JP2823707B2 - 位相シフト斜入射干渉計 - Google Patents
位相シフト斜入射干渉計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、測定物体の表面に可干
渉光を斜めに入射させる斜入射干渉計に関するものであ
り、例えば、測定物体の表面形状を非接触的に測定する
用途に利用されるものである。
渉光を斜めに入射させる斜入射干渉計に関するものであ
り、例えば、測定物体の表面形状を非接触的に測定する
用途に利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の斜入射干渉計の光学系を図２に示
し、その動作説明図を図３に示す。コリメートされたレ
ーザ光は回折格子７に入射し、透過光８（０次回折光）
と回折光９（１次回折光）に分割される。ここで、回折
格子７と１２の格子間隔は同じである。透過光８は直接
回折格子１２に入り、回折光９は測定物体１０の測定面
を照射した後、その反射光が回折格子１２に入り、これ
ら２つの光が干渉を起こす。ここで、透過光８は参照
光、回折光９は物体光の働きをする。
し、その動作説明図を図３に示す。コリメートされたレ
ーザ光は回折格子７に入射し、透過光８（０次回折光）
と回折光９（１次回折光）に分割される。ここで、回折
格子７と１２の格子間隔は同じである。透過光８は直接
回折格子１２に入り、回折光９は測定物体１０の測定面
を照射した後、その反射光が回折格子１２に入り、これ
ら２つの光が干渉を起こす。ここで、透過光８は参照
光、回折光９は物体光の働きをする。
【０００３】図３において、参照光と物体光の光路長δ
は次式で与えられる。 δ＝（ＢＣ＋ＣＤ）−（ＢＦ＋ＦＤ）＋γ／ｋ ・・・（１） ここで、γは測定面を反射したときに与えられる位相の
変化、ｋ＝２π／λである。ここで、ＦＣ＝ｄとする
と、 δ＝２ｄ（１−Ｓｉｎ（ｉ））Ｓｅｃ（ｉ）＋γ／ｋ ・・・（２） そして、干渉縞の次数Ｎは、 Ｎ＝２ｄ（１−Ｓｉｎ（ｉ））Ｓｅｃ（ｉ／λ）＋γ／２π ・・・（３） となる。
は次式で与えられる。 δ＝（ＢＣ＋ＣＤ）−（ＢＦ＋ＦＤ）＋γ／ｋ ・・・（１） ここで、γは測定面を反射したときに与えられる位相の
変化、ｋ＝２π／λである。ここで、ＦＣ＝ｄとする
と、 δ＝２ｄ（１−Ｓｉｎ（ｉ））Ｓｅｃ（ｉ）＋γ／ｋ ・・・（２） そして、干渉縞の次数Ｎは、 Ｎ＝２ｄ（１−Ｓｉｎ（ｉ））Ｓｅｃ（ｉ／λ）＋γ／２π ・・・（３） となる。
【０００４】このように、観察面に達する干渉波面の光
路差は一定であり、平坦な測定物体に対して、この干渉
計は一様に照明された干渉縞を示す。測定面にΔｈの段
差があると、段差の部分に入射する光束の部分の光路差
の変化は２Δｈ（Ｃｏｓ（ｉ））であり、干渉縞の次数
の変化は、 ΔＮ＝２Δｈ（Ｃｏｓ（ｉ／λ）） ・・・（４） となる。一方、回折格子７，１２の格子間隔をｐとする
と、回折角θは、 λ＝ｐ（Ｓｉｎ（θ）） ・・・（５） で表される。（４），（５）式から、 ΔＮ＝２Δｈ／ｐ ・・・（６） となる。
路差は一定であり、平坦な測定物体に対して、この干渉
計は一様に照明された干渉縞を示す。測定面にΔｈの段
差があると、段差の部分に入射する光束の部分の光路差
の変化は２Δｈ（Ｃｏｓ（ｉ））であり、干渉縞の次数
の変化は、 ΔＮ＝２Δｈ（Ｃｏｓ（ｉ／λ）） ・・・（４） となる。一方、回折格子７，１２の格子間隔をｐとする
と、回折角θは、 λ＝ｐ（Ｓｉｎ（θ）） ・・・（５） で表される。（４），（５）式から、 ΔＮ＝２Δｈ／ｐ ・・・（６） となる。
【０００５】したがって、この干渉計は、物体光が垂直
入射するフィゾー干渉計などとは異なり、ｐ／λだけ感
度が低下することになり、比較的凹凸の大きな面でも測
定できることになる。
入射するフィゾー干渉計などとは異なり、ｐ／λだけ感
度が低下することになり、比較的凹凸の大きな面でも測
定できることになる。
【０００６】次に、位相シフト法を図４に示すトワイマ
ン−グリーンの干渉計を用いて説明する。光源からの可
干渉な平行光１６はハーフミラー１７で２分割され、測
定物体１０により反射された物体光９と、参照鏡１１に
より反射された参照光８との間で干渉を生じて、その干
渉光１８が観察面１５で観察される。位相シフト法は、
１つの干渉図形だけでなく、測定物体１０又は参照鏡１
１を光路方向に前後動させて光路の位相を既知量変化さ
