CN1752712A - 干涉仪装置用光量比调节滤光片、干涉仪装置及光干涉测定方法 - Google Patents
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Abstract
在干涉仪的基准面和被检测面之间配置光量比调节滤光片(112)。该光量比调节滤光片(112)，是在由玻璃构成的透明基板的被测体(117)侧的面上，设置包括光反射吸收层(12a)和电介体防止反射层(12b)的光量比调节膜(12)，而在基准面(116a)侧的面上设置防止光反射层(13)，其作用是相对于从基准面对置面侧入射的入射光，反射其部分、吸收剩余部分之后将其余下部分向被测体(117)射出，另外，相对于从被测体(117)返回的返回光，吸收其部分、另方面抑制反射、将剩余作为被检测光向基准面(116a)方向射出。
Description
技术领域
本发明涉及配置在斐索型干涉仪装置的被测体和基准面之间的干涉仪装置用光量比调节滤光片及使用它的干涉仪装置还有光干涉测定方法，特别是涉及转换并测定金属表面等高反射率物体和玻璃表面等低反射率物体等光反射率相互区别很大的被测体时所使用的干涉仪装置用光量比调节滤光片。
背景技术
一般已知在干涉仪装置中，从被测体发出的被检测光和从基准面发出的参照光被合成时，其光量差小时获得高对比度良好的干涉波信息，其范围是例如被检测光和参照光的光量比率为5～1/5左右。
从而，在必须转换并顺次测定低反射率的被检测光和高反射率的被测体的状况下，采用与低反射面的被检测光的反射率大致同等地设定基准面的反射率，而高反射率的被测体测定时，在基准面和被检测面之间插入光衰减滤光片使被检测光衰减的方法。
不过，这种方法，在测定平面状的被检测面时不存在问题，而在测定球面状被检测面时，由于很难在基准面和被检测面之间确保光衰减滤光片的插入空间和为了使从光衰减滤光片表面发出的反射光不会对测定造成不好影响而倾斜插入光衰减滤光片，因而存在被检测光上发生的像差损害测定精度的问题(参照美国专利公报4820049号公报(以下称为文献1)。
为此，还已知采用极薄的树脂膜(表膜)作为光衰减滤光片的基材、在其上施以光衰减涂层的方法。从而，能够缓和插入空间的条件，达到还能够忽略发生的像差的程度。不过，这样制作的光衰减滤光片脆弱且精致，不能容易地进行其相对于光路的插入脱离(参照上述文献1)。
另外，作为其它方案，还已知是在基准面上涂敷光量比调节膜，在那里反射的参照光和通过光量比调节膜在被检测面被反射、再通过光量比调节膜的被检测光的光量比率大致为1。
不过，这种方法中，涉及上述光衰减滤光片的问题解决了，而发生的新问题是要符合被检测面的反射率而必须准备多个非常高价的基准面，另外，测定时，反射率不同的被测体中测定的基准不同，从而，很难取得测定结果的对应(参照上述文献1)。
为此，为了解决该问题，而考虑在基准面上涂敷具有低反射率被测体和高反射率被测体的中间反射率(中反射率)的光量比调节膜，因而不管测定低反射率被测体或高反射率被测体，都能够使被检测光和参照光的光量比率在获得高对比度良好的干涉波信息的范围内。
不过，该方法中，存在的问题是从被测体返回的返回光通过基准面时，由于基准面的反射率为中反射率，因而再次向被测体方向反射的光量增加，在被检测面和基准面之间发生重复反射干涉(多重干涉)，很难对获得的干涉条纹进行相位解析。
为此，研究具有中反射率的基准面的光量比调节膜的结构，为使被检测面和基准面之间不发生多重干涉而进行试验。
