JPH06503876A - 光学装置 - 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】 光学装置 本発明は光学装置に関し、特に時分割マルチプレックスの振幅及び位相顕微鏡（ ｔｉｍｅ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕＨｉｐｌｅｘｅｄ　ａｍｐｌＮｕｄｅａｎｄ 　ｐｈａｓｅ　ｍ１ｃｒｏｓｃｏｐｅｓ）　に関する。

我々が行った以前の英国特許出願　Ｎｏ、８９０７２３０゜０では、光走査型顕 微鏡が示された。この顕微鏡は物体を反射した光の位相と振幅の差動（ｄｉｆｆ ｅｒｅｎｔｉａｌ）の同時計測を可能とした。

我々は、差動振幅及び位相の組み合わされた以前のシステムにある多くの欠点を 克服する時分割マルチプレックス顕微鏡を開発した。基本的にこの装置により、 位相と強度の信号を最適に変調できる。つまりノイズに対して非常に優れた信号 が得られる。その光学的な性能は、別々に各ビームと干渉する共通参照アームを 使用することで達成され、各干渉計の出力は電子回路によって比較される。本シ ステムは以前報告された従来装置の利点を継承しているが、我々の以前のシステ ムで説明されたように干渉作用に影響することなく、強度変調を変化させること ができる。

本発明による装置は、表面の地形学的（ｊｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ）特徴を測定す る光学装置であって、コヒーレントな放射源と、前記源からの放射ビームを参照 ビームとプローブビームに分割する手段と、前記プローブビームを少なくとも２ つの周波数で連続的に変調する手段と、反射後の前記プローブビームと前記参照 ビームを再結合して干渉パターンを生成する手段、及び前記干渉パターンを検出 して、前記干渉パターン内の逐次的変動に対応する複数のトーンバーストを生成 する検出手段を具備する。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

図１は本発明による装置を示す概略図。

図２は図１の装置に使用される電子回路を示す概略図。

図３〜６は図１の装置によって得られる結果を示すグラフ。

図１は本発明による光学システムの一実施例の構成を示す。

レーザーからの光は分光器２を介して音響光学的ブラッグセル（ａｃｏｕｓｊｏ −ｏｐｔｉｃ　Ｂｒａｇｇ　ｃＥＩｌ）３に到達する。ここで、その光はセルω 　又はω２を通過する音波の周波数に比例する角度で屈折する。ブラッグセルを 通過する光はテレセントリックに（＋！１ｔｃｅｎｊｒｉｃａｌ１７）サンプル ４に集光され、光は反射してブラッグセルを介して戻り、ここで光は第２の周波 数シフトを受ける。レーザーからの光ビームの第２成分は参照ミラー５（共通参 照アーム）を反射し、それぞれ干渉係数２ω１及び２ω２で、各反射ビームと干 渉する。この干渉はフォトダイオード６によって検出される。これらの信号が電 気的に混合されると、２つの信号間の相対位相は２つのビーム間の相対的な光位 相に対応する。これらのビームはサンプル上で互いに接近しているので、位相差 は物体表面の差動位相を与える。

本システムは各ビームを共通参照アームと干渉させることで−、各ビームは別々 に変調され６、一方、２つのサンプルビーム間の相対位相は回復される。（図１ に示される）ビームＡが′オン″でビームＢが′オ″７′となるように、２つの ビームは反位相平方波（ａｎｔｉｐｈａｓｅ　５ｑｕａｒｅ　ｗａｖｅ）により 変調される。これは差動強度信号に最適な方法である。なぜなら、これによって 最も良い信号・ノイズ値が得られ、実際に非常に簡単な方法であるからである。

２つのビームが直接に干渉した場合、この変調は干渉信号を全く与えないであろ う。なぜなら、２つの信号は都合の良いときに重ならないからである。

共通参照ビームにより、適当な電子的検出を行ってこの干渉を達成できる。これ を図２に示す。

プリアンプ７に供給されるフォトディテクター６の出力は２つの反位相トーンバ ースト（ｔｏｎｅ　ｂｕｒｓｔ）２ｆ　、２ｆ　である。都合の良いときに重な らないので、それらを混合してその相対位相を回復することはできない。トーン バーストは単極双投スイッチ８及びマルチプレクサ−９，１０を介してミキサＭ １に供給される。差周波数の２倍の出力が更にミキサＭ２に供給される。プリア ンプ７の出力は、フィルタ対１１．１２に供給される。このフィルタ対は２つの トーンバーストの基本周波数の第２高調波を選択する。第２高調波は更にミキサ Ｍ３、Ｍ４に供給され、フィルタ１３．１４介してその出力が得られる。電子回 路構成の目的は（ａ）信号を共通周波数に混合し、（ｂ）データレートを著しく 低下させることなく十分狭い帯域のフィルタを通過させ、図２に示される２つの 出力において比較できるように、各信号を連続波信号に変換することである。

以上の結果、我々は異なる時間に動作する２つの干渉計を開発した。各干渉計は 光学システムの中で実質的に独立して動作する。しかし各位相は回復される。な ぜならば、それらは同一の参照ビームにより干渉しているからである。電子回路 構成は、前述の方法で２つのビーム間の相対位相を回復させる。各ビームは同一 経路を通過するので、振動の影響は排除される。図３から６に示される予備的な 結果は各々、塵の点に対する差動位相及び強度、及び段差を走査したときの差動 位相及び極度を示す。これらは、安定したレーザ源が使用された場合、従来の直 接干渉システムにより得られる信号ノイズに関する結果より優れた結果を得るこ とができることを示している。本システムは、サイン波の変調に要求される微細 調整に対しても殆ど感度を有しない。

本発明による装置により、差動強度及び差動位相信号は、優れた信号・ノイズを 有することができる。差動強度信号の場合、にせの信号を減少するために、各ビ ームの駆動装置間の非常に正確な位相差を得るのに必要となる事項は非常に簡単 である。これは並列時分割マルチプレックス法により動作する２つの干渉計を使 用することで可能となる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．コヒーレソトな放射源と、前記源からの放射ビームを参照ビームとプローブ ビームに分割する手段とを具備する表面の地形学的特徴を測定する光学装置にお いて、前記プローブビームを少なくとも２つの周波数で逐次的に変調する手段（ ３）と、反射後の前記プローブビームと前記参照ビームを再結合して干渉パター ンを生成する手段（２）、及び前記干渉パターンを検出して、前記干渉パターン 内の逐次的変動に対応する複数のトーンバーストを生成する検出手段（６）を具 備することを特徴とする光学装置。
2. ２．前記プローブビームを変調する手段（３）は、入力された変調周波数に依存 する角度で前記プローブビームを屈折させる音響光学的ブラッグセルを具備する ことを特徴とする請求項１記載の表面の地形学的特徴を測定する光学装置。
3. ３．前記検出手段はミキサ手段（Ｍ１）を有し、前記トーンバーストに対応する 信号を共通周波数に混合することを特徴とする請求項１又は２記載の表面の地形 学的特徴を測定する光学装置。
4. ４．前記装置は更にフィルタ手段（１１、１２）を具備し、前記各信号を実質的 に連続する波信号に変換することを特徴とする請求項３記載の表面の地形学的特 徴を測定する光学装置。
5. ５．前記検出手段は更にミキサ手段（Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）及びフィルタ手段（１ ３、１４）を含み、位相比較に使用される出力信号を発生することを特徴とする 請求項４記載の表面の地形学的特徴を測定する光学装置。