せたときに得られる複数個の干渉図形から干渉光１８の
位相分布φ（ｘ，ｙ）を求める方法である。一般には、
物体光もしくは参照光の位相変化ψを０，π／２，π，
３π／２の４回変化させる４ステップ法が用いられてい
る。これらの位相変化に対応する干渉図形上の座標
（ｘ，ｙ）での干渉強度をそれぞれＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，
Ｉ4 とおくと、このときの位相分布φ（ｘ，ｙ）は次式
のようになる。ここで、位相分布φ（ｘ，ｙ）は、干渉
図形上の座標（ｘ，ｙ）についての物体光と参照光との
位相差φを意味しており、測定物体の表面の凹凸形状を
３次元的に示す情報となる。
ン−グリーンの干渉計を用いて説明する。光源からの可
干渉な平行光１６はハーフミラー１７で２分割され、測
定物体１０により反射された物体光９と、参照鏡１１に
より反射された参照光８との間で干渉を生じて、その干
渉光１８が観察面１５で観察される。位相シフト法は、
１つの干渉図形だけでなく、測定物体１０又は参照鏡１
１を光路方向に前後動させて光路の位相を既知量変化さ
せたときに得られる複数個の干渉図形から干渉光１８の
位相分布φ（ｘ，ｙ）を求める方法である。一般には、
物体光もしくは参照光の位相変化ψを０，π／２，π，
３π／２の４回変化させる４ステップ法が用いられてい
る。これらの位相変化に対応する干渉図形上の座標
（ｘ，ｙ）での干渉強度をそれぞれＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，
Ｉ4 とおくと、このときの位相分布φ（ｘ，ｙ）は次式
のようになる。ここで、位相分布φ（ｘ，ｙ）は、干渉
図形上の座標（ｘ，ｙ）についての物体光と参照光との
位相差φを意味しており、測定物体の表面の凹凸形状を
３次元的に示す情報となる。
【０００７】
【数１】
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】斜入射干渉計やフィゾ
ー干渉計を用いた一般の干渉計による段差測定計測に
は、次のような欠点がある。干渉縞の本数を数えるこ
とは容易であるが、干渉縞１本（１フリンジ）以下の位
相測定が難しい。段差の凹凸の判定ができない。
ー干渉計を用いた一般の干渉計による段差測定計測に
は、次のような欠点がある。干渉縞の本数を数えるこ
とは容易であるが、干渉縞１本（１フリンジ）以下の位
相測定が難しい。段差の凹凸の判定ができない。
【０００９】これらの欠点を克服するために、最近、位
相シフト法がよく用いられてきている。ところが、斜入
射干渉計には位相シフト法の導入が難しく、まだ用いら
れていない。なお、本発明者は測定物体をアクチュエー
タで既知量移動させることにより斜入射干渉計に位相シ
フト法を導入することを試みて、一定の成果を上げてい
る（特願平２−４０５５５９号参照）が、出来れば測定
物体を物理的に移動させることなく、斜入射干渉計に位
相シフト法を導入し、さらに測定精度を上げたいという
技術的課題が生じていた。
相シフト法がよく用いられてきている。ところが、斜入
射干渉計には位相シフト法の導入が難しく、まだ用いら
れていない。なお、本発明者は測定物体をアクチュエー
タで既知量移動させることにより斜入射干渉計に位相シ
フト法を導入することを試みて、一定の成果を上げてい
る（特願平２−４０５５５９号参照）が、出来れば測定
物体を物理的に移動させることなく、斜入射干渉計に位
相シフト法を導入し、さらに測定精度を上げたいという
技術的課題が生じていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の位相シフト斜入
射干渉計においては、上記の課題を解決するために、図
１に示すように、測定物体１０の測定面に可干渉光を斜
めに入射させる斜入射干渉計において、光源１からの可
干渉光を直線偏光する第１の偏光板２１と、観察面１５
に入射する物体光９と参照光８とを干渉させるための第
２の偏光板２４とを備え、物体光８の光路中に位相板２
２を配置して物体光９と参照光８の偏光方向を直交さ
せ、物体光８と参照光９との間に既知量の位相シフトを
与える移相子２３を第２の偏光板２４の光源１側に配置
したことを特徴とするものである。
射干渉計においては、上記の課題を解決するために、図
１に示すように、測定物体１０の測定面に可干渉光を斜
