JPS6024401B2 - How to measure the physical constants of a measured object - Google Patents

How to measure the physical constants of a measured object

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JPS6024401B2
JPS6024401B2 JP50080635A JP8063575A JPS6024401B2 JP S6024401 B2 JPS6024401 B2 JP S6024401B2 JP 50080635 A JP50080635 A JP 50080635A JP 8063575 A JP8063575 A JP 8063575A JP S6024401 B2 JPS6024401 B2 JP S6024401B2
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measured
interference fringes
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thickness
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    • G01B9/02065Active error reduction, i.e. varying with time by particular adjustment of coherence gate, i.e. adjusting position of zero path difference in low coherence interferometry using a second interferometer before or after measuring interferometer

Abstract

PURPOSE:Wave faces with phase gap illuminated by the light beam with thickness of wave length are divided. Each divided face is inclined and folded to measure such physical factors as thickness and reflection factor without using a vibration mirror.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフィルム、フィルム上に塗布された乳剤厚、I
C基板又はガラス等の上に蒸着された蒸着膜、ガラスと
ガラスとの間の間隔等々、一般的にいって光学的に透明
な物質の膜厚、又はその膜の屈折率等の物理定数を非破
壊非接触にて測定する方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a film, an emulsion thickness coated on the film, an I
Generally speaking, physical constants such as the film deposited on a substrate or glass, the distance between glasses, the thickness of an optically transparent substance, or the refractive index of the film, etc. This relates to a non-destructive, non-contact measurement method.

従来上記のような物理定数を測定する方法としては被測
定物に何らかの方法で段差をつけて触針にて膜厚を測定
する方法、又やはり段差をつけて干渉顕微鏡により膜厚
を測定する方法、被測定物からの分光反射率を測定し、
反射の極大極小となる波長より計算して濃厚を検出する
方法等が知られているが、前二者についてみると、被測
定物に段差をつること、すなわち破壌する必要があるこ
と、また触針の時は被測定物に後をつけやすいこと等が
あり、また後者についてみると測定に時間を要すること
、極大極小となる波長を検出して膜厚を測定することか
らあまり精度が良くない等それぞれ欠点を有していた。
非破壊でかつ、非接触で、前記測定を行う方法が、昭和
41年特許出願公告第12192号明細書に示されてい
る。この方法は波長幅を有する光源によって照明された
被測定物の第1の面と第2の面からの光をマィケルソン
干渉計等の干渉計に導ぴき、干渉計の分割された光路の
一方の光路長をあるスパンに渡って、すなわち、マイケ
ルソン干渉計の光分割器によって分割された2波面が夫
々指向される2つの反射鏡の一方を他に対して光路差が
生じる様にあるスパンに渡って振動させ、この振動の際
の移動量を時間軸で表わし、この振動によって生じる干
渉ピークの表われる時点と、前記スパン中の振動ミラー
のある位置に対応する時点との間の経過時間を測定し、
その経過時間の函数として前記物理定数を測定する方法
である。この方法は経過時間を測定することを特徴とし
ているため、振動ミラーは時間に対して直接的でなけれ
ばならない。この様な時間に対して直接的に振動するラ
ーを得ることは非常に困難である。このことは、この方
法の発明者が前記明細書の中で前記経過時間の測定を行
わず、振動ミラーの移動量に対応するパルス数を測定す
る方法を示していることより明らかである。本発明の主
たる目的は、この様な振動ミラーを使用しないで、光路
差を生ぜさせる測定方法に関するものである。
Conventional methods for measuring the above-mentioned physical constants include adding a step to the object being measured in some way and measuring the film thickness with a stylus, and another method of adding a step and measuring the film thickness using an interference microscope. , measure the spectral reflectance from the object to be measured,
Methods of detecting concentration by calculating from the wavelengths at which the maximum and minimum reflections occur are known, but the first two methods require a step to be placed on the object to be measured, in other words, it is necessary to break the soil. When using a stylus, it tends to stick to the object to be measured, and when using the latter, it takes time to measure, and the film thickness is measured by detecting the maximum and minimum wavelengths, so it is less accurate. Each had their own drawbacks.
A method for carrying out the measurement in a non-destructive and non-contact manner is disclosed in Patent Application Publication No. 12192 of 1960. In this method, light from the first and second surfaces of the object illuminated by a light source with a wavelength width is guided to an interferometer such as a Michelson interferometer, and one of the divided optical paths of the interferometer is guided. The optical path length is set over a certain span, that is, one of the two reflecting mirrors to which the two wavefronts split by the light splitter of the Michelson interferometer are directed is set over a certain span such that an optical path difference occurs with respect to the other. The amount of movement during this vibration is expressed on the time axis, and the elapsed time between the time when the interference peak caused by this vibration appears and the time corresponding to a certain position of the vibrating mirror in the span. measure,
This method measures the physical constant as a function of its elapsed time. Since this method is characterized by measuring elapsed time, the oscillating mirror must be direct with respect to time. It is very difficult to obtain a beam that vibrates directly over such a period of time. This is clear from the fact that the inventor of this method does not measure the elapsed time in the specification, but instead describes a method of measuring the number of pulses corresponding to the amount of movement of the vibrating mirror. The main object of the present invention is to provide a measurement method that produces an optical path difference without using such a vibrating mirror.

