(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光を平行光束とした後、基準板および被検体に照射し、該基準板の基準面と該被検体の被検面両者からの反射光を干渉せしめ、その干渉光を光路中に配したハーフミラーにより分割し、その一方によりスクリーン上に前記被検面の形状情報を担持した干渉縞画像を生成する干渉計装置において、
前記基準板および前記ハーフミラーが、共に、表裏面が非平行で楔形状となるように構成されるとともに、これら両部材における楔の厚い薄いが互いに略逆の配置となるように構成されてなることを特徴とする干渉計装置。
【請求項２】
前記基準板および前記ハーフミラーのうちの一方の楔形状によって屈曲された光路が、他方の楔形状によって補償されるように形成されてなることを特徴とする請求項１記載の干渉計装置。
【請求項３】
前記ハーフミラーは平行光束中に配されていることを特徴とする請求項１または２記載の干渉計装置。
【請求項４】
前記基準板の屈折率をＮ、楔角をａ、前記ハーフミラーの屈折率をｎ、楔角をθとするとき、下記条件式を満足することを特徴とする請求項３記載の干渉計装置。
tanθ＝{sin(ａ−ｂ＋ｃ)−ｎsinｄ}／{cos(ａ−ｂ＋ｃ)−ｎcosｄ}
ただし、前記光源から出射された測定光の前記ハーフミラー面への入射角をｄとし、その測定光の前記ハーフミラー面からの出射角をｃとし、その測定光の前記基準板の裏面への入射角をｂとし、その測定光の屈折角をａとする。さらに、該測定光は、前記基準面に対して、垂直入射および垂直出射されるものとし、前記ハーフミラーで反射され、撮像面に入射する反射光は、前記光源から出射された測定光の光路、および基準面から被検面に至る測定光の光路に対して90度の角度を有するように設定されるものとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可干渉距離の長い測定光を用いて被検体の干渉縞情報を得る干渉計装置に関し、特に、基準板裏面からの干渉縞ノイズを除去し得るフィゾー型等の干渉計装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、干渉計装置としてフィゾー型のものが広く用いられている。このフィゾー型の干渉計装置においては、基準板の基準面で反射した光ビームおよび該基準板を透過した後被検面で反射した光ビームの干渉作用により撮像面上に干渉縞を形成させ、この干渉縞を観察測定することにより被検面評価を行なうようになっている。
【０００３】
ところで、フィゾー型の干渉計装置では、一般に、被検体のセッティングを行なうため基準面と被検面の間隔をある程度まで大きくする必要があり、光源からの光は少なくともこの間隔の２倍程度の可干渉距離を有することが必要である。
【０００４】
しかし、そのために、被検面からの反射光との光路差が被検体の厚みの２倍とされた被検体裏面からの反射光により生じる干渉縞が、本来の干渉縞上にノイズの干渉縞として重畳するという問題がある。
【０００５】
このことを図３を用いて説明する。
【０００６】
すなわち、光源１から出力された測定光は発散レンズ２およびピンホール板３によって発散光とされ、偏光ビームスプリッタ４およびλ／４板５を介してＰ偏光から楕円偏光に変換され、コリメータレンズ６によって平行光とされて基準板７および被検体８に照射される。基準板７の基準面７ａおよび被検体８の被検面８ａの両面で反射された２光束は互いに干渉し、λ／４板５において楕円偏光からＳ偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッタ４において側方に反射されスクリーン９上に被検面８ａの形状情報を担持した干渉縞画像を形成する。
【０００７】
この干渉縞画像は前述したように、被検面８ａからの反射光と基準面７ａからの反射光との干渉によるものであるが、光源１からの測定光の可干渉距離が大きいために、被検面８ａからの反射光は基準板７の裏面７ｂからの反射光とも干渉し合い、それによる干渉光は同一光路を辿ってスクリーン９に達し、このスクリーン９上に本来の干渉縞と識別が困難な干渉縞ノイズを生成してしまう。
【０００８】
このような問題解決にあたっては、基準板の表裏面を互いに非平行として、楔形状とすることで、基準板裏面７ｂからの反射光は観察光路からはずれ、結果としてこの基準板裏面７ｂからの反射光に係る干渉縞ノイズが観察スクリーン９上に形成されないようにした従来技術が知られている（例えば、富士写真光機(株)製  レーザ干渉計Ｆ−６０１）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、楔形状とした基準板７を配設した場合、基準面７ａからの光出射角および基準面７ａに対する光入射角は０°となるように規定されているから、光源１からの測定光は、往路、復路共に、基準板７の裏面７ｂに所定の角度をもって入射し、この面で屈折することとなる。すなわち、装置全体の光軸が基準板裏面７ｂで折れ曲がった状態となってしまう。このように装置全体の光軸が、途中で折れ曲がった状態となると、このような干渉計装置の全長は長いことから、全体として構成部材が光軸幅方向に大きくずれることとなり、装置筐体および２軸調整台の設計が面倒なものとなる。さらに、装置光学系（光源からスクリーンまで）の調整も面倒となり、光軸調整のためのターゲットの設計も複雑となる。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、装置筐体および２軸調整台等の設計および装置光学系の調整を困難なものとする装置全体の光軸の幅方向のずれを防止しつつ、基準面以外の光学面からの反射光による干渉縞ノイズの影響を排除し得る干渉計装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の干渉計装置は、光源から射出された光を平行光束とした後、基準板および被検体に照射し、該基準板の基準面と該被検体の被検面両者からの反射光を干渉せしめ、その干渉光を光路中に配したハーフミラーにより分割し、その一方によりスクリーン上に前記被検面の形状情報を担持した干渉縞画像を生成する干渉計装置において、
前記基準板および前記ハーフミラーが、共に、表裏面が非平行で楔形状となるように構成されるとともに、これら両部材における楔の厚い薄いが互いに略逆の配置となるように構成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記基準板およびハーフミラーのうちの一方の楔形状によって屈曲された光路が、他方の楔形状によって補償されるように形成されてなることが好ましい。
【００１３】
ここで、「補償されるように」とは、補償された光路が、元の光路に対して少なくとも光学的な角度において略等しくなるようにように、すなわち光学的に略平行となるように設定されることをいう。
【００１４】
さらに、前記ハーフミラーは平行光束中に配されていることが好ましい。
【００１５】
この場合において、前記基準板の屈折率をＮ、楔角をａ、前記ハーフミラーの屈折率をｎ、楔角をθとするとき、下記条件式を満足することが好ましい。
tanθ＝{sin(ａ−ｂ＋ｃ)−ｎsinｄ}／{cos(ａ−ｂ＋ｃ)−ｎcosｄ}
ただし、前記光源から出射された測定光の前記ハーフミラー面への入射角をｄとし、その測定光の前記ハーフミラー面からの出射角をｃとし、その測定光の前記基準板の裏面への入射角をｂとし、その測定光の屈折角をａとする。さらに、該測定光は、前記基準面に対して、垂直入射および垂直出射されるものとし、前記ハーフミラーで反射され、撮像面に入射する反射光は、前記光源から射出された測定光の光路、および基準面から被検面に至る測定光の光路に対して90度の角度を有するように設定されるものとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係る干渉計装置を示すものである。
【００１７】
この干渉計装置において、白色光等の広帯域な波長成分を有する光を出力する光源１０１から出力された測定光は、発散レンズ１０２およびピンホール板１０３によって発散光とされ、コリメータレンズ１０６により平行光とされ、楔形のハーフミラー１０４を介して、楔形の基準板１０７および被検体１０８に照射される。
【００１８】
基準板１０７の基準面１０７ａおよび被検体１０８の被検面１０８ａからの、上記測定光の反射光は互いに干渉し合い、ハーフミラー１０４のハーフミラー面１０４ａで側方に反射され、結像レンズ１１０およびピンホール板１１１を介して、ＣＣＤ素子の撮像面（スクリーン）１０９上に干渉縞画像を形成する。なお、この後ＣＣＤ素子により光電変換された干渉縞画像情報に基づき、ＣＲＴ等の画像表示部（図示されていない）上に干渉縞画像が表示される。
【００１９】
ところで、本実施形態の干渉計装置においては、ハーフミラー１０４および基準板１０７の両部材を、表裏面が非平行となる所定の楔状とし、かつ楔の方向が互いに逆向きとなるように配置することにより、基準面以外の光学面からの反射光による干渉縞ノイズの影響を排除するとともに、光学系の設計および調整が困難なものとなる装置全体の光軸の折れ曲がりを防止している。
【００２０】
すなわち、ハーフミラー１０４と基準板１０７はいずれも楔形状とされており、被検面１０８ａと基準面１０７ａの両者からの反射光による干渉光であって、ハーフミラー面１０４ａにおいて反射されたもののみが撮像面１０９に到達するようになっており、被検面１０８ａと基準板裏面１０７ｂの両者からの反射光による干渉光や、被検面１０８ａと基準面１０７ａの両者からの反射光による干渉光であっても、ハーフミラー１０４の裏面１０４ｂにより反射されたものは、別方向に反射されて撮像面１０９に到達できないように、楔角の大きさが設定されている。
【００２１】
また、基準板１０７を楔形状とすると、裏面１０７ｂで光軸が屈曲することは避けられないが、本実施形態のものでは、基準板１０７の裏面１０７ｂによって屈曲された光軸をハーフミラー１０４によって逆方向に屈曲せしめて、被検面１０８ａから基準板１０７までの光軸は、光源１０１からハーフミラー１０４までの光軸と略平行となるようにすることで、装置全体の光軸が実質的に１本とみなしてもさしつかえないようにして光学系の設計および調整の困難性を回避している。
【００２２】
このことを、図２を用いて説明する。
ここで、図２における各記号を、下記の如く定義する。
【００２３】
