JP2000065517A - 正弦波状波長走査干渉計及び正弦波状波長走査光源装置 - Google Patents
正弦波状波長走査干渉計及び正弦波状波長走査光源装置Info
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- JP2000065517A JP2000065517A JP10232003A JP23200398A JP2000065517A JP 2000065517 A JP2000065517 A JP 2000065517A JP 10232003 A JP10232003 A JP 10232003A JP 23200398 A JP23200398 A JP 23200398A JP 2000065517 A JP2000065517 A JP 2000065517A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】正弦波状波長走査干渉計により波長以上の光路
差を高精度で測定することができるようにする。 【解決手段】ＳＷＳ光源装置１０からの正弦波状に波長
走査された平行光は、ビームスプリッタ２０を介して分
割され、一方の光は圧電素子２４によって正弦波正弦波
振動させられるミラー２２に入射し、他方の光は被測定
物の測定面に入射する。ミラー２２の反射面（参照面）
及び被測定物の測定面で反射された光は、ビームスプリ
ッタ２０によって合成され干渉する。このようにして得
られる干渉信号Ｓ(t) に基づいて正弦波状に変化する位
相変化を示す信号を求め、この位相変化を示す信号の振
幅及び位相を求める。続いて、前記求めた振幅によって
波長以上の光路差を求め、前記求めた位相によって波長
以下の光路差を求め、これらを組み合わせ波長以上の光
路差を高精度で算出するようにしている。
差を高精度で測定することができるようにする。 【解決手段】ＳＷＳ光源装置１０からの正弦波状に波長
走査された平行光は、ビームスプリッタ２０を介して分
割され、一方の光は圧電素子２４によって正弦波正弦波
振動させられるミラー２２に入射し、他方の光は被測定
物の測定面に入射する。ミラー２２の反射面（参照面）
及び被測定物の測定面で反射された光は、ビームスプリ
ッタ２０によって合成され干渉する。このようにして得
られる干渉信号Ｓ(t) に基づいて正弦波状に変化する位
相変化を示す信号を求め、この位相変化を示す信号の振
幅及び位相を求める。続いて、前記求めた振幅によって
波長以上の光路差を求め、前記求めた位相によって波長
以下の光路差を求め、これらを組み合わせ波長以上の光
路差を高精度で算出するようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は正弦波状波長走査干
渉計及び正弦波状波長走査光源装置に係り、特に光波長
以上の光路差を測定する正弦波状波長走査干渉計と、こ
の干渉計に使用する光源として好適な正弦波状波長走査
光源装置に関する。
渉計及び正弦波状波長走査光源装置に係り、特に光波長
以上の光路差を測定する正弦波状波長走査干渉計と、こ
の干渉計に使用する光源として好適な正弦波状波長走査
光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光波長以上の光路差を測定するために複
数の光波長を用いる干渉法が最近盛んに研究されてい
る。それらの干渉法として、２波長干渉法、波長走査干
渉法、白色光分散干渉法、白色光干渉法がある。２波長
干渉法では、２波長から作られる合成波長によって光波
長以上の光路差を測定する。波長走査干渉法では、光源
の波長を時間的に走査することによって得られる干渉信
号の位相の時間変化を検出することにより、光波長以上
の光路差を測定する。白色光分散干渉法では、回折格子
などによって各波長に対する干渉を空間的に分離し、各
波長に対する干渉信号の位相を検出することによって光
波長以上の光路差を測定する。
数の光波長を用いる干渉法が最近盛んに研究されてい
る。それらの干渉法として、２波長干渉法、波長走査干
渉法、白色光分散干渉法、白色光干渉法がある。２波長
干渉法では、２波長から作られる合成波長によって光波
長以上の光路差を測定する。波長走査干渉法では、光源
の波長を時間的に走査することによって得られる干渉信
号の位相の時間変化を検出することにより、光波長以上
の光路差を測定する。白色光分散干渉法では、回折格子
などによって各波長に対する干渉を空間的に分離し、各
波長に対する干渉信号の位相を検出することによって光
波長以上の光路差を測定する。
【０００３】白色光干渉法では、光路差が零となる位置
で干渉縞の可視度が最大となることを利用し、参照面を
機械的に変位させることにより光波長以上の光路差を測
定する。
で干渉縞の可視度が最大となることを利用し、参照面を
機械的に変位させることにより光波長以上の光路差を測
定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、波長走査干
渉計の光源として半導体レーザを使用し、この半導体レ
ーザへの注入電流を変化させることにより、半導体レー
ザからの光の波長を連続的に走査にする波長走査は従来
から広く用いられているが、その走査幅は最大０．１ｎ
