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技術 紫外光光源ユニット及びこれを用いた干渉計並びに干渉計の調整方法

出願人 オリンパス株式会社
発明者 横井大輔
出願日 2004年10月14日 (16年1ヶ月経過) 出願番号 2004-300083
公開日 2006年4月27日 (14年7ヶ月経過) 公開番号 2006-112903
状態 拒絶査定
技術分野 光学的手段による測長計器 光学装置、光ファイバーの試験
主要キーワード 射出波 移動設置 ベース筐体 位相曲線 光学測定機器 各集光位置 各配置位置 水平設置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

収差の少ない紫外光干渉計等の光学測定機器に導入すること。

解決手段

レーザ光源20から出射された紫外レーザ光集光レンズ21により紫外レーザ光のエアリーディスクの直径よりも小さい直径を有するピンホール22の配置位置に集光し、このピンホール22を通過させることによりほぼ無収差球面波を有する紫外レーザ光を得し、この紫外レーザ光を干渉計1に導入する。

概要

背景

例えば干渉計は、光源から出力されるレーザ光を導入して2方向に分岐し、一方のレーザ光を被検体投射してその被検光を取得し、他方のレーザ光を参照ミラー反射させて参照光を取得し、これら被検光と参照光とから干渉光を生じさせている。

干渉計へのレーザ光の導入は、光源と干渉計との間を例えばシングルモードファイバーによって光学的に接続することによって行っている。このように干渉計へのレーザ光の導入にシングルモードファイバー等の光ファイバーを用いることは、例えば特許文献1乃至3に開示されている。特許文献1には、光源10は、単一周波数で、直線的に偏光され、かつよく知られた方法を用いて光ファイバーに送り出される周波数固定レーザ光を与えるものであり、光ファイバーは、動く載物台に取り付けられたモジュールにレーザ光を伝えるものであることが開示されている。特許文献2には、光源部は、例えばレーザダイオード等により構成され、コヒーレント光を供給し、結合部は、例えば光導波路への偏波面保存型シングルモードファイバーによる直接入力集光レンズ及び偏光子による入力等による手段で構成されることが開示されている。特許文献3には、レンズは個々のレーザ光をそれぞれ個別の光ファイバーに結像することが開示されている。

レーザ光の導入にシングルモードファイバーを用いることは一般的であるが、その理由としては、シングルモードファイバーを通し、その出射口点光源とすることにより収差の少ない光が得られるという利点を有するからである。
特開平10−213413号公報
特開平11−132718号公報
特開2003−83711号公報

概要

収差の少ない紫外光を干渉計等の光学測定機器に導入すること。レーザ光源20から出射された紫外レーザ光を集光レンズ21により紫外レーザ光のエアリーディスクの直径よりも小さい直径を有するピンホール22の配置位置に集光し、このピンホール22を通過させることによりほぼ無収差球面波を有する紫外レーザ光を得し、この紫外レーザ光を干渉計1に導入する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

紫外光を出力する光源と、前記光源から出力された前記紫外光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光位置に配置されたピンホールと、を具備し、無収差の前記紫外光を出力することを特徴とする紫外光光源ユニット

請求項2

前記ピンホールは、前記紫外光のエアリーディスクの直径よりも小さい直径を有することを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項3

前記ピンホールの直径は、前記紫外光のエアリーディスクの直径の0.5〜0.75倍に形成されたことを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項4

前記光源は、紫外レーザ光を出力するレーザ光源を有することを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項5

少なくとも前記光源と前記集光レンズと前記ピンホールとを収納するユニット筐体を有し、前記ユニット筐体は、各種光機器に対して着脱可能とする着脱構造を有することを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項6

前記レーザ光源と前記集光レンズとの間に、前記光源への戻り光入射を防止する戻り光防止光学系を配置したことを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項7

前記戻り光防止光学系は、1/4波長板プリズムビームスプリッタとを有することを特徴とする請求項6記載の紫外光光源ユニット。

請求項8

前記光源は、レーザ光出射口から出射するシングルモードファイバであり、前記ピンホールは、前記シングルモードファイバの前記出射口と共役な位置に配置される、ことを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項9

前記ピンホールは、前記光源から出力される前記紫外光の光軸上に対して挿脱可能であることを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項10

前記ピンホールは、前記紫外光の波長に応じた前記紫外光の光軸上の位置に設けられることを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項11

前記集光レンズは、前記光源から出力される前記紫外光の光軸上に沿って移動可能であることを特徴とする請求項1記載の紫外光光源ユニット。

請求項12

前記各種光学機器は、干渉計を有することを特徴とする請求項5記載の紫外光光源ユニット。

請求項13

請求項1乃至12のうちいずれか1項記載の紫外光光源ユニットと、前記紫外光光源ユニットから出力された前記紫外光を被検体投射する投射光学系と、前記紫外光光源ユニットから出力された前記紫外光を参照光として反射する参照ミラーと、前記参照ミラーからの前記参照光と前記被検体からの被検光との干渉により生じた干渉縞撮像する撮像素子と、を具備したことを特徴とする干渉計。