すなわち、光源１０１から出射された測定光のハーフミラー裏面１０４ｂへの入射角をｆとし、その屈折角をｅとし、そのハーフミラー面１０４ａへの入射角をｄとし、その出射角をｃとし、その基準板裏面１０７ｂへの入射角をｂとし、その屈折角をａとする。また、基準板１０７の屈折率をＮ、楔角をａとし、ハーフミラー１０４の屈折率をｎ、楔角をθとする。さらに、測定光は、基準面１０７ａに対して、垂直入射および垂直出射されるものとし、ハーフミラー面１０４ａで反射され、撮像面１０９に入射する反射光は、上記光源１０１から出射された測定光の光路および基準面１０７ａから被検面１０８ａに至る測定光の光路に対して90度の角度となるように設定される場合を考えるものとする。
【００２４】
このような前提の下、角度ａは既値であるから、下式（１）よりｂの値が定まる。
【００２５】
【数１】
0004349506.tif 000002
【００２６】
次に、下式（２）よりｃの値が定まる。
【００２７】
【数２】
0004349506.tif 000003
【００２８】
さらに、下式（３）よりｄの値が定まる。
【００２９】
【数３】
0004349506.tif 000004
【００３０】
次に、下式（４）よりｅの値が定まる。
【００３１】
【数４】
0004349506.tif 000005
【００３２】
さらに、下式（５）よりｆの値が定まる。
【００３３】
【数５】
0004349506.tif 000006
【００３４】
また、図２に示す如く、角度の和から下式（６）が定まる。
【００３５】
【数６】
0004349506.tif 000007
【００３６】
次に、上記（４）、（５）、（６）の各式から下式（７）が得られる。
【００３７】
【数７】
0004349506.tif 000008
【００３８】
したがって、下記正弦定理を用いて上式（７）を展開していくと、最終的に下式（８）が得られる。
【００３９】
【数８】
0004349506.tif 000009
【００４０】
すなわち、ハーフミラー１０４の楔角θを、上記（８）式の左辺により表される式の逆正接関数で表される値θ´とすれば、被検面１０８ａから基準板１０７までの光軸が、光源１０１からハーフミラー１０４までの光軸と略平行となるように設定することができる。
【００４１】
すなわち、上記実施形態のものでは、ハーフミラー１０４の楔角θを、基準板１０７の屈折率Ｎ、楔角ａおよびハーフミラー１０４の屈折率ｎから特定できることとなる。
【００４２】
ただし、実際には光学系の調節範囲が所定量だけ設けられているので、ハーフミラー１０４の許容される楔角θは、一般に0.9×θ´＜θ＜1.1×θ´なる式を満足するように設定すればよい。
【００４３】
なお、本発明の干渉計装置としては、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。例えば、上記実施形態においては、ＣＣＤ素子の撮像面１０９上に干渉縞画像を形成するようにしているが、これに代えて拡散面を有する光学スクリーンを設け、そのスクリーン上に干渉縞画像を形成し、これを目視により観察することも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の干渉計装置によれば、光源からの測定光を透過させる基準板のみならず干渉光を側方に導くためのハーフミラーが、共に、表裏面が非平行の楔形状となるように構成されているので、基準板の裏面からの反射光による干渉縞ノイズのみならず、基準面からの反射光による干渉光であっても上記ハーフミラーの裏面で反射されてノイズとされるものも、スクリーン上に生成されないようにすることができる。
【００４５】
そして、これら両部材において、その楔形状の厚い薄いが、互いに略逆の配置となるように構成することで、２つの楔形状による光路の屈曲方向を互いに逆とし、屈曲による影響を互いに相殺し、これにより装置全体の光軸の折れ曲がりを防止することができる。
【００４６】
すなわち、本発明の干渉計装置によれば、従来から知られていた、楔形状化によるノイズ除去という手法を、光学系中で最も干渉縞ノイズを生成しやすい２つの光学部材に採用し、これら２つの光学部材の楔方向を巧みに組み合わせることにより、装置筐体等の設計および光学系の調整を困難なものとする装置全体の光軸の折れ曲がりを防止するという作用効果を得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る干渉計装置を示す概略図
【図２】図１に示す干渉計装置における部分拡大図
【図３】従来の一般的なフィゾー型干渉計装置を示す概略図
【符号の説明】
１、１０１      光源
２、１０２      発散レンズ
３、１０３、１１１      ピンホール板
４      偏光ビームスプリッタ
５      λ/４板
６、１０６      コリメータレンズ
７、１０７      基準板
７ａ、１０７ａ    基準面
７ｂ、１０７ｂ    基準板裏面
８、１０８      被検体
８ａ、１０８ａ    被検面
９、１０９      撮像面（スクリーン）
１０４      ハーフミラー
１０４ａ    ハーフミラー面
１０４ｂ    ハーフミラー裏面
１１０      結像レンズ
【図１】
0004349506.tif 000010
【図２】
0004349506.tif 000011
【図３】
0004349506.tif 000012