以下本発明の方法を説明する。The method of the present invention will be explained below.

第1図、第2図及び第3図は本発明の方法の原理を説明
するもので第1図において、波長幅をもつ白色光源1か
らの光東2は、被測定物3を照射する。
1, 2, and 3 explain the principle of the method of the present invention. In FIG. 1, a light source 2 from a white light source 1 having a wavelength width irradiates an object 3 to be measured.

ここで光東は被測定物3の第1の反射面で反射した光東
5、および被測定物の中に屈折して入射し、第2の反射
面で反射した光東4となり、この光東は被測定物から屈
折して世射し反射光東5と平行な光東6となる。いま、
被測定物の厚さをd、屈折率をn、第2の反射面への光
東の入射角を0とすると、光東5と光東6との間には狐
dcos0の光路差が生じていることになる。これらの
両光東は、ビーム・スプリッター7、ミラー9,11、
レンズ12より構成されるいわゆるマィケルソン型干渉
計に入り、そこでビーム・スプリッター7により、それ
ぞれ振幅分割されて、光東8および光東9となり、光東
8はミラー9で反射し、再びビーム・スプリツ夕−7を
通過し、レンズ12を介してスクリーン13に入射する
。もう一方の光東10はミラー11により反射され再び
ビーム・スプリツター7で反射し、レンズ12を介して
スクリーン13に入射する。今、ミラー9に対してミラ
ー11を相対的に煩けた場合のことを考える。第2図は
ミラー11のビーム・スプリッターに関する虚像11′
とミラー9そのもの9′を描いている図である。この図
ではそれぞれのミラーは相対的にも煩いている。また光
東5′はミラー9′に垂直に入射する。このミラー系に
位相差をもつ二つの光東5′,6′が入射してとすると
、干渉に寄与する成分としては光東6′のミラー11′
で反射した反射光と光東5′のミラー9′で反射した反
射光であり、白色干渉縞はその両者の交わる14に局在
する。この白色の干渉縞の局在する位置はラー9′に平
行にx軸をとると、近似的にミラー9′とミラー11′
の交わる点15からndcosぐ/tanひだけ離れた
所x=Mcosで/ねnoとなる。この白色干渉縞の池
交点15の近傍に光東5′,光東6′それぞれ自身によ
る白色干渉縞が生じ、交点15に関し、前述と逆の方向
x=−ndcos0ノねnのこも光東5′と光東6′に
よる白色干渉縞を生ずる。第1図におけるレンズ12は
、これらの局在した白色干渉縞をスクリーン13の上に
結像しているわけである。レンズ12の結像倍率が等倍
である時は、スクリ−ン13に投影された白色干渉縞は
第3図の様に観測される。このときのx軸方向の光強度
分布は1(X)=Ji(k)Cos2(kndCos○
)COS2(kxねn8)dkで与えられる。但しi(
k)は光源のスペクトル分布、観測系のスペクトル感度
、光学系の分光透過率の掛け算で与えられる。またkは
波数である。この光強度分布の一般的な形を描いたのが
第4図である。今、x=0に生ずる白色干渉ピークを中
央のピーク、x=Mcosぐ/ねnのこ生ずる白色干渉
協ピークを第1のサイドピーク、x=−ndcos0/
tano‘こ生ずる白色干渉ピークを第2のサイドのピ
ークとすると、中央のピークの生ずる所から第1サイド
のピークまたは第2のサイドのピークの生ずる所まで、
あるいは第1のサイドのピークの生ずる所から第2のサ
イドのピークの生ずる所まで、あるいは、あらかじめ定
めたx軸上の任意の規準点から第1サイドのピークまた
は第2のサイドのピークの生ずる所までの間隔を検出す
ることにより、ndcosJ/tanoを得ることがで
きる。
Here, the light beam is reflected by the first reflecting surface of the object to be measured 3, becomes the light beam 5, and is refracted into the object to be measured, and is reflected by the second reflecting surface, which becomes the light beam 4. The east light is refracted from the object to be measured and is emitted to the outside, becoming a light east 6 parallel to the reflected light east 5. now,
Assuming that the thickness of the object to be measured is d, the refractive index is n, and the angle of incidence of the light beam on the second reflective surface is 0, an optical path difference of d cos 0 occurs between the light beam 5 and the light beam 6. This means that These two light beams have a beam splitter 7, mirrors 9 and 11,
It enters a so-called Michelson type interferometer consisting of a lens 12, where it is amplitude-split by a beam splitter 7 to become Koto 8 and Koto 9. Koto 8 is reflected by mirror 9 and is beam split again. The light passes through the lens 12 and enters the screen 13 through the lens 12. The other light beam 10 is reflected by a mirror 11, reflected again by a beam splitter 7, and enters a screen 13 via a lens 12. Now, consider a case where the mirror 11 is relatively larger than the mirror 9. FIG. 2 shows a virtual image 11' of the beam splitter of mirror 11.
