专利名称：具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使由光源给出的光束所照射的部件产生物理移动，从而使产生光波干涉的两个光束间产生相位差变化而可实施干涉条纹扫描的干涉计装置，特别是涉及一种具有将由该光源给出的光束分成两束、使该两束光束分别通过将彼此的光路长度差调整为相当于干涉计的基准面与被检测物体的被检测面间的光学距离两倍的两条路径之后，对两束光束实施合并输出的路径匹配(path match)路径部，从而具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置。
背景技术：
在先前技术中搭载有诸如激光光源等等干涉性良好的光源的斐索型(Fizeau)干涉计装置，由于可以在基准面和被检测面间形成与所使用光源的相干(coherent)距离相对应的间隔，工作空间充足、作为使用方便的干涉计装置而被广泛应用着。
而且，斐索型干涉计装置可以采用与其它干涉计装置类似的干涉条纹扫描法(条纹扫描法)，所以可以进行被检测面的凹凸判别和正确的立体形状判别作业。
然而，目前公知的常规干涉条纹扫描法，干涉计装置需要通过诸如三点对基准板实施支撑，在三个支撑部处安装压电元件，并且通过在预定时间里将预定电压施加在压电元件上以驱动该压电元件，使基准板沿光轴方向移动。而且，需要对由于这种移动产生变化的干涉条纹图像数据实施若干次摄像，将这些图像数据输入至计算机中，利用预定的运算公式，求解出干涉条纹图像上各点的相位，由此进行被检测物体的形状解析作业(比如说，可以参见专利文献1)。
专利文献1日本特开2000-155051号公报。
然而，对于采用如上述先前技术中的干涉条纹扫描法的场合，存在有下述问题。
对于在外部振动比较大的环境下使用干涉计装置的场合，或是对于需要减少外部振动影响的场合，为了防止被检测物体和基准板由于外部振动而分别产生振动，扰乱相对位置关系，使干涉测定难以实现的现象出现，采用诸如将被检测物体和基准板固定设置在一个保持部件上的方式比较有利，然而采用这种将基准板固定设置在保持部件上的方式，存在有难以采用使用压电元件等等对基准板实施驱动以进行干涉条纹扫描作业的上述方法的问题。
而且，上述先前技术需要将压电元件分别安装在基准板的三个支撑部处，所以还存在有制造成本比较高的问题。
而且，干涉计装置的使用者，可能需要对诸如纵向比较长的纵尺等等的、具有特殊形状的被检测物体实施测定，对于这种场合将其形状与该被检测物体形状相对应的基准板，设置在使用者侧更合适些。然而对于这种状况，难以构造出能够对其形状与该被检测物体形状相对应的、位于使用者侧的基准板实施驱动的系统。而且，先前技术中采用的是对基准板的表面形状实施测定用三个基准板，两个两个地组合起来，将组合后的两个基准板中的一个配置在原基准板位置处，将另一个配置在原被检测物体位置处，从而对这些组合形式分别实施干涉条纹测定，对所获得的三组干涉条纹信息实施运算，进而获得各基准板表面(基准面)形状的方法(比如说，可以参见日本特开平10-325710号公报)。这种方法被称为三重吻合方法，对于采用这种方法的场合，使用者不需要在干涉计装置上附加原使用的基准板，所以和当初设置基准板的场合相比，在价格方面更具有优越性。
然而，对于基准板未在初始时组装在干涉计装置处的场合，将难以采用通过压电元件等等对基准板实施驱动以进行干涉条纹扫描作业的上述方法。
而且，虽然目前也有不采用如上所述的压电元件，而是通过由光源给出的照射光束波长的微小变化实施干涉条纹扫描的方法，然而这些先前技术存在有实施波长扫描的光源输出变动比较大，从而会出现解析精度方面问题的缺陷。
由此可见，上述现有的干涉计装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决干涉计装置存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的干涉计装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，能够改进一般现有的干涉计装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的干涉计装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，所要解决的技术问题是使其可以形成通常不会受到外部振动影响的基准板支撑机构，且可以使制造成本低廉、具有干涉条纹扫描功能，从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于，克服现有的干涉计装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，所要解决的技术问题是使其即使将基准板设置在使用者侧，也可以进行良好且简单地干涉条纹扫描，从而具有干涉条纹扫描功能，从而更加适于实用。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下本发明提供的一种具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，可以具有光源，将由该光源给出的光束分成两束、使该两束光束分别通过将彼此的光路长度差调整为相当于干涉计的基准面与被检测物体的被检测面的光学距离两倍的两条路径之后、对两束光束实施合并输出的路径匹配路径部，以及将从该路径匹配路径部输出的光束作为平行光束照射至所述基准面的准直透镜，而且具有依据由该基准面反射的光波面和透射过所述基准面并由所述被检测面反射的光波面的干涉形成的干涉条纹，获得该被检测面的波面信息的干涉条纹扫描功能，在所述路径匹配路径部处，具有使通过所述两条路径的光束相位差变化并实施条纹扫描(干涉条纹扫描)的相位差可变单元。
