JP6796780B2 - 白色干渉装置及び白色干渉装置の計測方法 - Google Patents
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Description
n=ΔR/ΔL
t=ΔR/ΔL(ΔR−ΔL)
を用いて演算する。これにより、測定対象物の屈折率及び厚みを同時に計測することができる。
図1は、本発明の第1実施形態の白色干渉装置10の構成を示す概略図である。図1に示すように、白色干渉装置10は、白色干渉法を用いて測定対象物11の屈折率及び厚みを同時計測(測定)する。
本実施形態では、測定対象物11の厚み及び屈折率を演算するため、詳しくは後述するが、計測光学系16を上下方向に移動させながら、第1面11a及び第2面11bにそれぞれ測定光B1の焦点が合う(合焦する)計測光学系16の2種類の高さ位置(距離h)を検出する。また、本実施形態では、第1面11a及び第2面11bにてそれぞれ反射した測定光B1に対応する干渉信号Sの干渉ピークが検出される計測光学系16の2種類の高さ位置(距離h)を検出する。
図6は、制御装置18の機能ブロック図である。図6に示すように、制御装置18は、例えばCPU(Central Processing Unit)或いはFPGA(field-programmable gate array)を含む各種の演算部と処理部とメモリ等により構成されている。この制御装置18は、メモリ等から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、光源制御部31と、移動制御部32と、干渉信号取得部33と、高さ位置取得部34と、焦点位置検出部35と、干渉ピーク位置検出部36と、焦点位置変化量検出部37と、ピーク位置変化量検出部38と、演算部39と、記憶部40として機能する。
測定対象物11の厚みをtとし、屈折率をnとした場合、前述の焦点高さ位置変化量ΔLは下記の[数1]式で表される。また、前述の干渉ピーク高さ位置変化量ΔRは下記の[数2]式で表される。
次に、図7を用いて上記構成の白色干渉装置10による屈折率及び厚みの計測処理について詳しく説明する。図7は、第1実施形態の白色干渉装置10による屈折率及び厚みの計測処理(計測方法)の流れを示すフローチャートである。
以上のように第1実施形態の白色干渉装置10では、計測光学系16を上下方向に移動させながら撮像素子27により干渉信号Sを検出した結果に基づき、測定対象物11の屈折率及び厚みを同時計測することができる。このため、屈折率が未知の測定対象物11であってもその厚みを計測することができるので、上記特許文献1及び非特許文献1〜3に記載の装置と比較して、白色干渉法による厚みの計測をより正確に行うことができる。
図8は、第2実施形態の白色干渉装置10における屈折率及び厚みの計測対象を説明するための説明図である。上記第1実施形態の白色干渉装置10では、単層の測定対象物11の屈折率及び厚みを計測している。これに対して、図8に示すように、第2実施形態では、複数種類の測定対象物11が複数層積層されてなる積層体11Lを計測対象とし、この積層体11Lの層毎(測定対象物11毎)に屈折率及び厚みを計測する。
第1層目の測定対象物11の厚みをt1とし、屈折率をn1とした場合、第1層目の測定対象物11に対応する焦点高さ位置変化量ΔL1は下記の[数6]式で表される。また、第1層目の測定対象物11に対応する干渉ピーク高さ位置変化量ΔRは下記の[数7]式で表される。
次に、図11を用いて第2実施形態の白色干渉装置10による積層体11Lの各層(測定対象物11)の屈折率及び厚みの計測処理について説明する。図11は、第2実施形態の白色干渉装置10による屈折率及び厚みの計測処理(計測方法)の流れを示すフローチャートである。
以上のように第2実施形態の白色干渉装置10では、計測対象が積層体11Lであったとしても、計測光学系16を上下方向に移動させながら撮像素子27により干渉信号Sを検出した結果に基づき、積層体11Lの層毎(測定対象物11毎)に屈折率及び厚みを計測することができる。また、上記第1実施形態の同様の効果が得られる。
次に、第3実施形態の白色干渉装置10A(図12参照)について説明を行う。上記第1実施形態の白色干渉装置10では、測定対象物11の屈折率及び厚みの計測を行うが、第3実施形態の白色干渉装置10Aでは、既述の屈折率及び厚みの計測に加えて、測定対象物11の第1面11a及び第2面11bの全焦点画像51(図13参照)及び三次元形状データ52(図13参照)を生成する。
以上のように第3実施形態の白色干渉装置10Aでは、計測光学系16を上下方向に移動させながら撮像素子27により干渉信号Sを検出した結果に基づき、屈折率n及び厚みtの計測の他に、全焦点画像51及び三次元形状データ52の生成を同時に行うことができる。
上記各実施形態では、参照光路VRに参照ミラー26を配置しているが、参照ミラー26を配置する代わりに、参照光路VRとしてループ状の光ファイバケーブルを配置してもよい。また、計測光学系16の構成は、図1等に示した構成に限定されるものではなく、白色干渉法を用いた公知の白色干渉装置で利用される計測光学系に置き換えてもよい。