This is a diagram depicting the mirror 9 itself 9'. In this figure, each mirror is relatively crowded. Further, the light beam 5' enters the mirror 9' perpendicularly. If two light beams 5' and 6' with a phase difference are incident on this mirror system, the component contributing to interference is the mirror 11' of light beam 6'.
The white interference fringe is localized at 14, where the two intersect. If we take the x-axis parallel to mirror 9', the localized positions of these white interference fringes can be approximated by mirror 9' and mirror 11'.
At a point ndcos g/tan distance from the intersection point 15, x = Mcos, and /neno. In the vicinity of the intersection 15 of these white interference fringes, white interference fringes are generated by each of Koto 5' and Koto 6', and regarding the intersection 15, the opposite direction x=-ndcos0nonenn is also produced by Koto 5. ' and Koto 6' produce white interference fringes. The lens 12 in FIG. 1 images these localized white interference fringes onto the screen 13. When the imaging magnification of the lens 12 is equal to the same magnification, white interference fringes projected onto the screen 13 are observed as shown in FIG. At this time, the light intensity distribution in the x-axis direction is 1(X)=Ji(k)Cos2(kndCos○
) COS2(kxnen8)dk. However, i (
k) is given by multiplying the spectral distribution of the light source, the spectral sensitivity of the observation system, and the spectral transmittance of the optical system. Further, k is a wave number. FIG. 4 depicts the general shape of this light intensity distribution. Now, the white interference peak that occurs at x=0 is the central peak, the white interference peak that occurs at x=Mcos/Nen is the first side peak, and x=-ndcos0/
If the white interference peak produced by tano' is the peak on the second side, then from where the central peak occurs to where the peak on the first side or the peak on the second side occurs,
Or from where the peak on the first side occurs to where the peak on the second side occurs, or from any predetermined reference point on the x-axis to where the peak on the first side or the peak on the second side occurs. By detecting the interval up to the point, ndcosJ/tano can be obtained.

したがって、これに、被測定物の屈折率nを代入するこ
とにより、被測定物の厚さdを測定することが可能であ
る。被測定物の屈折率nも未知である場合には、被測定
物への照射角◇として、例えば0=00,0=45oと
2度、測定することにより、屈折率n、厚さdをそれぞ
れ独立に求めることが可能である。
Therefore, by substituting the refractive index n of the object to be measured, it is possible to measure the thickness d of the object to be measured. If the refractive index n of the object to be measured is also unknown, the refractive index n and thickness d can be determined by measuring the irradiation angle ◇ to the object to be measured twice, for example, 0=00 and 0=45o. It is possible to obtain each independently.

