JP2712509B2 - 反射膜の特性測定装置 - Google Patents

反射膜の特性測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は反射膜の特性を測定する装置に関し、特に
光を利用した長さや屈折率の測定装置に用いる反射膜の
特性を測定する装置に関するものである。
<従来技術> 長さや屈折率を測定する装置として光を用いた装置が
多用されている。この様な装置は高精度の測定が出来る
だけでなく、非接触で測定出来るという特徴がある。第
4図に光を用いた長さ測定装置の原理例を図示する。第
4図において、レーザ光源1の出力光は半透鏡2で2つ
に分岐され、その一方は基準面を構成するミラー3に、
他方は被測定物体4に入射される。これらミラー3及び
被測定物体4からの反射光は半透鏡2で合成され、検出
手段5でそれらの位相差が検出される。このようにする
ことによって、ミラー3を基準とした長さが測定出来
る。被測定物体4の上面及び下面からの反射光について
この測定を行うことにより、被測定物体4の長さを測定
する事が出来る。ミラー3は光損失を小さくする為に、
誘電体の多層膜による反射膜が使用される。
<発明が解決すべき課題> しかしながらこの様な多層膜の反射膜は、周囲温度や
圧力などの雰囲気の変化に伴って多層膜の屈折率が変化
し、位相跳びが発生する。前述したような長さ測定装置
では基準面と被測定面の反射光の位相差を測定して被測
定物の長さを測定するものであるので、ミラーに位相跳
びが発生すると見掛上の基準面の位置が変化し、誤差が
発生する。また、この位相跳びは光の波長が変化するこ
とによっても発生する。従来はこの多層膜の位相跳びを
正確に測定する事が出来なかったので、測定精度を高く
する事が出来ないという課題があった。
<発明の目的> この発明の目的は、反射膜の位相跳びを正確に測定す
る事が出来る反射膜の特性測定装置を提供する事にあ
る。
<課題を解決する為の手段> 前記課題を解決する為に本発明は、レーザー光源の出
力光を干渉計で2つに分岐し、この分岐した光を被測定
反射膜が形成された被測定反射鏡と反射鏡とに入射し、
それらの反射光の位相差を位相差検出手段で検出して、
この検出した位相差から前記被測定反射膜の位相跳びを
測定するようにしたものである。
<実施例> 第1図に本発明に係る反射膜の特性測定装置の一実施
例を示す。第1図において、10はレーザ光源であり、偏
光面が互いに直交した2つの光を出力する。この光をそ
れぞれ実線11と点線12で表わす。これらの光11、12はミ
ラー13で反射されて差動型干渉計14に入力される。差動
型干渉計14はビームスプリッタ141、このビームスプリ
ッタ141に近接して互いに180゜方向に配置されたコーナ
ーキューブ142、143、λ/4板145、ミラー147及びこのミ
ラー147の出力光が入射されるλ/4板146、コーナーキュ
ーブ144から構成されている。この差動型干渉計14は、
ビームスプリッタ141でレーザ光を2分し、後述する2
つの反射鏡にそれぞれ入射し、そこからの反射光を合成
して干渉パターンを得ることができるようになってい
る。15は裏面反射鏡であり、差動型干渉計14の出力光が
入射される。この裏面反射鏡15の裏面にはその一部を除
いて反射膜151が形成されている。16は被測定反射鏡で
あり、その表面全面には特性を測定する多層膜等の被測
定反射膜161が形成される。17はスペーサであり、裏面
反射鏡15と被測定反射鏡16を所定の間隔離隔させる。ス
ペーサ17は低線膨張率の材料で構成する。18は入射され
た光の位相差を測定する位相差検出手段であり、差動型
干渉計14の出力光が入射される。コーナーキューブ14
2、143、144は入射した光の方向を180゜変化させて出射
する役割を果たしている。
次に、この実施例の動作を説明する。レーザ光源10の
出力光はビームスプリッタ141で2つに分岐され、その
一方の光11(実線)はビームスプリッタ141、λ/4板145
