JPH07190714A - 干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏光プリズムと波長板等を組み合わせ２つの
面の間を通る光路を有する干渉計により面間隔を精度よ
く測定する。 【構成】 異なる周波数のｐ偏光とｓ偏光を発生するレ
ーザ３、受光素子９、偏光膜５０１を持つ偏光プリズム
５、偏光板８、１／４波長板６，７を含む。法線が重な
る面１，２の間に偏光プリズムと偏光面を回転するため
の１／４波長板が配され、レーザからの入射ｓ偏光成分
を測定光束とし、該光束は面１，２の間を往復して偏光
板を通し受光素子に入る。一方、参照光束のｐ偏光成分
は偏光プリズムを透過し偏光板を通し受光素子に入る。
２つの面間の光路を往復する測定光束と同光路を通らな
い参照光束を有する干渉計により面間隔を精度よく測定
できる。干渉縞の位相を測定する干渉計に比し小型かつ
製作も容易である。大きな表面であっても走査すること
により形状の測定が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉計、特に間隔測定
用干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、表面の形状を精度高く測定する必
要性は増々高くなってきており、特にナノメータオーダ
ーの保証ができる測定法が要求されている。干渉計を用
いることによって、この程度の精度を実現できるといわ
れており、従って、例えばそのような目的に使用される
のに適した干渉計についての新しい技術の開発・実用化
が望まれている。従来から、面形状の測定についてはい
わゆる干渉縞の位相を測定する方法が広く利用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかして、面形状の測
定において測定できる範囲は干渉計の開口によって決ま
り、それ以上の大きさの面を測定することはできない。
よって、そうした大きな表面を被測定面として測定を行
いたいといったような用途には、この方法は不向きなも
のである。また、従来の干渉縞の位相を測定する干渉計
は、充分に小型で製作の容易なものもいまだみられな
い。小型にしてかつ製作も容易であり、しかも精密に面
間隔を知ることのできる干渉計が実現できれば、これを
走査することで、種々の面形状の測定にあたりそれを高
い精度で行うことを可能にするが、かかる干渉計につい
ても提案はされていない。

【０００４】本発明は、面間隔の測定に好適な干渉計を
提供しようというものである。より詳しくは、面形状の
高精度の測定にも有利に利用できて、たとえ大きな表面
であっても走査することにより形状の測定を可能とし、
かつ小型で製作も容易な間隔測定用の干渉計を得ること
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明干渉計は、直交す
る２つの偏光成分を発生する偏光発生手段と、該偏光発
生手段から発せられる第１の偏光成分と第２の偏光成分
のうち、一方を反射し、他方を透過させる偏光プリズム
を少なくとも１つと、偏光成分が透過する際該偏光面を
回転する波長板が少なくとも２枚と、偏光板と、前記第
１の偏光成分と第２の偏光成分を受光する受光素子とを
有し、前記偏光発生手段から発生した偏光成分のうち、
前記偏光プリズムを透過する偏光成分を参照光束とし、
該参照光束が前記偏光板を透過する一方、前記偏光発生
手段から発生した偏光成分のうち、前記偏光プリズムを
反射する偏光成分を測定光束とし、該測定光束が前記波
長板のうち１枚を透過し、測定する面に到達・反射した
後、前記波長板を透過し、前記偏光プリズムの少なくと
も１つを透過後、前記波長板ともう１枚の波長板を透過
し、前記測定する面とは対向する測定面に到達・反射し
た後、前記もう１枚の波長板を透過した後、前記偏光プ
リズムの少なくとも１つで反射し、前記偏光板を透過
し、前記偏光板を透過した前記参照光束及び前記測定光
束を前記受光素子によって受光するようになすことを特
徴とするものである。

【０００６】また、光源と、受光素子とを有するととも
に、法線が重なるか、またはほぼ重なる２枚の面の間に
配置された半透鏡の組にして、前記光源からの入射光束
を反射させ測定光束とする一方、参照光束として透過さ
せる第１の半透鏡と、前記受光素子に対し参照光束は透
過させて入射させかつ測定光束は反射させて入射させる
第２の半透鏡とからなる２個の半透鏡と、前記第１の半
透鏡を透過した参照光束を前記第２の半透鏡へ導く光路
形成のための光学系と、前記第１の半透鏡で分割された
測定光束が前記２枚の面の間の光路を経た後、該光学系
による参照光束と重ね合わされて前記第２の半透鏡から
前記受光素子へ入射するよう、該第１の半透鏡と前記２
つの面の一方との間、及び該第２の半透鏡と前記２つの
面の他方との間のそれぞれの位置において軸外れで挿入
された２枚のレンズとを含んでなることを特徴とするも
のである。

【０００７】

【作用】本発明においては、２つの面を配置し、それら
の間の光路を通る測定光束と同光路を通らない参照光束
を有する干渉計により面間隔を精度よく測定することが
できる。

