JPH07110206A - 光ヘテロダイン干渉計 - Google Patents
光ヘテロダイン干渉計Info
- Publication number
- JPH07110206A JPH07110206A JP5252797A JP25279793A JPH07110206A JP H07110206 A JPH07110206 A JP H07110206A JP 5252797 A JP5252797 A JP 5252797A JP 25279793 A JP25279793 A JP 25279793A JP H07110206 A JPH07110206 A JP H07110206A
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- Japan
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- light
- acousto
- optical
- optic modulator
- reference light
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学部品点数を減らしコンパクト化し、また
２つの光路を常に近づけることによって、空気流による
位相歪が発生しにくい光ヘテロダイン干渉計を提供す
る。 【構成】 音響光学変調素子３が、レーザ光をブラッグ
回折により分岐するとともに、高次回折光を変調し、次
数の異なる２つの回折光のうち１つを測定光、他方を参
照光とし、被測定物８、及び参照鏡７により反射された
測定光、及び参照光を、音響光学変調素子１０が、音響
光学変調素子３とは僅かに異なる周波数で変調し、ブラ
ッグ回折により統合し干渉させることにより、光学部品
点数を減らすことができる。また音響光学変調素子のブ
ラッグ角が約7[mrad]と小さいために、光ヘテロダイン
干渉計をコンパクト化でき、且つ測定光と参照光の光路
を常に近づけることができるので、空気流による位相歪
が発生しにくくなる。
２つの光路を常に近づけることによって、空気流による
位相歪が発生しにくい光ヘテロダイン干渉計を提供す
る。 【構成】 音響光学変調素子３が、レーザ光をブラッグ
回折により分岐するとともに、高次回折光を変調し、次
数の異なる２つの回折光のうち１つを測定光、他方を参
照光とし、被測定物８、及び参照鏡７により反射された
測定光、及び参照光を、音響光学変調素子１０が、音響
光学変調素子３とは僅かに異なる周波数で変調し、ブラ
ッグ回折により統合し干渉させることにより、光学部品
点数を減らすことができる。また音響光学変調素子のブ
ラッグ角が約7[mrad]と小さいために、光ヘテロダイン
干渉計をコンパクト化でき、且つ測定光と参照光の光路
を常に近づけることができるので、空気流による位相歪
が発生しにくくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ヘテロダイン干渉計
に関するものであり、特に音響光学変調素子を用いた光
ヘテロダイン干渉計に関するものである。
に関するものであり、特に音響光学変調素子を用いた光
ヘテロダイン干渉計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ヘテロダイン干渉計を用いた微細表面
形状測定を例として説明する。
形状測定を例として説明する。
【０００３】従来、この種の音響光学変調素子を用いた
光ヘテロダイン干渉計の光学系は、図４に示すように構
成されていた。
光ヘテロダイン干渉計の光学系は、図４に示すように構
成されていた。
【０００４】レーザ光源１０１は、振動数がν１の直線
偏光レーザ光を発生するものである。アイソレータ１０
２は、前記レーザ光源１０１への戻り光を遮断するもの
であり、出力光の偏光面が紙面の法線と平行になるよう
に設定されている。無偏光ビームスプリッタ１０３は、
アイソレータ１０２の出力光を２方向に分岐するもので
ある。
偏光レーザ光を発生するものである。アイソレータ１０
２は、前記レーザ光源１０１への戻り光を遮断するもの
であり、出力光の偏光面が紙面の法線と平行になるよう
に設定されている。無偏光ビームスプリッタ１０３は、
アイソレータ１０２の出力光を２方向に分岐するもので
ある。
【０００５】駆動信号発生器１０５は、80MHzの正弦波
を発生し音響光学変調素子１０４を駆動するものであ
