(57)【要約】【課題】  精密かつ迅速にコリメーションを行うことを可能にするコリメーション検査装置を提供する。【解決手段】  シェアプレートによって、被検査ビーム光の波面を、光路差を有する二つの波面に分割するとともに、その２つの波面を重ね合わせて投射することにより、干渉パターン観察部において両波面の干渉パターン像を映出させるコリメーション検査装置であって、シェアプレートへのビーム入射角度を検出するためのビーム入射角度検出部が、上記コリメーション検査装置と一体に設けられる。【選択図】  図１
2009103592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェアプレートによって、被検査ビーム光の波面を、光路差を有する二つの波面に分割するとともに、その２つの波面を重ね合わせて投射することにより、干渉パターン観察部において両波面の干渉パターン像を映出させるコリメーション検査装置であって、
シェアプレートへのビーム入射角度を検出するためのビーム入射角度検出部が、上記コリメーション検査装置と一体に設けられることを特徴とするコリメーション検査装置。
【請求項２】
上記ビーム入射角度検出部は、
シェアプレートからの透過ビームを反射するためのビームスプリッタと、
ビームスプリッタにより反射された透過ビームを結像するための結像レンズと、
結像レンズにより得られた像を映出するためのスクリーンと
を備えることを特徴とする請求項１に記載のコリメーション検査装置。
【請求項３】
上記ビーム入射角度検出部において、実際にコリメーション検査を行った際に上記スクリーンに映出された実際のビーム入射位置と、設定通りコリメーション検査を行った際に上記スクリーンに映出される理想のビーム入射位置とのずれ距離から、ビーム入射ずれ角度を求めることを特徴とする請求項２に記載のコリメーション検査装置。
【請求項４】
上記ビーム入射ずれ角度の値から、干渉縞の角度を補正計算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコリメーション検査装置。
【請求項５】
ビーム入射角度と、前記ビーム入射角度に対応する理想の干渉縞の角度と、実際に映出された干渉縞の角度との関係をデータ保存しておき、実際にコリメーション検査を行った際のビーム入射ずれ角度と映出された干渉縞の角度のみを求めることにより、自動的に前記理想の干渉縞の角度が求まることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコリメーション検査装置。
【請求項６】
上記シェアプレートは、ウエッジ形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコリメーション検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメーション検査装置、特にシェアプレートコリメーション検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビームを用いた測定においては、ビームをより遠くまで届かせるため、すなわち測定精度を上げるために、ビームを発散・収束したりしない平行な光束にするというコリメーションが行われている。
このコリメーションにおいては、シェアプレートコリメーション検査装置が一般的に用いられる。
図５に、従来の典型的なシェアプレートコリメーション検査装置２００の概略構成を示す。
上記シェアプレートコリメーション検査装置２００には、入射するビームＬ０を受光するウエッジ形のオプティカルフラット２と、上記オプティカルフラット２を透過したビームＬ０を受光する図示しないコリメーティングの基準線入りの透明板とスクリーン３とが備えられている。
ウエッジ形のオプティカルフラット２にはビームＬ０が４５度の角度で入射するように配置されている。上記オプティカルフラット２は、ビームＬ０を表面と裏面でそれぞれほぼ同一強度で反射することにより、そのビームＬ０の波面を、光路差を有する２つの波面（Ｌ１，Ｌ２）に分割する。２つの波面（Ｌ１，Ｌ２）は共にビームＬ０の光軸から直角方向へ反射されてスクリーン３上に重畳投射される。スクリーン３には２つの波面（Ｌ１，Ｌ２）の干渉パターン像３３が映出される。その干渉パターンの状態からビームＬ０の平行度等を評価することができる。
このように得られた干渉縞の平行度を基に、ビームのコリメーションの調整及び検査を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
なお、従来技術においては、観察面に既に投影された干渉縞の角度を測定し、ビーム波面の曲率半径を求める技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。また、特許文献２には、干渉縞の角度が上記コリメーティングの基準線に対して傾くことについてのメカニズムが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９０６７９号公報
【特許文献２】特開平６−１１３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、コリメーションにおいては、コリメーション検査装置の入射面に対してビームが概略垂直に入射するようにセッティングした後、測定を行っている。この測定前のセッティングの際に誤差が生じると、この誤差が干渉縞と基準線との角度の誤差となる。
