(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準板の基準面および被検面で反射した２つの光ビームをスポット状に集光させた後、これら両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るように構成された干渉計において、
片面が粗面状に形成されるとともに中央に光透過孔が形成されたアライメントスクリーンと、中央に光透過孔が形成された遮光部材と、前記アライメントスクリーンおよび前記遮光部材のうちの一方を、前記両光ビームがスポット状に集光されるビームスポット形成位置に選択的に配置する切換手段とを備え、
前記基準面および前記被検面をアライメントする際には、前記アライメントスクリーンを前記ビームスポット形成位置に配置するとともに、
前記干渉縞の観察測定を行う際には、前記遮光板を前記ビームスポット形成位置に配置し、前記基準板の、前記基準面の反対側の面からの反射光により形成されるビームスポットが前記ビームスポット形成位置において散乱光となって前記干渉縞の像にノイズとして重畳されるのを防止するように構成されていることを特徴とするノイズ防止機能付干渉計。
【請求項２】
高反射率の前記被検面を観察測定する時には、前記干渉計の光路上に、前記撮像面に入射する光ビームの強度を減殺させる減光部材を配置するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のノイズ防止機能付干渉計。
【請求項３】
前記減光部材が、前記切換手段により、前記アライメントスクリーンおよび前記遮光部材と選択的に前記ビームスポット形成位置に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のノイズ防止機能付干渉計。
【請求項４】
前記切換手段がターレット状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のノイズ防止機能付干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノイズ防止機能付干渉計、すなわち基準面および被検面のアライメントに起因して発生するノイズを防止し得るように構成された干渉計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、干渉計としてフィゾー型の干渉計が広く用いられている。このフィゾー型の干渉計においては、基準板の基準面および該基準板を透過した後被検面で反射した２つの光ビームをスポット状に集光させた後、両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、被検面評価を行うようになっている。
上記干渉計において被検面評価を正確に行うためには、基準面と被検面とを正確な位置関係で配置しておくことが必要である。このため干渉計においては、測定を行う前に、基準面および被検面のアライメントを行うようになっている。
【０００３】
このアライメントの方法としては、従来より、下面（片面）が粗面状に形成されるとともに中央に光透過孔が形成されたアライメントスクリーンを、反射光ビームがスポット状に集光される位置に配置して該アライメントスクリーンの下面に基準面および被検面からの反射光のビームスポットを結像させ、この状態で基準面および被検面の傾斜角を各々調整して両反射光のビームスポットを上記光透過孔において一致させることにより、アライメントを行う方法が知られている。
【０００４】
ところで、フィゾー型の干渉計においては、基準板の基準面のみならずその反対側の面（以下「基準板裏面」と称する）からも反射光が生じるが、これら両反射光の向きが完全に一致してしまうのを防止するため、基準板の両面は完全に平行ではなく僅かにウェッジ状に形成されている。したがって、基準板の両面からの反射光のビームスポットは、図６（ａ）に示すように、アライメントスクリーン３０上においては、近接した１対のビームスポットＡ、Ｂとなって現れる。そして、図６（ｂ）に示すように、これら１対のビームスポットＡ、Ｂのうち、基準面からの反射光のビームスポットＡを光透過孔３０ｂに位置合わせすることにより、基準面のアライメントが行われるようになっている。
【０００５】