請求項14

請求項1乃至12のうちいずれか1項記載の紫外光光源ユニットと、前記紫外光光源ユニットから出力された前記紫外光を被検体に投射する投射光学系と、前記紫外光光源ユニットから出力された前記紫外光を参照光として反射する参照ミラーと、前記参照ミラーからの前記参照光と前記被検体からの被検光との干渉により生じた干渉縞を撮像する撮像素子とを有する干渉計の調整方法において、前記紫外光光源ユニットは、出力する前記紫外光の波長が可変であり、前記紫外光光源ユニットから出力される前記紫外光の波長を変えたとき、前記集光レンズ、前記ピンホール又は前記コリメートレンズの各部材のうち少なくとも1の前記部材を前記紫外光の光軸上にスライド移動させる、又は前記ピンホールの直径を可変設定して前記集光レンズの集光位置と前記ピンホールの配置位置とを一致させることことを特徴とする干渉計の調整方法。

技術分野

0001

本発明は、例えば干渉計走査型レーザ顕微鏡などのレーザ光を用いる光学測定機器に係わり、特に光学測定機器の光源として紫外レーザ光などの紫外光を出力する紫外光光源ユニット及びこれを用いた干渉計並びに干渉計の調整方法に関する。

背景技術

0002

例えば干渉計は、光源から出力されるレーザ光を導入して2方向に分岐し、一方のレーザ光を被検体投射してその被検光を取得し、他方のレーザ光を参照ミラー反射させて参照光を取得し、これら被検光と参照光とから干渉光を生じさせている。

0003

干渉計へのレーザ光の導入は、光源と干渉計との間を例えばシングルモードファイバーによって光学的に接続することによって行っている。このように干渉計へのレーザ光の導入にシングルモードファイバー等の光ファイバーを用いることは、例えば特許文献1乃至3に開示されている。特許文献1には、光源10は、単一周波数で、直線的に偏光され、かつよく知られた方法を用いて光ファイバーに送り出される周波数固定レーザ光を与えるものであり、光ファイバーは、動く載物台に取り付けられたモジュールにレーザ光を伝えるものであることが開示されている。特許文献2には、光源部は、例えばレーザダイオード等により構成され、コヒーレント光を供給し、結合部は、例えば光導波路への偏波面保存型シングルモードファイバーによる直接入力集光レンズ及び偏光子による入力等による手段で構成されることが開示されている。特許文献3には、レンズは個々のレーザ光をそれぞれ個別の光ファイバーに結像することが開示されている。

0004

レーザ光の導入にシングルモードファイバーを用いることは一般的であるが、その理由としては、シングルモードファイバーを通し、その出射口点光源とすることにより収差の少ない光が得られるという利点を有するからである。
特開平10−213413号公報
特開平11−132718号公報
特開2003−83711号公報

発明が解決しようとする課題

0005

近年、干渉計を用いて被検体を測定するときに要求される精度がより高精度になっている。このような高精度の要求に応じて参照光の波長短波長が用いられるようになり、紫外光を用いる必要性も出てきている。例えば走査型レーザ顕微鏡では、対物レンズを通して紫外レーザ光を試料上に走査することで試料の像を観察している。このような走査型レーザ顕微鏡に用いられる対物レンズを測定・検査するときには、対物レンズに紫外レーザ光を通す必要がある。

0006

しかしながら、現在のところ紫外光に対する耐性を有するシングルモードファイバーは現存せず、従来のシングルモードファイバーを用いる方法では、紫外光を干渉計に導入することができない。又、ファイバーを用いずに紫外光を直接的に干渉計に導入すると、紫外光により生じる収差から歪みのない干渉縞を発生することができない。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、紫外光を出力する光源と、光源から出力された紫外光を集光する集光レンズと、集光レンズの集光位置に配置されたピンホールとを備え、無収差の紫外光を出力する紫外光光源ユニットである。

0008

本発明は、紫外光を出力する光源と、光源から出力された紫外光を集光する集光レンズと、集光レンズの集光位置に配置されたピンホールと、ピンホールを通過した紫外光を平行光にコリメートするコリメートレンズとを備え、無収差の紫外光を出力する紫外光光源ユニットである。

0009

本発明は、上記紫外光光源ユニットと、紫外光光源ユニットから出力された紫外光を被検体に投射する投射光学系と、紫外光光源ユニットから出力された紫外光を参照光として反射する参照ミラーと、参照ミラーからの参照光と被検体からの被検光との干渉により生じた干渉縞を撮像する撮像素子とを具備した干渉計である。

0010

本発明は、上記紫外光光源ユニットと、紫外光光源ユニットから出力された紫外光を被検体に投射する投射光学系と、紫外光光源ユニットから出力された紫外光を参照光として反射する参照ミラーと、参照ミラーからの参照光と被検体からの被検光との干渉により生じた干渉縞を撮像する撮像素子とを有する干渉計の調整方法において、紫外光光源ユニットは、出力する紫外光の波長が可変であり、紫外光光源ユニットから出力される紫外光の波長を変えたとき、集光レンズ、ピンホール又はコリメートレンズの各部材のうち少なくとも1つの部材を紫外光の光軸上にスライド移動させる、又はピンホールの直径を可変設定して集光レンズの集光位置とピンホールの配置位置とを一致させる干渉計の調整方法である。

発明の効果

0011

本発明は、収差の少ない紫外光を干渉計等の光学測定機器に導入することができる紫外光光源ユニット及びこれを用いた干渉計並びに干渉計の調整方法を提供できる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。

