JPH059723B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH059723B2 JPH059723B2 JP58052353A JP5235383A JPH059723B2 JP H059723 B2 JPH059723 B2 JP H059723B2 JP 58052353 A JP58052353 A JP 58052353A JP 5235383 A JP5235383 A JP 5235383A JP H059723 B2 JPH059723 B2 JP H059723B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- interference
- light
- wavelength
- measured
- minute
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は物体の二つの表面によつて形成される
微小間隔を光干渉によつて測定する微小間隔測定
方法及び装置に関するものである。
微小間隔を光干渉によつて測定する微小間隔測定
方法及び装置に関するものである。
微小間隙（微小間隔）測定手段としては、従来
から次の４つが知られている。第１の手段は、被
測定微小間隙を構成する二つの物体表面に単波長
可干渉性光を照射して、その反射光によつて干渉
パターンを発生させると同時に、白色光を同様に
上記二つの物体表面に照射して同じく干渉パター
ンを発生させ、その干渉色から干渉縞の次数を決
定して微小間隙距離を測定するものである。又、
第２の手段は、白色光により同様に干渉パターン
を発生させ、その干渉色から干渉縞の次数を決定
すると同時に、光源に狭帯域フイルタを介して単
色光の干渉パターンを発生せしめ、微小間隙距離
を測定するものである。第３の手段は、白色光源
をモノクロメータによつて波長スキヤニングし波
長可変光源として使用し、干渉パターンの干渉縞
ピーク位置を検出し、光源波長から微小間隙距離
を求めるものである。又、第４の手段は、同じく
白色光源をモノクロメータによつて波長スキヤニ
ングし、二つの干渉波長から微小間隙距離を求め
るものである。
から次の４つが知られている。第１の手段は、被
測定微小間隙を構成する二つの物体表面に単波長
可干渉性光を照射して、その反射光によつて干渉
パターンを発生させると同時に、白色光を同様に
上記二つの物体表面に照射して同じく干渉パター
ンを発生させ、その干渉色から干渉縞の次数を決
定して微小間隙距離を測定するものである。又、
第２の手段は、白色光により同様に干渉パターン
を発生させ、その干渉色から干渉縞の次数を決定
すると同時に、光源に狭帯域フイルタを介して単
色光の干渉パターンを発生せしめ、微小間隙距離
を測定するものである。第３の手段は、白色光源
をモノクロメータによつて波長スキヤニングし波
長可変光源として使用し、干渉パターンの干渉縞
ピーク位置を検出し、光源波長から微小間隙距離
を求めるものである。又、第４の手段は、同じく
白色光源をモノクロメータによつて波長スキヤニ
ングし、二つの干渉波長から微小間隙距離を求め
るものである。
しかし、上記第１の手段は、光源を二つ使用す
るため測定装置の構造が大規模かつ複雑になると
いう欠点を有している。又、上記第２の手段は、
狭帯域フイルタの精度によつて測定精度が大きく
左右されるという課題を有している。又、第１の
手段と第２の手段に共通の課題として、干渉色か
ら干渉縞の次数を決定する際のSN比が低いとい
う点があげられる。又、上記第３の方法と第４の
方法は、光源波長の合せ精度が悪く、また波長ス
キヤニングに時間がかかり、その結果測定時間が
長くなり、長時間にわたる測定による外乱の影響
が無視できないという課題がある。
るため測定装置の構造が大規模かつ複雑になると
いう欠点を有している。又、上記第２の手段は、
狭帯域フイルタの精度によつて測定精度が大きく
左右されるという課題を有している。又、第１の
手段と第２の手段に共通の課題として、干渉色か
ら干渉縞の次数を決定する際のSN比が低いとい
う点があげられる。又、上記第３の方法と第４の
方法は、光源波長の合せ精度が悪く、また波長ス
キヤニングに時間がかかり、その結果測定時間が
長くなり、長時間にわたる測定による外乱の影響
が無視できないという課題がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決す
べく、物体の二つの表面によつて形成される微小
間隔の変化のない状態でも、３つ以上の波長成分
に関する各干渉縞像の特定個所における干渉光の
強度信号を用いて、上記微小間隔を極めて短時間
に、且つ非常に高精度に測定することができるよ
うにした微小間隔測定方法及び装置を提供するこ
とにある。
べく、物体の二つの表面によつて形成される微小
間隔の変化のない状態でも、３つ以上の波長成分
に関する各干渉縞像の特定個所における干渉光の
強度信号を用いて、上記微小間隔を極めて短時間