めに入射させる斜入射干渉計において、光源１からの可
干渉光を直線偏光する第１の偏光板２１と、観察面１５
に入射する物体光９と参照光８とを干渉させるための第
２の偏光板２４とを備え、物体光８の光路中に位相板２
２を配置して物体光９と参照光８の偏光方向を直交さ
せ、物体光８と参照光９との間に既知量の位相シフトを
与える移相子２３を第２の偏光板２４の光源１側に配置
したことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】本発明においては、光源１からの可干渉光を直
線偏光する第１の偏光板２１と、観察面１５に入射する
物体光９と参照光８とを干渉させるための第２の偏光板
２４と、物体光９の光路中に配置されて物体光９と参照
光８の偏光方向を直交させる位相板２２と、第２の偏光
板２４の光源１側に配置された移相子２３とを併用する
ことによって、斜入射干渉計において、物体光９と参照
光８との間に既知量の位相シフトを与えることを可能と
したので、位相シフト法を行うことができる。したがっ
て、１フリンジ以下の位相測定が可能となり、段差の凹
凸の判定ができるようになる。
線偏光する第１の偏光板２１と、観察面１５に入射する
物体光９と参照光８とを干渉させるための第２の偏光板
２４と、物体光９の光路中に配置されて物体光９と参照
光８の偏光方向を直交させる位相板２２と、第２の偏光
板２４の光源１側に配置された移相子２３とを併用する
ことによって、斜入射干渉計において、物体光９と参照
光８との間に既知量の位相シフトを与えることを可能と
したので、位相シフト法を行うことができる。したがっ
て、１フリンジ以下の位相測定が可能となり、段差の凹
凸の判定ができるようになる。
【００１２】
【実施例】本発明の一実施例の光学系を図１に示す。レ
ーザー光源１から出た可干渉光は偏光板２１、対物レン
ズ２、ピンホール３、全反射ミラー４，５、コリメータ
レンズ６に入り、直線偏光を持つ平行光となる。この平
行光は回折格子７によって０次回折光と１次回折光に分
かれる。回折格子７，１２は同じ格子間隔を持つ。０次
回折光は参照光８、１次回折光は物体光９として扱われ
る。０次回折光は直接に回折格子１２に入り、１次回折
光は位相板２２を通して測定面を照射した後、再び位相
板２２を通して回折格子１２に入る。
ーザー光源１から出た可干渉光は偏光板２１、対物レン
ズ２、ピンホール３、全反射ミラー４，５、コリメータ
レンズ６に入り、直線偏光を持つ平行光となる。この平
行光は回折格子７によって０次回折光と１次回折光に分
かれる。回折格子７，１２は同じ格子間隔を持つ。０次
回折光は参照光８、１次回折光は物体光９として扱われ
る。０次回折光は直接に回折格子１２に入り、１次回折
光は位相板２２を通して測定面を照射した後、再び位相
板２２を通して回折格子１２に入る。
【００１３】この位相板２２は斜めから入射してくる物
体光９の位相を１／４波長分シフトさせる働きを持つよ
うにする。また、この位相板２２の光学結晶軸は入射す
る光に対して４５度の角度で設置されている。このよう
にすると、物体光９は、この位相板２２を２回通過する
ため、偏光方向は９０度変化する。
体光９の位相を１／４波長分シフトさせる働きを持つよ
うにする。また、この位相板２２の光学結晶軸は入射す
る光に対して４５度の角度で設置されている。このよう
にすると、物体光９は、この位相板２２を２回通過する
ため、偏光方向は９０度変化する。
【００１４】これらの光はまた回折格子１２によって０
次回折光と１次回折光に分けられる。ここでは、参照光
８の１次回折光と物体光９の０次回折光が重なる。しか
し、物体光９と参照光８の偏光方向は直交しているの
で、ここでは物体光９と参照光８は干渉しない。
次回折光と１次回折光に分けられる。ここでは、参照光
８の１次回折光と物体光９の０次回折光が重なる。しか
し、物体光９と参照光８の偏光方向は直交しているの
で、ここでは物体光９と参照光８は干渉しない。
【００１５】次に、この光を移相子２３として作用する
バビネソレイユ補正板に入射させる。このとき、物体光
９及び参照光８はバビネソレイユ補正板の進相軸及び遅
相軸に一致させる。ここで、バビネソレイユ補正板を操
作し、物体光９もしくは参照光８の位相を既知量動かす
ことにより位相シフト法を行う。好ましくは、参照光８
の位相を０，π／２，π，３π／２の４回変化させる。