例如，在J.Sci.Instrum.，1967，Vol.44，pp.899-902(surface-coated referenceflats for testing fully aluminized surfaces by means of the FizeauInterferometer)(以下称为文献2)、SPIE，1999，Vol，3738，pp，128-135(Costrinrequirements for the reference flat of a Fizeau Interferometer used formeasuring from uncoated to highly reflecting surfaces)(以下称文献3)、或上述文献1中，公布了一种方案是：在斐索型干涉仪装置的基准面上涂敷中反射率的光量比调节膜。这些光量比调节膜，由例如1层光反射吸收层和1层或2层电介体防止反射层构成，利用光反射吸收层的光反射吸收效果和电介体防止反射层的防止光反射效果，形成膜构成，可提高基准面上的入射测定光的反射率，同时吸收透过从被测体返回的返回光的光量并使之衰减，其另一方面，防止反射以使不会发生入射的从向被测体返回的返回光向被测体方向反射而引起多重干涉。
从而，利用基准面，防止由于被反射的向被检测面去的循环光而引起的相位信息解析精度的降低，同时不管从被测体发出的反射光比率如何，都能够容易地设定基准面上的被检测光和参照光的光量比率，使之收进以1为中心的规定范围(例如5～1/5左右)。
光反射吸收层，由镍铬或铋等金属层构成，电介体防止反射层，由氧化钛和氧化铋等金属氧化物构成。这种膜构成的一种形态，已知是例如作为C&D涂层。
上述文献1、文献2及文献3所述的技术，相对于光反射率种种不同的各个被测体，能够使用1个光量比调节膜获得高对比度且没有多重干涉影响的干涉波信息，因而，是能够谋求测定效率的提高及测定精度的提高的有用的技术。
不过，这些文献所述的技术中，光量比调节膜是被涂敷在基准面上，从而，要排除由该膜带来的影响时，无法将该膜从光路中退出。即，像基准面为玻璃表面、被检测面也玻璃表面这种作为低反射体的情况下，即使不使用光量比调节膜也能够获得对比度良好的干涉波信息，反之，由于该光量比调节膜的透过率分布的不均匀性等而在干涉波信息上重叠该光量比调节膜的波面像差。从而，也可以说在这种现有技术中，低反射率被测体的干涉波信息被牺牲。
另外，这种现有技术中，是将光量比调节膜直接涂敷在基准面上，因而还担心由于涂敷时加热的影响和附着的光量比调节膜的膜应力的影响等而降低基准面的面精度。
另外，在能够利用不同波长的光测定被检测面而构成的干涉仪装置中，光量比调节膜的反射、透过及吸收特性具有波长依存性，从而，通过选择波长，很难将被检测光和参照光的光量比率收进以1为中心的规定范围(例如5～1/5)，很难抑制基准面和被检测面间的多重反射，从而，还担心必须交替使用多种类的高价基准面。
发明内容
本发明，即是鉴于上述事情而产生的，其目的在于提供一种干涉仪装置用光量比调节滤光片及使用它的干涉仪装置还有光干涉测定方法，相对于光反射率种种不同的各个被测体，能够使用1个光量比调节装置获得高对比度且没有多重干涉影响的干涉波信息，另外，能够从被测体的干涉波信息中排除光量比调节装置的波面像差的影响，另外，还不会由于光量比调节膜的影响而降低基准面的面精度，再有，使用不同波长进行测定时，也能够由1个基准面对应。
本发明的干涉仪装置用光量比调节滤光片，其自由插入脱离地配置在斐索型干涉仪装置的被测体和基准面之间，该斐索型干涉仪装置使从上述被测体发出的被检测光和从上述基准面发出的参照光发生干涉而获得该被测体的干涉波信息，其特征在于：
在透明基板的上述被测体对置面或上述基准面对置面中任意一方的面上附着设置多层膜结构的光量比调节膜，该光量比调节膜由至少一层光反射吸收层和至少一层电介体防止反射层从上述基准面看以该顺序层叠而成；
该光量比调节膜的膜构成是：相对于从上述透明基板的上述基准面对置面侧入射的入射光，反射其一部分、吸收剩余一部分后、再将其余下的光向上述被测体射出，并且，相对于从上述被测体对面侧入射的从上述被测体返回的返回光，吸收其一部分的同时、还抑制反射并将剩余的光作为上述被检测光向上述基准面方向射出。