ｍ程度と狭く、また、走査される波長の連続性もよくな
く、波長以上の光路差を高精度で測定するには不十分で
あった。
渉計の光源として半導体レーザを使用し、この半導体レ
ーザへの注入電流を変化させることにより、半導体レー
ザからの光の波長を連続的に走査にする波長走査は従来
から広く用いられているが、その走査幅は最大０．１ｎ
ｍ程度と狭く、また、走査される波長の連続性もよくな
く、波長以上の光路差を高精度で測定するには不十分で
あった。
【０００５】本発明の目的は、波長以上の光路差を高精
度で測定することができる正弦波状波長走査干渉計を提
供することにある。本発明の他の目的は、正弦波状に波
長を連続走査する際の走査幅が広く、且つ走査される波
長の連続性もよい光を発生することができる正弦波状波
長走査光源装置を提供することにある。
度で測定することができる正弦波状波長走査干渉計を提
供することにある。本発明の他の目的は、正弦波状に波
長を連続走査する際の走査幅が広く、且つ走査される波
長の連続性もよい光を発生することができる正弦波状波
長走査光源装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本願請求項１に係る正弦波状波長走査干渉計は、正
弦波状に波長走査された光を発生する光源と、前記光源
からの光を分割して被測定物の測定面及び参照面で反射
させた後、各反射光を合成して干渉させる干渉光学系
と、前記参照面又は前記被測定物の測定面を正弦波振動
させる正弦波振動手段と、前記干渉光学系によって得ら
れる干渉光を電気的な干渉信号に変換する光電変換手段
と、前記干渉信号に基づいて該干渉信号の正弦波状に変
化する位相変化を示す信号を求め、該位相変化を示す信
号の振幅及び位相を求める手段と、前記求めた振幅及び
位相に基づいて前記被測定物の測定面で反射された光と
前記参照面で反射された光との光路差を算出する光路差
演算手段と、を備えたことを特徴としている。
に、本願請求項１に係る正弦波状波長走査干渉計は、正
弦波状に波長走査された光を発生する光源と、前記光源
からの光を分割して被測定物の測定面及び参照面で反射
させた後、各反射光を合成して干渉させる干渉光学系
と、前記参照面又は前記被測定物の測定面を正弦波振動
させる正弦波振動手段と、前記干渉光学系によって得ら
れる干渉光を電気的な干渉信号に変換する光電変換手段
と、前記干渉信号に基づいて該干渉信号の正弦波状に変
化する位相変化を示す信号を求め、該位相変化を示す信
号の振幅及び位相を求める手段と、前記求めた振幅及び
位相に基づいて前記被測定物の測定面で反射された光と
前記参照面で反射された光との光路差を算出する光路差
演算手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】前記位相変化を示す信号は、本願請求項２
に示すようにその位相変化を示す信号をφ(t) 、振幅を
Ｚb 、位相をα、及び前記正弦波状に波長走査された光
の角周波数をωb とすると、前記信号φ(t) は、次式、 φ(t)＝Ｚbcosωbｔ＋α によって表すことができる。また、前記光路差演算手段
は、本願請求項３に示すように前記振幅Ｚb に基づいて
光路差Ｌb を、次式、 Ｚb ＝（２πｂ／λ0 2）Ｌb （但し、λ0 ：前記正弦波状に波長走査された光の中心
波長 ｂ ：前記正弦波状に波長走査された光の走査幅） により算出し、前記位相αに基づいて光路差Ｌa を、次
式、 α＝−（２π／λ0）Ｌa により算出し、前記算出して光路差Ｌb 、Ｌa に基づい
て前記被測定物の測定面で反射された光と前記参照面で
反射された光との光路差Ｌを、次式、 Ｌ＝ｍλ0＋Ｌa （但し、ｍc＝（Ｌb−Ｌa）／λ0 ｍ：ｍc の小数点以下を四捨五入した正の整数） により算出することを特徴としている。
に示すようにその位相変化を示す信号をφ(t) 、振幅を
Ｚb 、位相をα、及び前記正弦波状に波長走査された光
の角周波数をωb とすると、前記信号φ(t) は、次式、 φ(t)＝Ｚbcosωbｔ＋α によって表すことができる。また、前記光路差演算手段
は、本願請求項３に示すように前記振幅Ｚb に基づいて
光路差Ｌb を、次式、 Ｚb ＝（２πｂ／λ0 2）Ｌb （但し、λ0 ：前記正弦波状に波長走査された光の中心
波長 ｂ ：前記正弦波状に波長走査された光の走査幅） により算出し、前記位相αに基づいて光路差Ｌa を、次
式、 α＝−（２π／λ0）Ｌa により算出し、前記算出して光路差Ｌb 、Ｌa に基づい
て前記被測定物の測定面で反射された光と前記参照面で
反射された光との光路差Ｌを、次式、 Ｌ＝ｍλ0＋Ｌa （但し、ｍc＝（Ｌb−Ｌa）／λ0 ｍ：ｍc の小数点以下を四捨五入した正の整数） により算出することを特徴としている。
【０００８】即ち、前記干渉光学系及び光電変換手段を
介して得られる干渉信号の位相は、正弦波状に変化し、
その振幅Ｚb は、光路差Ｌb と、正弦波状に波長走査さ
れた光の走査幅ｂに比例する。この特性より、位相変化
を示す信号をφ（ｔ）の振幅Ｚb を求めることにより、
波長以上の光路差Ｌb を測定することができる。また、
干渉信号の位相の時間平均である位相αは、正弦波状波
長走査を行わない場合の従来の干渉信号の位相であり、
この位相αにより光路差の波長以下の部分の光路差Ｌa
