された第２偏光板３６とを備えている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出力された光を測定対象物に照射する対物レンズと前記測定対象物との間に、干渉光を得るための干渉光学系が配設された干渉対物レンズを備えている干渉対物レンズ光学系において、
前記干渉光学系は、
前記対物レンズの先端よりも前記測定対象物側に、前記対物レンズの光軸に直交する方向に配された参照ミラー付１／４波長板と、
前記光源から出力された光を、前記参照ミラーを経由する参照光路と前記測定対象物を経由する測定光路とに分岐させると共に、前記参照ミラーからの反射光と前記測定対象物からの反射光とを合波して前記干渉光として出力させるハーフミラーと、を備え、且つ、
前記対物レンズと前記光源との間に配された第１偏光板と、
前記干渉光が出射される前記対物レンズの後端側に、前記第１偏光板に対してクロスニコルに配された第２偏光板とを備えていることを特徴とする干渉対物レンズ光学系。
【請求項２】
前記参照ミラーは、前記１／４波長板の前記測定対象物側の裏面に付設されていることを特徴とする請求項１に記載の干渉対物レンズ光学系。
【請求項３】
前記ハーフミラーは、２枚のガラスプレートの間に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉対物レンズ光学系。
【請求項４】
前記ハーフミラーは、前記２枚のガラスプレートの間に挟まれた膜であることを特徴とする請求項３に記載の干渉対物レンズ光学系。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の干渉対物レンズ光学系と、
前記干渉対物レンズ光学系に対して光を出力する光源と、
前記干渉対物レンズ光学系から出力された前記干渉光による干渉画像を撮像する撮像手段と、
を備えていることを特徴とする光干渉測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像計測器や光学機器に適用して好適な干渉対物レンズ光学系及び当該干渉対物レンズ光学系を備えた光干渉測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光の干渉によって生じる干渉縞の輝度情報を用いて、例えば測定物の三次元形状などを精密に測定する三次元形状測定装置などの光干渉測定装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
このような光干渉測定装置では、高倍率、高Ｎ.Ａ.（開口数）の干渉対物レンズとしてミロー型と呼ばれる構成のものが知られている。
【０００４】
この光干渉測定装置としては、図１に概要を示すように、図示しない光源からの照明光がビームスプリッタ１０を介して対物レンズ１２と干渉光学系１３とからなるミロー型の干渉対物レンズ１４に入射されると、ここで生成された干渉光を対物レンズ１２の後端（図の上端）から出射させ、チューブレンズ１６により収束させた後にＣＣＤカメラ１８により撮像するものがある。
【０００５】
上記ミロー型の干渉対物レンズ１４は、図１の要部を拡大した図２に示すように、対物レンズ１２の下方に、参照ミラー２０付ガラスプレート２２とハーフミラー２４を備えて構成され、ハーフミラー２４の下方にあるステージＳに裁置されている測定対象物Ｗに対峙させて使用される。なお、図中１枚のレンズ１２Ａのみを破線で示すが、対物レンズ１２は複数のレンズを組み合せて構成されている。
【０００６】
この光学系においては、対物レンズ１２を透過して下方に出射した光は、ハーフミラー２４によって参照ミラー２０を経由する参照光路（図中破線）と測定対象物Ｗを経由する測定光路（図中実線）とに分岐され、その後、参照ミラー２０からの反射光（参照光）と測定対象物Ｗからの反射光とが合波される。
【０００７】
そして、参照光と反射光の光路長が等しいとき、それぞれの光は位相が揃った光波となって強め合い、干渉縞となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４８９２１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、従来の干渉対物レンズには、対物レンズ内の内面反射により、白っぽくみえるフレア光が発生し、それが干渉縞（結像光）と重なり、干渉光像のコントラストが落ちることになるため、光干渉測定装置の測定精度に影響を与えることになるという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、対物レンズ内の内面反射により発生するフレア光を大幅に低減させたミロー型の干渉対物レンズ光学系を実現し、干渉光像のコントラスト向上を図ることにより、光干渉測定装置の高精度化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、光源から出力された光を測定対象物に照射する対物レンズと前記測定対象物との間に、干渉光を得るための干渉光学系が配設された干渉対物レンズを備えている干渉対物レンズ光学系において、前記干渉光学系は、前記対物レンズの先端よりも前記測定対象物側に、前記対物レンズの光軸に直交する方向に配された参照ミラー付１／４波長板と、前記光源から出力された光を、前記参照ミラーを経由する参照光路と前記測定対象物を経由する測定光路とに分岐させると共に、前記参照ミラーからの反射光と前記測定対象物からの反射光とを合波して前記干渉光として出力させるハーフミラーと、を備え、且つ、前記対物レンズと前記光源との間に配された第１偏光板と、前記干渉光が出射される前記対物レンズの後端側に、前記第１偏光板に対してクロスニコルに配された第２偏光板とを備えていることにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の干渉対物レンズ光学系において、前記参照ミラーが、前記１／４波長板の前記測定対象物側の裏面に付設されているようにすることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の干渉対物レンズ光学系において、前記ハーフミラーが、２枚のガラスプレートの間に配設されているようにすることができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の干渉対物レンズ光学系において、前記ハーフミラーが、前記２枚のガラスプレートの間に挟まれた膜であるとすることができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の干渉対物レンズ光学系と、前記干渉対物レンズ光学系に対して光を出力する光源と、前記干渉対物レンズ光学系から出力された前記干渉光による干渉画像を撮像する撮像手段と、を備えた光干渉測定装置とすることにより、同様に前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光源からの光を第１偏光板を通して直線偏光（Ｐ偏光）として入射させ、ハーフミラーで合波された干渉光は１／４波長板を通して直線偏光（Ｓ偏光）とし、クロスニコルに配された第２偏光板から出射させることができるのに対し、対物レンズ内の内面反射により発生したＰ偏光からなるフレア光は第２偏光板により遮光されるため、フレア光による影響を排除できることから、干渉対物レンズ光学系による干渉縞のコントラストを向上させることができ、光干渉測定装置の高精度化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の光干渉測定装置の概要を模式的に示す正面図
【図２】図１の要部を拡大して示す部分正面図
【図３】本発明の光干渉測定装置の全体構成の概要を模式的に示す説明図
【図４】本発明の光干渉測定装置の概要を示す正面図
【図５】図４の要部を拡大して示す部分正面図
【図６】従来の光干渉測定装置による干渉縞のコントラストを示すイメージ図
【図７】本発明の光干渉測定装置による干渉縞のコントラストを示すイメージ図
【図８】本発明と従来の光干渉測定装置による干渉縞の輝度分布を対比して示す線図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
図３は、本発明に係る一実施形態の光干渉測定装置の全体構成の概要を示す説明図で、図４はその本体を模式的に示す前記図１に相当する正面図である。
【００２０】
本実施形態における光干渉測定装置５０は、図３に示すように、光源５２と、後述する干渉対物レンズ光学系１５が内蔵されている光学ヘッド部５４と、ＣＣＤカメラ（撮像手段）１８と、表示部５６と、制御部５８と、測定対象物Ｗを載置するためのステージＳとを備えている。
【００２１】
図４に示した本実施形態の干渉対物レンズ光学系１５は、前記図１の場合と同様に、光源５２から出力された光（図中、照明光）を測定対象物Ｗに照射する対物レンズ１２と前記測定対象物Ｗとの間に、干渉光を得るための干渉光学系１３が配設された干渉対物レンズ１４を備えていると共に、前記対物レンズ１２と前記光源５２との間に配された第１偏光板（図中、偏光板１）３４と、前記干渉光が出射される前記対物レンズ１２の後端側に、前記第１偏光板３４に対してクロスニコルに配された第２偏光板（図中、偏光板２）３６とからなる偏光装置を備えている。
【００２２】
本実施形態の光干渉測定装置５０について詳述すると、光源５２としては、広帯域に亘る多数の波長成分を有し、コヒーレンシーの低い広帯域光を出力する、例えばキセノンランプ（５００Ｗ）などの白色光源を用いることができる。
【００２３】
前記光学ヘッド部５４には、前記図４から抽出した要部を拡大した図５に示すように、ビームスプリッタ１０と、前記対物レンズ１２と干渉光学系１３とからなる干渉対物レンズ１４と、前記第１偏光板３４、第２偏光板３６とを備えた干渉対物レンズ光学系１５とが内蔵されている。
【００２４】
前記干渉対物レンズ１４を構成する干渉光学系１３は、前記対物レンズ１２の先端よりも前記測定対象物Ｗ側に、前記対物レンズ１２の光軸Ｌに直交する方向に配された参照ミラー２０付１／４波長板２６と、前記光源５２から出力された照明光を、前記参照ミラー２０を経由する参照光路（破線）と前記測定対象物Ｗを経由する測定光路（実線）とに分岐させると共に、前記参照ミラー２０からの反射光と前記測定対象物Ｗからの反射光とを合波して前記干渉光として出力させるハーフミラー（膜）２８と、を備えている。
【００２５】
また、前記参照ミラー２０は、前記１／４波長板２６の前記測定対象物Ｗ側の裏面に付設されていると共に、前記ハーフミラー（膜）２８は２枚の第１ガラスプレート（図中、ガラスプレート１）２９と第２ガラスプレート（図中、ガラスプレート２）３０の間に挟まれてサンドイッチ状に配設されている。
【００２６】
即ち、参照ミラー２０は、ハーフミラー２８で反射される参照光と、透過され測定光路を進む透過光との光路長を等しくして、干渉縞が確実に形成されるようにするために、１／４波長板２６の下方（裏面）に蒸着されている。