そのため、干渉縞と基準線との角度を高精度で測定したい場合、測定前のセッティングを精密に行う必要がある。
ところが、従来のコリメーション検査装置では測定前のセッティングを目視で行うことが多く、精密に行うことが困難であった。また、生産ラインなどのように大量にコリメーション検査や測定を行う場合、製品１個毎に目視で測定前のセッティングを行っていては、手間と時間がかかり現実的でないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、精密かつ迅速にコリメーションを行うことを可能にするコリメーション検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様は、シェアプレートによって、被検査ビーム光の波面を、光路差を有する二つの波面に分割するとともに、その２つの波面を重ね合わせて投射することにより、干渉パターン観察部において両波面の干渉パターン像を映出させるコリメーション検査装置であって、シェアプレートへのビーム入射角度を検出するためのビーム入射角度検出部が、上記コリメーション検査装置と一体に設けられることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載の発明において、上記ビーム入射角度検出部は、シェアプレートからの透過ビームを反射するためのビームスプリッタと、ビームスプリッタにより反射された透過ビームを結像するための結像レンズと、結像レンズにより得られた像を映出するためのスクリーンとを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第三の態様は、第二の態様に記載の発明において、上記ビーム入射角度検出部において、実際にコリメーション検査を行った際に上記スクリーンに映出された実際のビーム入射位置と、設定通りコリメーション検査を行った際に上記スクリーンに映出される理想のビーム入射位置とのずれ距離から、ビーム入射ずれ角度を求めることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第四の態様は、第一乃至第三の態様のいずれかに記載の発明において、上記ビーム入射ずれ角度の値から、干渉縞の角度を補正計算することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第五の態様は、第一乃至第四の態様のいずれかに記載の発明において、ビーム入射角度と、前記ビーム入射角度に対応する理想の干渉縞の角度と、実際に映出された干渉縞の角度との関係をデータ保存しておき、実際にコリメーション検査を行った際のビーム入射ずれ角度と映出された干渉縞の角度のみを求めることにより、自動的に前記理想の干渉縞の角度が求まることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第六の態様は、第一乃至第五の態様のいずれかに記載の発明において、上記シェアプレートは、ウエッジ形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上述の構成によれば、コリメーション検査装置にビーム入射角度検出部を設け、入射ビームにおいて角度成分のみを取り出すことにより入射角度が容易にわかるようにしたことにより、コリメーション検査装置の位置などの調整無しで精密かつ迅速にコリメーション検査を行えるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施形態におけるコリメーション検査装置について図面を用いながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態によるコリメーション検査装置の概略構成を示す図である。
図２は、コリメーションチェッカーの概略構成を示す図である。
図１及び図２に示されるように、本実施形態にかかるコリメーション検査装置１００は、コリメーションチェッカー１と、干渉パターン観察部３０と、ビーム入射角度検出部４０により構成されている。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、コリメーションチェッカー１は、立方体の箱状の外枠７内に、シェアプレート２が設けられたものである。外枠７のビーム入射側面７１には、ビーム入射窓７１ａが設けられている。このビーム入射側面７１と対向する面７２には、
透過ビーム出射窓７２ａが設けられている。これらの面７１，７２と直交する方向で図示の左方側の面７３には、反射ビーム出射窓７３ａが設けられている。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、シェアプレート２は薄い略台形状の六面体形状をなすウエッジ形である。上面と下面並びに左右側面それぞれ長方形状の平行面であり、表裏面が所定角度をなす。表裏面が所定角度をなすようにしたことにより、後述するような干渉縞を得ることができる。
上記シェアプレート２は、六面体形状の下面をコリメーションチェッカー１におけるシェアプレート載置面７５に載置されている。
【００１７】
