专利名称：干涉仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及干涉仪，特别是一种测定受检面的表面形状或受检光学系统的透过波 面的干涉仪。
背景技术：
以往的干涉仪中光源与受检物(受检面、受检光学系统)为非共轭关系。例如， 虽然在包括斐索(Fizeau)干涉仪、泰曼-格林(Twyman-Green)干涉仪在内的大部分类 型的干涉仪中使用点光源，然而点光源与受检物在光学上并非共轭。另外，在迈克尔逊 (Michelson)干涉仪中使用面光源，然而面光源与受检物并非共轭。以往的干涉仪中，用一台干涉仪能够测定的受检面的曲率半径的范围是受到限制 的。另外，在以往的干涉仪中，在受检面与参照面的表面形状的差别大的情况下，干涉条纹 的间距变得过细而难以测定。这是因为，为了提高利用CCD之类的传感器检测的干涉条纹 的对比度，而提出了一种减小CXD的受光元件的开口的亚奈奎斯特(Sub-nyquist)测定法， 然而为了确保足够的光量，因此无法将受光元件的开口减小到所需的程度。另外，以往的干 涉仪中，一般来说是测定研磨过的光学面的表面形状，很难测定散射面的表面形状。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题完成的，其目的在于，提供一种即使受检面与参照面的 表面形状的差别大也可以测定受检物的表面形状的干涉仪。另外，本发明的目的还在于提 供一种可以测定散射面的表面形状的干涉仪。为了解决上述问题，本发明中提供一种干涉仪，是测定受检物的表面形状或透过 波面的干涉仪，其特征在于，具备具有低空间相干特性的面光源、将上述面光源与上述受 检物在光学上共轭地配置的导光光学系统。本发明的干涉仪中，由于将例如由相互具有低干涉性的多个微小面光源(以下简 称为“小光源”)构成的面光源，也就是将具有低空间相干特性的面光源与受检面(受检物) 在光学上共轭地配置，因此从各小光源中射出而由受检面的各微小区域反射的测定光、与 从相同的小光源中射出而由参照面的对应的微小区域反射的参照光相互干涉，形成干涉条 纹。所以，通过检测干涉条纹的相位，就可以求出受检面的各微小区域与参照面的对应的微 小区域的表面形状的差，进而可以求出涵盖受检面的所需区域的整体的表面形状。如上所述，本发明的干涉仪中，基于受检面的各微小区域与参照面的对应的微小 区域的表面形状的差，求出涵盖受检面的所需区域的整体的表面形状。其结果是，本发明的 干涉仪中，即使受检面与参照面的表面形状的差别大，也可以测定受检物的表面形状。另 夕卜，即使受检面是散射面，也可以测定其表面形状。
图1是概略性地表示本发明的第一实施方式的干涉仪的构成的图。
图2是概略性地表示第一实施方式的第一变形例的干涉仪的构成的图。图3是概略性地表示第一实施方式的第二变形例的干涉仪的构成的图。图4是概略性地表示第一实施方式的第三变形例的干涉仪的构成的图。图5是概略性地表示第一实施方式的第四变形例的干涉仪的构成的图。图6是概略性地表示第一实施方式的第五变形例的干涉仪的构成的图。图7是概略性地表示第一实施方式的第六变形例的干涉仪的构成的图。图8是概略性地表示本发明的第二实施方式的干涉仪的构成的图。图9是概略性地表示本发明的第三实施方式的干涉仪的构成的图。图10是概略性地表示图像传感器的检测面的有效像素与面光源的有效面积的关 系的图。附图符号说明5旋转扩散板，7半透半反镜，8、10聚光透镜，9受检面，11参照面， 12成像透镜，13图像传感器(光检测器)，14信号处理系统
