(57)【要約】【課題】高精度に光学素子の収差を測定する。【解決手段】２光束干渉計１００Ａは、参照光の光路に配置され、円偏光の回転方向を逆にすると共に円偏光の位相をシフトする半波長板１０４と、半波長板を回転することによって位相シフト量を変更する半波長板回転手段１１１と、被検光の光路に沿って被検物Ｏの前後に配置され、円偏光を直線偏光に変換する一対の１／４波長板１０６ａ及び１０６ｂと、両１／４波長板が同一方向の進相軸を有するように両１／４波長板を回転する回転手段１１２及び１１３と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円偏光の可干渉光を参照光と被検光に分割し、被検物を透過した被検光と参照光を干渉させて得られる干渉縞を観測する干渉計であって、
前記参照光の光路に配置され、前記円偏光の回転方向を逆にすると共に前記円偏光の位相をシフトする半波長板と、
前記半波長板を回転することによって位相シフト量を変更する半波長板回転手段と、
前記被検光の光路に沿って前記被検物の前段に配置され、前記円偏光を直線偏光に変換する第１の１／４波長板と、
前記直線偏光が設定された偏光面を有するように前記第１の１／４波長板を回転する第１の１／４波長板回転手段と、
前記被検光の光路に沿って前記被検物の後段に配置された第２の１／４波長板と、
前記第２の１／４波長板が前記第１の１／４波長板の進相軸と同一方向の進相軸を有するように前記第２の１／４波長板を回転する第２の１／４波長板回転手段と、
を有することを特徴とする干渉計。
【請求項２】
円偏光の可干渉光を参照光と被検光に分割し、被検物を透過した被検光と参照光を干渉させて得られる干渉縞を観測する干渉計であって、
前記被検光の光路に沿って前記被検物の前段に配置され、前記円偏光の回転方向を逆にすると共に前記円偏光の位相をシフトする半波長板と、
前記半波長板を回転することによって位相シフト量を変更する半波長板回転手段と、
前記被検光の光路に沿って前記被検物の前段に配置され、前記円偏光を直線偏光に変換する第１の１／４波長板と、
前記直線偏光が設定された偏光面を有するように前記第１の１／４波長板を回転する第１の１／４波長板回転手段と、
前記参照光の光路に配置された第２の１／４波長板と、
前記第２の１／４波長板が前記第１の１／４波長板の進相軸と直交した方向の進相軸を有するように前記第２の１／４波長板を回転する第２の１／４波長板回転手段と、
を有することを特徴とする干渉計。
【請求項３】
光路に沿って前記第１の１／４波長板と前記第２の１／４波長板の各々の後段にビームエキスパンダを更に有することを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の干渉計を用い、前記半波長板回転手段、前記第１の１／４波長板回転手段及び前記第２の１／４波長板回転手段によって前記半波長板、前記第１の１／４波長板、前記第２の１／４波長板の進相軸方向を変化させて撮影した複数の干渉縞画像から、被検物の無偏光収差及び偏光収差の少なくても一方を算出する収差測定方法。
【請求項５】
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の干渉計と、
前記半波長板回転手段、前記第１の１／４波長板回転手段及び前記第２の１／４波長板回転手段によって前記半波長板、前記第１の１／４波長板、前記第２の１／４波長板の進相軸方向を変化させて撮影した複数の干渉縞画像から、被検物の無偏光収差及び偏光収差の少なくても一方を算出する信号処理装置と、
を有することを特徴とする収差測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計、収差測定方法及び収差測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子（被検物）の偏光収差と無偏光収差を測定する需要がある。被検物の無偏光収差の計測には干渉計測が一般的である。被検物の偏光収差を測定する測定装置として、特許文献１は、ピエゾ素子等の光路長可変手段と回転偏光子等の偏光可変手段を有する測定装置を提案している。非特許文献１は、光路長可変による位相シフト手段として回転半波長板を用いる手法を提案している。その他の従来技術としては特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１１６７３２号公報