【０００８】請求項１記載のものでは、その偏光発生手
段と、偏光プリズムと、波長板と、偏光板と、受光素子
を有して上記を実現し得、２枚の面の間に少なくとも１
つの偏光プリズムと偏光面を回転するための波長板を２
枚配置して、測定光束が該面の間を往復するようにな
す。測定する面は法線が重なるか、またはほぼ重なる２
枚の面であり、その間に上記の偏光プリズムと波長板が
あって測定がなされる。干渉計自体は干渉縞の位相を測
定する干渉計に比べて小型で、製作ははるかに容易であ
る。かかる偏光プリズムと偏光板を組み合わせて２枚の
面の間を往復する光路を有する小型な干渉計は、面形状
の測定に使用する場合において走査をするときでも、容
易に走査可能であり、また従来の干渉計ならその開口を
超える大きさの面を測定するのに不向きであるが、たと
えそのように大きな表面であっても走査することにより
形状の測定を可能とする。

【０００９】請求項２記載の場合は、偏光プリズムを使
用しないで実現可能であり、その光源と、受光素子と、
第１の半透鏡及び第２の半透鏡と、光路形成のための光
学系と、２枚のレンズとそれぞれを有して、２枚の面の
間に２個の半透鏡と２枚のレンズ及び光路形成のための
光学系を配置して、測定光束が該面の間の光路を経た
後、参照光束と重ね合わせる。これによっても、上記と
同様の作用効果を奏し得る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す。図中、１，２は
それぞれ平面鏡を示す。これらが面間隔を測定しようと
する２枚の面を構成するもので、表面法線が重なるよう
に配置してある。本実施例による干渉計は、このような
法線が重なる２枚の平面１，２の間に１次元または２次
元的に移動可能に配置して使用でき、ここでは、２周波
数レーザ３、光束拡大用レーザ４、偏光プリズム５、１
／４波長板６，７、偏光板８及び受光素子９の各部品か
ら構成されている。

【００１１】２周波数レーザ３は、紙面内に周波数ｆ１
で振動するｐ偏光と紙面に垂直に周波数ｆ２で振動する
ｓ偏光を発生する光源を構成するものであり、図示例で
は、その出射光束の出射方向上に、レーザ３からの光束
を広げるための光束拡大用レンズ４、１個の偏光プリズ
ム５、受光素子９が、それぞれこの順で図示の如くに配
置してある。本実施例では、偏光プリズム５は、偏光膜
５０１を１面有するとともに、その平面１，２と対向す
る各面側には偏光面を回転するための１／４波長板６，
７が、また受光素子９と対向する面側には偏光板８が、
それぞれ偏光プリズム５と一体に設けてある。１／４波
長板６，７は、偏光プリズム５と平面１，２の間の位置
にあり、偏光板８は、偏光プリズム５から受光素子９に
至る光路中にある。

【００１２】各１／４波長板６，７は、それぞれ透過す
る偏光成分の偏光面を回転させるよう、平面１と対向す
る１／４波長板６は結晶軸が紙面に対して４５度の方位
に、また平面２と対向する１／４波長板７は結晶軸が紙
面に対して４５度の方位に、それぞれ選定され、偏光板
８については、その偏光軸が紙面とそれに垂直な面以外
の面内に選定されている。

【００１３】上記構成において、本実施例では、２周波
数レーザ３からのｐ偏光及びｓ偏光（直線偏光）のうち
のｓ偏光成分を、平面１及び平面２の間を往復させる測
定光束として、またｐ偏光成分を参照光束として使用
し、下記するようにして測定を行う。この場合におい
て、分割されるｓ偏光成分の測定光束の方は、平面１と
平面２の間の間隔に対応する光路長差をもって、ｐ偏光
成分を参照光束と結合し、それら面間隔がこの光路差に
反映することになる。今、レーザ３から光束を出射させ
ると、その出射光束は光束拡大用レンズ４により拡大さ
れ、偏光プリズム５に入射する。この拡大された平行光
束のうちｓ偏光成分（測定光束）、ｐ偏光成分（参照光
束）については、それぞれ次のような光路で受光素子９
に至る。

【００１４】即ち、レーザ３側からの入射ｓ偏光成分
は、偏光プリズム５の偏光膜５０１で反射し、結晶軸が
紙面に対して４５度の方位にある１／４波長板６を通っ
て平面１に至る。このとき、直線偏光は円偏光に変換さ
れ、平面１に垂直に入射して反射される。かくして反射
した光束は、再び１／４波長板６を透過する。ここで偏
光は円偏光は直線偏光に変換されることによりｐ偏光に
変わるので、今度は偏光膜５０１を透過して平面２側へ
向かい、もう一つの結晶軸が紙面に対して４５度の方位
にある１／４波長板７を通って平面２で反射する。そし
て、これは反射した後再び１／４波長板７を通るが、上
記の１／４波長板７の透過、平面２での反射、１／４波
長板７の透過の過程でｓ偏光になる結果、偏光膜５０１
で反射し、偏光軸が紙面とそれに垂直な面以外の面内に
ある偏光板８を通って受光素子９に入る。このようにし
て、２枚の平面１，２の間に偏光プリズム５と偏光面を
回転するための１／４波長板６，７を配置して測定光束
としての入射ｓ偏光成分が該面の間における法線上の光
路を往復するようになすものである。