り、音響光学変調素子１０４は、分岐された一方のレー
ザ光の振動数を+80MHzシフトさせるものである。ここで
図５を用いて、音響光学変調素子１０４について説明す
る。レーザ光を音響光学変調素子１０４に対して、ブラ
ッグ角φで入射すると、０次回折光、及び０次回折光に
対して2φの角度を持つ１次回折光が発生する。この時
１次回折光の振動数は、入射光に対して駆動信号発生器
の発生する周波数だけプラス・シフトする。１次回折光
以外の出力光は遮光板等で遮られ、１次回折光のみが音
響光学変調素子１０６に入射される。
を発生し音響光学変調素子１０４を駆動するものであ
り、音響光学変調素子１０４は、分岐された一方のレー
ザ光の振動数を+80MHzシフトさせるものである。ここで
図５を用いて、音響光学変調素子１０４について説明す
る。レーザ光を音響光学変調素子１０４に対して、ブラ
ッグ角φで入射すると、０次回折光、及び０次回折光に
対して2φの角度を持つ１次回折光が発生する。この時
１次回折光の振動数は、入射光に対して駆動信号発生器
の発生する周波数だけプラス・シフトする。１次回折光
以外の出力光は遮光板等で遮られ、１次回折光のみが音
響光学変調素子１０６に入射される。
【０００６】駆動信号発生器１０７は、79.9MHzの正弦
波を発生し音響光学変調素子１０６を駆動するものであ
り、音響光学変調素子１０６は、図６の様に、レーザ光
を、ブラッグ角φで入射すると、０次回折光、及び０次
回折光に対して2φの角度を持つ−１次回折光が発生す
る。この時−１次回折光の振動数は入射光に対して、駆
動信号発生器の発生する周波数だけマイナス・シフトす
る。−１次回折光以外の出力光は遮光板等で遮られ、−
１次回折光のみが出力される。従って、２つの音響光学
変調器１０４，１０６を透過したレーザ光は、振動数ν
２が+100kHzシフトしていることになる。以後この出力
レーザ光を参照光と呼ぶ。反射鏡１０８は、レーザ光の
光路を変えるものである。
波を発生し音響光学変調素子１０６を駆動するものであ
り、音響光学変調素子１０６は、図６の様に、レーザ光
を、ブラッグ角φで入射すると、０次回折光、及び０次
回折光に対して2φの角度を持つ−１次回折光が発生す
る。この時−１次回折光の振動数は入射光に対して、駆
動信号発生器の発生する周波数だけマイナス・シフトす
る。−１次回折光以外の出力光は遮光板等で遮られ、−
１次回折光のみが出力される。従って、２つの音響光学
変調器１０４，１０６を透過したレーザ光は、振動数ν
２が+100kHzシフトしていることになる。以後この出力
レーザ光を参照光と呼ぶ。反射鏡１０８は、レーザ光の
光路を変えるものである。
【０００７】反射鏡１０９は、無偏光ビームスプリッタ
１０３により分岐されたもう一方のレーザ光の光路を変
えるものである。１／２波長板１１０は、光軸が図４の
紙面に対して４５度の角度に設置され、レーザ光の偏光
面を紙面と平行になるように回転させるものである。以
後この出力レーザ光を測定光と呼ぶ。
１０３により分岐されたもう一方のレーザ光の光路を変
えるものである。１／２波長板１１０は、光軸が図４の
紙面に対して４５度の角度に設置され、レーザ光の偏光
面を紙面と平行になるように回転させるものである。以
後この出力レーザ光を測定光と呼ぶ。
【０００８】無偏光ビームスプリッタ１１１は、前記参
照光及び測定光を同一光路上に統合し、且つそれぞれ２
つのレーザ光を分割するものである。以後検光子１１３
方向に分岐した参照光をＳ１波、測定光をＰ１波と呼
び、偏光ビームスプリッタ１１５方向に分岐した参照光
をＳ２波、測定光をＰ２波と呼ぶ。
照光及び測定光を同一光路上に統合し、且つそれぞれ２
つのレーザ光を分割するものである。以後検光子１１３
方向に分岐した参照光をＳ１波、測定光をＰ１波と呼
び、偏光ビームスプリッタ１１５方向に分岐した参照光
をＳ２波、測定光をＰ２波と呼ぶ。
【０００９】検光子１１３は、前期Ｓ１波及びＰ１波を
干渉させるものである。フォト・ダイオード１１４は、
この干渉光の強度を電気信号に変換するものである。こ
の電気信号は以降に説明する位相差検出時の基準となる
信号であり、以後Ｂ信号と呼ぶ。
干渉させるものである。フォト・ダイオード１１４は、
この干渉光の強度を電気信号に変換するものである。こ
の電気信号は以降に説明する位相差検出時の基準となる
信号であり、以後Ｂ信号と呼ぶ。
【００１０】偏光ビームスプリッタ１１５は、Ｓ偏光波
を反射し、Ｐ偏光波を直進させる性質を持つ。したがっ
