JPH07111323B2 - 光学測定装置 - Google Patents
光学測定装置Info
- Publication number
- JPH07111323B2 JPH07111323B2 JP4068697A JP6869792A JPH07111323B2 JP H07111323 B2 JPH07111323 B2 JP H07111323B2 JP 4068697 A JP4068697 A JP 4068697A JP 6869792 A JP6869792 A JP 6869792A JP H07111323 B2 JPH07111323 B2 JP H07111323B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measuring device
- optical
- optical measuring
- interest
- wavelengths
- 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 - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 87
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 39
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 18
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000006094 Zerodur Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 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
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
- G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
- G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02056—Passive reduction of errors
- G01B9/02057—Passive reduction of errors by using common path configuration, i.e. reference and object path almost entirely overlapping
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
- G01B9/02063—Active error reduction, i.e. varying with time by particular alignment of focus position, e.g. dynamic focussing in optical coherence tomography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
- G01B9/02064—Active error reduction, i.e. varying with time by particular adjustment of coherence gate, i.e. adjusting position of zero path difference in low coherence interferometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
- G01B9/02078—Caused by ambiguity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/30—Grating as beam-splitter
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
- G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的測定に係り、さ
らに詳しくは２表面間の変位を測定するときにサブ−ナ
ノメータの測定分解能を達成するために２つの合成波長
と１つの光波長を用いる光学測定装置に関する。
らに詳しくは２表面間の変位を測定するときにサブ−ナ
ノメータの測定分解能を達成するために２つの合成波長
と１つの光波長を用いる光学測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】干渉測定方法に関する光学的測定の適用