还有，所谓“从被测体发出的被检测光”，意指不只从被测体反射的反射光还包括被测体的透过光。
另外，优选是上述光反射吸收层由金属层构成，上述电介体防止反射层由金属氧化物层构成。
另外，优选是上述金属层由镍铬和铋等构成，上述电介体防止反射层由氧化钛或氧化铋构成。
另外，优选是在上述透明基板的上述基准面对置面或上述被检测面对置面中的任意的没有附着设置上述光量比调节膜的面上附着设置防止光反射膜。
另外，优选是上述防止光反射膜由ZnS膜和MgF2膜的交替膜构成。
另外，本发明的干涉仪装置，其特征在于：具备上述干涉仪装置用光量比调节滤光片而形成。
此时，优选是上述基准面上的上述参照光相对于上述被检测光的光量比为5～1/5的范围。
另外，优选是上述干涉仪装置用光量比调节滤光片从光路中出入自由。
另外，优选是上述干涉仪装置用光量比调节滤光片的表面，相对于与上述干涉仪装置的光轴垂直的面倾斜构成。
另外，上述被测体可以形成球面形状。
再有，本发明的光干涉测定方法，是利用上述干涉仪装置获得被测体的干涉波信息的光干涉测定方法，其特征在于：
在被测体配置位置配置具有与上述基准面相同程度的表面反射率的测定值调节用基准板，并且，将上述干涉仪装置用光量比调节滤光片插入配置在上述基准面和上述测定值调节用基准板之间的光路中而获得第1干涉波信息，
同时，在上述被检测配置位置配置要测定的被测体，且将上述干涉仪装置用光量比调节滤光片插入配置在上述基准面和上述要测定的被测体之间的光路中而获得第2干涉波信息；
之后，进行运算处理，求得上述第2干涉波信息和上述第1干涉波信息的差信息，获得上述要测定的被测体的干涉波信息。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的干涉仪装置的概略构成图。
图2是表示本发明的一实施方式的干涉仪装置用光量比调节滤光片的层构成的概念图((a)、(b)均是)。
图3是用以说明本发明的一实施方式的光干涉测定方法的概略图(A、B)。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本实施方式的干涉仪装置，是搭载了LD(半导体激光光源)的斐索型干涉仪装置，使用从该LD发出的射出光，观察具有多种反射率的被测体表面的干涉波信息。
图1是表示本实施方式的干涉仪装置的构成的概略图。该干涉仪装置，具备：将从LD111射出的作为散射光的激光转换成平行光的准直透镜115；和透过从准直透镜115发出的激光同时，使一部分激光在基准面被反射的基准板116。还具备光束分离器114和摄影透镜118、CCD摄影部119，而使透过基准板116、在被测体117的被检测面117a被反射、再向基准板116入射、与在该基准面116a被反射的上述部分光发生干涉，再经由准直透镜115返回的部分光向侧方反射。再有，在CCD摄影部119连接计算机120，在该计算机120中进行各种图像处理和后述的运算处理等。
另外，基准面116a和被检测面117a之间配置本实施方式的光量比调节滤光片112。该光量比调节滤光片112，在由玻璃构成并具有一定程度刚性的透明基板的一方的面上设置包括至少1层光反射吸收层和至少一层电介体防止反射层的光量比调节膜，而在另一方的面上设置防止光反射层。
该光量比调节膜，具有对于从透明基板的基准面对置面侧入射的入射光反射其一部分并吸收剩余的一部分之后将其余下部分向被测体117射出的功能。另外，具有相对于从被测体对置面侧入射的从被测体117返回的返回光吸收其一部分、另一方面抑制反射、再将剩余作为被检测光向基准面116a方向射出的功能，形成基准面116a上的被检测光和参照光的光量比收进以1为中心的规定范围(干涉波信息的对比度良好的范围：例如5～1/5)这样的膜构成。