また、上記シェアプレート２は、コリメーションチェッカー１内に、ビーム入射窓７１ａからビーム入射窓７１ａに対して垂直に入射するビームＬが、シェアプレートの入射面１０に対して４５度の角度で入射するように設けられ、上記入射面１０と対向する反射面１１からの透過ビームＬ’を透過ビーム出射窓７２ａに垂直に透過し、上記入射面１０及び上記反射面１１からの反射ビームＬ’’を反射ビーム出射窓７３ａに垂直に反射するように設置されたものである。
また、上記反射ビーム出射窓７３ａにおいて、コリメーションチェッカー１内側に透明プレート５が設けられている。この透明プレート５の中心には、子午線方向にコリメーティングの基準線８が設けられている。
【００１８】
次に、干渉パターン観察部３０について説明する。
図１又は図２に示されるように、干渉パターン観察部３０はコリメーションチェッカー１と連結しており、ビーム源８から見てコリメーションチェッカー１の左方に位置する。
干渉パターン観察部３０は、結像レンズ４と、スクリーン３により構成されている。なお、干渉パターン観察部３０は、コリメーションチェッカー１で用いられた外枠７のように、全体が外枠で覆われていても良い。
【００１９】
コリメーションチェッカー１及び干渉パターン観察部３０の作用については下記の通りである。
ビーム源８から照射されたビームＬが、上記コリメーションチェッカー１のビーム入射窓７１ａから入射する。上記ビームＬが４５度の角度で入射するように配置されたウエッジ形のシェアプレート２の入射面１０に、上記ビームＬが入射する。シェアプレート２の入射面及び反射面により、ビームＬは、入射方向とは垂直方向に反射される。その結果、反射されたビームＬ’’は、コリメーティングの基準線８が配置されている透明プレート５を透過する。そして、透明プレート５を透過した反射ビームＬ’’は結像レンズ４により、スクリーン３に投影される。すなわち、上記配置により、ウエッジ形のシェアプレート２の入射面１０及び反射面１１からの反射による干渉縞がスクリーン３に投影される。
【００２０】
コリメーション検査装置１００により観察される干渉縞を示す図３より、上記のようにスクリーン３に投影された干渉縞は、ビームＬが平行光のときは傾きのない干渉縞となる（図３（ｃ））。一方、ビームＬが発散光や収束光のときは傾きを有し、シャープな干渉縞となる（図３（ｂ）（ｄ））。シェアプレート２のウエッジにより横方向に生ずるはずのティルトの干渉と、縦方向に生ずるはずのシアによる干渉との両方の影響により、干渉縞は傾きを有するためである。また、完全にビームＬが平行光になると、シアによる干渉の影響がなくなり、ティルトによる干渉の影響のみが存在するため、干渉縞が傾きのない横方向となる。なお、干渉縞が右肩上がりに傾いているとき、ビームＬは発散しており、左肩上がりに傾いているとき、ビームＬは収束している。
【００２１】
次に、ビーム入射角度検出部４０について説明する。
ビーム入射角度検出部４０はコリメーションチェッカー１と連結しており、ビーム源８
から見てコリメーションチェッカー１の後方に位置する。
なお、ビーム入射角度検出部４０は、ビーム入射角度を求めることができるならば、ビーム源８から見て干渉パターン観察部３０の後方以外に位置してもよい。また、上記ビーム入射角測定部４０と上記コリメーションチェッカー１及び上記干渉パターン観察部３０が直接には連結していないとしても、コリメーション検査装置１００としてそれらが一体となっていればよい。
ビーム入射角度検出部４０は、ビームスプリッタ６と、結像レンズ４ａと、スクリーン３ａにより構成されている。上記ビームスプリッタ６は、入射ビームを入射方向とは垂直方向に反射するものであり、入射ビームが４５度の角度で入射するように配置されている。上記ビームスプリッタ６は、スクリーン３ａにビームを照射することができるのなら、キューブ型ビームスプリッタでもよく、平行平面板でもよい。また、上記ビームスプリッタ６は、ハーフミラーのようにビームを反射及び透過するものでもよく、平行平面板のようにビームの大部分を透過するものでもよい。本実施形態では、ビームスプリッタ６として平行平面板６を図示している。
なお、ビーム入射角度検出部４０は、コリメーションチェッカー１で用いられた外枠７のように、ビーム入射角度検出部４０の全体が外枠で覆われていても良い。
【００２２】
ビーム入射角度検出部４０の作用については下記の通りである。
シェアプレート２の反射面１１を透過したビームＬ’が、上記コリメーションチェッカー１の透過ビーム出射窓７２ａを通過する。その透過ビームＬ’が平行平面板６に入射する。入射した透過ビームＬ’は、平行平面板６により、透過ビームＬ’の入射方向とは垂直方向に反射される。その結果、反射された透過ビームＬ’は結像レンズ４ａによりスクリーン３ａに投影される。すなわち、上記配置により、ウエッジ形のシェアプレート２を透過したビームＬ’のスクリーン３ａへの入射位置が測定スクリーンに投影される。
【００２３】
図４は、本実施形態のビーム入射角度検出部４０の機能を示す図である。図４において、上記のように実際のビーム入射位置（以降、実際ビーム位置ともいう）が測定スクリーンに投影されることにより、設定通りの入射角度でビームＬをシェアプレート２に入射したときの測定スクリーン３ａにおけるビーム入射位置（以降、理想ビーム位置ともいう）を基準にして、実際のビーム入射位置が理想ビーム位置に比べてどの程度のずれを有するのかが求まる。このずれが求まることにより、ビームの入射角度のずれが計算される。