【特許文献２】特許第３２０９３９０号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】アール・クレイン（Ｒ．Ｃｒａｎｅ）、「インターフェアレンス・フェーズ・メジャーメント（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｈａｓｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）」、アプライド・オプティックス、第８号、５３８−５４２頁、１９６９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の位相シフトはサブ波長オーダーの高精度の制御が必要であるが、それについては開示していない。この点、非特許文献１は高精度の制御が可能な位相シフト手段を開示しているため、これを適用することができるようにみえる。しかし、回転可能な半波長板は円偏光による測定を必要とし、特許文献２が必要とする複数の偏光面の直線偏光による測定には適用することができない。また、偏光子による偏光可変手段では光量低下が問題になる。
【０００６】
そこで、本発明は、高精度に光学素子の収差を測定することが可能な干渉計、収差測定方法及び収差測定システムを提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の干渉計は、円偏光の可干渉光を参照光と被検光に分割し、被検物を透過した被検光と参照光を干渉させて得られる干渉縞を観測する干渉計であって、前記参照光の光路に配置され、前記円偏光の回転方向を逆にすると共に前記円偏光の位相をシフトする半波長板と、前記半波長板を回転することによって位相シフト量を変更する半波長板回転手段と、前記被検光の光路に沿って前記被検物の前段に配置され、前記円偏光を直線偏光に変換する第１の１／４波長板と、前記直線偏光が設定された偏光面を有するように前記第１の１／４波長板を回転する第１の１／４波長板回転手段と、前記被検光の光路に沿って前記被検物の後段に配置された第２の１／４波長板と、前記第２の１／４波長板が前記第１の１／４波長板の進相軸と同一方向の進相軸を有するように前記第２の１／４波長板を回転する第２の１／４波長板回転手段と、を有することを特徴とする。この干渉計を用いた収差測定方法及び収差測定システムも本発明の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高精度に光学素子の収差を測定することが可能な干渉計、収差測定方法及び収差測定システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の収差測定システムのブロック図である。
【図２】実施例２の干渉計のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施例について添付図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１の収差測定システム１を示す。収差測定システム１は干渉計１００Ａと信号処理装置１２０を有する。
【００１２】
干渉計１００Ａは、円偏光の可干渉光を参照光と被検光に分割し、被検物を透過した被検光と参照光を再び重畳し、干渉させて得られる干渉縞を観測する２光束干渉計である。
【００１３】
干渉計１００Ａは、光路に沿って、円偏光レーザー光源１０１、ビームエキスパンダ１０２及びビームスプリッタ１０３がこの順番で配置されている。ビームスプリッタ１０３は、レーザー光を被検光と参照光とに分割し、ビームスプリッタ１０３によって透過された参照光の光路には、半波長板１０４とミラー１１０ｂがこの順番で配置されている。また、ビームスプリッタ１０３によって反射された被検光の光路には、ミラー１１０ａ、１／４波長板１０６ａ、マッチング槽１０５、１／４波長板１０６ｂがこの順番で配置されている。
【００１４】
ビームスプリッタ１０８は被検光と参照光の光路に配置されて１／４波長板１０６ｂからの被検光とミラー１１０ｂを経た参照光とを重畳する。ビームスプリッタ１０８によって重畳された光は撮像装置１０９に入射する。
【００１５】