0013

図1は紫外光光源ユニットを用いた干渉計の構成図である。この干渉計1は、被検体として例えば顕微鏡の対物レンズ2を取り付ける載置台3が設けられている。この載置台3は、ベース部材4上に各支持部材5を立設し、これら支持部材5上に取付ベース6を設けている。ベース部材4上には、XYZステージ7が設けられ、このXYZステージ7上に球面ミラー8が設けられている。この球面ミラー8は、凹球面9に形成され、その曲率中心を、対物レンズ2の集光点Sに一致させる。この球面ミラー8は、対物レンズ2を通過した例えば紫外レーザ光を反射し、再び対物レンズ2を通過させることによって紫外レーザ光を対物レンズ2で1往復させる。

0014

取付ベース6の下面には、各対物レンズ取付部材10、11が設けられ、これら対物レンズ取付部材10、11によって対物レンズ2が取り付けられている。取付ベース6及び各対物レンズ取付部材10、11には、それぞれレーザ光通過用の各孔12〜14が設けられている。

0015

取付ベース6の上面には、ベース筐体15が設けられている。このベース筐体15を介してそれぞれ中空導光用筐体16と参照系筐体17とが同軸上に設けられ、かつ対物レンズ2の光軸と一致する軸上に中空の結像系筐体18が設けられている。

0016

導光用筐体16には、紫外光光源ユニット19が一体化して設けられている。この紫外光光源ユニット19は、無収差の紫外レーザ光を出力するもので、紫外レーザ光を出力するレーザ光源紫外レーザ発振装置)20が設けられている。紫外光光源ユニット19内には、レーザ光源20から出力された紫外レーザ光を集光する集光レンズ21と、この集光レンズ21の集光位置に配置されたピンホール22とが設けられている。これら集光レンズ21及びピンホール22は、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の光軸上に設けられている。又、導光用筐体16内には、コリメートレンズ23が設けられている。このコリメートレンズ23は、ピンホール22を通過した紫外レーザ光を平行光にコリメートする。

0017

ピンホール22の直径は、紫外レーザ光のエアリーディスクの直径よりも小さい直径、例えば紫外レーザ光のエアリーディスク直径の0.5〜0.75倍に設定されている。この理由は、かかるエアリーディスク直径に設定されたピンホール22を通ることにより紫外レーザ光は、ほぼ無収差(完全な球面波)になるからである。

0018

このピンホール22の径は、次式により表わされる。

0019

ピンホール径エアリーディスク径×(0.5〜0.75)
=(1.22×λ/NA)×(0.5〜0.75) …(1)
λはレーザ波長、NAは入射開口数である。

0020

図2はJ.C.Wyantにより得られたピンホール射出波位相曲線例(公知:新技術コミュニケーションズOplusE 1999/11 Vol.21,「点回折干渉計」No.11)を示す。非点収差が1λの入射波面に対し、その近軸像面上にピンホールを置いたときの結果である。ピンホールの直径が小さくなるに従い、波面上の位相変動が小さくなっていき、その直径がエアリーディスク直径の1/2のところでほぼ無収差とみなせることが分る。これにより、干渉計1に入射する紫外レーザ光は、ほぼ無収差の平行光になる。

0021

ベース筐体15内には、入射する紫外レーザ光を透過する成分(図示左方向)と反射する成分(図示下方向)の各紫外レーザ光に分離するハーフミラー24が設けられている。又、参照系筐体17内には、ハーフミラー24を透過した紫外レーザ光を参照光として反射する参照ミラー25が設けられている。

0022

具体的にハーフミラー24は、コリメートレンズ23によりコリメートされた紫外レーザ光の一部を対物レンズ2側の下方に反射し、残りの紫外レーザ光を参照ミラー25側に透過させ、かつ対物レンズ2からの被検光と参照ミラー25からの参照光とを結像系筐体18内に導く。

0023

結像系筐体18内には、各レンズ26、27が設けられ、かつ結像系筐体18の端部にCCDカメラなどの撮像素子28が取り付けられている。対物レンズ2側からの被検光と参照ミラー25からの参照光とは、ハーフミラー24から撮像素子28までの各レンズ26、27を有する光路において干渉を起こして撮像素子28に入射する。この撮像素子28の受光面は、各レンズ26、27によって対物レンズ2の瞳が投影される位置に設置され、干渉縞を撮像する。

0024

次に、上記の如く構成された干渉計1を用いての対物レンズ2の測定について説明する。

0025

レーザ光源20から出射された紫外レーザ光は、集光レンズ21によりピンホール22の配置位置に集光する。紫外レーザ光は、ピンホール22を通過することによりほぼ無収差の球面波となり、コリメートレンズ23によって平行光となった後、干渉計1に入射する。

0026

干渉計1に入射した紫外レーザ光は、ハーフミラー24によって一部が対物レンズ2側の下方に反射し、残りの紫外レーザ光が参照ミラー25側に透過する。ハーフミラー24を透過した紫外レーザ光は、参照ミラー25で反射し、参照光として再びハーフミラー24に入射して反射され、レンズ26側に向かう。

0027

一方、ハーフミラー24で反射した紫外レーザ光は、対物レンズ2を通り、当該対物レンズ2の焦点位置Sに集光した後、球面ミラー8に入射する。球面ミラー8に入射した紫外レーザ光は、元来た経路を辿って再び対物レンズ2を通過し、被検光としてハーフミラー24を透過してレンズ26側に向う。