に、且つ非常に高精度に測定することができるよ
うにした微小間隔測定方法及び装置を提供するこ
とにある。
即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
多波長発振可干渉性光源からの光を、被測定微小
間隔を構成する二つの表面を有する物体に照射
し、該各表面からの反射光より得られる干渉光を
３つ以上の波長成分に分離し、上記二つの表面の
内少なくとも一つの表面とほぼ結像関係にある３
個以上の検出手段の各々により、上記分離された
各干渉縞像の特定個所ｍ、ｎにおける干渉光の強
度信号Imi（ｍ、ｎ）を個別に検出し、上記３つ
以上の波長λiの各々に対応して上記二つの表面の
各々からの反射光強度I1、I2に基づいて予め後述
する(1)式または(1)式を書き替えた(6)式に基づいて
定められる任意の微小間隔距離hnと干渉光の任
意の強度信号Iti（hn）またはImi（ｍ、ｎ）との関
係に基づき、上記個別に検出された３個以上の干
渉光の強度信号Imi（ｍ、ｎ）に亘つて上記関係
が実質的に成り立つ微小間隔処理ｈを後述する(2)
式または(7)式により探索演算して上記被測定微小
間隔を測定することを特徴とする微小間隔測定方
法である。また本発明は、多波長発振可干渉性光
源と、該多波長発振可干渉性光源からの光を、被
測定微小間隔を構成する二つの表面を有する物体
に照射する照射手段と、上記各表面からの反射光
より得られる干渉光を３つ以上の波長成分に分離
する波長分離手段と、上記二つの表面の内少なく
とも一つの表面とほぼ結像関係に配置され、且つ
上記波長分離手段により分離された各干渉縞像の
特定個所（ｍ、ｎ）における干渉光の強度信号
Imi（ｍ、ｎ）を個別に検出する３個以上の検出
手段と、上記３つ以上の波長λiの各々に対応して
上記二つの表面の各々からの反射光強度I1、I2に
基づいて予め後述する(1)式に基づいて定められる
任意の微小間隔距離hnと干渉光の任意の強度信
号Iti（hn）との関係を記憶させたテーブルを有
し、該テーブルに記憶された関係に基づき、上記
各検出手段から個別に検出された３個以上の干渉
光の強度信号Imi（ｍ、ｎ）に亘つて上記関係が
実質的に成り立つ微小間距離ｈを後述する(2)式に
より探索演算して上記被測定微小間隔を設定する
演算手段とを備えたことを特徴とする微小間隔測
定装置である。
多波長発振可干渉性光源からの光を、被測定微小
間隔を構成する二つの表面を有する物体に照射
し、該各表面からの反射光より得られる干渉光を
３つ以上の波長成分に分離し、上記二つの表面の
内少なくとも一つの表面とほぼ結像関係にある３
個以上の検出手段の各々により、上記分離された
各干渉縞像の特定個所ｍ、ｎにおける干渉光の強
度信号Imi（ｍ、ｎ）を個別に検出し、上記３つ
以上の波長λiの各々に対応して上記二つの表面の
各々からの反射光強度I1、I2に基づいて予め後述
する(1)式または(1)式を書き替えた(6)式に基づいて
定められる任意の微小間隔距離hnと干渉光の任
意の強度信号Iti（hn）またはImi（ｍ、ｎ）との関
係に基づき、上記個別に検出された３個以上の干
渉光の強度信号Imi（ｍ、ｎ）に亘つて上記関係
が実質的に成り立つ微小間隔処理ｈを後述する(2)
式または(7)式により探索演算して上記被測定微小
間隔を測定することを特徴とする微小間隔測定方
法である。また本発明は、多波長発振可干渉性光
源と、該多波長発振可干渉性光源からの光を、被
測定微小間隔を構成する二つの表面を有する物体
に照射する照射手段と、上記各表面からの反射光
より得られる干渉光を３つ以上の波長成分に分離
する波長分離手段と、上記二つの表面の内少なく
とも一つの表面とほぼ結像関係に配置され、且つ
上記波長分離手段により分離された各干渉縞像の
特定個所（ｍ、ｎ）における干渉光の強度信号
Imi（ｍ、ｎ）を個別に検出する３個以上の検出
手段と、上記３つ以上の波長λiの各々に対応して
上記二つの表面の各々からの反射光強度I1、I2に
基づいて予め後述する(1)式に基づいて定められる
任意の微小間隔距離hnと干渉光の任意の強度信
号Iti（hn）との関係を記憶させたテーブルを有
し、該テーブルに記憶された関係に基づき、上記
各検出手段から個別に検出された３個以上の干渉
光の強度信号Imi（ｍ、ｎ）に亘つて上記関係が
実質的に成り立つ微小間距離ｈを後述する(2)式に
より探索演算して上記被測定微小間隔を設定する
演算手段とを備えたことを特徴とする微小間隔測
定装置である。
以下添付の図面に示す実施例により、更に詳細
に本発明について説明する。
に本発明について説明する。
第１図は本発明の微小間隙測定装置の（径小間
隔測定装置）の一実施例を示す図である。同図に
おいて、マルチ波長レーザ等の多波長発振可干渉
性光源１からの出射された光は、ビーム拡大光学
系２により所望のビーム径に拡大され、ビームス
プリツタ３により二つの光路４，５に分離され
る。光路４には、被測定微小間隙（被測定微小間
