JPH0626814A - ホログラム干渉計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホログラム光学素子を用いた干渉計におい
て、このホログラム光学素子へのレーザ光束の入射角を
小さくして、しかも光路にけられが生じないようにす
る。 【構成】 レーザ光源３１からコリメータレンズ３６に
よって平行光束化されたレーザ光束をホログラム光学素
子５３に入射させる際に、第２の反射ミラー５２に反射
させた後に、このホログラム光学素子５３に導くように
する。そして、第２の反射ミラー５２は、ホログラム光
学素子５３からの回折光の集光位置と、この回折光の光
路がホログラム光学素子５３への入射光路及びその正反
射光と交差する位置に配置し、この第２の反射ミラー５
２と回折光の光路を挟んだ反対側の位置に基準反射板５
４を配設している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被測定物体の表面の状態
を測定するためのホログラム干渉計装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】レンズその他の被測定物体の表面形状を
測定するために、被検物体であるレンズの基準となる基
準レンズを用い、この基準レンズと被検物体との間に干
渉縞を発生させ、この干渉縞を観察することによって、
被検物体の表面仕上げ精度を測定できる。また、基準レ
ンズと被検物体とを非接触で測定するために干渉計が用
いられる。干渉計としては、種々のものがあるが、その
うちフィゾー型の干渉計は、構造が簡単である等の利点
があることから、広い分野で応用されている。このフィ
ゾー型干渉計は、レーザ光源を用い、このレーザ光源か
ら出射されるレーザ光束を平行光束化して、基準レンズ
に照射させて、この基準レンズの基準面に一部を反射さ
せると共に、この基準レンズを透過した光を被検物体の
被検面で反射させて、これら基準レンズの基準面からの
参照波光と被検物体の被検面からの物体波光との間で干
渉作用を発揮させ、この干渉縞をモニタ画面等に表示し
て、干渉縞の観察を行うようにしたものである。

【０００３】また、近年においては、コンピュータ合成
ホログラムを用いることによって、被検物の表面状態の
測定を行うホログラム干渉計が実用化されている。この
種のホログラム干渉計は、前述したフィゾー型干渉計の
ように基準レンズを用いるのではなく、ホログラム光学
素子を用いる。ホログラム光学素子は、ガラス基板上に
フォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を電
子ビームで走査させることによって、物体波光と参照波
光との干渉縞と同等の縞模様の干渉縞パターンを露光し
た後、それを現像することにより干渉縞を顕在化させた
光学素子である。このホログラム光学素子における干渉
縞に参照波光と同じ再生波を入射すると、物体波光が再
生できる。このホログラムを用いた干渉法によれば、特
殊な形状の検査測定が可能なこと等から、今後広い用途
が考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、このホロ
グラム干渉計として、図４に示した構成のものを提案し
た。同図において、１はレーザ光源、２は発散レンズ、
３はピンホールをそれぞれ示し、このレーザ光源１から
出射されたレーザビームは発散レンズ２により集光さ
れ、この集光位置に配設したピンホール３を通過した後
に発散しながらビームスプリッタ４に照射され、このビ
ームスプリッタ４に反射して、光路を９０°曲折され
る。ピンホール３により発散光となったレーザ光束は、
ビームスプリッタ４に反射した後に、コリメータレンズ
５によって平行光束化されて、ホログラム光学素子６に
入射される。このホログラム光学素子６にレーザ光が入
射されると、正反射光と回折光とに分けられる。正反射
光の光路には、この正反射光に対して垂直となる基準反
射面７ａを有する基準反射板７が配設される。

【０００５】一方、回折光の光路には被検物体８が配置
される。ここで、被検物体８をシリンドリカルレンズで
あるとすると、ホログラム光学素子６のホログラムパタ
ーンは、平行な直線状に配列した縞模様とする。そし
て、このホログラム光学素子６の縞の方向を被検物体８
におけるシリンドリカル面８ａの母線方向に向け、かつ
回折光が中心軸線で集光される位置に配置する。

