JP2505360B2 - プロフィル測定用のコンパクトなレ−ザプロ−ブ - Google Patents
プロフィル測定用のコンパクトなレ−ザプロ−ブInfo
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- JP2505360B2 JP2505360B2 JP5024547A JP2454793A JP2505360B2 JP 2505360 B2 JP2505360 B2 JP 2505360B2 JP 5024547 A JP5024547 A JP 5024547A JP 2454793 A JP2454793 A JP 2454793A JP 2505360 B2 JP2505360 B2 JP 2505360B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/0011—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
- G01B5/0014—Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学測定装置特にレ−ザ
プロ−ブ基準ビ−ム変調器に関する。
プロ−ブ基準ビ−ム変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】プロフィル測定システムの重要な点はシ
ステムが熱により導入されるドリフトエラ−に感知しな
いことである。多くの応用で重要な別の点はプロフィル
測定用システムが比較的コンパクトで多量の電力を消費
しないことである。
ステムが熱により導入されるドリフトエラ−に感知しな
いことである。多くの応用で重要な別の点はプロフィル
測定用システムが比較的コンパクトで多量の電力を消費
しないことである。
【０００３】既知のシステムの１つのタイプは出力がピ
エゾ電気駆動焦点素子を用いてサンプルに焦点を結ぶ単
一のレ−ザダイオ−ド光源を有する。散乱または反射し
た光は焦点素子によりカッドセル焦点検出器上に像を形
成し、サンプル表面プロフィルは焦点素子の位置を監視
することにより得られる。
エゾ電気駆動焦点素子を用いてサンプルに焦点を結ぶ単
一のレ−ザダイオ−ド光源を有する。散乱または反射し
た光は焦点素子によりカッドセル焦点検出器上に像を形
成し、サンプル表面プロフィルは焦点素子の位置を監視
することにより得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この「レ−ザ針」の１
つの欠点は解像度設定に対する1000／１の限定された距
離／解像度比である。例えば１ミクロンの距離は１ナノ
メ−タの解像度を提供する。
つの欠点は解像度設定に対する1000／１の限定された距
離／解像度比である。例えば１ミクロンの距離は１ナノ
メ−タの解像度を提供する。
【０００５】従って本発明の目的は熱的に導入されるエ
ラ−に実質上影響を受けない低パワ−で、コンパクトな
レ−ザプロ−ブを提供することである。
ラ−に実質上影響を受けない低パワ−で、コンパクトな
レ−ザプロ−ブを提供することである。
【０００６】本発明の別の目的は、少なくとも（１
０5 ：１）の大きなダイナミック距離／解像度を有する
低パワ−で、コンパクトなレ−ザプロ−ブを提供するこ
とである。
０5 ：１）の大きなダイナミック距離／解像度を有する
低パワ−で、コンパクトなレ−ザプロ−ブを提供するこ
とである。
【０００７】本発明の別の目的は、例えば通常のコンパ
クトタイプのプロ−ブの代用として遠隔距離とロボット
制御応用即ち測定応用における使用又はマスク整列およ
び／又はウェハ位置設定のような半導体処理応用の整列
装置として使用されるのに適した低パワ−で、コンパク
トなレ−ザプロ−ブを提供することである。
クトタイプのプロ−ブの代用として遠隔距離とロボット
制御応用即ち測定応用における使用又はマスク整列およ
び／又はウェハ位置設定のような半導体処理応用の整列
装置として使用されるのに適した低パワ−で、コンパク
トなレ−ザプロ−ブを提供することである。
【０００８】さらに本発明のさらに別の目的は、半導体
その他の応用の高解像度でコンパクトでないプロフィル
装置として使用されるのに適した低パワ−で、コンパク
トなレ−ザプロ−ブを提供することである。
その他の応用の高解像度でコンパクトでないプロフィル
装置として使用されるのに適した低パワ−で、コンパク
トなレ−ザプロ−ブを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述の問題又はその他の
克服すべき問題と本発明の目的は、プロ−ブ本体が膨脹
又は収縮したとき所望の基準空洞長を維持するためひず
み計フィ−ドバック回路を含むコンパクトなプロ−ブ基
準ビ−ム変調器により達成される。ひずみ計フィ−ドバ
ックは実質上無熱のプロ−ブを生じる。さらに、プロ−
ブ本体はシステムの機械的および光学的安定性を改良
し、熱勾配の影響を受けないようにするために低い熱膨
脹係数を有する材料から製造される。