この後、偏光板２４を通過させて物体光９と参照光８を
干渉させる。干渉した光はレンズ１３、ピンホール１４
を通り、観察面１５で干渉縞が観察される。観測された
干渉縞は、画像処理装置とＡ／Ｄ変換器を介してコンピ
ュータに取り込まれ、上述の式により物体光の位相が計
算される。
バビネソレイユ補正板に入射させる。このとき、物体光
９及び参照光８はバビネソレイユ補正板の進相軸及び遅
相軸に一致させる。ここで、バビネソレイユ補正板を操
作し、物体光９もしくは参照光８の位相を既知量動かす
ことにより位相シフト法を行う。好ましくは、参照光８
の位相を０，π／２，π，３π／２の４回変化させる。
この後、偏光板２４を通過させて物体光９と参照光８を
干渉させる。干渉した光はレンズ１３、ピンホール１４
を通り、観察面１５で干渉縞が観察される。観測された
干渉縞は、画像処理装置とＡ／Ｄ変換器を介してコンピ
ュータに取り込まれ、上述の式により物体光の位相が計
算される。
【００１６】なお、物体光もしくは参照光の位相を既知
量動かすための移相子２３としては、実施例ではバビネ
ソレイユ補正板を例示したが、これに限定されるもので
はなく、同様の機能を有する電気光学素子を利用しても
構わない。
量動かすための移相子２３としては、実施例ではバビネ
ソレイユ補正板を例示したが、これに限定されるもので
はなく、同様の機能を有する電気光学素子を利用しても
構わない。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、斜入射干渉計に位相シ
フト法を導入することにより、干渉縞間隔が一般の干渉
計より広がり、１フリンジ内の位相測定が可能となり、
さらに段差の凹凸が判定できるようになるという効果が
ある。また、本発明の構成では、第１及び第２の偏光板
と位相板及び移相子という複数の光学素子を併用するこ
とにより物体光と参照光との間に既知量の位相差を与え
るようにしたので、アクチュエータを用いて物体を物理
的に既知量移動させる場合に比べると、より精密な位相
差を与えることができ、測定精度が向上するという効果
もある。
フト法を導入することにより、干渉縞間隔が一般の干渉
計より広がり、１フリンジ内の位相測定が可能となり、
さらに段差の凹凸が判定できるようになるという効果が
ある。また、本発明の構成では、第１及び第２の偏光板
と位相板及び移相子という複数の光学素子を併用するこ
とにより物体光と参照光との間に既知量の位相差を与え
るようにしたので、アクチュエータを用いて物体を物理
的に既知量移動させる場合に比べると、より精密な位相
差を与えることができ、測定精度が向上するという効果
もある。
【図１】本発明の一実施例の光学系を示す概略構成図で
ある。
ある。
【図２】従来例の光学系を示す概略構成図である。
【図３】従来例の動作説明図である。
【図４】他の従来例の動作説明図である。
１ 光源 ８ 参照光 ９ 物体光 １０ 測定物体 １５ 観察面 ２１ 第１の偏光板 ２２ 位相板 ２３ 移相子 ２４ 第２の偏光板
Claims (1)
- 【請求項１】 測定物体の測定面に可干渉光を斜めに入
射させる斜入射干渉計において、光源からの可干渉光を
直線偏光する第１の偏光板と、観察面に入射する物体光
と参照光とを干渉させるための第２の偏光板とを備え、
物体光の光路中に位相板を配置して物体光と参照光の偏
光方向を直交させ、物体光と参照光との間に既知量の位
相シフトを与える移相子を第２の偏光板の光源側に配置
したことを特徴とする位相シフト斜入射干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3051630A JP2823707B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 位相シフト斜入射干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3051630A JP2823707B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 位相シフト斜入射干渉計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04286904A JPH04286904A (ja) | 1992-10-12 |