而且，本发明提供的另一种具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，可以具有光源，将由该光源给出的光束分成两束、使该两束光束分别通过将彼此的光路长度差调整为相当于干涉计的基准面与被检测物体的被检测面的光学距离两倍的两条路径之后，对两束光束实施合并输出的路径匹配路径部，将从该路径匹配路径部输出的光束作为平行光束照射至所述基准面的准直透镜，以及具有该基准面的基准板，而且具有依据由该基准面反射的光波面和透射过所述基准面并由所述被检测面反射的光波面的干涉形成的干涉条纹，获得该被检测面的波面信息的干涉条纹扫描功能，在所述路径匹配路径部处，具有使通过所述两条路径的光束相位差变化而可实施条纹扫描(干涉条纹扫描)的相位差可变单元。
而且，本发明提供的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，对于所述被检测物体为透明平行板，由所述光源输出的所述光束，是相干距离设定为小于所述透明平行板的厚度(即光学距离)两倍的低相干光束的场合，特别有效。
而且，本发明提供的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其中所述相位差可变单元使被光束照射的光学部件物理的移动，藉此改变通过所述两条路径的光束相位差。
而且，本发明提供的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，还可以进一步使所述光学部件的物理移动，是通过诸如压电元件实施的。
而且，本发明提供的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，还可以进一步使所述光学部件为能够使所述两条路径中的至少一条，产生180度折曲的两个反射镜或一个棱镜。
而且，如上所述的被检测面和基准面，指的是对产生干涉的两条光束实施反射的两个光学面的相对称呼，在下面的说明中，也包括指称对于由诸如大体平行的透明板的表面、内面给出的反射光束产生干涉的场合，作为被检测面的表面、内面中的一个面，和作为基准面的表面、内面中的另一个面。
本发明是基于在进行干涉条纹扫描时，由于最好是改变由基准板反射出的参考光束，与由被检测面反射的物体光束间的相位差，最好是经常使基准板(或被检测物体)不沿光轴方向移动的原理完成的。而且，当将这种原理具体化为上述构成形式时，最好是分离参考光束路径和物体光束路径，并且使通过分离后的一条路径的光束的光路长度，对于通过分离后的另一条路径的光束的光路长度产生相对的变化的技术构想。
将上述构想具体化的参考技术，已经由本申请人公开在日本特开平9-21606号公报中。
换句话说就是，由该专利公报公开的路径匹配路径型干涉计装置是一种斐索型干涉计装置，并且按照使测定光束的相干距离小于预定长度的方式实施设定，设置有使测定光束的一部分产生折曲的路径匹配路径部，在未产生折曲的直线前进的测定光束的由被检测面给出的反射光束，与产生折曲的测定光束的由基准面给出的反射光束之外不会产生光学干涉，从而可以通过非常简单的构成形式获得没有噪声的、明确的干涉条纹图像，本发明提供的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，可以在上述路径匹配路径部中使通过一条路径的光束的光路长度，与通过另一条路径的光束的光路长度产生相对变化，从而解决了本发明所需要解决的技术问题。
经由上述可知，本发明是关于一种具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，可以通过在路径匹配路径部处，设置有使通过两条路径的光束相位差变化并可以实施干涉条纹扫描的相位差可变更单元，形成不易受到外部振动影响的基准板支撑机构，且可以使制造成本低廉。其中的光路长度变更部30，可以将两个全反射镜23、24固定设置在托板部件31上，通过驱动安装在该托板部件31上的压电元件14，可以使全反射镜23、24整体沿箭头A所示方向往复移动，从而改变通过两条路径的光束间的相位差。压电元件14可以由作为驱动单元的压电元件驱动部分16实施驱动。压电元件驱动部分16可以因应与计算机11给出的控制信号从载物台控制部分15输出，依据压电元件输出信号将预定的驱动电压施加在压电元件14上。
借由上述技术方案，本发明具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置至少具有下列优点根据本发明构造的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，具有可以将由光源给出的光束分成两束，在使这两束光束分别通过其光路长度差按照与基准面至被检测面间的光学距离两倍相当的方式实施调整的两条路径之后，实施合并输出的路径匹配路径部处，对通过两条路径的光束相位差实施改变的干涉条纹扫描的相位差可变单元。
