(57)【要約】【課題】安価な干渉計システムを構成し、測定作業を簡易化して作業者の負担を軽減できるアパーチャコンバーターを提供する。【解決手段】干渉計のためのアパーチャコンバーターであって、複数のレンズで構成され、入射光束を平行光束に変換して、被検体に向けて射出する光学系９，１０を備え、光学系９，１０の、被検体１１に最も近い光学面を参照平面１０ａとし、参照平面１０ａ以外の光学面には反射防止処理を施す。【選択図】        図１
2005156470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計のためのアパーチャコンバーターであって、
複数のレンズで構成され、入射光束を平行光束に変換して、被検体に向けて射出する光学系を備え、
前記光学系の、前記被検体に最も近い光学面を参照平面とし、前記参照平面以外の光学面には反射防止処理を施したことを特徴とするアパーチャコンバーター。
【請求項２】
前記光学系は、正のパワーを持つ複数のレンズで構成され、前記入射光束をレンズ間に集光するようにしたことを特徴とする請求項１記載のアパーチャコンバーター。
【請求項３】
前記入射光束の集光点の近傍にはピンホールが配置されていることを特徴とする請求項２記載のアパーチャコンバーター。
【請求項４】
干渉計本体と、該干渉計本体に取り付け可能なアパーチャコンバーターとから構成される干渉計システムであって、
前記アパーチャコンバーターは、複数のレンズで構成され、入射光束を平行光束に変換して、被検体に向けて射出する光学系を備え、
前記光学系の、前記被検体に最も近い光学面を参照平面とし、前記参照平面以外の光学面には反射防止処理を施したことを特徴とする干渉計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いてレンズ、ミラー及びプリズム等の面形状等を測定する干渉計のためのアパーチャコンバーター及び干渉計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズやディスク等の面形状を評価する装置としてフィゾー型干渉計が用いられている。しかしながら、フィゾー型干渉計より出射される光束径は一定である。そのため、当該光束径よりも大きなレンズもしくは小さなレンズを測定する場合には、干渉計にアパーチャコンバーターを取付けることにより、光束径を拡大・縮小して干渉縞を観察している。
【０００３】
図５はこのようなフィゾー型干渉計にアパーチャコンバーターを取付けた状態を示す図である。図５に示す干渉装置では、干渉計本体５１が光学定盤５０上に設置されている。干渉装置は、更に、アパーチャコンバーター５２と、参照レンズ５３と、被検レンズ５４と、該被検レンズ５４を保持する保持部５５を備える。ここで、アパーチャコンバーター５２は、干渉計本体５１から射出される光束径を拡大、あるいは縮小する。
【０００４】
干渉計本体５１は、レーザー光源５６、発散レンズ５７、ビームスプリッタ５９コリメータレンズ５８及び撮像素子６０からなる。ここで、発散レンズ５７は、レーザー光源５６からのレーザー光束を、発散光に変換する。ビームスプリッタ５９は、発散レーザー光を被検レンズ５４に向けて反射する。コリメータレンズ５８は、発散レーザー光を平行光束として干渉計本体５１から射出する。撮像素子６０干渉縞を撮像する。
【０００５】
レーザー光源５６から射出された光束は、発散レンズ５７により発散光となる。続いて、コリメータレンズ５８により平行光束となり、干渉計本体５１から射出される。射出された平行光束は、アパーチャコンバーター５２を透過することにより、光束径が拡大あるいは縮小された平行光束となる。アパーチャコンバーター５２を通過した平行光束は、参照レンズ５３に入射する。そして、その一部の光が参照平面５３ａで反射されて、参照光束となる。参照光束は、入射光路を逆行する。一方、被検レンズ５４に達した光束は、被検レンズ５４の被検面５４ａで反射されて被検光束となる。この被検光束も、入射光路を逆行する。
【０００６】
