JP2990913B2 - 干渉計装置 - Google Patents

干渉計装置

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JP2990913B2 JP3352925A JP35292591A JP2990913B2 JP 2990913 B2 JP2990913 B2 JP 2990913B2 JP 3352925 A JP3352925 A JP 3352925A JP 35292591 A JP35292591 A JP 35292591A JP 2990913 B2 JP2990913 B2 JP 2990913B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光源を用いた干
渉計装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】干渉計装置は、基準原器における基準面
からの反射光と被検体の被検面からの反射光とによって
干渉縞を形成させることにより、被検体の表面の状態、
例えばレンズの表面仕上げ精度等の検査を行うものであ
り、この干渉計装置としては、種々の型式のものが開発
され実用化されている。このうち、例えばフィゾータイ
プの干渉計装置は、偏光ビームスプリッタを用い、この
偏光ビームスプリッタにおける偏光反射面による反射光
の光軸上に基準原器と被検体とを順次配設し、レーザ光
源から出射されるレーザビームを偏光ビームスプリッタ
に反射させ、この反射光を基準原器の基準面及び被検面
に反射させて、偏光ビームスプリッタを透過させて、干
渉縞結像手段上に干渉縞を結像させるようにしたもので
あって、装置構成が簡単で小型かつコンパクトに形成す
ることができ、また偏光ビームスプリッタを用いている
ので、光量のロスを少なくすることができる等の利点が
あることから、各種の被検体の表面状態を検査するため
の装置等として広く用いられている。
【0003】このタイプの干渉計装置は、概略図1に示
した構成となっている。即ち、1はレーザ光源を示し、
このレーザ光源1から出射されるレーザビームは、集光
レンズ2により集光されて、この集光レンズ2の集光点
に配設したピンホール板3のピンホール3aを通すこと
によって、高次回折光及び光学系のごみ等による回折散
乱光を除いた発散光となる。ここで、前述した集光レン
ズ2による複屈折があった場合、これにより直線偏光が
2つの直線偏光成分に分岐される。ピンホール3aの透
過光はプリズム型の偏光ビームスプリッタ4の偏光反射
面4aにおいて、この2つの直線偏光成分のうちの一方
の偏光成分(例えばS偏光成分)が反射し、他方の偏光
成分(例えばP偏光成分)が透過して光学系外に放散さ
れる。偏光ビームスプリッタ4の偏光反射面4aは、そ
の入射光路に対して45°の角度をもっており、従って
偏光反射面4aで反射した光は、その光路が90°曲折
せしめられて、1/4波長板5により円偏光させられ、
さらにコリメータレンズ6により平行光として基準原器
7に照射される。基準原器7は、その入射面7aに反射
防止コーティングが施されている。一方、入射面7aと
は反対側の面は精密な面に仕上げられた基準面7bとな
っており、基準原器7に入射された光はその基準面7b
で一部が反射し、またこの基準原器7を透過した光は、
その光路の前方位置に配設した光学レンズ等の被検体8
に入射されて、この被検体8で反射する。ここで、1/
4波長板5は僅かに傾けた状態とすることにより不要な
反射光が光学系の外へ出される。
【0004】被検体8からの反射光及び基準原器7の基
準面7bからの反射光は、コリメータレンズ6を介する
ことにより収束せしめられながら、1/4波長板5を透
過して、入射光と直交する方向に偏光される。このよう
にして偏光した光は偏光ビームスプリッタ4の偏光反射
面4aを透過して、コリメータレンズ6の後側焦点位置
fに設けたローパスフィルタ9を介し、さらには結像レ
ンズ10を経て固体撮像デバイス等からなる結像面11
上に結像されて、被検体8からの反射光と基準面7bか
らの反射光との間の干渉作用により干渉縞を観測するこ
とができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、レーザ光
源1から被検体8に至るレーザビームの入射光路Eと、
被検体8から結像面11に至る反射光路Rとのうち、偏
光ビームスプリッタ4の偏光反射面4aから被検体8ま
での光路を入射光路と反射光路とが共通となった入反射
光路E+Rとなっている。従って、干渉計装置の全体構
成を小型でコンパクトに形成できる等の優れた利点があ