【０００６】レーザ光源１からのレーザ光束は、送光用
光学系を構成する発散レンズ２，ピンホール３を通過し
た後に、ビームスプリッタ４に反射して、コリメータレ
ンズ５により平行光束化させた後に、ホログラム光学素
子６に入射される。そして、ホログラム光学素子６から
の回折光は被検物体８のシリンドリカル面８ａの中心軸
線上の位置で一旦集光された後に発散して、このシリン
ドリカル面８ａに照射されて、シリンドリカル面８ａで
反射して、ホログラム光学素子６に戻る。この被検物体
８からの戻り光はホログラム光学素子６で反射して、元
の平行光となってコリメータレンズ５に向かう。一方、
ホログラム光学素子６からの正反射光は基準反射板７の
基準反射面７ａで反射して、戻り光はホログラム光学素
子６において再び反射してコリメータレンズ５に向か
う。

【０００７】従って、ホログラム光学素子６によるパタ
ーンによる物体波光が基準反射板７からの参照波光と重
なりあって相互に干渉して、干渉縞を形成する。この光
はビームスプリッタ４を透過して、コリメータレンズ５
の後側焦点位置に設けた結像レンズ９を介して撮像手段
１０の結像面に干渉縞が結像する。

【０００８】而して、ホログラム光学素子６の作用によ
って平面波とシリンドリカル面８ａに対応する非球面波
との変換が行われ、干渉縞は平行光同士の干渉の結果生
成されたものであるから、極めて明瞭な干渉縞模様が撮
像手段１０により撮像される。従って、被検物体８にお
けるシリンドリカル面８ａの形状を極めて高い精度で測
定できる。

【０００９】ところで、前述したホログラム干渉計にお
いては、ホログラム光学素子６への入射光と回折光との
間の角度を小さくすれば、より正確な干渉縞パターンと
することができ、従って被検物体の測定精度も向上す
る。しかしながら、この回折光の延長線上には被検物体
８が配設されており、この被検物体８は、それとホログ
ラム光学素子との位置合わせを極めて正確に行うため
に、少なくともＸＹ方向及び回転方向に位置調整可能な
調整テーブル上に設けた試料台上にセットされるように
なっており、また実際の測定を行う際には、キャッツア
イ位置と呼ばれるホログラム光学素子からの回折光の集
光位置に配置した後に、この集光位置が被検物体８の前
側焦点位置となる位置にまで移動させる。従って、ホロ
グラム光学素子８への入射角を小さくすると、前述した
試料台等によって光路にけられ等が生じるといった不都
合がある。

【００１０】本発明は、前述した従来技術の課題を解決
するためになされたものであって、ホログラム光学素子
へのレーザ光の入射角を小さくしても、光路のけられが
生じるのを確実に防止できるようにすることをその目的
とするものである。

【００１１】

【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、レーザ光源からのレーザ光を平行光
束化してホログラム光学素子に照射し、このホログラム
光学素子からの回折光を被検物体に、また正反射光を基
準反射板にそれぞれ反射させ、これらの間で干渉縞を発
生させるようにした干渉計装置であって、前記回折光の
集光位置と、この回折光の光路が前記ホログラム光学素
子への入射光路及びその正反射光と交差する位置の間
に、前記基準反射板と、ホログラム光学素子にレーザ光
を導くための反射ミラーとをこの回折光の光路を挟むよ
うに配設する構成としたことをその特徴とするものであ
る。

【００１２】

【作用】レーザ光源から出射されたレーザ光束は平行光
束化されて、反射ミラーに反射してホログラム光学素子
に入射される。このホログラム光学素子では、入射され
たレーザ光束は回折光と正反射光とに分けられて、回折
光は被検物体に向けて収束しながら進行し、集光位置を
通過した後、発散して被検物体の被検面に照射される。
また、正反射光は平行光束の状態を保ったまま基準反射
面に照射される。被検物体及び基準反射面から反射した
光はホログラム光学素子に反射して干渉縞を生じさせ
る。