上記アライメントにより基準面からの反射光のビームスポットＡが光透過孔に位置合わせされたとき、当然ながら、基準板裏面からの反射光のビームスポットＢは、図６（ｂ）および図７に示すように、アライメントスクリーン３０上の光透過孔近傍に残ったままとなる。このビームスポットＢを形成する基準板裏面からの反射光は、図８に示すように、粗面状に形成されたアライメントスクリーン下面３０ａで散乱光となってアライメントスクリーン３０を透過する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィゾー型の干渉計における測定対象は、通常、ガラスの表面やミラー等の高反射面であり、その光反射率は数パーセントから１００パーセントであるが、光学部品によっては、使用中に光学的なノイズを発生させないようにするため、その表面に使用される光ビームの波長に応じた反射防止膜コーティングが施されるものもあり、このような光学部品の表面の反射率は極めて低いものとなる。そして、このような低反射率の表面が被検面となる場合には、被検面からの反射光と基準面からの反射光との光強度バランスが悪くなり、これに伴い、撮像面上に形成される干渉縞のコントラストも低下し、干渉縞の観察測定を行いにくくなる。特に、干渉縞から被検面の形状を自動的に解析する解析装置の使用が困難なものとなる。
【０００７】
これに対し、基準面にも被検体に施されたのと同様の反射防止膜をコーティングすることにより反射光を低減させ、被検面からの反射光との強度比を１に近づけるようにすれば、干渉縞のコントラストを向上させることが可能である。
しかしながら、このようにした場合には、干渉縞を形成している測定光の強度は、被検面および基準面共に反射防止膜コーティングが施されていない場合に比して１／１０以下となる。このため、例えば、ＴＶカメラのような観察手段では光量不足となり、正常な画像を得ることが困難となる。
【０００８】
これに対し、観察手段の光感度を上げるようにすれば、光量不足については解決可能であるが、上記アライメントスクリーンのビームスポットＢからの散乱光も撮像面に到達して、測定光により形成された干渉縞の像にノイズとして重畳され、これにより精度よく観察測定を行うことができなくなるという問題が生じる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基準面および被検面で反射した２つの光ビームがスポット状に集光される位置にアライメントスクリーンを配置して基準面および被検面のアライメントを行う干渉計において、被検面の反射率が低い場合であっても干渉縞の観察測定を精度よく行うことができるノイズ防止機能付干渉計を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るノイズ防止機能付干渉計は、基準板の基準面および被検面で反射した２つの光ビームをスポット状に集光させた後、これら両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るように構成された干渉計において、
片面が粗面状に形成されるとともに中央に光透過孔が形成されたアライメントスクリーンと、中央に光透過孔が形成された遮光部材と、前記アライメントスクリーンおよび前記遮光部材のうちの一方を、前記両光ビームがスポット状に集光されるビームスポット形成位置に選択的に配置する切換手段とを備え、
前記基準面および前記被検面をアライメントする際には、前記アライメントスクリーンを前記ビームスポット形成位置に配置するとともに、
前記干渉縞の観察測定を行う際には、前記遮光板を前記ビームスポット形成位置に配置し、前記基準板の、前記基準面の反対側の面（基準板裏面）からの反射光により形成されるビームスポットが前記ビームスポット形成位置において散乱光となって前記干渉縞の像にノイズとして重畳されるのを防止するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
上記構成において、高反射率の前記被検面を観察測定する時には、前記干渉計の光路上に、前記撮像面に入射する光ビームの強度を減殺させる減光部材を配置する構成とするのが好ましい。その具体的構成としては、例えば、上記切換手段により減光部材をアライメントスクリーンおよび遮光部材と選択的にビームスポット形成位置に配置する構成を採用することができる。この場合における切換手段は、例えばターレット状に形成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るノイズ防止機能付干渉計を示す正面図である。
