JPH04504615A - 表面構造を干渉方式で検出する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 表面構造を干渉方式で検出する装置 従来の技術 本発明は、表面構造をこの表面上の測定点におけるレーザスペックル対における 位相差の測定により干渉方式で検出する装置に関する。

この種の装置および相応の方法は、ドイツ連邦共和国第３３１８６７８号にまた は専門書“Ｌａ５ｅｒ　−５ｐｅｃ−ｋｌｅ”、　Ｊ　、　Ｃ、Ｄａｉｎｔｙ、 Ｓｐｒｉｎｇｅｒ出版、Ｂｅｒｌｉｎ、Ｈｅｉｄｅｒ−ｂｅｒｇ、　Ｎｅｗ　Ｙ ｏｒｋ、］、　９７５に詳細に示されテイル。

この公知の装置の場合、レーザから放出される光は基準ビームと測定ビームとに 分解され、この場合、装置が基準ビームの周波数を編移させる。測定ビームは、 測定されるべき粗い表面で反射されて次に基準ビームと共通にインターフェログ ラム表面において結像される。この種の粗い表面の場合、インターフェログラム 面において通常のインターフェログラムが得られるのではなく、スペックルパタ ーンが得られる。次に位相差の測定により、冒頭に述べた従来技術に説明された 様に、粗い表面の幾何学的形状が推定される。

両方のビームの種々異なる波長の即ち周波数の形成の目的で、レンズ、ミラーお よびプリズムを有する複雑な光学的装置ならびに詳述されない周波数変換器が用 いられる。しかしこの種の装置は製造において複雑で高価であるだけでなく、必 要とされる精度の場合に調整が困難である。さらにこの装置は大きい空間的ひろ がりを必要とするため、小型の掛帯装置の中に取り付けるのが困難である。

発明の利点 これに対して請求項１の特徴部分に示された構成を有する本発明の装置は、ビー ムの分解および周波数変化の目的で、光フアイバー導体を有する著しく簡単な装 置を使用できる利点を有する。この種のファイバー導体用の光カプラーとスプリ ッターは、市販の部品として入手可能である。これによりビーム案内が可変にな りさらに少なくともこの領域において調整を何ら必要としない。周波数編移は、 ファイバー導体の所定の延長部および周波数変調ないし波長変調によりなされる 。これにより“周波数変換器′が著しく簡単にかつコスト的に有利になる。ファ イバー導体は互いに著しく密に案内することが可能でかつこの場合、何らかの精 度が問題とされないため、装置全体が著しくコスト的に有利になるだけでなくさ らに著しくコンパクトになる。

請求項２以下の記載により請求項１に示された装置の有利な構成が可能となる。

測定の場合の特別な問題点は、測定表面上の測定されるべき高低差が公知の方法 の場合は測定ビームの半波長よりも小さくなければならないことである。半波長 だけ異なる高低差は同じ信号を即ち３６０’の位相差を与えてしまう。この問題 点に対処するためにこの公知の方法の場合、測定ビームの波長が相応に選定され る、即ち測定されるべき表面の粗さおよび構造に関しての多少の予備情報または 予測を必要とする。複数個の結合された、異なる波長を有するレーザダイオード の使用により、この問題が目立たなくなる。評価回路において干渉計により重畳 された、各々のレーザ源の信号から位相差が公知のように測定されて、次にめら れた種々の位相差の比較がなされる。位相差の形成の場合、一義的な差が、高さ 構造における差が半波長よりも小さい値だけ異なるかまた半波長の整数倍だけ異 なるかに関しての一義的な相違が生ずる。その都度に測定されるべき表面への波 長の適合調整は広い限界においてもはや必要とされない。その結果、著しく異な る表面も同じ測定により特別な設定調整なしに調べることができる。

簡単な構造上の構成は、分解装置に、少なくとも２つの入力側の光フアイバー導 体用の光カップラーが設けられる。

種々のレーザ源の波長は互いにわずか異なる。より多い個数のレーザ源の場合は 結果の精度が向上される構造上の構成は次の点にある、即ち全部のレーザ源が同 時に動作すること、およびレーザ源の個数に相応する個数の光受信器が受信装置 中に設けられている。