克服すべき問題と本発明の目的は、プロ−ブ本体が膨脹
又は収縮したとき所望の基準空洞長を維持するためひず
み計フィ−ドバック回路を含むコンパクトなプロ−ブ基
準ビ−ム変調器により達成される。ひずみ計フィ−ドバ
ックは実質上無熱のプロ−ブを生じる。さらに、プロ−
ブ本体はシステムの機械的および光学的安定性を改良
し、熱勾配の影響を受けないようにするために低い熱膨
脹係数を有する材料から製造される。
【００１０】測定の不確定に対する熱膨脹の影響を減少
させることによって測定の正確性を改良する。コンパク
トなサイズはプロフィル測定の融通性を改良する。低電
圧変調器の使用はまたプロフィル測定システムに必要な
電力を減少する。
させることによって測定の正確性を改良する。コンパク
トなサイズはプロフィル測定の融通性を改良する。低電
圧変調器の使用はまたプロフィル測定システムに必要な
電力を減少する。
【００１１】より詳細に説明すると、本発明は、光学測
定装置特にレ−ザプロ−ブを提供することであり、それ
は予め決められた熱膨脹係数を有するように選択された
材料からなるフレ−ムを含む。ビ−ムスプリッタはサン
プルビ−ム光路と基準ビ−ム光路を生成するためのフレ
−ムに結合される。ビ−ムスプリッタは光放射をフレ−
ムへおよびフレ−ムから伝送するように結合されてい
る。ピエゾ電気スタックは励起信号を結合され、励起信
号に応答して基準ビ−ム光路の長さを位相変調するミラ
−を含む。レ−ザプロ−ブはピエゾ電気スタックと結合
する第１のひずみ計と、フレ−ムに結合する第２のひず
み計を含む。閉ル−プ制御システムはサンプルビ−ム光
路の光路長と予め決められた関係の基準ビ−ム光路長を
維持するため検出されたひずみに従って励起信号を変化
する。
定装置特にレ−ザプロ−ブを提供することであり、それ
は予め決められた熱膨脹係数を有するように選択された
材料からなるフレ−ムを含む。ビ−ムスプリッタはサン
プルビ−ム光路と基準ビ−ム光路を生成するためのフレ
−ムに結合される。ビ−ムスプリッタは光放射をフレ−
ムへおよびフレ−ムから伝送するように結合されてい
る。ピエゾ電気スタックは励起信号を結合され、励起信
号に応答して基準ビ−ム光路の長さを位相変調するミラ
−を含む。レ−ザプロ−ブはピエゾ電気スタックと結合
する第１のひずみ計と、フレ−ムに結合する第２のひず
み計を含む。閉ル−プ制御システムはサンプルビ−ム光
路の光路長と予め決められた関係の基準ビ−ム光路長を
維持するため検出されたひずみに従って励起信号を変化
する。
【００１２】この技術はフレ−ムの膨脹または縮小がピ
エゾ電気スタックにより整合され、非共通のビ−ム光路
の長さにおけるネットゼロ変化を生む点で効率的にプロ
−ブを無熱化する。この無熱技術は実質上プロフィル測
定デ−タの熱ドリフト不確定を減少する。
エゾ電気スタックにより整合され、非共通のビ−ム光路
の長さにおけるネットゼロ変化を生む点で効率的にプロ
−ブを無熱化する。この無熱技術は実質上プロフィル測
定デ−タの熱ドリフト不確定を減少する。
【００１３】また光ファイバを構造に結合する装置が開
示されている。この装置は光ファイバの端子を支持する
ための光ファイバ支持体を含む。光ファイバ支持体は光
ファイバの端子の端部が構造表面と所望の角度で関連し
て位置するように構造に回転可能に結合される形態を有
する。光ファイバ支持体はさらに光ファイバ支持体を構
造表面に対して所望の角度で光ファイバ支持体が固定さ
れるようにクランプ機能を含む。
示されている。この装置は光ファイバの端子を支持する
ための光ファイバ支持体を含む。光ファイバ支持体は光
ファイバの端子の端部が構造表面と所望の角度で関連し
て位置するように構造に回転可能に結合される形態を有
する。光ファイバ支持体はさらに光ファイバ支持体を構
造表面に対して所望の角度で光ファイバ支持体が固定さ
れるようにクランプ機能を含む。
【００１４】本発明の前述した特徴およびその他の特徴
は添付の図面を伴う後述の本発明の詳細な説明により明
白である。
は添付の図面を伴う後述の本発明の詳細な説明により明
白である。
【００１５】
【実施例】図１を参照すると、本発明に従って構成され
動作されるコンパクトなレ−ザプロ−ブ１の上面図が示
されている。
動作されるコンパクトなレ−ザプロ−ブ１の上面図が示
されている。
【００１６】フレ−ムまたはプロ−ブ本体10は低熱膨脹
係数を有する単一の材料から組立てられることが好まし
い。本発明の好ましい実施例ではこの材料はス−パ−イ
ンバ−であるが本発明の実施はこの特定の材料に限定さ
れない。本体10はこの発明の好ましい材料の安定（寸法
および熱）特性を維持するため機械加工される。プロ−
ブ本体10内に含まれる構成要素はまたプロ−ブ本体10と
の材料の不整合を最少にするため可能な限りプロ−ブ本
体10と同一の材料で構成される。プロ−ブ本体10はプロ
−ブ本体10の寸法安定性を維持するため単一の１／４−
20ボルト11ａを使用してベッド11に取付けられている。
プロ−ブ本体10のおおよその寸法は長さ6.5 ｃｍ、幅5.