0028

対物レンズ2側からの被検光と参照ミラー25からの参照光とは、ハーフミラー24から撮像素子28までの各レンズ26、27を有する光路において干渉を起こして撮像素子28に入射する。このとき撮像素子28の受光面には、対物レンズ10の瞳像が結ばれる。この撮像素子28は、干渉縞を撮像してその画像信号を出力する。これにより、干渉縞が不図示のモニターに表示されて観察者によって観察される。

0029

このように上記第1の実施の形態によれば、レーザ光源20から出射された紫外レーザ光を集光レンズ21により紫外レーザ光のエアリーディスクの直径よりも小さい直径を有するピンホール22の配置位置に集光し、このピンホール22を通過させるので、ほぼ無収差の球面波を有する紫外レーザ光を得ることができる。この場合、干渉計1などのレーザ光を使用する各種機器にシングルモードファイバーを使用することなく、無収差の紫外レーザ光を導入することができる。この無収差の球面波を有する紫外レーザ光を干渉計1に入射することで、干渉計1において歪みのない干渉縞を発生することができ、対物レンズ2に対する高精度な干渉測定ができる。

0030

従って、高精度な測定が要求されている例えば走査型レーザ顕微鏡に用いる対物レンズ2に対して紫外レーザ光を通過させることができ、当該対物レンズ1に対する高精度な測定・検査ができる。

0031

次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、図1と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

0032

図3は紫外光光源ユニットを用いた干渉計の構成図である。紫外光光源ユニット19は、干渉計1の導光用筐体16に対して着脱可能な構造を有する。この紫外光光源ユニット19は、導光用筐体16に対して取り付け、取り外し可能なユニット筐体30からなり、このユニット筐体30は、中空状に形成され、一端側に導光用筐体16に対して取り付け、取り外し可能な嵌合部31が設けられている。

0033

このユニット筐体30の他端には、レーザ光源20が取り付けられている。このユニット筐体30内におけるレーザ光源20から出力される紫外レーザ光の光軸上には、集光レンズ21及びピンホール22が設けられると共に、レーザ光源20と集光レンズ21との間に、レーザ光源20への戻り光の入射を防止する戻り光防止光学系を構成するプリズムビームスプリッタPBS)32及び1/4波長板33が設けられている。1/4波長板33は、レーザ光源20への戻り光を偏光し、プリズムビームスプリッタ32は、1/4波長板33により偏光された戻り光をレーザ光源20の光軸外に反射する。

0034

ピンホール22のピンホール径は、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の集光レンズ4によるエアリーディスク径の0.5から0.75倍に設定されている。例えば、紫外レーザ光の波長λが266nmで、ピンホール22への入射開口数NAが0.017の場合、
エアリーディスク径=1.22×λ/NA
=1.22×0.266/0.017
=19μm …(2)
となり、
ピンホール径=19×(0.5〜0.75)
=9.5μm〜14.3μm
≒10μm …(3)
となる。

0035

ユニット筐体30内において、ピンホール22の光軸方向の配置位置及び集光レンズ21の光軸方向の配置位置は、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長によるコリメートレンズ6及び集光レンズ21の焦点距離に合せて調整されている。又、ユニット筐体30内に設けられるピンホール22の直径も紫外レーザ光の波長λに合わせて設定されている。

0036

従って、紫外光光源ユニット19は、紫外レーザ光の波長λに合わせたピンホール径を有するピンホール22が設けられたものが複数用意されている。これら紫外光光源ユニット19は、紫外レーザ光の波長λに応じたものが選択され、導光用筐体16に取り付けられる。

0037

図4はこれら紫外光光源ユニット19の各構成例を示す。第1の紫外光光源ユニット19−1は、例えば第1の波長λ1の紫外レーザ光を出力する第1のレーザ光源20−1を備えている。これにより第1のユニット筐体30−1内に設けられている第1の集光レンズ21−1、第1のピンホール22−1、第1のプリズムビームスプリッタ32−1及び第1の1/4波長板33−1は、それぞれ紫外レーザ光の第1の波長λ1に合せた各位置に設けられている。

0038

第2の紫外光光源ユニット19−2は、第1の波長λ1と異なる第2の波長λ2の紫外レーザ光を出力する第2のレーザ光源20−2を備えている。これにより第2のユニット筐体30−2内に設けられている第2の集光レンズ21−2、第1のピンホール22−2、第2のプリズムビームスプリッタ32−2及び第2の1/4波長板33−2は、それぞれ紫外レーザ光の第2の波長λ2に合せた各位置に設けられている。

0039

従って、第1の波長λ1と第2の波長λ2との相異によって第1のユニット筐体30−1内に設けられている第1の集光レンズ21−1、第1のピンホール22−1、第1のプリズムビームスプリッタ32−1及び第1の1/4波長板33−1の各配置位置と、第2のユニット筐体30−2内に設けられている第2の集光レンズ21−2、第2のピンホール22−2、第2のプリズムビームスプリッタ32−2及び第2の1/4波長板33−2の各配置位置とは、互いに相異している。

0040

又、第1のピンホール22−1と第2のピンホール22−2とでは、互いにピンホール径も相異する。第1のピンホール22−1のピンホール径は、第1の波長λ1に合せて設定され、第2のピンホール22−2のピンホール径は、第2の波長λ2に合せて設定されている。

0041

なお、これら第1及び第2の紫外光光源ユニット19−1、19−2は、紫外レーザ光の波長に合わせて構成しているが、これに限らず、可視光の波長に合わせて集光レンズ21、ピンホール22、プリズムビームスプリッタ32及び1/4波長板33の各配置位置を設定した光源ユニットを用意してもよい。