采用这种构成形式，不再需要通过若干压电元件对重量比较大的基准板实施移动，可以通过一个压电元件实施简单且紧凑(compact)的干涉条纹扫描，所以可以构造出通常不会受到外部振动影响的基准板支撑机构，且可以使制造成本低廉。
而且，根据本发明构造的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，可以不使用组装有基准板的单元实施干涉条纹扫描，所以对于在使用者侧设置基准板的场合，也不需要附加有其它实施干涉条纹扫描的单元，从而可以使制造成本低廉，且能够实施干涉条纹扫描作业。
综上所述，本发明特殊结构的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，可以形成通常不会受到外部振动影响的基准板支撑机构，且可以使制造成本低廉、具有干涉条纹扫描功能。而且，本发明另一个特殊结构的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，即使将基准板设置在使用者侧，也可以进行良好且简单地干涉条纹扫描，从而具有干涉条纹扫描功能。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的干涉计装置具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举出多个较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是本发明第一实施形式的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的示意性装置结构构成图。
图2是图1所示的光路长度变更部的一个变更实例的概略示意图。
图3本发明第二实施形式的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的示意性装置结构构成图。
图4是本发明第三实施形式的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的示意性装置结构构成图。
图5本发明第四实施形式的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的示意性装置结构构成图。
图6是适用于本发明的干涉计装置的第一使用方法的示意图。
图7是说明适用于本发明的干涉计装置的第二使用方法的示意图。
图8是说明适用于本发明的干涉计装置的第三使用方法的示意图。
2、202、302、402、502、602、5准直透镜205、305a、405、505、605准直透镜4、21、22、204、221、321、404、421半反射棱镜422、504、521、522、604、621、622半反射棱镜4a、21a、22a、204a、221a、321a半反射镜面6a、106a、107a、207a(表面)、307a(表面)基准面406a(基准透镜面)、506a、606a(被检测面)基准面7a、207b(内面)、307b(内面)、407a被检测面507a、606a(基准面)、607a被检测面23、24、223、224、230、231、323、324、330、331全反射镜423、424、425、523、524、525、623、624、625全反射镜1、201、301、401、501、601光源208、308、508、608搭载台3、203、303、403、503、603发散透镜30、40、430、530、630路径长度变更部31、41、431、531、631托板部件6、106、107、506基准板7、507、606、607被检测物体(透明平行板)9、209、309、409、509、609成象透镜10、210、310、410、510、610摄像装置14、214、314、414、514、614压电元件20、220、320、420、520、620路径匹配路径部7b非被检测面8搭载面11计算机12图像显示部13输入单元 15载物台控制部分16压电元件驱动部分 43直角等腰三棱镜
50单元 207薄板试样307薄膜 305b、441收缩透镜306基板具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
<第一实施形式>
请参阅图1所示，是本发明第一实施形式的具有干涉条纹扫描(fringescan)功能的干涉计装置的示意性装置结构构成图。如图1所示的干涉计装置，在由光源1输出的、通过准直透镜2形成为平行光束的路径上，设置有路径匹配路径部20。
所述路径匹配路径部20具有位于由准直透镜2朝向发散透镜3直线延伸的第一路径上的两个半反射棱镜21、22，以及位于由第一路径中分出的、在两个半反射棱镜21、22间折曲传递的第二路径上的两个全反射镜23、24。