0 ｃｍ、高さ1.5 ｃｍである。
係数を有する単一の材料から組立てられることが好まし
い。本発明の好ましい実施例ではこの材料はス−パ−イ
ンバ−であるが本発明の実施はこの特定の材料に限定さ
れない。本体10はこの発明の好ましい材料の安定（寸法
および熱）特性を維持するため機械加工される。プロ−
ブ本体10内に含まれる構成要素はまたプロ−ブ本体10と
の材料の不整合を最少にするため可能な限りプロ−ブ本
体10と同一の材料で構成される。プロ−ブ本体10はプロ
−ブ本体10の寸法安定性を維持するため単一の１／４−
20ボルト11ａを使用してベッド11に取付けられている。
プロ−ブ本体10のおおよその寸法は長さ6.5 ｃｍ、幅5.
0 ｃｍ、高さ1.5 ｃｍである。
【００１７】光ファイバ12はレ−ザダイオ−ドの光を光
源検出器構造（図示せず）から伝送し、また混合した基
準ビ−ム光とサンプルビ−ム光を光源検出器構造へ戻す
ように伝送する。光源検出器構造10の適切な実例はPete
r J. de Groot 氏による1991年３月出願の米国特許第
Ｓ．Ｎ．07/676,144号明細書（“Three Wavelength Opt
ical Measurement Apparatus and Method ”）に記載さ
れている。
源検出器構造（図示せず）から伝送し、また混合した基
準ビ−ム光とサンプルビ−ム光を光源検出器構造へ戻す
ように伝送する。光源検出器構造10の適切な実例はPete
r J. de Groot 氏による1991年３月出願の米国特許第
Ｓ．Ｎ．07/676,144号明細書（“Three Wavelength Opt
ical Measurement Apparatus and Method ”）に記載さ
れている。
【００１８】光ファイバ12はファイバ位置設定構造体14
によりレ−ザプロ−ブ１内の光学素子と整列されてい
る。位置設定構造体14はファイバ12角度調節のための限
定された動作の「ボ−ル」16とクランプ機構18と、ファ
イバ支持マンドレル20とを含む。ファイバ12が支持マン
ドレル20に位置された後クランプねじ22はボ−ル16の調
節が可能なように緩められる。ファイバ12の角度が正確
に調節された後、クランプねじ22はボ−ル16が好ましい
位置に確保されるように締められる。
によりレ−ザプロ−ブ１内の光学素子と整列されてい
る。位置設定構造体14はファイバ12角度調節のための限
定された動作の「ボ−ル」16とクランプ機構18と、ファ
イバ支持マンドレル20とを含む。ファイバ12が支持マン
ドレル20に位置された後クランプねじ22はボ−ル16の調
節が可能なように緩められる。ファイバ12の角度が正確
に調節された後、クランプねじ22はボ−ル16が好ましい
位置に確保されるように締められる。
【００１９】図４は本発明のファイバ位置設定構造体14
の好ましい実施例の分解図を示している。ファイバ支持
マンドレル20は限定された動作ボ−ル16に圧入されて固
定されている。マンドレル20はファイバ（図示せず）を
支持し、ボ−ル16の角度位置を調節する役目をする。ボ
−ル16は例えば実質上円筒型の形態を形成するためボ−
ルベアリングを加工することにより製造される。ボ−ル
16はまたロッドの上部および下部端部の丸い端部を形成
することにより製造される。いかなる方法によってボ−
ル16が製造されても最終結果は第１の端部16ａは曲率半
径を有し、第２の端部16ｂも曲率半径を有している。端
部16ａ、16ｂの曲率半径は必要ではないが典型的には互
いに等しく作られる。
の好ましい実施例の分解図を示している。ファイバ支持
マンドレル20は限定された動作ボ−ル16に圧入されて固
定されている。マンドレル20はファイバ（図示せず）を
支持し、ボ−ル16の角度位置を調節する役目をする。ボ
−ル16は例えば実質上円筒型の形態を形成するためボ−
ルベアリングを加工することにより製造される。ボ−ル
16はまたロッドの上部および下部端部の丸い端部を形成
することにより製造される。いかなる方法によってボ−
ル16が製造されても最終結果は第１の端部16ａは曲率半
径を有し、第２の端部16ｂも曲率半径を有している。端
部16ａ、16ｂの曲率半径は必要ではないが典型的には互
いに等しく作られる。
【００２０】位置設定用の固定装置はプロ−ブ本体10、
クランプ18、図４では１つのみが示されている４つのク
ランプボルト22を有する。球状端部16ａの曲率半径より
も僅かに大きい曲率半径を有する球形凹部又はシ−ト10
ａはプロ−ブ本体10の表面10ｂへ加工される。第２の同