0042

次に、上記の如く構成された干渉計1を用いての対物レンズ2の測定について説明する。

0043

紫外レーザ光の波長λに合わせたピンホール径を有するピンホール22が設けられた紫外光光源ユニット19が導光用筐体16に取り付けられる。

0044

レーザ光源20から出射された紫外レーザ光は、プリズムビームスプリッタ32を透過して1方向の直線偏光になり、1/4波長板33を透過して円偏光になる。この円偏光を持つ紫外レーザ光は、集光レンズ21によりピンホール22の配置位置に集光され、このピンホール22を通過する。ピンホール22を通過した紫外レーザ光は、ほぼ無収差の球面波となり、コリメートレンズ23によって平行光となって干渉計1に入射する。

0045

干渉計1に入射した紫外レーザ光は、ハーフミラー24によって一部が対物レンズ2側の下方に反射し、残りの紫外レーザ光が参照ミラー25側に透過する。ハーフミラー24を透過した紫外レーザ光は、参照ミラー25で反射し、参照光として再びハーフミラー24に入射して反射し、レンズ26側に向かう。

0046

一方、ハーフミラー24で反射した紫外レーザ光は、対物レンズ2を通り、当該対物レンズ2の焦点位置Sに集光した後、球面ミラー8に入射する。球面ミラー8に入射した紫外レーザ光は、元来た経路を辿って再び対物レンズ2を通過し、被検光としてハーフミラー24を透過してレンズ26側に向う。

0047

対物レンズ2側からの被検光と参照ミラー25からの参照光とは、ハーフミラー24から撮像素子28までの各レンズ26、27を有する光路において干渉を起こして撮像素子28に入射する。このとき撮像素子28の受光面には、対物レンズ10の瞳像が結ばれる。この撮像素子28は、干渉縞を撮像してその画像信号を出力する。これにより、干渉縞が不図示のモニターに表示されて観察者によって観察される。

0048

参照ミラー25で反射した参照光は、ハーフミラー24側に戻るが、この戻り光のうちハーフミラー24を透過した光と、球面ミラー8からの戻り光のうちハーフミラー24を反射した光は、レーザ光源20側に進行する。このレーザ光源20側に戻る光は、1/4波長板33を透過することで、レーザ光源20から出力された紫外レーザ光を偏向させたときの偏向方向に対して90°偏光方向の異なった直線偏光になる。この1/4波長板33を透過した戻り光は、プリズムビームスプリッタ32に入射することによりレーザ光源20の光軸外に反射される。これにより、紫外レーザ光は、レーザ光源20に戻らない。

0049

このように上記第2の実施の形態によれば、上記第1の実施の形態と同様に、ほぼ無収差の球面波を有する紫外レーザ光を得ることができ、この無収差の紫外レーザ光を干渉計1などのレーザ光を使用する各種機器に導入し、干渉計1において歪みのない干渉縞を発生させ、対物レンズ2に対する高精度な干渉測定ができる。

0050

又、紫外レーザ光の波長λに合わせたピンホール径を有する各ピンホール22を設けた複数の紫外光光源ユニット19、例えば図4に示す各紫外光光源ユニット19−1、19−2を用意すれば、紫外レーザ光の波長λに合わせて該当する紫外光光源ユニット19−1又は19−2などに交換できる。これら紫外光光源ユニット19−1、19−2に加えて可視光の波長に合わせた紫外光光源ユニットを用いれば、紫外領域から可視領域の光に対応して該当する紫外光光源ユニット19を選択して干渉計1等の各種機器に取り付けることができる。これにより、紫外レーザ光などのレーザ光の波長に対する汎用性を高くできる。

0051

レーザ光源20と集光レンズ21との間に、レーザ光源20への戻り光の入射を防止する戻り光防止光学系を構成するプリズムビームスプリッタ32及び1/4波長板33を設けたので、干渉計1において紫外レーザ光がレーザ光源20に戻ることはない。

0052

ピンホール22の配置位置をシングルモードファイバの出射口と共役な位置に配置すれば、レーザ光源20に変えて従来技術で説明したシングルモードファイバを用いて測定することも可能である。

0053

次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、図1と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

0054

図5は紫外光光源ユニットを用いた干渉計の構成図である。レーザ光源20は、出力する紫外レーザ光の波長を変更可能である。又、紫外光光源ユニット19には、それぞれ波長の異なる各紫外レーザ光を出力する複数のレーザ光源20が交換可能である。

0055

このような紫外光光源ユニット19の構成にあって、ピンホール22は、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の光軸上、すなわち紫外光光源ユニット19のユニット筐体30に対して矢印A方向に挿脱する保持部材としてのカセット40内に保持されている。このカセット40内に保持されるピンホール22のピンホール径は、紫外レーザ光の波長に応じて設定されている。又、ピンホール22のカセット40内での保持位置は、紫外レーザ光の波長に応じて調整されて保持されている。このようなカセット40は、紫外レーザ光の各波長毎に複数用意されている。