が高精度で得られる。そして、これらの光路差Ｌb 、Ｌ
a を組み合わせることにより、波長以上の光路差Ｌを、
従来の波長以下の光路差の測定精度と同精度で測定する
ことができる。尚、光路差Ｌb 、Ｌa の組み合わせを行
うためには、光路差Ｌb の測定精度は波長走査される光
の中心波長λ0 の２分の１よりも高い必要があるが、光
路差Ｌb の測定精度は、波長走査される光の走査幅ｂに
比例するため、この走査幅ｂを大きくすることによって
所望の測定精度が得られる。
介して得られる干渉信号の位相は、正弦波状に変化し、
その振幅Ｚb は、光路差Ｌb と、正弦波状に波長走査さ
れた光の走査幅ｂに比例する。この特性より、位相変化
を示す信号をφ（ｔ）の振幅Ｚb を求めることにより、
波長以上の光路差Ｌb を測定することができる。また、
干渉信号の位相の時間平均である位相αは、正弦波状波
長走査を行わない場合の従来の干渉信号の位相であり、
この位相αにより光路差の波長以下の部分の光路差Ｌa
が高精度で得られる。そして、これらの光路差Ｌb 、Ｌ
a を組み合わせることにより、波長以上の光路差Ｌを、
従来の波長以下の光路差の測定精度と同精度で測定する
ことができる。尚、光路差Ｌb 、Ｌa の組み合わせを行
うためには、光路差Ｌb の測定精度は波長走査される光
の中心波長λ0 の２分の１よりも高い必要があるが、光
路差Ｌb の測定精度は、波長走査される光の走査幅ｂに
比例するため、この走査幅ｂを大きくすることによって
所望の測定精度が得られる。
【０００９】本願請求項４に係る正弦波状波長走査光源
は、所定の光スペトクル幅をもつ光を発生する光源と、
前記光源からの平行光を入射し、回折によって１次回折
光を各波長に応じて空間的に分布させる第１の回折格子
と、前記第１の回折格子で回折した１次回折光を各波長
に応じた焦点面の位置に結像させる第１のレンズと、前
記第１のレンズの焦点面の位置に移動自在に配設され、
該焦点面上に分布した各波長の光のうち特定の波長成分
を取り出すためのスリットと、前記スリットを正弦波状
に振動させ、前記スリットによって取り出す光の波長を
正弦波状に走査させるスリット駆動手段と、前記スリッ
トによって取り出された光を平行光にする第２のレンズ
と、前記第２のレンズによって平行光にされた光が入射
され、回折によってすべての波長の１次回折光の伝搬方
向を同一方向にする第２の回折格子と、を備えたことを
特徴としている。前記光源は、本願請求項５に示すよう
にスーパールミネッセントダイオードで適用できる。
は、所定の光スペトクル幅をもつ光を発生する光源と、
前記光源からの平行光を入射し、回折によって１次回折
光を各波長に応じて空間的に分布させる第１の回折格子
と、前記第１の回折格子で回折した１次回折光を各波長
に応じた焦点面の位置に結像させる第１のレンズと、前
記第１のレンズの焦点面の位置に移動自在に配設され、
該焦点面上に分布した各波長の光のうち特定の波長成分
を取り出すためのスリットと、前記スリットを正弦波状
に振動させ、前記スリットによって取り出す光の波長を
正弦波状に走査させるスリット駆動手段と、前記スリッ
トによって取り出された光を平行光にする第２のレンズ
と、前記第２のレンズによって平行光にされた光が入射
され、回折によってすべての波長の１次回折光の伝搬方
向を同一方向にする第２の回折格子と、を備えたことを
特徴としている。前記光源は、本願請求項５に示すよう
にスーパールミネッセントダイオードで適用できる。
【００１０】本願請求項４に係る発明によれば、前記光
源からの所定の光スペクトル幅をもつ平行光は第１の回
折格子で回折され、その１次回折光が第１のレンズを介
して該第１のレンズの焦点面に結像され、前記光源の光
スペクトラム分布が得られる。この焦点面に位置するス
リットにより特定の波長成分を取り出す。そして、この
スリットを正弦波状に振動させることにより、正弦波状
に波長走査された光が取り出される。このようにして波
長走査された光は、第２のレンズによって平行光とな
り、更に第２の回折格子により全ての波長の１次回折光
は等しい伝搬方向をもつよう回折される。
源からの所定の光スペクトル幅をもつ平行光は第１の回
折格子で回折され、その１次回折光が第１のレンズを介
して該第１のレンズの焦点面に結像され、前記光源の光
スペクトラム分布が得られる。この焦点面に位置するス
リットにより特定の波長成分を取り出す。そして、この
スリットを正弦波状に振動させることにより、正弦波状
に波長走査された光が取り出される。このようにして波
長走査された光は、第２のレンズによって平行光とな
り、更に第２の回折格子により全ての波長の１次回折光
は等しい伝搬方向をもつよう回折される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る正弦波状波長走査干渉計及び正弦波状波長走査光源装
置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は本発
明に係る正弦波状波長走査（ＳＷＳ（sinusoidal wavel
ength-scannig)）干渉計の実施の形態を示す概略図であ
る。同図に示すように、このＳＷＳ干渉計は、マイケル
ソン型の干渉計で、主としてＳＷＳ光源装置１０と、ビ
ームスプリッタ２０と、ミラー２２と、光電変換素子２