这种路径匹配路径部20可以使由准直透镜2给出的光束在半反射棱镜21的半反射镜面21a处，分离成透射过该半反射镜面21a的光束和由半反射镜面21a直角反射出的光束。透射过所述半反射镜面21a的光束，沿着第一路径入射至所述半反射棱镜22处，由半反射镜面21a直角反射出的光束，沿着第二路径依次由所述全反射镜23、24实施直角反射后入射至所述半反射棱镜22处。在所述半反射棱镜22处，对通过第一路径的一部分光束和通过第二路径的一部分光束实施合成输出。
由半反射棱镜22输出的光束，通过发散透镜3和准直透镜5将光束直径扩大后照射在透明基准板6处。入射至基准板6内的一部分光束由基准面6a反射，其余光束透射过基准面6a，照射在搭载在搭载面8上的被检测物体7处。
由基准板6的基准面6a反射的光束(光波面)，与由被检测物体7的被检测面7a反射的光束(光波面)间实施相互干涉合成，随后由半反射棱镜4的半反射镜面4a实施直角反射，通过成象透镜9在摄像装置10内的CCD元件上形成干涉条纹图像。可以依据由该CCD元件实施光电变换的若干干涉条纹图像信息，通过计算机11对被检测面7a的表面形状等等实施测定解析作业(包括采用干涉条纹扫描方法实施的解析作业)，并且可以将干涉条纹图像显示在诸如CRT等等的图像显示部12上。
而且，如上所述的路径匹配路径部20，可以对第一路径(光路长度L1)和第二路径(光路长度L2＝11+12+13)间的光路长度差，按照大体等于基准板6的基准面6a与被检测物体7的被检测面7a的光学距离L两倍的方式实施设定。采用这种方式，可以使经过第一路径由被检测面7a反射并透射过基准面6a的光束路径长度，与经过第二路径由基准面6a反射的光束的光路长度彼此相等。
采用这种构成形式，即使被检测物体7为诸如玻璃板、塑料板、石英板等等的透明平行板，也可以对被检测面7a的形状等实施高精度地测定。换句话说就是，采用诸如SLD(超辐射发光二极管)、卤灯或高压水银灯等等(比如说相干距离为1μm)的低相干光源作为光源1，通过将其输出光束的相干距离设定为小于透明平行板厚度t1两倍的方式，将不会产生由基准板6的基准面6a与被检测物体7的非被检测面7b(被检测物体的内面)，以及由被检测面7a和非被检测面7b所产生的光干涉。而且，这种路径匹配路径部的作用，已经由如前所述的日本特开平9-21606号公报中详细公开，所以在这儿省略了对其的详细说明。
本实施形式的特征在于在路径匹配路径部20内的第二路径上，还设置有光路长度变更部30。换句话说就是，该光路长度变更部30可以通过将第二路径上的全反射镜23、24固定设置在托板部件31上，对安装在该托板部件31处的压电元件14实施驱动的方式，使全反射镜23、24整体沿箭头A所示方向往复移动，从而使通过两条路径的光束间产生相位变化。而且，托板部件31需要按照能够与对压电元件14的驱动相对应，沿箭头A所示方向平滑移动的方式实施设置。
所述压电元件14可以通过作为驱动单元的压电元件驱动部分16实施驱动。压电元件驱动部分16在响应由计算机11给出的控制信号由光源15实施输出时，依据压电元件的驱动信号将预定驱动电压施加在压电元件14上。
在计算机11处还连接有诸如键盘和切换开关等等的输入单元13。如果举例来说，该输入单元13除了可以使用在由干涉计装置的操作者依据所获得的干涉条纹图像数据进行形状解吸分析的场合实施设定变更之外，还可以使用在对诸如干涉条纹扫描的步骤数目实施变更等等的场合。
采用这种构成形式，本实施形式的干涉计装置可以通过在第二路径上设置光路长度变更部30的方式，改变经过第二路径的光路长度L2，从而可以改变通过两条路径的光束间的相位差，因此如果通过光路长度变更部30使托板部件31朝向一个方向(沿箭头A所示方向，即朝向纸面上下方向中的一个方向)移动时(通常在相位差为2π时)，获得若干干涉条纹图像数据，则可以通过干涉条纹扫描方式实施图像解析操作。
换句话说就是，本实施形式可以如上所述，将经过第一路径由被检测面7a反射并透射过基准面6a的光束(物光束)的光路长度，与经过第二路径由基准面6a反射的光束(参考光束)的光路长度设定为彼此相等，将此时的位置取为基准位置，如果使托板部件31朝向一个方向(沿箭头A所示方向，即朝向纸面上下方向中的一个方向)移动，每隔预定间隔(比如说每当相位差为(1/2)π时)可以获得干涉条纹图像时，则通过在所述物光束与所述参考光束间的相位差为0、(1/2)π、π、(3/2)π时获取干涉条纹图像(四步骤法)，利用计算机对所获得的若干干涉条纹图像数据实施如后所述的预定运算的方式，可以对被检测面7a的形状实施高精度地测定。
采用这种构成形式，可以不象先前技术那样，通过若干个(三个以上)压电元件移动重量比较大的基准板，而是通过一个压电元件14实施移动，所以可以简单且紧凑地实施干涉条纹扫描操作。而且，基准板6可以按照通常不会受到外部振动影响的方式，固定设置在其内部保持有如上所述的被检测物体7的壳体的开放端部处，所以如果采用本实施形式，可以不需要沿光轴方向移动基准板6，因此还可以形成耐振动型的构成形式。
下面，对使用若干干涉条纹图像数据，利用计算机11按照干涉条纹扫描方法实施的预定运算进行简要说明。
对于采用干涉条纹扫描方法的场合，通过如上所述的四步骤法，获得的四次干涉条纹扫描的干涉条纹强度I1、I2、I3、I4可以分别由下述的公式(1)、(2)、(3)、(4)表示。