様な球形シ−ト18ａは端部16ｂを受けるためクランプ18
の表面18ｂへ加工される。クランプ18はファイバ位置設
定装置の安定性を改善するようにプロ−ブ本体10と同一
の材料から製造されることが好ましい。
クランプ18、図４では１つのみが示されている４つのク
ランプボルト22を有する。球状端部16ａの曲率半径より
も僅かに大きい曲率半径を有する球形凹部又はシ−ト10
ａはプロ−ブ本体10の表面10ｂへ加工される。第２の同
様な球形シ−ト18ａは端部16ｂを受けるためクランプ18
の表面18ｂへ加工される。クランプ18はファイバ位置設
定装置の安定性を改善するようにプロ−ブ本体10と同一
の材料から製造されることが好ましい。
【００２１】この機構構造の結果はボ−ル16およびファ
イバを含むマンドレル20がプロ−ブ本体10に回転可能に
結合され、従って表面10ｂと好ましい角度関係をもって
ファイバ12の端子を設定するため調節可能に位置される
ことができる。ファイバ12を所望の角度関係に設定した
後ボルト22はボ−ル16をその所望位置に固定するように
締められる。
イバを含むマンドレル20がプロ−ブ本体10に回転可能に
結合され、従って表面10ｂと好ましい角度関係をもって
ファイバ12の端子を設定するため調節可能に位置される
ことができる。ファイバ12を所望の角度関係に設定した
後ボルト22はボ−ル16をその所望位置に固定するように
締められる。
【００２２】文字Ａで示されているファイバ12の端部か
ら放射されたレ−ザ光はレンズ構造28によりサンプル表
面24上、また基準ミラ−上に焦点を結ばせられる。レン
ズ構造28は１以上の画像形成レンズ32が設けられている
ス−パ−インバ−レンズセル30を含む。焦点はレンズセ
ル30をプロ−ブ本体10内でスライドすることにより調整
される。レンズセル30の所望の位置を決定後、レンズセ
ル30はセットねじ34でクランプされる。レ−ザ１の「動
作距離」は従ってファイバ12からの光をサンプル表面24
が次に位置される所望の動作距離に位置される光学平面
上に焦点を結ばせるためにレンズセル構造28を移動する
ことにより微細に調節される。公称の動作距離は2.5 ｃ
ｍである。正確な焦点位置は光源／検出器構造の信号強
度を監視することにより決定され、最大信号振幅が得ら
れるまでレンズセル30の位置調整が行われる。
ら放射されたレ−ザ光はレンズ構造28によりサンプル表
面24上、また基準ミラ−上に焦点を結ばせられる。レン
ズ構造28は１以上の画像形成レンズ32が設けられている
ス−パ−インバ−レンズセル30を含む。焦点はレンズセ
ル30をプロ−ブ本体10内でスライドすることにより調整
される。レンズセル30の所望の位置を決定後、レンズセ
ル30はセットねじ34でクランプされる。レ−ザ１の「動
作距離」は従ってファイバ12からの光をサンプル表面24
が次に位置される所望の動作距離に位置される光学平面
上に焦点を結ばせるためにレンズセル構造28を移動する
ことにより微細に調節される。公称の動作距離は2.5 ｃ
ｍである。正確な焦点位置は光源／検出器構造の信号強
度を監視することにより決定され、最大信号振幅が得ら
れるまでレンズセル30の位置調整が行われる。
【００２３】文字Ｂで示されているレンズセル30を出た
光は偏光ビ−ムスプリッタにより基準ビ−ム（Ｃ）と対
象物ビ−ム（Ｄ）に分割される。基準ビ−ム（Ｃ）は光
路屈折用ミラ−38から基準ミラ−26に反射される。ミラ
−38の角度はピッチ調節／ロッキングねじ40とロ−ル調
節／ロッキングねじ42で調節される。これらのねじ（4
0,42 ）はミラ−支持体44をプロ−ブ本体10に接続す
る。
光は偏光ビ−ムスプリッタにより基準ビ−ム（Ｃ）と対
象物ビ−ム（Ｄ）に分割される。基準ビ−ム（Ｃ）は光
路屈折用ミラ−38から基準ミラ−26に反射される。ミラ
−38の角度はピッチ調節／ロッキングねじ40とロ−ル調
節／ロッキングねじ42で調節される。これらのねじ（4
0,42 ）はミラ−支持体44をプロ−ブ本体10に接続す
る。
【００２４】基準ミラ−26は変調段46に取付けられる。
変調段46はプロ−ブ本体10と同一の材料で作られるのが
好ましい管50内に取付けられている低電圧のピエゾ電気
スタック48上で支持されている。ピエゾ電気スタック50
は巻線52によってケ−ブル56により遠隔電源（図示せ
ず）に接続されている電子装置パッケ−ジ54に結合され
る。
変調段46はプロ−ブ本体10と同一の材料で作られるのが
好ましい管50内に取付けられている低電圧のピエゾ電気
スタック48上で支持されている。ピエゾ電気スタック50
は巻線52によってケ−ブル56により遠隔電源（図示せ
ず）に接続されている電子装置パッケ−ジ54に結合され
る。
【００２５】基準ビ−ム路の長さは基準ビ−ムの焦点を
提供するためピエゾ電気スタック48の移動により調整さ
れ、公称の通路の長さは2.5 ｃｍである。サンプルビ−
ムの焦点調節では、光源検出器構造の信号は監視され、
基準ビ−ム焦点は信号が最大のとき達成される。サンプ
ルビ−ムはこの調節期間中、阻止されるのが好ましい。
提供するためピエゾ電気スタック48の移動により調整さ
れ、公称の通路の長さは2.5 ｃｍである。サンプルビ−
ムの焦点調節では、光源検出器構造の信号は監視され、
基準ビ−ム焦点は信号が最大のとき達成される。サンプ
ルビ−ムはこの調節期間中、阻止されるのが好ましい。
【００２６】動作において標準ミラ−26とサンプル24の
表面から反射された光は偏光分極ビ−ムスプリッタ36で
再結合され、レンズ構造28によりファイバ12に結合され
る。結合された光はビ−ムスプリッタ36に関連するサン
プル表面24の変位を決定するため光源／検出器構造で干
渉的に比較される。この変位はサンプル24までの距離ま
たはサンプル24の特性を指示する。
表面から反射された光は偏光分極ビ−ムスプリッタ36で
再結合され、レンズ構造28によりファイバ12に結合され
る。結合された光はビ−ムスプリッタ36に関連するサン
プル表面24の変位を決定するため光源／検出器構造で干
渉的に比較される。この変位はサンプル24までの距離ま
たはサンプル24の特性を指示する。
【００２７】本発明によると、標準ミラ−26用の低電圧
ピエゾ電気スタック50の変調器は２つの信号、即ちｄｃ
バイアス信号とａｃ変調信号により制御される。ｄｃバ
イアス信号はピエゾ電気スタック48の公称の長さを制御
し、ａｃ変調信号はほぼ公称の長さのスタック48の動作
範囲を制御する。ａｃ変調信号の１つの好ましい周波数
は５Ｈｚである。基準チャンネルの焦点微調節はｄｃバ
イアス電圧とピエゾ電気スタック48の公称の長さを調節
することにより行われる。
ピエゾ電気スタック50の変調器は２つの信号、即ちｄｃ
バイアス信号とａｃ変調信号により制御される。ｄｃバ
イアス信号はピエゾ電気スタック48の公称の長さを制御
し、ａｃ変調信号はほぼ公称の長さのスタック48の動作
範囲を制御する。ａｃ変調信号の１つの好ましい周波数
は５Ｈｚである。基準チャンネルの焦点微調節はｄｃバ
イアス電圧とピエゾ電気スタック48の公称の長さを調節
することにより行われる。
【００２８】ピエゾ電気スタック制御電子装置54はａｃ
変調電圧による線形動作を維持するためピエゾスタック
48変調器の歪み計すなわち抵抗線ひずみゲ−ジ58の出力
を使用する。電子装置54はプロ−ブ本体10の長さの変化
を同時的に補償するためピエゾ電気スタック48変調器に
供給されるｄｃバイアス電圧を調節するためのス−パ−
インバ−プロ−ブ本体上10に位置する同様の抵抗線ひず
みゲ−ジ60の出力を使用する。この技術はスタック48の
ピエゾ電気材料をプロ−ブ本体10のス−パ−インバ−材
料に固定させ、従って、基準ビ−ム路を無熱化する。制
御電子装置54からの信号は電気ケ−ブル56により供給さ
れる低雑音ピエゾ電源に伝送される。
変調電圧による線形動作を維持するためピエゾスタック
48変調器の歪み計すなわち抵抗線ひずみゲ−ジ58の出力
を使用する。電子装置54はプロ−ブ本体10の長さの変化
を同時的に補償するためピエゾ電気スタック48変調器に
供給されるｄｃバイアス電圧を調節するためのス−パ−
インバ−プロ−ブ本体上10に位置する同様の抵抗線ひず
みゲ−ジ60の出力を使用する。この技術はスタック48の
ピエゾ電気材料をプロ−ブ本体10のス−パ−インバ−材
料に固定させ、従って、基準ビ−ム路を無熱化する。制
御電子装置54からの信号は電気ケ−ブル56により供給さ
れる低雑音ピエゾ電源に伝送される。
【００２９】即ちピエゾ電気スタック48変調器はそれに
取付けられている第１の抵抗線ひずみゲ−ジ58とプロ−
ブ本体10の中心リブ10ａに取付けられている第２の抵抗
線ひずみゲ−ジ60とによって制御される。この技術はス
−パ−インバ−プロ−ブ本体10に取付けられている第２
の抵抗線ひずみゲ−ジ60がピエゾ電気スタック48に供給
されるａｃ変調電圧にｄｃオフセットを提供することに
使用されるようにピエゾ電気スタック48の無熱化を行
う。
取付けられている第１の抵抗線ひずみゲ−ジ58とプロ−
ブ本体10の中心リブ10ａに取付けられている第２の抵抗
線ひずみゲ−ジ60とによって制御される。この技術はス
−パ−インバ−プロ−ブ本体10に取付けられている第２
の抵抗線ひずみゲ−ジ60がピエゾ電気スタック48に供給
されるａｃ変調電圧にｄｃオフセットを提供することに
使用されるようにピエゾ電気スタック48の無熱化を行
う。
【００３０】これは図２の波形図と図３の簡単な回路図
で示されている。プロ−ブ本体10の本発明の好ましい材
料は負の熱膨脹係数のス−パ−インバ−であるのでｄｃ
バイアス電圧は温度の増加と共に減少する。選択された
材料が正の熱膨脹係数を有するならばｄｃバイアス電圧
は温度が増加するとき増加される。最終結果はｄｃオフ
セット電圧がスタック48のピエゾ電気材料がプロ−ブ本
体10のス−パ−インバ−と類似した方法で動作するよう
にピエゾ電気スタック48のゼロ変調の長さを変化する。
で示されている。プロ−ブ本体10の本発明の好ましい材
料は負の熱膨脹係数のス−パ−インバ−であるのでｄｃ
バイアス電圧は温度の増加と共に減少する。選択された
材料が正の熱膨脹係数を有するならばｄｃバイアス電圧
は温度が増加するとき増加される。最終結果はｄｃオフ
セット電圧がスタック48のピエゾ電気材料がプロ−ブ本
体10のス−パ−インバ−と類似した方法で動作するよう
にピエゾ電気スタック48のゼロ変調の長さを変化する。
【００３１】図２の波形はピエゾ電気スタック48を駆動
する指令電圧の１例を示している。指令電圧は例えば、
５Ｈｚの周波数を有する鋸歯波形である。
する指令電圧の１例を示している。指令電圧は例えば、
５Ｈｚの周波数を有する鋸歯波形である。
【００３２】図３の閉ル−プ制御システムはピエゾ電気
スタック48を駆動する。ピエゾ電気スタック指令位置電
圧は入力端子に供給され、抵抗Ｒ１を通ってエラ−増幅
器Ａ１に供給される。エラ−増幅器Ａ１はサ−ボル−プ
のサ−ボ利得の調節用の電位差計Ｒ２を含む。エラ−増
幅器Ａ１の出力は抵抗Ｒ３を通ってパワ−増幅器Ａ２に
供給される。増幅器Ａ２の出力はエラ−増幅器Ａ１の出
力に比例する電流である。この電流は、積分され鋸歯駆
動信号に応答して位置（長さ）を変化するピエゾ電気ス
タック48に供給される。ピエゾ電気スタック48は抵抗Ｒ
４を通じて接地点に結合される。長さの変化を感知する
ためにピエゾ電気スタック48に抵抗線ひずみゲ−ジ58が
取付けられている。抵抗線ひずみゲ−ジ58はス−パ−イ
ンバ−本体10に設けられている抵抗線ひずみゲ−ジ60と
共に平衡ブリッジ回路の２つのア−ムを形成する。本発
明の好ましい実施例では各抵抗線ひずみゲ−ジ（58,60
）は公称ひずみのないとき350 オ−ムの抵抗を有す
る。それぞれの抵抗線ひずみゲ−ジの入力ノ−ドは電圧
標準（ＶＲ）に結合され、電圧基準は正の基準電圧を抵
抗線ひずみゲ−ジ58の入力ノ−ドに供給し、大きさが等
しく極性が反対の電位を抵抗線ひずみゲ−ジ60の入力ノ
−ドに供給する。計測用増幅器Ａ３はそれぞれの抵抗線
ひずみゲ−ジ58と60の出力ノ−ド間に接続されるノ−ド
に結合される。増幅器Ａ３への第２の入力端子にはＶＲ
により出力される基準電圧が結合される。この基準電圧
は公称ゼロボルトである。増幅器Ａ３は抵抗線ひずみゲ
−ジ58,60により形成される１／２ブリッジ回路から得
られる差電圧を増幅する。差電圧の大きさはピエゾ電気
スタック48の長さと本発明の１つの観点によるス−パ−
インバ−本体10の熱膨脹又は収縮の変化による抵抗線ひ
ずみゲ−ジ58,60 に供給されるひずみの相違の関数であ
る。このエラ−電圧は増幅器Ａ４に結合される。増幅器
Ａ４はフィ−ドバック利得の調節用の電位差計Ｒ５と、
オフセット（ゼロ）調節用の電位差計Ｒ６を含む。増幅
器Ａ４の出力はピエゾ電気スタック48に結合されるミラ
−26を廻る周辺でサ−ボル−プを閉じるために増幅器Ａ
１の入力に結合される。
スタック48を駆動する。ピエゾ電気スタック指令位置電
圧は入力端子に供給され、抵抗Ｒ１を通ってエラ−増幅
器Ａ１に供給される。エラ−増幅器Ａ１はサ−ボル−プ
のサ−ボ利得の調節用の電位差計Ｒ２を含む。エラ−増
幅器Ａ１の出力は抵抗Ｒ３を通ってパワ−増幅器Ａ２に
供給される。増幅器Ａ２の出力はエラ−増幅器Ａ１の出
力に比例する電流である。この電流は、積分され鋸歯駆
動信号に応答して位置（長さ）を変化するピエゾ電気ス
タック48に供給される。ピエゾ電気スタック48は抵抗Ｒ
４を通じて接地点に結合される。長さの変化を感知する
ためにピエゾ電気スタック48に抵抗線ひずみゲ−ジ58が
取付けられている。抵抗線ひずみゲ−ジ58はス−パ−イ
ンバ−本体10に設けられている抵抗線ひずみゲ−ジ60と
共に平衡ブリッジ回路の２つのア−ムを形成する。本発