８と、Ａ／Ｄ変換器３０と、パソコン３２とから構成さ
れている。尚、２４はミラー２２を正弦波振動させる圧
電素子であり、２６は被測定物である。
る正弦波状波長走査干渉計及び正弦波状波長走査光源装
置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は本発
明に係る正弦波状波長走査（ＳＷＳ（sinusoidal wavel
ength-scannig)）干渉計の実施の形態を示す概略図であ
る。同図に示すように、このＳＷＳ干渉計は、マイケル
ソン型の干渉計で、主としてＳＷＳ光源装置１０と、ビ
ームスプリッタ２０と、ミラー２２と、光電変換素子２
８と、Ａ／Ｄ変換器３０と、パソコン３２とから構成さ
れている。尚、２４はミラー２２を正弦波振動させる圧
電素子であり、２６は被測定物である。
【００１２】ＳＷＳ光源装置１０は、正弦波状に波長走
査された光を発生するもので、その走査される波長λ
(t) は、次式、
査された光を発生するもので、その走査される波長λ
(t) は、次式、
【００１３】
【数１】 λ(t) ＝λ0＋Δλ＝λ0＋ｂcosωbｔ …(1) で表される。即ち、ＳＷＳ光源装置１０からの光は、式
(1) に示すように中心波長λ0 、走査幅ｂ、角周波数ω
b で正弦波状に走査されている。このＳＷＳ光源装置１
０からの平行光は、ビームスプリッタ２０によって分割
され、分割された一方の光はミラー２２の反射面（参照
面）に入射し、ここで反射され、分割された他方の光は
被測定物２６の測定面に入射し、ここで反射される。
(1) に示すように中心波長λ0 、走査幅ｂ、角周波数ω
b で正弦波状に走査されている。このＳＷＳ光源装置１
０からの平行光は、ビームスプリッタ２０によって分割
され、分割された一方の光はミラー２２の反射面（参照
面）に入射し、ここで反射され、分割された他方の光は
被測定物２６の測定面に入射し、ここで反射される。
【００１４】ミラー２２の参照面で反射された光と、被
測定物２６の測定面で反射された光は、ビームスプリッ
タ２０で合成されて干渉し、この干渉光はフォトダイオ
ード等の光電変換素子２８に入射し、ここで電気信号
（干渉信号）に変換される。この干渉信号は、Ａ／Ｄ変
換器３０によってデジタル信号に変換されたのち、パソ
コン３２に取り込まれ、ここでミラー２２の参照面で反
射された光と被測定物２６の測定面で反射された光との
光路差を求めるための処理が行われる。
測定物２６の測定面で反射された光は、ビームスプリッ
タ２０で合成されて干渉し、この干渉光はフォトダイオ
ード等の光電変換素子２８に入射し、ここで電気信号
（干渉信号）に変換される。この干渉信号は、Ａ／Ｄ変
換器３０によってデジタル信号に変換されたのち、パソ
コン３２に取り込まれ、ここでミラー２２の参照面で反
射された光と被測定物２６の測定面で反射された光との
光路差を求めるための処理が行われる。
【００１５】いま、前記光路差をＬとし、波長走査され
る光の中心波長λ0 と走査幅ｂとが、ｂ≪λ0 の時、波
長走査によって生じる前記干渉信号の位相変化は、次式
で与えられる。
る光の中心波長λ0 と走査幅ｂとが、ｂ≪λ0 の時、波
長走査によって生じる前記干渉信号の位相変化は、次式
で与えられる。
【００１６】
【数２】 Ψ（ｔ）＝２πＬ／λ(t) ＝−２π〔Δλ（ｔ）／λ0 2〕Ｌ＋（２π／λ0）Ｌ …(2) また、ミラー２２を圧電素子によって振幅ａ、角周波数
ωc で正弦波状に振動させ、干渉信号に更に正弦波位相
変調を与えると、その干渉信号Ｓ(t) は、次式で表現さ
れる。
ωc で正弦波状に振動させ、干渉信号に更に正弦波位相
変調を与えると、その干渉信号Ｓ(t) は、次式で表現さ
れる。
【００１７】
【数３】 Ｓ(t)＝Ｍ(t)＋Ｍ(t)Ｖcos(Ｚccosωcｔ＋Ｚbcos ωbｔ＋α）…(3)
【００１８】
【数４】 但し、Ｚc＝（４π／λ0）ａ、 Ｚb＝（２πｂ／λ0 2）Ｌb 、α＝−（２π／λ0）Ｌa …(4) 尚、式(3) において、Ｍ(t) はＳＷＳ光源装置１０から
の光の強度変化を示し、Ｖは干渉光のコントラストを示
す可視度である。
の光の強度変化を示し、Ｖは干渉光のコントラストを示
す可視度である。
【００１９】さて、パソコン３２は、上記干渉信号Ｓ
(t) を所定のサンプリング周波数（８×ωc ／２π）で
取り込み、２重正弦波位相変調干渉法にしたがってフー
リエ変換を用いて干渉信号Ｓ(t) を処理することによ
り、次式に示す干渉信号Ｓ(t) の位相変化を示す信号φ
(t) を求める。
(t) を所定のサンプリング周波数（８×ωc ／２π）で
取り込み、２重正弦波位相変調干渉法にしたがってフー
リエ変換を用いて干渉信号Ｓ(t) を処理することによ
り、次式に示す干渉信号Ｓ(t) の位相変化を示す信号φ
(t) を求める。
【００２０】
【数５】φ(t) ＝Ｚbｃｏｓωbｔ＋α …(5) 続いて、この信号φ(t) の振幅Ｚb と位相αを求める。
Ｚb の値は、信号φ(t) をフーリエ変換し、ωb の成分
の振幅から求め、αの値は、信号φ(t) の時間平均によ
って求めることができる。
Ｚb の値は、信号φ(t) をフーリエ変換し、ωb の成分
の振幅から求め、αの値は、信号φ(t) の時間平均によ
って求めることができる。