て、Ｓ２波は１／４波長板１１６の方向に反射し、Ｐ２
波は１／４波長板１１８の方向に透過する。Ｓ２波は固
定された参照鏡１１７により反射され、偏光ビームスプ
リッタ１１５に戻るが、１／４波長板１１６を２回透過
することにより、Ｐ偏光波となり検光子１２０の方向に
透過する。Ｐ２波は被測定物１１９により反射され、偏
光ビームスプリッタ１１５に戻るが、１／４波長板１１
８を２回透過することにより、Ｓ偏光波となり検光子１
２０の方向に進行方向を変える。
を反射し、Ｐ偏光波を直進させる性質を持つ。したがっ
て、Ｓ２波は１／４波長板１１６の方向に反射し、Ｐ２
波は１／４波長板１１８の方向に透過する。Ｓ２波は固
定された参照鏡１１７により反射され、偏光ビームスプ
リッタ１１５に戻るが、１／４波長板１１６を２回透過
することにより、Ｐ偏光波となり検光子１２０の方向に
透過する。Ｐ２波は被測定物１１９により反射され、偏
光ビームスプリッタ１１５に戻るが、１／４波長板１１
８を２回透過することにより、Ｓ偏光波となり検光子１
２０の方向に進行方向を変える。
【００１１】検光子１２０は、前期Ｓ２波、及びＰ２波
を干渉させるものであり、フォト・ダイオード１２１
は、この干渉光の強度を電気信号に変換するものであ
る。ここで、フォト・ダイオード１２１に入力されるＳ
２波を、A・exp{i(k2・rs-ω2・t)}（ただし、rsはＳ２波
のフォト・ダイオード１２１までの光路長、Aは振幅、k
2は波長定数、ω2=2π・ν2は角振動数）とし、Ｐ２波
を、B・exp{i(k1・rp-ω1・t)}（ただし、rpはＰ２波のフ
ォト・ダイオード１２１までの光路長、Bは振幅、k1は
波長定数、ω1=2π・ν1は角振動数、初期位相は0）とす
ると、フォト・ダイオード１２１は、入射光の強度｜I
｜2＝A2＋B2＋2A・B・cos{(ω2-ω1)・t+k1・rp-k2・rs}を電
気信号に変換する。第３項はＳ２波とＰ２波の干渉によ
るビート信号であり、その位相θはk1・rp-k2・rsとな
る。参照鏡１１７を固定することによって、ビート信号
の位相θから被測定物１１９の微小変位を測定すること
ができる。この電気信号を以後Ｄ信号と呼ぶ。
を干渉させるものであり、フォト・ダイオード１２１
は、この干渉光の強度を電気信号に変換するものであ
る。ここで、フォト・ダイオード１２１に入力されるＳ
２波を、A・exp{i(k2・rs-ω2・t)}（ただし、rsはＳ２波
のフォト・ダイオード１２１までの光路長、Aは振幅、k
2は波長定数、ω2=2π・ν2は角振動数）とし、Ｐ２波
を、B・exp{i(k1・rp-ω1・t)}（ただし、rpはＰ２波のフ
ォト・ダイオード１２１までの光路長、Bは振幅、k1は
波長定数、ω1=2π・ν1は角振動数、初期位相は0）とす
ると、フォト・ダイオード１２１は、入射光の強度｜I
｜2＝A2＋B2＋2A・B・cos{(ω2-ω1)・t+k1・rp-k2・rs}を電
気信号に変換する。第３項はＳ２波とＰ２波の干渉によ
るビート信号であり、その位相θはk1・rp-k2・rsとな
る。参照鏡１１７を固定することによって、ビート信号
の位相θから被測定物１１９の微小変位を測定すること
ができる。この電気信号を以後Ｄ信号と呼ぶ。
【００１２】次に、図７を用いて電気系の構成を説明す
る。
る。
【００１３】Ｄ信号増幅器１３１は、前期Ｄ信号の交流
成分（ビート信号）を増幅するものである。
成分（ビート信号）を増幅するものである。
【００１４】同様にＢ信号増幅器１３２は、前期Ｂ信号
のビート信号を増幅するものである。この時ビート信号
の位相は、Ｓ１波とＰ１波のフォト・ダイオード１１４
までの光路長が固定されているために定数となり、以降
で説明するＤ信号の位相に対する比較基準とする。
のビート信号を増幅するものである。この時ビート信号
の位相は、Ｓ１波とＰ１波のフォト・ダイオード１１４
までの光路長が固定されているために定数となり、以降
で説明するＤ信号の位相に対する比較基準とする。
【００１５】位相比較器１３３は、前記Ｄ信号とＢ信号
のビート信号の位相差Θを検出するものである。位相差
Θは上述のようにΘ=k1・rp-k2・rs-（Ｂ信号の位相）と
なり、参照鏡１１７を固定することによってΘ=k1・rp-
（定数）となる。
のビート信号の位相差Θを検出するものである。位相差
Θは上述のようにΘ=k1・rp-k2・rs-（Ｂ信号の位相）と
なり、参照鏡１１７を固定することによってΘ=k1・rp-