図示のように、このノイズ防止機能付干渉計は、フィゾー型のレーザ干渉計であり、レーザ光源１２と、発散レンズ１４と、ハーフプリズム１６と、コリメータレンズ１８と、基準板支持機構２０と、被検体支持機構２２と、観察像結像レンズ２４と、ＣＣＤカメラ２６と、モニタ２８と、アライメントスクリーン３０と、遮光板３２と、切換機構３４とを備えてなり、上記基準板支持機構２０および被検体支持機構２２には、平板状の基準板２および被検体４が各々支持されている。
【００１２】
上記レーザ光源１２から射出され、発散レンズ１４で発散された光ビームは、ハーフプリズム１６で下方に反射されてコリメータレンズ１８により平行光にされた後、基準板２に入射するようになっている。この基準板２の基準面２ａとなる下面（反コリメータレンズ側の面）は、極めて平面度の高い半透鏡平面に形成されている。一方、基準板２の上面２ｂ（基準板裏面）は、基準面２ａと略平行で滑らかな平面であるが、基準面２ａに対して僅かに傾斜している。上記基準板支持機構２０の角度調整（アライメント）により、コリメータレンズ１８からの平行光を基準面２ａに垂直に入射させるようになっている。
上記基準板２の下方には、該基準板２と所定間隔をおいて被検体４が配されており、基準板２を透過した光ビームを入射させるようになっている。この被検体４の上面が被検面４ａであって、被検体支持機構２２の角度調整（アライメント）により、基準板２からの光ビームを被検面４ａに垂直に入射させるようになっている。
【００１３】
上記被検体４の上面には反射防止膜コーティングが施されており、その被検面４ａの反射率は極めて低いものとなっている。このような場合には、被検面４ａからの反射光と基準面２ａからの反射光との光強度バランスが悪くなり、これに伴い、撮像面上に形成される干渉縞のコントラストも低下してしまい、干渉縞の観察測定が行いにくくなる。このため、本実施例においては、基準面２ａにも被検体４に施されたのと同様の反射防止膜をコーティングすることにより反射光を低減させ、被検面４ａからの反射光との強度比を１に近づけるようにしている。
【００１４】
上記基準面２ａおよび被検面４ａで反射した２つの光ビームは、コリメータレンズ１８により集束せしめられながらハーフプリズム１６を透過し、その上方に配置された観察像結像レンズ２４を介してＣＣＤカメラ２６の撮像面２６ａ上に結像され、さらにその撮像信号がモニタ２８に送出されて画像表示されるようになっている。
上記被検面４ａに凹凸等があると、基準面２ａおよび被検面４ａで反射した２つの光ビーム相互間に位相ずれが生じ、これに伴う両光ビームの干渉作用によりＣＣＤカメラ２６の撮像面２６ａ上に干渉縞が形成されるので、モニタ２８でこの干渉縞を観察測定することにより被検面４ａの評価を行い得るようになっている。
【００１５】
上述したように、本実施例においては、上記基準面２ａおよび被検面４ａの反射率は極めて低いので、干渉縞を形成している測定光の強度は、基準面２ａおよび被検面４ａ共に反射防止膜コーティングが施されていない場合に比して１／１０以下となる。このため、ＣＣＤカメラ２６の光感度を上げて測定を行うようになっている。
上記基準面２ａおよび被検面４ａで反射した２つの光ビームは、上記コリメータレンズ１８の集束作用により一旦スポット状に集光した後観察像結像レンズ２４に入射するが、上記両光ビームがスポット状に集光される位置（ビームスポット形成位置）にはアライメントスクリーン３０が配置されている。
【００１６】
上記干渉縞の観察測定に先立ち、基準板支持機構２０および被検体支持機構２２の角度調整により基準面２ａおよび被検面４ａのアライメントが行われるが、このアライメントは、上記アライメントスクリーン３０を用いて行われるようになっている。
このアライメントスクリーン３０は、光透過可能な材質（ガラス）からなる平板部材であり、その下面３０ａ（片面）が粗面状に形成されるとともにその中央には光透過孔３０ｂが形成されている。この光透過孔３０ｂは逆円錐状に形成されている。なお、アライメントスクリーン３０の上面３０ｃは研磨面である。
【００１７】
そして、上記アライメントの際には、アライメントスクリーン３０の下面３０ａに基準面２ａおよび被検面４ａからの反射光のビームスポットＡ、Ｂを結像させ、この状態で基準面２ａおよび被検面４ａの傾斜角を各々調整して両反射光のビームスポットＡ、Ｂを光透過孔３０ｂにおいて一致させることにより、アライメントを行うようになっている。
なお、上記アライメントの際には、上記両反射光のビームスポットＡ、ＢをＣＣＤカメラ２６の撮像面２６ａ上に結像させるようにするため、上記観察像結像レンズ２４に代えてスポット像結像レンズ（これについては後述する）が用いられるようになっている。
【００１８】
ところで、上述した如き干渉計においては、基準板２の基準面２ａのみならず基準板裏面２ｂからも反射光が生じるが、これら両反射光の向きが完全に一致してしまうのを防止するため、上記のように基準板２の両面２ａ、２ｂは完全に平行ではなく僅かにウェッジ状に形成されている。したがって、基準板２の両面２ａ、２ｂからの反射光のビームスポットは、図６（ａ）に示すように、アライメントスクリーン３０上においては、近接した１対のビームスポットＡ、Ｂとなって現れる。そして、図６（ｂ）に示すように、これら１対のビームスポットＡ、Ｂのうち、基準面２ａからの反射光のビームスポットＡを光透過孔に位置合わせすることにより、基準面２ａのアライメントが行われるようになっている。
【００１９】
上記アライメントにより基準面２ａからの反射光のビームスポットＡが光透過孔３０ｂに位置合わせされたとき、当然ながら、基準板裏面２ｂからの反射光のビームスポットＢは、図６（ｂ）および図７に示すように、アライメントスクリーン３０上の光透過孔３０ｂ近傍に残ったままとなる。このビームスポットＢを形成する基準板裏面２ｂからの反射光は、図８に示すように、粗面状に形成されたアライメントスクリーン３０の下面３０ａで散乱光となってアライメントスクリーン３０を透過する。
【００２０】
上述したように、本実施例においては、低反射率の基準面２ａおよび被検面４ａに対応させて、ＣＣＤカメラ２６の光感度を上げて測定を行うようになっており、上記アライメントスクリーン３０のビームスポットＢからの散乱光がＣＣＤカメラ２６の撮像面２６ａに到達すると、測定光により形成された干渉縞の像にノイズとして重畳されるので、精度よく観察測定を行うことができなくなる。
【００２１】
このため、本実施例においては、図１に示すように、上記アライメントスクリーン３０と共に遮光板３２が切換機構３４に支持されており、この切換機構３４の切換操作により、アライメントスクリーン３０および遮光板３２のうちの一方を、上記ビームスポット形成位置に選択的に配置し得るようになっている。そして、アライメントスクリーン３０をビームスポット形成位置に配置して上記アライメントを行った後、切換機構３４の切換操作により遮光板３２を上記ビームスポット形成位置に配置して干渉縞の観察測定を行うように構成されている。上記遮光板３２は、光透過不能な材質からなり、その中央には光透過孔３０ｂと同一径の光透過孔（貫通孔）３２ａが形成されている。この光透過孔３２ａも逆円錐状に形成されている。
【００２２】
このように、干渉縞の観察測定時、ビームスポット形成位置に遮光板３２を配置することにより、その光透過孔３２ａを通る光ビーム以外はすべて遮断することができるので、基準板裏面２ｂからの反射光により形成されるビームスポットＢが上記ビームスポット形成位置において散乱光となって、ＣＣＤカメラ２６の撮像面２６ａに到達し、干渉縞の像にノイズとして重畳されるのを防止することができる。
したがって、本実施例によれば、被検面４ａの反射率が低い場合においても干渉縞の観察測定を精度よく行うことができる。
【００２３】
図２は、上記アライメントスクリーン３０および遮光板３２を支持する切換機構３４を、上記観察像結像レンズ２４およびスポット像結像レンズ３６を支持する切換機構３８とともに示す斜視図であり、図３はその側面図、図４はその平面図である。
これらの図に示すように、切換機構３４は、ターレット４０と、このターレット４０の中央の孔４０ａに固定された回転軸部材４２と、ターレット４０上の同一円周上に９０°間隔で取り付けられたアライメントスクリーン支持具４４および遮光板支持具４６と、ターレット４０を干渉計光軸と平行な回転軸線Ａｘ回りに回動させる操作レバー４８とを備えてなっており、操作レバー４８を９０°回動させることにより、アライメントスクリーン３０および遮光板３２のうちの一方を、上記ビームスポット形成位置に選択的に配置するようになっている。上記アライメントスクリーン支持具４４および遮光板支持具４６は、互いに干渉しないようにターレット４０の上下両面に分けて配置されている。