範囲を広げるためのある公知の方法は、２つの別々の波
長での干渉位相を測定するものである。
範囲を広げるためのある公知の方法は、２つの別々の波
長での干渉位相を測定するものである。
【０００３】２ビーム干渉計の中で、単色光をそれ自身
で干渉させるとき、４分割式検出器によって測定される
出力強度は、関数ｈに比例する。
で干渉させるとき、４分割式検出器によって測定される
出力強度は、関数ｈに比例する。
【０００４】 ｈ（ｍｘ）＝ｃｏｓ2 （πｍ） （１） ただし、ｍは光の干渉縞の回折次数であり、他のビーム
に対するあるビームの相対位相の１／２π倍に等しい。
２ビーム間の光路差は、 Ｌ＝ｍ・λ／２ （２） で干渉縞次数に関係している。
に対するあるビームの相対位相の１／２π倍に等しい。
２ビーム間の光路差は、 Ｌ＝ｍ・λ／２ （２） で干渉縞次数に関係している。
【０００５】ただし、Ｌは屈折率を含んた一方向の光路
差であり、λは真空での波長である。ｈは周期関数なの
で、ｍの整数部分は数式（１）による変換によっては決
定することができない。干渉測定方法は、一般に干渉縞
次数の分数部分ｆ（ｍ）のみを与え、その結果として長
さＬの変化、それは絶対値ではない、のみが直接に測定
できる。この干渉縞次数の整数の不明瞭さは、多くの適
用分野での干渉測定方法の有用さを制限する。
差であり、λは真空での波長である。ｈは周期関数なの
で、ｍの整数部分は数式（１）による変換によっては決
定することができない。干渉測定方法は、一般に干渉縞
次数の分数部分ｆ（ｍ）のみを与え、その結果として長
さＬの変化、それは絶対値ではない、のみが直接に測定
できる。この干渉縞次数の整数の不明瞭さは、多くの適
用分野での干渉測定方法の有用さを制限する。
【０００６】多重カラー、または多重波長の干渉測定方
法の目的は、ｍの整数部分を測定することであり、その
結果、真空波長によって極めて高い正確さで、全体の長
さＬを直接的に測定することができる。
法の目的は、ｍの整数部分を測定することであり、その
結果、真空波長によって極めて高い正確さで、全体の長
さＬを直接的に測定することができる。
【０００７】多重波長干渉測定方法により長さを決定す
るための分析手段は、さまざまな形が存在する。そのよ
うな手段の一つは、干渉計内の波長対の差から得られる
合成波長と、これら波長の位相測定値の差から得られる
対応している合成ヒンジ次数との概念を使用する。
るための分析手段は、さまざまな形が存在する。そのよ
うな手段の一つは、干渉計内の波長対の差から得られる
合成波長と、これら波長の位相測定値の差から得られる
対応している合成ヒンジ次数との概念を使用する。
【０００８】例えば、３つの光波長λ１，λ２，λ３を
考えると、以下の式によって定義される３つの可能な合
成波長がある。
考えると、以下の式によって定義される３つの可能な合
成波長がある。
【０００９】 １／Λｉｊ＝１／λｉ−１／λｊ、 λｊ＞λｉ （３） 適当な一対の波長λｉ，λｊを選択することによって、
合成波長を可視波長よりも大幅に大きくすることができ
ることがわかる。対応している合成干渉縞の次数Ｍｉｊ
の分数部分は、（４）式として、干渉縞次数ｍｉとｍｊ
の差から得られる。
合成波長を可視波長よりも大幅に大きくすることができ
ることがわかる。対応している合成干渉縞の次数Ｍｉｊ
の分数部分は、（４）式として、干渉縞次数ｍｉとｍｊ
の差から得られる。
【００１０】 Ｍｉｊ＝ｍｉ−ｍｊ （４） 長さＬは、（５）式のように、合成波長測定値から計算
できる。
できる。
【００１１】 Ｌ＝（Ｍｉｊ・Λｉｊ）／２ （５） 合成波長の長波長化、距離Ｌの幅の長尺化は、Ｍｉｊの
値の整数の不明瞭さにより、エラーの可能性なしに調整
されることができる。逆に、Ｌの測定値の正確さは、比
較的短い合成波長を使うときに最も効果的である。
値の整数の不明瞭さにより、エラーの可能性なしに調整
されることができる。逆に、Ｌの測定値の正確さは、比
較的短い合成波長を使うときに最も効果的である。
【００１２】以下に説明する関連する技術は、公知の２
波長干渉計の様々な状態について論じられている。
波長干渉計の様々な状態について論じられている。
【００１３】Whyant等による米国特許Ｎｏ４，８３２，
４８９、１９８９年５月２３日、には、非球面のような
急勾配な表面分布を再形成するために２つのレーザ光源
を使用する２波長位相シフト干渉計が記載されている。
２５６×２５６のディテクタアレイが使用され、その技
術は各ディテクタ毎に独立して等しい位相を計算するも
のである。
４８９、１９８９年５月２３日、には、非球面のような
急勾配な表面分布を再形成するために２つのレーザ光源
を使用する２波長位相シフト干渉計が記載されている。
２５６×２５６のディテクタアレイが使用され、その技
術は各ディテクタ毎に独立して等しい位相を計算するも