Claims (7)
- 白色光を出射する白色光源と、
前記白色光源から出射した前記白色光を測定光と参照光とに分割して、前記測定光を測定光路に出射し、且つ前記参照光を参照光路に出射する光分割部と、
前記光分割部と、前記測定光路に配置された測定対象物との間の前記測定光の距離を変化させる距離変化部と、
前記測定対象物にて反射された前記測定光と、前記参照光路を経た前記参照光との干渉信号を検出する干渉信号検出部であって、且つ前記距離変化部による前記距離の変化が実行されている場合に前記干渉信号を検出する干渉信号検出部と、
前記干渉信号検出部が検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記測定対象物の前記測定光が入射する側の第1面に前記測定光の焦点が合う第1距離と、前記測定対象物の前記第1面とは反対側の第2面に前記測定光の焦点が合う第2距離と、を検出する第1検出部と、
前記干渉信号検出部が検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記第1面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第3距離と、前記第2面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第4距離と、を検出する第2検出部と、
前記第1検出部及び前記第2検出部の双方の検出結果に基づき、前記測定対象物の屈折率、及び前記測定対象物の前記第1面と前記第2面との間の厚みを演算する演算部と、
を備え、
前記第1距離をLとし、前記第2距離をL+ΔLとし、前記第3距離をRとし、前記第4距離をR+ΔRとし、前記屈折率をnとし、前記厚みをtとした場合、前記演算部は、前記屈折率及び前記厚みを下記の式、
n=ΔR/ΔL
t=ΔR/ΔL(ΔR−ΔL)
を用いて演算する白色干渉装置。 - 白色光を出射する白色光源と、
前記白色光源から出射した前記白色光を測定光と参照光とに分割して、前記測定光を測定光路に出射し、且つ前記参照光を参照光路に出射する光分割部と、
前記光分割部と、前記測定光路に配置された測定対象物との間の前記測定光の距離を変化させる距離変化部と、
前記測定対象物にて反射された前記測定光と、前記参照光路を経た前記参照光との干渉信号を検出する干渉信号検出部であって、且つ前記距離変化部による前記距離の変化が実行されている場合に前記干渉信号を検出する干渉信号検出部と、
前記干渉信号検出部が検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記測定対象物の前記測定光が入射する側の第1面に前記測定光の焦点が合う第1距離と、前記測定対象物の前記第1面とは反対側の第2面に前記測定光の焦点が合う第2距離と、を検出する第1検出部と、
前記干渉信号検出部が検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記第1面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第3距離と、前記第2面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第4距離と、を検出する第2検出部と、
前記第1検出部及び前記第2検出部の双方の検出結果に基づき、前記測定対象物の屈折率、及び前記測定対象物の前記第1面と前記第2面との間の厚みを演算する演算部と、
を備え、
前記測定対象物が複数層積層されている場合、
前記第1検出部は、前記第1距離及び前記第2距離を前記測定対象物の層毎に検出し、
前記第2検出部は、前記第3距離及び前記第4距離を前記測定対象物の層毎に検出し、
前記演算部は、前記屈折率及び前記厚みを前記測定対象物の層毎に演算し、
任意の自然数をKとし、前記測定光が入射する側から第K層目の前記測定対象物の前記屈折率及び前記厚みをそれぞれnK及びtKとした場合、前記第K層目の前記測定対象物の前記第1距離が下記(1)式で表され、且つ前記第2距離が下記(2)式で表され、且つ前記第3距離が下記(3)式で表され、且つ前記第4距離が下記(4)式で表され、
前記演算部は、第K層目の前記測定対象物の前記屈折率及び前記厚みを、下記の(5)式及び(6)式、
を用いて演算する白色干渉装置。 - 前記干渉信号検出部は、複数の画素を有する撮像素子であり、
前記撮像素子の画素毎に前記干渉信号を検出し、
前記第1検出部は、前記画素毎の前記干渉信号に基づき、当該画素毎に前記第1距離及び前記第2距離を検出し、
前記第2検出部は、前記画素毎の前記干渉信号に基づき、当該画素毎に前記第3距離及び前記第4距離を検出し、
前記演算部は、前記屈折率及び前記厚みを前記画素毎に演算する請求項1又は2に記載の白色干渉装置。 - 前記第1検出部が検出した前記画素毎の前記第1距離及び前記第2距離に基づき、前記撮像素子が前記画素毎に検出した前記干渉信号から、前記測定対象物の前記第1面及び前記第2面の全焦点画像を生成する全焦点画像生成部を備える請求項3に記載の白色干渉装置。
