JP3784035B2 - 光波干渉装置の被検体ポジショニング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波干渉装置の被検体ポジショニング装置に関し、特に、被検体の被検面の表面形状を可干渉距離の短い光を用いて測定する場合において、上記被検面が干渉可能範囲内に位置するよう該被検面の光軸方向の位置決めを行う被検体ポジショニング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、マイケルソン型の干渉計においては、可干渉性を有する平行光を光分割手段で参照光と被検光とに分割し、これら参照光および被検光を参照面および被検面で各々反射させて上記光分割手段で再度合成した後、観察面上に干渉縞を形成させるように構成されており、この干渉縞を観察することにより被検面の凹凸形状等の評価を行うことができるようになっている。
【０００３】
ところで、上記干渉計としてレーザ干渉計を用いる場合には、レーザ光の干渉距離が長いことから、参照面に対して被検面の位置を正確に設定する必要はないものの、逆にガラス等の透明性平行薄板の場合、被検体の裏面からの反射光も、被検面からの反射光や参照面からの反射光と干渉を生じてしまい、本来の干渉縞上にノイズ成分の干渉縞を重畳させてしまう。
【０００４】
このため、従来は、レーザ干渉計を用いて薄板ガラス等を測定する場合は、ゴーストを発生する裏面に屈折率マッチングオイルを塗るなどの対策が必要であった。しかし、このような対策を施すことは多大な手間を要し、被検体を汚染するなどの問題もあった。また、特に被検体の厚さが極めて薄い場合には、この裏面にマッチングオイル等を塗布すると、その表面張力の影響で被検体が歪み、被検面の正確な測定が行えないという問題も発生する。
【０００５】
そこで、薄板ガラス等の表面形状を測定する場合には、赤色発光ダイオード等を光源とする可干渉距離の短い光を測定光として用い、被検面のみを干渉可能範囲にポジショニングすることが考えられる。その際、被検面を干渉可能範囲内の最適位置（最もコントラストの良い干渉縞が得られる位置）にポジショニングできるようにすることが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにした場合には、極めて狭い干渉可能範囲内でしか干渉縞が現れないので、ポジショニンングのために被検体を光軸方向に移動させる際、これを極めて低速で光軸方向に移動させるようにしないと、被検面が上記干渉可能範囲を通り過ぎてしまうこととなる。このため、被検面を干渉可能範囲にポジショニングすること自体が容易でなく、時間的に効率の良いポジショニングを行うことが困難である。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面を干渉可能範囲内の最適位置にポジショニングするのに要する操作時間を大幅に短縮し得る光波干渉装置の被検体ポジショニング装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置は、可干渉距離の短い光源からの光を２系に分割し、一方を被検体の被検面上に、他方を参照面上に照射し、該被検面からの被検光と該参照面からの参照光の干渉により生じる干渉縞を観察し、該観察結果に基づき該被検面の表面形状を測定する光波干渉装置において、前記被検面の光軸方向の位置決めを行う被検体ポジショニング装置であって、
前記光源と前記光の分割位置との間または該分割位置と前記干渉縞の形成位置との間の光路内に、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有するフィルタが挿入配置され、
前記干渉縞のコントラストが、前記干渉フィルタ部の特性と前記光減衰フィルタ部の特性とが重畳された特性で得られるように構成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
前記光減衰フィルタ部は、前記干渉フィルタ部と略同等の透過率を有するＮＤフィルタで構成されたものであることが好ましい。