【００２１】式(4) に示した比例定数 (２πｂ／λ0 2)
、（２π／λ0）が既知であれば、前記求めたＺb の値
から光路差Ｌb を求めることができ、αの値から光路差
Ｌaを求めることができる。尚、αの値は、−πからπ
の範囲で求まるので、Ｌa の値は−λ0 ／２からλ0 ／
２の範囲となる。いま、光路差Ｌb に含まれる波長λ0
の次数をｍとすると、光路差Ｌは、次式
、（２π／λ0）が既知であれば、前記求めたＺb の値
から光路差Ｌb を求めることができ、αの値から光路差
Ｌaを求めることができる。尚、αの値は、−πからπ
の範囲で求まるので、Ｌa の値は−λ0 ／２からλ0 ／
２の範囲となる。いま、光路差Ｌb に含まれる波長λ0
の次数をｍとすると、光路差Ｌは、次式
【００２２】
【数６】Ｌ＝ｍλ0＋Ｌa …(6) によって求めることができる。また、次数ｍは、光路差
Ｌb の測定精度がλ0 ／２よりも高ければ、次式で得ら
れる数値ｍc の小数点以下を四捨五入することにより求
めることができる。
Ｌb の測定精度がλ0 ／２よりも高ければ、次式で得ら
れる数値ｍc の小数点以下を四捨五入することにより求
めることができる。
【００２３】
【数７】ｍc＝（Ｌb−Ｌa）／λ0 …(7) このようにαの値により、光路差Ｌの波長以下の部分の
値Ｌa を数ｎｍの精度で求めることができ、また光路差
Ｌに含まれる波長λ0 の次数ｍも求めることができるた
め、式(6) により波長以上の光路差Ｌを数ｎｍの高精度
で測定することができる。
値Ｌa を数ｎｍの精度で求めることができ、また光路差
Ｌに含まれる波長λ0 の次数ｍも求めることができるた
め、式(6) により波長以上の光路差Ｌを数ｎｍの高精度
で測定することができる。
【００２４】ところで、光路差Ｌb の測定精度は、式
(4) からも明らかなように正弦波状に波長走査された光
の走査幅ｂに比例するため、光路差Ｌb の測定精度をλ
0 ／２よりも高くするためには、走査幅ｂを大きくする
必要がある。次に、波長走査の走査幅ｂを大きくとるこ
とができ、連続性もよいＳＷＳ光源装置１０の詳細につ
いて説明する。
(4) からも明らかなように正弦波状に波長走査された光
の走査幅ｂに比例するため、光路差Ｌb の測定精度をλ
0 ／２よりも高くするためには、走査幅ｂを大きくする
必要がある。次に、波長走査の走査幅ｂを大きくとるこ
とができ、連続性もよいＳＷＳ光源装置１０の詳細につ
いて説明する。
【００２５】図２はＳＷＳ光源装置１０の実施の形態を
示す装置構成図である。このＳＷＳ光源装置１０は、主
としてスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）１
１と、レンズ１２、１４、１７と、回折格子１３、１８
と、スリット１５と、スリット駆動手段１６とから構成
されている。ＳＬＤ１１は比較的広い光スペクトル幅を
もつ光を発生することができ、このＳＬＤ１１から発生
された光はレンズ１２によって平行光にされて回折格子
１３に入射される。
示す装置構成図である。このＳＷＳ光源装置１０は、主
としてスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）１
１と、レンズ１２、１４、１７と、回折格子１３、１８
と、スリット１５と、スリット駆動手段１６とから構成
されている。ＳＬＤ１１は比較的広い光スペクトル幅を
もつ光を発生することができ、このＳＬＤ１１から発生
された光はレンズ１２によって平行光にされて回折格子
１３に入射される。
【００２６】この平行光は回折格子１３によって回折さ
れ、その１次回折光をレンズ１４によってレンズ焦点面
の位置に結像させる。１次回折光の方向は、各波長に応
じて異なるため、レンズ焦点面では、図３に示すように
ＳＬＤ１１の光スペクトル分布が得られる。スリット１
５は、レンズ１４の焦点面の位置に移動自在に配設され
ており、スリット１５の位置に応じて焦点面上に分布し
た各波長の光のうち特定の波長成分を取り出す。このよ
うにして取り出された特定の波長成分の光は、レンズ１
７によって平行光にされたのち、回折格子１８に入射さ
れる。この回折格子１８により全ての波長の１次回折光
は、等しい伝搬方向をもつよう回折され、干渉計への入
射光となる。
れ、その１次回折光をレンズ１４によってレンズ焦点面
の位置に結像させる。１次回折光の方向は、各波長に応
じて異なるため、レンズ焦点面では、図３に示すように
ＳＬＤ１１の光スペクトル分布が得られる。スリット１
５は、レンズ１４の焦点面の位置に移動自在に配設され
ており、スリット１５の位置に応じて焦点面上に分布し
た各波長の光のうち特定の波長成分を取り出す。このよ
うにして取り出された特定の波長成分の光は、レンズ１
７によって平行光にされたのち、回折格子１８に入射さ
れる。この回折格子１８により全ての波長の１次回折光
は、等しい伝搬方向をもつよう回折され、干渉計への入
射光となる。
【００２７】ここで、波長走査を行う場合には、上記ス
リット１５をスピーカのボイスコイル等のスリット駆動
手段１６によって正弦波状に振動させる。これにより、
図３に示すようにスリット１５の位置に応じた波長成分
の光が取り出され、波長走査が行われる。上記構成のＳ
ＷＳ光源装置１０のＳＬＤ１１の中心波長λ0 は、789.