- 前記第2検出部が検出した前記画素毎の前記第3距離に基づき、前記測定対象物の前記第1面の三次元形状データを生成し、且つ前記第2検出部が検出した前記画素毎の前記第4距離に基づき、前記測定対象物の前記第2面の三次元形状データを生成する三次元形状データ生成部を備える請求項3又は4に記載の白色干渉装置。
- 白色光源から白色光を出射する出射ステップと、
前記白色光源から出射した前記白色光を光分割部により測定光と参照光とに分割して、前記測定光を測定光路に出射し、且つ前記参照光を参照光路に出射する光分割ステップと、
前記光分割部と、前記測定光路に配置された測定対象物との間の前記測定光の距離を変化させる距離変化ステップと、
前記測定対象物にて反射された前記測定光と、前記参照光路を経た前記参照光との干渉信号を検出する干渉信号検出ステップであって、且つ前記距離変化ステップで前記距離の変化が実行されている場合に前記干渉信号を検出する干渉信号検出ステップと、
前記干渉信号検出ステップで検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記測定対象物の前記測定光が入射する側の第1面に前記測定光の焦点が合う第1距離と、前記測定対象物の前記第1面とは反対側の第2面に前記測定光の焦点が合う第2距離と、を検出する第1検出ステップと、
前記干渉信号検出ステップで検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記第1面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第3距離と、前記第2面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第4距離と、を検出する第2検出ステップと、
前記第1検出ステップ及び第2検出ステップの双方の検出結果に基づき、前記測定対象物の屈折率、及び前記測定対象物の前記第1面と前記第2面との間の厚みを演算する演算ステップと、
を有し、
前記第1距離をLとし、前記第2距離をL+ΔLとし、前記第3距離をRとし、前記第4距離をR+ΔRとし、前記屈折率をnとし、前記厚みをtとした場合、前記演算ステップは、前記屈折率及び前記厚みを下記の式、
n=ΔR/ΔL
t=ΔR/ΔL(ΔR−ΔL)
を用いて演算する白色干渉装置の計測方法。 - 白色光源から白色光を出射する出射ステップと、
前記白色光源から出射した前記白色光を光分割部により測定光と参照光とに分割して、前記測定光を測定光路に出射し、且つ前記参照光を参照光路に出射する光分割ステップと、
前記光分割部と、前記測定光路に配置された測定対象物との間の前記測定光の距離を変化させる距離変化ステップと、
前記測定対象物にて反射された前記測定光と、前記参照光路を経た前記参照光との干渉信号を検出する干渉信号検出ステップであって、且つ前記距離変化ステップで前記距離の変化が実行されている場合に前記干渉信号を検出する干渉信号検出ステップと、
前記干渉信号検出ステップで検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記測定対象物の前記測定光が入射する側の第1面に前記測定光の焦点が合う第1距離と、前記測定対象物の前記第1面とは反対側の第2面に前記測定光の焦点が合う第2距離と、を検出する第1検出ステップと、
前記干渉信号検出ステップで検出した前記距離ごとの前記干渉信号に基づき、前記第1面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第3距離と、前記第2面で反射された前記測定光に対応する前記干渉信号のピークが検出される第4距離と、を検出する第2検出ステップと、
前記第1検出ステップ及び第2検出ステップの双方の検出結果に基づき、前記測定対象物の屈折率、及び前記測定対象物の前記第1面と前記第2面との間の厚みを演算する演算ステップと、
を有し、
前記測定対象物が複数層積層されている場合、
前記第1検出ステップは、前記第1距離及び前記第2距離を前記測定対象物の層毎に検出し、
前記第2検出ステップは、前記第3距離及び前記第4距離を前記測定対象物の層毎に検出し、
前記演算ステップは、前記屈折率及び前記厚みを前記測定対象物の層毎に演算し、
任意の自然数をKとし、前記測定光が入射する側から第K層目の前記測定対象物の前記屈折率及び前記厚みをそれぞれnK及びtKとした場合、前記第K層目の前記測定対象物の前記第1距離が下記(1)式で表され、且つ前記第2距離が下記(2)式で表され、且つ前記第3距離が下記(3)式で表され、且つ前記第4距離が下記(4)式で表され、
前記演算ステップは、第K層目の前記測定対象物の前記屈折率及び前記厚みを、下記の(5)式及び(6)式、
を用いて演算する白色干渉装置の計測方法。
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