隔）１１を構成する透過物体６と非透過物体９が
設置されている。尚、透過物体６の上面７には、
表面反射を防ぐため反射防止膜が蒸着されてい
る。光路４に分離されたビームは、透過物体６の
下面８と非透過物体９の上面１０で反射され、両
反射ビームは干渉パターン発生光路１５で干渉す
る。この干渉パターンは、ビームスプリツタ１６
により二つの光路１７，１８に分離される。光路
１７に分離された干渉パターンは、結像レンズ１
９により固体撮像素子等の撮像装置２０の撮像面
２１上に投影され、その投影像は画像出力装置２
２に出力される。尚、結像レンズ１９は、ほぼ非
透過物体９の上面１０の像を撮像面２１に結像す
る関係になつている。
隔測定装置）の一実施例を示す図である。同図に
おいて、マルチ波長レーザ等の多波長発振可干渉
性光源１からの出射された光は、ビーム拡大光学
系２により所望のビーム径に拡大され、ビームス
プリツタ３により二つの光路４，５に分離され
る。光路４には、被測定微小間隙（被測定微小間
隔）１１を構成する透過物体６と非透過物体９が
設置されている。尚、透過物体６の上面７には、
表面反射を防ぐため反射防止膜が蒸着されてい
る。光路４に分離されたビームは、透過物体６の
下面８と非透過物体９の上面１０で反射され、両
反射ビームは干渉パターン発生光路１５で干渉す
る。この干渉パターンは、ビームスプリツタ１６
により二つの光路１７，１８に分離される。光路
１７に分離された干渉パターンは、結像レンズ１
９により固体撮像素子等の撮像装置２０の撮像面
２１上に投影され、その投影像は画像出力装置２
２に出力される。尚、結像レンズ１９は、ほぼ非
透過物体９の上面１０の像を撮像面２１に結像す
る関係になつている。
ビームスプリツタ１６で他方の光路１８に分離
された干渉パターンは、ダイクロイツクミラー等
の波長選択ミラー２３，２４，２５と干渉フイル
タ２６，２７，２８からなる波長選択光学系によ
り、Ｎ個の波長成分に関する干渉パターンに波長
分離される。尚、本実施例では、Ｎ個の波長とし
て３種類の波長を採用した。波長分離されたこの
三つの干渉パターンは、結像レンズ２９，３０，
３１によりそれぞれ固体撮像素子等の撮像装置３
２，３３，３４の撮像面３５，３６，３７上に投
影される。
された干渉パターンは、ダイクロイツクミラー等
の波長選択ミラー２３，２４，２５と干渉フイル
タ２６，２７，２８からなる波長選択光学系によ
り、Ｎ個の波長成分に関する干渉パターンに波長
分離される。尚、本実施例では、Ｎ個の波長とし
て３種類の波長を採用した。波長分離されたこの
三つの干渉パターンは、結像レンズ２９，３０，
３１によりそれぞれ固体撮像素子等の撮像装置３
２，３３，３４の撮像面３５，３６，３７上に投
影される。
撮像面３５，３６，３７は、第２図に示す様に
それぞれ実効的にＭ×Ｎ個に分割された撮像サン
プル点を有し、干渉パターン５０は一定周期でサ
ンプルされ、各撮像サンプル点における干渉パタ
ーン強度が検出され、前処理回路３８に送られ
る。
それぞれ実効的にＭ×Ｎ個に分割された撮像サン
プル点を有し、干渉パターン５０は一定周期でサ
ンプルされ、各撮像サンプル点における干渉パタ
ーン強度が検出され、前処理回路３８に送られ
る。
前期処理回路３８では、撮像装置３２，３３，
３４で検出された干渉パターン強度信号がアナロ
グ／デイジタル変換され、コンピユータ３９を通
して外部メモリ４０に格納される。
３４で検出された干渉パターン強度信号がアナロ
グ／デイジタル変換され、コンピユータ３９を通
して外部メモリ４０に格納される。
一方、ビームスプリツタ３で光路５に分離され
たビームは、フオーカスレンズ１２によりホトダ
イオード等の光検出器１３の検出面１４上に集束
され、光電変換される。光電変換された信号は、
前処理回路３８でアナログ／デイジタル変換さ
れ、コンピユータ３９に入力され、上記外部メモ
リ４０に格納された干渉パターン強度信号の変動
補正用信号として用いられる。
たビームは、フオーカスレンズ１２によりホトダ
イオード等の光検出器１３の検出面１４上に集束
され、光電変換される。光電変換された信号は、
前処理回路３８でアナログ／デイジタル変換さ
れ、コンピユータ３９に入力され、上記外部メモ
リ４０に格納された干渉パターン強度信号の変動
補正用信号として用いられる。
本実施例では、検出された干渉パターン強度信
号から被測定微小間隙１１の距離を求める手段と
し、以下の二つの手段を採用した。
号から被測定微小間隙１１の距離を求める手段と
し、以下の二つの手段を採用した。
第１の手段は、まず、あらかじめ透過物体６の
下面８からの裏面反射光強度I1及び非透過物体９
の上面１０からの表面反射光強度I2をそれぞれ独
立に測定する。その測定値I1，I2を次の式(1)に代
入して、第３図に示すような波長λiをパラメータ
とする微小間隙距離hnと干渉パターン強度Iti
（hn）との関係を求め、それを第４図に示すよう
にテーブルに変換して外部めもり４０に格納して
おく。
下面８からの裏面反射光強度I1及び非透過物体９
