(57)【要約】【目的】パスマッチ経路部に、２つの経路を通過する光束の位相差を変化させてフリンジスキャンを可能とする位相差可変手段を設けることにより、外部振動の影響を受けにくい基準板支持構造とすることを可能としつつ、製造コストを安価とする。【構成】光路長変更部３０は、第２の経路上の全反射ミラー２３，２４をプレート３１上に固設し、このプレート３１に取り付けられたピエゾ素子１４を駆動することで、全反射ミラー２３，２４を一体的に矢印Ａ方向に往復移動して、２つの経路を通過する光束間の位相差を変化させる。ピエゾ素子１４は、駆動手段としてのピエゾドライバ１６によって駆動される。ピエゾドライバ１６は、コンピュータ１１からの制御信号に応じてステージコントローラ１５から出力される、ピエゾ素子駆動信号に基づきピエゾ素子１４に所定の駆動電圧を出力する。【選択図】          図１
2005043081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、該２つの光束を合波して出力するパスマッチ経路部と、このパスマッチ経路部から出力された光束を平行光束として前記基準面に照射するコリメータレンズとを備え、該基準面で反射された光波面と該基準面を透過し前記被検面で反射された光波面との干渉により生じる干渉縞に基づいて該被検面の波面情報を得るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置において、
前記パスマッチ経路部に、前記２つの経路を通過する光束の位相差を変化させて縞走査を可能とする位相差可変手段を備えてなることを特徴とするフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置。
【請求項２】
光源と、この光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、該２つの光束を合波して出力するパスマッチ経路部と、このパスマッチ経路部から出力された光束を平行光束として前記基準面に照射するコリメータレンズと、該基準面を有する基準板とを備え、該基準面で反射された光波面と該基準面を透過し前記被検面で反射された光波面との干渉により生じる干渉縞に基づいて該被検面の波面情報を得るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置において、
前記パスマッチ経路部に、前記２つの経路を通過する光束の位相差を変化させて縞走査を可能とする位相差可変手段を備えてなることを特徴とするフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置。
【請求項３】
前記被検体が透明平行板であり、前記光源から出力された前記光束は、可干渉距離が前記透明平行板の厚み（ただし、光学的距離）の２倍よりも小さく設定された低可干渉光束であることを特徴とする請求項１または２記載のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置。
【請求項４】
前記位相差可変手段が、光束が照射される光学部材を物理的に移動させることにより、前記２つの経路を通過する光束の位相差を変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置。
【請求項５】
前記光学部材の物理的な移動は、ピエゾ素子を用いて行われることを特徴とする請求項４記載のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置。
【請求項６】
前記光学部材は、前記２つの経路のうちの少なくとも一方を１８０度折り曲げる２つのミラーまたは１つのプリズムであることを特徴とする請求項４または５記載のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光束が照射される部材を物理的に移動させ、光波干渉を生ぜしめる２光束の位相差を変化させることによりフリンジスキャンを可能とする干渉計装置に関し、詳しくは、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、合波して出力するパスマッチ経路部を有するフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光源等の可干渉性の良い光源を搭載したフィゾー型干渉計は、基準面と被検面との間に使用光源の可干渉距離に応じた間隔を空けることが可能となり、ワークスペースが十分にとれるため、使い易い干渉計として広く用いられている。
【０００３】
ところで、フィゾー型干渉計においても、他の干渉計と同様にフリンジスキャニング法（縞走査法）を用いて、被検面の凹凸判別や正確な立体形状判別を行い得るようにしたものが従来より知られている。
【０００４】
従来より知られている一般的なフリンジスキャニング法では、干渉計装置において、まず、基準板を例えば３点で支持するようにし、この３つの支持部にピエゾ素子を取り付け、所定のタイミングで該ピエゾ素子に所定の電圧を印加して該ピエゾ素子を駆動して、基準板を光軸方向に移動させる。そして、この移動により変化する干渉縞の画像データを複数枚撮像し、これらの画像データをコンピュータに取り込み、所定の演算式を用いて、干渉縞画像の各点における位相を求めることにより、被検体の形状解析を行なう（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１５５０５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のフリンジスキャニング法を用いた場合には、以下のような問題があった。