上記計算ついて、下記で説明する。
【００２４】
図４に示されるように、設定通りの理想ビームが結像レンズを通過する位置の中心をＯ’、スクリーン３ａに投影される理想ビーム位置の中心をＯとする。実際ビーム位置の中心をＰとし、理想ビームと実際ビームとの位置ずれ距離、すなわちＯ とＰの距離をｙと
する。また、焦点距離、すなわちＯとＯ’の距離をｆとする。そして、理想ビームと実際ビームとの入射角度のずれである、ビーム入射ずれ角度をｄとする。
このとき、位置ずれ距離ｙは下記式（１）で表される。
ｙ＝ｆ×ｔａｎｄ           （１）
【００２５】
式（１）より、ずれ角度ｄは
ｄ＝ｔａｎ−１（ｙ／ｆ）    （２）
となり、ずれ角度ｄを求めることができる。
これにより、理想ビームの設定角度は既知であることから、この設定角度にずれ角度ｄを考慮した数値が実際のビームの入射角度となる。
【００２６】
上記のように、実際のビームの入射角度を求めることにより、製品１個毎に目視でコリメーション装置の位置を移動させることなく、製品全てに対応するビーム源を移動させることにより容易かつ精密にコリメーション検査を行うことができる。
【００２７】
また、ビーム入射角度検出部において求めた上記ビーム入射角度により、干渉パターン観察部において得た上記干渉縞の傾きの角度を補正することについて以下に述べる。
【００２８】
例えば、ビームの曲率半径を求める場合を挙げる。
図３（ａ）に示されるように、上記干渉縞の傾きによる角度をθ、シェアプレートからの反射光の横ずれ量をＳ、干渉縞のフリンジ間隔をｔ、入射ビーム波長をλ、入射ビームの曲率半径をｒとすると、ｒは下記式（３）で求められる。
ｒ＝Ｓｔ／λｓｉｎθ     （３）
【００２９】
図１より、シェアプレートから反射した反射ビームのビーム軸を回転軸としてコリメーション検査装置が傾いている場合、上記のように入射角がｄずれていることから、このずれ角度を式（３）において考慮する必要がある。ｄを考慮すると、曲率半径ｒを求める式（３）は下記式（４）となる
ｒ≒Ｓｔ／λｓｉｎ（θ−ｄ）    （４）
【００３０】
式（４）のように、上記干渉縞の傾きによる角度θから、ずれ角度ｄを減ずることにより、ビーム入射角度に対応する理想の干渉縞の角度Ｔ（＝θ―ｄ）を求めることができる。これにより、コリメーション検査装置を補正のために移動させることなく、精密な曲率半径を求めることができる。なお、図１のコリメーション検査装置上面図に対して鉛直方向の軸を回転軸としてコリメーション検査装置が傾く場合、補正は不要である。
【００３１】
また、ビーム入射角度と、前記ビーム入射角度に対応する理想の干渉縞の角度と、実際に映出された干渉縞の角度との関係をデータ保存しておき、実際にコリメーション検査を行った際のビーム入射ずれ角度と映出された干渉縞の角度のみを求めることにより、自動的に前記理想の干渉縞の角度が求まるようにしてもよい。これにより、コリメーション検査の上記補正計算を省略することができる。
【００３２】
本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
コリメーション検査装置において、干渉パターン観察部とビーム入射角度検出部とを一体に構成したことにより、コリメーション検査前又は同時にビームの入射角を求めることができ、容易かつ精密なコリメーション検査セッティングを行うことができる。
また、ビーム入射角度検出部において求めた上記ビーム入射角により、干渉パターン観察部において得た上記干渉縞の傾きの角度を補正計算すれば、コリメーション検査装置のみではなくビーム源その他装置をも動かすことなく、コリメーション検査を行うことができる。そのため、生産ラインなどで高速に検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態によるコリメーション検査装置の概略構成を示す上面図である。
【図２】コリメーションチェッカーの概略構成を示す図である。
【図３】コリメーション検査装置により観察される干渉縞を示す図である。
【図４】本実施形態のビーム入射角度検出部の機能を示す説明図である。
【図５】従来のコリメーション検査装置の概略構成を示す断面図及び正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      コリメーションチェッカー
２      シェアプレート（オプティカルフラット）
３      スクリーン
４      結像レンズ
５      透明プレート
６      平行平面板
７      外枠
８      コリメーティングの基準線
９      ビーム源
１０    入射面
１１    反射面
３０    干渉パターン観察部
３３    干渉パターン像
４０    ビーム入射角度検出部
１００  コリメーション検査装置
２００  コリメーション検査装置
Ｌ      ビーム
Ｌ’    透過ビーム
Ｌ’’  反射ビーム
Ｌ０    ビーム（分割前）
Ｌ１、Ｌ２    ビーム（分割後）
Ｌａ    ビーム（理想）
Ｌｂ    ビーム（実際）
【図１】
2009103592.tif 000003
【図２】
2009103592.tif 000004
【図３】
2009103592.tif 000005
【図４】
2009103592.tif 000006
【図５】
2009103592.tif 000007