3 ｎｍであり、光スペクトル幅は約20ｎｍであった。ま
た、回折格子１３、１８は、1200本／ｍｍを用い、ま
た、ωb ／２π及びωc ／２πの値は、それぞれ30Ｈｚ
及び480 Ｈｚとした。
リット１５をスピーカのボイスコイル等のスリット駆動
手段１６によって正弦波状に振動させる。これにより、
図３に示すようにスリット１５の位置に応じた波長成分
の光が取り出され、波長走査が行われる。上記構成のＳ
ＷＳ光源装置１０のＳＬＤ１１の中心波長λ0 は、789.
3 ｎｍであり、光スペクトル幅は約20ｎｍであった。ま
た、回折格子１３、１８は、1200本／ｍｍを用い、ま
た、ωb ／２π及びωc ／２πの値は、それぞれ30Ｈｚ
及び480 Ｈｚとした。
【００２８】被測定物２６を既知の量だけ移動させて光
路差に変化を与え、式(5) のＺb の値を求め、その結果
から求めた波長走査幅２ｂは、17.3ｎｍとなった。ま
た、Ｚ b の値から求められる光路差Ｌb の測定誤差は、
0.26μｍであることが分かった。これにより、光路差Ｌ
b の測定精度は、中心波長λ0 （＝789.3 ｎｍ）の２分
の１よりも高いので、Ｌb とＬa との組み合わせが可能
であることが分かった。
路差に変化を与え、式(5) のＺb の値を求め、その結果
から求めた波長走査幅２ｂは、17.3ｎｍとなった。ま
た、Ｚ b の値から求められる光路差Ｌb の測定誤差は、
0.26μｍであることが分かった。これにより、光路差Ｌ
b の測定精度は、中心波長λ0 （＝789.3 ｎｍ）の２分
の１よりも高いので、Ｌb とＬa との組み合わせが可能
であることが分かった。
【００２９】次に、図４によりＳＷＳ光源装置の他の実
施の形態について説明する。このＳＷＳ光源装置４０
は、図４に示すように主として半導体レーザ４１と、レ
ンズ４２と、回折格子４３と、ミラー４４とから構成さ
れている。半導体レーザ４１からの光は、レンズ４２を
介して平行光となり、回折格子４３に入射する。回折格
子４３での１次回折光は、ミラー４４によって垂直反射
され、半導体レーザ４１に戻る。これにより、半導体レ
ーザ４１の後ろの反射面（図示せず）とミラー４４の間
で外部共振器が構成される。
施の形態について説明する。このＳＷＳ光源装置４０
は、図４に示すように主として半導体レーザ４１と、レ
ンズ４２と、回折格子４３と、ミラー４４とから構成さ
れている。半導体レーザ４１からの光は、レンズ４２を
介して平行光となり、回折格子４３に入射する。回折格
子４３での１次回折光は、ミラー４４によって垂直反射
され、半導体レーザ４１に戻る。これにより、半導体レ
ーザ４１の後ろの反射面（図示せず）とミラー４４の間
で外部共振器が構成される。
【００３０】回折格子４３での０次回折光は、ＳＷＳ光
源装置４０の出力光となり、後段の干渉計に出力され
る。ここで、波長走査は、上記ミラー４４を正弦波状の
角周波数ωb で振動回転させることにより行われる。こ
の時の１次回折光の回折角は、次式、
源装置４０の出力光となり、後段の干渉計に出力され
る。ここで、波長走査は、上記ミラー４４を正弦波状の
角周波数ωb で振動回転させることにより行われる。こ
の時の１次回折光の回折角は、次式、
【００３１】
【数８】 ψd(t) ＝ψd0＋Δψd(t) ＝ψd0＋ａcosωbｔ …(8) となる。尚、ψd0は初期値、ａは振動回転の振幅であ
る。上式を回折格子の式、
る。上式を回折格子の式、
【００３２】
【数９】 λ(t) ＝ｄ〔sin ψ1 −sin ψd (t) 〕＝λ0 ＋Δλ(t) …(9) に代入し、cos Δψd (t) ≒１と、sin Δψd (t) ≒Δ
ψd (t) の近似を用いると、
ψd (t) の近似を用いると、
【００３３】
【数１０】 Δλ（ｔ）＝ｄacosψd0cosωbｔ … (10) が得られる。但し、ｄは回折格子の格子間隔である。波
長790 ｎｍで出力50ｍＷの半導体レーザ４１を用いてＳ
ＷＳ干渉計を構成した。回折格子は1200本／ｍｍのホロ
グラフィック回折格子であり、入射角ψ1 は75度、回折
角の初期値ψd0は５°であった。ミラー４４はレーザス
キャナーで駆動し、ａ＝７．４ｍrad 、ωb ／２π＝40
Ｈｚ、ωc ／２π＝1280Ｈｚであった。ＳＷＳ光源装置
４０の中心波長λ0 は783.3 ｎｍであった。
長790 ｎｍで出力50ｍＷの半導体レーザ４１を用いてＳ
ＷＳ干渉計を構成した。回折格子は1200本／ｍｍのホロ
グラフィック回折格子であり、入射角ψ1 は75度、回折
角の初期値ψd0は５°であった。ミラー４４はレーザス
キャナーで駆動し、ａ＝７．４ｍrad 、ωb ／２π＝40
Ｈｚ、ωc ／２π＝1280Ｈｚであった。ＳＷＳ光源装置
４０の中心波長λ0 は783.3 ｎｍであった。
【００３４】被測定物２６を既知の量だけ移動させて光
路差に変化を与え、式(5) のＺb の値を求め、その結果
から求めた波長走査幅２ｂは、6.15ｎｍとなった。ま
た、Ｚ b の値から求められる光路差Ｌb の測定誤差は、
0.17μｍであることが分かった。これにより、Ｌb とＬ
a との組み合わせが可能であることが分かった。尚、本
発明に係るＳＷＳ干渉計の干渉光学系は、この実施の形
態のものに限定されない。また、参照面となるミラーを
振動させる場合に限らず、被測定物側の測定面を振動さ
せるようにしてもよい。更に、ＳＷＳ光源装置は、本発
明に係るＳＷＳ干渉計の光源に限らず、他の用途にも適
用できる。
路差に変化を与え、式(5) のＺb の値を求め、その結果
から求めた波長走査幅２ｂは、6.15ｎｍとなった。ま
た、Ｚ b の値から求められる光路差Ｌb の測定誤差は、
0.17μｍであることが分かった。これにより、Ｌb とＬ
a との組み合わせが可能であることが分かった。尚、本
発明に係るＳＷＳ干渉計の干渉光学系は、この実施の形
態のものに限定されない。また、参照面となるミラーを
振動させる場合に限らず、被測定物側の測定面を振動さ
せるようにしてもよい。更に、ＳＷＳ光源装置は、本発
明に係るＳＷＳ干渉計の光源に限らず、他の用途にも適
用できる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るＳＷＳ
干渉計によれば、波長以上の光路差を高精度で測定する
ことができる。また、本発明に係るＳＷＳ光源装置によ
れば、正弦波状に波長を連続走査する際の走査幅が広
く、且つ走査される波長の連続性もよい光を発生するこ
とができる。
干渉計によれば、波長以上の光路差を高精度で測定する
ことができる。また、本発明に係るＳＷＳ光源装置によ
れば、正弦波状に波長を連続走査する際の走査幅が広
く、且つ走査される波長の連続性もよい光を発生するこ
とができる。
【図１】図１は本発明に係るＳＷＳ干渉計の実施の形態
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図２】図２は図１に示したＳＷＳ光源装置の実施の形
態を示す装置構成図である。
態を示す装置構成図である。
【図３】図３は図１のレンズ焦点面で得られるＳＬＤの
光スペクトル分布を示す図である。
光スペクトル分布を示す図である。
【図４】図４は本発明に係るＳＷＳ光源装置の他の実施
の形態を示す装置構成図である。
の形態を示す装置構成図である。
１０、４０…ＳＷＳ光源装置 １１…スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ） １２、１４、１７、４２…レンズ １３、１８、４３…回折格子 １５…スリット １６…スリット駆動手段 ２０…ビームスプリッタ ２２、４４…ミラー ２６…被測定物 ２８…光電変換素子 ３０…Ａ／Ｄ変換器 ３２…パソコン
Claims (5)
- 【請求項１】 正弦波状に波長走査された光を発生する
光源と、 前記光源からの光を分割して被測定物の測定面及び参照
面で反射させた後、各反射光を合成して干渉させる干渉
光学系と、 前記参照面又は前記被測定物の測定面を正弦波振動させ
る正弦波振動手段と、 前記干渉光学系によって得られる干渉光を電気的な干渉
信号に変換する光電変換手段と、 前記干渉信号に基づいて該干渉信号の正弦波状に変化す
る位相変化を示す信号を求め、該位相変化を示す信号の
振幅及び位相を求める手段と、 前記求めた振幅及び位相に基づいて前記被測定物の測定
面で反射された光と前記参照面で反射された光との光路
差を算出する光路差演算手段と、 を備えたことを特徴とする正弦波状波長走査干渉計。 - 【請求項２】 前記位相変化を示す信号をφ(t) 、振幅
をＺb 、位相をα、及び前記正弦波状に波長走査された
光の角周波数をωb とすると、前記信号φ(t) は、次
式、 φ(t) ＝Ｚbcosωbｔ＋α によって表されることを特徴とする請求項１の正弦波状
波長走査干渉計。 - 【請求項３】 前記光路差演算手段は、前記振幅Ｚb に
基づいて光路差Ｌbを、次式、 Ｚb＝（２πｂ／λ0 2）Ｌb （但し、λ0 ：前記正弦波状に波長走査された光の中心
波長 ｂ ：前記正弦波状に波長走査された光の走査幅） により算出し、前記位相αに基づいて光路差Ｌa を、次
式、 α＝−（２π／λ0）Ｌa により算出し、 前記算出して光路差Ｌb 、Ｌa に基づいて前記被測定物
の測定面で反射された光と前記参照面で反射された光と
の光路差Ｌを、次式、 Ｌ＝ｍλ0＋Ｌa （但し、ｍc＝（Ｌb−Ｌa）／λ0 ｍ：ｍc の小数点以下を四捨五入した正の整数） により算出することを特徴とする請求項２の正弦波状波
長走査干渉計。 - 【請求項４】 所定の光スペクトル幅をもつ光を発生す
る光源と、 前記光源からの平行光を入射し、回折によって１次回折
光を各波長に応じて空間的に分布させる第１の回折格子
と、 前記第１の回折格子で回折した１次回折光を各波長に応
じた焦点面の位置に結像させる第１のレンズと、 前記第１のレンズの焦点面の位置に移動自在に配設さ
れ、該焦点面上に分布した各波長の光のうち特定の波長
成分を取り出すためのスリットと、 前記スリットを正弦波状に振動させ、前記スリットによ
って取り出す光の波長を正弦波状に走査させるスリット
駆動手段と、 前記スリットによって取り出された光を平行光にする第
２のレンズと、 前記第２のレンズによって平行光にされた光が入射さ