I1(x，y)＝I0(x，y)[1+γ(x，y)cos{Φ(x，y)}] ……(1)I2(x，y)＝I0(x，y)[1+γ(x，y)cos{Φ(x，y)+π/2}] ……(2)I3(x，y)＝I0(x，y)[1+γ(x，y)cos{Φ(x，y)+π}]……(3)I4(x，y)＝I0(x，y)[1+γ(x，y)cos{Φ(x，y)+3π/2}] ……(4)在此，x，y为坐标值，Φ(x，y)为相位值，I0(x，y)为各点处的平均光强度值，γ(x，y)为干涉条纹的调整值。而且，该调整值与干涉条纹幅度呈大体相关关系，而且可以具体表示为下述公式(5)。
数学公式1γ(x,y)={I4(x,y)-I2(x,y)}2+{I1(x,y)-I3(x,y)}22I1(x,y)+I2(x,y)+I3(x,y)+I4(x,y)...(5)]]>当由上述的四个公式(1)、(2)、(3)、(4)，求解Φ(x，y)时，可以采用下述公式(6)。
数学公式2Φ(x,y)=tan-1I4(x,y)-I2(x,y)I1(x,y)-I3(x,y)...(6)]]>在这时，上述公式(6)是一种反正切函数，相位Φ(x，y)在-π至π之间实施卷积。这种状态的数据被称为常规相位重叠数据。随后，在由-π至π之间实施卷积获得的相位卷绕数据(Wrapping data)，可以通过求解连续相位分布Φ’(x，y)用的公知相位非卷绕(Unwrapping)处理方法实施相位非卷绕处理，求解出与实际被检测面7a的形状相当的、连续的相位分布Φ’(x，y)。
而且，在上述的干涉条纹扫描方法中也可以不采用四步骤法，而是采用诸如五步骤法等等的三步骤以上的其它步骤法。
而且在上述实施形式中，是将全反射镜23、24固定搭载在移动压电元件14用的托板部件31上的，然而也可以不采用这种方式，而是将如图2所示的直角等腰三棱镜43，固定搭载在托板部件41上构成光路长度变更部40。当采用这种直角等腰三棱镜43时，还可以使保证两个反射面直角精度用的第二路径光学系统的准直调整容易实施。
而且，还可以采用直角棱镜替代上述的直角等腰三棱镜43。
<第二实施形式>
下面对本发明的第二实施形式进行说明。请参阅图3所示，是本发明第二实施形式的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的示意图。在图3中，与上述第一实施形式相同的构成要素，由与图1中相同的参考标号表示，且省略了对它们的详细说明。
第二实施形式的特征在于基准板106并未包含在干涉计装置的构成要素中，其它均与上述第一实施形式的干涉计装置的构成大体相同。
换句话说就是，这种干涉计装置可以将未包含基准板106的单元50，与使用者侧准备之所希望的基准板106，组合构成干涉计装置供使用。
干涉计装置采用作为本实施形式的构成形式时，可以具有下述优点。
先前技术中，比如说如同日本特开平10-325710号公报公开的技术，由于采用着作为所谓三重吻合方法的公知方法而具有一定优点。所谓的三重吻合方法，是一种为了对具有高精度平面的基准板的表面形状实施测定，将三个基准板两两组合起来，并且将组合后的两个基准板中的一个配置在原基准板位置处，将另一个配置在原被检测物体位置处，进而对这些组合形式分别实施干涉条纹测定，对所获得的三组干涉条纹信息实施运算，获得各基准板表面(基准面)形状的方法。对于采用这种方法的场合，使用者不需要在开始时在干涉计装置上附加基准板，所以和开始时设置基准板的场合相比，在作业操作性和价格方面更具有优越性。作为本实施形式的干涉计装置，对于这种应用场合，即使在使用者侧未附加实施干涉条纹扫描用的单元，也可以实施良好的干涉条纹扫描。
如图3所示，是将在使用者侧准备的三个基准板中的两个基准板106、107中的一个设置在原基准板位置处，将另一个设置在原被检测物体位置处，并且对两个基准面106a、107a的相对形状实施测定时的实例。
对于干涉计装置的使用者，可能需要对诸如非常长的纵尺等等具有特殊形状的被检测物体实施测定，对于这种场合可以容易地在使用者侧，制备出其形状与该被检测物体形状相对应的基准板。在这种状态下，在使用者侧往往难以构造出可以对和该基准板形状相对应的、对该基准板的干涉条纹扫描测定实施驱动的系统，然而如果采用本实施形式提供的构成形式，将可以良好地进行干涉条纹扫描作业。而且，对于需要对纵长型被检测物体的表面形状实施测定的场合，还可以通过将干涉计装置和被检测物体，同时沿被检测物体纵向方向移动预定距离的方式，实施干涉条纹测定，进而对所获得的若干干涉条纹图像数据实施连接吻合的开口合成方法。
<第三实施形式>
请参阅图4所示，是本发明第三实施形式的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的示意图。如图4所示的干涉计装置，在由光源201输出的、通过准直透镜202形成为平行光束的光路上，设置有与上述第一实施形式和上述第二实施形式使用的路径匹配路径部20不同的路径匹配路径部220。
所述路径匹配路径部220具有将由准直透镜202给出的光束分成两束的半反射棱镜221，和两个全反射镜230、231。
这种路径匹配路径部220可以使由准直透镜202给出的光束在半反射棱镜221的半反射镜面221a处，分成透射过该半反射镜面221a的光束和由半反射镜面221a直角反射出的光束。