【００２４】
また、切換機構３８は、ターレット５０と、このターレット５０の中央の孔５０ａに固定された回転軸部材５２と、ターレット５０上の同一円周上に９０°間隔で取り付けられた観察像結像レンズ支持具５４およびスポット像結像レンズ支持具５６と、ターレット５０を上記回転軸線Ａｘ回りに回動させる操作レバー５８とを備えてなり、操作レバー５８を９０°回動させることにより、観察像結像レンズ２４およびスポット像結像レンズ３６のうちの一方を、上記ビームスポット形成位置よりも撮像面２６ａ側の干渉計光軸上に選択的に配置するようになっている。上記観察像結像レンズ支持具５４およびスポット像結像レンズ支持具５６は、互いに干渉しないようにターレット５０の上下両面に分けて配置されている。
【００２５】
上記切換機構３４のターレット４０と切換機構３８のターレット５０との間にはスペーサ支持ブロック６０が配置されている。このスペーサ支持ブロック６０は、両ターレット４０、５０の上下間隔を一定寸法に維持するとともに、その上下貫通孔６０ａにおいて両切換機構３４、３８の回転軸部材４２、５２を回転可能に支持するようになっている。
上記スペーサ支持ブロック６０の上下両端面には、圧縮ばねにより突出方向に付勢されたクリックボール６２、６４が設けられており、一方、ターレット４０の上面およびターレット５０の下面には、円周方向９０°間隔で２つのクリック穴４０ｂ、５０ｂが形成されている。上記クリックボール６２とクリック穴４０ｂとの係合および上記クリックボール６４とクリック穴５０ｂとの係合により、両切換機構３４、３８の切換操作における位置精度確保を図るようになっている。
【００２６】
上記スペーサ支持ブロック６０は、ボルト６６により、干渉計本体壁６８に固定されている。この干渉計本体壁６８には、上記両ターレット４０、５０の外周部近傍においてこれら各ターレット４０、５０を挿通させる水平スリット６８ａ、６８ｂが形成されている。さらに、この干渉計本体壁６８の外側に位置する干渉計カバー７０には、上記両操作レバー４８、５８を挿通させる水平スリット７０ａ、７０ｂが形成されている。
【００２７】
図５は、図２のV-V 線断面図である。この図に示すように、アライメントスクリーン支持具４４には、アライメントスクリーンの光透過孔３０ｂとは逆の円錐状の貫通孔４４ａが形成されている。
上記切換機構３４を用いることにより、アライメントスクリーン３０と遮光板３２との切換えを、操作レバー４８の回動操作により容易に行うことができる。また、上記切換機構３８を用いることにより、切換機構３４の切換操作に伴い必要となる観察像結像レンズ２４とスポット像結像レンズ３６との切換えについても、操作レバー５８の回動操作により容易に行うことができる。
【００２８】
本実施例においてはフィゾー型の干渉計について説明したが、もちろんこれに限定されるものではなく、マイケルソン型、トワイマングリーン型等の他の干渉計においても、基準板の基準面のみならず基準板裏面からも反射光が生じ得る構成となっているものであれば、本発明の構成を採用することができ、これにより本実施例と同様の効果を得ることができる。
本実施例においては、被検面の反射率が低い場合においても干渉縞の観察測定を精度よく行えるようにするための干渉計の構成について説明したが、この干渉計を用いて、高反射率の被検面の観察測定をも行い得るようにするため、次のような構成を追加するようにしてもよい。
【００２９】
すなわち、上述したように、低反射率の基準面２ａおよび被検面４ａに対応させてＣＣＤカメラ２６の光感度を上げて測定を行うようにした場合には、高反射率の被検面の観察測定時にはＣＣＤカメラ２６の光感度が高くなりすぎてしまうという問題がある。そこで、図９に示すように、干渉計の光路上（例えば観察像結像レンズ２４と撮像面２６ａとの間）に、撮像面２６ａに入射する光ビームの強度を減殺させる減光部材７２を配置し得る構成とし、低反射率の被検面の観察測定時には干渉計の光路上から上記減光部材７２を外す一方、高反射率の被検面の観察測定時には干渉計の光路上に上記減光部材７２を配置するようにすれば、適正な光強度で干渉縞の観察測定を行うことができる。