【００２７】
また、前記ハーフミラー２８は、例えば第１ガラスプレート２９の裏面に蒸着され、前記第２ガラスプレート３０は、ハーフミラー２８で反射される参照光と、透過され測定光路を進む透過光との光路長を等しくして、干渉縞が確実に形成されるようにするために、第１ガラスプレート２９と同一厚さに形成されている。なお、ハーフミラー２８を第２ガラスプレート３０の表面に蒸着してもよい。
【００２８】
前記ＣＣＤカメラ（撮像手段）１８では、対物レンズ１２から出力された合成波（測定対象物Ｗからの反射光と参照ミラー２０からの反射光）の干渉画像を撮像する。
【００２９】
このＣＣＤカメラ１８により撮像された干渉画像の画像データは電気信号として制御部５８に取り込まれ、所定の画像処理が施された後、例えば、パーソナルコンピュータなどに搭載されるモニタ等からなる表示部５６上に表示される。
【００３０】
制御部５８は、ＣＰＵ（Ｃentral  Ｐrocessing  Ｕnit）、ＲＡＭ（Ｒandom  Ａccess  Ｍemory）及び記憶部等を備えている。
【００３１】
ＣＰＵは、例えば、記憶部に記憶されている各種処理プログラムに従って、各種の制御処理を行う。
【００３２】
ＲＡＭは、ＣＰＵにより演算処理されたデータを格納するワークメモリエリアを形成している。
【００３３】
記憶部は、例えば、ＣＰＵによって実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵによって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。
【００３４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３５】
光源５２から出射されてコリメートレンズ（図示せず）を通った照明光は第１偏光板３４を通り、直線偏光（Ｐ偏光）となり、対物レンズ１２に入射される。その後、参照ミラー２０付１／４波長板２６を透過後、円偏光となりハーフミラー２８付第１ガラスプレート２９に入射される。入射光はハーフミラー膜２８で参照光路に進む反射光と測定光路を進む透過光とに分岐される。
【００３６】
反射光は、収束して参照ミラー２０で反射され、その後、ハーフミラー２８で反射される。一方、透過光は、第２ガラスプレート３０を透過後、収束して測定対象物Ｗの１点を照射し、そこで反射されてハーフミラー２８に入射して透過する。
【００３７】
その際、参照ミラー２０からの反射光と測定対象物Ｗからの反射光とはハーフミラー２８により合波されて干渉縞となり、再び参照ミラー２０付１／４波長板２６に入射し、直線偏光（Ｓ偏光）の結像光となり上方へ進み、第２偏光板３６に到達する。
【００３８】
偏光装置（第１偏光板３４と第２偏光板３６）はクロスニコルに配置されているため、Ｓ偏光の結像光は第２偏光板３６を透過しＣＣＤカメラ１８に結像される。
【００３９】
一方、対物レンズ１２内の内面反射により発生したフレア光は、第１偏光板３４を透過後の直線偏光（Ｐ偏光）のままであり、１／４波長板２６を通っていないため、第２偏光板３６を透過することができないことになり、結果としてフレア光を低減できることになるため、コントラストを向上することが可能となる。
【００４０】
図６、図７には従来と本発明の光干渉測定装置５０による干渉縞の画像イメージを示し、図８には両者の輝度化を相対的に示す。
【００４１】
また、通常、対物レンズの倍率が低いほど、又、Ｎ.Ａ.（開口数）が小さいほどフレア光は多くなるが、本実施形態のように、対物レンズ１２の干渉光学系１３を、参照ミラー２０付１／４波長板２６とハーフミラー２８付第１ガラスプレート２９と第２ガラスプレート３０を有する構成にすることにより、対物レンズ１２の倍率やＮ.Ａ.に関係なく応用できる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、ハーフミラー２８を、２枚のガラスプレート２９、３０に挟まれた膜としていたので、構成が一体化され、取扱が容易で厚みを薄くできるが、いずれか一方に形成したり、膜でなく両方から独立させてもよい。
【００４３】
また、前記光干渉測定装置５０は、光学ヘッド部５４又はステージＳを上下動可能とすることにより三次元測定に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ビームスプリッタ
１２…対物レンズ
１３…干渉光学系
１４…干渉対物レンズ
１５…干渉対物レンズ光学系
１６…チューブレンズ
１８…ＣＣＤカメラ（撮像手段）
２０…参照ミラー
２２…ガラスプレート
２４…ハーフミラー
２６…１／４波長板
２８…ハーフミラー（膜）
２９…第１ガラスプレート
３０…第２ガラスプレート
３４…第１偏光板
３６…第２偏光板
５０…光干渉測定装置
５２…光源
５４…光学ヘッド部
５６…表示部
５８…制御部
Ｗ…測定対象物
【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８】
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【図６】
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【図７】
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