及び裏反射鏡15の反射膜151のない部分を透過し、被測
定反射膜161で反射される。反射された光は再び同一経
路を逆進し、ビームスプリッタ141で反射されてコーナ
ーキューブ143に入射されその経路を180゜変えられ、ビ
ームスプリッタ141で反射されてλ/4板145を透過して反
射膜151で反射される。反射された光は再び同一経路を
逆進し、ビームスプリッタ141を透過してミラー147、λ
/4板146、コーナーキューブ144、λ/4板146、ミラー147
の経路を進行してビームスプリッタ141で反射されコー
ナーキューブ142に至り、再びビームスプリッタ141で反
射されて位相差検出手段18に入射される。他方の光12
(点線)はビームスプリッタ141で反射されてコーナー
キューブ142に入射され、再びビームスプリッタ141で反
射される。反射された光はミラー147、λ/4板146、コー
ナーキューブ144、λ/4板146、ミラー147の経路を進行
してビームスプリッタ141、λ/4板145をと透過し、反射
膜151で反射される。反射された光はλ/4板145を透過
し、ビームスプリッタ141で反射されたコーナーキュー
ブ143を通り、ビームスプリッタ141で反射してλ/4板14
5を透過し、反射膜151で反射された同一経路を逆進し、
ビームスプリッタ141を透過して位相差検出手段18に入
射される。位相差検出手段18は、差動型干渉計14で得ら
れた干渉パターンから、これら2つの光11、12の光路差
Δ(nL)を検出する。この光路差Δ(nL)は、光11、12
の光路長をL1、L2とすると、 Δ(nL)=N(L1−L2) n:屈折率 になる。差動型干渉計14における光11、12の経路長は同
じであり、また各部材は固定されているので、被測定反
射膜161における位相跳びによるみかけ上の反射位置の
変化をδ、反射膜151と被測定反射膜161の間の距離を
La、その部分における屈折率をnaとすると、 Δ(nL)=2naLa+2δ で表される。Laはスペーサ17により決定されるので、こ
のスペーサ17の温度を測定して線膨脹を補正すると正確
にその長さを求めることが出来る。また、別の手段によ
り屈折率naを求めると、位相跳びによるみかけ上の反射
位置の変化δは δ=Δ(nL)/2−naLa ………(1) から正確に求めることが出来る。この構成では、裏面反
射鏡15を用いており、反射膜151は外部に露出しないの
で、この反射膜151における雰囲気の変化による位相跳
びは発生しない。
第2図に本発明の他の実施例を示す。なお、レーザー
光源10、ミラー13、差動型干渉計14、位相差検出手段18
は第1図と同じなので省略する。また、第1図と同じ要
素には同一符合を付し、説明を省略する。第2図(A)
は反射膜151を裏面反射鏡15の中心部にのみ形成し、か
つスペーサ17に外部と連通する透孔171を形成したもの
である。動作は第1図と同じなので説明を省略する。こ
の実施例ではコーナーキューブ143を出射し、ビームス
プリッタ141で反射された光11は反射膜151ではなく被測
定反射膜161で反射される。従って、光11は被測定反射
膜161を2度反射するので、前記(1)式に対応する位
相跳びによるみかけ上の反射位置の変化δは δ=Δ(nL)/4−naLa になる。また、透孔171の為に屈折率naは外部の空気の
屈折率に等しくなる。(B)は透明部材19の表面に反射
膜151を、裏面に被測定反射膜161を形成したものであ
る。このようにすると構成が簡単になり、かつ距離La
正確に設定出来るという特徴がある。
第3図にさらに他の実施例を示す。この実施例におい
てもレーザー光源10、ミラー13、差動型干渉計14、位相
差検出手段18は第1図と同じなので省略する。また、第
1図と同じ要素には同一符合を付し、説明を省略する。
第3図(A)において、20は裏面反射鏡である。この裏
面反射鏡は入射する光の偏光面によって反射特性が異な
り、光11は透過させ、光12は反射させる。この裏面反射
鏡20には透孔21及び22が形成されている。23は被測定反
射鏡であり、その表面には多層膜等の被測定反射膜24が
形成されている。この被測定反射鏡23は透孔22内に配置
される。25は反射鏡であり、その表面には反射膜26が形
成される。裏面反射鏡20と反射鏡25はスペーサ17により
所定の間隔だけ離隔されている。ビームスプリッタ141
を透過した差動型干渉計14の出射光11は裏面反射鏡20を
透過し、反射膜26で反射されて同一の経路を逆進し、差
動型干渉計14に入射される。再度差動型干渉計14を出射
した光は被測定反射膜24で反射されて差動型干渉計14に
入射され、位相差検出手段18に入射される。また、もう
一方の差動型干渉計14を出射した光12は裏面反射鏡20の
裏面で反射され、同一の経路を逆進して差動型干渉計14
に入射される。再度差動型干渉計14を出射した光は透光
21を通過し、反射膜26で反射されて差動型干渉計14に至
り、位相差検出手段18に入射される。この実施例では光
11と12の光路の差は被測定反射膜24の厚さ以下になり、
前記(1)式でLaが略0になるので、被測定反射膜24の
位相跳びを正確に測定する事が出来る。(B)は(A)
と同様の構成であるが、裏面反射鏡20の裏面側に反射率
を高めるために金属反射膜27を形成している。この金属
反射膜27は光11の経路を避けるように形成される。この
ようにすると反射率が高くなるために測定が容易にな
る。
なお、第3図(A)、(B)においてスペーサ17を省
略してもよい。この実施例を第3図(C)に示す。透明
部材の被測定反射鏡23の一部に被測定反射膜24を形成
し、その一部に裏面反射鏡20を配置する。必要な部分に
は金属反射膜27を形成する。このようにするとスペーサ
171の温度分布、変形による測定誤差を除去出来る。
また、干渉計は必ずしも第1図に示した構成である必
要はなく、さらに差動干渉計に限定するものでもない。
要は、光を2つに分岐して各反射鏡に入射し、その反射
光を干渉させる構成であればよい。差動型干渉計を使用
して被測定反射鏡及び反射鏡に光を入射するようにすれ
ば、これらの反射鏡に垂直に光を入射出来、コサインエ
ラー等の誤差を少なくする事が出来る。
<発明の効果> 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、こ
の発明ではレーザ光源の出力光を干渉計で2つに分岐し
て反射鏡及び被測定反射鏡に入射し、これらの反射光の
位相差から被測定反射膜の位相跳びを測定するようにし
た。その為、位相跳びを正確に測定することが出来るの
で、長さ測定装置等の誤差を小さくする事が出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る反射膜の特性測定装置の一実施例
を示す構成図、第2図及び第3図は本発明の他の実施例
を示す構成図、第4図は長さ測定装置の原理図である。 10……レーザ光源、14……差動型干渉計、15,20……裏
面反射鏡、16,23……被測定反射鏡、17……スペーサ、1
41……ビームスプリッタ、142〜144……コーナーキュー
ブ、161,24……被測定反射膜。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ
    光を反射する反射鏡と、レーザ光を反射する被測定反射
    膜が形成され前記反射鏡とは所定の間隔で配置された被
    測定反射鏡と、前記レーザ光源の出力光を2分して前記
    反射膜と前記被測定反射膜とに入射し、これら反射膜か
    らの反射光を合成して干渉パターンを得る干渉計と、こ
    の干渉計の干渉パターンを受けて前記反射膜と前記被測
    定反射膜で反射される2つの光の位相差を求めこの位相
    差から前記被測定反射膜における位相跳びを測定するこ
    とができるように構成した位相差検出手段を具備したこ
    とを特徴とする反射膜の特性測定装置。
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