还有，光反射吸收层，例如由镍铬、和铋等金属层构成，另一方面，电介体防止反射层例如由氧化钛或氧化铋等金属氧化物层构成。其层数并没有特别限定，具有至少1层的各个层即可。作为这种膜构成，例如可以如上所述采用C&D涂层等现有已知的方式。该C&D涂层，是将作为光反射吸收层的铋层和作为电介体防止反射层的氧化铋层按照该顺序层叠在基板上而形成，例如，在使用光波长为546.1nm这种情况下，前者厚度例如为7nm，后者厚度例如为25nm。
另外，作为具有同样功能的膜构成，已知是将作为电介体防止反射层的氧化钛层、作为光反射吸收层的镍铬层及作为电介体防止反射层的氧化钛层按照该顺序层叠在基板上而形成，例如，在使用光波长为1064nm这种情况下，上述3个层的厚度分别为例如108nm、9.5nm及80nm。
图2(a)表示光量比调节滤光片112的一种形态的概略构成，表示在透明玻璃板11一方的面侧(被测体117侧)上层叠光量比调节膜12而在另一方的面侧(基准面116a侧)层叠AR涂层等众所周知的防止光反射膜(例如ZnS膜和MgF2膜的交替膜)13的状态。作为光量比调节膜12，采用上述一形态的C&D涂层，从透明玻璃板11侧(基准面116a侧)顺次层叠由铋层构成的光反射吸收层12a和由氧化铋构成的电介体防止反射层12b。还有，光量比调节膜12的各层12a、b，能够利用众所周知的制膜方法、例如蒸镀、溅射、离子镀等制膜方法制作。关于防止光反射膜13的各层也能够利用同样的制膜方法制作。
总之，作为本实施方式所采用的光量比调节滤光片112，只要是将参照光和被检测光的光量调节在对比度良好的范围、且能够抑制对于从被测体117返回的返回光的反射的膜构成即可。不过，要使其如上所述作用，其条件是使光反射吸收层12a位于电介体防止反射层12b的基准面16a侧。
这样，在基准面116a和被检测面117a之间配置光量比调节滤光片112的结果，是相对于光反射率分别不同的各个被测体117而言，能够使用1个光量比调节滤光片112获得高对比度的干涉波信息。从而，不仅在高反射率被测体测定时，而且在低反射率被测体测定时也能够将光量比调节滤光片112插入光路中进行测定，因此，即使在要求测定的迅速性的情况等中，也能够将光量比调节滤光片112插入光路中进行测定。
另外，上述光量比调节滤光片112，在具有一定程度刚性的透明玻璃板11上附着设置光量比调节膜12，与例如在滤光片状高分子树脂性表膜等上附着设置光量比调节膜12的情况相比较，由于蒸镀等膜制成时的热而产生的品质劣化小，另外，耐冲击性高。另外，为了维持基准面等的清洁性而有时在装置内形成空气流动，不过，即使在这样的环境下也能够维持期望的形状，不会对干涉波信息造成影响。
另外，该光量比调节滤光片112能够向图中箭头A方向移动，能够形成高反射率被测体测定时插入光路中、低反射率被测体测定时从光路中退出的构成。从而，低反射率被测体测定时，能够不受光量比调节滤光片112的波面像差等的影响而获得高精度的干涉波信息。
另外，如上所述，在光量比调节滤光片112的基准面侧形成防止光反射膜13，降低该面上的来自基准面侧及被检测面侧的入射光的反射率，不过，再使光量比调节滤光片112相对于与光轴Z垂直的面倾斜一些，从而，对于从该光量比调节滤光片112向基准面侧反射的微小反射光，也能防止其作为噪音在干涉波信息中重叠。
以下，关于用以更高精度地获得高反射率被测体的干涉波信息的光干涉测定方法进行说明。
首先，如图3(A)所示，在被检测配置位置配置校正用基准板(相当于上述的测定值调节用基准板：以下相同)216，同时，将光量比调节滤光片112插入基准板116的基准面116a和校正用基准板216间的光路中，使从校正用基准板216的基准面216a发出的反射光22a和从基准面116a发出的参照光21发生干涉而获得第1干涉波信息。校正用基准板216由与基准板116具有同样反射率的材质(通常为玻璃等低反射率材料)构成，校正用基准面216a形成极高精度的平滑面。