【００１５】一方、参照光束の方は、同光路を通らない
で受光素子９に至る。即ち、レーザ３側からの入射ｐ偏
光成分は、偏光プリズム５を透過し、かつ偏光板８を透
過して受光素子９に入り、平面１と平面２の間を往復し
た上述のｓ偏光と干渉し、２つの周波数ｆ１，ｆ２の差
に等しいビート信号を得る。しかして、良く知られてい
るように、このビート信号の位相変化を測定することに
より移動に伴う光路長変化を測定することができる。こ
の測定法はヘテロダイン干渉測定法として公知であるの
でこれ以上の説明は省略するが、本干渉計を予め定めら
れた経路に沿って光軸に垂直な面内で動かしたときのビ
ート信号の位相変化を公知の方法により２つの面１，２
の間隔変化として測定することができる。

【００１６】本実施例によれば、上述のように表面法線
が重なるように表面を配置し、法線上の光路を往復する
測定光束と同光路を通らない参照光束を有する干渉計に
より面間隔を精度よく測定することができる。また、こ
の場合において、干渉計自体は干渉縞の位相を測定する
干渉計に比べて小型であり、製作ははるかに容易であ
る。このようにして、面間隔を測定するのに好適な干渉
計が実現され、超精密長さ測定の実用化に大いに効果を
発揮することができる。更にまた、面形状の測定におい
て測定できる範囲が干渉計の開口により制限されると、
それ以上の大きな面の測定に適用できないが、このよう
な不利も解消され、大きな表面であっても走査すること
により形状の測定が可能となる。

【００１７】なお、測定にはレーザ３の部分及びその他
の干渉計構成部分を一体にして動かすか、またはレーザ
３は固定してその他の干渉計構成部分のみを動かすかの
二つの方法が考えられ、そのどちらであってもよい。い
ずれにせよ、測定系をどのように構成するかは、必要に
応じ当業者には容易にできるところである。

【００１８】図２は、本発明の他の実施例（第２の実施
例）を示す。本実施例は、前記実施例（第１の実施例）
において、更に、同図の如くに、偏光プリズム５からそ
れぞれ平面１，２に向かう光束をそれぞれの平面上に集
光するためのレンズ１０，１１を配した構成としたもの
である。

【００１９】本実施例によると、光束をレンズ１０、レ
ンズ１１によって小さなスポットにするので、それだけ
第１の実施例に比べて分解能を良くすることができる。
即ち、レンズ１０及びレンズ１１の付加により、小スポ
ット径としてより測定を正確なものにすることが容易に
実現される。また、２つのレンズ１０，１１の焦点距離
を等しくすれば、本干渉計を動かしたとき光軸方向に変
位するとピント外れの影響で波面が曲がるが、偏光プリ
ズム５を射出するときには平面に戻るので、干渉縞のコ
ントラストの低下を小さくすることができる利点もあ
る。

【００２０】次に、前記第１，第２実施例のように偏光
プリズムを使用する場合において、その偏光プリズムに
おける光束分離結合の他の好適構成例について述べる。
図３、図４、図５、並びに図６、図７、図８は、それぞ
れ図１または図２の構成における偏光プリズム５、１／
４波長板６，７、及び偏光板８の部分を別の構成にした
場合を示す図であって、光束の分割結合、即ち測定光束
（ｓ偏光成分）と参照光束（ｐ偏光成分）との分離、並
びにその分離後の結合の方法を示すものである。

【００２１】以下、反射及び透過の態様を主としてその
要部を説明するに、前記図１，２のものにあっては、偏
光プリズム５としては１面の偏光膜５０１を有するもの
を使用したが、図３の場合は、偏光プリズム５は３面の
平行な偏光膜５０１，５０２，５０３を有する構成とし
てある。図３において、測定光束としての入射ｓ偏光成
分は、偏光プリズム５の偏光膜５０１及び偏光膜５０２
で順次反射したあと、再び偏光膜５０１で反射し、次い
で１／４波長板６を通って図示しない一方の平面鏡（図
１，２の平面鏡１参照）で反射する。当該一方の平面鏡
で反射した光束は、再び１／４波長板６を通り、更に偏
光膜５０１、偏光膜５０３、１／４波長板７をこの順で
透過して図示しない他方の平面鏡（図１，２の平面鏡２
参照）で反射する。そして、その反射した光束は、１／
４波長板７を透過した後、偏光膜５０３で反射し、かく
して偏光プリズム５から射出する。

【００２２】一方、参照光束としてのｐ偏光成分は、偏
光プリズム５の偏光膜５０１、偏光膜５０３をこの順で
透過して偏光プリズム５から射出する。その後は上記ｓ
偏光成分と一緒になり、偏光板を通って受光素子でビー
ト信号として検出されることは前述の各実施例と同じで
ある。

【００２３】本構成例では、偏光プリズム５での使用偏
光膜の特性が不十分であっても、それぞれの光束が少な
くとも２回以上反射及び／又は透過するので、２つの偏
光成分が混じり合うことが少なくなり、ビート信号の位
相測定の精度を向上することができる。具体的には、例
えばｓ偏光成分についての偏光膜での反射回数をみる
と、前記図１，２の場合が計２回であったのに対し、本
例では４回（まず偏光膜５０１で１回、次に偏光膜５０
２で１回、更に偏光膜５０１で１回、そして偏光膜５０
３で１回の計４回）となる。２つの偏光成分の分離にあ
たり、本来なら１００％反射、１００％透過が理想的で
あるところ、そうでない場合でも、本構成によると、分
離をより十分なものとし得、分離性の向上、従って、よ
り精度高く測定ができる。

【００２４】図４も同様に光束の分割結合の更に他の構
成例を示す。同図中、５ａ，５ｂ及び５ｃはそれぞれ偏
光膜を１面有する各偏光プリズム、１２はプリズム、５
０４ｓはｓ偏光成分のみを通す偏光板、５０５ｐ及び５
０６ｐはそれぞれｐ偏光成分のみを通す偏光板を示し、
本例においては、これら要素を図示の如くに組み合わせ
て光束分割結合の光学系を構成してある。

【００２５】図４において、入射ｓ偏光成分は、偏光プ
リズム５ａの偏光膜５０１及びプリズム１２でそれぞれ
この順で反射し、次にｓ偏光成分のみを通す偏光板５０
４ｓを透過し、更に偏光プリズム５ｂの偏光膜５０２で
反射したあと、１／４波長板６を通って一方の平面鏡
（図示せず）で反射する。その反射した光束は、再び１
／４波長板６、偏光膜５０２、ｐ偏光成分のみを通す偏
光板５０５ｐをこの順で透過した後、更に偏光プリズム
５ｃの偏光膜５０３、１／４波長板７をこの順で透過し
て他方の平面鏡（図示せず）で反射する。反射した光束
は１／４波長板７を透過した後、偏光膜５０３で反射し
て偏光プリズム５ｃから射出する。

【００２６】一方、ｐ偏光成分については、偏光プリズ
ム５ａの偏光膜５０１、ｐ偏光成分のみを通す偏光板５
０６ｐ、更に偏光膜５０３をこの順で透過して偏光プリ
ズム５ｃから射出する。その後は上記ｓ偏光成分と一緒
になり、偏光板を通って受光素子でビート信号として検
出されることは、これも前述の各実施例と同様である。

【００２７】本構成例でも、図３の場合と同様の作用効
果を得られるほか、分離をより十分なものとするための
上述の偏光板５０４ｓ，５０５ｐ，５０６ｐを用いる
分、より一層の分離の向上が図れる。

【００２８】図５は、同様に光束の分割結合の更に他の
構成例を示す。本例は、２個の偏光プリズム５ａ，５ｂ
とプリズム１３とを図示のような組み合わせで配置した
ものである。なお、偏光プリズム５ａ，５ｂとプリズム
１３とは予め決められた所定の位置関係で配することが
できる。なおまた、１／４波長板６，７を離して配置す
る例をも示している。

【００２９】同図において、測定光束の入射ｓ偏光成分
は、偏光プリズム５ａの偏光膜５０１で反射したあと１
／４波長板６を通って一方の平面鏡（図示せず）で反射
し、再び１／４波長板６、偏光膜５０１、偏光プリズム
５ｂの偏光膜５０２、１／４波長板７をこの順で透過し
て他方の平面鏡（図示せず）で反射する。その反射した
光束は１／４波長板７を透過した後、偏光膜５０２で反
射して偏光プリズム５から射出する。

【００３０】一方、参照光束としてのｐ偏光成分は、偏
光プリズム５ａの偏光膜５０１を透過した後、プリズム
１３に入射して光路を変えられて偏光プリズム５ｂに入
射し、その偏光膜５０２を透過して偏光プリズム５ｂか
ら射出するものである。その後は上記ｓ偏光成分と一緒
になり、偏光板を通って受光素子でビート信号として検
出されることは、前述の各実施例と同じである。測定光
束を分離し、測定光束が２つの表面の間を往復した後、
参照光束と重ね合わせる光束の分離結合については、本
例のようにして実施してもよい。なお、本例の場合は、
上記偏光板及び受光素子は、２周波数レーザの光源と同
じ側に配することができる。

【００３１】次に、図６〜図８によるものについて述べ
る。図６は、ほぼ等しい光路差を有する光束分割結合の
例による実施例を示し、例えば、図１の第１の実施例の
構成において、干渉計は、参照光束用のｐ偏光成分の光
学系に関し、平面鏡１，２と別の参照反射鏡（平面鏡）
１′，２′を設けるとともに、それらの間に、１面の偏
光膜５０２を有する偏光プリズム５′、１／４波長板
６′，７′をそれぞれ追加し、かつ偏光プリズム５と上
記追加の偏光プリズム５′の間に、偏光面を９０度回転
するための１／２波長板１４を更に配置したものであ
る。なお、図示例では、１／２波長板１４は偏光プリズ
ム５側の一面に設けてある。

【００３２】本例においては、測定光束及び参照光束成
分が偏光プリズム５から出射するまでの過程は、前記第
１の実施例と同様である。従って、ｓ偏光成分は平面
１，２間を往復した後、前段の偏光プリズム５から出射
し、ｐ偏光成分はこれを透過して出射する。こうして偏
光プリズム５から射出したｓ偏光成分（測定光束）は、
偏光面を９０度回転させる１／２波長板１４を通って後
段の偏光プリズム５′に向かい、従って、当該偏光プリ
ズム５′を透過し出射する。

【００３３】これに対し、同じく前段の偏光プリズム５
から射出したｐ偏光成分（参照光束）は、偏光面を９０
度回転させる１／２波長板１４を通って後段の偏光プリ
ズム５′に入射し、ここで反射鏡１′，２′の間を往復
することとなる。かくして、このようにして、偏光プリ
ズム５からの射出ｐ偏光成分は反射鏡１′，２′間を往
復したのちに、偏光プリズム５′から射出し、ｓ偏光成
分と一緒になる。

【００３４】このようにすれば、両成分の光路差はほぼ
等しくなり、気圧、温度など雰囲気の影響をキャンセル
することもできる利点がある。

【００３５】図７は、図６と同じ形式の干渉計に係る別
の構成例である。本例においては、４面の偏光膜５０
１，５０２，５０３及び５０３′を用いるもので、それ
ぞれ偏光膜を１面有する偏光プリズム５ａ，５ｂ，５ｃ
及び５ｃ′を図示のように組み合わせて配置するととも
に、偏光プリズム５ａと偏光プリズム５ｃ′との間、並
びに偏光プリズム５ａと偏光プリズム５ｃとの間のそれ
ぞれに、図示の如く偏光面を９０度回転させるための１
／２波長板１４，１５を挿入して構成したものである。

【００３６】図８は、更に図７の構成によるものの変形
例を示す。即ち、これは、図７のものを、その偏光膜５
０１，５０２、１／４波長板、及び１／２波長板からな
る部分と、その偏光膜５０３，５０３′、及び１／４波
長板からなる部分とに、図８に示すように分離した形の
干渉計の例である。

【００３７】これらの例については、これまでの説明で
その作用効果を容易に理解できるので詳細な説明は省略
するが、例えば図７での光路順について簡略して示すな
ら、入射ｓ偏光成分は、偏光プリズム入射→偏光膜５０
１で反射→１／４波長板６を透過→平面で反射→１／４
波長板６を透過→偏光膜５０１を透過→偏光膜５０２を
透過→１／４波長板７を透過→平面で反射→１／４波長
板７を透過→偏光膜５０２で反射→１／２波長板１５を
透過→偏光膜５０３を透過→偏光プリズム出射の順であ
り、入射ｐ偏光成分は、偏光プリズム入射→偏光膜５０
１を透過→１／２波長板１４を透過→偏光膜５０３′で
反射→１／４波長板６を透過→平面で反射→１／４波長
板６を透過→偏光膜５０３′を透過→偏光膜５０３を透
過→１／４波長板７を透過→平面で反射→１／４波長板
７を透過→偏光膜５０３で反射→偏光プリズム出射の順
となる。

【００３８】図８では、ｓ偏光成分は、入射→偏光膜５
０１で反射→１／４波長板６を透過→平面１で反射→１
／４波長板６を透過→偏光膜５０１を透過→偏光膜５０
２を透過→１／４波長板７を透過→平面２で反射→１／
４波長板７を透過→偏光膜５０２で反射→１／２波長板
１４を透過→偏光膜５０３を透過→出射の順であり、ｐ
偏光成分は、入射→偏光膜５０１を透過→１／２波長板
１４を透過→偏光膜５０３′で反射→１／４波長板６′
を透過→参照表面１′で反射→１／４波長板６′を透過
→偏光膜５０３′を透過→偏光膜５０３を透過→１／４
波長板７′を透過→参照表面２′で反射→１／４波長板
７′を透過→偏光膜５０３で反射→出射の順である。本
発明は、上記のような構成で実施してもよい。

【００３９】なお、図６，７，８についてここで補足的
に説明すると、干渉計はそもそも絶対測定をするもので
はなく、相対測定をするものである。従って、例えば図
６，７，８において、基準面を平面１としたとき、平面
２の相対測定をすることを目的とするものに適用でき
る。この場合、間隔測定は、実際には、間隔ズレ測定
（相対値）である。

【００４０】次に、本発明の更に他の実施例（第３の実
施例）を示す。図９は、改良された光路長測定用干渉計
の実施例を示すもので、１個のレンズが光束中に配置さ
れた構成を示している。このものにおいて、前記図１，
図２の実施例と比べて異なる主な点は、２枚の面間の往
復路に係る光路中に１個のレンズ１０が配され、かつそ
れが図９に示す如くに軸外れで挿入されていることであ
る。以下、測定光束の光路につきその要部を説明する
と、光源（図示せず）から入射した平行光束は、そのう
ちの所望の偏光成分の測定光束が偏光プリズム５の偏光
膜５０１で反射し、１／４波長板６を透過し、平面１で
反射して再び１／４波長板６を透過し、偏光プリズム５
偏光膜５０１、１／４波長板７をこの順で透過する。

【００４１】その後、軸外れで挿入されているレンズ１
０で平面２の上に集光され、ここで反射して図示のよう
に再びそのレンズ１０を通り、平行光束となって、本実
施例では再度、平面１に向かい当該平面１に入射する。
このようにすることによって、平面１，２間には、等間
隔離れて２つの往復光路が形成されることとなる。即
ち、平面１に向かった光束はそこで反射し、光路を逆行
して偏光プリズム５に戻り（平面１→レンズ１０→平面
２→レンズ１０→１／４波長板７→偏光プリズム５）、
ここでその偏光膜５０１で反射し、かくして偏光板８を
透過し受光素子９に入るものである。

【００４２】本実施例によると、表面法線が重なるよう
に表面を配置し、平行で等間隔離れた光路を往復する測
定光束と、同光路を通らない参照光束を有する干渉計を
得ることができ、これにより面間隔を精度よく測定する
ことができるなど、前記各実施例と同様の作用効果を奏
するほか、更に次のような利点がある。即ち、測定光束
は平面１と平面２の間を２往復するので感度は２倍にな
り、面間隔がより正確に測れ、かつ干渉計が傾いても干
渉計から射出する波面は傾かないので、干渉縞のコント
ラストあるいはビート信号の振幅が低下することはな
い。

【００４３】また、面形状の測定についても、本実施例
に従う干渉計で走査をすることにより、開口によって制
約を受けるということなく大きな面でも形状の測定が可
能であることも各実施例と同様であるのに加え、面１に
対しては大きい直径の光束で表面を走査することができ
るので、直径に比べて非常に細かい凹凸が面１にあって
も、測定に際し、それが検出されることはない。従っ
て、面２のみを測定したいときには、細かい凹凸はあっ
てもうねりがない精度の低い面を基準面として用いるこ
とができるという利点もある。

【００４４】なお、レンズ１０も含めて干渉計を一体で
動かすとき、平面２とレンズ１０の間隔が変化すると、
干渉計を出る波面が彎曲して干渉縞のコントラストある
いはビート信号の振幅が低下するので、走査用の移動機
構（図示せず）として、間隔は一定になるよう真直度の
高い移動機構を用いるのは、好ましい態様である。この
場合、詳細な説明は省略するが、干渉縞のコントラスト
あるいはビート信号の振幅から、間隔を知ることができ
るので、間隔を一定に制御することは可能である。例え
ば、レンズ１０を光軸方向に一定振幅で振動させたとき
のビート信号の振幅変化を同期検波することにより制御
信号を得ることができるので、間隔を一定に制御するこ
とができる。

【００４５】なおまた、光束の分割結合については、レ
ンズ１０と併用することにより面１、２の間を往復でき
れば、以上説明してきた、あるいは以下に説明する実施
例等に示されている方法またはそれ以外の方法を利用す
ることができる。

【００４６】図１０，１１は、上記図９による実施例を
改良した実施例の要部構成を示す。なおまた、本実施例
は、図３における構成の場合の偏光プリズムの改良の例
をも示すものである。

【００４７】図１０において、入射測定光束は、図示の
如くの４面の偏光膜５０１，５０２，５０３及び５０４
を有する偏光プリズム５における偏光膜５０１及び偏光
膜５０２で順次反射し、再び偏光膜５０１で反射し、１
／４波長板６を経て被測定平面１に向かい、ここで反射
する。反射した光束は、再び１／４波長板６を経て今度
は偏光プリズム５の偏光膜５０１、偏光膜５０３、１／
４波長板７、レンズ１０をこの順で経て被測定平面２に
集光され、反射される。

【００４８】平面２で反射した光束は、軸外れで挿入さ
れているレンズ１０で平行光束に戻り、被測定平面１に
向かう（図１１参照）。ここで、被測定平面１で反射し
た光束は上記と逆の経路をたどり（図１１参照）、偏光
プリズム５に入射してその偏光膜５０３に至り、ここで
反射し、更に偏光膜５０４及び５０３でそれぞれこの順
で反射し、かくして偏光プリズム５から出射するもので
ある。一方、参照光束の方は、偏光プリズム５における
偏光膜５０１及び偏光膜５０３をこの順で透過し、偏光
プリズム５から出射する。

【００４９】本実施例では、図９によるものに加え、偏
光膜５０１と５０２及び５０３と５０４で測定光束が反
射されるため、使用偏光膜が多少不完全なものでも、所
望の偏光成分（例えば、ｓ成分）のみを２つの平面間の
往復光路を経由させて通すことができる。また、参照光
束についても、偏光膜５０１及び５０３を透過するた
め、所望の偏光成分（例えば、ｐ成分）のみを通すこと
ができる。従って、分離は更により一層向上し、精密測
定が可能である。また、精度の高い１／４波長板を用い
れば、光源に戻る光量を極めて小さくすることができ
る。

【００５０】図１２は、光束分割結合の更に他の実施例
である。本例は、偏光発生手段から光の進む方向と、測
定する面の間隔を測定する光の方向が同じになっている
ものである。即ち、これまでの実施例と異なり（前例で
は、すべてそれらは直交している）、入射光束の方向を
測定光束と同じ方向にした実施例である。同図におい
て、入射光束のうちｓ偏光成分は、偏光プリズム５ａの
偏光膜501、偏光プリズム５ｂの偏光膜５０２で反射
し、1/4 波長板６を経て被測定面１で反射し、再び1/4
波長板６を経て今度は偏光プリズム５ｂの偏光膜５０
２、偏光プリズム５ｃの偏光膜５０３、1/4 波長板７を
経て、被測定面２に至る。平面２で反射した光束は、逆
の光路をたどり偏光プリズム５ｃの偏光膜５０３に至
り、ここで反射し、更に偏光プリズム５ｄの偏光膜５０
４で反射して偏光プリズムから射出する。一方、入射光
束のうちｐ偏光成分は、偏光プリズム５ａの偏光膜５０
１、偏光プリズム５ｄの偏光膜５０４を透過した後、ｓ
偏光成分と一緒になる。本実施例では、偏光膜５０１と
５０２及び５０３と５０４で測定光束が反射されるた
め、偏光膜が多少不完全でも所望の偏光成分（ｓ成分）
のみを通すことができる。参照光束についても、偏光膜
５０１、５０４を透過するため、所望の偏光成分（ｐ成
分）のみを通すことができる。また、精度の高い1/4 波
長板を用いれば、光源に戻る光量を極めて小さくするこ
とができる。本実施例は、いうまでもなく、前述のレン
ズを用いる実施例にも適用することができる。

【００５１】以上の各例はいずれも偏光プリズムを使用
するものであり、それらによれば偏光プリズムと波長板
を組み合わせて２つの面の間を往復する光路を有する干
渉計を構成することにより面間隔を精度よく計測するこ
とができる。なお、先にも既に触れているように、干渉
計を構成する部品を一体に構成する必要はなく、例えば
図５の実施例等に示すように、部品を全部または部分的
に離して構成してもよいことはいうまでもない。

【００５２】次に例をもって示すものは、本発明の更に
他の実施例であって、前記図１〜図１２のものが、法線
が重なる２枚の面の間に少なくとも１個の偏光プリズム
と偏光面を回転するための波長板を配置して測定光束が
該面の間を往復するようにしたものであったのに対し、
図１３の場合の例は、偏光プリズムを使用しないで実施
できる例である。本実施例に従えば、法線が重なる２枚
の表面の間に２個の半透鏡と２枚のレンズ及び光路形成
のための光学部品を配置して測定光束が該表面の間を往
復した後、参照光束と重ね合わせるようにする間隔測定
用干渉計が得られる。

【００５３】図１３において、１６，１７は半透鏡でレ
ーザからの光束はここで分割される。干渉計は、図示の
ように２つの面１，２間に配置した半透鏡１６，１７の
ほか、分割された反射光束のための面１，２間の往復光
路中に配されるようそれぞれ軸外れで挿入されているレ
ンズ１０，１１、分割された透過光束の光路形成用のプ
リズム１８、及び受光素子９を含んで構成できる。レン
ズ１０は半透鏡１６と面２との間に、またレンズ１１は
半透鏡１７と面１との間にある。プリズム１８は、半透
鏡１６を透過した光束を、半透鏡１６と並設した半透鏡
１７に導く。なお、半透鏡１６と半透鏡１７とプリズム
１８とは相互に予め決められた所定の位置関係で配する
ことができる。

【００５４】不図示の光源としてのレーザからの光束が
一方の半透鏡１６に入射すると、その光束はここで半分
反射、半分透過により分割される。反射した光束（測定
光束）は、一方のレンズ１０に向かい、当該レンズ１
０、表面２、レンズ１０、他方のレンズ１１、表面１、
レンズ１１をこの順序で経て、もう一方の半透鏡１７で
反射して受光素子９に入る。こうして、上記反射した光
束の測定光束の方は、２つの面１，２の間の光路を経
る。一方、半透鏡１６を透過した光束（参照光束）は、
プリズム１８で反射し光路を変えられた後、半透鏡１７
を透過し、受光素子９に入る。

【００５５】このようにして、２個の半透鏡１６，１７
と２枚のレンズ１０，１１とプリズム１８を用い、半透
鏡１６を反射する光束を測定光束、透過する光束を参照
光束として、測定光束が２つの表面の間を進んだ後、参
照光束の方と重ね合わせることができ、かくして測定光
束と参照光束が重なる結果できる干渉縞の位相差は公知
の方法で検出される。本実施例によっても、上記のよう
な測定光束についての光路を有する干渉計を構成するこ
とにより、偏光プリズムを使用しないでも、面間隔を精
度よく計測することができる。かつまた、前記各例と同
様に、面形状の高精度の測定にも有利に利用できて、た
とえ大きな表面であっても走査することにより形状の測
定を可能とする。本発明は、このようにして実施するこ
ともできる。

【００５６】なお、本発明は、以上の例に限定されるも
のではない。例えば、上記では主としてヘテロダイン干
渉測定法をベースとして説明を行ったが、位相測定法に
ついては種々の方法が知られており、それらを適用でき
ることはいうまでもない。例えば測定光束または参照光
束の光路長をステップ状に一定間隔づつ変化させたとき
に得られる一連の干渉縞強度から位相を算出する位相変
化法がよく知られているが、この位相変化法を適用する
ことも容易に可能である。

【００５７】また、例えば表面は実施例では全て平面を
用いて説明したが、法線がほぼ重なるように配置すれば
よいので平面である必要はない。例えば、軸を共有する
２つの円筒面、あるいは中心を共有する２つの球面等に
本発明に従う干渉計を使うことができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明干渉計によれば、面間隔の測定に
好適なものが提供され、２つの面の間の光路を経る測定
光束と同光路を通らない参照光束を有する干渉計により
面間隔を精度よく測定することができる。また、干渉計
自体は干渉縞の位相を測定する干渉計に比べて小型にし
得て製作もはるかに容易であり、更に、面形状の高精度
の測定にも有利に利用できて、たとえ大きな表面であっ
ても走査することにより形状の測定を可能とする。ま
た、請求項２記載のものの場合は、偏光プリズムを使用
しないでこれを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る間隔測定用干渉計を示
す図である。

【図２】同じく、本発明の他の実施例を示す図である。

【図３】光束分割結合の他の構成例を示す図である。

【図４】同じく、光束分割結合の更に他の構成例を示す
図である。

【図５】同じく、更に他の構成例を示す図である。

【図６】ほぼ等しい光路差を有する光束分割結合の構成
例を示す図である。

【図７】同じく、ほぼ等しい光路差を有する光束分割結
合の別の構成例を示す図である。

【図８】同じく、ほぼ等しい光路差を有する光束分割結
合の更に別の構成例を示すもので、図７の構成の変形例
を示す図である。

【図９】本発明の更に他の実施例を示すもので、１個の
レンズを光束中に配置した場合の干渉計の構成を示す図
である。

【図１０】同じく、本発明の更に他の実施例を示すもの
で、図９の構成の改良に係る干渉計を示す図である。

【図１１】同側面図である。

【図１２】光束分割結合の更に別の実施例を示す図であ
る。

【図１３】本発明の更に他の実施例を示すもので、偏光
プリズムを使用しない場合の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 平面鏡 １′ 平面鏡（参照反射鏡，参照表面） ２ 平面鏡 ２′ 平面鏡（参照反射鏡，参照表面） ３ ２周波数レーザ ４ 光束拡大用レンズ ５，５′，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｃ′，５ｄ 偏光プリ
ズム ６，６′ １／４波長板 ７，７′ １／４波長板 ８ 偏光板 ９ 受光素子 １０，１１ レンズ １２ プリズム １３ プリズム １４ １／２波長板 １５ １／２波長板 １６，１７ 半透鏡 １８ プリズム ５０１，５０２，５０３，５０３′，５０４ 偏光膜 ５０４ｐ，５０５ｐ，５０６ｐ 偏光板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交する２つの偏光成分を発生する偏光
   発生手段と、 該偏光発生手段から発せられる第１の偏光成分と第２の
   偏光成分のうち、一方を反射し、他方を透過させる偏光
   プリズムを少なくとも１つと、 偏光成分が透過する際該偏光面を回転する波長板が少な
   くとも２枚と、 偏光板と、 前記第１の偏光成分と第２の偏光成分を受光する受光素
   子とを有し、 前記偏光発生手段から発生した偏光成分のうち、前記偏
   光プリズムを透過する偏光成分を参照光束とし、該参照
   光束が前記偏光板を透過する一方、 前記偏光発生手段から発生した偏光成分のうち、前記偏
   光プリズムを反射する偏光成分を測定光束とし、 該測定光束が前記波長板のうち１枚を透過し、測定する
   面に到達・反射した後、前記波長板を透過し、前記偏光
   プリズムの少なくとも１つを透過後、前記波長板ともう
   １枚の波長板を透過し、前記測定する面とは対向する測
   定面に到達・反射した後、前記もう１枚の波長板を透過
   した後、前記偏光プリズムの少なくとも１つで反射し、
   前記偏光板を透過し、 前記偏光板を透過した前記参照光束及び前記測定光束を
   前記受光素子によって受光するようになすことを特徴と
   する干渉計。
2. 【請求項２】 光源と、受光素子とを有するとともに、 法線が重なるか、またはほぼ重なる２枚の面の間に配置
   された半透鏡の組にして、前記光源からの入射光束を反
   射させ測定光束とする一方、参照光束として透過させる
   第１の半透鏡と、前記受光素子に対し参照光束は透過さ
   せて入射させかつ測定光束は反射させて入射させる第２
   の半透鏡とからなる２個の半透鏡と、 前記第１の半透鏡を透過した参照光束を前記第２の半透
   鏡へ導く光路形成のための光学系と、 前記第１の半透鏡で分割された測定光束が前記２枚の面
   の間の光路を経た後、該光学系による参照光束と重ね合
   わされて前記第２の半透鏡から前記受光素子へ入射する
   よう、該第１の半透鏡と前記２つの面の一方との間、及
   び該第２の半透鏡と前記２つの面の他方との間のそれぞ
   れの位置において軸外れで挿入された２枚のレンズとを
   含んでなることを特徴とする干渉計。