被測定対象物として、第1図では、二つの反射面をもつ
場合について説明したが、二つ以上の反射面をもつ場合
、すなわち、複数層からなる対象物の場合には、各反射
面から十分の反射光東がある時には、各膜厚に相当する
所に、白色干渉縞が得られ、各層それぞれの厚さを測定
することも可能である。また、複屈折怪物質において、
その中を透過するp偏光光東、S偏光光束の間に生ずる
リターデーションについても、上記と同様、測定可能で
ある。本発明による方法は、干渉計のミラーは相対的に
若干、懐けて固定しておけばよく、先に述べた特公昭4
1一12192の方法のごとく、きわめて調整の微妙な
干渉計の中のミラーを動かすという様な可動部分がない
という大きな利点を有している。
In Figure 1, the object to be measured has two reflecting surfaces. However, in the case of an object having two or more reflecting surfaces, that is, in the case of an object consisting of multiple layers, it is possible to When there is sufficient reflected light, white interference fringes are obtained at locations corresponding to the thickness of each layer, and it is also possible to measure the thickness of each layer. Also, in birefringent monsters,
The retardation that occurs between the p-polarized light beam and the s-polarized light beam transmitted therethrough can also be measured in the same manner as described above. In the method according to the present invention, the mirror of the interferometer only needs to be fixed at a relatively slight angle.
Unlike the method of No. 1-12,192, this method has the great advantage that there are no moving parts such as moving the mirror in the interferometer, which has to be adjusted very delicately.

他の利点としては、次に述べる、空間的に生じた白色干
渉縞を検知する方法との関連において明らかとなる。白
色干渉縞を検知する一つの方法は、一次元のホトダィオ
ード・アレイを第3図におけるスクリーン部分にx軸に
平行におくことである。こうしてホトダィオード・アレ
イを順次、走査すると、時間軸に変換された、白色干渉
縞が得られ、干渉ピークと干渉ピークの生ずる時間間隔
より被測定物の厚さが求まることになる。このホトダィ
オード・アレイを使用するということは、袴公昭41−
12192の方法において、干渉計の分割された光路の
いずれかを、変化させるための、直線性の良い動き量を
もつ可動ミラーが、きわめて得がたいのに対して、ホト
ダイオード・アレイは直線性がきわめて良いという利点
を してし、 。現実に、この種の一次元に多数のホト
ダィオードを配列(数百〜二千個)した素子は、米国の
レティコン社等から市販されており、本発明の実施にお
いて、即利用できるものである。この白色干渉縞を検知
するためにホトダィオード・アレイと同じ機能をもつI
TVも使用することができる。また他の実施例としては
、第5図の様に、回転ミラー16を支点17のまわりを
18の様に回転、または振動させ、ピンホール19、光
検知器20を用いて白色干渉縞を検知しても良い。この
時ピンホール19は、第3図のごとく、一次元的にでき
ることを考慮して、スリットを用いると、より大きな光
量を得ることができる。また他の実施例としては、第6
図の様に、ピンホール又はスリット21を矢印23の様
に動かして、白色干渉縞の分布を光検知器22で検知し
ても良い。
Other advantages will become apparent in connection with the method for detecting spatially generated white interference fringes, described below. One way to detect white interference fringes is to place a one-dimensional photodiode array in the screen section of FIG. 3 parallel to the x-axis. By sequentially scanning the photodiode array in this manner, white interference fringes converted to the time axis are obtained, and the thickness of the object to be measured can be determined from the time interval between interference peaks. The use of this photodiode array means that
In the method of 12192, it is extremely difficult to obtain a movable mirror with a linear movement amount to change one of the divided optical paths of the interferometer, whereas a photodiode array has extremely good linearity. Take advantage of this advantage. In fact, this type of device in which a large number of photodiodes are arranged in one dimension (several hundred to 2,000) is commercially available from Reticon, Inc. in the United States, and can be used immediately in carrying out the present invention. To detect this white interference fringe, an I
A TV can also be used. As another example, as shown in FIG. 5, a rotating mirror 16 is rotated or vibrated around a fulcrum 17 as shown in 18, and white interference fringes are detected using a pinhole 19 and a photodetector 20. You may do so. At this time, considering that the pinhole 19 is formed one-dimensionally as shown in FIG. 3, if a slit is used, a larger amount of light can be obtained. In addition, as another example, the sixth
As shown in the figure, the pinhole or slit 21 may be moved in the direction of the arrow 23 and the distribution of white interference fringes may be detected by the photodetector 22.