上記参照光束と被検光束は、入射光路を逆行し、アパーチャコンバーター５２を透過する。そして、干渉計本体５１に入り、ビームスプリッタ５９を直進し、撮像素子６０に入射する。撮像素子６０上では、参照光束と被検光束が干渉して干渉縞を形成する。この干渉縞を撮像素子６０により撮像し、観察する。
【０００７】
このようなアパーチャコンバーターを用いた干渉計は、例えば実開平４−３２００５号公報に示されている。
【特許文献１】実開平４−３２００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来技術では、アパーチャコンバーター５２を干渉計本体５１に装着し、更に参照レンズ５３をアパーチャコンバーター５２に取付ける構成となっている。そのため被検面５４ａの大きさに合わせて、干渉計本体５１から射出される光束径を変えようとすると、参照レンズ５３の取り外し、アパーチャコンバーター５２の取り外し、別のアパーチャコンバーターの取り付け、参照レンズ５３の取り付け、という作業を行わなくてはならない。その結果、セッティングが非常に繁雑になっている。その弊害として、測定者への作業負担が増加するという事態が生じる。そして、作業負担の増加は、単純な測定作業ミスを引き起こす要因の一つとなる可能性がある。
【０００９】
また、アパーチャコンバーター５２を取付け、更に参照レンズ５３を取付けるため、アパーチャコンバーター５２の保持部と参照レンズ５３の保持部の２つの保持部が必要になる。このような構成だと、装置全体の剛性の維持が容易ではなくなってしまう。
【００１０】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、測定作業を簡略化するとともに安価なシステムの提供可能になり、さらには有利に剛性の維持を行うことができるアパーチャコンバーター及び干渉計システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、干渉計のためのアパーチャコンバーターであって、複数のレンズで構成され、入射光束を平行光束に変換して、被検体に向けて射出する光学系を備え、前記光学系の、前記被検体に最も近い光学面を参照平面とし、前記参照平面以外の光学面には反射防止処理が施されている。
【００１２】
また、第２の発明は、第１の発明に係るアパーチャコンバーターにおいて、前記光学系は、正のパワーを持つ複数のレンズで構成され、前記入射光束をレンズ間に集光する。
【００１３】
また、第３の発明は、第２の発明に係るアパーチャコンバーターにおいて、前記入射光束の集光点の近傍にはピンホールが配置されている。
【００１４】
また、第４の発明は、干渉計本体と、該干渉計本体に取り付け可能なアパーチャコンバーターとから構成される干渉計システムであって、前記アパーチャコンバーターは、複数のレンズで構成され、入射光束を平行光束に変換して、被検体に向けて射出する光学系を備え、前記光学系の、前記被検体に最も近い光学面を参照平面とし、前記参照平面以外の光学面には反射防止処理を施す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アパーチャコンバーターを構成する光学系の最終面を参照平面としたので参照レンズが不要になり、これによって、安価な干渉計システムを構成できる。また、参照レンズを取付ける必要が無くなるので測定作業の簡易化を実現でき、作業者の負担を軽減できる。
【００１６】
更に、参照レンズが不要になることにより保持部も１つになるので剛性を維持する上でも有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下に図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１８】
（構成）