また、前記フィルタは、前記干渉フィルタ部および前記光減衰フィルタ部相互間の前記光路内への挿入量比率を変更し得るように構成されていること、あるいは、前記干渉フィルタ部と前記光減衰フィルタ部とを交互に前記光路内に配置し得るよう、移動可能に設けられてなるものであることが好ましい。
後者の場合における前記フィルタの前記移動は、例えば、回転運動、往復運動等によるものが採用可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る被検体ポジショニング装置を示す概略図であり、マイケルソン型干渉計に適用されたものである。
このマイケルソン型干渉計は、光源１と、コリメータレンズ２と、ビームスプリッタ３と、参照板４と、撮像レンズ５と、撮像装置６と、図示されない被検体保持駆動機構と、フィルタ７とを備えてなっている。
【００１１】
上記光源１から射出された光１ａは、コリメータレンズ２で平行光にされた後、ビームスプリッタ３で参照光と被検光とに分割されるようになっている。そして、これら参照光および被検光は、参照板４の参照面４ａおよび被検体保持駆動機構に支持された被検体８の被検面８ａで各々反射した後、ビームスプリッタ３で再度合成され、撮像レンズ７により撮像装置６の撮像面（ＣＣＤ）６ａ上に干渉縞を形成するように構成されている。
【００１２】
ところで、この干渉装置においては、上記光源１として可干渉距離の短い光を射出する光源が用いられている。具体的には、赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。そして、これにより、被検体８の被検面８ａからの反射光と参照板４の参照面４ａからの反射光とにより形成される干渉縞上に、被検体８の裏面８ｂからの反射光に基づく干渉縞ノイズが重畳しないようにしている。
【００１３】
このように可干渉距離の短い光を射出する光源を用いた場合には、参照光および被検光の光路長が互いに等しくなるよう、被検面８ａの光軸方向の位置を調整する被検面距離合わせ（すなわちポジショニング）を行う必要がある。本実施形態においては、このポジショニングを容易化すべく上記フィルタ７が設けられるのであるが、これについては後述することとし、ここでは、まず、上記フィルタ７が設けられていないとした場合におけるポジショニングについて説明する。
【００１４】
図１に示される、被検面８ａの干渉可能範囲Ｌは、光源１から射出される光１ａの可干渉距離をＳＣＬとするとＬ＜ＳＣＬ／２となる。上記光源１として赤色のＬＥＤが用いられているので、可干渉距離ＳＣＬは、ＳＣＬ≒３０μｍとなる。したがって、上記干渉可能範囲Ｌは１５μｍよりも小さい値となる。これにより、干渉縞測定時において被検体８のに基づく干渉縞が観察されているときは、被検体８の裏面８ｂに基づく干渉縞は観察されない。
【００１５】
上記被検体８は、図示されない被検体保持駆動機構によって矢印Ａ方向に移動され、被検面８ａがこの干渉可能範囲Ｌ内に位置決めされることになるが、このように極めて短い範囲Ｌ内に被検体８の被検面８ａをポジショニングするのは容易ではない。
【００１６】
そこで、本実施形態においては、図示のように、上記ポジショニングの際、ビームスプリッタ３と撮像装置６の撮像面６ａとの間の光路内（具体的には撮像レンズ５のビームウェストの部分）に上記フィルタ７が挿入配置されるようになっている。上記フィルタ７は、円板状に形成されており、その中心の回転軸７ａが図示しない駆動手段により駆動されて図示矢印Ｂ方向に高速で回転するようになっている。なお、このフィルタ７は、上記ポジショニングが完了した後は、上記光路外の退避位置まで図示矢印Ｃ方向に移動可能とされている。
【００１７】
図２に示すように、上記フィルタ７は、上記回転軸７ａを中心として所定中心角度で区分けされた干渉フィルタ部７Ａおよび光減衰フィルタ部７Ｂからなっている。これら干渉フィルタ部７Ａおよび光減衰フィルタ部７Ｂは、上記高速回転により光路内（図中、撮像面６ａの位置を二点鎖線で示す）に交互に配置せしめられることとなる。
【００１８】