（定数）となる。
【００１６】信号処理装置１３４は、被測定物１１９を
載せたステージを図４の矢印の方向に徐々に移動させ、
位相差Θの変化を観測することによって、被測定物１１
９の微細表面形状を測定するものである。この時測定精
度は、Δrp=ΔΘ/k1=λ/2π・ΔΘ（ただし、λはレーザ
波長）となる。ここで、波長632.8[nm]のＨｅ−Ｎｅレ
ーザを用い、位相差Θを2π/1000の精度で検出すれば、
Δｒd=0.6[nm]となり、測定光の光路が被測定物１１９
の変位に相当する距離を往復するので、被測定物１１９
の変位を0.3[nm]の精度で測定することができる。
載せたステージを図４の矢印の方向に徐々に移動させ、
位相差Θの変化を観測することによって、被測定物１１
９の微細表面形状を測定するものである。この時測定精
度は、Δrp=ΔΘ/k1=λ/2π・ΔΘ（ただし、λはレーザ
波長）となる。ここで、波長632.8[nm]のＨｅ−Ｎｅレ
ーザを用い、位相差Θを2π/1000の精度で検出すれば、
Δｒd=0.6[nm]となり、測定光の光路が被測定物１１９
の変位に相当する距離を往復するので、被測定物１１９
の変位を0.3[nm]の精度で測定することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような音響光学変調素子を用いた光ヘテロダイン干渉計
は、僅かに波長の異なる２つのレーザ光を作り出すため
に、直線偏光レーザ光を無偏光ビームスプリッタ１０３
により分岐し、一方のレーザ光の振動数を２つの音響光
学素子によりシフトさせた後に、無偏光ビームスプリッ
タ１１１により、同一光路に統合していた為に、光学部
品点数が多くなり、また無偏光ビームスプリッタ１０３
から無偏光ビームスプリッタ１１１間で参照光と測定光
の光路が離れ、空気流による位相歪が発生しやすくなる
といった問題点があった。
ような音響光学変調素子を用いた光ヘテロダイン干渉計
は、僅かに波長の異なる２つのレーザ光を作り出すため
に、直線偏光レーザ光を無偏光ビームスプリッタ１０３
により分岐し、一方のレーザ光の振動数を２つの音響光
学素子によりシフトさせた後に、無偏光ビームスプリッ
タ１１１により、同一光路に統合していた為に、光学部
品点数が多くなり、また無偏光ビームスプリッタ１０３
から無偏光ビームスプリッタ１１１間で参照光と測定光
の光路が離れ、空気流による位相歪が発生しやすくなる
といった問題点があった。
【００１８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、光学部品点数を減らしコンパク
ト化し、また参照光と測定光の光路を常に近づけること
によって、空気流による位相歪が発生しにくい光ヘテロ
ダイン干渉計を提供することを目的としている。
になされたものであり、光学部品点数を減らしコンパク
ト化し、また参照光と測定光の光路を常に近づけること
によって、空気流による位相歪が発生しにくい光ヘテロ
ダイン干渉計を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の光ヘテロダイン干渉計は、レーザ光をブラ
ッグ回折により分岐するとともに、高次回折光を変調
し、次数の異なる２つの回折光のうち１つを測定光、他
方を参照光とする第１の音響光学変調素子と、前記参照
光を反射する参照光反射手段と、被測定物、及び前記参
照光反射手段により反射された前記測定光、及び前記参
照光を第１の音響光学変調素子とは僅かに異なる周波数
で変調するとともに、ブラッグ回折により統合し干渉さ
せる第２の音響光学変調素子とを備えている。
に、本発明の光ヘテロダイン干渉計は、レーザ光をブラ
ッグ回折により分岐するとともに、高次回折光を変調
し、次数の異なる２つの回折光のうち１つを測定光、他
方を参照光とする第１の音響光学変調素子と、前記参照
光を反射する参照光反射手段と、被測定物、及び前記参
照光反射手段により反射された前記測定光、及び前記参
照光を第１の音響光学変調素子とは僅かに異なる周波数
で変調するとともに、ブラッグ回折により統合し干渉さ
せる第２の音響光学変調素子とを備えている。
【００２０】請求項２に記載の光ヘテロダイン干渉計
は、前記測定光を第１の音響光学変調素子による０次回
折光とし、前記参照光を１次回折光としている。
は、前記測定光を第１の音響光学変調素子による０次回
折光とし、前記参照光を１次回折光としている。
【００２１】