図１は、第１実施形態に係る干渉計システムの概略構成を示す図であって、アパーチャコンバーターを干渉計本体に取り付けた状態を示している。図１において、干渉計本体１は、レーザー光源２、集光レンズ３、ピンホール４、干渉縞観察光学系５、撮像素子６、ビームスプリッタ７及びコリメータレンズ８を備える。ここで、レーザー光源２は、被検体に照射するレーザー光束を射出する。集光レンズ３は、該レーザ光源２からのレーザー光束を、発散光に変換する。ピンホール４は、集光レンズ３により集光されたレーザー光束の集光位置に、配置されている。集光されたレーザ光のうち、不要なレーザ光は、ピンホール４を通過できない。また、ピンホール４を通過することにより、理想的な球面波に変換される。よって、ピンホール４は、空間フィルターの機能を持っている。ビームスプリッタ７は、被検体１１に向けて、レーザー光束を反射する。よって、レーザー光源側の光路は、ここで９０°折り曲げられる。コリメータレンズ８は、レーザー光束を平行光束に変換する。干渉縞観察光学系５は、参照平面１０ａ及び被検面１１ａからの反射した光束（以下、夫々参照光束、被検光束とする。）を、撮像素子６上に集光する。撮像素子６上には、参照光束と被検光束によって、干渉縞が形成される。撮像素子６は、この干渉縞を撮像する。
【００１９】
図１のアパーチャコンバーター２０は、光束を縮小するアパーチャコンバーターである。このアパーチャコンバーター２０は、干渉計本体１より出射される光束径よりも、被検面１１ａの面積が小さいを場合に用いられる。ここで、アパーチャコンバーター２０は、正屈折力のレンズ群９及び負屈折力のレンズ群１０から構成されている。そして、レンズ群１０の光学面のうちレーザ光が最後に射出する面、すなわち、被検面１１ａに最も近い光学面が参照平面１０ａとなっている。ここでは、参照平面１０ａには反射防止処理が施されていない。よって、この参照面１０ａにおける反射率は約４％である。一方、レンズ群９，１０の光学面のうち、参照平面１０ａ以外の他の光学面には、反射防止処理が施されている。よって、参照平面１０ａ以外の面では、不要な反射光が発生しないようになっている。
【００２０】
図２は、アパーチャコンバーター２１の他の構成例を示している。このアパーチャコンバーター２１は、光束を拡大するアパーチャコンバーターである。このアパーチャコンバーター２０は、干渉計本体１より出射される光束径よりも、被検面１４ａの面積が大きいを場合に用いられる。ここで、アパーチャコンバーター２１は、負屈折力のレンズ群１２及び正屈折力のレンズ群１３から構成されている。そして、レンズ群１３の光学面のうちレーザ光が最後に射出する面、すなわち、被検面１４ａに最も近い光学面が参照平面１３ａとなっている。なお、図１に示す参照平面１０ａと同様に、参照平面１３ａには反射防止処理が施されていない。一方、レンズ群１２，１３の光学面のうち、参照平面１３ａ以外の他の光学面には、反射防止処理が施されている。
【００２１】
（作用）
図１に示す構成において、レーザー光源２から射出されたレーザー光束は、集光レンズ３で発散光束となる。そして、集光レンズ３の焦点位置に配置されたピンホール４により、無収差なレーザー光束となる。ビームスプリッタ７に入射したレーザー光束は、光路を９０°折り曲げられる。レーザー光束はコリメータレンズ８を通過し平行光束となり、干渉計本体１から出射される。射出されたレーザー光は、アパーチャコンバーター２０に入射する。
【００２２】
アパーチャコンバーター２０に入射したレーザー光束は、レンズ群９及びレンズ群１０を通過し、光束径が縮小された平行光束となる。ここで、レンズ群１０の最終面である参照平面１０ａには、反射防止処理が施されていない。そのため、レーザー光束の一部が、参照平面１０ａで反射される。一方、残りのレーザー光束は、参照平面１０ａを通過して被検体１１に達する。参照平面１０ａで反射したレーザー光束は参照光束として光路を逆行し、ビームスプリッタ７を通過する。参照平面１０ａを透過したレーザー光束は、被検体１１の被検面１１ａで反射して測定光束となる。測定光束は光路を逆行し、ビームスプリッタ７を通過する。ビームスプリッタ７を通過した参照光束と測定光束は、干渉縞観察光学系５を介して撮像素子６上に集光する。この時、参照光束と測定光束との干渉により、干渉縞が形成される。この干渉縞は撮像素子６により撮像される。撮像された干渉縞は、図示せぬモニター上に表示される。
【００２３】