0056

図6はこれらカセット40の各構成例を示す。第1のカセット40−1は、例えば第1の波長λ1の紫外レーザ光に応じた位置にピンホール22を収納している。第2のカセット40−2は、例えば第2の波長λ2の紫外レーザ光に応じた位置にピンホール22を収納している。従って、第1の波長λ1と第2の波長λ2との相異によって第1のカセット40−1内に保持されているピンホール22の配置位置と、第2のカセット40−2内に保持されているピンホール22の配置位置とは、互いに相異している。これら第1及び第2のカセット40−1、40−2は、それぞれ各カセット内にピンホール22を収納しているが、各カセット内でピンホール22を紫外レーザ光の光軸方向に沿ってスライド移動させる構成にしてもよい。

0057

集光レンズ21は、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の光軸上(矢印B方向)に沿ってスライド移動させるスライダ41に保持されている。このスライダ41は、集光レンズ21を保持する枠体42と、この枠体42を紫外レーザ光の光軸上に沿って手動でスライド移動させるための取っ手43とを有する。この集光レンズ21は、スライダ41のスライド移動によって、紫外レーザ光の波長の変化による当該集光レンズ21の焦点距離の変化と、ピンホール22の紫外レーザ光の波長の変化に応じた当該紫外レーザ光の光軸上の配置位置とに基づいて紫外レーザ光の光軸上の位置に位置決めされる。

0058

次に、上記の如く構成された干渉計1におけるピンホール22及び集光レンズ21の調整方法について説明する。

0059

レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長を変えた場合、コリメートレンズ23の焦点距離も紫外レーザ光の波長に依存して変化する。一方、ピンホール22のピンホール径も上記実施の形態で説明したように紫外レーザ光の波長をパラメータとした値であるため変更する必要が生じる。従って、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長を変更したときには、ピンホール22及び集光レンズ21が調整される。

0060

レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長が例えば第1の波長λ1の紫外レーザ光に変更された場合、当該第1の波長λ1の紫外レーザ光に応じた図6に示す第1のカセット40−1が紫外光光源ユニット19に取り付けられる。レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長が第2の波長λ2に変更された場合は、図6に示す第2のカセット40−2が紫外光光源ユニット19に取り付けられる。

0061

このようにレーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長が例えば第1の波長λ1又は第2の波長λ2に変更されると、この変更された紫外レーザ光の波長(第1の波長λ1又は第2の波長λ2)に応じて集光レンズ21の焦点距離も変化する。この焦点距離の変化量とピンホール22の光軸方向への配置位置の変化量との合算距離を、取っ手42を操作してスライダ41を光軸方向にスライド移動させる。これにより、集光レンズ21の光軸方向に対する位置が調整される。

0062

これらの調整の結果、第1の波長λ1又は第2の波長λ2の紫外レーザ光を導入したときの集光レンズ21の各集光位置は、ピンホール22の配置位置と一致する。この調整後、図示しない固定機構によってスライダ41が固定され、集光レンズ21の位置決めが完了する。

0063

このような調整の完了の後、レーザ光源20から紫外レーザ光が出力されると、上記第2の実施の形態と同様に、ほぼ無収差の球面波を持つ紫外レーザ光が干渉計1に入射する。この干渉計1では、対物レンズ2からの被検光と参照ミラー25からの参照光との干渉光が撮像素子28に入射し、この撮像素子28によって干渉縞が撮像され、不図示のモニターに表示されて観察者によって観察される。

0064

このように上記第3の実施の形態によれば、ピンホール22を保持したカセット40を紫外レーザ光の光軸に挿脱し、かつ集光レンズ21を保持したスライダ41を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動可能にしたので、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長が変更されても、この変更された紫外レーザ光の波長に応じたピンホール径のピンホール22を紫外レーザ光の光軸に挿入し、集光レンズ21を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動させることによって集光レンズ21の集光位置とピンホール22の配置位置とを一致させることができ、これによって無収差の紫外レーザ光を干渉計1などのレーザ光を使用する各種機器に導入し、干渉計1において歪みのない干渉縞を発生させ、対物レンズ2に対する高精度な干渉測定ができる。そのうえ、レーザ光源20から出力される紫外レーザ光の波長の変更に容易に対応でき、紫外レーザ光などのレーザ光の波長に対する汎用性を高くできる。

0065

なお、上記第3の実施の形態では、ピンホール22を紫外レーザ光の光軸に挿脱し、かつ集光レンズ21を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動可能な構成にしたが、これに限らず、コリメートレンズ23を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動可能に構成してもよい。この場合、コリメートレンズ23は、集光レンズ21をスライド移動させる構成と同様に、例えばレーザ光源20から出力される紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動させるスライダに保持する。このスライダは、コリメートレンズ23を保持する枠体と、この枠体を紫外レーザ光の光軸上に沿って手動でスライド移動させるための取っ手とを有する構成とする。

0066

このようにコリメートレンズ23を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動可能にする構成を上記第3の実施の形態に付加すれば、次のような各種調整方法が可能になる。

0067

第1の調整方法は、コリメートレンズ23のみを紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動させる。コリメートレンズ23の焦点距離は、紫外レーザ光の波長に依存して変化するので、コリメートレンズ23のスライド移動により集光レンズ21の集光位置とピンホール22の配置位置とを一致させることができる。

0068

第2の調整方法は、コリメートレンズ23を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動させると共に、集光レンズ21を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動させる。

0069

第3の調整方法は、コリメートレンズ23のみを紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動させると共に、ピンホール22の紫外レーザ光の光軸上における配置位置を変える。ピンホール22の配置位置は、例えば図6に示すように第1及び第2のカセット40−1、40−2内における収納位置を変えることにより実現できる。