る。しかしながら、このように入射光路と反射光路とを
共用すると、反射光が偏光ビームスプリッタ4の偏光反
射面4aを完全に透過せず、この偏光反射面4aに反射
して、入射光路側に戻るようなことがあり、この結果、
戻り光がピンホール板3に反射して2次光源となってノ
イズを発生させるという欠点がある。
【0006】前述した戻り光が発生する原因としては、
まず光学系を構成する各部材、特に偏光ビームスプリッ
タ4,1/4波長板5,コリメータレンズ6等の配置関
係に問題がある場合である。これら各部材が正確にアラ
イメントされていないと、反射光が偏光ビームスプリッ
タ4の偏光反射面4aを完全に透過せず、一部がこの偏
光反射面4aによりピンホール板3に反射することにな
る。また、集光レンズ2の内部歪による複屈折等の影響
によって、相互に直交する2つの直線偏光成分に分岐さ
れることも、戻り光を発生させる原因ともなる。従っ
て、各部材の配置関係を極めて厳格に位置決めし、かつ
集光レンズ2として複屈折性のない優れたものを用いな
ければならない。この結果、装置の組み立てが極めて面
倒で困難なものとなり、また高価にもなる等といった問
題点がある。
【0007】しかも、前述した各部材を厳格に配置し、
また高品質の集光レンズを用いたからといって、必ずし
もピンホール板3に戻る光を完全に防止することはでき
るわけではない。即ち、1/4波長板5と基準原器7と
の間にはコリメータレンズ6が介装されており、このコ
リメータレンズ6は入射光を平行光とする機能を果たす
だけでなく、基準原器7の基準面7b及び被検体8から
の反射光をローパスフィルタ9の位置で焦点を結ばせる
ための機能をも果たすことから、この反射光が偏光ビー
ムスプリッタ4に入射される際には当然平行光となって
はいない。この結果、反射光がこの偏光ビームスプリッ
タ4の偏光反射面4aを完全には透過せず、その一部が
反射してピンホール板3側への戻り光を生じさせてしま
う。このような事態を防止するには、コリメータレンズ
6の後側焦点距離を長くしなければならないことにな
り、光路長が著しく長くなってしまい、装置構成の小型
化,コンパクト化を図ることができなくなってしまう。
【0008】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決するためになされたもので、基準原器の基準面及び被
検体からの反射光が偏光ビームスプリッタでピンホール
部材に向けて反射したとしても、このピンホール部材へ
の戻り光が2次光源とならないようにした干渉計装置を
提供することを、その目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、ピンホール部材と偏光ビームスプリ
ッタとの間に、レーザ光源側からの一次入射光は透過さ
せるが、ピンホール部材側への光学系からの戻り光は通
過しないようにするための偏光素子を介装する構成とし
たことをその特徴とするものである。
【0010】
【作用】このように構成することによって、基準原器の
基準面及び被検体からの反射光が偏光ビームスプリッタ
における反射面を完全には透過せず、一部が反射してピ
ンホール部材側に戻ったとしても、この戻り光は偏光素
子によって吸収乃至減衰せしめられるか、または光路以
外に反射させられることになる。この結果、ピンホール
部材の反射光が基準原器側に入射される2次光源となる
ことはなくなり、干渉縞結像手段に結像される干渉縞に
対するノイズの発生がなく、極めて良好な画質の干渉縞
が得られ、被検体の表面状態の検査,測定の精度が向上
する。
【0011】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図2は本発明の第1の実施例を示す干渉計装置の
全体構成図である。同図において、図1に示した従来技
術による干渉計装置と同一または均等な構成要素につい
ては、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【0012】而して、図2における干渉計装置は、その
基本的な構成自体については前述した従来技術のものと
格別差異はない。然るに、ピンホール板3と偏光ビーム
スプリッタ4との間には、偏光素子としての偏光フィル
タ20が介装されている。この偏光フィルタ20は基準
原器7における基準面7b及び被検体8からの反射光が
偏光ビームスプリッタ4の偏光反射面4aにおいて反射
して、ピンホール板3側に戻る光を吸収する機能を有す
るものである。また、この偏光フィルタ20はレーザ光
源1からの入射光が透過することになり、従って、この