【００１３】ここで、ホログラム光学素子に入射される
レーザ光束は反射ミラーに反射させるようにしており、
しかもこの反射ミラーはホログラム光学素子からの回折
光の集光位置と、このホログラム光学素子への入射光と
回折光との交差位置との間に配設されているので、この
反射ミラーは常に被検物体よりホログラム光学素子に近
接する位置に配置されることになるから、この反射ミラ
ーにより反射される光の光路は、被検物体がセットされ
ている試料台及びこの試料台の位置を調整するための機
構等によりけられるおそれはない。しかも、回折光の集
光位置近傍では光路の断面積が小さくなるので、この回
折光の光軸に近接させることができ、レーザ光束をホロ
グラム光学素子に入射する際に、その入射角を小さくす
ることができる。また、基準反射板は、ホログラム光学
素子に正反射した光が照射されるようになっており、こ
の基準反射板は回折光の光路を挟んだ反対側の位置に配
置されているので、この正反射光もけられが生じること
はない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。まず、図１に本発明のホログラム干渉計装
置の全体構成を示す。図中において、３０はレーザ光源
部を示し、このレーザ光源部３０には干渉縞観察部４０
が内蔵されている。また、５０は干渉計本体部である。

【００１５】レーザ光源部３０は、レーザ発振器からな
るレーザ光源３１と、送光用光学系を構成する反射ミラ
ー３２，発散レンズ３３，ピンホール３４，ビームスプ
リッタ３５及びコリメータレンズ３６を備えている。ま
た、コリメータレンズ３６の前方位置には、光路を引き
回すための一対の反射ミラー３７，３８が設けられてい
る。このレーザ光源部３０は図２に示したように、反射
ミラー３７，３８を除いて、ハウジング６０内に配設さ
れている。

【００１６】干渉縞観察部４０は、ビームスプリッタ３
５からの透過光の光路に臨む位置に設けたスクリーン４
１と、干渉縞結像レンズ４２及び干渉縞を撮像するため
の撮像手段４３から構成される。この干渉縞観察部４０
もレーザ光源部３０と共にハウジング６０内に設けられ
ている。

【００１７】干渉計本体部５０は、第１の反射ミラー５
１と、第２の反射ミラー５２と、ホログラム光学素子５
３と、基準反射面５４ａを有する基準反射板５４と、被
検面が例えばシリンドリカル面５５ａとなった被検物体
５５がセットされる試料台５６とを備えている。これら
各部材は支持プレート６１に装着されている。試料台５
６は、被検物体５５を格別の位置決め保持機構を設けな
くとも安定した状態にセットできるようにするために、
その被検物体５５をセットする面は水平となっており、
この被検物体５５の被検面であるシリンドリカル面５５
ａは上方に向けられ、ホログラム光学素子５３からの回
折光は上方から垂直に照射されるようになされている。
そして、被検物体５５はホログラム光学素子５３に対し
て厳格に所定の位置関係となるようにセットされなけれ
ばならないが、この被検物体５５の位置調整を可能なら
しめるために、試料台５６は周知のＸＹθテーブル５７
に装着されており、このＸＹθテーブル５７によって、
試料台５６にセットした被検物体５５の水平方向及び回
転方向の位置調整を行うことができる。なお、このＸＹ
θテーブル５７に傾き角の調整を可能ならしめるための
チルト機能を持たせるようにすれば、さらに被検物体５
５の位置調整を正確かつ微細に行うことができる。

【００１８】ＸＹθテーブル５７はガイドレール５８に
沿って昇降される昇降部材５９に装着されており、この
昇降部材５９によって、被検物体５５の被検面をホログ
ラム光学素子５３の回折光の集光位置であるキャッツア
イ位置と、被検物体５５のシリンドリカル面５５ａの曲
面部の曲率半径に相当する間隔分だけキャッツアイ位置
から離間した測定位置との間に移動できるようになって
いる。

【００１９】干渉計本体部５０内に導かれた平行光束と
なっているレーザ光束は第１の反射ミラー５１に反射さ
せて一度下方に向けた上で、さらに第２の反射ミラー５
２に反射させることによって、この第２の反射ミラー５
２の上方位置に設けたホログラム光学素子５３に所定の
入射角となるようにして入射される。このホログラム光
学素子５３に平行光束が入射されると、一部が回折し、
また他は正反射する。回折光は集光しながら、試料台５
６上にセットした被検物体５５のシリンドリカル面５５
ａの全面に照射される。一方、正反射光は平行光束状態
を保ったまま基準反射板５４の基準反射面５４ａに照射
される。

【００２０】被検物体５５からの反射光は、それへの入
射光と同じ光路を通ってホログラム光学素子５３に入射
されて、回折して平行光束化される。また、基準反射板
５４からの反射光は平行光束の状態を保ったままホログ
ラム光学素子５３に正反射する。そして、この被検物体
５５からの物体波光が基準反射板５４からの参照波光と
干渉する。干渉縞を有する戻り光は第２のミラー５２，
第１の反射ミラー５１を経て干渉計本体５０からレーザ
光源部３０に導入され、このレーザ光源部３０内のコリ
メータ３６を透過することによって収束されながら、ビ
ームスプリッタ３５を透過して、干渉縞観察部４０に導
かれ、干渉縞結像レンズ４２を介して撮像手段４３に干
渉縞が結像される。なお、レーザ光源部３０と干渉計本
体部５０との間の光路を正確に一致させるためには、例
えば第１の反射ミラー５１を角度調整可能な構成すれば
良い。

【００２１】ところで、ホログラム光学素子５３の干渉
縞パターンとしては、その回折光がある程度小さい角度
となるように設定するのが、被検物体５５の表面形状の
測定を高精度に行えることになる。ところが、被検物体
５５はＸＹθテーブル５７に装着した試料台５６上にセ
ットされており、このＸＹθテーブル５７はさらに昇降
部材５９に取り付けられている。しかも、被検物体５５
の表面形状を測定するには、測定位置に配置するが、ま
ず昇降手段５９によって被検物体５５を図１に仮想線で
示したキャッツアイ位置に配置し、この位置を原点とし
て実線で示した測定位置まで移動させるようにする。こ
れによって、単に被検物体５５のシリンドリカル面５５
ａの表面形状の測定だけでなく、このシリンドリカル面
５５ａの曲率半径をも測定できる。この被検物体５５及
びその支持機構である試料台５６，ＸＹθテーブル５７
及び昇降手段５９によってホログラム光学素子５３への
入射光がけられないようにしなければならない。

【００２２】そこで、ホログラム光学素子５３への入射
光路がけられないようにして、しかもこのホログラム光
学素子５３への入射角をできるだけ小さくするために、
第２の反射ミラー５２を設け、この第２の反射ミラー５
２をホログラム光学素子５３と被検物体５５との間に配
置して、それにレーザ光束を反射させる。これによっ
て、ホログラム光学素子５３への入射光路がけられるの
を防止できる。また、基準反射板５４は、ホログラム光
学素子５３からの回折光の光路を挟んで第２の反射ミラ
ー５２と反対側の位置に配置することにより、この基準
反射板５４における光路のけられも生じない。ここで、
被検物体５５はキャッツアイ位置と測定位置との間に変
位可能であることから、ホログラム光学素子５３と被検
物体５５との間の位置いうのは、被検物体５５が最もホ
ログラム光学素子５３に近接するキャッツアイ位置とホ
ログラム光学素子５３との間の位置を意味する。

【００２３】一方、第２の反射ミラー５２及び基準反射
板５４がホログラム光学素子５３と被検物体５５との間
の光路に対して干渉することがあってはならない。従っ
て、第２の反射ミラー５２及び基準反射板５４とホログ
ラム光学素子５３との間の光路がホログラム光学素子５
３と被検物体５５との間の光路とが交差する位置より被
検物体５５に近い側に第２の反射ミラー５２及び基準反
射板５４を配設する。これによって、ホログラム光学素
子５３と被検物体５５との間の光路もけられることはな
い。

【００２４】しかも、前述した位置関係において、第２
の反射ミラー５２及び基準反射板５４をできるだけ回折
光の集光位置に近接させ、かつこの回折光の光軸に近接
させる。これによって、第２の反射ミラー５２からホロ
グラム光学素子５３への入射角を例えば１５°というよ
うに、小さい角度でホログラム光学素子５３に入射光を
導入でき、より高精度の測定が可能となる。

【００２５】而して、図３に示したように、第２の反射
ミラー５１及び基準反射板５４のそれぞれの反射面を保
持部材７０，７１により支持させる場合には、これら各
保持部材７０，７１の回折光の光路に沿う側の部位に切
り欠き７０ａ，７１ａを形成しておく。これによって、
これら第２の反射ミラー５１及び基準反射板５４を回折
光をけることなく、しかも最大限にこの回折光に近接さ
せることができる。

【００２６】なお、前述した実施例においては、レーザ
光源部３０及び干渉縞観察部４０と、干渉計本体５０と
を別個の部材として構成したものを示したが、これらは
一体のハウジング内に設ける構成としても良い。また、
反射ミラー３２，３７，３８及び５１はレーザ光束の引
き回しを行うために設けられるものであって、レーザ光
源３１からのレーザ光を平行光束化した状態で直接第２
の反射ミラー５２に入射させる構成とすれば、これら反
射ミラー３２，３７，３８及び５１を設ける必要はな
い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、回折光
の集光位置と、この回折光の光路とホログラム光学素子
への入射光路及びその正反射光とが交差する位置の間
に、この回折光を挟んだ両側の位置に、基準反射板とホ
ログラム光学素子にレーザ光を導くための反射ミラーと
を配設する構成としたので、ホログラム光学素子への入
射光及びそれからの反射光が装置を構成する部材等によ
ってけられることがなく、しかもホログラム光学素子へ
の入射角を小さくでき、被検物体の表面形状をより高精
度に測定できる等の諸効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すホログラム干渉計の構
成説明図である。

【図２】ホログラム干渉計装置の正面図である。

【図３】第２の反射ミラーと基準反射板との構成を示す
外観図である。

【図４】ホログラム干渉計の原理説明図である。

【符号の説明】

３０ レーザ光源部 ３１ レーザ光源 ３５ ビームスプリッタ ３６ コリメータレンズ ４０ 干渉縞観察手段 ５０ 干渉計本体部 ５１ 第１の反射ミラー ５２ 第２の反射ミラー ５３ ホログラム光学素子 ５４ 基準反射板 ５５ 被検物体 ５６ 試料台

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【手続補正書】

【提出日】平成５年８月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】干渉計本体部５０は、第１の反射ミラー５
１と、第２の反射ミラー５２と、ホログラム光学素子５
３と、基準反射面５４ａを有する基準反射板５４とを備
えている。これら各部材は支持プレート６１に装着され
ている。試料台５６は、被検物体５５を格別の位置決め
保持機構を設けなくとも安定した状態にセットできるよ
うにするために、その被検物体５５をセットする面は水
平となっており、この被検物体５５の被検面であるシリ
ンドリカル面５５ａは上方に向けられ、ホログラム光学
素子５３からの回折光は上方から垂直に照射されるよう
になされている。そして、被検物体５５はホログラム光
学素子５３に対して厳格に所定の位置関係となるように
セットされなければならないが、この被検物体５５の位
置調整を可能ならしめるために、試料台５６は周知のＸ
Ｙθテーブル５７に装着されており、このＸＹθテーブ
ル５７によって、試料台５６にセットした被検物体５５
の水平方向及び回転方向の位置調整を行うことができ
る。なお、このＸＹθテーブル５７に傾き角の調整を可
能ならしめるためのチルト機能を持たせるようにすれ
ば、さらに被検物体５５の位置調整を正確かつ微細に行
うことができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】而して、図３に示したように、第２の反射
ミラー５２及び基準反射板５４のそれぞれの反射面を保
持部材７０，７１により支持させる場合には、これら各
保持部材７０，７１の回折光の光路に沿う側の部位に切
り欠き７０ａ，７１ａを形成しておく。これによって、
これら第２の反射ミラー５１及び基準反射板５４を回折
光をけることなく、しかも最大限にこの回折光に近接さ
せることができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザ光を平行光束化
   してホログラム光学素子に照射し、このホログラム光学
   素子からの回折反射光を被検物体に、また正反射光を基
   準反射板にそれぞれ反射させ、これらの間で干渉縞を発
   生させる干渉計装置において、前記回折光の集光位置
   と、この回折光の光路が前記ホログラム光学素子への入
   射光路及びその正反射光と交差する位置の間に、前記基
   準反射板と、ホログラム光学素子にレーザ光を導くため
   の反射ミラーとをこの回折光の光路を挟むように配設す
   る構成としたことを特徴とするホログラム干渉計装置。