0070

第4の調整方法は、ピンホール22の紫外レーザ光の光軸上における配置位置を変えると共に、集光レンズ21を紫外レーザ光の光軸上に沿ってスライド移動させる、等である。これら調整方法によっても集光レンズ21の集光位置とピンホール22の配置位置とを一致させることができる。

0071

次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、図5と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

0072

図7は紫外光光源ユニットを用いた干渉計の構成図である。紫外光光源ユニット19の下方であって、干渉計1とは別体にレーザ光源20を載置する光源設置台50が設けられている。この光源設置台50は、レーザ光源20を設けるレーザ水平設置部51及びミラー配置部52を有する。レーザ水平設置部51は平面状に形成され、レーザ光源20を水平方向に設置する。ミラー配置部52は例えば水平方向に対して上向きに45度の傾斜面に形成され、レーザ光源20から出力された紫外レーザ光を紫外光光源ユニット19に導く導光光学系としての第1の反射ミラー53が設けられている。この第1の反射ミラー53は、水平方向に対して上向きに45度傾けて設けられ、レーザ光源20から出力された紫外レーザ光を角度90度上方に向けて反射する。

0073

紫外光光源ユニット19のユニット筐体30の他端には、例えば水平方向に対して下向きに45度の傾斜面を有するミラー設置傾斜部54が設けられている。このミラー設置傾斜部54には、上記導光光学系としての第2の反射ミラー55が設けられている。この第2の反射ミラー55は、第1の反射ミラー53の真上に設けられる。すなわち、第1の反射ミラー53と第2の反射ミラー55とは、水平に対して垂直方向の光軸上に一致して設けられている。この第2の反射ミラー55は、水平方向に対して下向きに45度傾けて設けられ、第1の反射ミラー53で反射して空間中を伝播してきた紫外レーザ光を角度90度水平方向に向けて反射して紫外光光源ユニット19内に導入する。紫外光光源ユニット19内に導入方向は、プリズムビームスプリッタ32、1/4波長板33、集光レンズ21、ピンホール22及びコリメートレンズ23の光軸と一致する。

0074

次に、上記の如く構成された干渉計1を用いての対物レンズ2の測定について説明する。

0075

レーザ光源20から出力された紫外レーザ光は、第1の反射ミラー53により上方に向けて90度反射されて第2の反射ミラー55に到達し、この第2の反射ミラー55で水平方向に90度反射されて紫外光光源ユニット19内に導入される。

0076

紫外光光源ユニット19内に導入された紫外レーザ光は、プリズムビームスプリッタ32を透過して1方向の直線偏光になり、1/4波長板33を透過して円偏光になり、集光レンズ21によりピンホール22の配置位置に集光され、このピンホール22を通過する。このピンホール22を通過した紫外レーザ光は、ほぼ無収差の球面波となり、コリメートレンズ23によって平行光となって干渉計1に入射する。この干渉計1では、対物レンズ2からの被検光と参照ミラー25からの参照光との干渉光が撮像素子28に入射し、この撮像素子28によって干渉縞が撮像され、不図示のモニターに表示されて観察者によって観察される。

0077

このように上記第4の実施の形態によれば、干渉計1とは別体にレーザ光源20を設け、このレーザ光源20から出力される紫外レーザ光を第1及び第2のミラー53、55により折り返して紫外光光源ユニット19内に導入するようにしたので、レーザ光源20の設置位置を干渉計1と一体に設けるのに限らず、干渉計1と別体となる任意の位置に設置することができ、レーザ光源20の設置位置の自由度を向上できる。レーザ光源20の設置位置は、紫外光光源ユニット19の真下に設置しているが、これに限らず、図7中の奥行き方向に設置してもよい。

0078

このように干渉計1とレーザ光源20とを分離して設置することにより、レーザ光源20が大型化してその重量が大きくなっても、干渉計1の本体に対して過重掛けることなく、かつ大型のレーザ光源20に備えられる例えば放熱ファン等の干渉計1の外部からの振動の影響を防止することができる。これにより、干渉計1の本体に対する過重や振動等物理的影響をなくして高精度に対物レンズ2の測定を行うことができる。

0079

なお、導光光学系は、第1及び第2の反射ミラー53、55の2枚により構成しているが、これに限らず、干渉計1とレーザ光源20との各設置位置の関係により1枚の反射ミラーを用いたり、3枚以上の各反射ミラーを用いてもよい。例えば、第1の反射ミラー53に代えてレーザ光源20を設けて第2の反射ミラー55のみを設け、レーザ光源20から出力された紫外レーザ光を第2の反射ミラー55で反射して紫外光光源ユニット19内に導入してもよい。

0080

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものでなく、次の通りに変形してもよい。

0081

例えば、図5乃至図7に示す各干渉計1は、各紫外光光源ユニット19を干渉計1に対して挿脱可能に構成していないが、図3に示す干渉計1のように挿脱可能に構成してもよい。