具体实施例方式基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是概略性地表示本发明的第一实施 方式的干涉仪的构成的图。第一实施方式中，对测定受检面的表面形状的干涉仪应用本发 明。第一实施方式的干涉仪具备配置于例如使用微透镜阵列或光纤等形成的多个小光源 (未图示)的位置或其附近的位置的旋转扩散板5。来自各小光源的光通过旋转扩散板5扩散，在保持时间相干性的同时减小了空间 相干性后，射入准直透镜6。多个小光源形成于准直透镜6的前侧焦点位置，旋转扩散板5 配置于准直透镜6的前侧焦点位置或其附近。所以，来自各小光源的光穿过准直透镜6而 成为平行光，射入半透半反镜(光束分离器；光分离元件)7。由半透半反镜6反射的光在受到配置于准直透镜6的后侧焦点位置的孔径光阑15 限制后，穿过聚光透镜8在受检面(受检物的反射面)9处聚光。即，受检面9配置于聚光 透镜8的后侧焦点位置，在受检面9中形成各小光源的像。由受检面9反射的测定光，即来 自形成于受检面9中的各小光源像的光穿过聚光透镜8而大致成为平行光，穿过孔径光阑 15而回到半透半反镜7。另一方面，透过半透半反镜7的光在受到配置于准直透镜6的后侧焦点位置的孔 径光阑19限制后，穿过聚光透镜10而聚光在参照面11处。即，参照面11配置于聚光透镜 10的后侧焦点位置，在参照面11中形成各小光源的像。由参照面11反射的参照光，即来自 形成于参照面11中的各小光源像的光穿过聚光透镜10而大致成为平行光，穿过孔径光阑 19而回到半透半反镜7。透过半透半反镜7的测定光及由半透半反镜7反射的参照光穿过成像透镜12到达例如像二维C⑶之类的图像传感器(光检测器)13，形成多个小光源的像。像这样，从各 小光源中射出而由受检面9的各微小区域反射的测定光、与从相同的小光源中射出而由参 照面11的对应的微小区域反射的参照光，在图像传感器13的检测面中相互干涉，形成干涉 条纹。图像传感器13的输出被向信号处理系统14供给。信号处理系统14中，通过分析 形成于图像传感器13的检测面中的干涉条纹，来测定受检面9的表面形状。具体来说，信号处理系统14通过检测干涉条纹的相位，求出受检面9的各微小区域与参照面11的对应 的微小区域的表面形状的差，进而求出涵盖受检面9的所需区域的整体的表面形状。第一实施方式的干涉仪中，例如使用微透镜阵列等形成的多个小光源和旋转扩散 板5构成具有低空间相干特性的面光源。该面光源被定位于准直透镜6的前侧焦点位置， 受检面9被定位于聚光透镜8的后侧焦点位置。所以，面光源与受检面9就被利用由准直 透镜6和聚光透镜8构成的导光光学系统在光学上共轭地配置。像这样，来自各小光源的 光就在受检面9的各微小区域形成小光源的像，来自相同的小光源的光就在参照面11的对 应的微小区域形成小光源的像。来自受检面9的各微小区域的小光源像的测定光、与来自参照面11的对应的微小 区域的小光源像的参照光相互干涉，形成干涉条纹。通过检测该干涉条纹的相位，就可以求 出受检面9的各微小区域与参照面11的对应的微小区域的表面形状的差别，进而可以求出 受检面9的整体的表面形状。像这样，在第一实施方式的干涉仪中，由于基于受检面9的各 微小区域与参照面11的对应的微小区域的表面形状的差别，求出受检面9的整体的表面形 状，因此即使受检面9与参照面11的表面形状的差别大，也可以测定受检物9的表面形状， 即使受检面9是散射面，也可以测定表面形状。具体来说，第一实施方式中，通过使受检面9与聚光透镜8沿着光轴一体地移动， 就可以与受检面9的曲率半径对应地减少干涉条纹的条数。也就是说，即使受检面9的曲率 半径与参照面11的曲率半径有比较大的不同，也可以通过使受检面9与聚光透镜8沿着光 轴一体地移动，而根据需要减少干涉条纹的条数，进而可以实现干涉条纹的测定。同样地， 使参照面11与聚光透镜10沿着光轴一体地移动，也可以减少干涉条纹的条数，进而可以实 现干涉条纹的测定。另外，第一实施方式中，通过使受检面9及参照面11中的至少一方沿 着光轴方向移动，就可以使干涉条纹的相位移位。而且，第一实施方式中，由受检面9反射的测定光只要未穿过孔径光阑15，就不会 到达图像传感器13。