この様にピンホール又はスリットを移動させる走査系は
形成された白色干渉縞を読み取るものであって、白色干
渉縞を形成するための前記昭和41年特許出願公告第1
2192号明細書に記載の振動ミラーに比べて、それ程
高精度である必要はない。
The scanning system that moves the pinhole or slit in this way reads the formed white interference fringes.
Compared to the vibrating mirror described in No. 2192, it does not need to be as precise.

従って、本実施例では白色干渉縞を形成するには波長オ
ーダーの精度を必要とする振動ミラーを使用せず、形成
された白色干渉縞は簡単な走査スリット、ピンホールで
観測出来るという効果を有している。また、上記の白色
干渉縞の検知法のいずれにおいても、白色干渉縞が一次
元的にできることを考慮して、レンズ12にさらに、シ
リンドリカルレンズを頚合せることにより、より大きな
光量をることができる。
Therefore, this embodiment does not use a vibrating mirror that requires precision on the wavelength order to form white interference fringes, and has the effect that the formed white interference fringes can be observed with a simple scanning slit or pinhole. are doing. In addition, in any of the above methods for detecting white interference fringes, a larger amount of light can be emitted by further aligning a cylindrical lens with the lens 12, taking into consideration that white interference fringes are formed one-dimensionally. .

このシリンドリカルレンズを用いる光学系を第7図に示
す。光源101から射出された光東を結像レンズ102
により被測定物103の面上に集光させ、被測定物から
の反射光東をレンズ104によりほゞ平行光東とし、テ
ィルト型の干渉計105に導く。この干渉計105のテ
ィルトミラー近傍に局在している白色干渉縞をアナモフ
ィック光学系106,107により−次元ホトダイオー
ド108に結像させる。その際に、ダイオードの配列方
向の結像作用をもつシリンドリカルレソズ106の焦点
距離に比べ、それと垂直方向の結像作用をもつシリンド
リカルレンズ107の焦点距離を短かくすることにより
第3図に示した白色干渉縞の縦方向の倍率を横方向に比
べ縮小することができ、一次元ホトダィオード面に有効
に白色干渉縞の光量を導くことができる。干渉計につい
てはマィケルソン型干渉計を例にとったが、実施にあた
っては、マッハッェンダー型等の干渉計を用いることも
可能である。またこれら干渉計に類似のものとしてウオ
ーラストン・プリズム、ローションプリズム、シナルモ
ンプズムを用いた光学系も使用可能である。ウオーラス
トン・プリズムを用いた実施例を第8図に示す。ウオー
ラストン・プリズムは例えば水晶の様な複屈折性物質を
光学軸が54の方向のもの、および55の方向のものを
切りだして貼り合せたものである。53は偏光子であり
、その偏光方向は水晶54,55の光軸と45oになる
様に調整される。
FIG. 7 shows an optical system using this cylindrical lens. The light emitted from the light source 101 is transferred to the imaging lens 102
The light beam is focused on the surface of the object to be measured 103, and the reflected light from the object to be measured is turned into substantially parallel light by the lens 104, and guided to a tilt-type interferometer 105. White interference fringes localized near the tilt mirror of the interferometer 105 are imaged onto a -dimensional photodiode 108 by anamorphic optical systems 106 and 107. At this time, the focal length of the cylindrical lens 107, which has an imaging function in the vertical direction, is made shorter than the focal length of the cylindrical lens 106, which has an imaging function in the direction in which the diodes are arranged, as shown in FIG. The vertical magnification of the white interference fringes can be reduced compared to the horizontal magnification, and the amount of light of the white interference fringes can be effectively guided to the one-dimensional photodiode surface. As for the interferometer, a Michelson type interferometer is taken as an example, but it is also possible to use a Machender type interferometer or the like in implementation. Further, optical systems similar to these interferometers using a Wollaston prism, Rochon prism, or Sinalmon prism can also be used. An example using a Wollaston prism is shown in FIG. The Wollaston prism is made by cutting out two birefringent materials, such as crystal, with optical axes in the 54 and 55 directions and pasting them together. 53 is a polarizer, and its polarization direction is adjusted to be 45 degrees with respect to the optical axis of crystals 54 and 55.

また56は検光子であり、偏光子と平行ニコル、あるい
は直交ニコルになる様に配置される。この系に、被測定
物3の表面で反射した光東5の波面51、および、そに
より2bcosでだけ光路差の遅れた裏面からの光東6
の波面52が入射すると、ウオーラストン・プリズムに
より波面51,52は、二つに分割され、かつ波面に額
きが生じて波面51′,52′および波面5r,52〆
となる。今、プリズム54とプリズム55の厚さの等し
い所を原点として62の様に、y軸をとると、波面51
′と波面5r間に生ずる光路差は複屈折怪物質の常光線
に対する屈折率をno、異常光線に対する屈折率をne
とすると、2(肥−血)Xan8で与えられる。波面5
1′と波面51″、波面52′と波面52″とが干渉す
る所は58近傍であり、すなわちy=0近傍に生じ、中
央のピークとなる。波面51′と波面52′とが干渉す
るのは57近傍、波面52′と波面51″とが干渉する
のは59近傍であり、これはそれぞれサイドのピークと
なる。これは近似的に狐dcos0と2(M−血)×a
nひの等しくなる所、すなわちy=ndcosマ/(n
e−血)tanひ近傍に生ずる。これらの白色干渉縞は
ウオーラストン・プリズム近傍に局在しておりレンズ6
0は、これらの白色干渉縞をホトダィオード・アレイ等
の光検知器61に結像しているわけである。この様にし
て、ウオーラストン・プリズムを用いても、マィケルソ
ン干渉計等と同様に、被測定物の厚さ、屈折率を測定す
ることが可能である。被測定物の厚さをせいぜい数1岬
mとすると波面の懐きは角度にして数分程度で良い。ウ
オーラストン・プリズムを水晶で作るとするとこの程度
の波面の頭きを与えるためには、ウオ−ラストン・プリ
ズムの厚さは2側程度であり、きわめてコンパクトな千
渉計を構成できる。
Further, 56 is an analyzer, which is arranged so as to be in parallel or crossed Nicols with the polarizer. In this system, there is a wavefront 51 of the light beam 5 reflected from the surface of the object to be measured 3, and a wavefront 51 of the light beam 5 from the back surface whose optical path difference is delayed by 2 bcos.
When the wavefront 52 is incident, the wavefronts 51 and 52 are divided into two by the Wollaston prism, and a square is created in the wavefront, resulting in wavefronts 51' and 52' and wavefronts 5r and 52. Now, if we take the y-axis as 62 with the point where the thickness of prism 54 and prism 55 are equal as the origin, the wavefront 51
The optical path difference that occurs between ' and the wavefront 5r is such that the refractive index for the ordinary ray of birefringence is no, and the refractive index for the extraordinary ray is ne.
Then, 2 (fertile blood) is given by Xan8. wave front 5
1' and the wave surface 51'', and the wave surface 52' and the wave surface 52'' interfere near 58, that is, near y=0, and form a central peak. The wave surface 51' and the wave surface 52' interfere in the vicinity of 57, and the wave surface 52' and the wave surface 51'' interfere in the vicinity of 59, which are the peaks of the respective sides.This is approximately the fox dcos0. and 2(M-blood)×a
where n is equal, that is, y=ndcosma/(n
e-blood) occurs near the tan. These white interference fringes are localized near the Wallaston prism, and the lens 6
0, these white interference fringes are imaged on a photodetector 61 such as a photodiode array. In this way, it is possible to measure the thickness and refractive index of the object to be measured using the Wollaston prism in the same way as the Michelson interferometer or the like. If the thickness of the object to be measured is at most a few meters, the wavefront width may be approximately several minutes in angle. If the Wollaston prism were to be made of quartz crystal, the thickness of the Wollaston prism would be about two sides in order to give this degree of wave front head, and an extremely compact sensitometer could be constructed.

この様に、ウオーラストン・プリズムを用いる干渉計は
マィケルソン干渉計に比較すると、プリズムを作る時点
で、波面に入る傾きを決定でき、マィケルソン干渉計の
様に組立ての時点でミラーの傾きを調整する必要のない
こと、また、経時変化のないこと、また上記で書いた様
にきわめてコンパクトになる等の多くの利点を有してい
る。先の第7図の実施例で、一次元ホトダィオードアレ
ィを用いる場合にアレイの配列方向と垂直な方向に白色
干渉縞を縮小し、光量を有効に用いる光学系について説
明したが、その光学系に用いられたアナモフィック光学
系は一般に収差量が大きいという点がある。
In this way, compared to the Michelson interferometer, an interferometer using a Wollaston prism can determine the inclination of the wavefront at the time of making the prism, and unlike the Michelson interferometer, it is not necessary to adjust the mirror inclination at the time of assembly. It has many advantages, such as not having any problems, not changing over time, and being extremely compact as mentioned above. In the embodiment shown in FIG. 7, an optical system was explained in which when a one-dimensional photodiode array is used, the white interference fringes are reduced in the direction perpendicular to the arrangement direction of the array and the amount of light is effectively used. The anamorphic optical system used in this optical system generally has a large amount of aberration.

次に、一次元ホトダィオードアレィに干渉縞光量を有効
に導く他の光学系の実施例につき、第9図、第10図a
,bにより説明する。
Next, FIGS. 9 and 10 a show examples of other optical systems that effectively guide the amount of interference fringe light to a one-dimensional photodiode array.
, b.

第10図は光学系の展開図であり、aは横断面、bは上
方から見た図である。白色光源1 10からの光東をレ
ンズ111によりはゞ平行光とし、アフオーカルシリン
ドリカルレンズ系112,113により縦方向に光東径
を圧縮し、スリット関口114を照明する。このスリッ
ト闇口114を通過した平行光東を偏光板116を通し
て、レンズ116により被測定物面1 17上に集光さ
せる。本発明においては必ずしも被測定物面に集光させ
る必要はないが、被検体の面形状が悪い場合には、集光
させた方が、面形状の影響を少くでき、ダイオードアレ
イからの出力信号のSN比は良好となる。
FIG. 10 is a developed view of the optical system, in which a is a cross-sectional view and b is a view seen from above. The light from the white light source 110 is converted into parallel light by the lens 111, and the diameter of the light is compressed in the vertical direction by the afocal cylindrical lens systems 112 and 113, thereby illuminating the slit Sekiguchi 114. The parallel light passing through the slit dark opening 114 passes through a polarizing plate 116 and is focused onto the object surface 117 by a lens 116. In the present invention, it is not necessarily necessary to focus the light on the surface of the object to be measured, but if the surface shape of the object is poor, focusing the light can reduce the influence of the surface shape and improve the output signal from the diode array. The SN ratio becomes good.

被測定物117からの反射光東をレンズ118により、
テイルト型の干渉計119に導く。
The reflected light from the object to be measured 117 is reflected by the lens 118.
It leads to a tailed interferometer 119.

この実施例では上記千渉計としてウオーラストン・プリ
ズムが示されてる。このウオーラストン・プリズムの中
心附近と前記スリット閉口1 14は共役関係にあり、
スリット開口像がウオーラストン・プリズムの中心附近
に形成される。白色干渉縞がウオーラストン・プリズム
の中心附近のスリット関口像光東中に形成されるので、
この干渉縞を偏光板120を介して結像レンズ121に
より一次元ホトダイオードアレイ122上に結像させる
。このホトダイオードアレイ122上にはスリット関口
114の像も形成されるので、このスリット関口像の大
きさをホトダィオードアレィ122の受光面のサイズよ
りも小さくすることにより、白色干渉縞の光量を損失な
く、ホトダィオードアレィ122上に導くことが可能と
なる。本実施例の場合には白色干渉縞を通常の結像レン
ズ121系によりホトダィオードアレィ122上に導く
ので、先の実施例のアナモフィックレンズ系を用いるよ
りもしンズのディストーション等の収差の影響を少〈で
きる。なお、本実施例の偏光板の偏光方向は先の実施例
と同様にウオーラストン・プリズムの光学軸と45oの
角度をなしている。
In this embodiment, a Wollaston prism is shown as the sensitometer. The vicinity of the center of this Wollaston prism and the slit opening 114 are in a conjugate relationship,
A slit aperture image is formed near the center of the Wollaston prism. Since white interference fringes are formed in the slit Sekiguchi image light east near the center of the Wollaston prism,
The interference fringes are imaged onto a one-dimensional photodiode array 122 by an imaging lens 121 via a polarizing plate 120. Since the image of the slit Sekiguchi 114 is also formed on this photodiode array 122, by making the size of this slit Sekiguchi image smaller than the size of the light receiving surface of the photodiode array 122, the light amount of the white interference fringes can be reduced. can be guided onto the photodiode array 122 without loss. In the case of this embodiment, since the white interference fringes are guided onto the photodiode array 122 by the normal imaging lens 121 system, aberrations such as lens distortion are more likely to be avoided than using the anamorphic lens system of the previous embodiment. The impact can be reduced. Note that the polarization direction of the polarizing plate in this embodiment forms an angle of 45° with the optical axis of the Wollaston prism, as in the previous embodiment.