図４は、上記フィルタ７の特性を示す図である。同図（ａ）は、上記光源１からの光が上記光減衰フィルタ部７Ｂを透過した後のスペクトル分布を示す図であり、同図（ｂ）は、上記光源１からの光が上記干渉フィルタ部７Ａを透過した後のスペクトル分布を示す図である。
【００１９】
上記光減衰フィルタ部７Ｂは、図４（ａ）に示すように、ＮＤフィルタで構成されており、６６０ｎｍにピークを有する上記光源１からの光を全波長域にわたって強度を減衰して透過させるようになっている。一方、上記干渉フィルタ部７Ａは、図４（ｂ）に示すように、上記光源１からの光を６６０ｎｍにピークを有する波長帯域の極く狭い特性（半値幅１０ｎｍ）の光、すなわち波長６６０ｎｍの単色光を透過させるようになっている。この干渉フィルタ部７Ａと略同等の透過率となるよう、上記光減衰フィルタ部７Ｂは、そのＮＤフィルタの濃度が設定されている。
【００２０】
上記光減衰フィルタ部７Ｂを透過した光は、基本的に上記光源１からの光と同様の特性を有しており、複数の波長の光が混在しているので、各波長の光相互間での減殺作用により干渉可能範囲は図１に示すＬの範囲に限定されてしまうのに対し、上記干渉フィルタ部７Ａを透過した光は、波長６６０ｎｍの単色光であるため、それ以外の波長帯域の光による減殺作用はなく、干渉可能範囲は図１に示すように、Ｌ′の範囲（Ｌ′＞Ｌ）まで大幅に広がることとなる。
【００２１】
図５は、上記ポジショニングの際に、撮像面６ａ上に形成される干渉縞のコントラストの大きさを示す図である。
同図（ｂ）に示すように、仮に上記フィルタ７が上記光減衰フィルタ部７Ｂのみからなるとすれば、干渉可能範囲Ｌ内において干渉縞が形成され、その中心位置Ｐにおいてコントラストが最も良好なものとなる。この場合には、被検面８ａを干渉可能範囲Ｌ内にポジショニングした後は、該被検面８ａを最適位置にポジショニングすることは容易であるが、干渉可能範囲Ｌが極く狭いために該干渉可能範囲Ｌ内にポジショニングすること自体が容易でない。
【００２２】
一方、同図（ａ）に示すように、仮に上記フィルタ７が上記干渉フィルタ部７Ａのみからなるとすれば、干渉可能範囲Ｌ′内において干渉縞が形成され、その中心位置Ｐにおいてコントラストが最も良好なものとなる。この場合には、被検面８ａを干渉可能範囲Ｌ′内にポジショニングすることは容易であるが、なだらかな特性のために被検面８ａを最適位置にポジショニングすることが容易でない。
【００２３】
その点、本実施形態においては、上記フィルタ７が、上記干渉フィルタ部７Ａおよび上記光減衰フィルタ部７Ｂからなり、かつ、上記回転軸７ａを中心として高速回転するようになっているので、撮像面６ａ上に形成される干渉縞のコントラストは、図５（ｃ）に示すように、上記干渉フィルタ部７Ａの特性と上記光減衰フィルタ部７Ｂの特性とが重畳された特性で得られることとなる。このため、被検面８ａを干渉可能範囲Ｌ内にポジショニングすることも容易であり、その後、被検面８ａを最適位置にポジショニングすることも容易である。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面８ａを干渉可能範囲内の最適位置にポジショニングするのに要する操作時間を大幅に短縮することができる。しかも、このような効果を、上記フィルタ７を光路内に挿入配置するだけの簡易な構成で達成することができる。また、上記実施形態においては、上記ポジショニングが完了した後は、上記フィルタ７が、上記光路外の退避位置まで図示矢印Ｃ方向に移動せしめられるようになっているので、干渉縞観察の際には、上記フィルタ７を介さない明るい像で観察を行うことができる。
【００２５】
なお、図５（ｃ）に示す特性のうち、図５（ａ）に示す特性を強化したい場合（すなわち、被検面８ａを干渉可能範囲Ｌ内にポジショニングすることをより容易化したい場合）には、上記フィルタ７における干渉フィルタ部７Ａの中心角を大きくすればよいし、これとは逆に、図５（ｂ）に示す特性を強化したい場合（すなわち、干渉可能範囲Ｌ内における最適位置へのポジショニングをより容易化したい場合）には、上記フィルタ７における干渉フィルタ部７Ａの中心角を小さくすればよい。
【００２６】