换言之，可以认为因受检面9的表面形状影响，应当由受检面9的某个 微小区域反射而到达图像传感器13的测定光被孔径光阑15遮挡。在图2所示的第一变形 例中如下构成，即，由受检面9的各微小区域反射的测定光不依赖于受检面9的表面形状， 可靠地到达图像传感器13。第一变形例的干涉仪中，来自各小光源的光穿过准直透镜6而成为平行光，在被 配置于准直透镜6的后侧焦点位置的孔径光阑21限制后，射入半透半反镜7。由半透半反 镜7反射的光穿过聚光透镜8，在受检面9中形成各小光源的像。来自形成于受检面9中的 各小光源像的测定光穿过聚光透镜8、半透半反镜7及成像透镜12，到达图像传感器13。透过半透半反镜7的光穿过聚光透镜10，在参照面11中形成各小光源的像。来自 形成于参照面11中的各小光源像的参照光穿过聚光透镜10、半透半反镜7及成像透镜12 到达图像传感器13。像这样，从各小光源中射出而由受检面9的各微小区域反射的测定光、 与从相同的小光源中射出而由参照面11的对应的微小区域反射的参照光就在图像传感器 13的检测面中相互干涉，形成干涉条纹。图2的第一变形例中，与图1的实施方式不同，在从受检面9到图像传感器13的 光路中以及从参照面11到图像传感器13的光路中未配置孔径光阑。所以，由受检面9的 各微小区域反射的测定光不依赖于受检面9的表面形状，可靠地到达图像传感器13。其结果是，即使受检面9与参照面11的表面形状的差别的倾斜成分很大，也可以在图像传感器 13的检测面中得到正确的干涉条纹。但是，如果受检面9的表面形状与参照面11的表面形状的差别大，则形成于图像 传感器13的检测面中的干涉条纹的间距就会变细。在该情况下，通过在图像传感器13的各 像素的表面铺设具有比像素的面积小的开口的掩模，就可以使干涉条纹的对比度提高。图2 的第一变形例中，通过调整聚光透镜8与孔径光阑21的间隔，即使受检面9的曲率与参照 面11的曲率有比较大的不同，也可以进行测定。即，即使参照面11是平面状，也可以测定 受检面9的球表面形状。另外，基于图3所示的第二变形例的构成，可以使由受检面9的各微小区域反射的 测定光不依赖于受检面9的表面形状，而可靠地到达图像传感器13。参照图3，在第二变形 例的干涉仪中，来自省略了图示的激光源的光穿过旋转扩散 板5，射入透镜31。旋转扩散板 5配置于透镜31的前侧焦点位置。经过透镜31的光将配置于透镜31的后侧焦点位置的孔 径光阑32照明。通过了孔径光阑32的光穿过透镜33，形成具有低空间相干特性的面光源34。孔 径光阑32配置于透镜33的前侧焦点位置，面光源34形成于透镜33的后侧焦点面。虽然 面光源34是连续的面光源，然而可以看作由相互具有低干涉性并且稠密地排列的多个微 小面光源(小光源)形成面光源34。来自构成面光源34的各小光源的光经过准直透镜6、半透半反镜7及聚光透镜8， 射入受检面9。由受检面9反射的光经过聚光透镜8、半透半反镜7及成像透镜12，不受孔 径光阑限制而到达图像传感器13。另外，来自各小光源的光经过准直透镜6、半透半反镜7 及聚光透镜8，射入参照面11。由参照面11反射的光经过聚光透镜10、半透半反镜7及成 像透镜12，不受孔径光阑限制地到达图像传感器13。而且，如图4所示，还可以采用如下的变形例，S卩，在受检面9及参照面11与图像 传感器13之间的光路中，利用孔径光阑来限制测定光及参照光。图4所示的第三变形例的 干涉仪中，来自受检面9的测定光经过聚光透镜8、半透半反镜7及透镜41，射入透镜42。 经过透镜42的测定光在被配置于透镜42的后侧焦点位置的孔径光阑43限制后，穿过成像 透镜12到达图像传感器13。同样地，来自参照面11的参照光穿过聚光透镜10、半透半反镜7、透镜41、透镜 42、孔径光阑43及成像透镜12，到达图像传感器13。第三变形例中，透镜41与透镜42的 间隔被设定为同透镜41的焦点距离与透镜42的焦点距离的和一致。