入射光のうち、偏光ビームスプリッタ4の偏光反射面4
aで反射する光成分は減衰させることなく透過するよう
になされている。
【0013】以上の構成を採用することによって、偏光
ビームスプリッタ4の偏光反射面4aで反射した戻り光
は偏光フィルタ20を通過する際に吸収乃至減衰し、ま
た僅かに透過する光も再び偏光フィルタ20を通過する
ことによって、ほぼ完全に吸収,減衰されて2次光源と
はならない。従って、偏光ビームスプリッタ4の偏光反
射面4aを透過する光は、レーザ光源1からの直接光の
基準原器7の基準面7aからの反射光と被検体8からの
反射光だけとなって、結像面11に結像される干渉縞は
ノイズのない高品質のものとなる。一般に、干渉縞を形
成するに当っては、基準原器7の基準面7aからの反射
率と被検体8からの反射率とがほぼ等しくなるようにす
るのが好ましく、また必要に応じて基準面7aからの反
射率を高くしたり、低くしたりすることもあるが、前述
したように、戻り光による2次光源の発生を確実に抑制
できるために、基準面7aからの反射率を任意に設定す
ることが可能となり、より高品質の干渉縞の形成が可能
となり、被検体8における表面状態の検査,測定を極め
て高精度に行うことができる。
【0014】前述した偏光フィルタ20は、ピンホール
板3と偏光ビームスプリッタ4との間の位置に配設され
ておればよく、図3に示したように、偏光ビームスプリ
ッタ4に接着・固定したり、また図4に示したように、
ピンホール板3に接着・固定するようにしてもよい。こ
のように、偏光フィルタ20をピンホール板3または偏
光ビームスプリッタ4に固定して一体化すると、その分
だけ実質的に干渉計装置の部品点数が少なくなり、組み
付け時の位置合せ作業が容易になり、しかもこの偏光フ
ィルタ20の接合面に塵埃等が付着するのを防止でき
る。
【0015】また、図5には、偏光素子として、偏光フ
ィルタ20に代えて、偏光回折格子21を用いたものが
示されている。この偏光回折格子21は、入射光路Eに
おける戻り光をピンホール板3の方向以外の方向に回折
させるように構成したものである。従って、偏光ビーム
スプリッタ4の偏光反射面4aにより反射した戻り光
は、その大部分は偏光回折格子21により回折して、系
外に発散させられ、また僅かに透過する光も、この偏光
回折格子21を透過する際に減衰することになり、前述
した第1の実施例と同様、戻り光による2次光源の発生
を防止できる。
【0016】さらに、図6及び図7には、レーザ光源1
からの光を反射させ、基準原器7の基準面7a及び被検
体8からの反射光を反射させる主たる偏光ビームスプリ
ッタ4と同様、プリズム型の第2の偏光ビームスプリッ
タ22を偏光素子として用いるように構成したものが示
されている。この第2の偏光ビームスプリッタ22にお
ける反射面22aは入射光路Eに対して、例えば45°
傾けることによって、この反射面22aに反射した光は
入射光路E以外の方向に発散させることができるように
構成されている。
【0017】このような構成を採用するれば、主たる偏
光ビームスプリッタ4の偏光反射面4aに反射した戻り
光を、この入射光路Eと直交する方向に発散させること
ができる。また、図8に示したように、この第2の偏光
ビームスプリッタ22は、偏光ビームスプリッタ4に接
着・固定しても良く、さらには、図9に示したように、
両偏光ビームスプリッタを一体的に形成した、一体型偏
光ビームスプリッタ23とすることもできる。このよう
に、偏光素子として、主たる偏光ビームスプリッタ4と
同じプリズム型のビームスプリッタを用い、反射面の方
向を変えるだけの構成とすることによって、装置を構成
する部品の種類を少なくすることができ、しかも両偏光
ビームスプリッタ4,22を接合したり、一体型偏光ビ
ームスプリッタ23を用いることによって、反射防止コ
ーティングを施すべき表面を少なくでき、その加工が容
易となる。
【0018】さらにまた、図10に示したように、プリ
ズム型の偏光ビームスプリッタ22に代えて平板状の偏
光ビームスプリッタ24を用い、この平板状偏光ビーム
スプリッタ24を所定角度傾けるように配設しても、同
様の効果が得られる。また、偏光素子と同一光路長を有
する透明でかつ両面に反射防止処理を施した光学部材を
偏光素子と反対方向に略45°傾けて配置させるように
すれば、偏光素子配置により発生する光学的非点収差を
相殺することができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ピンホ
ール部材と偏光ビームスプリッタとの間に偏光素子を設
けることによって、この偏光ビームスプリッタで反射し