れ、回折によってすべての波長の１次回折光の伝搬方向
を同一方向にする第２の回折格子と、 を備えたことを特徴とする正弦波状波長走査光源装置 - 【請求項５】 前記光源は、スーパールミネッセントダ
イオードである請求項４の正弦波状波長走査光源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23200398A JP2990266B1 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 正弦波状波長走査干渉計及び正弦波状波長走査光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23200398A JP2990266B1 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 正弦波状波長走査干渉計及び正弦波状波長走査光源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2990266B1 JP2990266B1 (ja) | 1999-12-13 |
| JP2000065517A true JP2000065517A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=16932427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23200398A Expired - Fee Related JP2990266B1 (ja) | 1998-08-18 | 1998-08-18 | 正弦波状波長走査干渉計及び正弦波状波長走査光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2990266B1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006189339A (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-20 | Niigata Univ | 薄膜形状測定方法および薄膜形状測定装置 |
| KR101191842B1 (ko) | 2008-11-26 | 2012-10-18 | 지고 코포레이션 | 저간섭성 주사 간섭계에서의 주사 오차 보정 |
| KR101429532B1 (ko) | 2008-10-24 | 2014-08-12 | 캐논 가부시끼가이샤 | 파장 어긋남 측정장치, 광원 장치, 간섭 측정장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법 |
| KR20200125149A (ko) * | 2019-04-26 | 2020-11-04 | ㈜넥센서 | 실시간으로 자동 초점이 가능한, 측정 대상물의 입체형상을 측정하는 입체형상 측정장치 |
-
1998
- 1998-08-18 JP JP23200398A patent/JP2990266B1/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006189339A (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-20 | Niigata Univ | 薄膜形状測定方法および薄膜形状測定装置 |
| JP4560622B2 (ja) * | 2005-01-06 | 2010-10-13 | 国立大学法人 新潟大学 | 薄膜形状測定方法および薄膜形状測定装置 |
| KR101429532B1 (ko) | 2008-10-24 | 2014-08-12 | 캐논 가부시끼가이샤 | 파장 어긋남 측정장치, 광원 장치, 간섭 측정장치, 노광장치 및 디바이스 제조방법 |
| KR101191842B1 (ko) | 2008-11-26 | 2012-10-18 | 지고 코포레이션 | 저간섭성 주사 간섭계에서의 주사 오차 보정 |
| KR101530898B1 (ko) * | 2008-11-26 | 2015-06-23 | 지고 코포레이션 | 저간섭성 주사 간섭계에서의 주사 오차 보정 |
| KR20200125149A (ko) * | 2019-04-26 | 2020-11-04 | ㈜넥센서 | 실시간으로 자동 초점이 가능한, 측정 대상물의 입체형상을 측정하는 입체형상 측정장치 |
| KR102285818B1 (ko) * | 2019-04-26 | 2021-08-04 | ㈜넥센서 | 실시간으로 자동 초점이 가능한, 측정 대상물의 입체형상을 측정하는 입체형상 측정장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2990266B1 (ja) | 1999-12-13 |
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