この場合、これらの光受信器の入口にレーザビームの異なる波長を有するその成 分への分解用のかつ個々のフォト受信器への案内用の手段が、設けられている。

この同時作動の場合、レーザ源は著しく簡単に制御できる。さらに測定結果の同 時の存在により著しく簡単な評価が可能となる。当然この場合、複数個の光受信 器、ならびにレーザビームを分解するための装置が必要とされる。他方、レーザ 源はシーケンシャルにも動作可能であり、そのためこの場合、光受信装置中にた だ一つのフォト受信器だけが必要とされる。この場合、評価の目的で、測定結果 の一時記憶のためのメモリ装置が必要とされ、さらに複数個のレーザ源をシーケ ンシャルに制御する必要がある。

図面 本発明の２つの実施例が図面に示されていて、さらに以下の記載において説明さ れる。第１図はレーザ源のシーケンシャルな作動のための、および第２図レーザ 源の同時作動のための測定構成図である。

実施例の説明 第１図に示されている第１実施例の場合、レーザダイオードとして構成されてい る３つのレーザ源１０〜１２が設けられており、それらの周波数は電流変調によ り例えば注入電流変調により、変調される。レーザ源１１と１２との間の破線は 、レーザ源の個数の増加も可能であることを示す。しかし少なくとも２つのレー ザダイオードを設ける必要がある。これらのレーザダイオードから放射されるレ ーザビームは、その都度に光フアイバー導体１３〜１５を介して、カップラー− および分解装置１６へ導びかれ、ここでレーザビームはまず最初に唯一つのビー ムへ結合され続いて再び２つの同一の出力ビームへ即ち基準ビームと測定ビーム へ分解される。基準ビームは光フアイバー導体１７において転送され、測定ビー ムは光導体１８において転送される。光フアイバー導体１７は基準ビーム用にル ープ１９を有しており、このループはファイバー導体１７をファイバー導体１８ よりもこのループ１９の長さだけ延長する。

周波数変調および、異なる光路中の通過により、基準ビームにおいて測定ビーム におけるのと比較して相対的な周波差が生ずる。これはレーザ光の通常の周波数 に関してはパーセント的に著しくわずかであり、例えば数ＫＨｚの値を有するこ とがある。

基準ビームおよび測定ビームは、ファイバー導体からそれらの両端において送出 され平行化されて、旋回装置へ導びかれる。旋回装置は、４５°だけ傾斜された ミラー２２とビーム案内部材２３から構成されている。ビーム案内部材は４５″ の角度で反対方向へ傾斜されている。端部２０から送出される基準ビームは、ミ ラー２２において直角に旋回されて、ビームスプリッタ２３を通過して、光受信 装置２５におけるフォトダイオードとして構成されている光受信器２４へ達する 。測定ビームは端部２１からビームスプリッタ２３を通過して、物体の測定され るべき表面へ走行して、ここから反射されてさらにビームスプリッタ２３により 同じく光受信器２４へ導びかれる。両方の成分は干渉計原理により互いに重畳さ れて、光受信器ユニットを照射する。

光受信器ユニット２４の受信信号は光受信装置２５において必要に応じて処理さ れて、評価装置２７へ導びかれる。この評価装置は周波数変調器２８と共に、制 御−および評価電子装置２９を構成する。周波数変調器２８によりレーザ源１０ 〜１２が、それらの周波数ないし波長を変化する目的で電流変調されて例えば注 入電流変調されて、シーケンシャルに所定の時間領域の中に挿入される。

第１図に示されている測定装置はいわゆるモノカラ（’ｍｏｎｏｃｏｌｏｒ）作 動形式で動作する、即ちレーザ源１０〜１２がシーケンシャルにそのそれぞれの 時間領域の中に、常に１つの波長を有するレーザ光だけが存在するように、挿入 される。１つの波長のこのレーザ光は前述のカップラー−およびスプリッタ装置 １６において測定ビームと基準ビームへ分解される。周波数変調およびループ１ ９の中の通過により基準ビームは測定ビームから例えば数ＫＨｚの周波数偏差を 受ける。

この基準ビームと物体２６の表面において反射された測定ビームとは、次に干渉 計原理により重畳されて光受信器２４を照射する。そのためこの光受信器の受信 信号も、測定ビームと基準ビームとの間の周波数差に相応する例えば数ＫＨｚの 周波数を有する。この場合、物体２６の表面上の非平担性および高低差に応じて 、この高低差に依存する位相差が生ずる。このことは冒頭に述べた従来技術にお いて説明されている。例えば、レーザ光の波長の半分に相応するプロフィル変化 が、３６０６の測定信号幅差を生ぜさせる。