此时，进行调节以使基准面116a和校正用基准面216a相互平行，另外，为了防止从光量比调节滤光片112发出的反射光作为噪音在干涉波信息中重叠，而调节该光量比调节滤光片112，以使其相对于这些基准面116a、216a倾斜一些。
这样获得的第1干涉波信息，存储在上述的计算机120(参照图1)的存储器中。
接下来，如图3(B)所示，在被检测配置位置配置要测定的高反射率被测体117，同时将光量比调节滤光片112插入基准面116a和高反射率被测体117间的光路中，使从高反射率被测体117的基准面117a发出的反射光22b和从基准面116a发出的参照光21发生干涉而获得第2干涉波信息。
此时，与获得上述第1干涉波信息的情况同样，以基准面116a和被测体117a相互平行的方式，调节光量比调节滤光片112，以使其相对于这些基准面116a、117a倾斜一些。
这样获得的第2干涉波信息，存储在上述的计算机120的存储器。
之后，在计算机120中，进行从上述第2干涉波信息减去上述第1干涉波信息的运算处理，抵消由光量比调节滤光片112发生的波面像差部分，而获得表示高反射率被测体117a的表面形状等的高精度的干涉波信息。
通过采用这样的方法，在高反射率被测体测定中利用光量比调节滤光片112，能够提高干涉波信息的对比度、且使其干涉波信息为更高精度。
还有，上述方法，在低反射率被测体测定中利用光量比调节滤光片112的情况下，也能够在使其干涉波信息为更高精度时采用。
还有，本发明的干涉仪装置用光量比调节滤光片、干涉仪装置及光干涉测定方法，并不限定于上述实施方式所述的方式，可以作其他种种形态的变更。例如，作为本发明的干涉仪装置用光量比调节滤光片的具体的膜配置形态，取代上述实施方式的光量比调节滤光片112的层构成，而可以采用图2(b)所示的光量比调节滤光片312的层构成。即，也可以采用如图2(b)所示，在透明玻璃板311的基准面116a侧层叠光量比调节膜312、而在被测体117侧层叠防止光反射膜313。作为光量比调节膜312，与上述实施方式同样，例如将电介体防止反射层(例如氧化铋层)312b和光反射吸收层(例如铋层)312a按照该顺序层叠在透明玻璃板311的基准面对置面上从而构成。这样，即使将光量比调节膜312及防止光反射膜313的配置位置，与上述实施方式替换，在该光量比调节膜312上，只要光反射吸收层312a配置在电介体防止反射层312b的基准面116a侧而形成，也就能够获得与上述实施方式同样的作用效果。
另外，被检测光，不仅是被测体的表面反射光，而且也可以是透过被测体、担载了被测体的透过率分布信息的光。另外，被测体的形状并不限定于平面，也可以是球面形状，此时，使用形成规定的球面形状的基准面。
另外，作为构成干涉仪装置用光量比调节滤光片的各要素的形成材料也并不限定于上述实施方式。另外，作为透明基板的形成材料也并不限定于玻璃，可以使用透明(相对于使用光光透过率高的物质)的基板材料，例如对应于光波长可以使用石英、萤石、锗、硅等。
另外，作为光反射吸收层和电介体防止反射层的形成材料并不限定于上述金属材料和金属氧化物材料，可以采用其他各种光反射吸收材料和能够防止光反射的电介体材料等。
如以上说明，若将本发明的干涉仪装置用光量比调节滤光片配置在斐索型干涉仪的基准面和被测体之间，则利用光反射吸收层的光反射吸收效果和电介体防止反射层的防止光反射效果，能够提高基准面的入射测定光的反射率，同时，在从被测体返回的返回光透过时能够吸收光、使之衰减，且在从被测体返回的返回光入射时能够防止该入射光向被测体方向反射以使不发生多重干涉。从而，防止由于被反射的向被检测面的循环光而引起的相位信息解析精度的降低，同时不管从被测体发出的反射光比率如何，都能够容易地设定基准面上的被检测光和参照光的光量比率，使之收进以1为中心的规定范围(例如5～1/5左右)。