明の好ましい実施例では各抵抗線ひずみゲ−ジ（58,60
）は公称ひずみのないとき350 オ−ムの抵抗を有す
る。それぞれの抵抗線ひずみゲ−ジの入力ノ−ドは電圧
標準（ＶＲ）に結合され、電圧基準は正の基準電圧を抵
抗線ひずみゲ−ジ58の入力ノ−ドに供給し、大きさが等
しく極性が反対の電位を抵抗線ひずみゲ−ジ60の入力ノ
−ドに供給する。計測用増幅器Ａ３はそれぞれの抵抗線
ひずみゲ−ジ58と60の出力ノ−ド間に接続されるノ−ド
に結合される。増幅器Ａ３への第２の入力端子にはＶＲ
により出力される基準電圧が結合される。この基準電圧
は公称ゼロボルトである。増幅器Ａ３は抵抗線ひずみゲ
−ジ58,60により形成される１／２ブリッジ回路から得
られる差電圧を増幅する。差電圧の大きさはピエゾ電気
スタック48の長さと本発明の１つの観点によるス−パ−
インバ−本体10の熱膨脹又は収縮の変化による抵抗線ひ
ずみゲ−ジ58,60 に供給されるひずみの相違の関数であ
る。このエラ−電圧は増幅器Ａ４に結合される。増幅器
Ａ４はフィ−ドバック利得の調節用の電位差計Ｒ５と、
オフセット（ゼロ）調節用の電位差計Ｒ６を含む。増幅
器Ａ４の出力はピエゾ電気スタック48に結合されるミラ
−26を廻る周辺でサ−ボル−プを閉じるために増幅器Ａ
１の入力に結合される。
【００３３】この技術はスパ−インバ−の膨脹又は収縮
がピエゾ電気スタック48により整合され、共通ではない
ビ−ム路の長さにおけるネットゼロ変化を生むので効率
的にプロ−ブ１を無熱化する。この無熱技術は実質上プ
ロフィル測定デ−タの熱ドリフト不確定を減少する。
がピエゾ電気スタック48により整合され、共通ではない
ビ−ム路の長さにおけるネットゼロ変化を生むので効率
的にプロ−ブ１を無熱化する。この無熱技術は実質上プ
ロフィル測定デ−タの熱ドリフト不確定を減少する。
【００３４】コンパクトなプロ−ブ１のオ−プンセル構
造は基準ビ−ムとサンプルビ−ム路が両者とも共通の雰
囲気を有するのでプロフィル測定デ−タの雰囲気効果の
不確定を有効に減少する。
造は基準ビ−ムとサンプルビ−ム路が両者とも共通の雰
囲気を有するのでプロフィル測定デ−タの雰囲気効果の
不確定を有効に減少する。
【００３５】これらの技術は従って熱により誘起するエ
ラ−に不成であり低電力でコンパクトなレ−ザプロ−ブ
を生み、少なくとも（１０5 ：１）の大きなダイナミッ
ク距離／解像度を示す。結果としてコンパクトなレ−ザ
プロ−ブ１は本発明の前述の実施例の応用に使用するの
に適している。
ラ−に不成であり低電力でコンパクトなレ−ザプロ−ブ
を生み、少なくとも（１０5 ：１）の大きなダイナミッ
ク距離／解像度を示す。結果としてコンパクトなレ−ザ
プロ−ブ１は本発明の前述の実施例の応用に使用するの
に適している。
【００３６】本発明は特に本発明の好ましい実施例に関
して示され、説明されたが本発明の技術的範囲内から逸
脱することなく形態と詳細の変化が行われることが当業
者には明白である。
して示され、説明されたが本発明の技術的範囲内から逸
脱することなく形態と詳細の変化が行われることが当業
者には明白である。
【図１】本発明のコンパクトなレ−ザプロ−ブの上面
図。
図。
【図２】ピエゾ電気スタック指令電圧における変化を示
したグラフ。
したグラフ。
【図３】基準レ−ザビ−ム変調器の閉ル−プ位置制御を
行うための図２の指令電圧に応答する回路の簡単な概略
図。
行うための図２の指令電圧に応答する回路の簡単な概略
図。
【図４】図１のコンパクトなレ−ザプロ−ブの構成要素
であるコンパクトなファイバ位置設定装置の分解斜視
図。
であるコンパクトなファイバ位置設定装置の分解斜視
図。
フロントページの続き (72)発明者 ガイ・エイチ・ヘイズ アメリカ合衆国、コネチカット州 06098、ウインステッド、アールデー・ ナンバー２、ターンブル・ロード 59 (72)発明者 ピーター・ジェー・デグルート アメリカ合衆国、ワシントン州 98008、 ベレビュー、サウスイースト・サーティ ーナインス・プレース 16449 (56)参考文献 特開 平２−308109（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−296206（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−231209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−225005（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−24710（ＪＰ，Ｕ) 特公 平２−16442（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (8)