上記実施形態においては、上記光源１として赤色のＬＥＤが用いられた場合について説明したが、これ以外の可干渉距離の短い光を射出する光源を用いた場合においても、その光源の特性に応じたフィルタを用いることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
また、上記実施形態においては、上記フィルタ７が撮像レンズ５のビームウェストの部分において光路内に挿入配置されるようになっているので、該フィルタ７を小型に形成することができるが、上記フィルタ７の挿入位置は、ビームスプリッタ３と撮像装置６の撮像面６ａとの間の光路内、あるいは光源１とビームスプリッタ３との間の光路内であれば、どの位置に設けるようにしてもよい。その際、光線束が平行になっている部分において上記フィルタ７を光路内に挿入配置するようにすれば、上記干渉フィルタ部７Ａの機能をより十分に発揮させることができる。
【００２８】
なお、上記実施形態において、上記フィルタ７は駆動手段により高速回転するように構成されているが、その回転速度は特に限定されるものではない。その際、上記フィルタ７の回転速度が比較的遅く、撮像装置６のテレビ信号の走査速度に近い値になる場合には、テレビ信号と同期させて回転させるようにすることが好ましく、このようにすればフリッカ等の不具合が発生するのを防止することができる。
【００２９】
上記実施形態においては、上記フィルタ７が上記光路外の退避位置まで図示矢印Ｃ方向に移動可能とされているものについて説明したが、必ずしもこのように構成することは必要でない。すなわち、上記ポジショニング完了時、光減衰フィルタ部７Ｂが上記光路内に配置されるように設定すれば、明るさは多少犠牲になるものの、上記フィルタ７を上記光路外へ退避させることなく、そのままの状態で干渉縞観察を行うことが可能である。
【００３０】
また、上記実施形態においては、上記フィルタ７が、円板状に形成されて高速で回転するように構成されているが、このような構成に代えて、図３に示すように、矩形状に形成されて図示矢印Ｄ方向に高速で往復動するフィルタ７′を用いるようにしてもよい。この場合には、干渉フィルタ部７Ａ′および光減衰フィルタ部７Ｂ′を、上記高速往復動に応じて光路内（図中、撮像面６ａの位置を二点鎖線で示す）に交互に配置せしめるようにすればよい。
【００３１】
さらに、上記実施形態のように、上記フィルタ７を高速回転（あるいは高速往復動）させるのではなく、図６に示すように、干渉フィルタ部１７Ａおよび光減衰フィルタ部１７Ｂからなるフィルタ１７を、上記ポジショニングの際、単に光路内に挿入配置するだけの構成としてもよい。このようにした場合においても、図５（ｃ）に示すような特性を得ることができる。
【００３２】
あるいは、図７に示すように、干渉フィルタ部１７Ａ′および光減衰フィルタ部１７Ｂ′からなる、回転軸１７ａ′回りに回動可能なフィルタ１７′を、上記ポジショニングの際、単に光路内に挿入配置するだけの構成としてもよい。この場合には、フィルタ１７′を手動で図示矢印Ｅ方向に微調整することにより、干渉フィルタ部１７Ａ′および光減衰フィルタ部１７Ｂ′部相互間の上記光路内への挿入量比率を変更することが可能となる。そして、これにより、図５（ｃ）に示す特性を適宜変形することができる。
なお、上記実施形態においては、マイケルソン型干渉計に適用された被検体ポジショニング装置について説明したが、マッハツェンダ型干渉計等の他の二光線束干渉計に対しても適用可能であり、この場合においても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明装置においては、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面の光軸方向の位置決めを行うに当たり、光源と光の分割位置との間または該分割位置と干渉縞の形成位置との間の光路内に、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有するフィルタが挿入配置されるように構成されているので、次のような効果を得ることができる。
【００３４】