の上面１０からの表面反射光強度I2をそれぞれ独
立に測定する。その測定値I1，I2を次の式(1)に代
入して、第３図に示すような波長λiをパラメータ
とする微小間隙距離hnと干渉パターン強度Iti
（hn）との関係を求め、それを第４図に示すよう
にテーブルに変換して外部めもり４０に格納して
おく。
Iti（hn）＝I1＋I2
＋２・√1・2・cos（2π・2hn／λi＋π）
＝I1＋I2−２・√1・2・cos（4π・hn／λi）
………(1) 但し、ｉ＝１、２、３ 被測定微小間隙１１の任意位置の距離は、外部
メモリ４０に格納されている。非透過物体９の上
面１０上の測定すべき位置に対応する撮像面３
５，３６，３７上の撮像サンプル点における干渉
パターン強度データを、同じく外部メモリ４０に
格納されている第４図に示すテーブルと照合する
ことにより、容易に求めることができる。
………(1) 但し、ｉ＝１、２、３ 被測定微小間隙１１の任意位置の距離は、外部
メモリ４０に格納されている。非透過物体９の上
面１０上の測定すべき位置に対応する撮像面３
５，３６，３７上の撮像サンプル点における干渉
パターン強度データを、同じく外部メモリ４０に
格納されている第４図に示すテーブルと照合する
ことにより、容易に求めることができる。
すなわち、測定すべき位置に対応する撮像面３
５，３６，３７上の（ｍ、ｎ）番地の撮像サンプ
ル点における干渉パターン強度をそれぞれIm1
（ｍ、ｎ）、Im2（ｍ、ｎ）、Im3（ｍ、ｎ）とし、第
３図あるいは第４図に示すように微小間隙距離
hnに対応する干渉パターン強度をIt1（hn）、It2
（hn）、It3（hn）とすると、次の式(2)の値を最小に
するhnを求めれば良い。
５，３６，３７上の（ｍ、ｎ）番地の撮像サンプ
ル点における干渉パターン強度をそれぞれIm1
（ｍ、ｎ）、Im2（ｍ、ｎ）、Im3（ｍ、ｎ）とし、第
３図あるいは第４図に示すように微小間隙距離
hnに対応する干渉パターン強度をIt1（hn）、It2
（hn）、It3（hn）とすると、次の式(2)の値を最小に
するhnを求めれば良い。
Ｆ（hn）＝（Im1（ｍ、ｎ）−It1（hn）2）＋（Im2（ｍ
、
ｎ） −It2（hn））2＋（Im3（ｍ、ｎ）−It3（hn））2
………(2) 第４図に示すテーブルを用いてこのhnを求め
る一方として、本実施例では以下の方法を採用す
る。
、
ｎ） −It2（hn））2＋（Im3（ｍ、ｎ）−It3（hn））2
………(2) 第４図に示すテーブルを用いてこのhnを求め
る一方として、本実施例では以下の方法を採用す
る。
先ず、適当なしきい値αを設定してIt1（hn）を
hnの前範囲にわたつて検索し、次の式(3)を満足
するＰ個のhnがしぼり込むようにして探索され
て求められ、これらを間隙候補とする。
hnの前範囲にわたつて検索し、次の式(3)を満足
するＰ個のhnがしぼり込むようにして探索され
て求められ、これらを間隙候補とする。
（Im1（ｍ、ｎ）−It1（hn））2≦α ………(3)
このＰ個のhnをそれぞれhp1、hp2、hp3…、
hppとする。
hppとする。
次に、得られたhp1、hp2…、hppに対応するIt2
（hn）を求めた後、適当なしきい値βを設定し
て、次の式(4)を満足するｑ個のhnが更にしぼり
込むように探索されて求められ、これらを間隙候
補とする。
（hn）を求めた後、適当なしきい値βを設定し
て、次の式(4)を満足するｑ個のhnが更にしぼり
込むように探索されて求められ、これらを間隙候
補とする。
（Im2（ｍ、ｎ）−It2（hn））2≦β………(4)
但し、hnはhp1、hp2…、hppとする。又、求め
られたｑ個のhnをhq1、hq2…、hqqとする。
られたｑ個のhnをhq1、hq2…、hqqとする。
次に、得られたhq1、hq2…、hqqに対応するIt3
（hn）を求めた後、次の式(5)の値を最小にするhn
が探索されて、その値が微小間隙の測定値とな
る。
（hn）を求めた後、次の式(5)の値を最小にするhn
が探索されて、その値が微小間隙の測定値とな
る。
Ｇ（hn）＝（Im3（ｍ、ｎ）−It3（hn））2………(
5) 但し、hnはhq1、hq2…、hqqとする。
5) 但し、hnはhq1、hq2…、hqqとする。
以上の方法で得られたhnが、非透過物体９の
上面１０上の測定位置での微小間隙距離に相当す
る。
上面１０上の測定位置での微小間隙距離に相当す
る。
第２の手段は、まず(1)式においてIti（hn）及び
hnをそれぞれImi（ｍ、ｎ）及びｈに換えて(6)式
を求める。
hnをそれぞれImi（ｍ、ｎ）及びｈに換えて(6)式
を求める。
撮像面３５，３６，３７上の（ｍ、ｎ）番地の
撮像サンプル点における干渉パターン強度Im1
（ｍ、ｎ）、Im2（ｍ、ｎ）及びIm3（ｍ、ｎ）をそ
れぞれ(6)式に代入すると、第５図に示すように、
各干渉パターン強度に対して、複数個のｈが対応
する。それぞれのｈの値を、Im1（ｍ、ｎ）につ