円偏光レーザー光源１０１は可干渉光の円偏光を発する。ビームエキスパンダ１０２は円偏光レーザー光源１０１からのレーザー光の径を拡大する。一対のミラー１１０ａ及び１１０ｂは光束を偏向する。
【００１６】
半波長板１０４は、前記円偏光の回転方向を逆にすると共に前記円偏光の位相をシフトする位相シフト手段として機能する。半波長板１０４は、半波長板１０４を回転することによって位相シフト量を変更する半波長板回転手段１１１によって回転可能に構成されている。
【００１７】
回転手段１１１〜１１３は、プロセッサから構成されるＣＰＵ（制御部）１１４に接続されて、ＣＰＵ１１４によって動作が制御される。例えば、ＣＰＵ１１４は、回転手段１１２及び１１３の回転を同期するようにそれらを制御してもよい。
【００１８】
マッチング槽１０５はマッチング液に浸した被検物Ｏを収納する。
【００１９】
１／４波長板１０６ａは、被検光の光路に沿ってマッチング槽１０５の前段に配置され、円偏光を直線偏光に変換する第１の１／４波長板である。１／４波長板１０６ａは、その直線偏光が設定された偏光面を有するように１／４波長板１０６ａを回転する第１の１／４波長板回転手段１１２によって回転可能に構成されている。１／４波長板１０６ｂは、被検光の光路に沿ってマッチング槽１０５の後段に配置される。１／４波長板１０６ｂは、それが第１の１／４波長板１０６ａの進相軸と同一方向の進相軸を有するように（進相軸方向が揃うように）第２の１／４波長板１０６ｂを回転する第２の１／４波長板回転手段１１３によって回転可能に構成されている。
【００２０】
撮像装置１０９は、重畳された光により形成される干渉縞像を撮影する。
【００２１】
信号処理装置１２０は、干渉計１００Ａの撮像装置１０９とＣＰＵ１１４に接続され、干渉縞画像データを受信可能なように設置される。信号処理装置１２０は、回転手段１１１〜１１３によって半波長板１０４、１／４波長板１０６ａ及び１０６ｂの進相軸方向を変化させて撮影した複数の干渉縞画像から、被検物Ｏの無偏光収差及び偏光収差の少なくても一方を算出する。
【００２２】
干渉計１００Ａと信号処理装置１２０の一方は、ユーザが後述する数式１のような半波長板１０４、１／４波長板１０６ａ及び１０６ｂの進相軸方向を入力及び設定することが可能な入力手段を有する。
【００２３】
動作において、レーザー光源１０１が発した円偏光のレーザー光は、ビームエキスパンダ１０２により被検物Ｏを包含する径に拡大され、ビームスプリッタ１０３に入射する。本実施例ではこの照明光を左円偏光とする。ビームスプリッタ１０３は照明光を被検物Ｏに向かう被検光と被検物Ｏを透過せずに撮像装置１０９に達する参照光に分割する。
【００２４】
ビームスプリッタ１０３により分割（反射）された被検光は、ミラー１１０ａによって偏向され、１／４波長板１０６ａを経て直線偏光光に変換される。１／４波長板１０６ａの進相軸方向をωとすれば、この直線偏光光の偏光面はω＋４５°となる。その後、直線偏光光は被検物Ｏを納めたマッチング槽１０５を透過する。被検物Ｏが複屈折を持っている場合、透過後の偏光状態が変化する。
【００２５】
この被検光のうち、マッチング槽１０５に入射する直前の直線偏光光と同じω＋４５°偏光成分を正常光、それと直交するω＋１３５°偏光成分を異常光とすると、これらの光束は１／４波長板１０６ｂを経る。１／４波長板１０６ｂの進相軸は１／４波長板１０６ａと同じくωである。１／４波長板１０６ｂを経て、正常光は右円偏光、異常光は左円偏光となり、ビームスプリッタ１０８に入射する。
【００２６】
一方、ビームスプリッタ１０３により分割された（ビームスプリッタ１０３を透過した）参照光は、半波長板１０４とミラー１１０ｂを介してビームスプリッタ１０８に入射する。左円偏光光は半波長板１０４を透過する際、右円偏光に変化するが、その際の位相は半波長板１０４の進相軸方向に応じて変化する。半波長板１０４の進相軸がΔχ変化すると、右円偏光光の位相は２Δχ変化する。
【００２７】
ビームスプリッタ１０８に入射した被検光と参照光は、ビームスプリッタ１０８により重畳される。重畳されたレーザー光は撮像装置１０９に入射する。撮像装置１０９では、入射光の断面強度に応じた像である干渉縞が観測（撮影）される。観測された干渉縞は干渉縞画像データとして信号処理装置１２０に送られる。
【００２８】