透射过所述半反射镜面221a的光束，垂直入射至固定着的全反射镜230，并垂直反射回半反射棱镜221，其一部分由半反射镜面221a实施直角反射(第一路径)。在另一方面，由半反射镜面221a直角反射出的光束，垂直入射至可沿光轴方向移动的全反射镜231，并垂直反射回半反射棱镜221，其一部分由半反射镜面221a处透射过(第二路径)。
采用这种构成形式，返回至半反射棱镜221处两个光束的一部分，可以由半反射镜面221a实施合成，并出射至全反射镜223处。
合成后朝向全反射镜223的光束，由该全反射镜223和全反射镜224实施全反射，通过发散透镜203和准直透镜205将光束直径扩大后，照射在搭载在搭载台208上的透明薄板试样207处。照射至该薄板试样207处的一部分光束由该表面(基准面)207a实施反射，其余光束透射过薄板试样207，由该薄板试样207的内面(被检测面)207b实施反射。
由薄板试样207的表面(基准面)207a实施反射的光束(光波面)，与由薄板试样207的内面(被检测面)207b实施反射的光束(光波面)间相互干涉合成，随后由半反射棱镜204的半反射镜面204a实施直角反射，通过成象透镜209在摄像装置210内的CCD元件上形成干涉条纹图像。可以依据由该CCD元件实施光电变换的若干干涉条纹图像信息，通过图中未示出的计算机，对薄板试样207的表面、内面间的平行度和厚度起伏等等实施测定解析操作，并且可以将干涉条纹图像显示在图中未示出的、诸如CRT等等的图像显示部上。
而且，所述搭载台208按照通过倾斜调整机构208b，使上侧板208a和下侧板208c相对配置的方式构成。
在可以沿光轴方向(沿箭头B所示方向)移动的全反射镜231处安装有压电元件214，全反射镜231可以沿光轴方向(沿箭头B所示方向)实施扫描，以获得具有干涉条纹扫描的功能。采用这种构成形式，可以通过干涉条纹扫描方法，对薄板试样207的表面、内面间的平行度和厚度起伏等等实施解析作业。
采用这种构成形式，本实施形式可以对配置在路径匹配路径部220内的全反射镜231实施扫描，进而实施干涉条纹扫描，所以对于作为薄板试样207的表面、内面与被检测面和基准面构成为一体的场合，也可以进行简单且高精度的干涉条纹扫描测定。
而且上述的路径匹配路径部220，可以按照使由半反射镜面221a至全反射镜230，进而返回至半反射镜面221a的第一路径，与由半反射镜面221a至全反射镜231，进而返回至半反射镜面221a的第二路径的光路长度，大体等于薄板试样207的光学厚度(光学光路长度)两倍的方式，对全反射镜231沿箭头B所示方向实施移动调整(全反射镜231用的移动机构在图中未示出)。
如果采用这种构成形式，经过第一路径由薄板试样207的内面(被检测面)207b反射的光束的光路长度，可以与经过第二路径由薄板试样207的表面(基准面)207a反射的光束的光路长度大体相等，所以可以对诸如透明薄板试样207的表面、内面间的平行度和厚度起伏等等实施高精度的测定。换句话说就是，可以采用能够出射其干涉距离比薄板试样207的光学厚度(光学光路长度)的两倍小的低相干光源作为光源201，以便在上述光束干涉之外，不会出现由于噪声等等产生的光束干涉。
<第四实施形式>
请参阅图5所示，是本发明第四实施形式的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置的示意图。第四实施形式表示的是为了进行诸如薄膜厚度起伏等等测定用的、作为本发明的斜向入射干涉计装置，诸如路径匹配路径部320等等的构成形式，与上述第三实施形式中路径匹配路径部220等等的构成形式大体相同，所以在一般情况下，对于与第三实施形式中相同的部件，通过在第三实施形式的部件参考标号上增加数值100的方式表示，且省略了对它们的详细说明。
与上述第三实施形式相类似，由路径匹配路径部320实施合成且朝向全反射镜323出射的光束，由该全反射镜323和全反射镜324实施全反射，通过发散透镜303和准直透镜305a将光束直径扩大并形成平行光束后，照射至形成在位于搭载在搭载台308上的不透明基板306上的薄膜307处。照射至该薄膜307处的一部分光束由其表面(基准面)307a实施反射，其余光束透射过薄膜307，由该薄膜307的内面(被检测面)307b实施反射。
由薄膜307的表面(基准面)307a实施反射的光束(光波面)，与由薄膜307的内面(被检测面)307b实施反射的光束(光波面)间相互干涉合成，随后通过收缩透镜305和成象透镜309，在摄像装置310内的CCD元件上形成干涉条纹图像。
可以依据由该CCD元件实施光电变换的若干干涉条纹图像信息，通过图中未示出的计算机，对薄膜307的表面、内面间的平行度和厚度起伏等等实施测定解析作业，并且可以将干涉条纹图像显示在图中未示出的、诸如CRT等等的图像显示部上。而且，进行干涉条纹扫描测定用的光路长度差的扫描，可以通过对路径匹配路径部320内的压电元件314实施驱动，使全反射镜331沿箭头C所示方向实施移动的方式实施。
采用这种构成形式，本实施形式可以对配置在路径匹配路径部320内的全反射镜331实施扫描，进而实施干涉条纹扫描，所以对于作为薄膜307的表面、内面中与基准面相当的面，和与被检测面相当的面彼此间不能分离的场合，也可以进行简单且高精度的干涉条纹扫描测定。