另外，图像传感器13 的检测面配置于成像透镜12的后侧焦点位置。另外，如图5所示，还可以采用如下的变形例，S卩，在面光源与受检面9及参照面11 之间的光路以及受检面9及参照面11与图像传感器13之间的光路双方中，利用孔径光阑 来限制光。图5所示的第四变形例的干涉仪中，来自各小光源的光穿过准直透镜6而成为 平行光，将配置于准直透镜6的后侧焦点位置的孔径光阑51照明。通过了孔径光阑51的 光穿过透镜52射入半透半反镜7。孔径光阑51配置于透镜52的前侧焦点位置。由半透半 反镜7反射的光穿过透镜52及聚光透镜8，在受检面9中形成各小光源的像。透过了半透半反镜7的光穿过透镜54及聚光透镜10，在参照面11中形成各小光 源的像。透镜52与透镜53的间隔被设定为同透镜52的焦点距离与透镜53的焦点距离的和一致。另外，透镜52与透镜54的间隔被设定为同透镜52的焦点距离与透镜54的焦点 距离的和一致。来自形成于受检面9中的各小光源像的测定光经过聚光透镜8、透镜53及半透半 反镜7，射入透镜55。经过透镜55的测定光将配置于透镜55的后侧焦点位置的孔径光阑 56照明。通过了孔径光阑56的测定光穿过成像透镜12到达图像传感器13。来自形成于 参照面11中的各小光源像的参照光穿过聚光透镜10、透镜54、半透半反镜7、透镜55、孔径 光阑56及成像透镜12，到达图像传感器13。透镜53与透镜55的间隔被设定为同透镜53的焦点距离与透镜55的焦点距离的 和一致。另外，透镜54与透镜55的间隔被设定为同透镜54的焦点距离与透镜55的焦点 距离的和一致。另外，孔径光阑56配置于成像透镜12的前侧焦点位置。在上述的第一变形例至第四变形例中，都与图1的第一实施方式相同，即使受检 面9的曲率半径与参照面11的曲率半径有比较大的不同，也可以通过使受检面9与聚光透 镜8沿着光轴一体化地移动，而根据需要地减少干涉条纹的条数，进而可以实现干涉条纹 的测定。同样地，使参照面11与聚光透镜10沿着光轴一体化地移动，也可以减少干涉条纹 的条数，进而可以实现干涉条纹的测定。另外，第一实施方式中，对类似于泰曼-格林干涉仪的构成的干涉仪应用本发明。 但是，并不限定于此，例如也可以如图6所示，对类似于斐索干涉仪的构成的干涉仪应用本 发明。另外，对类似于马赫_曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪、剪切(Shearing)干涉仪等的 干涉仪，也可以应用本发明。图6的第五变形例的干涉仪具有与图1的第一实施方式的干涉仪类似的构成，然 而在与受检面9邻近地配置参照面11的方面与第一实施方式基本上不同。下面，着眼于与 第一实施方式的不同点，来说明图6的第五变形例的构成及作用。图6的第五变形例的干涉仪中，来自各小光源的光穿过旋转扩散板5及准直透镜 6，射入半透半反镜7。由半透半反镜7反射的光穿过聚光透镜8，在受检面9处聚光。由受 检面9反射的测定光穿过聚光透镜8，返回到半透半反镜7。透过了受检面9的光在邻近受检面9的紧后方配置的参照面11处聚光。由参照 面11反射的参照光穿过受检面9及聚光透镜8，返回到半透半反镜7。透过了半透半反镜 7的测定光和参照光穿过成像透镜12，在图像传感器13的检测面中形成干涉条纹。信号处 理系统14基于来自图像处理器13的输出，测定受检面9的表面形状。在图6的第五变形例中也与图1的第一实施方式相同，从各小光源中射出而由受 检面9的各微小区域反射的测定光、与从相同的小光源中射出而由参照面11的对应的微小 区域反射的参照光相互干涉，形成干涉条纹。此后，通过检测干涉条纹的相位，就可以求出 受检面9的各微小区域与参照面11的对应的微小区域的表面形状的差别，进而可以求出受 检面9的整体的表面形状。