すなわち、上記光減衰フィルタの透過光の干渉可能範囲は極く狭い反面、干渉可能範囲内に被検面をポジショニングした後は、これを最適位置（コントラストが最も良好な干渉縞が形成される位置）にポジショニングすることは容易である。一方、干渉フィルタ部の透過光の干渉可能範囲は幅広い反面、干渉可能範囲内に被検面をポジショニングした後に、これを最適位置にポジショニングすることは容易でない。この点、上記フィルタは、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有しているので、まず、干渉フィルタ部透過光による干渉縞により、その干渉可能範囲内へのポジショニングを行い、次に、光減衰フィルタ透過光による干渉縞により、その干渉可能範囲内へのポジショニングおよび最適位置へのポジショニングを行うことにより、短時間でポジショニングを完了することができる。
【００３５】
このように、本発明によれば、可干渉距離の短い光を用いた光波干渉装置において、被検面を干渉可能範囲内の最適位置にポジショニングするのに要する操作時間を大幅に短縮することができる。しかも、このような効果を、上記フィルタを光路内に挿入配置するだけの簡易な構成で達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光波干渉装置の被検体ポジショニング装置の一実施形態を示す構成図
【図２】上記実施形態のフィルタを単品で示す図
【図３】上記フィルタの変形例を示す図
【図４】上記実施形態のフィルタの波長−強度特性を示す図
【図５】上記実施形態の干渉可能範囲を示す図
【図６】上記フィルタの他の変形例を示す図
【図７】上記フィルタのさらに他の変形例を示す図
【符号の説明】
１ 光源
２ コリメータレンズ
３ ビームスプリッタ
４ 参照板
４ａ 参照面
５ 撮像レンズ
６ 撮像装置
６ａ 撮像面（ＣＣＤ）
７、７′、１７、１７′フィルタ
７ａ、１７ａ′ 回転軸
７Ａ、７Ａ′、１７Ａ、１７Ａ′ 干渉フィルタ部
７Ｂ、７Ｂ′、１７Ｂ、１７Ｂ′ 光減衰フィルタ部（ＮＤフィルタ）
８ 被検体
８ａ 被検面
Ｌ、Ｌ′ 干渉可能範囲
Ｐ 最適位置

Claims (6)

1. 可干渉距離の短い光源からの光を２系に分割し、一方を被検体の被検面上に、他方を参照面上に照射し、該被検面からの被検光と該参照面からの参照光の干渉により生じる干渉縞を観察し、該観察結果に基づき該被検面の表面形状を測定する光波干渉装置において、前記被検面の光軸方向の位置決めを行う被検体ポジショニング装置であって、
   前記光源と前記光の分割位置との間または該分割位置と前記干渉縞の形成位置との間の光路内に、干渉フィルタ部および光減衰フィルタ部を有するフィルタが挿入配置され、
   前記干渉縞のコントラストが、前記干渉フィルタ部の特性と前記光減衰フィルタ部の特性とが重畳された特性で得られるように構成されてなることを特徴とする光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
2. 前記光減衰フィルタ部が、前記干渉フィルタ部と略同等の透過率を有するＮＤフィルタで構成されていることを特徴とする請求項１記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
3. 前記フィルタが、前記干渉フィルタ部および前記光減衰フィルタ部相互間の前記光路内への挿入量比率を変更し得るように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
4. 前記フィルタが、前記干渉フィルタ部と前記光減衰フィルタ部とを交互に前記光路内に配置し得るよう、移動可能に設けられてなることを特徴とする請求項１または２記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
5. 前記フィルタの前記移動が、回転運動によるものであることを特徴とする請求項４記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。
6. 前記フィルタの前記移動が、往復運動によるものであることを特徴とする請求項４記載の光波干渉装置の被検体ポジショニング装置。

Images