- 【請求項１】 フレームと、 このフレームに結合され、
サンプルビーム光路と基準ビーム光路とを生成する手段
と、 前記基準ビーム光路の長さが前記サンプルビーム光路の
路の長さと予め決められた関係に維持されるように基準
ビーム光路の路長を前記フレームの寸法における変化に
応答して変化させる手段と、 ここで、 前記変化させる手段は基準ビーム光路の路の長
さを変化するために前記フレームの寸法における変化に
応答する閉ループ制御システムを含み、を具備することを特徴とする 光学測定装置。 - 【請求項２】 前記予め決められた関係が両者が等しい
関係である請求項１記載の光学測定装置。 - 【請求項３】 前記変化させる手段がスタックされて配
置された直列的な関係の複数のピエゾ電気素子を含み、
この複数のピエゾ電気素子は前記フレームの寸法の変化
を補償するため励起信号を結合され、前記フレームの寸
法の変化に応答して励起信号を調整する手段を具備して
いる請求項１記載の光学測定装置。 - 【請求項４】 前記変化させる手段がさらに長さにおけ
る変化を検出するため前記複数のピエゾ電気要素に結合
される第１のひずみ計手段と、寸法における変化を検出
するため前記フレームに結合されている第２のひずみ計
手段と、前記励起信号を前記第１のひずみ計手段と第２
のひずみ計手段により検出されたひずみの差に従って変
化するために前記第１のひずみ計手段と第２のひずみ計
手段に結合された手段とを具備する請求項３記載の光学
測定装置。 - 【請求項５】 前記フレームが予め決められた熱膨張係
数を有するように選択された材料から構成されている請
求項１記載の光学測定装置。 - 【請求項６】 前記生成手段が光ファイバを前記フレー
ムに結合する手段を含む請求項１記載の光学測定装置。 - 【請求項７】 前記基準ビームの光路が前記フレーム内
に完全に含まれている請求項１記載の光学測定装置。 - 【請求項８】 予め決定された熱膨張係数を有するよう
に選択された材料で構成されたフレームと、 サンプルビーム光路と基準ビーム光路を提供するため前
記フレームに結合され、前記フレームからの放射および
前記フレームへの放射を伝送する光ファイバに光学的に
結合されているビームスプリッタ手段と、 前記基準ビーム光路の長さを前記励起信号に応答して位
相変調するためのミラーを具備し、励起信号が結合され
ているピエゾ電気スタック手段と、 前記基準ビーム光路の長さを実質上前記サンプルビーム
光路の長さと等しく維持するように励起信号を変化する
ために前記フレームの寸法変化に応答する手段とを具備
することを特徴とする光学測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US834758 | 1992-02-12 | ||
| US07/834,758 US5239366A (en) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | Compact laser probe for profilometry |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611317A JPH0611317A (ja) | 1994-01-21 |
| JP2505360B2 true JP2505360B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=25267734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5024547A Expired - Lifetime JP2505360B2 (ja) | 1992-02-12 | 1993-02-12 | プロフィル測定用のコンパクトなレ−ザプロ−ブ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5239366A (ja) |
| EP (1) | EP0556041B1 (ja) |
| JP (1) | JP2505360B2 (ja) |
| KR (1) | KR930018259A (ja) |
| DE (1) | DE69310947T2 (ja) |
| IL (1) | IL104641A0 (ja) |
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