被検光と参照光が重畳する際、正常光と参照光は共に右円偏光で干渉する。このため、半波長板１０４の進相軸方向を変えることにより、強度変化生じる。一方、左円偏光の異常光と右円偏光の参照光は干渉しない。このため、半波長板１０４の進相軸方向を変えても強度変化を生じない非干渉成分として観測される。
【００２９】
なお、干渉計測にあたっては、予め被検物Ｏをマッチング槽１０５内に設置し、さらにマッチング槽１０５の内部を、被検物Ｏとほぼ屈折率が等しい液体（マッチング液）で満たしておく。マッチング槽１０５における光の入出射部は透明な平板が平行に配置されて構成されている。
【００３０】
マッチング槽１０５の内部は被検物Ｏとほぼ等しい屈折率を持つマッチング液で満たされているため、被検光は殆ど屈折をせずにマッチング槽１０５を透過する。しかしながら、被検物Ｏに無偏光収差や偏光収差がある場合、マッチング槽１０５を出射する光の波面や偏光状態の乱れが発生する。この乱れを有する被検光が参照光と重畳されることにより、重畳光の断面強度に対応した干渉縞が表れる。
【００３１】
なお、被検物Ｏが平行平板であり形状による屈折が生じない場合、被検物Ｏを透過光上に直接設置してもよい。
【００３２】
撮影においては、被検物Ｏを透過する直線偏光が設定された偏光面を持つように、回転手段１１２が１／４波長板１０６ａを回転する。ＣＰＵ１１４は回転手段１１３を制御して１／４波長板１０６ｂが１／４波長板１０６ａと同じ向き（同一の進相軸方向）を有するようにする。
【００３３】
半波長板回転手段１１１が半波長板１０４を回転することによって位相シフトの位相シフト量を変更し、撮像装置１０９で複数の干渉縞を撮影する。その後、回転手段１１２及び１１３が１／４波長板１０６ａ及び１０６ｂを回転させ、複数の直線偏光の偏光面に対して同様に干渉縞を撮影する。
【００３４】
被検物の偏光収差が無い場合でも１／４波長板１０６ａ及び１０６ｂが回転すると被検光の位相は変化する。位相シフトの基準を揃える必要がある場合、半波長板１０４の基準位置も変化する。
【００３５】
例えば、特許文献１のようにマッチング槽１０５入射直前の直線偏光光の偏光面を｛０°，４５°，９０°，１３５°｝で、各々位相シフトを｛０，λ／４，λ／２，３λ／４｝の４バケット、計１６種類の干渉縞を撮影するものとする。この場合、１／４波長板１０６ａ，１０６ｂの進相軸方向ω、半波長板１０４の進相軸方向χとすれば、次式の組み合わせで撮影する。
【００３６】
【数１】
2011112358.tif 000003
【００３７】
信号処理装置１２０はこれらの干渉縞画像を解析し、被検物Ｏの無偏光収差及び偏光収差を算出する。
【００３８】
干渉計１００Ａによれば、回転可能な半波長板１０４を用いた高精度な位相シフトを行い、かつ偏光子による光量低下を生じずに複数の偏光面の直線偏光での計測を行なうことができる。これによって大きな偏光収差を持つ被検物に対して、高精度の無偏光収差及び偏光収差の測定が可能となる。
【実施例２】
【００３９】
図２は、実施例２の干渉計１００Ｂのブロック図であり、図１と同一の部材には同一の参照符号を付している。干渉計１００Ｂも円偏光の可干渉光を参照光と被検光に分割し、被検物を透過した被検光と参照光を再び重畳し、干渉縞を観測する２光束干渉計である。
【００４０】
干渉計１００Ｂは、光路に沿って、円偏光レーザー光源１０１及びビームスプリッタ１０３がこの順番で配置されている。ビームスプリッタ１０３によって透過された参照光の光路には、１／４波長板１０６ｄ、ビームエキスパンダ１０２ｂ、ミラー１１０ｂがこの順番で配置されている。また、ビームスプリッタ１０３によって反射された被検光の光路には、ミラー１１０ａ、半波長板１０４、１／４波長板１０６ｃ、ビームエキスパンダ１０２ａ、マッチング槽１０５がこの順番で配置されている。なお、半波長板１０４と１／４波長板１０６ｃの順番は逆でもよい。
【００４１】
ビームスプリッタ１０８は被検光と参照光の光路に配置されてマッチング槽１０５からの被検光とミラー１１０ｂを経た参照光とを重畳する。ビームスプリッタ１０８によって重畳された光は撮像装置１０９に入射する。
【００４２】
本実施例では、位相シフト手段として機能する半波長板１０４は被検光の光路上に設置されて半波長板回転手段１１１によって回転可能に構成される。１／４波長板１０６ｃと１０６ｄは、進相軸方向が互いに直交し、回転手段１１２及び１１３によって回転可能に構成される。ビームエキスパンダ１０２ａ及び１０２ｂは同一特性を有する。