而且，上述的路径匹配路径部320，还可以使由半反射镜面321a至全反射镜330，进而返回至半反射镜面321a的第一路径，与由半反射镜面321a至全反射镜331，进而返回至半反射镜面321a的第二路径的光路长度，大体等于薄膜307斜向入射的光学厚度(光学光路长度)两倍的方式，对全反射镜331沿箭头C所示方向实施移动调整(全反射镜331用的移动机构在图中未示出)。
如果采用这种构成形式，可以采用能够出射其相干距离比薄膜307的光学厚度(光学光路长度)的两倍小的低相干光源作为光源301，并且可以在上述光束干涉之外，不会出现由于噪声等等产生的光束干涉，从而能够对薄膜307的表面、内面间的厚度起伏等等，实施高精度的测定。
<特别适用于本发明的使用方法>
下面请参阅图6至图8是，对作为特别适用于本发明的干涉计装置的使用方法的第一、第二、第三使用方法进行说明。
在此对这三种使用方法进行说明用的图6至图8中，由光源至准直透镜间的部分，可以与上述第一实施形式和第二实施形式中的构成形式大体相同，所以在一般情况下，对于与第一实施形式中相同的部件，通过在第一实施形式的部件参考标号上增加数值400的方式(第一使用方法)、增加数值500的方式(第二使用方法)或增加数值600的方式(第三使用方法)表示，且省略了对它们的详细说明。
<第一使用方法>
第一使用方法正如图6所示，是一种将本发明应用于球面测定用斐索型干涉计装置的测定方法。在一般的球面测定用斐索型干涉计装置中，对于采用干涉条纹扫描法对球面表面形状实施解析的场合，基准透镜406(由收缩透镜441和球面透镜442构成)可以通过压电元件，沿光轴方向实施扫描作业，而且在此时可以使由基准透镜面(基准面)406a反射的光束(发散光束)，沿光轴方向上的光束的光路长度产生有ΔL的变化，然而由相对于光轴呈角度θ倾斜的基准透镜面406a反射的光束的光路长度，却未产生有为ΔLcosθ的变化，因此解析结果会产生与其相对应的误差。
与此相对应的是，采用本发明的装置，是通过对配置在路径匹配路径部420内的光路长度变更部430实施扫描的方式进行干涉条纹扫描的，所以被检测面407a(在这儿为球透镜407的球表面)的表面形状解析结果不会出现这种原因产生的误差。
<第二使用方法>
第二使用方法正如图7所示，是一种将本发明应用于配置有重量比较大的基准板的斐索型干涉计装置的测定方法。对于这种重量比较大的基准板，以及为了使光圈系数(F number)明确而使用比较多透镜构成的基准板的干涉计装置，先前技术是通过实施干涉条纹扫描的、诸如为三个的压电元件对比较重的基准板和基准透镜实施支撑和扫描作业的，然而由于需要使用若干个压电元件，而会使成本比较高，而且由于设置有对比较重的基准板和基准透镜实施干涉条纹扫描用的干涉条纹扫描机构，所以还存在有装置强度低下和抗振动性低下等问题。
与此相对应的是，采用本发明的装置，是通过对配置在路径匹配路径部520内的光路长度变更部530实施扫描的方式进行干涉条纹扫描的，所以不需要对比较重的基准板506实施干涉条纹扫描，因此可以如图7所示，将基准板506固定在坚固且具有良好抗振动性的基准板保持机构(具有作为被检测物体507的搭载台使用的功能)508上。而且，仅需要使用一个压电元件，所以还可以大幅度降低制造成本。
正如图7所示，基准板保持机构508可以使上侧板508a和下侧板508c，通过倾斜调整机构508b相对配置，并且可以通过基准板倾斜调整机构517，将保持基准板506用的基准板保持部件526安装在上侧板508a处。
<第三使用方法>
第三使用方法正如图8所示，是一种将本发明应用于通过三重吻合方法，对剖面形状呈矩形的纵长玻璃棒的绝对形状实施测定解析用的斐索型干涉计装置的测定方法。
对于容易产生挠曲等问题的、诸如纵长玻璃棒等等的被检测物体的绝对形状实施测定的方法，可以为将三个被检测物体两个两个地取出测定其相对形状，进而对所获得的三个相对形状实施运算以对三个被检测物体各自的绝对形状实施测定的，所谓的三重吻合方法(比如说，可以参见日本特开平11-37742号公报等等)。对于采用这种方法的场合，难以构造出对这些被检测物体实施干涉条纹扫描的机构，所以先前技术中往往难以通过这种三重吻合方法实施干涉条纹扫描测定。
然而采用本发明的装置，可以通过对配置在路径匹配路径部620内的光路长度变更部630实施扫描的方式进行干涉条纹扫描，所以可以对于搭载在搭载台608上的第一被检测物体606和第二被检测物体607上的各被检测面606a(基准面)、607a间的相对形状，实施高精度且容易地测定，所以可以通过采用干涉条纹扫描测定的三重吻合方法，对诸如纵长玻璃棒等等的被检测物体的绝对形状实施测定。
而且，根据本发明构造的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，并不仅限于上述实施形式，还包括各种各样的变形实施形式。
如果举例来说，上述路径匹配路径部20是按照使第一路径和第二路径间的光路长度差，大体等于基准板6的基准面6a与被检测物体7的被检测面7a间的光学距离L两倍的方式实施设定的，然而也可以不限于上述实施形式。相位差可变单元也可以不设置在第二路径上，而是设置在第一路径上。而且，相位差可变单元也可以通过改变通过两条路径的光束相位差的方式动作，比如说可以通过在一条路径上插入诸如巴比奈特-索累(Babinet-Soleil)板等等的光路长变更单元，从而使通过两条路径的光束相位差产生改变。