尚、本発明の実施例の説明では光源として白色光源を示
したが、光源としては波長幅を有するものであれば、可
視光源、不可視光源であっても良い。
In the description of the embodiments of the present invention, a white light source is shown as a light source, but the light source may be a visible light source or an invisible light source as long as it has a wavelength width.

以上、本発明によれば、従来、あった厚さ測定法に比し
て非破壊、非接触にて厚さ、屈折率を測定可能なこと、
また、測定時間が、きわめて短かいこと等のほか、可動
部分がまったくない装置を構成できること、また小型の
装置を構成できるという等の利点を有している。
As described above, according to the present invention, thickness and refractive index can be measured in a non-destructive and non-contact manner compared to conventional thickness measurement methods.
Further, in addition to the fact that the measurement time is extremely short, it has the advantage that it is possible to construct an apparatus that has no moving parts at all, and that it is possible to construct a compact apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図は本発明の原理を説明する図、第3図、
第4図は白色干渉縞波形を説明する図、第5図、第6図
は本発明の第1、第2実施例を説暁する図、第7図は第
3実施例を説明する図、第8図は第4実施例を説明する
図、第9,10図は第5実施例を説明する図である。 図中、1は白色光源、2は白色光東、3は被測定物、5
は第1面で反射された光、6は第2面で反射された光、
7は光分割器、9はミラー、11は煩むいたミラー、1
2はしンズ、13はスクリーンである。 第ー函 多2図 第3図 劣る図 案4図 第5図 努マ図 多Q図 茅 8 図 多 !0 図
Figures 1 and 2 are diagrams explaining the principle of the present invention, Figure 3,
FIG. 4 is a diagram for explaining a white interference fringe waveform, FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 7 is a diagram for explaining the third embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining the fourth embodiment, and FIGS. 9 and 10 are diagrams for explaining the fifth embodiment. In the figure, 1 is a white light source, 2 is a white light source, 3 is an object to be measured, and 5 is a white light source.
is the light reflected on the first surface, 6 is the light reflected on the second surface,
7 is a light splitter, 9 is a mirror, 11 is a troubled mirror, 1
2 is Shins, 13 is Screen. Figure 2 Figure 3 Inferior design Figure 5 Figure 5 Tsutomama Figure Q Figure Kaya 8 Figure ! 0 figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 波長幅を有する光束によつて照明された被測定物か
らの被測定物の厚さ、屈折率等の情報を含んだ位相ずれ
を有する光の複数個の波面を夫々分割し、それぞれの分
割された波面を重ね合わせ被測定物の厚さ、屈折率等の
物理定数を測定する方法において、前記夫々分割された
波面どうしを相対的に傾けて重ね合わせ、干渉縞を形成
し、該干渉縞の位置から前記測定を行うことを特徴とす
る被測定物の物理定数を測定する方法。
1. A plurality of wavefronts of light having a phase shift that includes information such as the thickness and refractive index of the measured object from the measured object illuminated by a light beam having a wavelength width are divided, and each division is performed. In a method for measuring physical constants such as the thickness and refractive index of a measured object by overlapping the divided wavefronts, the divided wavefronts are relatively tilted and overlaid to form interference fringes, and the interference fringes are A method for measuring physical constants of an object to be measured, characterized in that the measurement is carried out from a position of .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8005258A (en) * 1980-09-22 1982-04-16 Philips Nv INTERFEROMETER.
JPS59220632A (en) * 1983-05-30 1984-12-12 Shimadzu Corp Detector of refractometer
JPS60100005A (en) * 1983-11-04 1985-06-03 Canon Inc Regulating device of space
JPS60100004A (en) * 1983-11-04 1985-06-03 Canon Inc Regulating device of space
JPS6099671A (en) * 1983-11-04 1985-06-03 Canon Inc Heat transfer recorder
JPS6419103U (en) * 1987-07-23 1989-01-31
CN108759698B (en) * 2018-08-02 2020-02-14 淮阴师范学院 Low-coherence light interference measuring method and device for mirror surface spacing of multi-mirror lens group

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49109060A (en) * 1973-01-12 1974-10-17

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49109060A (en) * 1973-01-12 1974-10-17

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