いては、 hm11、hm12、hm13、…、hm1i Im2（ｍ、ｎ）については、 hm21、hm22、hm23、…、hm2j Im3（ｍ、ｎ）については、 hm31、hm32、hm35、…、hm3k とする。そしてｉ×ｊ×ｋ個の組合せについて次
式の値を求める。
撮像サンプル点における干渉パターン強度Im1
（ｍ、ｎ）、Im2（ｍ、ｎ）及びIm3（ｍ、ｎ）をそ
れぞれ(6)式に代入すると、第５図に示すように、
各干渉パターン強度に対して、複数個のｈが対応
する。それぞれのｈの値を、Im1（ｍ、ｎ）につ
いては、 hm11、hm12、hm13、…、hm1i Im2（ｍ、ｎ）については、 hm21、hm22、hm23、…、hm2j Im3（ｍ、ｎ）については、 hm31、hm32、hm35、…、hm3k とする。そしてｉ×ｊ×ｋ個の組合せについて次
式の値を求める。
F1〜Fi×Fj×Ｋのうちでその値が最小となる
ｈの組合せを探索して見出し、その中で、Imi
（ｍ、ｎ）の値がI1＋I2に最も近いものを、非透
過物体９の上面１０上の測定位置での微小間隙距
離とする。例えば第５図においては、理論上真の
微小間隙距離hrに対応し、Im1（ｍ、ｎ）、Im2
（ｍ、ｎ）及びIm3（ｍ、ｎ）に関するｈの値
hm13、hm23及びhm33は一致し、(7)式の値は零に
なるはずであるが、実際には検出系のノイズ、変
動等により零にはならない。その場合、第５図に
示す干渉パターン強度曲線の傾きが大きい所ほど
高い精度でｈが検出できるため、３波長のうち傾
きが最大となる。すなわちI1＋I2に最も近い干渉
パターン強度Im2（ｍ、ｎ）に対応するhm23を非
透過物体９の上面１０上の測定位置での微小間隙
距離とすれば測定精度は高くなる。
ｈの組合せを探索して見出し、その中で、Imi
（ｍ、ｎ）の値がI1＋I2に最も近いものを、非透
過物体９の上面１０上の測定位置での微小間隙距
離とする。例えば第５図においては、理論上真の
微小間隙距離hrに対応し、Im1（ｍ、ｎ）、Im2
（ｍ、ｎ）及びIm3（ｍ、ｎ）に関するｈの値
hm13、hm23及びhm33は一致し、(7)式の値は零に
なるはずであるが、実際には検出系のノイズ、変
動等により零にはならない。その場合、第５図に
示す干渉パターン強度曲線の傾きが大きい所ほど
高い精度でｈが検出できるため、３波長のうち傾
きが最大となる。すなわちI1＋I2に最も近い干渉
パターン強度Im2（ｍ、ｎ）に対応するhm23を非
透過物体９の上面１０上の測定位置での微小間隙
距離とすれば測定精度は高くなる。
第６図は本発明による微小間隙測定装置の他の
実施例の一部を示したものである。
実施例の一部を示したものである。
即ち、この場合、装置の基本構成は第１図に示
すものとほとんど同じであるが、第１図における
ビームスプリツタ３、光路４及び光路１５の部分
の光学系に関し、ビームスプリツタ３で光路４′
に分離されたビームが透過物体６及び非透過物体
９に対してθの入射角で入射する様に変更した点
が異なつている。この場合、入射角θを調節する
ことにより透過物体６の上面７からの表面反射光
の影響をなくすことができるので、透過物体６の
上面７の反射防止膜は不要となる。尚、この場合
入射角θに応じた被測定微小間隙における換算光
路長を考慮すると式(1)は式(8)のように変更され
る。
すものとほとんど同じであるが、第１図における
ビームスプリツタ３、光路４及び光路１５の部分
の光学系に関し、ビームスプリツタ３で光路４′
に分離されたビームが透過物体６及び非透過物体
９に対してθの入射角で入射する様に変更した点
が異なつている。この場合、入射角θを調節する
ことにより透過物体６の上面７からの表面反射光
の影響をなくすことができるので、透過物体６の
上面７の反射防止膜は不要となる。尚、この場合
入射角θに応じた被測定微小間隙における換算光
路長を考慮すると式(1)は式(8)のように変更され
る。
Iti（hn）＝I1＋I2
−２・I1・I2・cos（Δπ・hn／λi・cosθ）
………(8) 尚、以上に説明した実施例において、使用する
波長を３種類にしたのは、次の理由による。すな
わち、第３図において求めるべき微小間隙距離
hnが仮にIt3（hn）の曲線の２番目のピーク位置に
相当するものとすると、このピーク位置での波長
λ3に関する干渉パターン強度は変動に対する許容
量が非常に小さいため、実際には波長λ3に関する
干渉パターン強度データを除いた残りの干渉パタ
ーン強度データを用いて被測定微小間隙距離hn
を求めなければならない。その際、測定精度の向
上を図るためには少くとも複数の干渉パターン強
度データを用いる必要があり、本実施例ではこれ
を二つとし計三つすなわち計３種類の波長に関す
る干渉パターン強度データを使用したものであ
る。被測定微小間隙距離の範囲が、第３図のIti
（hn）の曲線の最初のピーク一よりも小さいこと
が明らかな場合には、そのIti（hn）に対応する波
長λiと、これよりも小さい波長の計２種類の波長
に関する干渉パターン強度データだけを使用して