所以，图6的第五变形例中，即使受检面9与参照面11的表面形状的差别大，也可 以测定受检面9的表面形状，即使受检面9是散射面，也可以测定表面形状。而且，图6的 第五变形例中，虽然参照面11被邻近受检面9的紧后方地配置，然而并不限定于此，也可以 将受检面9邻近参照面11的紧后方地配置。此外，如图7所示，也可以将受检面9配置于参照面11的后侧，利用一对透镜71及72将受检面9与参照面11在光学上共轭地配置。图7的第六变形例中，来自各小光源 的光穿过旋转扩散板5、准直透镜6、半透半反镜7及聚光透镜8，聚光在参照面11处。透过了参照面11的光穿过透镜71及72，在受检面9处聚光。由受检面9反射的 测定光穿过透镜72、透镜71、参照面11、聚光透镜8、半透半反镜7及成像透镜12，到达图像 传感器13。由参照面11反射的参照光穿过聚光透镜8、半透半反镜7及成像透镜12，到达 图像传感器13。而且，在上述第一实施方式及各变形例中，在受检面9大大不同于合 适形状(适于 利用本干涉仪的测定的形状)的情况下，测定光的主光线不一定遍及整个受检面9地与表 面正交。另外，也有可能来自面光源的光无法遍及受检面9的全面地同时成像。也就是说， 有时无法一次性地高精度地测定出受检面9的全面的表面形状。在该情况下，通过使受检 面9与聚光透镜8一体化地沿光轴方向移动(移位)，而使主光线经与受检面9的表面垂直 的区域移动，仅在适于测定的区域，也就是仅在条件良好的部分区域进行测定。通过在使受 检面9与聚光透镜8 —体化地沿光轴方向移动的同时，反复进行部分区域的测定，就可以高 精度地测定受检面9的全面的表面形状。另外，可以通过使配置于受检面9的前侧的聚光透镜8沿光轴方向移动，而使来自 光源面的光在受检面9的表面成像的条件变化，使可以基于合适的条件测定的范围移动而 进行部分区域的测定，使用波面合成技术来测定受检面9的全面的表面形状。此外，还有如 下的优点，即，即使使配置于受检面9的前侧的聚光透镜8沿光轴方向移动，测定光的光路 长度也不会改变。也可以通过使受检面9沿与光轴垂直的方向移动，或相对于光轴方向倾 斜，来调整主光线与受检面的垂直关系、或面光源与受检面的共轭关系，仅在适于测定的部 分区域进行测定，其后利用波面合成算出受检面的全面的表面形状。另外，例如通过使由多个小光源构成的面光源沿与光轴垂直的方向移动，形成于 受检面9的表面的小光源的像就会移动，进而受检面9的测定点就会移动。像这样，通过扫 描受检面上的测定点，也可以实现测定的横向分辨率的提高。图8是概略性地表示本发明的第二实施方式的干涉仪的构成的图。第二实施方式 中，例如在测定平行平面板、透镜、透镜组之类的光透过性的受检光学系统(作为受检物的 光学系统)的透过波面的干涉仪中应用本发明。第二实施方式的干涉仪中，与图1的第一 实施方式相同，来自各小光源(未图示)的光穿过旋转扩散板5及准直透镜6，射入半透半 反镜7 ο由半透半反镜7反射的光穿过聚光透镜81，在受检光学系统82中暂时地聚光。即， 受检光学系统82配置于聚光透镜81的后侧焦点位置，在受检光学系统82中形成多个小光 源的像。来自形成于受检光学系统82中的各小光源的像的光穿过准直透镜83而大致上成 为平行光，射入平面反射镜84。由平面反射镜84反射的光穿过准直透镜83，在受检光学系 统82中再次形成多个小光源的像。来自在受检光学系统82中再次形成的各小光源的像的光，也就是往复经过受检 光学系统82中的测定光穿过聚光透镜81，返回到半透半反镜7。另一方面，透过了半透半 反镜7的光穿过聚光透镜85，在参照面86处聚光。即，参照面86配置于聚光透镜85的后 侧焦点位置，在参照面86中形成多个小光源的像。由参照面86反射的参照光穿过聚光透 镜85而大致上成为平行光，返回到半透半反镜7。