【００４３】
動作において、レーザー光源１０１が発した円偏光のレーザー光は、ビームスプリッタ１０３に入射する。本実施例ではこの照明光を左円偏光とする。ビームスプリッタ１０３は照明光を被検物Ｏに向かう被検光と被検物Ｏを透過せずに撮像装置１０９に達する参照光に分割する。
【００４４】
ビームスプリッタ１０３により分割（反射）された被検光は、ミラー１１０ａによって偏向され、半波長板１０４を透過して右円偏光となる。左円偏光光は半波長板１０４を透過する際に右円偏光に変化するが、その際の位相は半波長板１０４の進相軸方向に応じて変化する。半波長板１０４の進相軸がΔχ変化すると、右円偏光光の位相は２Δχ変化する。
【００４５】
更に、右円偏光光は１／４波長板１０６ｃを経て直線偏光光に変換される。１／４波長板１０６ｃの進相軸方向をω＋９０°とすれば、この直線偏光光の偏光面はω＋４５°となる。この直線偏光光はビームエキスパンダ１０２ａにより被検物Ｏを包含する径に拡大され、被検物Ｏを収納するマッチング槽１０５を透過する。被検物が複屈折を持っている場合、透過後の偏光状態が変化する。
【００４６】
この被検光のうち、マッチング槽１０５入射直前の直線偏光光と同じω＋４５°偏光成分を正常光、それと直交するω＋１３５°偏光成分を異常光とする。これらの光はビームスプリッタ１０８に入射する。
【００４７】
一方、ビームスプリッタ１０３により分割された（ビームスプリッタ１０３を透過した）参照光は、１／４波長板１０６ｄに入射する。１／４波長板１０６ｄの進相軸は１／４波長板１０６ｃと直交しておりωである。１／４波長板１０６ｄを経た参照光は偏光面方向がω＋４５°となる直線偏光光となる。この直線偏光光はビームエキスパンダ１０２ｂとミラー１１０ｂを介してビームスプリッタ１０８に入射する。
【００４８】
ビームスプリッタ１０８に入射した被検光と参照光は、ビームスプリッタ１０８により重畳される。重畳されたレーザー光は撮像装置１０９に入射する。撮像装置１０９では、入射光の断面強度に応じた像である干渉縞が観測（撮影）される。
【００４９】
被検光と参照光が重畳する際、正常光と参照光は共に偏光面がω＋４５°の直線偏光で干渉する。このため、半波長板１０４の進相軸方向を変えることにより、強度変化生じる。偏光面がω＋１３５°となる異常光は、参照光と偏光状態が直交し、干渉しない。このため、半波長板１０４の進相軸方向を変えても強度変化を生じない非干渉成分として観測される。
【００５０】
干渉計１００Ｂも、半波長板１０４の進相軸方向χや１／４波長板１０６ｃ及び１０６ｄの進相軸方向ωを様々に変えながら撮影し、その干渉縞画像を解析する。このため、干渉計１００Ｂによれば、回転可能な半波長板１０４を用いた高精度な位相シフトを行い、かつ偏光子による光量低下を生じずに複数の偏光面の直線偏光での計測を行なうことができる。これによって大きな偏光収差を持つ被検物に対して、高精度の無偏光収差及び偏光収差の測定が可能となる。これに加えて、本実施例の干渉計１００Ｂは、波長板は全て光路に沿ってビームエキスパンダの手前に配置されるため、小型の波長板でも大きな被検物を測定できるという特徴がある。
【００５１】
干渉計１００Ａ又は１００Ｂを用い、半波長板１０４、１／４波長板１０６ａ及び１０６ｂの進相軸方向を変化させて撮影した複数の干渉縞画像から被検物Ｏの無偏光収差及び偏光収差の少なくても一方を算出する収差測定方法も本発明の一側面を構成する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
干渉計は、被検体の収差の測定に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００Ａ、１００Ｂ        干渉計
１０４                    半波長板
１０６ａ〜１０６ｄ        １／４波長板
１１１                    半波長板回転手段
１１２                    第１の１／４波長板回転手段
１１３                    第２の１／４波長板回転手段
Ｏ                        被検物
【図１】
2011112358.tif 000004
【図２】
2011112358.tif 000005