も高い測定精度が得られるけれども、被測定微小
間隙距離の範囲が非常に大きい場合には、４種類
から５種類の波長を使用することにより高い測定
精度が得られる。
………(8) 尚、以上に説明した実施例において、使用する
波長を３種類にしたのは、次の理由による。すな
わち、第３図において求めるべき微小間隙距離
hnが仮にIt3（hn）の曲線の２番目のピーク位置に
相当するものとすると、このピーク位置での波長
λ3に関する干渉パターン強度は変動に対する許容
量が非常に小さいため、実際には波長λ3に関する
干渉パターン強度データを除いた残りの干渉パタ
ーン強度データを用いて被測定微小間隙距離hn
を求めなければならない。その際、測定精度の向
上を図るためには少くとも複数の干渉パターン強
度データを用いる必要があり、本実施例ではこれ
を二つとし計三つすなわち計３種類の波長に関す
る干渉パターン強度データを使用したものであ
る。被測定微小間隙距離の範囲が、第３図のIti
（hn）の曲線の最初のピーク一よりも小さいこと
が明らかな場合には、そのIti（hn）に対応する波
長λiと、これよりも小さい波長の計２種類の波長
に関する干渉パターン強度データだけを使用して
も高い測定精度が得られるけれども、被測定微小
間隙距離の範囲が非常に大きい場合には、４種類
から５種類の波長を使用することにより高い測定
精度が得られる。
又、以上の実施例において、検出された３種類
の波長成分に関する干渉パターン強度が多波長発
振可干渉性光源１の変動によつて変化する場合、
該変動分に合わせて干渉パターン強度を補正する
手段を付加することによつて、更に高精度の測定
を実行することが可能になる。
の波長成分に関する干渉パターン強度が多波長発
振可干渉性光源１の変動によつて変化する場合、
該変動分に合わせて干渉パターン強度を補正する
手段を付加することによつて、更に高精度の測定
を実行することが可能になる。
以上の説明から明らかな様に、本発明によれ
ば、干渉パターンの干渉縞の次数を決定したり、
干渉縞ピーク位置を検出したり、あるいは干渉波
長を検出したりする事なく、３つ以上の波長の
各々に対応して被測定微小間隔を構成する二つの
表面の各々からの反射光強度に基づいて予め定め
られる任意の微小間隔距離と干渉光の任意の強度
信号との関係に基づき、個別に検出された３個以
上の干渉光の強度信号に亘つて上記関係が実質的
に成り立つ微小間隔距離を探索演算して被測定微
小間隔を測定するようにしたので、物体の二つの
表面によつて形成される任意の微小間隔が、極め
て短時間に、且つ非常に高精度に測定でき、更に
時間的外乱に強い任域の微小間隔の測定が可能と
なる効果を奏する。
ば、干渉パターンの干渉縞の次数を決定したり、
干渉縞ピーク位置を検出したり、あるいは干渉波
長を検出したりする事なく、３つ以上の波長の
各々に対応して被測定微小間隔を構成する二つの
表面の各々からの反射光強度に基づいて予め定め
られる任意の微小間隔距離と干渉光の任意の強度
信号との関係に基づき、個別に検出された３個以
上の干渉光の強度信号に亘つて上記関係が実質的
に成り立つ微小間隔距離を探索演算して被測定微
小間隔を測定するようにしたので、物体の二つの
表面によつて形成される任意の微小間隔が、極め
て短時間に、且つ非常に高精度に測定でき、更に
時間的外乱に強い任域の微小間隔の測定が可能と
なる効果を奏する。
第１図は本発明の微小間隙測定装置の一実施例
を示す構成図、第２図は第１図に示す撮像装置３
２〜３４の撮像面３５〜３７上の干渉パターンと
撮像サンプル点の配置を示す図、第３図は微小間
隙距離hnと干渉パターン強度Iti（hn）との関係を
示す図、第４図は第３図に示した関係を第１図に
示す外部メモリ４０に格納するためのテーブルを
示す図、第５図は微小間隙距離ｈと検出された干
渉パターン強度Imi（ｍ、ｎ）との関係を示す図、
第６図は本発明の微小間隙測定装置の第二の実施
例を示す図である。 １……多波長発振可干渉性光源、１１……被測
定微小間隙、２３，２４，２５……波長選択ミラ
ー、２６，２７，２８……干渉フイルタ、３２，
３３，３４……撮像装置、３９……コンピユー
タ、４０……外部メモリ。
を示す構成図、第２図は第１図に示す撮像装置３
２〜３４の撮像面３５〜３７上の干渉パターンと
撮像サンプル点の配置を示す図、第３図は微小間
隙距離hnと干渉パターン強度Iti（hn）との関係を
示す図、第４図は第３図に示した関係を第１図に
示す外部メモリ４０に格納するためのテーブルを
示す図、第５図は微小間隙距離ｈと検出された干
渉パターン強度Imi（ｍ、ｎ）との関係を示す図、
第６図は本発明の微小間隙測定装置の第二の実施
例を示す図である。 １……多波長発振可干渉性光源、１１……被測
定微小間隙、２３，２４，２５……波長選択ミラ
ー、２６，２７，２８……干渉フイルタ、３２，
３３，３４……撮像装置、３９……コンピユー
タ、４０……外部メモリ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 多波長発振可干渉性光源からの光を、、被測