从而，不仅在高反射率被测体测定时，而且在低反射率被测体测定时也能够将光量比调节滤光片插入光路中进行测定，因此，即使在要求测定的迅速性的情况等中，也能够将光量比调节滤光片插入光路中进行测定。
另外，由于相对于光路插入脱离自由地配置该光量比调节滤光片，因而，低反射率被测体测定时，能够从光路中退出光量比调节滤光片，因此，能够避免由于该光量比调节膜的透过率分布的不均匀性等而在干涉波信息上重叠波面像差(被测体干涉波信息的噪音)的不合理现象，根据需要，关于低反射率被测体也能够获得高精度的干涉波信息。
另外，根据本发明的干涉仪装置，能够具有上述进一步仪装置用光量比调节滤光片的效果。
另外，根据本发明的光干涉测定方法，在测定高反射率被测体时，也能够从其干涉波信息，消除对应于光量比调节滤光片的透过率分布等发生的波面像差(被测体干涉波信息的噪音)，而获得高精度的干涉波信息。
Claims (11)
1.一种干涉仪装置用光量比调节滤光片，其自由插入脱离地配置在斐索型干涉仪装置的被测体和基准面之间，该斐索型干涉仪装置使从上述被测体发出的被检测光和从上述基准面发出的参照光发生干涉而获得该被测体的干涉波信息，其特征在于：
在透明基板的上述被测体对置面或上述基准面对置面中任意一方的面上附着设置多层膜结构的光量比调节膜，该光量比调节膜由至少一层光反射吸收层和至少一层电介体防止反射层从上述基准面看以该顺序层叠而成；
该光量比调节膜的膜构成是：相对于从上述透明基板的上述基准面对置面侧入射的入射光，反射其一部分、吸收剩余一部分后、再将其余下的光向上述被测体射出，并且，相对于从上述被测体对面侧入射的从上述被测体返回的返回光，吸收其一部分的同时、还抑制反射并将剩余的光作为上述被检测光向上述基准面方向射出。
2.根据权利要求1所述的干涉仪装置用光量比调节滤光片，其特征在于：上述光反射吸收层由金属层构成，上述电介体防止反射层由金属氧化物层构成。
3.根据权利要求2所述的干涉仪装置用光量比调节滤光片，其特征在于：上述金属层由镍铬或铋构成，上述电介体防止反射层由氧化钛或氧化铋构成。
4.根据权利要求1所述的干涉仪装置用光量比调节滤光片，其特征在于：在上述透明基板的上述基准面对置面或上述被检测面对置面中任意的没有附着设置上述光量比调节膜的面上，附着设置防止光反射膜。
5.根据权利要求4所述的干涉仪装置用光量比调节滤光片，其特征在于：上述防止光反射膜由ZnS膜和MgF2膜的交替层构成。
6.一种干涉仪装置，其特征在于：具备权利要求1所述的干涉仪装置用光量比调节滤光片。
7.根据权利要求6所述的干涉仪装置，其特征在于：上述基准面上的上述参照光相对于上述被检测光的光量比为5～1/5的范围。
8.根据权利要求6所述的干涉仪装置，其特征在于：上述干涉仪装置用光量比调节滤光片从光路中出入自由。
9.根据权利要求6所述的干涉仪装置，其特征在于：上述干涉仪装置用光量比调节滤光片的表面，相对于与上述干涉仪装置的光轴垂直的面倾斜构成。
10.根据权利要求6所述的干涉仪装置，其特征在于：上述被测体形成球面形状。
11.一种光干涉测定方法，是利用权利要求6所述的干涉仪装置获得被测体的干涉波信息的光干涉测定方法，其特征在于：
在被测体配置位置配置具有与上述基准面相同程度的表面反射率的测定值调节用基准板，并且，将上述干涉仪装置用光量比调节滤光片插入配置在上述基准面和上述测定值调节用基准板之间的光路中而获得第1干涉波信息，
同时，在上述被检测配置位置配置要测定的被测体，且将上述干涉仪装置用光量比调节滤光片插入配置在上述基准面和上述要测定的被测体之间的光路中而获得第2干涉波信息；
之后，进行运算处理，求得上述第2干涉波信息和上述第1干涉波信息的差信息，获得上述要测定的被测体的干涉波信息。
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