【作用】前記の構成を有する本発明の光ヘテロダイン干
渉計において、第１の音響光学変調素子は、レーザ光を
ブラッグ回折により分岐するとともに、高次回折光を変
調し、次数の異なる２つの回折光のうち１つを測定光、
他方を参照光とする。
渉計において、第１の音響光学変調素子は、レーザ光を
ブラッグ回折により分岐するとともに、高次回折光を変
調し、次数の異なる２つの回折光のうち１つを測定光、
他方を参照光とする。
【００２２】参照光反射手段は、前記参照光を反射す
る。
る。
【００２３】第２の音響光学変調素子は、被測定物、及
び前記参照光反射手段により反射された前記測定光、及
び前記参照光を第１の音響光学変調素子とは僅かに異な
る周波数で変調するとともに、ブラッグ回折により統合
し干渉させる。
び前記参照光反射手段により反射された前記測定光、及
び前記参照光を第１の音響光学変調素子とは僅かに異な
る周波数で変調するとともに、ブラッグ回折により統合
し干渉させる。
【００２４】
【実施例】以下に、本発明を具体化した一実施例を図面
を参照して説明する。また実施例においては、本発明の
光ヘテロダイン干渉計を用いた微細表面形状測定を例と
して説明する。
を参照して説明する。また実施例においては、本発明の
光ヘテロダイン干渉計を用いた微細表面形状測定を例と
して説明する。
【００２５】図１は本発明を具体化した光ヘテロダイン
干渉計の光学系の構成を概略的に示したものである。
干渉計の光学系の構成を概略的に示したものである。
【００２６】レーザ光源１は、振動数がν１の直線偏光
レーザ光を発生するものである。アイソレータ２は、前
記レーザ光源１への戻り光を遮断するものであり、出力
光の偏光面が紙面の法線と平行になるように設定されて
いる。
レーザ光を発生するものである。アイソレータ２は、前
記レーザ光源１への戻り光を遮断するものであり、出力
光の偏光面が紙面の法線と平行になるように設定されて
いる。
【００２７】駆動信号発生器４は、水晶発信器５の基準
クロックから、80MHzの正弦波を発生し音響光学変調素
子３を駆動するものである。
クロックから、80MHzの正弦波を発生し音響光学変調素
子３を駆動するものである。
【００２８】音響光学変調素子３は、ブラッグ回折によ
り前記直線偏光レーザ光を分岐するとともに、その１次
回折光の振動数を+80MHzシフトさせるものである。ここ
で図５を用いて、音響光学変調素子３について説明す
る。レーザ光を音響光学変調素子３に対して、ブラッグ
角φで入射すると、図５の様に０次回折光、及び０次回
折光に対して2φの角度を持つ１次回折光が発生する。
この時この１次回折光の振動数は入射光に対して、駆動
信号発生器の発生する周波数だけプラス・シフトする。
０次回折光は入射光と同じ振動数で出力される。０次回
折光、及び１次回折光以外の出力光は遮光板等で遮る。
以後、出力された０次回折光を測定光、１次回折光を参
照光と呼ぶ。
り前記直線偏光レーザ光を分岐するとともに、その１次
回折光の振動数を+80MHzシフトさせるものである。ここ
で図５を用いて、音響光学変調素子３について説明す
る。レーザ光を音響光学変調素子３に対して、ブラッグ
角φで入射すると、図５の様に０次回折光、及び０次回
折光に対して2φの角度を持つ１次回折光が発生する。
この時この１次回折光の振動数は入射光に対して、駆動
信号発生器の発生する周波数だけプラス・シフトする。
０次回折光は入射光と同じ振動数で出力される。０次回
折光、及び１次回折光以外の出力光は遮光板等で遮る。
以後、出力された０次回折光を測定光、１次回折光を参
照光と呼ぶ。
【００２９】前記測定光、及び前記参照光はＳ偏光波で
あるために、偏光ビームスプリッタ６により反射され
る。
あるために、偏光ビームスプリッタ６により反射され
る。
【００３０】前記測定光、及び前記参照光は被測定物
８、及び参照鏡７により反射され、偏光ビームスプリッ
タ６に戻るが、このとき１／４波長板９を２回透過する
ことにより、Ｐ偏光波となり偏光ビームスプリッタ６を
直進する。
８、及び参照鏡７により反射され、偏光ビームスプリッ
タ６に戻るが、このとき１／４波長板９を２回透過する
ことにより、Ｐ偏光波となり偏光ビームスプリッタ６を
直進する。
【００３１】駆動信号発生器１１は、水晶発信器５の基
準クロックから、79.9MHzの正弦波を発生し音響光学変
調素子１０を駆動するものである。
準クロックから、79.9MHzの正弦波を発生し音響光学変
調素子１０を駆動するものである。
【００３２】音響光学変調素子１０は、図２の様に測定
光、及び参照光を、ブラッグ角φで入射すると、測定光
の０次光と、参照光の−１次回折光を同一光路上に統合
し、干渉させるものである。この時、参照光の振動数は
-79.9MHzシフトする。従って、２つの音響光学変調器
３，及び１０を透過することにより、参照光の振動数ν
２は+100kHzシフトしていることになる。
光、及び参照光を、ブラッグ角φで入射すると、測定光
の０次光と、参照光の−１次回折光を同一光路上に統合
し、干渉させるものである。この時、参照光の振動数は
-79.9MHzシフトする。従って、２つの音響光学変調器
３，及び１０を透過することにより、参照光の振動数ν
２は+100kHzシフトしていることになる。
【００３３】フォト・ダイオード１２は、この干渉光の
強度を電気信号に変換するものである。ここで、フォト
・ダイオード１２に入力される参照光を、A・exp{i(k2・
ｒr-ω2・t)}（ただし、ｒrは参照光のフォト・ダイオー
ド１２までの光路長、Aは振幅、k2は波長定数、ω2=2π
・ν2は角振動数）とし、測定光を、B・exp{i(k1・ｒd-ω1
・t)}（ただし、ｒdは測定光のフォト・ダイオード１２
までの光路長、Bは振幅、k1は波長定数、ω1=2π・ν1は
角振動数、初期位相は0）とすると、フォト・ダイオー
ド１２は、入射光の強度｜I｜2＝A2＋B2＋2A・B・cos{(ω
2-ω1)・t+k1・ｒd-k2・ｒr}を電気信号に変換する。第３
項は測定光と参照光の干渉によるビート信号であり、そ
の位相θはk1・ｒd-k2・ｒrとなる。参照鏡７を固定する
ことによって、ビート信号の位相θから被測定物８の微
小変位を測定することができる。この電気信号を以後Ｄ
信号と呼ぶ。
強度を電気信号に変換するものである。ここで、フォト
・ダイオード１２に入力される参照光を、A・exp{i(k2・
ｒr-ω2・t)}（ただし、ｒrは参照光のフォト・ダイオー
ド１２までの光路長、Aは振幅、k2は波長定数、ω2=2π
・ν2は角振動数）とし、測定光を、B・exp{i(k1・ｒd-ω1
・t)}（ただし、ｒdは測定光のフォト・ダイオード１２
までの光路長、Bは振幅、k1は波長定数、ω1=2π・ν1は
角振動数、初期位相は0）とすると、フォト・ダイオー
ド１２は、入射光の強度｜I｜2＝A2＋B2＋2A・B・cos{(ω
2-ω1)・t+k1・ｒd-k2・ｒr}を電気信号に変換する。第３
項は測定光と参照光の干渉によるビート信号であり、そ
の位相θはk1・ｒd-k2・ｒrとなる。参照鏡７を固定する
ことによって、ビート信号の位相θから被測定物８の微
小変位を測定することができる。この電気信号を以後Ｄ
信号と呼ぶ。
【００３４】次に、図３を用いて電気系の構成を説明す
る。
る。
【００３５】Ｄ信号増幅器３１は、前期Ｄ信号の交流成
分（ビート信号）を増幅するものである。
分（ビート信号）を増幅するものである。
【００３６】Ｂ信号発生器３２は、前期水晶発信器５の
基準クロックから、100KHzの基準信号（以後、Ｂ信号）
を発生するものである。この信号を、Ｄ信号の位相に対
する比較基準とする。
基準クロックから、100KHzの基準信号（以後、Ｂ信号）
を発生するものである。この信号を、Ｄ信号の位相に対
する比較基準とする。
【００３７】位相比較器３３は、前記Ｄ信号のビート信
号とＢ信号の位相差Θを検出するものである。位相差Θ
は上述のようにΘ=k1・ｒd-k2・ｒr-（Ｂ信号の位相）と
なり、参照鏡７を固定することによって、Θ=k1・rp-
（定数）となる。
号とＢ信号の位相差Θを検出するものである。位相差Θ
は上述のようにΘ=k1・ｒd-k2・ｒr-（Ｂ信号の位相）と
なり、参照鏡７を固定することによって、Θ=k1・rp-
（定数）となる。
【００３８】信号処理装置３４は、被測定物８を載せた
ステージを図１の矢印の方向に徐々に移動させ、位相差
Θの変化を観測することによって、被測定物８の微細表
面形状を測定するものである。この時測定精度は、Δｒ
d=ΔΘ/k1=λ/2π・ΔΘ（ただし、λはレーザ波長）と
なる。ここで、波長632.8[nm]のＨｅ−Ｎｅレーザを用
い、位相差Θを2π/1000の精度で検出すれば、Δｒd=0.
6[nm]となり、測定光の光路が被測定物８の変位に相当
する距離を往復するので、被測定物８の変位を0.3[nm]
の精度で測定することができる。
ステージを図１の矢印の方向に徐々に移動させ、位相差
Θの変化を観測することによって、被測定物８の微細表
面形状を測定するものである。この時測定精度は、Δｒ
d=ΔΘ/k1=λ/2π・ΔΘ（ただし、λはレーザ波長）と
なる。ここで、波長632.8[nm]のＨｅ−Ｎｅレーザを用
い、位相差Θを2π/1000の精度で検出すれば、Δｒd=0.
6[nm]となり、測定光の光路が被測定物８の変位に相当
する距離を往復するので、被測定物８の変位を0.3[nm]
の精度で測定することができる。
【００３９】以上詳述したように、２つの音響光学変調
素子により、レーザ光の振動数をシフトさせるととも
に、測定光と参照光を分岐し、統合することにより、光
ヘテロダイン干渉計の光学部品点数を減らすことができ
る。また音響光学変調素子のブラッグ角が約7[mrad]と
小さいために、光ヘテロダイン干渉計をコンパクト化で
き、且つ測定光と参照光の光路を常に近づけることがで
きるので、空気流による位相歪が発生しにくくなる。
素子により、レーザ光の振動数をシフトさせるととも
に、測定光と参照光を分岐し、統合することにより、光
ヘテロダイン干渉計の光学部品点数を減らすことができ
る。また音響光学変調素子のブラッグ角が約7[mrad]と
小さいために、光ヘテロダイン干渉計をコンパクト化で
き、且つ測定光と参照光の光路を常に近づけることがで
きるので、空気流による位相歪が発生しにくくなる。
【００４０】尚、前記実施例においては微細表面形状の
測定を例として説明したが、光ヘテロダイン干渉計を用
いた他の計測であっても良い。
測定を例として説明したが、光ヘテロダイン干渉計を用
いた他の計測であっても良い。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の光ヘテロダイン干渉計によれば、第１の音響光学
変調素子が、レーザ光をブラッグ回折により分岐すると
ともに、高次回折光を変調し、０次回折光を測定光、１
次回折光を参照光とし、被測定物、及び参照光反射手段
により反射された測定光、及び参照光を、第２の音響光
学変調素子が、第１の音響光学変調素子とは僅かに異な
る周波数で変調するとともに、ブラッグ回折により統合
し干渉させることにより、光学部品点数を減らすことが
できる。また音響光学変調素子のブラッグ角が約7[mra
d]と小さいために、光ヘテロダイン干渉計をコンパクト
化でき、且つ測定光と参照光の光路を常に近づけること
ができ、空気流による位相歪が発生しにくくなる。
発明の光ヘテロダイン干渉計によれば、第１の音響光学
変調素子が、レーザ光をブラッグ回折により分岐すると
ともに、高次回折光を変調し、０次回折光を測定光、１
次回折光を参照光とし、被測定物、及び参照光反射手段
により反射された測定光、及び参照光を、第２の音響光
学変調素子が、第１の音響光学変調素子とは僅かに異な
る周波数で変調するとともに、ブラッグ回折により統合
し干渉させることにより、光学部品点数を減らすことが
できる。また音響光学変調素子のブラッグ角が約7[mra
d]と小さいために、光ヘテロダイン干渉計をコンパクト
化でき、且つ測定光と参照光の光路を常に近づけること
ができ、空気流による位相歪が発生しにくくなる。
【図１】図１は本実施例の光学系の概略構成図である。
【図２】図２は実施例の音響光学変調素子の説明図であ
る。
る。
【図３】図３は本実施例の電気的制御構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】図４は従来例の光ヘテロダイン干渉計の光学系
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図５】図５は音響光学変調素子の説明図である。
【図６】図６は音響光学変調素子の説明図である。
【図７】図７は従来例の電気的制御構成を示すブロック
図である。
図である。
３ 音響光学変調素子 ７ 参照鏡 １０ 音響光学変調素子
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ光をブラッグ回折により分岐する
とともに、高次回折光を変調し、次数の異なる２つの回
折光のうち１つを測定光、他方を参照光とする第１の音
響光学変調素子と、 前記参照光を反射する参照光反射手段と、 被測定物、及び前記参照光反射手段により反射された前
記測定光、及び前記参照光を第１の音響光学変調素子と
は僅かに異なる周波数で変調するとともに、ブラッグ回
折により統合し干渉させる第２の音響光学変調素子とを
備えたことを特徴とする光ヘテロダイン干渉計。 - 【請求項２】 前記測定光を第１の音響光学変調素子に
よる０次回折光とし、参照光を１次回折光とすることを
特徴とする請求項１に記載の光ヘテロダイン干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5252797A JPH07110206A (ja) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | 光ヘテロダイン干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5252797A JPH07110206A (ja) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | 光ヘテロダイン干渉計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07110206A true JPH07110206A (ja) | 1995-04-25 |
Family
ID=17242379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5252797A Pending JPH07110206A (ja) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | 光ヘテロダイン干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07110206A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010538287A (ja) * | 2007-09-04 | 2010-12-09 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） | 再インジェクションによる対象物のイメージ作成のためのヘテロダイン検出装置 |
| JP2016070894A (ja) * | 2014-10-02 | 2016-05-09 | アストロデザイン株式会社 | 光学的距離計測装置 |
| WO2021017098A1 (zh) * | 2019-07-26 | 2021-02-04 | 浙江理工大学 | 差动式正弦相位调制激光干涉纳米位移测量装置及方法 |
-
1993
- 1993-10-08 JP JP5252797A patent/JPH07110206A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010538287A (ja) * | 2007-09-04 | 2010-12-09 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） | 再インジェクションによる対象物のイメージ作成のためのヘテロダイン検出装置 |
| JP2016070894A (ja) * | 2014-10-02 | 2016-05-09 | アストロデザイン株式会社 | 光学的距離計測装置 |
| WO2021017098A1 (zh) * | 2019-07-26 | 2021-02-04 | 浙江理工大学 | 差动式正弦相位调制激光干涉纳米位移测量装置及方法 |
| US11255655B2 (en) | 2019-07-26 | 2022-02-22 | Zhejiang Sci-Tech University | Differential sinusoidal phase modulation laser interferometric nanometer displacement measuring apparatus and method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060802 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060927 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070206 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070615 |