のである。
【００１４】以下の論文は、表面分布測定方法のために
合成波長を使用する場合について論じている。
合成波長を使用する場合について論じている。
【００１５】「オプティカ アクタ」、Vol 32，No12,1
455-1464 １９８５に、Ｋ．Creath、Ｙ．Cheng 、Whya
ntにより、“２波長−位相シフト干渉測定方法を使用す
る非球面の分布測定”と表題された論文には、アルゴン
イオンレーザとＨｅ−Ｎｅレーザーを用いる２波長ホロ
グラフィーが記述されている。
455-1464 １９８５に、Ｋ．Creath、Ｙ．Cheng 、Whya
ntにより、“２波長−位相シフト干渉測定方法を使用す
る非球面の分布測定”と表題された論文には、アルゴン
イオンレーザとＨｅ−Ｎｅレーザーを用いる２波長ホロ
グラフィーが記述されている。
【００１６】アルゴンイオンレーザ（0.4880マイクロメ
ータ、または0.5145マイクロメータ）からの２波長が、
2.13マイクロメータと2.75マイクロメータの等しい波長
を生じさせるために、Ｈｅ−Ｎｅレーザーからの単一波
長（0.63282 マイクロメータ）との結合に用いられる。
何にも覆われていない試験表面が、干渉計の１つのアー
ム内に配置され、１００×１００ダイオードアレイを使
用して干渉模様が記録される。
ータ、または0.5145マイクロメータ）からの２波長が、
2.13マイクロメータと2.75マイクロメータの等しい波長
を生じさせるために、Ｈｅ−Ｎｅレーザーからの単一波
長（0.63282 マイクロメータ）との結合に用いられる。
何にも覆われていない試験表面が、干渉計の１つのアー
ム内に配置され、１００×１００ダイオードアレイを使
用して干渉模様が記録される。
【００１７】「オプティクスレタ−」、vol.14, no11
１９８９年６月１日、で、C.Williams,H.Wickramasinge
により、“２００ｎｍの解像度による絶対光学的分布測
定”と表題された論文には、波長多重化干渉計による光
学的分布測定と集積回路構造上で実行される前記した表
面分布測定とが記載されている。一組のＧａＡｌＡｓ単
一モードダイオードレーザが、光源として使用されてい
る。
１９８９年６月１日、で、C.Williams,H.Wickramasinge
により、“２００ｎｍの解像度による絶対光学的分布測
定”と表題された論文には、波長多重化干渉計による光
学的分布測定と集積回路構造上で実行される前記した表
面分布測定とが記載されている。一組のＧａＡｌＡｓ単
一モードダイオードレーザが、光源として使用されてい
る。
【００１８】［応用光学」vol27,no2 （３０６−３１
１），１９８８年１月２日で、Ａ．ＪdeBoefにより、
“単一周波数ダイオ−ドレーザを使用する２波長スポッ
ト走査干渉計”と表題された論文には、粗い表面の分布
を測定するために、２つの単一周波数レーザーダイオー
ドを使用することが記載されている。２つの波長は、時
間多重化されていないが、その代わりに連続的に供給さ
れる。
１），１９８８年１月２日で、Ａ．ＪdeBoefにより、
“単一周波数ダイオ−ドレーザを使用する２波長スポッ
ト走査干渉計”と表題された論文には、粗い表面の分布
を測定するために、２つの単一周波数レーザーダイオー
ドを使用することが記載されている。２つの波長は、時
間多重化されていないが、その代わりに連続的に供給さ
れる。
【００１９】「工学におけるオプティクス及びレーザ
ー」、２７１−１２７９頁、（１９８９）の、A.Ferche
r,U.Vry,W.Wewnerによる、“ダイオードレーザ−のホッ
ピングモードを使用する粗い表面の２波長まだら干渉測
定方法”と表題された論文では、２つの隣接する振動モ
ード間が切換えられる（スイッチング）単一モードダイ
オードからなる時間多重化２波長光源が記載されてい
る。そのスイッチングは、ダイオードを“モードホッ
プ”と呼ばれる付近の領域に温度的に調整することによ
る上下変動変化（ポンプ−カレントモジュレイション）
によって実行される。“モードホップ”はダイオードの
出力をある出力波長から他の出力波長へ容易にスイッチ
できる領域付近である。この技術はグランドレンズ表面
の分布測定を可能にさせる。
ー」、２７１−１２７９頁、（１９８９）の、A.Ferche
r,U.Vry,W.Wewnerによる、“ダイオードレーザ−のホッ
ピングモードを使用する粗い表面の２波長まだら干渉測
定方法”と表題された論文では、２つの隣接する振動モ
ード間が切換えられる（スイッチング）単一モードダイ
オードからなる時間多重化２波長光源が記載されてい
る。そのスイッチングは、ダイオードを“モードホッ
プ”と呼ばれる付近の領域に温度的に調整することによ
る上下変動変化（ポンプ−カレントモジュレイション）
によって実行される。“モードホップ”はダイオードの
出力をある出力波長から他の出力波長へ容易にスイッチ
できる領域付近である。この技術はグランドレンズ表面
の分布測定を可能にさせる。
【００２０】以上説明したように、合成波長が大きくな
ればなるほど、距離（Ｌ）の範囲が大きくなり、合成波
長干渉縞次数（Ｍｉｊ）値の整数の不明瞭さによるエラ
ーを生じることなく、距離Ｌを調整できる。しかしなが
ら、Ｌの測定値の正確さは、少さな合成波長を使ったと
きに、最もよい。
ればなるほど、距離（Ｌ）の範囲が大きくなり、合成波
長干渉縞次数（Ｍｉｊ）値の整数の不明瞭さによるエラ
ーを生じることなく、距離Ｌを調整できる。しかしなが
ら、Ｌの測定値の正確さは、少さな合成波長を使ったと
きに、最もよい。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、異なるサイズの複数の合成波長を使い２つの表面間
の間隔を決定する装置を含んだ光学測定装置を提供する
ことである。
は、異なるサイズの複数の合成波長を使い２つの表面間
の間隔を決定する装置を含んだ光学測定装置を提供する
ことである。
【００２２】本発明の他の目的は、少なくとも１つ好ま
しくは２つのマルチモードレーザダイオードから発光し
た３つの光波長から得られた合成波長であって、異なる
サイズの複数の合成波長を使って２つの表面の間隔を測
定するための装置を含んだ光学的測定装置を提供するこ
とである。
しくは２つのマルチモードレーザダイオードから発光し
た３つの光波長から得られた合成波長であって、異なる
サイズの複数の合成波長を使って２つの表面の間隔を測
定するための装置を含んだ光学的測定装置を提供するこ
とである。
【００２３】本発明のさらに他の目的は、大きな合成波
長により可能とされるダイナミックレンジを保持しなが
らる測定値の正確さを改善するために、連続的に小さく
なる合成波長を使って、異なるサイズの複数の合成波長
を使用する、２つの表面間の間隔を測定するための装置
を含んだ光学的測定装置を提供することにある。
長により可能とされるダイナミックレンジを保持しなが
らる測定値の正確さを改善するために、連続的に小さく
なる合成波長を使って、異なるサイズの複数の合成波長
を使用する、２つの表面間の間隔を測定するための装置
を含んだ光学的測定装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段，作用及び発明の効果】光
学的測定を実行する方法及び装置によって、前記の問題
及び他の問題を解決し、本発明の目的を実現する。本発
明の方法及びその方法を実現するするための装置によれ
ば、最初のステップは複数の光波長を持つ光出力を発生
する。次のステップはその光出力を修正して互いに直交
して偏光された、位相修正された参照ビームと測定ビー
ムとが提供される。その参照ビーム及び測定ビームは、
関心表面に向けられ、かつそこで反射される。さらなる
ステップは、位相修正された参照ビームと、反射した測
定ビームとを１つの結合ビームに結合する。次のステッ
プは、上記結合ビーム内の光波長の偏光状態に応じて、
参照ビームの光路長と測定ビームの光路長との光路差を
検出する。その光路差は２つの表面間の絶対間隔Ｌを示
している。
学的測定を実行する方法及び装置によって、前記の問題
及び他の問題を解決し、本発明の目的を実現する。本発
明の方法及びその方法を実現するするための装置によれ
ば、最初のステップは複数の光波長を持つ光出力を発生
する。次のステップはその光出力を修正して互いに直交
して偏光された、位相修正された参照ビームと測定ビー
ムとが提供される。その参照ビーム及び測定ビームは、
関心表面に向けられ、かつそこで反射される。さらなる
ステップは、位相修正された参照ビームと、反射した測
定ビームとを１つの結合ビームに結合する。次のステッ
プは、上記結合ビーム内の光波長の偏光状態に応じて、
参照ビームの光路長と測定ビームの光路長との光路差を
検出する。その光路差は２つの表面間の絶対間隔Ｌを示
している。
【００２５】本発明は、調整された偏光の３つの光波長
が、理想的に近似している光路長を有している２つのビ
ーム（ＯＢ，ＲＢ）に分離される、光学測定システムを
提供する。その２つのビームは再結合されてセンサーへ
供給され、そのセンサーが各波長に関する強度を測定す
る。
が、理想的に近似している光路長を有している２つのビ
ーム（ＯＢ，ＲＢ）に分離される、光学測定システムを
提供する。その２つのビームは再結合されてセンサーへ
供給され、そのセンサーが各波長に関する強度を測定す
る。
【００２６】本発明の代表的な測定装置は、好ましくは
３つの光波長を発生させるために複数のマルチモードレ
ーザーダイオードを使用する。２つの合成波長は３つの
波長から得られる。合成波長は異なるサイズであり、連
続的に小さくなる合成波長が、大きな合成波長を使用す