而且，两条路径中的至少一条可以由光纤构成，路径匹配路径部可以由成型单元(compact)构成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，具有光源、路径匹配(path match)路径部，将由该光源给出的光束分成两束，并使该两束光束分别通过将彼此的光路长度差调整为相当于干涉计的基准面与被检测物体的被检测面间的光学距离两倍的两条路径之后，对两束光束实施合并输出，以及准直透镜，将从该路径匹配路径部输出的光束作为平行光束照射至所述基准面，而且具有干涉条纹扫描功能，依据由该基准面反射的光波面和透射过所述基准面并由所述被检测面反射的光波面的干涉形成的干涉条纹，获得该被检测面的波面信息，其特征在于在所述路径匹配路径部处，具有相位差可变单元，使通过所述两条路径的光束相位差变化而可实施条纹扫描。
2.一种具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，具有光源、路径匹配路径部，将由该光源给出的光束分成两束，并使该两束光束分别通过将彼此的光路长度差调整为相当于干涉计的基准面与被检测物体的被检测面间的光学距离两倍的两条路径之后，对两束光束实施合并输出、准直透镜，将从该路径匹配路径部输出的光束作为平行光束照射至所述基准面，以及具有该基准面的基准板，而且具有干涉条纹扫描功能，依据由该基准面反射的光波面和透射过所述基准面并由所述被检测面反射的光波面的干涉形成的干涉条纹，获得该被检测面的波面信息，其特征在于在所述路径匹配路径部处，具有相位差可变单元，使通过所述两条路径的光束相位差变化而可实施条纹扫描。
3.根据权利要求1或2所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的被检测物体为透明平行板，由所述光源输出的所述光束是相干(coherence)距离被设定为小于所述透明平行板的厚度(即光学距离)的两倍的低相干光束。
4.根据权利要求1或2所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的相位差可变单元使被光束照射的光学部件物理的移动，藉此改变通过所述两条路径的光束相位差。
5.根据权利要求3所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的相位差可变单元使被光束照射的光学部件物理的移动，藉此改变通过所述两条路径的光束相位差。
6.根据权利要求4所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的光学部件的物理移动，是通过压电元件实施的。
7.根据权利要求5所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的光学部件的物理移动，是通过压电元件实施的。
8.根据权利要求4所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的光学部件为使所述两条路径中的至少一条产生180度折曲的两个反射镜或一个棱镜。
9.根据权利要求5所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的光学部件为使所述两条路径中的至少一条产生180度折曲的两个反射镜或一个棱镜。
10.根据权利要求6所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的光学部件为使所述两条路径中的至少一条产生180度折曲的两个反射镜或一个棱镜。
11.根据权利要求7所述的具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，其特征在于其中所述的光学部件为使所述两条路径中的至少一条产生180度折曲的两个反射镜或一个棱镜。
全文摘要
本发明是关于一种具有干涉条纹扫描功能的干涉计装置，可以通过在路径匹配路径部处，设置有使通过两条路径的光束相位差变化并可以实施干涉条纹扫描的相位差可变更单元，形成不易受到外部振动影响的基准板支撑机构，且可以使制造成本低廉。其中的光路长度变更部30，可以将两个全反射镜23、24固定设置在托板部件31上，通过驱动安装在该托板部件31上的压电元件14，可以使全反射镜23、24整体沿箭头A所示方向往复移动，从而改变通过两条路径的光束间的相位差。压电元件14可以由作为驱动单元的压电元件驱动部分16实施驱动。压电元件驱动部分16可以因应与计算机11给出的控制信号从载物台控制部分15输出，依据压电元件输出信号将预定的驱动电压施加在压电元件14上。
文档编号G01B11/30GK1576776SQ20041006906
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月19日 优先权日2003年7月23日
发明者植木伸明 申请人:富士写真光机株式会社