図２に示す構成の作用は以下の通りである。コリメータレンズ８からは、所定の光束径の平行光束が射出される。アパーチャコンバーター２１に入射した平行光束は、レンズ群１２及びレンズ群１３を通過し、光束径が拡大された平行光束となる。ここで、レンズ群１３の最終面である参照平面１３ａには、反射防止処理が施されていない。そのため、レーザー光束の一部が、参照平面１３ａで反射される。一方、残りのレーザー光束は、参照平面１３ａを通過して被検体１４に達する。参照平面１３ａで反射したレーザー光束は参照光束として光路を逆行し、ビームスプリッタ７を通過する。参照平面１３ａを透過したレーザー光束は、被検体１４の被検面１４ａで反射され、測定光束となる。測定光束は光路を逆行し、ビームスプリッタ７を通過する。ビームスプリッタ７を通過した参照光束と測定光束は、干渉縞観察光学系５を介して撮像素子６上に集光する。この時、参照光束と測定光束との干渉により、干渉縞が形成される。この干渉縞は撮像素子６により撮像される。撮像された干渉縞は、図示せぬモニター上に表示される。なお、参照平面１０ａはレンズ群１０の最終射出面、参照平面１３ａはレンズ群１３の最終射出面であるが、いずれもアパーチャコンバーターの最終射出面である点で共通する。
【００２４】
（効果）
上記の第１実施形態によれば、アパーチャコンバーターを構成する光学系の最終面を参照平面としたので、参照レンズが不要になる。つまり、アパーチャコンバーターと参照レンズを個々に取付ける必要が無くなり、測定作業の簡略化及び安価な干渉計システムを実現する事ができる。
【００２５】
更に、参照レンズが不要になり保持部が１つになるので、剛性を維持する上で有利になる。
【００２６】
（第２の実施形態）
一般的に、干渉計を用いて被検面の形状等を高精度に測定する場合には、被検面にフォーカスを合わせて干渉縞を観察した方が好ましい。これは、被検面での１次以上の回折光による干渉縞像の高周波成分の欠落や、干渉縞の不要な曲りを防止するためである。しかし、従来技術のように、干渉計本体にアパーチャコンバーターに参照レンズを取付けて、被検面の干渉縞を観察する場合においては、被検面にフォーカスを合わせることができない場合がある。これは、特に、干渉計本体から射出される光束径を縮小して被検面に射出するアパーチャコンバーターを用いた場合に生じる。そこで、本実施形態では、被検面にフォーカスを合わせることが必要な場合に有効となるアパーチャコンバーターを提案する。
【００２７】
以下に図３を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
【００２８】
（構成）
図３は、第２実施形態に係る干渉計システムの概略構成を示す図であって、アパーチャコンバーターを干渉計本体に取り付けた様子を示している。本実施形態のアパーチャコンバーター２２は、レーザー光束を縮小するアパーチャコンバーターである。ここで、アパーチャコンバーター２２は、正屈折力のレンズ群１５及び正屈折力のレンズ群１６から構成されている。干渉計本体１から射出された平行光束は、レンズ群１５によりアパーチャコンバーター２２内のＰ点に一旦集光される。その後、レンズ群１６により被検体１１の方向に光束径が縮小された平行光束として射出される。このように、ここでのレンズ群１５および１６は、共に正の屈折力を有している。
【００２９】
更に、被検体１１の方向にレーザー光を射出する最終面（被検体１１に最も近い光学面）が、参照平面１６ａとなっている。なお、第１実施形態と同様に、参照平面１０ａには反射防止処理が施されておらず、レーザー光の反射率は約４％である。一方、レンズ群１５，１６の他の面には、反射防止処理が施されている。よって、参照平面１６ａ以外の面では、不要な反射光が発生しないようになっている。その他の構成については、第１の実施形態と同じであり説明を省略する。
【００３０】
（作用）
