JP2010197089A

JP2010197089A - 干渉計

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Publication number: JP2010197089A
Application number: JP2009039443A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Suzuki; 稔明鈴木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】干渉計において、被検体の光軸調整作業を円滑かつ高精度に行うことができるようにする。
【解決手段】干渉計１は、参照面反射光Ｌ_４および被検面反射光Ｌ_３を集光するコリメータレンズ５と、参照面反射光Ｌ_４および被検面反射光Ｌ_３の光路を、第１光路Ｐ_１および第２光路Ｐ_２に分岐するハーフプリズム１７と、干渉縞の像を光電変換して第１の映像信号を取得する干渉縞カメラ１２と、ピンホール１８ａとスクリーン部１８ｂとを有するスクリーン板１８と、スクリーン板１８の像を光電変換して第２の映像信号を取得するスポットカメラ１６と、ピンホール１８ａを通過する光を受光する受光素子１９と、映像信号を表示する表示部１３と、受光素子１９の出力値に応じて、第１および第２の映像信号のいずれかを選択的に切り替えて表示部１３に供給する信号選択部２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は干渉計に関する。

従来、例えば、レンズ製造の研磨工程における研磨面の形状検査などのために干渉計が用いられている。
干渉計によって、被検面の干渉縞観察を行うには、干渉縞観察に先立って、干渉計の光軸と被検面の光軸とがほぼ同軸となるように、光軸調整を行う必要がある。光軸調整が不十分であると、干渉縞ピッチが小さくなりすぎて干渉縞が判別できない画像しか観察されず、形状検査を行うことができなくなる。
このような光軸調整を行う調整機構を備えた干渉計として、例えば、特許文献１には、同一光源からの可干渉光を参照面と被検面とに照射し、参照面で反射される参照光束と被検面で反射される被検光束とを重畳して干渉させ、干渉縞の像を結像面に結像させて面形状、面うねり等の面精度を測定する干渉光学装置において、結像面に設けられたディテクタと、このディテクタに入射する前の参照光束と被検光束とが集束する位置に置かれたスクリーンとを有する干渉光学装置が記載されている。
この干渉光学装置では、スクリーン上に、干渉計の光軸に中心が一致するように設けられたアパーチャを備えている。このため、被検面の光軸と干渉計の光軸とがずれている場合、被検面での反射光は光軸上を進まないため、アパーチャを通過できず、スクリーン上に輝点を形成する。そこで、測定者は、スクリーン上の輝点がアパーチャ内に移動するように、スクリーンを見ながら被検レンズの位置調整を行う。輝点がアパーチャ内に移動すると、被検面からの反射光は、参照面での反射光とともにディテクタに到達し、ディテクタによって干渉縞画像が取得されて干渉縞画像が観察される。このように、特許文献１に記載の干渉光学装置は、被検面からの反射光の光軸の光軸ずれを、干渉計の光軸に対してアパーチャの径によって決まるずれ量の範囲に調整することができる。

特開平５−１５７５３１号公報

しかしながら、上記のような従来の干渉計には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、光軸調整に際し、スクリーン上を輝点が移動してアパーチャに重なると輝点が見えなくなる。このため、アパーチャの内側では、この方法によって光軸調整を行うことができなくなる。
したがって、光軸調整を高精度に行うには、アパーチャ径を小さくする必要がある。例えば、良好な形状検査が行えるように少ない本数の干渉縞画像を取得するためには、アパーチャ径を、例えば、０．１ｍｍ以下程度にする必要があるが、この場合には、アパーチャには、アパーチャの通過時に回折の影響が無視できなくなって、被検面の輪郭の画像がボケてしまい、高精度な干渉縞観察を行うことができないという問題がある。
一方、アパーチャ径を１ｍｍ程度とすれば、回折による影響がなくなるので、被検面の輪郭の画像がボケることはないが、光軸調整の誤差が大きくなる。このため、輝点がアパーチャ内に入った時点では干渉縞が細かすぎるので、今度は干渉縞画像を見ながら干渉縞の本数が低減されるように被検面の位置調整を行う必要がある。
したがって、特許文献１の干渉光学装置で光軸調整後に良好な縞本数の干渉縞観察を行うには、光軸調整の粗調整として、スクリーン上の輝点の観察を行い、輝点がスクリーンから消えた後には、光軸調整の微調整として、ディテクタによる干渉縞画像を観察する必要がある。輝点がスクリーンから消えた時点では、干渉縞が細かすぎる状態の画像しか表示されず、かなり大きく光軸を移動させないと干渉縞画像の変化が観察できないため、微調整に失敗して光束がアパーチャから外れてしまうことも多い。この場合、干渉縞画像は消えるので再度スクリーン上での粗調整を行う、といった作業を繰り返すことになる。
このため、測定者は、例えば、スクリーンの画像を取得するカメラの画像を見るモニタと、ディテクタで取得される干渉縞画像を見るモニタとを使い分けて、これらの粗調整、微調整を繰り返し行っていくか、あるいは、１台のモニタ上でカメラおよびディテクタの画像信号を適宜切り替えながら粗調整および微調整を繰り返し行うことになる。
このような調整の切替作業は１回の測定のみであれば大きな負荷とは言えないが、例えば、レンズ製造の研磨工程などでは、一人の測定者が、多数の被検レンズの面形状の検査を繰り返し行うので、被検レンズを入れ替えるたびにこの切替作業が必要となり、測定者にとっては甚だ煩わしい作業となる。その結果、測定者の作業効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被検体の光軸調整作業を円滑かつ高精度に行うことができる干渉計を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、同一光源からの可干渉光を参照レンズの参照面と被検体の被検面とに照射し、前記参照面で反射された参照光束と前記被検面で反射された被検光束とを重畳して干渉させて、干渉縞の像を観察する干渉計であって、前記参照光束および前記被検光束を集光する集光光学系と、該集光光学系によって集光される前記参照光束および前記被検光束の光路を、第１光路および第２光路の２つの光路に分岐する光路分岐部材と、前記光路分岐部材によって分岐された前記第１光路上に配置され、前記干渉縞の像を光電変換して第１の映像信号を取得する干渉縞撮像部と、前記光路分岐部材によって分岐された前記第２光路の集光面に整列して配置され、前記第２光路の光軸を中心として光束通過範囲を規制するピンホールを有するとともに、該ピンホールの外周側に集光された光束のスポット像を表示するスクリーン部を有するスクリーン板と、該スクリーン板の像を光電変換して第２の映像信号を取得するスクリーン撮像部と、前記第２光路上で、前記スクリーン板の前記ピンホールを通過する光を受光する受光素子と、前記第１の映像信号または前記第２の映像信号が表示画面上に表示可能とされた表示部と、前記受光素子の出力値を取得し、該出力値に応じて、前記第１の映像信号および前記第２の映像信号のいずれかを選択的に切り替えて前記表示部に供給する信号選択部とを備える構成とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の干渉計において、前記受光素子は、受光量を検知するフォトセンサからなり、前記信号選択部は、前記受光量が一定値以上である場合には前記第１の映像信号を選択し、前記受光量が前記一定値より小さい場合には前記第２の映像信号を選択する構成とする。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の干渉計において、前記受光素子は、受光した光束の受光位置を検出する受光位置検出素子からなり、前記信号選択部は、前記受光位置検出素子によって検出された前記受光位置から前記第２光路の光軸からのずれ量を検知し、該ずれ量が一定値以下の場合には前記第１の映像信号を選択し、前記ずれ量が前記前記一定値より大きい場合には前記第２の映像信号を選択する構成とする。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の干渉計において、前記光路分岐部材によって分岐された前記第１光路の集光面に整列して配置され、前記第１光路の光軸を中心として光束通過範囲を規制する絞りを備え、前記ピンホールの内径は、前記絞りの開口径よりも小さく設定されている構成とする。

本発明の干渉計は、信号選択部によって受光素子の出力値に応じて干渉縞撮像部の第１の映像信号およびスクリーン撮像部の第２の映像信号のいずれかを選択的に切り替えて表示部に表示させることができるため、スクリーン板のピンホールの内径に応じて精度よく光軸調整が行われると表示部の映像が縞本数の低減されたボケのない干渉縞画像に自動的に切り替えられるので、被検体の光軸調整作業を円滑かつ高精度に行うことができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る干渉計の概略構成を示す光軸を含む模式的な断面図である。参照光束および被検光束の光軸ずれと干渉縞の縞本数の関係式を説明するための模式的な光路図である。本発明の第１の実施形態に係る干渉計に用いることができる信号選択部の制御信号発生回路の一例について説明する回路図である。本発明の第１の実施形態に係る干渉計の参照レンズの光軸調整の様子を示す動作説明図である。本発明の第１の実施形態に係る干渉計の信号選択部の動作について説明する動作説明図である。本発明の第１の実施形態に係る干渉計の被検レンズの光軸調整の様子を示す動作説明図である。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

本発明の第１の実施形態に係る干渉計について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る干渉計の概略構成を示す光軸を含む模式的な断面図である。図２は、参照光束および被検光束の光軸ずれと干渉縞の縞本数の関係式を説明するための模式的な光路図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る干渉計に用いることができる信号選択部の制御信号発生回路の一例について説明する回路図である。

［第１の実施形態］
本実施形態の干渉計１は、図１に示すように、被検体５０の被検面５０ａの形状を干渉縞によって観察したり、計測したりするフィゾー型の干渉計である。
干渉計１の概略構成は、レーザ光源２（光源）、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４、コリメータレンズ５（集光光学系）、参照レンズ６、ハーフプリズム１７（光路分岐部材）、絞り９、干渉縞カメラ１２（干渉縞撮像部）、スクリーン板１８、受光素子１９、スポットカメラ１６（スクリーン撮像部）、信号選択部２３、および表示部１３からなる。
このうち、干渉縞カメラ１２、絞り９、ハーフプリズム１７、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４、コリメータレンズ５、および参照レンズ６は、干渉計１の光軸Ｏに沿って、この順に配列されている。
なお、図１では、一例として、被検面５０ａが凸面の場合の例を描いているが、参照レンズ６を変更することで、凹面や平面など適宜の研磨面あるいは成形面を被検面として有する光学素子の検査、測定を行うことができる。
また、被検体５０は、レンズには限定されず、ガラス板や反射ミラーなどであってもよい。

被検体５０は、例えば、移動ステージ付きの保持台（不図示）などによって、被検面５０ａが参照レンズ６の参照面６ａに対向する状態で、光軸Ｏに対する位置や傾きが調整できるように保持されている。

レーザ光源２は、被検体５０および参照レンズ６に照射するコヒーレントなレーザ光Ｌ_１（可干渉光）を、発散光として発生する光源であり、偏光ビームスプリッタ３の側方に配置されている。レーザ光Ｌ_１の波長は、干渉縞カメラ１２およびスポットカメラ１６で撮像可能な波長であれば特に限定されない。
また、レーザ光源２の構成は、特に限定されないが、本実施形態では、偏光方向によって光路の分岐を行うために直線偏光のレーザダイオードを採用し、一例として、レーザ光Ｌ_１の偏光方向が図１の紙面垂直方向となるように配置している。

偏光ビームスプリッタ３は、４つの側面３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅがこの順に隣接された四角柱状部材であり、内部には、側面３ｂ、３ｃのなす稜線と側面３ｄ、３ｅのなす稜線を含む平面上に、Ｓ偏光成分を略１００％反射し、Ｐ偏光成分を略１００％透過する偏光反射率特性を有するビームスプリッタ面３ａが形成されている。
偏光ビームスプリッタ３は、側面３ｂ、３ｄが光軸Ｏに対して交差し、レーザ光源２からのレーザ光Ｌ_１が側面３ｃから入射する配置とされている。そして、レーザ光源２、ビームスプリッタ面３ａの位置関係は、側面３ｃから入射したレーザ光Ｌ_１が、ビームスプリッタ面３ａによって反射されて、光軸Ｏに沿って進むように設定されている。
ここで、レーザ光Ｌ_１は、ビームスプリッタ面３ａに対してＳ偏光の光として入射するため、ビームスプリッタ面３ａで略１００％反射され、レーザ光Ｌ_２として側面３ｄから出射される。

１／４波長板４は、レーザ光Ｌ_１の波長に対する１／４波長板であり、この波長の透過光の偏光を、直線偏光は円偏光に、円偏光は直線偏光に変換するものである。
１／４波長板４は、偏光ビームスプリッタ３の側面３ｄに対向するように配置されている。

コリメータレンズ５は、側面３ｄから出射され、１／４波長板４を透過したレーザ光Ｌ_１を集光して、平行光束であるレーザ光Ｌ_２を形成するレンズまたはレンズ群からなる光学系であり、レンズ光軸が干渉計１の光軸Ｏに同軸に配置されている。そして、コリメータレンズ５の焦点は、１／４波長板４、偏光ビームスプリッタ３、レーザ光源２が配列され、ビームスプリッタ面３ａによって屈曲されてなる光路上で、レーザ光源２の発光点に一致されている。
コリメータレンズ５の構成は、本実施形態では、一例として、偏光ビームスプリッタ３側から順に、負レンズからなる第１レンズ５Ａ、正レンズからなる第２レンズ５Ｂの２枚のレンズで構成されている。

参照レンズ６は、コリメータレンズ５によって平行光束とされたレーザ光Ｌ_２を透過して保持台（不図示）に保持された被検体５０の被検面５０ａに垂直入射させるとともに、被検面５０ａに対向して配置された参照面６ａにおいて一部のレーザ光Ｌ_２を反射して光路を逆行させるようにしたレンズまたはレンズ群である。
以下では、レーザ光Ｌ_２のうち、被検面５０ａで反射された光を被検面反射光Ｌ_３（被検光束）、参照面６ａで反射された光を参照面反射光Ｌ_４（参照光束）と称する。
参照レンズ６は、被検面５０ａの面形状に応じて交換する必要があるため、干渉計１に対して、不図示の保持部材によって着脱可能に保持されている。
また、この保持部材は、参照レンズ６のレンズ光軸を干渉計１の光軸に合わせるため、参照レンズ６の光軸Ｏに対する位置や傾きを調整する不図示の調整機構を備えている。

ハーフプリズム１７は、内部にハーフミラー面１７ａを有する角柱状のプリズムであり、偏光ビームスプリッタ３を透過後の光軸Ｏ上において、偏光ビームスプリッタ３とコリメータレンズ５の焦点位置との間で、ハーフミラー面１７ａが光軸Ｏと交差するように配置されている。
これにより、コリメータレンズ５によって集光される被検面反射光Ｌ_３および参照面反射光Ｌ_４の光路は、ハーフミラー面１７ａを透過して、光軸Ｏに沿って進む第１光路Ｐ_１と、ハーフミラー面１７ａによって反射された光軸Ｏ_２に沿って光軸Ｏの側方側に進む第２光路Ｐ_２とに分岐される。本実施形態では、ハーフミラー面１７ａは、光軸Ｏに対して４５度で交差されているため、光軸Ｏ、Ｏ_２は互いに直交している。
このようにハーフプリズム１７は、集光光学系によって集光される参照光束および被検光束の光路を、第１光路および第２光路の２つの光路に分岐する光路分岐部材を構成している。

絞り９は、干渉縞観察のノイズとなる迷光の透過を規制するため、開口９ａが、第１光路Ｐ_１上のコリメータレンズ５の焦点位置に設けられた開口絞りである。
開口９ａの大きさは、開口９ａにおける回折の影響と撮像レンズ１０の収差を考慮すると、Ｆナンバーが１０程度となる大きさが好ましい。Ｆナンバーが１０に比べて小さくなるほど、コリメータレンズ５によって集光される被検面反射光Ｌ_３および参照面反射光Ｌ_４が開口９ａを透過する際の回折の影響が大きくなり、干渉縞画像がボケてしまう。
例えば、干渉縞カメラ１２において後述する撮像素子１１として、１／４インチサイズのデバイスを用いる場合、干渉縞カメラ１２の後述する撮像レンズ１０の焦点距離は、１０ｍｍ程度とすることが多いので、この場合、Ｆナンバーを１０程度にするには、開口９ａの開口径を約１ｍｍとすればよい。

干渉縞カメラ１２は、絞り９の開口９ａを通過した被検面反射光Ｌ_３および参照面反射光Ｌ_４が重畳されることよって形成される干渉縞の画像を撮像するカメラであり、撮像レンズ１０および撮像素子１１が適宜の筐体に収められてなる。

撮像レンズ１０は、絞り９と撮像素子１１との間に光軸Ｏと同軸、かつコリメータレンズ５の焦点位置に焦点位置を合わせて配置され、絞り９の開口９ａを透過した被検面反射光Ｌ_３および参照面反射光Ｌ_４を集光する集光光学系である。このため、撮像レンズ１０は、コリメータレンズ５と合わせて、絞り９を通過した被検面反射光Ｌ_３および参照面反射光Ｌ_４の光束径を縮径して撮像素子１１に投影するビームエキスパンダの光学系を構成している。本実施形態では、焦点距離ｆが１０ｍｍのレンズを採用している。

撮像素子１１は、撮像レンズ１０によって撮像面１１ａに投影された光の像を光電変換して、撮像するものであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ撮像デバイスなどを採用することができる。本実施形態では、一例として、撮像素子１１には、１／４インチサイズのＣＣＤを採用している。
撮像素子１１によって光電変換された映像信号は、配線１１ｂを通して後述する信号切替器２２に送出される。

スクリーン板１８は、第２光路Ｐ_２上におけるコリメータレンズ５の焦点面に整列して配置され、コリメータレンズ５の焦点位置に集光された光束の第２光路Ｐ_２の光軸Ｏ_２を中心に光束通過範囲を規制するピンホール１８ａを有するとともに、ピンホール１８ａの外周側に集光された光束のスポット像を表示するスクリーン部１８ｂを有する板状部材である。
このため、ピンホール１８ａの中心と、絞り９の開口９ａの中心とは、共焦点の位置関係になっている。
スクリーン部１８ｂは、スポット像を表示することができれば、どのような部材から構成されていてもよい。例えば、反射光として散乱光が発生する反射面を好適に採用することができる。例えば、ガラスミラーに比べて面粗さが粗い反射面や、金属を切削加工して光沢面に仕上げた反射面や、それらの面に反射膜コートを施した反射面や、滑らかな表面を塗装した反射面などを採用することができる。
本実施形態では、金属材料を切削加工して、反射率３５％程度の光沢面に仕上げたものを採用している。

ピンホール１８ａの開口の大きさ（内径）は、ピンホール１８ａ内に入射する被検面反射光Ｌ_３および参照面反射光Ｌ_４によって形成される干渉縞の本数が、少なくとも撮像素子１１によって解像可能となる光軸ずれの大きさに基づいて設定する。

ここで、被検面反射光Ｌ_３および参照面反射光Ｌ_４の光軸ずれの大きさと干渉縞の縞本数の関係について説明する。
図３に示すように、参照面反射光Ｌ_４の光軸が光軸Ｏに位置合わせされている場合に、被検面５０ａが光軸Ｏに対して微小角度θだけ傾いたとする。このとき、被検面５０ａは、参照面６ａに対して、干渉縞画像の大きさＤの範囲で相対的に最大δだけ光軸方向にずれていると、最大２・δの光路差が発生する。このため、次式（１）、（２）が成り立つ。

２・δ＝ＮＲ・λ ・・・（１）
δ／Ｄ＝ｄ／ｆ・・・（２）

ここで、λはレーザ光源２の波長、ｆは、コリメータレンズ５の焦点距離である。
上記式（１）、（２）から、次式（３）のように、干渉縞本数ＮＲが算出される。

ＮＲ＝２・Ｄ・ｄ／（ｆ・λ）・・・（３）

例えば、干渉縞を１／４インチＣＣＤで観察する場合、１／４インチＣＣＤの高さ（撮像面の短辺長さ）約２ｍｍに対応して、Ｄ＝２（ｍｍ）とし、コリメータレンズ５の焦点距離ｆをｆ＝１０（ｍｍ）、レーザ光源２の波長をλ＝６３３（ｎｍ）とする。このとき、上記式（３）から、干渉縞の縞本数を例えば３０本にするための光軸ずれｄを、ｄ＝０．０４７（ｍｍ）として算出することができる。
したがって、ピンホール１８ａの直径を０．１ｍｍ程度にすれば、被検面反射光Ｌ_３をピンホール１８ａ内に入射させることで、光軸ずれｄを０．０５ｍｍ以下にできるから、この状態では、干渉縞の縞本数が約３０本程度になり、撮像素子１１で容易に解像することができるともに測定者が観察しやすい縞本数になることが分かる。
このようなピンホール１８ａの内径は、絞り９の開口９ａの内径よりも小さな値となっている。

受光素子１９は、第２光路Ｐ_２上で、スクリーン板１８のピンホール１８ａを通過した光を受光して、受光量に応じた光電流を発生する受光センサであり、スクリーン板１８を挟んでハーフプリズム１７と対向する位置において、受光面中心が光軸Ｏ_２に略合わされた位置に配置されている。
受光素子１９は、レーザ光源２の波長に感度を有する適宜の受光センサを採用することができる。本実施形態では一例として、フォトダイオードと、フォトダイオードの光電流を増幅して出力信号（出力値）を取り出す電流増幅回路とが１チップ上に一体化されたフォトトランジスタを採用している。
受光素子１９の出力信号（出力値）は、配線２０ａを通してカメラ切替制御部２０に送出される。

スポットカメラ１６は、スクリーン板１８の画像、およびスクリーン板１８上でハーフプリズム１７によって反射された光束によって形成されるスポット像を撮像するカメラであり、撮像レンズ１４および撮像素子１５が適宜の筐体に収められている。
スポットカメラ１６は、スクリーン板１８の画像およびスポット像が撮像できれば、どの位置に配置してもよいが、本実施形態では、画像の歪みが少なくなるように、ハーフプリズム１７を挟んでスクリーン板１８と対向する位置において、スポットカメラ１６の撮像光軸が光軸Ｏ_２と同軸となる位置関係に配置されている。
撮像レンズ１４は、スクリーン板１８上での反射光のうち、ハーフプリズム１７を透過した光を撮像素子１５の撮像面１５ａ上に縮小して結像させるレンズまたはレンズ群である。
撮像素子１５は、撮像レンズ１４によって撮像面１５ａ上に結像されたスクリーン板１８の反射光の像を光電変換して、映像信号を生成するものであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ撮像デバイスなどを採用することができる。
撮像素子１５によって生成された映像信号は、配線１５ｂを通して後述する信号切替器２２に送出される。

信号選択部２３は、受光素子１９の出力信号を取得し、この出力信号に応じて、干渉縞カメラ１２からの映像信号およびスポットカメラ１６からの映像信号のいずれかを選択的に切り替えて表示部１３に供給するものである。
本実施形態の信号選択部２３は、カメラ切替制御部２０、操作部２１、および信号切替器２２から構成される。

カメラ切替制御部２０は、受光素子１９の出力信号を予め設定された閾値に基づいて、受光素子１９の受光量が一定値以上か、一定値より小さいかによって、干渉縞カメラ１２の映像信号を選択する制御信号、およびスポットカメラ１６の映像信号を選択する制御信号のいずれかを、配線２０ｂを通して信号切替器２２に送出するものである。
カメラ切替制御部２０の装置構成としては、例えば、図３に示すようなコンパレータ回路を採用することができる。受光素子１９は、電圧Ｖ_０の電源に接続されており、受光量に応じて発生する電流に応じて電圧信号Ｖ_ｉｎがコンパレータ２０ｂの＋端子に入力される。一方コンパレータ２０ｂの−端子には、可変抵抗Ｒ_２によって決まる基準電圧Ｖ_ｒｅｆが入力される。これによりコンパレータ２０ｂからは、電圧信号Ｖ_ｉｎが、基準電圧Ｖ_ｒｅｆ以上の場合に「ＯＮ」、基準電圧Ｖ_ｒｅｆより小さい場合に「ＯＦＦ」となる制御信号Ｖ_ｏｕｔが出力される。ここで、「ＯＮ」および「ＯＦＦ」の信号レベルは、適宜に設定することができる。

操作部２１は、カメラ切替制御部２０に閾値を設定するためのもので、本実施形態では、カメラ切替制御部２０の可変抵抗Ｒ_２の抵抗値を変更する受光感度調整つまみ２１ａを備えている。
このため、測定者は、受光感度調整つまみ２１ａを操作することで、カメラ切替制御部２０の可変抵抗Ｒ_２の抵抗値は変更し、基準電圧Ｖ_ｒｅｆを変更できるようになっている。

信号切替器２２は、干渉縞カメラ１２の撮像素子１１、スポットカメラ１６の撮像素子１５、カメラ切替制御部２０、および表示部１３に電気的に接続され、カメラ切替制御部２０から送出される制御信号に基づいて、干渉縞カメラ１２からの映像信号およびスポットカメラ１６からの映像信号のいずれかを表示部１３に送出するものである。本実施形態では、制御信号Ｖ_ｏｕｔが、「ＯＮ」の場合には干渉縞カメラ１２の映像信号を、「ＯＦＦ」の場合にはスポットカメラ１６の映像信号をそれぞれ表示部１３に送出する。
信号切替器２２の装置構成としては、本実施形態では、信号線を直接切り替えるアナログスイッチを採用している。

表示部１３は、信号切替器２２に電気的に接続され、信号切替器２２によって選択された映像信号を表示画面１３ａに表示するモニタである。

次に、本実施形態の干渉計１の動作について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る干渉計の参照レンズの光軸調整の様子を示す動作説明図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る干渉計の信号選択部の動作について説明する動作説明図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る干渉計の被検レンズの光軸調整の様子を示す動作説明図である。

干渉計１では、参照レンズ６は交換式となっているため、参照レンズ６の装着後、光軸調整が行われていない段階では、図４の２点鎖線で示すように、参照レンズ６のレンズ光軸は干渉計１の光軸Ｏに対して傾いている。
そこで、参照レンズ６を装着後、まず、参照面６ａの光軸傾きを調整する作業（参照レンズの光軸調整）を以下のようにして行う。

まず、受光感度調整つまみ２１ａによって、カメラ切替制御部２０の閾値を最大値に合わせる。これにより、受光素子１９に外光が入射しても受光量は閾値より低くなるため、カメラ切替制御部２０からは常に「ＯＦＦ」の制御信号が送出される。

次に、レーザ光源２を点灯して、偏光ビームスプリッタ３に向けてレーザ光Ｌ_１を出射させる。
レーザ光Ｌ_１は、図示の実線に示すように、偏光ビームスプリッタ３の側面３ｃに入射して、ビームスプリッタ面３ａに到達する。レーザ光Ｌ_１は、ビームスプリッタ面３ａに対してＳ偏光となっているので、レーザ光Ｌ_１は、ビームスプリッタ面３ａで略１００％反射され、光軸Ｏ上を進み、側面３ｄから出射されて、１／４波長板４を透過する。
レーザ光Ｌ_１は、１／４波長板４において直線偏光から円偏光に変換される。本実施形態では、例えば、進行方向に対して時計回りの円偏光となる。
１／４波長板４を透過して、コリメータレンズ５に入射したレーザ光Ｌ_１は、平行光束とされてレーザ光Ｌ_２として出射され、参照レンズ６に入射する。
参照レンズ６の内部では、レーザ光Ｌ_２が、参照レンズ６の各レンズ面の屈折作用を受けて屈折して進み、参照面６ａに垂直入射する。

ここで、参照レンズ６のレンズ光軸が、光軸Ｏと同軸になっている場合には、参照面６ａでは、参照面６ａの反射率に応じて、レーザ光Ｌ_２の一部が、参照面反射光Ｌ_４として反射され、コリメータレンズ５側に向かって参照レンズ６内を逆行する。
参照面反射光Ｌ_４は、コリメータレンズ５を透過すると、コリメータレンズ５の焦点位置に向かう収束光として進み、１／４波長板４に入射する。
参照面反射光Ｌ_４は、参照面６ａで反射される際に入射時と円偏光の回転方向が逆転し、進行方向に対して反時計回りの円偏光となっている。このため、参照面反射光Ｌ_４は、１／４波長板４を透過すると、ビームスプリッタ面３ａに対するＰ偏光に変換され、ビームスプリッタ面３ａを略１００％透過して、側面３ｂからハーフプリズム１７に向かって出射される。
ハーフプリズム１７に入射した参照面反射光Ｌ_４は、ハーフミラー面１７ａによって、光路が分岐され、ハーフミラー面１７ａを透過して直進する第１光路Ｐ_１を進む光束と、ハーフミラー面１７ａで反射されて第２光路Ｐ_２を進む光束に分かれる。そして、それぞれ絞り９の開口９ａの中心、およびスクリーン板１８のピンホール１８ａの中心に集光され、それぞれ開口９ａおよびピンホール１８ａ内を通過する。

開口９ａを通過した参照面反射光Ｌ_４は、撮像レンズ１０によって縮小投影され、撮像面１１ａ上に光束像を形成し、撮像素子１１によって映像信号が信号切替器２２に送出される。
ピンホール１８ａを通過した参照面反射光Ｌ_４は、受光素子１９に到達し、受光素子１９の受光量は最大となる。

一方、図４の２点鎖線に示すように、参照レンズ６のレンズ光軸が、光軸Ｏに対して傾斜している場合には、参照面反射光Ｌ_４は、絞り９、スクリーン板１８上において、光軸Ｏおよび光軸Ｏ_２から外れた位置に集光され、撮像素子１１および受光素子１９には到達しないことになる。
この場合、スクリーン板１８のスクリーン部１８ｂ上には、第２光路Ｐ_２側に分岐された参照面反射光Ｌ_４が集光され、スクリーン部１８ｂで散乱反射されることによって、スポット像が形成される。このスポット像は、スポットカメラ１６によって撮像される。
このため、図５（ａ）に示すように、配線１５ｂを通して送出される映像信号１０１（第２の映像信号）が、表示部１３に供給され、表示画面１３ａには、スポットカメラ１６の映像信号１０１に基づく映像が表示される。
すなわち、表示画面１３ａの中央には、ピンホール１８ａに対応して、ピンホール画像３２が表示され、スクリーン部１８ｂに対応する画面の外周部には、参照面反射光Ｌ_４によるスポット像３１Ａが表示される。

次に、測定者は、表示画面１３ａに表示されたスポット像３１Ａを見ながら、参照レンズ６の傾きを調整し、図５（ｂ）に示すように、スポット像３１Ａがピンホール画像３２に重なる状態とする。図５（ｂ）は模式図のため、スポット像３１Ａがピンホール画像３２の中央に移動しているように描かれているが、実際には、スポット像３１Ａが、ピンホール画像３２の内部に移動すると、参照面反射光Ｌ_４は、ピンホール１８ａを通過して受光素子１９に照射されるので、表示画面１３ａ上からはスポット像３１Ａが消えることになる。
このようにして、参照レンズ６のレンズ光軸の傾きが、ピンホール１８ａの内径の範囲内の光軸ずれの精度において光軸調整される。
絞り９の開口９ａの内径は、ピンホール１８ａの内径よりも小さいので、このような調整状態では、第１光路Ｐ_１を進む参照面反射光Ｌ_４は、開口９ａの略中心に入射し、開口９ａによってけられることなく光束全体が開口９ａを通過し、撮像面１１ａ上に投影される。

次に、測定者は、受光感度調整つまみ２１ａによって、カメラ切替制御部２０の閾値を被検面５０ａの光軸調整を行うための閾値に設定する。この閾値は、受光素子１９に入射する参照面反射光Ｌ_４のみの受光量による出力信号よりも大きく、受光素子１９に参照面反射光Ｌ_４および被検面反射光Ｌ_３が入射したときの受光量による出力信号よりも小さい値であり、予め実験や計算等で求めておく。

次に、不図示の保持台に被検体５０を保持させ、被検面５０ａの光軸調整を行う。
この状態では、参照面６ａまでの光路、参照面６ａで反射された参照面反射光Ｌ４の光路は、上記に説明した通りである。以下では、参照面６ａを透過後の光路を中心に説明する。
参照面６ａを透過したレーザ光Ｌ_２は、被検面５０ａに入射して被検面反射光Ｌ_３として反射される。このとき、被検面５０ａが光軸調整されている状態では、図６の実線に示すように、レーザ光Ｌ_２は被検面５０ａに対して入射角０°で入射するため、被検面反射光Ｌ_３は、入射時の光路を正確に逆行して進み、参照面６ａを透過した後は、参照面反射光Ｌ_４とまったく同様の光路を進んで、コリメータレンズ５の焦点位置に集光される。
一方、図６の２点鎖線で示すように、被検面５０ａの光軸が光軸Ｏに対して傾斜している場合には、被検面反射光Ｌ_３は、絞り９、スクリーン板１８上において、光軸Ｏおよび光軸Ｏ_２から外れた位置に集光され、撮像素子１１および受光素子１９には到達しないことになる。

この場合、スクリーン板１８のスクリーン部１８ｂ上には、第２光路Ｐ_２側に分岐された被検面反射光Ｌ_３が集光され、スクリーン部１８ｂで散乱反射されることによって、スポット像が形成される。このスポット像は、スポットカメラ１６によって撮像される。
このため、図５（ａ）に示すように、配線１５ｂを通して送出される映像信号１０１が、表示部１３に供給され、表示画面１３ａには、スポットカメラ１６の映像信号に基づく映像が表示される。
すなわち、表示画面１３ａの中央には、ピンホール１８ａに対応して、ピンホール画像３２が表示され、スクリーン部１８ｂに対応する画面の外周部には、被検面反射光Ｌ_３によるスポット像３１Ｂが表示される。

次に、測定者は、参照レンズ６の光軸調整と同様に、表示画面１３ａに表示されたスポット像３１Ｂを見ながら、被検体５０傾きを調整し、スポット像３１Ｂが、ピンホール画像３２に重なる状態とする。
これにより、被検面反射光Ｌ_３が受光素子１９に入射し、受光素子１９の出力信号が、閾値を超える。このため、カメラ切替制御部２０から「ＯＮ」信号が、信号切替器２２に送出され、図５（ｃ）に示すように、干渉縞カメラ１２からの映像信号１００（第１の映像信号）が、表示部１３に送出される。
第２光路Ｐ_２の被検面反射光Ｌ_３がピンホール１８ａに入射した状態では、第１光路Ｐ_１の被検面反射光Ｌ_３も開口９ａに入射しており、すでに開口９ａに入射している参照面反射光Ｌ_４との間の光軸ずれは、ピンホール１８ａの内径よりも小さい値になっているため、撮像面１１ａ上に投影された被検面反射光Ｌ_３と参照面反射光Ｌ_４との干渉によって、ピンホール１８ａの内径の大きさよりも小さい光軸ずれに対応した縞本数の干渉縞画像が撮像面１１ａ上に形成される。
この結果、表示画面１３ａ上に、撮像素子１１によって取得された干渉縞画像３０が表示される。
このようにして、被検面５０ａの光軸の傾きが、ピンホール１８ａの内径の範囲内の光軸ずれの大きさに基づく調整精度において光軸調整される。そして略同時に、表示部１３上に干渉縞画像３０が表示される。
この干渉縞画像３０は、ピンホール１８ａの内径を適宜設定することにより、表示画面１３ａ上で識別可能な縞本数を有する画像とすることができる。

次に、測定者は、表示画面１３ａ上の干渉縞画像３０を見ながら、被検体５０の傾きの調整を進め、縞本数が最小となるように調整する。
この干渉縞画像３０を見て行う光軸調整段階において、被検体５０の傾きが大きくなりすぎると、被検面反射光Ｌ_３はピンホール１８ａに入射できなくなる。この場合は、受光素子１９の出力信号が閾値より小さくなるため、ただちに、信号切替器２２によって、映像信号がスポットカメラ１６の映像信号１０１に切り替えられる。
このため、測定者は、表示画面１３ａから目を離すことなく、図５（ｂ）に示すスポット像３１Ｂを見ながら、光軸調整を続行することができる。
このように光軸調整を繰り返すことで被検面５０ａの光軸調整が終了する。

被検面５０ａの光軸調整が終了すると、干渉縞画像３０の縞本数は最小化され、表示部１３には、被検面５０ａの形状誤差に対応した縞本数を有する干渉縞画像３０が表示されている状態となる。
そこで、測定者は、この干渉縞画像３０を観察して、被検面５０ａの検査などを行うことができる。また、例えば、フリンジスキャン法などによって干渉縞画像３０を取得し、画像処理演算を行って、被検面５０ａの形状を測定することができる。

なお、何らかの理由で、予め設定した閾値が小さすぎ、第２光路Ｐ_２の被検面反射光Ｌ_３の光束の一部のみがピンホール１８ａに入射した時点で映像信号が切り替わってしまうと、良好な干渉縞画像３０が表示されない場合がある。この場合、本実施形態では、受光感度調整つまみ２１ａを操作して閾値を容易に変えることができるので、閾値を大きくして（受光感度を落として）、スポットカメラ１６の映像信号による映像を表示させ、被検面反射光Ｌ_３をピンホール１８ａに入れる調整をやり直せばよい。

本実施形態の干渉計１によれば、被検体５０の光軸調整において、スポットカメラ１６で撮像されたスクリーン板１８上のスポット像３１Ｂを表示部１３の表示画面１３ａ上で見ながら調整を行い、被検面反射光Ｌ_３の光軸ずれがピンホール１８ａの内径の範囲内に収められると同時に、信号選択部２３によって干渉縞カメラ１２で撮像された干渉縞画像３０が表示部１３に表示されるようにしている。
このため、光軸ずれが大きい段階で、スポットカメラ１６で撮像されたスポット像３１Ｂを移動させる光軸調整の粗調整と、光軸ずれが小さくなった段階で、干渉縞カメラ１２で撮像された干渉縞画像３０の縞本数を低減させる光軸調整の微調整とが、１つの表示部１３上で、自動的に切り替えられるため、測定者は、これらの表示を手動で切り替えたり、別の表示部の前に移動したりする手間をかけることなく、円滑に作業を続けることができる。
そして、光軸調整後、ただちに同じ表示部１３上で、干渉縞画像３０の観察を行うことができる。
この結果、例えば、レンズの製造工程（研磨工程）などで、次々と被検体５０を入れ替えながら、繰り返し干渉縞の観察を行う場合、測定者は、光軸調整から干渉縞観察を連続して円滑に行うことができ、測定作業の作業性が向上される。

また、干渉計１では、被検面反射光Ｌ_３の光軸の粗調整を、干渉縞を観察するための干渉縞カメラ１２と絞り９とが配置された第１光路Ｐ_１とは異なる第２光路Ｐ_２の共焦点位置に配置されたスクリーン板１８のピンホール１８ａと受光素子１９との組合せによって行うことができる。
このため、本実施形態では、開口９ａの内径と、ピンホール１８ａの内径とは、それぞれ独立の大きさに設定することができる。また、ピンホール１８ａの内径は、透過光の回折が顕著となる大きさであっても、受光素子１９の受光面の範囲に回折される限り許容される。そのため、ピンホール１８ａの内径を十分小さくすることで、高精度な光軸調整を行うことができる。
従来技術のように、ピンホール１８ａに代えて、絞り９の開口９ａを光軸調整用のピンホール（アパーチャ）と兼用すると、干渉縞観察時に回折の影響を受けないようにするために、ピンホールの内径をあまり小さくすることができない。例えば、本実施形態の構成の例では、開口９ａの内径は、１ｍｍより大きくする必要がある。この場合には、開口９ａ内に被検面反射光Ｌ_３を入射させるだけでは、上記式（３）から容易に分かるように、縞本数が３００本を超えるので、撮像素子１１の解像限界を超えて画像が潰れてしまい、良好な干渉縞画像が得られない。
一方、ピンホール１８ａと同様に、内径を０．１ｍｍにすると、回折の影響が顕著となって、干渉縞画像がぼけてしまう。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態の干渉計について説明する。
本実施形態の干渉計１Ａは、図１に示すように、上記第１の実施形態の干渉計１の受光素子１９およびカメラ切替制御部２０に代えて、それぞれ、４分割受光素子１９Ａ（受光位置検出素子）およびカメラ切替制御部２０Ａを備える。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

４分割受光素子１９Ａは、受光面の中心を通り互いに直交する２直線によって、区画された４つの受光部を有し、これら４つの受光部の受光量に応じた出力信号としてカメラ切替制御部２０Ａに送出する受光素子である。
４分割受光素子１９Ａは、受光面の中心が、第２光路Ｐ_２の光軸Ｏ_２に一致するように位置決めして配置されている。

カメラ切替制御部２０Ａは、４分割受光素子１９Ａから送出される４つの出力信号を演算して、ピンホール１８ａを透過した光束のピンホール１８ａの範囲内での受光位置を求め、予め設定された閾値に基づいて、受光位置の光軸Ｏ_２からずれ量が一定値以下か、一定値より大きいかによって、干渉縞カメラ１２の映像信号を選択する制御信号、およびスポットカメラ１６の映像信号を選択する制御信号のいずれかを、配線２０ｂを通して信号切替器２２に送出するものである。
また、カメラ切替制御部２０Ａは、演算した入射光束の受光位置を、数値情報や例えば位置合わせメータなどのグラフィカルな情報などに加工して、表示画面１３ａ上に重ね合わせて表示できるようになっている。

本実施形態によれば、光軸調整を行う参照面反射光Ｌ_４や被検面反射光Ｌ_３などの光束の受光位置を、ピンホール１８ａの内径より小さい範囲で精度よく検知することができるので、より高精度の光軸調整を行うことができる。
このため、本実施形態ではピンホール１８ａの内径は、上記第１の実施形態よりも大きい設定としても、同等以上の調整精度を備えることができる。したがって、本実施形態では、ピンホール１８ａの内径は、絞り９の開口９ａの内径以上に設定してもよい。
この結果、表示画面１３ａに表示されるピンホール画像３２が大きくすることができるので、スポット像３１Ａ、３１Ｂを、ピンホール画像３２に重ね合わせる調整が容易となり、作業効率が向上する。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例は、上記第２の実施形態の４分割受光素子１９Ａに代えて、位置検出素子（ＰＳＤ）１９Ｂを備えるものである。
位置検出素子１９Ｂは、入射光束の受光位置を、受光面中心に対する、互いに直交する２軸方向の位置ずれ量に比例した電圧を出力信号として出力する受光素子である。
位置検出素子１９Ｂは、受光面の中心が、第２光路Ｐ_２の光軸Ｏ_２に一致するように位置決めして配置されている。

本変形例によれば、上記第２の実施形態と同様に、光軸調整を行う参照面反射光Ｌ_４や被検面反射光Ｌ_３などの光束の受光位置を、ピンホール１８ａの内径より小さい範囲で精度よく検知することができるので、より高精度の光軸調整を行うことができる。

なお、上記の説明では、第１光路Ｐ_１において、コリメータレンズ５の焦点位置に絞り９を配置した場合の例で説明したが、干渉縞観察の妨げとなる迷光などが、干渉縞カメラ１２に入射しない場合には、絞り９を削除してもよい。

また、上記の説明では、信号切替器２２がアナログスイッチの場合の例で説明したが、信号切替器２２の装置構成はこれに限定されない。
例えば、配線１１ｂ、１５ｂとしてＵＳＢケーブルを用い、表示部１３に接続されたコンピュータとコンピュータに内蔵または外部接続されたＵＳＢ切替器とで信号切替器２２を構成し、カメラ切替制御部２０から送出される制御信号をコンピュータで判定し、コンピュータの制御により、干渉縞カメラ１２からの映像信号およびスポットカメラ１６からの映像信号のいずれかを表示部１３に送出するようにしてもよい。
この場合、表示部１３は、切り替えられた映像信号だけではなく、必要に応じて、コンピュータによって画像処理された画像を表示したり、画像演算によって取得された数値情報、例えば、スポット像の位置情報などを重ね合わせて表示したりすることができる。

また、上記の説明では、干渉計の例として、フィゾー干渉計の例で説明したが、干渉計の種類は、これに限定されるものではなく、例えば、トワイマン干渉計など他の種類の干渉計であってもよい。

また、上記の各実施形態、変形例で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。

１、１Ａ干渉計
２レーザ光源（光源）
３偏光ビームスプリッタ
５コリメータレンズ（集光光学系）
６参照レンズ
６ａ参照面
９絞り
１２干渉縞カメラ（干渉縞撮像部）
１３表示部
１３ａ表示画面
１６スポットカメラ（スクリーン撮像部）
１７ハーフプリズム（光路分岐部材）
１８スクリーン板
１８ａピンホール
１８ｂスクリーン部
１９受光素子
１９Ａ４分割受光素子（受光位置検出素子）
１９Ｂ位置検出素子（受光位置検出素子）
２０、２０Ａカメラ切替制御部
２１操作部
２２信号切替器
２３信号選択部
３０干渉縞画像
３１Ａ、３１Ｂスポット像
５０被検体
５０ａ被検面
１００映像信号（第１の映像信号）
１０１映像信号（第２の映像信号）
Ｌ_１、Ｌ_２レーザ光（可干渉光）
Ｌ_３被検面反射光（被検光束）
Ｌ_４参照面反射光（参照光束）
Ｏ、Ｏ_２光軸
Ｐ_１第１光路
Ｐ_２第２光路

Claims

同一光源からの可干渉光を参照レンズの参照面と被検体の被検面とに照射し、前記参照面で反射された参照光束と前記被検面で反射された被検光束とを重畳して干渉させて、干渉縞の像を観察する干渉計であって、
前記参照光束および前記被検光束を集光する集光光学系と、
該集光光学系によって集光される前記参照光束および前記被検光束の光路を、第１光路および第２光路の２つの光路に分岐する光路分岐部材と、
前記光路分岐部材によって分岐された前記第１光路上に配置され、前記干渉縞の像を光電変換して第１の映像信号を取得する干渉縞撮像部と、
前記光路分岐部材によって分岐された前記第２光路の集光面に整列して配置され、前記第２光路の光軸を中心として光束通過範囲を規制するピンホールを有するとともに、該ピンホールの外周側に集光された光束のスポット像を表示するスクリーン部を有するスクリーン板と、
該スクリーン板の像を光電変換して第２の映像信号を取得するスクリーン撮像部と、
前記第２光路上で、前記スクリーン板の前記ピンホールを通過する光を受光する受光素子と、
前記第１の映像信号または前記第２の映像信号が表示画面上に表示可能とされた表示部と、
前記受光素子の出力値を取得し、該出力値に応じて、前記第１の映像信号および前記第２の映像信号のいずれかを選択的に切り替えて前記表示部に供給する信号選択部とを備えることを特徴とする干渉計。
前記受光素子は、
受光量を検知するフォトセンサからなり、
前記信号選択部は、
前記受光量が一定値以上である場合には前記第１の映像信号を選択し、
前記受光量が前記一定値より小さい場合には前記第２の映像信号を選択することを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
前記受光素子は、
受光した光束の受光位置を検出する受光位置検出素子からなり、
前記信号選択部は、
前記受光位置検出素子によって検出された前記受光位置から前記第２光路の光軸からのずれ量を検知し、該ずれ量が一定値以下の場合には前記第１の映像信号を選択し、
前記ずれ量が前記前記一定値より大きい場合には前記第２の映像信号を選択することを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
前記光路分岐部材によって分岐された前記第１光路の集光面に整列して配置され、前記第１光路の光軸を中心として光束通過範囲を規制する絞りを備え、
前記ピンホールの内径は、前記絞りの開口径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の干渉計。