透过了半透半反镜7的测定光与由半透半反镜7反射的参照光穿过成像透镜12 到达图像传感器13，在其检测面中相互干涉而形成干涉条纹。信号处理系统14通过分析形 成于图像传感器13的检测面中的干涉条纹，来测定受检光学系统82的透过波面。如上所述，第二实施方式的干涉仪中，分别来自多个小光源的光在受检光学系统 82中形成小光源的像的同时往复经过受检光学系统82中后，在图像传感器13的检测面中 与参照光干涉而形成干涉条纹。换言之，从各小光源中射出而透过了受检光学系统82中的 各微小区域的测定光、与从相同的小光源中射出而由参照面86的对应的微小区域反射的 参照光形成干涉条纹。信号处理系统14通过检测干涉条纹的相位，求出受检光学系统82中的各微 小区 域的波面与参照面86的对应的微小区域的波面的差别，进而求出受检光学系统82的透过 波面。而且，第二实施方式中，通过使受检光学系统82及参照面86中的至少一方沿着光 轴方向移动，就可以使干涉条纹的相位移位。另外，通过使受检光学系统82与聚光透镜81 沿着光轴一体化地移动，就可以进行干涉仪的光学调整。另外，第二实施方式中，对类似于泰曼-格林干涉仪的构成的干涉仪应用本发明。 但是，并不限定于此，对类似于斐索干涉仪、马赫_曾德尔干涉仪、剪切干涉仪等的干涉仪， 也可以应用本发明。图9是概略性地表示本发明的第三实施方式的干涉仪的构成的图。第三实施方式 中，对测定受检面的表面形状的干涉仪应用本发明。第三实施方式的干涉仪例如具备水银 灯等具有低空间相干特性的面光源1。从面光源1的各位置中射出的光射入准直透镜6。面光源1配置于准直透镜6的 前侧焦点位置或其附近。所以，作为一例如图中以虚线表示那样，来自面光源1的各位置的 光穿过准直透镜6而成为平行光，射入半透半反镜(光束分离器；光分离元件)7。由半透半反镜7反射的光在被配置于准直透镜6的后侧焦点位置的孔径光阑15 限制后，穿过聚光透镜8而在受检面(受检物的反射面)9处聚光。即，受检面9配置于聚 光透镜8的后侧焦点位置，在受检面9中形成面光源的像。由受检面9反射的测定光穿过 聚光透镜8而大致上成为平行光，通过孔径光阑15而返回到半透半反镜7。另一方面，透过了半透半反镜7的光在被配置于准直透镜6的后侧焦点位置的孔 径光阑19限制后，穿过聚光透镜10而在参照面11处聚光。即，参照面11配置于聚光透镜 10的后侧焦点位置，在参照面11中形成面光源1的像。由参照面11反射的参照光穿过聚 光透镜10而大致上成为平行光，通过孔径光阑19而返回到半透半反镜7。透过了半透半反镜7的测定光及由半透半反镜7反射的参照光穿过成像透镜12， 到达例如二维CCD之类的图像传感器(光检测器)13，形成面光源、受检面和参照面的像。 像这样，从面光源1的各位置中射出而由受检面9反射的测定光、与从与面光源1的相同位 置中射出而由参照面11反射的参照光就在图像传感器13的检测面中相互干涉，形成干涉 条纹。图像传感器13的输出被向信号处理系统14供给。信号处理系统14中，通过将形 成于图像传感器13的检测面中的干涉条纹例如使用边缘扫描法或傅立叶变换法分析，来 测定受检面9的表面形状。具体来说，信号处理系统14通过检测干涉条纹的相位，求出受检面9与参照面11的表面形状的差别，进而求出涵盖受检面9的所需区域的整体的表面形 状。第三实施方式的干涉仪具备具有低空间相干特性的面光源1。该面光源1定位于准直透镜6的前侧焦点位置，受检面9定位于聚光透镜8的后侧焦点位置。所以，面光源1 与受检面9被利用由准直透镜6和聚光透镜8构成的导光光学系统在光学上共轭地配置。 像这样，来自面光源1的各位置的光在受检面9的各位置形成面光源1的各位置的像，来自 面光源1的相同位置的光在参照面11的对应的各位置形成面光源11的各位置的像。来自受检面9的各位置的面光源像的测定光、与来自参照面11的对应的各位置的 面光源像的参照光相互干涉，形成干涉条纹。通过检测该干涉条纹的相位，就可以求出受检 面9与参照面11的表面形状的差别，进而可以求出受检面9的整体的表面形状。像这样， 第三实施方式的干涉仪中，由于基于受检面9与参照面11的表面形状的差别来求出受检面 9的整体的表面形状，因此即使受检面9与参照面11的表面形状的差别大，也可以测定受检 物9的表面形状，即使受检面9是散射面，也可以测定表面形状。具体来说，第三实施方式中，通过使受检面9与聚光透镜8沿着光轴一体化地移 动，就可以与受检面9的曲率半径对应地减少干涉条纹的条数。也就是，即使受检面9的曲 率半径与参照面11的曲率半径有比较大的不同，也可以通过使受检面9与聚光透镜8沿着 光轴一体地移动，而根据需要减少干涉条纹的条数，进而可以实现干涉条纹的测定。同样 地，使参照面11与聚光透镜10沿着光轴一体地移动，也可以减少干涉条纹的条数，进而可 以实现干涉条纹的测定。另外，第三实施方式中，通过使受检面9及参照面11中的至少一 方沿着光轴方向移动，就可以使干涉条纹的相位移位。而且，虽然在第三实施方式中，使用水银灯等具有低空间相干特性的面光源1，然 而并不限定于此，也可以使用旋转扩散板、或与旋转扩散板相同的旋转CGH来构成具有低 空间相干特性的面光源。例如也可以用供给激光的点光源及使用微透镜阵列等形成的多个 小光源和旋转扩散板，来构成具有低空间相干特性的面光源。低空间相干特性的程度是从与图像传感器13的检测面的不同的像素对应的面光 源的各位置(部位)射来的光不相互干涉的程度。所谓不相互干涉是指，光相互完全不干 涉，或者即使干涉，干涉条纹的对比度也足够小(换言之，低于图像传感器的1级灰度，或者 对测定的影响小于要求精度)。图10是概略性地表示图像传感器的检测面的有效像素与面光源的有效面积的关 系的图。在将图像传感器的检测面的有效像素数设为NXM，将在光学上与该有效像素对应 的面光源的有效面积设为aXb的情况下，在面光源上相距a/N或b/M的长度的位置(点A 及点B、或点A及点C)是与图像传感器的检测面中相邻的像素对应的点。所以，只要将如下 的面光源设为具有低空间相干特性的面光源即可，即，在面光源上来自相距a/N及b/M中的 小的一方的长度的位置及相距该长度以上的位置的光不相互干涉。在面光源不满足上述的条件的情况下(面光源具有高空间相干特性的情况下)， 来自点A及点B的光就有可能在图像传感器上干涉。这是因为，虽然来自面光源上的一点A 的光应当在图像传感器上的点X成像，然而来自光源的点A的光会因衍射而不仅到达点X， 还会拓宽到规定的区域。即，在来自面光源上的接近点A的其他的点B的光也到达点X的 邻近区域时，在面光源具有高空间相干特性的情况下，来自点A及点B的光就会在图像传感器上干涉。特别是，如果为了在面光源中形成光量不均而使用微透镜阵列，由不同的微透镜 聚光的两个光点的光就会在图像传感器上拓宽。在面光源具有高空间相干特性的情况下， 来自不同的微透镜的光在图像传感器上重合而干涉。干涉条纹还受到微透镜的制造误差的 影响。该情况下，无法准确地测定出受检面的形状。各实施方式及各变形例的干涉仪中，通过使用具有低空间相干特性的 面光源，来 自面光源的不同的位置的光即使在图像传感器上重合，也不会发生干涉。所以，可以正确地 测定受检面的形状。另外，各实施方式及各变形例的干涉仪中，面光源配置于准直透镜6的前侧焦点 位置，来自面光源的光穿过准直透镜6成为平行光。所以，不会产生由配置于平行光的光路 中的半透半反镜7造成的像差。另外，受检面9配置于聚光透镜8的后侧焦点位置，由受检 面9反射的测定光穿过聚光透镜8而大致上成为平行光。所以，不会产生由配置于平行光 的光路中的半透半反镜7造成的像差。此外，即使在受检面9具有倾斜成分、测定光与参照 光通过不同的光路的情况下，也基本上不会产生受检物的表面形状等的测定误差。与之不同，以往的干涉仪中，在聚光透镜的后侧焦点位置配置受检面的曲率中心。 所以，如果受检面的曲率半径不同，则受检面与聚光透镜的间隔也不同。在设计聚光透镜 时，无法对所有的点都校正像差(即，将像差抑制得较小)。在受检面具有倾斜成分的情况 下，如果在像差未被校正的位置配置受检面，则由受检面反射的光线就会通过与入射光线 不同的光路。这样，在参照面不具有与受检面相同的倾斜成分的情况下，测定光与参照光就 会通过不同的光路。该情况下，干涉仪的光学部件的像差就会对测定造成影响。而且，第三实施方式中，对类似于泰曼-格林干涉仪的构成的干涉仪应用本发明。 但是，并不限定于此，对类似于斐索干涉仪、马赫_曾德尔干涉仪、剪切干涉仪等的干涉仪， 也可以应用本发明。另外，各实施方式及各变形例中，可以使用例如SLD之类的供给白色光的光源，进 行借助白色干涉法的测定。同样地，通过将来自光源的光的波长链接(chaining)，或使用供 给波长不同的光的多个光源，就可以进行借助多波长干涉法的测定。
权利要求
一种干涉仪，是测定受检物的表面形状或透过波面的干涉仪，其特征在于，具备具有低空间相干特性的面光源、将所述面光源与所述受检物在光学上共轭地配置的导光光学系统。
2.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于具备光检测器，其中该光检测器具有配置于与所述受检物在光学上共轭的位置的检测
3.根据权利要求2所述的干涉仪，其特征在于在将所述检测面的有效像素数设为NXM，将在光学上与所述有效像素对应的所述面光 源的有效面积设为aXb的情况下，来自下述位置的光不会相互干涉，该位置是所述面光源 上相距a/N和b/M中小的一方的长度的位置。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的干涉仪，其特征在于 所述面光源具有多个相互具有低干涉性的面光源。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的干涉仪，其特征在于所述导光光学系统具有将来自所述面光源的光在所述受检物处聚光的聚光透镜。
6.根据权利要求5所述的干涉仪，其特征在于 所述受检物与所述聚光透镜被构成能够一体地移动。
7.根据权利要求5所述的干涉仪，其特征在于所述聚光透镜被构成能够沿所述聚光透镜的光轴方向移动。
8.根据权利要求5所述的干涉仪，其特征在于所述受检物被构成能够沿与所述聚光透镜的光轴方向垂直的方向移动。
9.根据权利要求5所述的干涉仪，其特征在于所述受检物被构成能够相对于所述聚光透镜的光轴方向倾斜。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的干涉仪，其特征在于所述面光源被构成能够沿与所述导光光学系统的光轴方向垂直的方向移动。
11.根据权利要求5至10中任意一项所述的干涉仪，其特征在于所述导光光学系统具有使来自所述面光源的光成为平行光而射入所述聚光透镜的准 直透镜。
12.根据权利要求11所述的干涉仪，其特征在于具有配置在所述聚光透镜与所述准直透镜之间的光路中的光分离元件。
13.根据权利要求5至12中任意一项所述的干涉仪，其特征在于 所述受检物配置于所述聚光透镜的焦点位置。
14.根据权利要求2或3所述的干涉仪，其特征在于在所述检测面的各像素的前方具备具有比所述像素的面积小的开口的掩模。
全文摘要
本发明提供一种干涉仪，即使受检面与参照面的表面形状的差别大，也可以测定受检物的表面形状。测定受检物(9)的表面形状的干涉仪具备具有低空间相干特性的面光源、将面光源与受检物在光学上共轭地配置的导光光学系统(6、8)、具有配置于与受检物在光学上共轭的位置的检测面的光检测器(13)。面光源具有多个相互具有低干涉性的微小面光源。
文档编号G01B11/24GK101836072SQ20088011331
公开日2010年9月15日 申请日期2008年11月19日 优先权日2007年11月19日
发明者刘志强 申请人:株式会社尼康