【００３０】
上記減光部材７２としては、例えば、ＮＤガラスフィルタあるいは色ガラスフィルタ（光ビームの色と略補色関係にある色を有するフィルタ））等を用いることができる。
また、図１０に示すように、上記減光部材７２を、アライメントスクリーン３０および遮光板３２と共に、ターレット７４に取り付けて、これら三者を選択的にビームスポット形成位置に配置し得るように構成してもよい。なお、上記三者の選択的切換えが可能な構造であれば、必ずしもターレットを用いた構造としなくてもよいことはもちろんである。
【００３１】
この場合において、上記減光部材７２として、図１１に示すように、粗面状に形成された下面７２′ａのうち中央部のみ平滑面状に残しておくことにより光透過孔７２ｂ′が形成されるように構成された減光部材７２′を採用すれば、高反射率の被検面の観察測定の際には、干渉縞の観察測定時のみならずアライメント時にも上記減光部材７２′をビームスポット形成位置に配置しておくことができ、切換操作の手間を省くことができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明においては、片面が粗面状に形成されるとともに中央に光透過孔が形成されたアライメントスクリーンと、中央に光透過孔が形成された遮光部材とのうちの一方を、基準面および被検面からの反射光ビームがスポット状に集光されるビームスポット形成位置に選択的に配置するようになっているので、アライメントスクリーンをビームスポット形成位置に配置し、基準面および被検面からの反射光のビームスポットを上記光透過孔において一致させることにより、基準面および被検面のアライメントを行うことができる。一方、遮光部材をビームスポット形成位置に切換配置することにより干渉縞の観察測定を行うことができ、かつ、その際、基準板裏面からの反射光のような測定光以外の光ビームが撮像面に到達して、測定光により形成された干渉縞の像にノイズとして重畳されるのを、未然に防止することができる。
【００３３】
したがって、本発明によれば、基準面および被検面で反射した２つの光ビームがスポット状に集光される位置にアライメントスクリーンを配置して基準面および被検面のアライメントを行う干渉計において、被検面の反射率が低い場合であっても干渉縞の観察測定を精度よく行うことができる。
さらに、干渉計の光路上に、撮像面に入射する光ビームの強度を減殺させる減光部材を配置し得る構成を追加すれば、高反射率の被検面の観察測定時における干渉縞の観察測定精度をも高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るノイズ防止機能付干渉計を示す正面図
【図２】図１に示すアライメントスクリーンおよび遮光板を支持する切換機構を示す斜視図
【図３】上記切換機構を示す側面図
【図４】上記切換機構を示す平面図
【図５】図２のV-V 線断面図
【図６】干渉計における基準板のアライメント方法を示す平面図
【図７】干渉計における基準板のアライメント方法を示す正面図
【図８】干渉計における基準板のアライメント方法における問題点を示す正面図
【図９】上記実施例の変形例を示す、図１と同様の図
【図１０】上記実施例の他の変形例におけるターレットを示す平面図
【図１１】上記実施例のさらに他の変形例における減光部材を示す側断面図
【符号の説明】
２  基準板
２ａ  基準面
２ｂ  基準板裏面
４  被検体
４ａ  被検面
１２  レーザ光源
１４  発散レンズ
１６  ハーフプリズム
１８  コリメータレンズ
２０  基準板支持機構
２２  被検体支持機構
２４  観察像結像レンズ
２６  ＣＣＤカメラ
２６ａ  撮像面
２８  モニタ
３０  アライメントスクリーン
３０ａ  下面（片面）
３０ｂ、３２ａ、７２ｂ′  光透過孔
３２  遮光板（遮光部材）
３４  切換機構
３６  スポット像結像レンズ
３８  切換機構
４０  ターレット
４４  アライメントスクリーン支持具
４６  遮光板支持具
４８  操作レバー
７２、７２′  減光部材
７４  ターレット
Ａ、Ｂ  ビームスポット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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