続いて相次いで、それぞれ例えば１０％だけ高められた波長を有する他のレーザ 源１１および１２が投入接続される。そのためそれに応じて測定信号の３２４６ と２９８°の位相偏差を生ぜさせてしまう。そのため差形成により３６°と７２ ６の位相差角度が検出される。他方、物体２６の上の高低差が第１レーザ源１０ のレーザ光の１波長の値を有するとすれば、７２°と１４４’の位相差角度が形 成される。このようにして、高低差が半波長の複数倍の値を有する表面構造のさ らに正確な測定が可能となる。

第２図に示されている第２実施例は実質的に第１実施例に相応する。異なる点は 光受信装置２５ではなく、光受信装置３０が設けられている。後者の光受信装置 は、レーザ源の個数に相応する個数の光受信器３１〜３３を有する。この実施例 の場合は３つである。この実施例の場合、全部で３つのレーザ源１０〜１２が同 時に動作する。３つの異なる波長を有する、相応に重畳されたレーザビームが、 光受信装置３０の直前で、プリズム３４または他の波長分解器たとえば光格子に より、異なる波長を育するそれらの個々の成分へ分解される。この場合この評価 は同時に行なわる、何故ならば全部の３つの測定値が同時に存在するからである 。他方、第１実施例の場合は、位相差がめられる前に一時記憶が必要とされる。

第２図の基礎となる動作方式はマルチカラー（Ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ）作動と称 することもできる。

国際調査報告 −１１□１細１１１ｍ、ＰＣＴ／ＤＥ　９０１０００６６国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．表面構造をこの表面上の測定点におけるレーザスポット対における位相差の 測定により干渉方式で検出する装置であって、該検出装置は少なくとも２つのレ ーザ源を備えており、さらにその都度に発生されるレーザビームを２つの部分ビ ームへ分解する分解装置を備えており、この両方の部分ビームが互いに周波数が ずらされておりて、基準ビームとしての一方の部分ビームと、測定点へ導びかれ ここで反射される測定ビームとしての他方の部分ビームとが干渉計方式で重畳さ れて１つの光受信装置へ導びかれるようにし、この場合、該光受信装置に位相差 を測定するための評価装置が後置接続されている表面構造の干渉計方式による検 出装置において、レーザ源（１０〜１２）を作動する少なくとも一つの周波数変 調器（２８）が設けられており、さらに分解装置（１６）は入力側で光ファイバ ー媒体（１３−１５）を介して少なくとも２つのレーザ源（１０−１２）と接続 されており、さらに分解装置（１６）から送出された両方の部分ビームも少なく とも、光学的ファイバ導体（１７，１８）における１つの部分にわたり走行する ようにし、さらにこれらのファイバー導体の一方（１７）が他方のファイバー導 体よりも長い延長部（１９）を有していることを特徴とする表面構造を干渉方式 で検出する装置。
2. ２．レーザ源（１０〜１２）が半導体レーザとして構成されており、さらに周波 数変調される目的で周波数変調器（２８）により電流変調形式でレーザ源が作動 されるようにした請求項１記載の装置。
3. ３．電流変調が注入電流変調であるようにした請求項２記載の装置。
4. ４．評価装置（２７）が干渉計方式で重畳された、各々のレーザ源（１０〜１２ ）からの信号から位相差が求められるようにし、この場合、種々の位相差の比較 が行なわれるようにした請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. ５．分解装置（１６）が、少なくとも２つの入力側光ファイバー導体（１３−１ ５）のための光カップラーを有している請求項１から４までのいずれか１項記載 の装置。
6. ６．全部のレーザ源（１０〜１２）が同時に動作するようにし、さらにレーザ源 （１０〜１２）の個数に相応する個数の光受信器（３１〜３３）が光受信装置（ ３０）の中に設けられており、この場合、これらの光受信器（３１〜３３）の手 前に、レーザビームを種々異なる波長を有するそれらの成分へ分解するためのか つ個々の光受信器（３１〜３３）へ案内するための手段（３４）が設けられてい る請求項１から５までのいずれか１項記載装置。
7. ７．プリズムが、分解するための手段（３４）として設けられている請求項６記 載の装置。
8. ８．光学的格子が分解手段として設けられている請求項６記載の装置。
9. ９．レーザ源（１０〜１２）がシーケンシャルに動作するようにし、さらに光受 信装置（２５）の中に唯一つの光受信器（２４）が設けられている請求項１から ５までのいずれか１項記載の装置。