0082

図7に示す干渉計1では、第1と第2の反射ミラー53、55を同一光軸上に配置しているが、紫外レーザ光の波長の異なる紫外光光源ユニット19に変更した場合、第1と第2の反射ミラー53、55との各光軸がずれてしまう。これら光軸のずれを修正するために、例えば図8に示すように光源設置台50上に軌道56を敷設し、この軌道56上に第1の反射ミラー53を設けた移動設置台57を矢印C方向にスライド可能に設ける。軌道56は、紫外光光源ユニット19から出力される紫外レーザ光の光軸と平行に敷設される。これにより、第1の反射ミラー53は、紫外レーザ光の光軸と平行方向に位置決めすることができ、紫外レーザ光の波長の異なる複数の紫外光光源ユニット19を選択して取り付けた場合の第1と第2の反射ミラー53、55との光軸ずれを修正できる。この結果、干渉計1で測定するときの紫外レーザ光などのレーザ光の波長に対する汎用性を高くできる。

0083

本発明は、干渉計1に適用するのに限らず、例えば走査型レーザ顕微鏡などにも適用可能である。

0084

以下、本発明の他の特徴とするところについて説明する。

0085

第1の本発明は、紫外光を出力する光源と、前記光源から出力された前記紫外光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光位置に配置されたピンホールと、前記ピンホールを通過した前記紫外光を平行光にコリメートするコリメートレンズとを具備し、無収差の前記紫外光を出力することを特徴とする紫外光光源ユニット。

0086

第2の本発明は、前記ピンホールは、前記紫外光の波長に応じた直径に設定されることを特徴とする請求項3記載の紫外光光源ユニット。

0087

第3の本発明は、各種光学機器に対して着脱可能とする着脱構造を有することを特徴とする請求項1又は第1の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0088

第4の本発明は、前記1/4波長板は、前記光源への前記戻り光を偏光し、前記プリズムビームスプリッタは、前記1/4波長板により偏光された前記戻り光を前記光源の光軸外に反射することを特徴とする請求項7記載の紫外光光源ユニット。

0089

第5の本発明は、前記ピンホールは、前記光源から出力される前記紫外光の光軸上に対して挿脱する保持部材に保持されたことを特徴とする請求項1又は第1の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0090

第6の本発明は、前記保持部材に保持される前記ピンホールは、前記紫外光の波長に応じた位置に保持されることを特徴とする第5の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0091

第7の本発明は、前記集光レンズを前記光源から出力される前記紫外光の光軸上にスライドさせるスライダを有することを特徴とする請求項1又は第1の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0092

第8の本発明は、前記集光レンズは、前記紫外光の波長の変化による当該集光レンズの焦点距離の変化と、前記ピンホールの前記紫外光の波長の変化に応じた前記紫外光の光軸上の配置位置とに基づいて前記紫外光の光軸上の位置に位置決めされることを特徴とする第1の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0093

第9の本発明は、前記コリメートレンズは、前記光源から出力される前記紫外光の光軸上に沿って移動可能であることを特徴とする第1の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0094

第10の本発明は、前記光源と前記集光レンズとの間に配置され、前記光源から出力された前記紫外光を反射して前記集光レンズに導光する導光光学系を有することを特徴とする請求項1又は第1の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0095

第11の本発明は、少なくとも前記集光レンズと前記ピンホールとを収納するユニット筐体と、前記光源は、前記ユニット筐体に対して別体に設けられ、前記導光光学系は、前記光源から出力された前記紫外光を空間上に伝播させて前記ユニット筐体内に入射させる
ことを特徴とする第10の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

0096

第12の本発明は、前記導光光学系は、少なくとも1枚の反射ミラーを有することを特徴とする第10又は第11の本発明に記載の紫外光光源ユニット。

図面の簡単な説明

0097

本発明に係る紫外光光源ユニットを用いた干渉計の第1の実施の形態を示す構成図。
ピンホール射出波の位相曲線例を示す図。
本発明に係る紫外光光源ユニットを用いた干渉計の第2の実施の形態を示す構成図。
同紫外光光源ユニットの各構成例を示す図。
本発明に係る紫外光光源ユニットを用いた干渉計の第3の実施の形態を示す構成図。
同紫外光光源ユニットに設けられる各カセットの各構成例を示す図。
本発明に係る紫外光光源ユニットを用いた干渉計の第4の実施の形態を示す構成図。
同干渉計の変形例を示す構成図。

符号の説明

0098

1:干渉計、2:対物レンズ、3:載置台、4:ベース部材、5:支持部材、6:取付ベース、7:XYZステージ、8:球面ミラー、9:凹球面、10,11:対物レンズ取付部材、12〜14:孔、15:ベース筐体、16:導光用筐体、17:参照系筐体、18:結像系筐体、19:紫外光光源ユニット、20:レーザ光源、21:集光レンズ、22:ピンホール、23:コリメートレンズ、24:ハーフミラー、25:参照ミラー、26,27:レンズ、28:撮像素子、30:ユニット筐体、31:嵌合部、32:プリズムビームスプリッタ、33:1/4波長板、19−1:第1の紫外光光源ユニット、20−1:第1のレーザ光源、21−1:第1の集光レンズ、22−1:第1のピンホール、32−1:第1のプリズムビームスプリッタ、33−1:第1の1/4波長板、
19−2:第2の紫外光光源ユニット、20−2:第2のレーザ光源、21−2:第2の集光レンズ、22−2:第2のピンホール、32−2:第2のプリズムビームスプリッタ、33−2:第2の1/4波長板、40:カセット、40−1:第1のカセット、40−2:第2のカセット、41:スライダ、42:枠体、43:取っ手、50:光源設置台、51:レーザ水平設置部、52:ミラー配置部、53:第1の反射ミラー、54:ミラー設置傾斜部、55:第2の反射ミラー、56:軌道、57:移動設置台。

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