| JP2823707B2 true JP2823707B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=12892170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3051630A Expired - Fee Related JP2823707B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 位相シフト斜入射干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2823707B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7951590B2 (en) * | 1999-06-02 | 2011-05-31 | Mg Pharmacy Ltd. | Storage agent for preservation of an animal cell, tissue or organ, and preserved process of the same |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5654798A (en) * | 1995-01-19 | 1997-08-05 | Tropel Corporation | Interferometric measurement of surfaces with diffractive optics at grazing incidence |
| US5719676A (en) * | 1996-04-12 | 1998-02-17 | Tropel Corporation | Diffraction management for grazing incidence interferometer |
| US5889591A (en) * | 1996-10-17 | 1999-03-30 | Tropel Corporation | Interferometric measurement of toric surfaces at grazing incidence |
| US6414752B1 (en) * | 1999-06-18 | 2002-07-02 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Method and apparatus for scanning, stitching, and damping measurements of a double-sided metrology inspection tool |
| JP4897572B2 (ja) | 2006-06-30 | 2012-03-14 | 株式会社ミツトヨ | 斜入射干渉計 |
| CZ2010288A3 (cs) * | 2010-04-14 | 2011-06-15 | Vysoké ucení technické v Brne | Interferometrický systém s prostorovou nosnou frekvencí zobrazující v polychromatickém zárení |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP3051630A patent/JP2823707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7951590B2 (en) * | 1999-06-02 | 2011-05-31 | Mg Pharmacy Ltd. | Storage agent for preservation of an animal cell, tissue or organ, and preserved process of the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04286904A (ja) | 1992-10-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080904 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |