JP3916545B2

JP3916545B2 - Interferometer

Info

Publication number: JP3916545B2
Application number: JP2002309920A
Authority: JP
Inventors: 元輔清原; 通雄清原; 進一伊藤
Original assignee: 株式会社清原光学
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP2004144614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二光束の干渉を利用して試料の表面形状などを測定するために使用される干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二光束の干渉を利用して試料の表面形状などを測定するために使用される干渉計として、種々の方式のものが提案されている。例えば、マイケルソン型の干渉計は、可干渉性を有する平行光である測定光を、ビームスプリッタ等の光分割素子において参照光と被検光とに分割し、これら参照光及び被検光を基準反射面及び試料の表面で各々反射させ、これらを光分割素子において再び合成して、観測面上において干渉縞を形成させるように構成されている。そして、この干渉計においては、観測面における干渉縞の状態を観測することにより、試料表面の凹凸等、形状の評価を行うことができる。
【０００３】
ところで、このような干渉計における測定光の光源として、レーザ光源を用いると、レーザ光の可干渉距離は長いので、基準反射面に対して試料表面の位置を正確に設定しなくても干渉縞を観測することができ、便利である。
【０００４】
しかし、測定光の可干渉距離が長いと、試料がガラス板等の透明平行薄板である場合には、試料の裏面からの反射光が、試料表面からの反射光や基準反射面からの反射光と干渉を生じてしまい、本来の干渉縞上にノイズ成分の干渉縞が重畳されて発生してしまう。
【０００５】
そこで、薄板ガラス等の表面形状を測定する場合には、赤色発光ダイオード等を光源とする可干渉距離の短い光束を測定光として用いている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０９−１９６６１２号公報
【特許文献２】
特開平０９−２９８１７５号公報
【特許文献３】
特開平１０−２７４５０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような干渉計において、試料の状態、形状や性質によって光源を取り換えたり、あるいは、フィルタの抜き差しなどの操作によって測定光の可干渉距離を変化させることは煩雑である。
【０００８】
また、光源を取り換えたり、フィルタを抜き差ししたりすると、測定光の可干渉距離以外の光学系の状態、条件を同一の状態に維持することが困難となり、正確な干渉縞の観測が行えない虞れがある。
【０００９】
さらに、光源の取り換えやフィルタの抜き差しによって測定光の可干渉距離を変える場合には、可干渉距離の変更が段階的なものになってしまうため、適切な可干渉距離の測定光が得られない場合がある。
【００１０】
一方、可干渉距離の長い測定光を用いて観測を行う場合においても、光源から試料表面までの光路長が光源から基準反射面までの光路長に等しい状態（以下、「等光路長の状態」という。）になっていないと、レーザの波長変動によって干渉縞の移動が起こり、干渉縞を用いた形状測定が不正確になる。したがって、可干渉距離の長い測定光を用いて観測を行う場合においても、「等光路長の状態」になっていることが望ましい。そして、測定光の可干渉距離が長いと、「等光路長の状態」になっているかどうかの判別は困難なものとなる。
【００１１】
つまり、試料の状態や性質の違いのみならず、干渉計自体の調整時と干渉縞の観測時とでは、測定光に求められる最適な可干渉距離が異なるのである。
【００１２】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、試料の状態、形状、性質や行う操作内容に応じて、光源から発せられる測定光の可干渉距離を自在に調整、変化させることができるようになされた干渉計を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る干渉計は、可干渉性を有する光束を発しこの光束の可干渉距離が制御可能となされた光源と、この光源を制御しこの光源が発する光束の可干渉距離を無段階に変化させる可干渉距離制御手段と、この可干渉距離制御手段によって制御されている光源から発せられた光束の可干渉距離を表示する可干渉距離表示手段と、光源から発せられた光束の光路を分割する光束分割素子と、この光束分割素子により分割された一方の光路の光束が照射されこの光束を反射させて観測面に到達させる基準反射面と、光束分割素子により分割された他方の光路の光束が照射される位置に試料を位置決めして保持する試料保持機構とを備えて構成される。
【００１４】
そして、この干渉計においては、可干渉距離制御手段により光源から発せられる光束の可干渉距離を充分に短くした状態において、試料保持機構によって試料の位置を調整し、基準反射面により反射されて観測面に到達した光束と試料により反射されて観測面に到達した光束とが干渉して干渉縞を形成することとなる位置に試料を位置させることにより、光源から試料までの光路長を光源から基準反射面までの光路長に等しくすることができる。
【００１５】
また、この干渉計においては、可干渉距離制御手段により光源から発せられる光束の可干渉距離を試料の状態に適した長さとして、観測面に形成される干渉縞の観測を行うことができる。
【００１６】
そして、本発明に係る干渉計は、上述の干渉計において、光源を半導体レーザとし、可干渉距離制御手段は、この半導体レーザに対する供給電流量を制御する電流制御装置であることとしたものである。
【００１７】
さらに、本発明に係る干渉計は、上述の干渉計において、可干渉距離表示手段は、電流制御装置において可干渉距離を長さとして表示するものであることとしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１９】
この実施の形態は、本発明に係る干渉計を、マイケルソン型干渉計として構成したものである。この干渉計は、図１に示すように、測定光１ａの光源となる半導体レーザ１と、光束分割素子となるビームスプリッタ３と、基準反射板４と、撮像装置６と、可干渉距離制御手段となる可干渉距離制御装置７と、試料保持機構９とを備えて構成されている。
【００２０】
この干渉計において、半導体レーザ１から射出された測定光１ａは、コリメータレンズ２によって平行光束とされ、ビームスプリッタ３に入射する。このビームスプリッタ３において、測定光１ａは、このビームスプリッタ３の反射面３ａによって反射された参照光と反射面３ａを透過した被検光とに分割される。
【００２１】
参照光は、基準反射板４の基準反射面４ａによって反射されてビームスプリッタ３に戻り、反射面３ａを透過して、撮像レンズ５により、観測面となる撮像装置６の撮像面（ＣＣＤ）６ａに入射される。そして、被検光は、試料保持機構９に支持された試料８の表面８ａで反射されてビームスプリッタ３に戻り、反射面３ａによって反射されることにより、参照光と合成される。そして、これら参照光及び被検光は、撮像レンズ５を介して、撮像面６ａ上に干渉縞を形成する。
【００２２】
試料保持機構９は、図１中矢印Ａで示すように、試料８を光軸方向に移動操作可能に保持し、この試料８を位置決めする。
【００２３】
ところで、この干渉計においては、半導体レーザ１として、出射光の可干渉距離が無段階に可変制御できる素子が用いられている。そして、この半導体レーザ１は、可干渉距離制御装置７により、供給される駆動電流量を制御されることにより、出射光の可干渉距離を無段階に可変制御される。
【００２４】
可干渉距離制御装置７は、回転操作可能な可干渉距離制御摘み７ａを備えており、この可干渉距離制御摘み７ａの回転角度位置に応じた駆動電流を半導体レーザ１に供給する。半導体レーザ１においては、供給される駆動電流と、出射する測定光１ａの可干渉距離との間には一定の関係がある。したがって、可干渉距離制御装置７の可干渉距離制御摘み７ａを回転操作することにより、測定光１ａの可干渉距離を任意に無段階に可変調整することができる。
【００２５】
そして、可干渉距離制御摘み７ａの周囲には、測定光１ａの可干渉距離を表示する可干渉距離表示手段となる可干渉距離目盛１０が設けられている。この可干渉距離目盛１０は、μｍなどの長さの単位によって表示されており、測定光１ａの可干渉距離を長さの情報として直接読み取ることができる。
【００２６】
また、可干渉距離制御装置７は、図２に示すように、いわゆるパーソナルコンピュータ装置１１を用いて構成することもできる。この場合には、この可干渉距離制御装置７は、パーソナルコンピュータ装置１１に接続されたキーボード１１ａやマウス１１ｂ等の入力インターフェイスを介してなされた入力操作に応じた駆動電流を半導体レーザ１に供給する。そして、パーソナルコンピュータ装置に接続されたディスプレイ１１ｃ等の出力インターフェイスにおいて、測定光１ａの可干渉距離を表示する可干渉距離表示手段となる可干渉距離表示１０が行われる。この可干渉距離表示１０は、μｍなどの長さの単位を用いて表示され、測定光１ａの可干渉距離を長さの情報として直接読み取ることができる。
【００２７】
ここで、半導体レーザ１に対する供給電流量と、この半導体レーザ１から発せられる測定光１ａの可干渉距離との間には、例えば、以下の〔表１〕及び図３に示すように、一定の関係がある。
【００２８】
【表１】

【００２９】
すなわち、この半導体レーザにおいては、供給電流量が、１７ｍＡ、２５ｍＡ、２７ｍＡと増加するのに伴って、可干渉距離は、１０μｍ、１６μｍ、２２μｍと長くなってゆく。そして、供給電流量が３０ｍＡのときに、可干渉距離は、４４μｍとなり、供給電流量が３０ｍＡ以上においては、３１ｍＡ、３２ｍＡ、３３ｍＡ、３４ｍＡと供給電流量が増加するのに伴って、可干渉距離は、８２μｍ、３６６μｍ、５２０μｍ、１２８０μｍと長くなってゆく。この半導体レーザにおいては、３０ｍＡ付近がいわゆる閾値電流と考えられるが、この閾値電流の前後においても、供給電流量と可干渉距離との関係は、不連続なものではなく、連続的に変化する関係にある。
【００３０】
このような供給電流量と可干渉距離との関係は、半導体レーザごとの特性や環境温度によって左右されるが、これらの変動要素を取り込んだ制御を行えば、半導体レーザにおいては、供給電流量を制御することによって、出射光束の可干渉距離を制御することができるのである。
【００３１】
この干渉計においては、上述のように、測定光の可干渉距離を制御し、この可干渉距離を試料８の厚さの２倍よりも短くしたときには、試料８の表面８ａからの反射光と基準反射面４ａからの反射光とにより形成される干渉縞上に、試料８の裏面８ｂからの反射光に基づく干渉縞ノイズが重畳しないようにすることができる。
【００３２】
また、測定光の可干渉距離を充分に短くしたときには、参照光及び被検光の光路長が互いに等しい状態（「等光路長の状態」）となるように、試料８の表面８ａの光軸方向についての位置調整、すなわち、試料８の位置合わせを行うことができる。すなわち、図１中の矢印Ｌ_０で示す試料８の表面８ａの近傍における干渉縞観測範囲Ｌ_０と、半導体レーザ１から射出される測定光１ａの可干渉距離をＬｃとの間には、以下の関係が成立している。
【００３３】
Ｌ_０＜（Ｌｃ／２）
半導体レーザ１からの測定光１ａの可干渉距離Ｌｃを充分に短くした場合には、この可干渉距離Ｌｃは、上述したように、２０μｍ以下となる。したがって、干渉縞観測範囲Ｌ_０は１０μｍよりも小さい値となる。そして、試料８は、試料保持機構９によって矢印Ａ方向について移動調整され、干渉縞が観測される位置となされることにより、表面８ａがこの干渉縞観測範囲Ｌ_０内に位置するように位置決めされることになる。
【００３４】
この干渉計においては、このようにして「等光路長の状態」が達成されるように試料８の位置が調整されるので、その後の干渉縞の観測中において、測定光１ａの可干渉距離Ｌｃの長短に関わらずに干渉縞を観測することができ、また、測定光１ａの波長変動が生じても、観測面となる撮像面６ａ上における干渉縞の移動がほとんど生じない状態に抑えられる。
【００３５】
すなわち、光源の波長変動があった場合の参照光及び被検光の光路長差と干渉縞の移動量との関係は、例えば、測定光の波長が６３３ｎｍであって、０．０１％の波長変動があったとすると、以下の〔表２〕に示すように、光路長差が３．１６５μｍ（１０次数）のときに０．００１０次数の干渉縞の移動が生じ、光路長差が３１６．５μｍ（１０００次数）のときに０．１次数の干渉縞の移動が生ずることになる。
【００３６】
【表２】

【００３７】
また、測定光の波長が６３３ｎｍであって、波長変動が０．０００２％であったとしても、以下の〔表３〕に示すように、光路長差が３１６．５μｍ（１０００次数）のときに０．００２１次数の干渉縞の移動が生じ、光路長差が３１６５μｍ（１００００次数）のときに０．０２１次数の干渉縞の移動が生ずることになる。
【００３８】
【表３】

【００３９】
なお、このようにして試料８の位置合わせを行うときには、可干渉距離制御装置７によって、測定光１ａの可干渉距離を若干長くしておくことにより、表面８ａの干渉縞観測範囲Ｌ_０が広くなり、この干渉縞観測範囲Ｌ_０を探し出すことが容易となる。そして、干渉縞の発生を確認しながら、測定光１ａの可干渉距離を徐々に短くしてゆき、この可干渉距離が充分に短くなったときには、干渉縞観測範囲Ｌ_０も充分に狭くなっており、試料８の位置を「等光路長の状態」に設定できる。
【００４０】
このようにして試料８の位置決めが完了した後においては、測定光１ａの可干渉距離を、試料８の形状や性質、すなわち、透明か否か及び厚さ等に応じて適宜設定して、干渉縞の観測を行うことができる。
【００４１】
例えば、表面８ａが光軸に対して傾斜している透明な平板状の試料についてや、図４に示すように、表面８ａに凹凸のある透明な平板状の試料８について、表面８ａの近傍における干渉縞観測範囲Ｌ_０をこの表面８ａの傾斜量や凹凸量に対応した距離とすることにより、裏面８ｂからの反射光による干渉縞を生じさせずに、表面８ａの凹凸の全てについて干渉縞を観察することができる。また、図５に示すように、表裏面８ａ，８ｂが互いに等しい曲率半径の凸面及び凹面となっている透明な板状の試料８について、表面８ａの近傍における干渉縞観測範囲Ｌ_０をこの表面８ａの曲率に対応した距離とすることにより、裏面８ｂからの反射光による干渉縞を生じさせずに、表面８ａの凸面又は凹面の全てについて干渉縞を観察することができる。
【００４２】
上述した干渉計においては、測定光１ａの可干渉距離を短くしたときには、測定光１ａの光出力が下がるので、その分、撮像装置６における画像信号の増幅率を高くするようにしている。すなわち、撮像装置６における画像信号の増幅率を、半導体レーザ１への供給電流量に逆の極性にて連動させることにより、測定光１ａの可干渉距離を調整した場合においても、常に略々等しい明るさの干渉縞を観測することができる。
【００４３】
なお、この干渉計において、試料８の位置決めを行うときには、測定光の可干渉距離を長くしておき、この測定光の波長を意図的に変動させて、干渉縞の移動が生じないようになる位置を探すこととしてもよい。すなわち、半導体レーザ１から試料８の表面までの光路長が半導体レーザ１から基準反射面４ａまでの光路長に等しい「等光路長の状態」になっていない場合には、上述したように、測定光の波長変動によって干渉縞の移動が起こる。したがって、測定光の波長変動があっても干渉縞の移動が生じなくなるように試料８の位置を調整すれば、そのときに「等光路長の状態」が達成されていることになるのである。
【００４４】
また、本発明に係る干渉計において、測定光１ａの可干渉距離を変化させる手段としては、この測定光１ａを、半導体レーザ１からのレーザ光と図示しないＬＥＤ（発光ダイオード）からの光とをプリズム等を用いて合成したものとしておき、これら半導体レーザ１からのレーザ光とＬＥＤからの光との光出力比を変化させることによってもよい。この場合には、半導体レーザ１からのレーザ光とＬＥＤからの光との総量は一定に保ったままで、半導体レーザ１からのレーザ光の占める割合を増減させることにより、測定光１ａの可干渉距離の長短を調整することができる。
【００４５】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る干渉計においては、可干渉距離制御手段により光源から発せられる光束の可干渉距離を充分に短くした状態において、試料保持機構によって試料の位置を調整し、基準反射面により反射されて観測面に到達した光束と試料により反射されて観測面に到達した光束とが干渉して干渉縞を形成することとなる位置に試料を位置させることにより、光源から試料までの光路長を光源から基準反射面までの光路長に等しくすることができる。
【００４６】
また、この干渉計においては、可干渉距離制御手段により光源から発せられる光束の可干渉距離を試料の状態に適した長さとして、観測面に形成される干渉縞の観測を行うことができる。
【００４７】
すなわち、本発明は、試料の状態、形状、性質や行う操作内容に応じて、光源から発せられる測定光の可干渉距離を自在に調整、変化させることができ、また、等光路長の状態を簡易に実現することができるようになされた干渉計を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る干渉計の構成を示す側面図である。
【図２】上記干渉計における可干渉距離制御装置の他の例を示す正面図である。
【図３】上記干渉計の光源として使用される半導体レーザにおける供給電流と出射光の可干渉距離との関係を示すグラフである。
【図４】上記干渉計によって干渉縞を観測される資料の形状の一例を示す縦断面図である。
【図５】上記干渉計によって干渉縞を観測される資料の形状の他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ
１ａ測定光
３ビームスプリッタ
４基準反射板
４ａ基準反射面
６撮像装置
６ａ撮像面
７可干渉距離制御装置
８試料
８ａ表面
８ｂ裏面
９試料保持機構
１０可干渉距離目盛、可干渉距離表示
１１パーソナルコンピュータ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an interferometer used for measuring a surface shape of a sample by utilizing interference of two light beams.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of interferometers have been proposed as interferometers used for measuring the surface shape of a sample by utilizing interference between two light beams. For example, a Michelson interferometer divides measurement light, which is parallel light having coherence, into reference light and test light in a light splitting element such as a beam splitter, and the reference light and test light are divided. Each of the light is reflected by the reference reflecting surface and the surface of the sample, and is synthesized again by the light splitting element to form interference fringes on the observation surface. In this interferometer, the shape of the surface of the sample can be evaluated by observing the state of interference fringes on the observation surface.
[0003]
By the way, if a laser light source is used as the light source for measurement light in such an interferometer, the coherence distance of the laser light is long. Can be observed, which is convenient.
[0004]
However, if the coherence distance of the measurement light is long, when the sample is a transparent parallel thin plate such as a glass plate, the reflected light from the back surface of the sample is reflected from the sample surface or reflected from the reference reflecting surface. Interference occurs, and interference fringes of noise components are superimposed on the original interference fringes.
[0005]
Therefore, when measuring the surface shape of thin glass or the like, a light beam having a short coherence distance using a red light emitting diode or the like as a light source is used as measurement light.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 09-196612 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 09-298175 [Patent Document 3]
JP-A-10-274505 gazette
[Problems to be solved by the invention]
However, in the interferometer as described above, it is troublesome to change the coherence distance of the measurement light by replacing the light source depending on the state, shape, or property of the sample, or by an operation such as insertion / extraction of a filter.
[0008]
Also, if the light source is replaced or the filter is inserted or removed, it will be difficult to maintain the same optical system state and conditions other than the coherence distance of the measurement light, and accurate interference fringes may not be observed. There is.
[0009]
Furthermore, when changing the coherence distance of the measurement light by replacing the light source or inserting / removing the filter, the change of the coherence distance becomes stepwise, and measurement light with an appropriate coherence distance cannot be obtained. There is a case.
[0010]
On the other hand, even when observation is performed using measurement light having a long coherence distance, the optical path length from the light source to the sample surface is equal to the optical path length from the light source to the reference reflecting surface (hereinafter referred to as “equal optical path length state”). If this is not the case, the interference fringe moves due to the wavelength variation of the laser, and the shape measurement using the interference fringe becomes inaccurate. Therefore, even when observation is performed using measurement light having a long coherence distance, it is desirable that the state is “equal optical path length”. If the coherence distance of the measurement light is long, it is difficult to determine whether or not the state is “equal optical path length state”.
[0011]
That is, the optimum coherence distance required for the measurement light differs not only in the state and nature of the sample but also in the adjustment of the interferometer itself and in the observation of the interference fringes.
[0012]
Therefore, the present invention is proposed in view of the above circumstances, and freely adjusts the coherence distance of the measurement light emitted from the light source according to the state, shape, property and operation content of the sample, It is an object of the present invention to provide an interferometer that can be changed.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an interferometer according to the present invention includes a light source that emits a coherent light beam and the coherence distance of the light beam can be controlled, and a light source that controls the light source and emits the light beam. Coherent distance control means for steplessly changing the coherent distance, coherent distance display means for displaying the coherent distance of the light beam emitted from the light source controlled by the coherent distance control means, and light emitted from the light source A light beam splitting element that divides the optical path of the light beam, a reference reflecting surface that irradiates the light beam of one optical path divided by this light beam splitting element and reflects this light beam to reach the observation surface, and a light splitting element. And a sample holding mechanism for positioning and holding the sample at a position where the light flux on the other optical path is irradiated.
[0014]
In this interferometer, in the state where the coherence distance of the light beam emitted from the light source is sufficiently shortened by the coherence distance control means, the position of the sample is adjusted by the sample holding mechanism, and reflected by the reference reflecting surface for observation. The optical path length from the light source to the sample is referenced from the light source by positioning the sample at a position where the light beam reaching the surface interferes with the light beam reflected by the sample and reaching the observation surface to form interference fringes. It can be made equal to the optical path length to the reflecting surface.
[0015]
In this interferometer, the interference fringes formed on the observation surface can be observed by setting the coherence distance of the light beam emitted from the light source by the coherence distance control means to a length suitable for the state of the sample.
[0016]
The interferometer according to the present invention is the above-described interferometer, wherein the light source is a semiconductor laser, and the coherence distance control means is a current control device that controls the amount of current supplied to the semiconductor laser. .
[0017]
Furthermore, in the interferometer according to the present invention, in the above-described interferometer, the coherence distance display means displays the coherence distance as a length in the current control device.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
In this embodiment, the interferometer according to the present invention is configured as a Michelson interferometer. As shown in FIG. 1, the interferometer includes a semiconductor laser 1 serving as a light source of measurement light 1a, a beam splitter 3 serving as a light beam splitting element, a reference reflector 4, an imaging device 6, and a coherent distance control means. The coherent distance control device 7 and the sample holding mechanism 9 are configured.
[0020]
In this interferometer, the measurement light 1 a emitted from the semiconductor laser 1 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 2 and enters the beam splitter 3. In the beam splitter 3, the measurement light 1 a is divided into reference light reflected by the reflection surface 3 a of the beam splitter 3 and test light transmitted through the reflection surface 3 a.
[0021]
The reference light is reflected by the standard reflecting surface 4a of the standard reflecting plate 4, returns to the beam splitter 3, transmits the reflecting surface 3a, and is imaged by the imaging lens 5 on the imaging surface (CCD) 6a of the imaging device 6 serving as an observation surface. Is incident on. Then, the test light is reflected by the surface 8a of the sample 8 supported by the sample holding mechanism 9, returns to the beam splitter 3, and is reflected by the reflecting surface 3a to be combined with the reference light. Then, these reference light and test light form interference fringes on the imaging surface 6 a via the imaging lens 5.
[0022]
As shown by an arrow A in FIG. 1, the sample holding mechanism 9 holds the sample 8 so as to be movable in the optical axis direction, and positions the sample 8.
[0023]
By the way, in this interferometer, an element that can variably control the coherence distance of the emitted light steplessly is used as the semiconductor laser 1. In the semiconductor laser 1, the coherence distance of the emitted light is variably controlled steplessly by controlling the amount of drive current supplied by the coherence distance control device 7.
[0024]
The coherent distance control device 7 includes a coherent distance control knob 7 a that can be rotated, and supplies a driving current to the semiconductor laser 1 in accordance with the rotation angle position of the coherent distance control knob 7 a. In the semiconductor laser 1, there is a certain relationship between the supplied drive current and the coherence distance of the emitted measurement light 1a. Therefore, by rotating the coherence distance control knob 7a of the coherence distance control device 7, the coherence distance of the measurement light 1a can be variably adjusted steplessly.
[0025]
A coherent distance scale 10 serving as a coherent distance display means for displaying the coherent distance of the measuring light 1a is provided around the coherent distance control knob 7a. The coherence distance scale 10 is displayed in units of length such as μm, and the coherence distance of the measurement light 1a can be directly read as length information.
[0026]
The coherent distance control device 7 can also be configured using a so-called personal computer device 11 as shown in FIG. In this case, the coherent distance control device 7 supplies the semiconductor laser 1 with a drive current corresponding to an input operation performed via an input interface such as a keyboard 11a and a mouse 11b connected to the personal computer device 11. . A coherent distance display 10 serving as a coherent distance display means for displaying the coherent distance of the measuring light 1a is performed on an output interface such as a display 11c connected to the personal computer device. The coherence distance display 10 is displayed using a unit of length such as μm, and the coherence distance of the measurement light 1a can be directly read as length information.
[0027]
Here, between the amount of current supplied to the semiconductor laser 1 and the coherence distance of the measuring light 1a emitted from the semiconductor laser 1, for example, as shown in the following [Table 1] and FIG. There is a relationship.
[0028]
[Table 1]

[0029]
That is, in this semiconductor laser, the coherence distance increases as 10 μm, 16 μm, and 22 μm as the amount of supplied current increases to 17 mA, 25 mA, and 27 mA. When the supply current amount is 30 mA, the coherence distance is 44 μm. When the supply current amount is 30 mA or more, the coherence distance increases as the supply current amount increases to 31 mA, 32 mA, 33 mA, 34 mA. Becomes longer as 82 μm, 366 μm, 520 μm, and 1280 μm. In this semiconductor laser, the vicinity of 30 mA is considered to be a so-called threshold current. However, the relationship between the amount of supplied current and the coherent distance is not discontinuous and continuously changes before and after the threshold current. It is in.
[0030]
The relationship between the amount of supplied current and the coherent distance depends on the characteristics of each semiconductor laser and the ambient temperature. However, if control is performed by incorporating these variable factors, the amount of supplied current is reduced in a semiconductor laser. By controlling, the coherence distance of the emitted light beam can be controlled.
[0031]
In this interferometer, as described above, when the coherence distance of the measurement light is controlled and the coherence distance is shorter than twice the thickness of the sample 8, the reflected light from the surface 8a of the sample 8 Interference fringe noise based on the reflected light from the back surface 8b of the sample 8 can be prevented from being superimposed on the interference fringes formed by the reflected light from the reference reflecting surface 4a.
[0032]
Further, when the coherence distance of the measurement light is sufficiently shortened, the optical axis of the surface 8a of the sample 8 is set so that the optical path lengths of the reference light and the test light are equal to each other (“equal optical path length state”). Position adjustment in the direction, that is, alignment of the sample 8 can be performed. That is, between the interference fringe observation range L ₀ in the vicinity of the surface 8 a of the sample 8 indicated by the arrow L ₀ in FIG. 1 and the coherence distance of the measurement light 1 a emitted from the semiconductor laser 1, the following is given: The relationship is established.
[0033]
L ₀ <(Lc / 2)
When the coherence distance Lc of the measurement light 1a from the semiconductor laser 1 is made sufficiently short, the coherence distance Lc is 20 μm or less as described above. Therefore, the interference fringe observation range L ₀ is a value smaller than 10 μm. Then, the sample 8 is moved and adjusted for direction of arrow A by the sample holding mechanism 9, by being made to the position where interference fringes are observed, the surface 8a is positioned so as to be located in the interference fringe observation range L within ₀ Will be.
[0034]
In this interferometer, the position of the sample 8 is adjusted so that the “equal optical path length state” is achieved in this way. Therefore, during the subsequent observation of the interference fringes, the coherence distance Lc of the measurement light 1a. The interference fringes can be observed regardless of the length of the image, and even when the wavelength of the measurement light 1a changes, the interference fringes are hardly moved on the imaging surface 6a serving as the observation surface.
[0035]
That is, the relationship between the optical path length difference between the reference light and the test light and the amount of movement of the interference fringes when the wavelength of the light source is varied is, for example, that the wavelength of the measurement light is 633 nm and the wavelength is 0.01% Assuming that there is a fluctuation, as shown in Table 2 below, when the optical path length difference is 3.165 μm (10th order), 0.0010th-order interference fringes move, and the optical path length difference is 316.5 μm. In the case of (1000 order), movement of interference fringes of 0.1 order occurs.
[0036]
[Table 2]

[0037]
Even when the wavelength of the measurement light is 633 nm and the wavelength variation is 0.0002%, as shown in [Table 3] below, when the optical path length difference is 316.5 μm (1000 order) The movement of the interference fringes of the order of 0.0021 occurs, and the movement of the interference fringes of the order of 0.021 occurs when the optical path length difference is 3165 μm (10000 order).
[0038]
[Table 3]

[0039]
When aligning the sample 8 in this manner, the interference fringe observation range L _{0 on the} surface 8a is widened by slightly increasing the coherence distance of the measurement light 1a by the coherence distance control device 7. Thus, it becomes easy to find the interference fringe observation range L ₀ . Then, while confirming the occurrence of interference fringe, Yuki gradually shorten the coherence length of the measuring light 1a, when the coherence length becomes sufficiently short, the interference fringe observation area L ₀ be is sufficiently narrow Therefore, the position of the sample 8 can be set to “equal optical path length state”.
[0040]
After the positioning of the sample 8 is completed in this way, the coherence distance of the measuring light 1a is appropriately set according to the shape and properties of the sample 8, that is, whether or not it is transparent, the thickness, etc. It is possible to observe stripes.
[0041]
For example, in the case of a transparent flat sample whose surface 8a is inclined with respect to the optical axis, or in the case of a transparent flat sample 8 having irregularities on the surface 8a as shown in FIG. By setting the interference fringe observation range L ₀ to a distance corresponding to the inclination amount and the unevenness amount of the surface 8a, the interference fringes are formed on all the unevennesses of the surface 8a without causing the interference fringes due to the reflected light from the back surface 8b. Can be observed. Further, as shown in FIG. 5, the interference fringe observation range L ₀ in the vicinity of the surface 8a of the transparent plate-like sample 8 in which the front and

back surfaces

8a and 8b are convex surfaces and concave surfaces having the same radius of curvature. By setting the distance corresponding to the curvature of 8a, the interference fringes can be observed on all the convex surfaces or concave surfaces of the front surface 8a without causing interference fringes due to the reflected light from the back surface 8b.
[0042]
In the above-described interferometer, when the coherence distance of the measurement light 1a is shortened, the optical output of the measurement light 1a is lowered. Therefore, the amplification factor of the image signal in the imaging device 6 is increased accordingly. That is, even when the coherence distance of the measuring light 1a is adjusted by linking the amplification factor of the image signal in the imaging device 6 with the amount of current supplied to the semiconductor laser 1 with the opposite polarity, it is always substantially equal. Brightness interference fringes can be observed.
[0043]
In this interferometer, when the sample 8 is positioned, the coherence distance of the measurement light is lengthened and the wavelength of the measurement light is intentionally changed so that the interference fringes do not move. It is good also as searching for a position. That is, when the optical path length from the semiconductor laser 1 to the surface of the sample 8 is not “equal optical path length state” equal to the optical path length from the semiconductor laser 1 to the reference reflecting surface 4a, the measurement is performed as described above. The movement of interference fringes occurs due to the wavelength variation of light. Therefore, if the position of the sample 8 is adjusted so that the movement of the interference fringes does not occur even when the wavelength of the measurement light varies, the “equal optical path length state” is achieved at that time.
[0044]
In the interferometer according to the present invention, as means for changing the coherence distance of the measurement light 1a, the measurement light 1a is divided into laser light from the semiconductor laser 1 and light from an LED (light emitting diode) (not shown). It may be synthesized using a prism or the like, and the light output ratio between the laser light from the semiconductor laser 1 and the light from the LED may be changed. In this case, the coherence distance of the measuring light 1a can be increased or decreased by increasing or decreasing the ratio of the laser light from the semiconductor laser 1 while keeping the total amount of the laser light from the semiconductor laser 1 and the light from the LED constant. The length can be adjusted.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, in the interferometer according to the present invention, in the state where the coherence distance of the light beam emitted from the light source is sufficiently shortened by the coherence distance control means, the position of the sample is adjusted by the sample holding mechanism, and the reference reflection is performed. By positioning the sample at a position where the light beam reflected by the surface and reaching the observation surface interferes with the light beam reflected by the sample and reaching the observation surface to form an interference fringe, The optical path length can be made equal to the optical path length from the light source to the reference reflecting surface.
[0046]
In this interferometer, the interference fringes formed on the observation surface can be observed by setting the coherence distance of the light beam emitted from the light source by the coherence distance control means to a length suitable for the state of the sample.
[0047]
That is, according to the present invention, the coherence distance of the measurement light emitted from the light source can be freely adjusted and changed according to the state, shape, property and operation content of the sample, and the state of the equal optical path length can be changed. It is possible to provide an interferometer that can be easily realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a configuration of an interferometer according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing another example of a coherent distance control device in the interferometer.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a supply current and a coherence distance of emitted light in a semiconductor laser used as a light source of the interferometer.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of the shape of a material whose interference fringes are observed by the interferometer.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another example of the shape of a material whose interference fringes are observed by the interferometer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 1a Measurement light 3 Beam splitter 4 Reference reflecting plate 4a Reference reflecting surface 6 Imaging device 6a Imaging surface 7 Coherence distance control device 8 Sample 8a Front surface 8b Back surface 9 Sample holding mechanism 10 Coherence distance scale, coherence distance display 11 Personal computer device

Claims

A light source that emits a coherent light beam, and the coherence distance of the light beam can be controlled;
A coherence distance control means for controlling the light source and changing the coherence distance of the light beam emitted from the light source steplessly;
A coherence distance display means for displaying a coherence distance of a light beam emitted from the light source controlled by the coherence distance control means;
A light beam splitting element that splits an optical path of a light beam emitted from the light source;
A reference reflecting surface that is irradiated with a light beam of one optical path divided by the light beam splitting element and reflects the light beam to reach an observation surface;
An interferometer comprising: a sample holding mechanism that positions and holds a sample at a position where the light beam on the other optical path divided by the light beam splitting element is irradiated.

The light source is a semiconductor laser,
2. The interferometer according to claim 1, wherein the coherent distance control means is a current control device that controls a supply current amount to the semiconductor laser.

The interferometer according to claim 1 or 2, wherein the coherence distance display means is a means for displaying the coherence distance as a length in the current control device.