干渉計本体１から射出されたレーザー光束は、アパーチャコンバーター２２に入射する。ここで、入射したレーザ光束は、レンズ群１５によりアパーチャコンバーター２２内のＰ点に一旦集光される。続いて、レーザー光束は、レンズ１６により光束径が縮小された平行光束となる。また、レンズ群１５の最終面である参照平面１６ａには、反射防止処理が施されていない。そのため、レーザー光束の一部は、参照平面１６ａで反射される。一方、残りのレーザー光束は、参照平面１６ａを通過して被検体１１に達する。参照平面１６ａで反射したレーザー光束は参照光束として光路を逆行し、干渉計本体１に戻る。参照平面１６ａを透過したレーザー光束は、被検体１１の被検面１１ａで反射する。反射したレーザー光束は、測定光束として光路を逆行し、アパーチャコンバーター２２を透過して干渉計本体１に戻る。干渉計本体１に入射した参照光束と測定光束は、干渉縞観察光学系５を介して撮像素子６上に集光する。この時、参照光束と測定光束との干渉により、干渉縞が形成される。この干渉縞は撮像素子６により撮像される。撮像された干渉縞は、図示せぬモニター上に表示される。
【００３１】
ここで、図３において、被検面１１ａで発生した１次以上の回折光（高次回折光）を点線で示す。高次回折光は、レンズ群１６およびレンズ群１５により、アパーチャコンバーター２２と干渉計本体１の間で一旦結像する。そして、この高次回折光は、干渉計本体１のコリメータレンズ８および干渉縞観察光学系５を通過し、撮像素子６上に結像する。ただし、実線と点線を比べてわかるように、撮像素子６上において、干渉縞の結像状態と高次回折光の結像状態は、全く異なる。よって、高次回折光が発生しても、本実施形態では、干渉縞への影響が小さくなる。
【００３２】
（効果）
本実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、被検面１１ａにフォーカスを合わせ干渉縞を観察することが可能となる。従って、被検面１１ａの高精度な測定が可能となる。
【００３３】
（第３の実施形態）
以下に図４を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。
【００３４】
（構成）
図４は、第３実施形態に係る干渉計システムの概略構成を示す図であって、アパーチャコンバーターを干渉計本体に取り付けた様子を示している。本実施形態のアパーチャコンバーター２３は、第２の実施形態と比較して、レンズ群１５の集光点Ｐの近傍に、ピンホール１７が配置されている点が異なる。その他の構成については、第２の実施形態と同じであるのでここでの説明を省略する。
【００３５】
（作用）
干渉計本体１から射出されたレーザー光束は、アパーチャコンバーター２３に入射する。入射したレーザー光束は、レンズ群１５により一旦集光され、ピンホール１７を透過する。ピンホール１７を通過したレーザ光束は、レンズ群１６により光束径が縮小された平行光束となる。そして、レーザー光束の一部が参照平面１６ａで反射され、残りのレーザー光束は参照平面１６ａを通過して被検体１１に達する。参照平面１６ａで反射したレーザー光束は参照光束として光路を逆行する。この時、レーザー光束はピンホール１７を透過し、干渉計本体１に戻る。一方、参照平面１６ａを透過したレーザー光束は、被検体１１の被検面１１ａで反射する。反射したレーザー光束は、測定光束として光路を逆行し、レンズ群１５，１６およびピンホール１７を透過して干渉計本体１に戻る。干渉計本体１に入射した参照光束と測定光束は、干渉縞観察光学系５を介して撮像素子６上に集光する。この時、参照光束と測定光束との干渉により、干渉縞が形成される。この干渉縞は撮像素子６により撮像される。撮像された干渉縞は、図示せぬモニター上に表示される。
【００３６】
ここで、図４において、被検面１１ａで発生した１次以上の回折光（高次回折光）を点線で示す。高次回折光は、アパーチャコンバーター２３により、アパーチャコンバーター２３と干渉計本体１の間で一旦結像する。そして、高次回折光は、干渉計本体１のコリメータレンズ８および干渉縞観察光学系５を通過し、撮像素子６上に結像する。ただし、第２実施形態のアパーチャコンバーター２２に対して、アパーチャコンバーター２３にはピンホール１７が設けられている。そのため、１次以上の回折光が通る光束径は制限されている。よって、高次回折光の影響を更に小さくすることができる。その他の作用については、第１の実施形態と同じであるので、ここでの説明を省略する。
【００３７】
（効果）
本実施形態によれば、アパーチャコンバーター２３の内部でレーザー光が一旦集光する位置にピンホール１７を配置し、被検面１１ａでの１次以上の回折光を絞っているので、干渉縞のピントの合う範囲を広げる事ができる。
【００３８】
（付記）
上記した具体的な実施形態から以下のような構成の発明を抽出することが可能である。
【００３９】
１．干渉計のためのアパーチャコンバーターであって、
複数のレンズで構成され、入射光束を平行光束に変換して、被検体に向けて射出する光学系を備え、
前記光学系の、前記被検体に最も近い光学面を参照平面とし、前記参照平面以外の光学面には反射防止処理を施したことを特徴とするアパーチャコンバーター。
【００４０】
（作用）
干渉計本体にアパーチャコンバーターを取付け、アパーチャコンバーターに設けられた参照平面と被検面との干渉縞を観察する。
【００４１】
（効果）
アパーチャコンバーターが参照平面を備えているので参照レンズが不要になる。参照レンズを取付ける必要が無くなるため測定作業の簡略化を実現できる。
【００４２】
更に、従来技術では、参照レンズ用、アパーチャコンバーター用の２つの保持部が必要であったが、参照レンズが不要になることから保持部が１つになるので、剛性を維持する上で有利にできる。
【００４３】
２．前記光学系は、正のパワーを持つ複数のレンズで構成され、前記入射光束をレンズ間に集光するようにしたことを特徴とする１記載のアパーチャコンバーター。
【００４４】
（作用）
干渉計本体から射出された平行光束をアパーチャコンバーター内で一旦集光し、口径の異なる平行光束として被検体に射出する。
【００４５】
（効果）
アパーチャコンバーターの内部で集光点を持つ光学系とすることにより、被検面にフォーカスを合わせることができる。
【００４６】
３．前記入射光束の集光点の近傍にはピンホールが配置されていることを特徴とする２記載のアパーチャコンバーター。
【００４７】
（作用）
干渉計本体から射出されたレーザー光がアパーチャコンバーター内で集光する位置近傍に配置したピンホールにより、被検面での１次以上の回折光を絞る。
【００４８】
（効果）
被検面での１次以上の回折光が絞られるので、被検面のフォーカスが合う範囲が広がる。
【００４９】
４．干渉計本体と、該干渉計本体に取り付け可能なアパーチャコンバーターとから構成される干渉計システムであって、
前記アパーチャコンバーターは、複数のレンズで構成され、入射光束を平行光束に変換して、被検体に向けて射出する光学系を備え、
前記光学系の、前記被検体に最も近い光学面を参照平面とし、前記参照平面以外の光学面には反射防止処理を施したことを特徴とする干渉計システム。
【００５０】
構成４の（作用）及び（効果）は、構成１に記載の（作用）及び（効果）と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアパーチャコンバーターを干渉計本体に取り付けた干渉計システムの概略構成を示す図である。
【図２】アパーチャコンバーター２１の他の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るアパーチャコンバーターを干渉計本体に取り付けた干渉計システムの概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るアパーチャコンバーターを干渉計本体に取り付けた干渉計システムの概略構成を示す図である。
【図５】フィゾー型干渉計にアパーチャコンバーターを取付けた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…干渉計本体、２…レーザー光源、３…集光レンズ、４…ピンホール、５…干渉縞観察光学系、６…撮像素子、７…ビームスプリッタ、８…コリメータレンズ、９…レンズ群、１０…レンズ群、１０ａ…参照平面、１１…被検体、１１ａ…被検面、２０…アパーチャコンバーター。
【図１】
2005156470.tif 000003
【図２】
2005156470.tif 000004
【図３】
2005156470.tif 000005
【図４】
2005156470.tif 000006
【図５】
2005156470.tif 000007