【０００７】
すなわち、干渉計装置を外部振動の大きい環境下で使用する場合、あるいは外部振動の影響を少なくしたい場合には、外部振動によって被検体と基準板がそれぞれ独自の動きをして相対位置関係を乱し干渉測定を困難にする状況を防止するように、例えば、一つの保持具に被検体と基準板を載置固設することが有利であるが、このような基準板を保持具に固設した状態では、基準板をピエゾ素子等により駆動してフリンジスキャンを行なう上記手法を採用することが困難である、という問題である。
【０００８】
さらに、上述した従来技術においては、基準板の３つの支持部にそれぞれピエゾ素子を取り付けるようにしているので、製造コストが高くなるという問題もある。
【０００９】
また、干渉計装置のユーザの中には、例えば極めて長尺となるような、特殊な形状のものを被検体としたいという要望があり、このような場合にはこの被検体の形状と対応する形状を有する基準板もユーザ側で用意することが便宜となることがある。このような状況において、その基準板の形状に応じ、ユーザ側で、該基準板を駆動するシステムを構築することは現実には難しい。また、従来より、基準板の表面形状を測定するために、３つの基準板を２つずつ組み合わせ、これら組み合わせた２つの基準板の一方を本来の基準板位置に、他方を本来の被検体位置に配置して、各組み合わせについて干渉縞測定を行い、得られた３つの干渉縞情報を演算して、各基準板についての表面（基準面）形状を得るようにした手法が知られている（例えば特開平１０−３２５７１０号）。この手法は、３面合わせ方法等の呼称で知られており、この手法を用いる場合には、ユーザにとっては、干渉計装置に当初から基準板が付加されている必要はなく、むしろ当初からの基準板は設置されていない方がコスト面から好ましい。
【００１０】
したがって、このように、基準板が当初から干渉計装置に組み込まれていない方がよい場合には、基準板をピエゾ素子等により駆動してフリンジスキャンを行なう上記手法を採用することが難しい。
【００１１】
なお、上述したようなピエゾ素子を用いるのではなく、光源からの照射光の波長を微小量だけ変化させることによりフリンジスキャンを行なうようにした手法も知られているが、現状では、波長走査が可能な光源の出力変動が大きいことから解析精度の面で問題がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、外部振動の影響を受けにくい基準板支持構造とすることが可能で、製造コストが安価なフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本発明は、基準板をユーザ側で用意するような場合においても、良好かつ簡易にフリンジスキャンを行い得るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置は、光源と、この光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、該２つの光束を合波して出力するパスマッチ経路部と、このパスマッチ経路部から出力された光束を平行光束として前記基準面に照射するコリメータレンズとを備え、該基準面で反射された光波面と該基準面を透過し前記被検面で反射された光波面との干渉により生じる干渉縞に基づいて該被検面の波面情報を得るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置において、
前記パスマッチ経路部に、前記２つの経路を通過する光束の位相差を変化させて縞走査（フリンジスキャン）を可能とする位相差可変手段を備えてなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置は、光源と、この光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が干渉計の基準面と被検体の被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、該２つの光束を合波して出力するパスマッチ経路部と、このパスマッチ経路部から出力された光束を平行光束として前記基準面に照射するコリメータレンズと、該基準面を有する基準板とを備え、該基準面で反射された光波面と該基準面を透過し前記被検面で反射された光波面との干渉により生じる干渉縞に基づいて該被検面の波面情報を得るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置において、
前記パスマッチ経路部に、前記２つの経路を通過する光束の位相差を変化させて縞走査（フリンジスキャン）を可能とする位相差可変手段を備えてなることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置は、前記被検体が透明平行板であり、前記光源から出力された前記光束は、可干渉距離が前記透明平行板の厚み（ただし、光学的距離）の２倍よりも小さく設定された低可干渉光束である場合に特に有効である。
【００１７】
また、前記位相差可変手段は、光束が照射される光学部材を物理的に移動させることにより、前記２つの経路を通過する光束の位相差を変化させるように構成することが可能である。
【００１８】
また、前記光学部材の物理的な移動は、例えばピエゾ素子を用いて行われる。
【００１９】
また、前記光学部材は、前記２つの経路のうちの少なくとも一方を１８０度折り曲げる、２つのミラーまたは１つのプリズムとすることが可能である。
【００２０】
なお、上述した被検面および基準面とは、干渉を生ぜしめる２つの光束を反射させる２つの光学面の相対的な呼称であって、以下の説明では、例えば略平行とされた、透明板の表裏各面からの反射光束によって干渉を生ぜしめるような場合において、被検面として表裏面の一方を、基準面として表裏面の他方を指称するものも含まれるものとする。
【００２１】
【作用】
本発明は、フリンジスキャンを行なうためには、基準板から反射された参照光と、被検面から反射された物体光の相互の位相差を変えればよいのであって、必ずしも基準板（あるいは被検体）を光軸方向に移動させなくともよい、という発想に基づいてなされたものである。そして、この発想を具現化するための上記構成は、参照光の経路と物体光の経路を分岐し、分岐された一方の経路を通過する光束の光路長を、他方の経路を通過する光束の光路長に対して相対的に変化させればよい、という技術思想によりなされたものである。
【００２２】
なお、上記発想を具現化するために参考とされた技術は、本願出願人が既に開示している特開平９−２１６０６号公報に記載されたものである。
すなわち、この公報に開示したパスマッチ経路型干渉計装置によれば、フィゾー型干渉計装置において、測定光の可干渉距離を所定長未満に設定するとともに、測定光の一部を迂回させるパスマッチ経路部を設けて、迂回しないで直進した測定光の被検面からの反射光と、迂回した測定光の基準面からの反射光による場合以外は光干渉が生じないようにしているため、極めて簡易な構成でノイズのない明瞭な干渉縞画像を得ることが可能となっており、本発明のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置では、上記パスマッチ経路部における一方の経路を通過する光束の光路長を、他方の経路を通過する光束の光路長に対して相対的に変化させることで、上記本発明の課題を解決している。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置の概略図である。図１に示す干渉計装置は、光源１から出力されコリメータレンズ２によって平行光とされた光束の光路上に、パスマッチ経路部２０を備えてなる。
【００２５】
上記パスマッチ経路部２０は、コリメータレンズ２から発散レンズ３に向けて直線的に延びる第１の経路上に配置された２つのハーフプリズム２１，２２と、第１の経路から分岐して２つのハーフプリズム２１，２２の間を迂回する第２の経路上に配置された２つの全反射ミラー２３，２４とを備えてなる。
【００２６】
このパスマッチ経路部２０においては、コリメータレンズ２からの光束が、ハーフプリズム２１のハーフミラー面２１ａにおいて、該ハーフミラー面２１ａを透過する光束と該ハーフミラー面２１ａで直角反射される光束とに分岐される。上記ハーフミラー面２１ａを透過した光束は、第１の経路に沿って上記ハーフプリズム２２に入射され、上記ハーフミラー面２１ａで直角反射された光束は、第２の経路に沿って上記全反射ミラー２３，２４により順次直角反射された後上記ハーフプリズム２２に入射される。そして、上記ハーフプリズム２２において、第１の経路を通過した光束の一部と第２の経路を通過した光束の一部とが合波されて出力される。
【００２７】
ハーフプリズム２２から出力された光束は、発散レンズ３およびコリメータレンズ５によりビーム径を拡大された後、透明な基準板６に照射される。基準板６内に入射した光束の一部は基準面６ａで反射されるが、その余の光束は基準面６ａを透過して、載置面８上に載置された被検体７に照射されるようになっている。
【００２８】
基準板６の基準面６ａから反射された光束（光波面）と被検体７の被検面７ａから反射された光束（光波面）は互いに干渉し合い、ハーフプリズム４のハーフミラー面４ａで直角反射され、イメージングレンズ９を介して、撮像カメラ１０内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。このＣＣＤ素子により光電変換された複数枚の干渉縞画像情報に基づき、コンピュータ１１において被検面７ａの表面形状等の測定解析（フリンジスキャニング法を用いた解析を含む）が行なわれるとともに、ＣＲＴ等の画像表示部１２上に干渉縞画像が表示されるようになっている。
【００２９】
なお、上述したパスマッチ経路部２０は、第１の経路（光路長Ｌ１）と第２の経路（光路長Ｌ２＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）との光路長差が、基準板６の基準面６ａと被検体７の被検面７ａとの光学的距離Ｌの２倍に略等しいように設定されている。これにより、第１の経路を経て被検面７ａで反射され基準面６ａを透過する光束の光路長と、第２の経路を経て基準面６ａで反射される光束の光路長とは互いに等しくなる。
【００３０】
このような構成により、被検体７がガラス薄板やプラスチック板、石英板等の透明平行板であっても、被検面７ａの形状等を高精度で測定することが可能となる。すなわち、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）、ハロゲンランプあるいは高圧水銀ランプ等（例えば可干渉距離が１μｍ）の低可干渉光源を光源１として用い、そこから出力される光束の可干渉距離を透明平行板の厚みｔ１の２倍より小さく設定することによって、基準板６の基準面６ａと被検体７の非被検面７ｂ（被検体の裏面）および被検面７ａと非被検面７ｂからの光干渉が生じないようにすることが可能となっている。なお、このようなパスマッチ経路部の作用等については、前掲した特開平９−２１６０６号公報において詳しく開示されており、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
ところで、本実施形態の特徴は、パスマッチ経路部２０内において、第２の経路上に光路長変更部３０を設けたことにある。すなわち、この光路長変更部３０は、上述した第２の経路上の全反射ミラー２３，２４をプレート３１上に固設し、このプレート３１に取り付けられたピエゾ素子１４を駆動することにより、全反射ミラー２３，２４を一体的に矢印Ａ方向に往復移動して、２つの経路を通過する光束間の位相差を変化させることができるようになっている。なお、プレート３１は、ピエゾ素子１４の駆動に応じて矢印Ａ方向に円滑に移動することができるように配慮することが肝要である。
【００３２】
また、上記ピエゾ素子１４は、駆動手段としてのピエゾドライバ１６によって駆動されるように構成されている。ピエゾドライバ１６は、コンピュータ１１からの制御信号に応じてステージコントローラ１５から出力される、ピエゾ素子駆動信号に基づきピエゾ素子１４に所定の駆動電圧を出力する。
【００３３】
なお、コンピュータ１１には、キーボードや切替スイッチ等の入力手段１３が接続されている。この入力手段１３は、例えば、干渉計装置のオペレータが、得られた干渉縞画像データに基づいて形状解析を行なう場合の設定変更を可能にする他、フリンジスキャンのステップ数等を変更するような場合に用いられる。
【００３４】
このように、本実施形態の干渉計装置においては、第２の経路上に設けた光路長変更部３０により、第２の経路にかかる光路長Ｌ２を変化させ、２つの経路を通過する光束間の位相差を変化させることができるようになっているから、光路長変更部３０によりプレート３１を一方向（矢印Ａ方向において紙面上下いずれか一方向）に移動させている期間（通常は位相差が２兀の期間）に、複数の干渉縞画像データを得るようにすれば、フリンジスキャンによる画像解析が可能となる。
【００３５】
すなわち、上述したように、本実施形態においては、第１の経路を経て被検面７ａで反射され基準面６ａを透過する光束（物体光）の光路長と、第２の経路を経て基準面６ａで反射される光束（参照光）の光路長とが互いに等しくなるように設定されているから、このときの位置を基準位置として、プレート３１を一方向（矢印Ａ方向において紙面上下いずれか一方向）に移動させながら、所定間隔毎（例えば位相差（１／２）兀毎）に干渉縞画像を取得するようにすれば、上記物体光と上記参照光との間の位相差が０、（１／２）兀、兀、（３／２）兀となったときの干渉縞画像を取得することができ（４ステップ法）、この取得した複数の干渉縞画像データに対してコンピュータ１１において後述する所定の演算を施すことにより、被検面７ａの形状測定を高精度なものとすることができる。
【００３６】
これにより、従来技術のように、重量の大きい基準板を複数（３つ以上）のピエゾ素子によって移動させるようにせずとも、１つのピエゾ素子１４によって、簡易かつコンパクトにフリンジスキャンを行なうことができる。また、基準板６は、外部振動を受けにくい状態とするため、前述したように例えば被検体７が内部に保持されたケースの開放端部に固設することが望ましいが、本実施形態によれば基準板６を光軸方向に移動させる必要がなくなるので、このような耐振動型の構成を採用することが可能となる。
【００３７】
以下、複数の干渉縞画像データに対してコンピュータ１１においてなされるフリンジスキャニング法に基づく所定の演算について簡単に説明する。
【００３８】
フリンジスキャニング法を用いた場合、例えば前述した４ステップ法だと、４回のフリンジスキャンにおける干渉縞強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３，Ｉ４は以下の各式（１）、（２）、（３）、（４）により表される。
【００３９】
2005043081.tif 000003
【００４０】
ここで、ｘ、ｙは座標、Φ（ｘ，ｙ）は位相、Ｉ０（ｘ，ｙ）は各点での平均光強度、γ（ｘ，ｙ）は干渉縞のモジュレーションを各々表す。なお、モジュレーションとは、干渉縞振幅と略相関関係を有するものと考えて良く、具体的には下記式（５）により表される。
【００４１】
【数１】
2005043081.tif 000004
上述した４つの式（１）、（２）、（３）、（４）から、位相Φ（ｘ，ｙ）を求めると下記式（６）となる。
【００４２】
【数２】
2005043081.tif 000005
【００４３】
このとき、上記式（６）が逆正接関数となっていることからも明らかなように、位相Φ（ｘ，ｙ）は−πからπの間に畳み込まれている。なお、このような状態のデータを通常位相ラッピングデータと称している。この後、この−πからπの間に畳み込まれた位相ラッピングデータは、連続する位相分布Φ´（ｘ，ｙ）を求める周知の位相アンラッピングの手法を用いて位相アンラッピングが施され、実際の被検面７ａの形状に相当する、連続する位相分布Φ´（ｘ，ｙ）が求められる。
【００４４】
なお、上記フリンジスキャニング法においては４ステップ法に替えて、５ステップ法等の、３ステップ以上の他のステップ法を用いることも可能である。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、ピエゾ素子１４により移動されるプレート３１には全反射ミラー２３，２４が載設固定されているが、これに替えて図２に示すような直角二等辺三角柱プリズム４３をプレート４１上に載設固定して光路長変更部４０を構成するようにしてもよい。このように直角二等辺三角柱プリズム４３を用いると、２つの反射面の直角精度が保証されているため第２経路の光学系アライメント調整が容易になるので好ましい。
【００４６】
また、上記直角二等辺三角柱プリズム４３に替えてコーナキューブを採用することも可能である。
【００４７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は本発明の第２実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置を示すものである。なお、図３において、上記第１実施形態と同様の構成要素については、図１において用いたものと同一の符番を付すこととし、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
この第２実施形態の特徴は、基準板１０６が干渉計装置の構成要素として含まれていないことにあり、その他の点においては上記第１実施形態の干渉計装置と略同様に構成されている。
【００４９】
すなわち、この干渉計装置は、基準板１０６を含まないユニット５０からなり、ユーザ側で用意した所望の基準板１０６を、この干渉計装置と組み合わせて使用することになる。
【００５０】
干渉計装置を本実施形態のように構成した場合、次のような利点がある。
すなわち、従来より、例えば特開平１０−３２５７１０号公報に記載されているような、いわゆる３面合わせ方法として知られている手法を採用する場合に利点がある。いわゆる３面合わせ方法は、高精度平面を有する基準板の表面形状を測定するために、３つの基準板を２つずつ組み合わせ、これら組み合わせた２つの基準板の一方を本来の基準板位置に、他方を本来の被検体位置に配置して、各組合わせについて干渉縞測定を行い、得られた３つの干渉縞情報を演算して、各基準板についての表面（基準面）形状を得るようにした手法である。この手法を用いる場合には、ユーザにとっては、干渉計装置に当初から基準板が付加されている必要はなく、むしろ当初は基準板が設置されていない方が、作業操作上およびコスト面から好ましい。本実施形態の干渉計装置では、このような場合において、ユーザ側でフリンジスキャンを行なう手段を付加せずとも、良好にフリンジスキャンを行なうことが可能である。
【００５１】
図３では、ユーザ側で用意した３つの基準板のうちの２つの基準板１０６、１０７について、一方を本来の基準板位置に、他方を本来の被検体位置に配設し、２つの基準面１０６ａ、１０７ａの相対的な形状を測定する様子を示している。
【００５２】
干渉計装置のユーザの中には、例えば極めて長尺となるような、特殊な形状のものを被検体としたいという要望があり、このような場合にはこの被検体の形状と対応する形状を有する基準板もユーザ側で用意することが便宜となることがある。このような状況において、その基準板の形状に応じ、ユーザ側で、該基準板をフリンジスキャン計測用に駆動するシステムを構築することは現実には難しいが、本実施形態のものを採用することにより、フリンジスキャンを良好に行なうことができる。なお、このような長尺の被検体について、その表面形状を測定するような場合には、干渉計装置と被検体を、被検体長手方向に同時に所定距離だけ移動させる度に干渉縞測定を行い、得られた複数の干渉縞画像データをつなぎ合わせる開口合成の手法を用いることが好ましい。
【００５３】
＜第３実施形態＞
図４は本発明の第３実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置の概略図である。図４に示す干渉計装置は、光源２０１から出力されコリメータレンズ２０２によって平行光とされた光束の光路上に、上記第１実施形態および上記第２実施形態のパスマッチ経路部２０とは構成の異なるパスマッチ経路部２２０を備えてなる。
【００５４】
上記パスマッチ経路部２２０は、コリメータレンズ２０２からの光束を、２つの光束に分岐するハーフプリズム２２１と、２つの全反射ミラー２３０，２３１とを備えてなる。
【００５５】
このパスマッチ経路部２２０においては、コリメータレンズ２０２からの光束が、ハーフプリズム２２１のハーフミラー面２２１ａにおいて、該ハーフミラー面２２１ａを透過する光束と該ハーフミラー面２２１ａで直角反射される光束とに分岐される。
【００５６】
上記ハーフミラー面２２１ａを透過した光束は、固定された全反射ミラー２３０に垂直に入射し、垂直に反射されてハーフプリズム２２１に戻り、その一部はハーフミラー面２２１ａにおいて直角反射される（第１の経路）。一方、上記ハーフミラー面２２１ａで直角反射された光束は、光軸方向に可動とされた全反射ミラー２３１に垂直に入射し、垂直に反射されてハーフプリズム２２１に戻り、その一部はハーフミラー面２２１ａを透過する（第２の経路）。
これにより、上記ハーフプリズム２２１に戻った各光束の一部はハーフミラー面２２１ａにおいて合波されて全反射ミラー２２３に向かう。
【００５７】
合波されて全反射ミラー２２３に向かう光束は、この全反射ミラー２２３および全反射ミラー２２４において全反射され、発散レンズ２０３およびコリメータレンズ２０５によりビーム径を拡大された後、載置台２０８上に載置された透明な薄板サンプル２０７に照射される。薄板サンプル２０７に照射された光束の一部はその表面（基準面）２０７ａで反射されるが、その余の光束は薄板サンプル２０７を透過して、薄板サンプル２０７の裏面（被検面）２０７ｂにより反射されるようになっている。
【００５８】
薄板サンプル２０７の表面（基準面）２０７ａから反射された光束（光波面）と薄板サンプル２０７の裏面（被検面）２０７ｂから反射された光束（光波面）は互いに干渉し合い、ハーフプリズム２０４のハーフミラー面２０４ａで直角反射され、イメージングレンズ２０９を介して、撮像カメラ２１０内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。このＣＣＤ素子により光電変換された複数枚の干渉縞画像情報に基づき、図示されないコンピュータにおいて薄板サンプル２０７の表裏面の平行度や厚みムラ等の測定解析が行なわれるとともに、図示されないＣＲＴ等の画像表示部上に干渉縞画像が表示されるようになっている。
【００５９】
なお、上記載置台２０８は、上板２０８ａと下板２０８ｃが傾き調整機構２０８ｂを介して対向配置される構造とされている。
また、光軸方向（矢印Ｂ方向）に可動とされた全反射ミラー２３１にはピエゾ素子２１４が取り付けられており、全反射ミラー２３１を光軸方向（矢印Ｂ方向）に走査せしめて、フリンジスキャン計測が可能となるように構成されている。これにより、薄板サンプル２０７の表裏面の平行度や厚みムラ等の測定をフリンジスキャニング法を用いた解析により行なうことができる。
【００６０】
このように、本実施形態においては、パスマッチ経路部２２０内に配された全反射ミラー２３１を走査してフリンジスキャンを行なっているので、薄板サンプル２０７の表裏各面のように、被検面と基準面が一体とされているような場合にも、簡易かつ高精度にフリンジスキャン計測を行なうことができる。
【００６１】
また、上述したパスマッチ経路部２２０は、ハーフミラー面２２１ａから全反射ミラー２３０に至り、ハーフミラー面２２１ａに戻る第１の経路と、ハーフミラー面２２１ａから全反射ミラー２３１に至り、ハーフミラー面２２１ａに戻る第２の経路との光路長差が、薄板サンプル２０７の光学的厚み（光学光路長）の２倍に略等しくなるように、全反射ミラー２３１の矢印Ｂ方向への移動調整がなされる（全反射ミラー２３１の移動機構は図示せず）。
【００６２】
このような構成とされたことにより、第１の経路を経て薄板サンプル２０７の裏面（被検面）２０７ｂで反射される光束の光路長と、第２の経路を経て薄板サンプル２０７の表面（基準面）２０７ａで反射される光束の光路長とを互いに等しくすることが可能となり、透明な薄板サンプル２０７の表裏面の平行度や厚みムラ等を高精度で測定することが可能となる。すなわち、光源２０１として、可干渉距離が薄板サンプル２０７の光学的厚み（光学光路長）の２倍よりも小さい光を出射する低可干渉光源を用いることが可能となり、上記光干渉以外の、ノイズの原因となり得る光干渉が生じないようにすることが可能である。
【００６３】
＜第４実施形態＞
図５は本発明の第４実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置の概略図である。第４実施形態は、薄膜の厚みムラ等を測定するために、本発明を斜入射干渉計装置に適用したものであるが、パスマッチ経路部３２０等の構成は、上記第３実施形態のパスマッチ経路部２２０等の構成と略同様であるので、原則として、第３実施形態の部材と対応する部材については、第３実施形態の部材に付された符号に１００を加えた符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
上記第３実施形態と同様に、パスマッチ経路部３２０により合波されて全反射ミラー３２３に向かう光束は、この全反射ミラー３２３および全反射ミラー３２４において全反射され、発散レンズ３０３およびコリメータレンズ３０５ａによりビーム径を拡大された平行光束とされた後、載置台３０８上に載置された不透明な基板３０６上に形成された薄膜３０７に照射される。薄膜３０７に照射された光束の一部はその表面（基準面）３０７ａで反射されるが、その余の光束は薄膜３０７を透過して、薄膜３０７の裏面（被検面）３０７ｂにより反射されるようになっている。
【００６５】
薄膜３０７の表面（基準面）３０７ａから反射された光束（光波面）と薄膜３０７の裏面（被検面）３０７ｂから反射された光束（光波面）は互いに干渉し合い、収束レンズ３０５ｂおよびイメージングレンズ３０９を介して、撮像カメラ３１０内のＣＣＤ素子上に干渉縞画像を形成する。
【００６６】
このＣＣＤ素子により光電変換された複数枚の干渉縞画像情報に基づき、図示されないコンピュータにおいて薄膜３０７の表裏面の平行度や厚みムラ等のフリンジスキャニング法を用いた測定解析が行なわれるとともに、図示されないＣＲＴ等の画像表示部上に干渉縞画像が表示されるようになっている。そして、フリンジスキャニング計測を行なうための光路長差の走査は、パスマッチ経路部３２０内のピエゾ素子３１４を駆動して、全反射ミラー３３１を矢印Ｃ方向に移動させることによりなされる。
【００６７】
このように、本実施形態においては、パスマッチ経路部３２０内に配された全反射ミラー３３１を走査してフリンジスキャンを行っているので、薄膜３０７の表裏各面のように、基準面に相当する面と、被検面に相当する面が互いに分離不可とされているような場合にも、簡易かつ高精度にフリンジスキャン計測を行なうことができる。
【００６８】
また、上述したパスマッチ経路部３２０は、ハーフミラー面３２１ａから全反射ミラー３３０に至り、ハーフミラー面３２１ａに戻る第１の経路と、ハーフミラー面３２１ａから全反射ミラー３３１に至り、ハーフミラー面３２１ａに戻る第２の経路との光路長差が、薄膜３０７の斜め入射に対する光学的厚み（光学光路長）の２倍に略等しくなるように、全反射ミラー３３１の矢印Ｃ方向への移動調整がなされる（全反射ミラー３３１の移動機構は図示せず）。
【００６９】
このような構成により、光源３０１として、可干渉距離が薄膜３０７の斜め入射に対する光学的厚み（光学光路長）の２倍よりも短い光を出射する低可干渉光源を用いて、上記光干渉以外の、ノイズの原因となり得る光干渉が生じないようにすることが可能であるから、薄膜３０７の表裏面の厚みムラ等を高精度で測定することが可能である。
【００７０】
＜本発明の適用が特に有用な使用方法＞
以下、本発明の干渉計装置を適用すると特に有用である、第１、第２および第３の使用方法について図６〜８を用いて説明する。
【００７１】
ここで、これら３つの使用方法について説明する図６〜８においては、光源からコリメータレンズまでの部分は、いずれも上述した第１実施形態および第２実施形態の構成と略同様の構成とされているから、第１実施形態の部材と対応する部材については、原則として、第１実施形態の部材に付された符号に４００を加えた符号を付す（第１の使用方法）、または５００を加えた符号を付す（第２の使用方法）、または６００を加えた符号を付す（第３の使用方法）ようにして、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
＜第１の使用方法＞
この第１の使用方法は、図６に示すように、本発明を球面測定用フィゾー型干渉計装置の測定に適用したものである。一般の球面測定用フィゾー型干渉計装置において球面の表面形状をフリンジスキャニング法を用いて解析する場合には、基準レンズ４０６（収束レンズ４４１と球面レンズ４４２からなる）をピエゾ素子により光軸方向に走査することになるが、このようにすると基準レンズ面（基準面）４０６ａにおいて反射する光束（発散光束）において、光軸上の光線の光路長がΔＬだけ変化したとき、光軸に対して角度θ傾いて基準レンズ面４０６ａから反射される光線は光路長がΔＬｃｏｓθしか変化しないため、これに応じて解析結果に誤差が生じる。
【００７３】
これに対し、本発明を適用した装置においては、パスマッチ経路部４２０内に配された光路長変更部４３０を走査してフリンジスキャンを行なっているので、被検面４０７ａ（ここではボールレンズ４０７の球表面）の表面形状の解析結果にこのような誤差は生じない。
【００７４】
＜第２の使用方法＞
この第２の使用方法は、図７に示すように、本発明を重量の大きい基準板を備えたフィゾー型干渉計装置の測定に適用したものである。このように重量の大きい基準板や、Ｆナンバーを明るくする目的で多数のレンズからなる重い基準レンズを用いた干渉計装置においては、従来、フリンジスキャンを行なうために例えば３個のピエゾ素子により重い基準板や基準レンズを支持し、かつ走査させているが、このようにするとピエゾ素子を複数個用いることによりコスト高となるとともに、重い基準板や基準レンズをフリンジスキャン走査するためのフリンジスキャン機構を設けることにより装置強度の低下および耐振動性の低下を招来する。
【００７５】
これに対し、本発明を適用した装置においては、パスマッチ経路部５２０内に配された光路長変更部５３０を走査してフリンジスキャンを行なっているので、重い基準板５０６をフリンジスキャン走査する必要がなくなり、図７に示すように、この基準板５０６は堅牢で耐振動性に優れた基準板保持機構（被検体５０７の載置台としての機能も有する）５０８に固設することが可能となる。また、ピエゾ素子を１つ用いれば十分となり製造コストの低下を図ることができる。
【００７６】
なお、図７において、基準板保持機構５０８は、上板５０８ａと下板５０８ｃが傾き調整機構５０８ｂを介して対向配置され、さらに基準板５０６を保持する基準板保持部材５２６が基準板傾き調整機構５１７を介して上板５０８ａ上に取り付けられる構造とされている。
【００７７】
＜第３の使用方法＞
この第３の使用方法は、図８に示すように、断面矩形状の長尺ガラスロッドの絶対形状を３枚合わせ手法を用いて測定解析するフィゾー型干渉計装置の測定に本発明を適用したものである。
【００７８】
撓みなどの問題が発生しやすい長尺のガラスロッド等の被検体の絶対形状を測定する手法として、３つの被検体を２つずつ取り出してそれぞれの相対形状を測定し、得られた３つの相対形状を演算して該３つの被検体各々の絶対形状を測定する、いわゆる３枚合わせの手法が知られている（特開平１１−３７７４２号公報等を参照）。このような手法を採用する場合、これらの被検体をフリンジスキャンする機構を構築することが難しいという理由から、従来、３枚合わせの手法においてフリンジスキャン計測は採用し難いとされていた。
【００７９】
しかし、本発明を適用した装置においては、パスマッチ経路部６２０内に配された光路長変更部６３０を走査してフリンジスキャンを行なっているので、載置台６０８上に載置した、第１被検体６０６および第２被検体６０７の各被検面６０６ａ（基準面）、６０７ａ間の相対形状を高精度かつ容易に測定でき、フリンジスキャン計測を用いた３枚合わせの手法により、長尺のガラスロッド等の被検体の絶対形状を測定することが可能となる。
【００８０】
なお、本発明のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置においては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
【００８１】
例えば、上述したパスマッチ経路部２０は、第１の経路と第２の経路との光路長差が、基準板６の基準面６ａと被検体７の被検面７ａとの光学的距離Ｌの２倍に略等しいように設定できればよく、上記実施形態の形状に限られるものではない。また、位相差可変手段は第２の経路ではなく、第１の経路に設けるようにしてもよい。さらに、位相差可変手段は、２つの経路を通過する光束の位相差を変化させ得るものであればよく、例えば、一方の経路上にバビネ−ソレイユ板等の光路長可変部材を挿入することで、２つの経路を通過する光束の位相差を変化させるものであってもよい。
【００８２】
また、２つの経路は、少なくとも一方を光ファイバにより構成して、パスマッチ経路部をコンパクトに構成してもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置によれば、光源からの光束を２つの光束に分岐し、これら２つの光束を、互いの光路長差が基準面と被検面との光学的距離の２倍に相当するように調整された２つの経路を別々に通過させた後、合波して出力するパスマッチ経路部に、２つの経路を通過する光束の位相差を変化させてフリンジスキャンを可能とする位相差可変手段を設けている。
【００８４】
これにより、重量の大きい基準板を複数のピエゾ素子によって移動させるようにせずとも、１つのピエゾ素子１４によって、簡易かつコンパクトにフリンジスキャンを行なうことができるので、外部振動の影響を受けにくい基準板支持構造とすることが可能となり、さらに製造コストを安価とすることができる。
【００８５】
また、本発明のフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置は、基準板を組み込んでいないタイプのユニットにおいてもフリンジスキャンを行ない得るように構成されているので、基準板をユーザ側で用意するような状況においても別途フリンジスキャンのための手段を付加することなく、製造コストを低廉なものとしつつ、フリンジスキャンを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置を示す装置構成図
【図２】図１に示す光路長変更部の変更例を示す概略図
【図３】本発明の第２実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置を示す装置構成図
【図４】本発明の第３実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置を示す装置構成図
【図５】本発明の第４実施形態に係るフリンジスキャン機能を備えた干渉計装置を示す装置構成図
【図６】本発明を適用した干渉計装置における第１の使用方法を説明するための概略図
【図７】本発明を適用した干渉計装置における第２の使用方法を説明するための概略図
【図８】本発明を適用した干渉計装置における第３の使用方法を説明するための概略図
【符号の説明】
１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１・・・光源
２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、５、２０５、３０５ａ、４０５、５０５、６０５・・・コリメータレンズ
３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３・・・発散レンズ
４、２１、２２、２０４、２２１、３２１、４０４、４２１、４２２、５０４、５２１、５２２、６０４、６２１、６２２・・・ハーフプリズム
４ａ、２１ａ、２２ａ、２０４ａ、２２１ａ、３２１ａ・・・ハーフミラー面
６、１０６、１０７、５０６・・・基準板
６ａ、１０６ａ、１０７ａ、２０７ａ（表面）、３０７ａ（表面）、４０６ａ（基準レンズ面）、５０６ａ、６０６ａ（被検面）・・・基準面
７、５０７、６０６、６０７・・・被検体（透明平行板）
７ａ、２０７ｂ（裏面）、３０７ｂ（裏面）、４０７ａ、５０７ａ、６０６ａ（基準面）、６０７ａ・・・被検面
７ｂ・・・非被検面
８・・・載置面
９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９・・・イメージングレンズ
１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０・・・撮像カメラ
１１・・・コンピュータ
１２・・・画像表示部
１３・・・入力手段
１４、２１４、３１４、４１４、５１４、６１４・・・ピエゾ素子
１５・・・ステージコントローラ
１６・・・ピエゾドライバ
２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０・・・パスマッチ経路部
２３、２４、２２３、２２４、２３０、２３１、３２３、３２４、３３０、３３１、４２３、４２４、４２５、５２３、５２４、５２５、６２３、６２４、６２５・・・全反射ミラー
３０、４０、４３０、５３０、６３０・・・光路長変更部
３１、４１、４３１、５３１、６３１・・・プレート
４３・・・直角二等辺三角柱プリズム
５０・・・ユニット
２０７・・・薄板サンプル
２０８、３０８、５０８、６０８・・・載置台
３０７・・・薄膜
３０５ｂ、４４１・・・収束レンズ
３０６・・・基板
４０６・・・基準レンズ
４０７・・・ボールレンズ
４４２・・・球面レンズ
５０８・・・基準板保持機構（載置台）
Ｚ・・・光軸
ｔ１・・・被検体の厚み
【図１】
2005043081.tif 000006
【図２】
2005043081.tif 000007
【図３】
2005043081.tif 000008
【図４】
2005043081.tif 000009
【図５】
2005043081.tif 000010
【図６】
2005043081.tif 000011
【図７】
2005043081.tif 000012
【図８】
2005043081.tif 000013