て基準原器から被検体に入射させる光の光路と、基準原
器の基準面及び被検体からの反射光の光路とを共用させ
るタイプの干渉計装置において、偏光ビームスプリッタ
1/4波長板,コリメータレンズ等の組み付け誤差等に
よって多少アライメントの誤差や、集光レンズの複屈折
性、また偏光ビームスプリッタに向けての反射光が平行
光でない等の理由で、偏光ビームスプリッタに反射し
て、ピンホール部材側への戻り光が生じても、この戻り
光を確実に吸収,減衰させるか、または光路以外に発散
させることによって、2次光源となるのを確実に防止す
ることができ、干渉縞結像手段に結像される干渉縞の品
質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による干渉計装置の概略構成図であ
る。
【図2】本発明の第1の実施例を示す干渉計装置の概略
構成図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す干渉計装置の要部
構成図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す干渉計装置の要部
構成図である。
【図5】本発明の第4の実施例を示す干渉計装置の要部
構成図である。
【図6】図5の干渉計装置の2つの偏光ビームスプリッ
タの配置説明図である。
【図7】本発明の第5の実施例を示す干渉計装置の要部
構成図である。
【図8】本発明の第6の実施例を示す干渉計装置の要部
構成図である。
【図9】本発明の第7の実施例を示す干渉計装置の要部
構成図である。
【図10】本発明の第8の実施例を示す干渉計装置の要
部構成図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 集光レンズ 3 ピンホール板 4 偏光ビームスプリッタ 4a 偏光反射面 5 1/4波長板 6 コリメータレンズ 7 基準原器 7b 基準面 8 被検体 11 結像面 20 偏光フィルタ 21 偏光回折格子 22 第2の偏光ビームスプリッタ 22a 反射面 23 一体型偏光ビームスプリッタ 24 平板状偏光ビームスプリッタ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源から照射される直線偏光レー
    ザ光を、ピンホール部材を通して偏光ビームスプリッタ
    の偏光反射面に反射させ、1/4波長板によって円偏光
    に変換させて基準原器に照射し、この基準原器の基準面
    から一部を反射させると共に、前記基準原器を透過した
    光を被検体の被検面に反射させて、これら基準面及び被
    検面からの反射光を前記1/4波長板により再度直線偏
    光させ、かつ前記偏光ビームスプリッタを透過させて、
    干渉縞結像手段に結像させるようにしたものにおいて、
    前記ピンホール部材と偏光ビームスプリッタとの間に、
    前記レーザ光源側からの一次入射光は透過させるが、前
    記ピンホール部材側への光学系からの戻り光は通過しな
    いようにするための偏光素子を介装する構成としたこと
    を特徴とする干渉計装置。
  2. 【請求項2】 前記偏光素子は、偏光フィルタ,偏光回
    折格子または第2の偏光ビームスプリッタであることを
    特徴とする請求項1記載の干渉計装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の偏光ビームスプリッタは、プ
    リズム型偏光ビームスプリッタまたは平板型偏光ビーム
    スプリッタであって、その反射面が前記ピンホールと前
    記偏光ビームスプリッタとの間の光路と直交する方向以
    外の方向に向けて配設したことを特徴とする請求項2記
    載の干渉計装置。
  4. 【請求項4】 前記偏光素子を前記偏光ビームスプリッ
    タまたはピンホール部材に固着させる構成としたことを
    特徴とする請求項3記載の干渉計装置。
  5. 【請求項5】前記第2の偏光ビームスプリッタを主たる
    偏光ビームスプリッタと一体のプリズム型偏光ビームス
    プリッタとして構成したことを特徴とする請求項3記載
    の干渉計装置。
  6. 【請求項6】前記偏光素子と同一光路長を有する透明で
    かつ両面に反射防止処理を施した光学部材を偏光素子と
    反対方向に略45°傾けて配置させたことを特徴とする
    請求項3記載の干渉計装置。
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