定微小間隔を構成する二つの表面を有する物体に
照射し、該各表面からの反射光より得られる干渉
光を３つ以上の波長成分に分離し、上記二つの表
面の内少なくとも一つの表面とほぼ結像関係にあ
る３個以上の検出手段の各々により、上記分離さ
れた各干渉縞像の特定個所ｍ，ｎにおける干渉光
の強度信号Imi（ｍ、ｎ）を個別に検出し、上記
３つ以上の波長λiの各々に対応して上記二つの表
面の各々からの反射光強度I1，I2に基づいて予め
次式に基づいて定められる任意の微小間隔距離
hnと干渉光の任意の強度信号Iti（hn）との関係に
基づき、上記個別に検出された３個以上の干渉光
の強度信号Imi（ｍ、ｎ）に亘つて上記関係が実
質的に成り立つ微小間隔処理ｈを探索演算して上
記被測定微小間隔を測定することを特徴とする微
小間隔測定方法。 Iti（hn）＝I1＋I2 −２・√1・2・cos（4π・hn／λi） ２ 上記最も適合する微小間隔距離を探索演算す
る際、微小間隔距離に対する干渉強度の変化の大
きい傾斜部を用いて行なうことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の微小間隔測定方法。 ３ 多波長発振可干渉性光源と、該多波長発振可
干渉性光源からの光を、被測定微小間隔を構成す
る二つの表面を有する物体に照射する照射手段
と、上記各表面からの反射光より得られる干渉光
を３つ以上の波長成分に分離する波長分離手段
と、上記二つの表面の内少なくとも一つの表面と
ほぼ結像関係に配置され、且つ上記波長分離手段
により分離された各干渉縞像の特定個所（ｍ、
ｎ）における干渉光の強度信号Imi（ｍ、ｎ）を
個別に検出する３個以上の検出手段と、上記３つ
以上の波長λiの各々に対応して上記二つの表面の
各々からの反射光強度I1，I2に基づいて予め次式
に基づいて定められる任意の微小間隔距離hnと
干渉光の任意の強度信号Iti（hn）との関係を記憶
させたテーブルを有し、該テーブルに記憶された
関係に基づき、上記各検出手段から個別に検出さ
れた３個以上の干渉光の強度信号Imi（ｍ、ｎ）
に亘つて上記関係が実質的に成り立つ微小間隔距
離ｈを探索演算して上記被測定微小間隔を測定す
る演算手段とを備えたことを特徴とする微小間隔
測定装置。 Iti（hn）＝I1＋I2 −２・√1・2・cos（4π・hn／λi） ４ 上記検出手段は、検出される３つ以上の波長
成分に関する各干渉縞像の特定個所（ｍ、ｎ）に
おける干渉光の強度信号Imi（ｍ、ｎ）を、上記
多波長発振可干渉性光源の出力変動に合わせて補
正する補正手段を有することを特徴とする特許請
求の範囲第３項記載の微小間隔測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58052353A JPS59178304A (ja) | 1983-03-30 | 1983-03-30 | 微小間隙測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58052353A JPS59178304A (ja) | 1983-03-30 | 1983-03-30 | 微小間隙測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59178304A JPS59178304A (ja) | 1984-10-09 |
| JPH059723B2 true JPH059723B2 (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=12912441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58052353A Granted JPS59178304A (ja) | 1983-03-30 | 1983-03-30 | 微小間隙測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59178304A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62174211U (ja) * | 1986-04-25 | 1987-11-05 | ||
| JPS63205503A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 微小すきまの光学的測定装置 |
| JP2574807B2 (ja) * | 1987-08-28 | 1997-01-22 | 株式会社日立製作所 | 膜厚分布測定方法及びその装置 |
| JP2786270B2 (ja) * | 1989-09-27 | 1998-08-13 | 株式会社日立製作所 | 干渉式傾きもしくは高さ検出装置並びに縮小投影式露光装置及びその方法 |
| US5457534A (en) * | 1991-10-23 | 1995-10-10 | Phase Metrics | Method and apparatus to calibrate intensity and determine fringe order for interferometric measurement of small spacings |
| JPH0827178B2 (ja) * | 1992-11-06 | 1996-03-21 | 日本アイ・ビー・エム株式会社 | ヘッド浮上量測定装置 |
| JP5154098B2 (ja) * | 2006-03-15 | 2013-02-27 | 日立マクセル株式会社 | スペーシング計測装置及び計測方法 |
| JP5222505B2 (ja) * | 2007-08-24 | 2013-06-26 | 国立大学法人 香川大学 | 微小物体の光学的計測装置 |
| KR100941981B1 (ko) * | 2007-11-06 | 2010-02-11 | 한국표준과학연구원 | 레이저 간섭계식 메코메타 |
| JP5701159B2 (ja) * | 2010-06-24 | 2015-04-15 | 東レエンジニアリング株式会社 | 干渉縞モデル適合による表面形状測定方法およびその装置 |
| JP2012154765A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Rexxam Co Ltd | 光学的計測装置 |
-
1983
- 1983-03-30 JP JP58052353A patent/JPS59178304A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59178304A (ja) | 1984-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4349277A (en) | Non-contact measurement of surface profile | |
| US20080174785A1 (en) | Apparatus for the contact-less, interferometric determination of surface height profiles and depth scattering profiles | |
| US4452534A (en) | Method of determining geometric parameters of object's surface and device therefor | |
| US5260761A (en) | Apparatus for the measurement of surface shape | |
| JPS6324115A (ja) | 磁気ヘツドの浮上量測定方法及びその装置 | |
| JPH059723B2 (ja) | ||
| US4842408A (en) | Phase shift measuring apparatus utilizing optical meterodyne techniques | |
| JPH10325874A (ja) | レーザー・ドップラー原理に基づく速度測定方法 | |
| JP2732849B2 (ja) | 干渉測長器 | |
| JPS62201301A (ja) | レ−ザ−干渉測長機 | |
| CN113587844B (zh) | 移相干涉测量系统及测量方法 | |
| CN115031630A (zh) | 一种光频梳色散干涉的平面位姿测量装置及测量方法 | |
| CN104848782B (zh) | 一种对比式抗干扰微动级联阶梯角反射镜激光干涉仪及标定方法和测量方法 | |
| CN105157559B (zh) | 一种对比式抗干扰级联阶梯角反射镜激光干涉仪及标定方法和测量方法 | |
| JPS5459166A (en) | Visual sensibility measuring apparatus of interferometer | |
| JP2000329514A (ja) | 干渉縞画像の補正方法 | |
| JPS63128211A (ja) | スペ−シング測定方法 | |
| JP2805045B2 (ja) | 空間位置決め方法 | |
| JP2891715B2 (ja) | 縞走査型干渉測定装置 | |
| CN105091739B (zh) | 一种对比式抗干扰微动阶梯角反射镜激光干涉仪及标定方法和测量方法 | |
| JPH07503547A (ja) | 距離測定用干渉型プローブ | |
| JPH055610A (ja) | 計測装置 | |
| JPH07190711A (ja) | コヒーレンス度を利用する干渉計 | |
| JPH0471161B2 (ja) | ||
| SU1578462A1 (ru) | Способ измерени малых угловых поворотов объекта |