るときに可能とされた大きなダイナミックレンジを保持
しながら測定値の正確さを改善するために使用される。
３つの光波長を発生させるために複数のマルチモードレ
ーザーダイオードを使用する。２つの合成波長は３つの
波長から得られる。合成波長は異なるサイズであり、連
続的に小さくなる合成波長が、大きな合成波長を使用す
るときに可能とされた大きなダイナミックレンジを保持
しながら測定値の正確さを改善するために使用される。
【００２７】
【実施例】図１には、３つの波長または３つのカラーの
光学測定システム１が示されており、この光学測定シス
テム１は本発明にしたがって構成されかつ動作する。シ
ステムは、３波長光源１０を有しており、その３波長光
源１０は、好ましくは、２つのマルチモードレーザダイ
オード１２、１４と、コリメート用の光学系１２ａ，１
４ａと、ミラー１２ｂ，１４ｂと、光学的分離器１５を
含んでいる。レーザダイオード１２、１４は同時に操作
され、各々の発光が光ファイバー１６を通って、位相修
正する２ビーム偏光干渉計の光学系１８へ伝送される。
対象物で反射した対象ビーム又は測定ビームと、参照ビ
ームとが再結合されて、光ファイバー１６を逆戻りして
回折格子２０のような波長分離要素へ伝送される。その
波長分離要素は、プリズム又は光学フィルターで構成す
ることもできる。ディテクター２２、２４、２６が間隔
をあけて配置されて、集光光学要素２１を介して回折格
子２０に提供される分離した波長を受光し、３つの異な
る波長の強度を測定する。プロセッサー２８は、干渉縞
次数を計算し、そして対象物表面の絶対間隔（Ｌ）を決
定する。
光学測定システム１が示されており、この光学測定シス
テム１は本発明にしたがって構成されかつ動作する。シ
ステムは、３波長光源１０を有しており、その３波長光
源１０は、好ましくは、２つのマルチモードレーザダイ
オード１２、１４と、コリメート用の光学系１２ａ，１
４ａと、ミラー１２ｂ，１４ｂと、光学的分離器１５を
含んでいる。レーザダイオード１２、１４は同時に操作
され、各々の発光が光ファイバー１６を通って、位相修
正する２ビーム偏光干渉計の光学系１８へ伝送される。
対象物で反射した対象ビーム又は測定ビームと、参照ビ
ームとが再結合されて、光ファイバー１６を逆戻りして
回折格子２０のような波長分離要素へ伝送される。その
波長分離要素は、プリズム又は光学フィルターで構成す
ることもできる。ディテクター２２、２４、２６が間隔
をあけて配置されて、集光光学要素２１を介して回折格
子２０に提供される分離した波長を受光し、３つの異な
る波長の強度を測定する。プロセッサー２８は、干渉縞
次数を計算し、そして対象物表面の絶対間隔（Ｌ）を決
定する。
【００２８】図２のグラフにみられるように、３波長干
渉計システム１では、第１の合成波長Λ１２＝７２０マ
イクロメータを得るためにスペクトルの７８５ｎｍの領
域内にある２つの異なる波長（λ１，λ２）が選択さ
れ、そして十分に小さい合成波長Λ１３＝２０マイクロ
メータを得るために、λ１が８１５ｎｍの領域からの第
３の波長λ３と結合される。Λ１３＝２０マイクロメー
タの合成波長に対して要求されるレーザー波長の分離
は、３２ｎｍであり、一般的なレーザーダイオードの0.
3 ｎｍのモード分離と比較した場合、それは相対的に極
めて大きい。そこで、中心波長が異なる２つのダイオー
ドが必要とされる。原理的には、３つの波長のみが使わ
れるので、１つのレーザーダイオードはマルチモード素
子、もう１つは単一モード素子である。しかしながら単
一モードレーザダイオードに関連した好ましくないモー
ドホッピングが避けられるので、２つのマルチモードダ
イオードの使用が好ましい。２つの好適なマルチモード
レーザーダイオードは、シャープＬＴＯ１０ＭＤＯとＬ
ＴＯ２３ＭＤＯのレーザダイオード素子である。
渉計システム１では、第１の合成波長Λ１２＝７２０マ
イクロメータを得るためにスペクトルの７８５ｎｍの領
域内にある２つの異なる波長（λ１，λ２）が選択さ
れ、そして十分に小さい合成波長Λ１３＝２０マイクロ
メータを得るために、λ１が８１５ｎｍの領域からの第
３の波長λ３と結合される。Λ１３＝２０マイクロメー
タの合成波長に対して要求されるレーザー波長の分離
は、３２ｎｍであり、一般的なレーザーダイオードの0.
3 ｎｍのモード分離と比較した場合、それは相対的に極
めて大きい。そこで、中心波長が異なる２つのダイオー
ドが必要とされる。原理的には、３つの波長のみが使わ
れるので、１つのレーザーダイオードはマルチモード素
子、もう１つは単一モード素子である。しかしながら単
一モードレーザダイオードに関連した好ましくないモー
ドホッピングが避けられるので、２つのマルチモードダ
イオードの使用が好ましい。２つの好適なマルチモード
レーザーダイオードは、シャープＬＴＯ１０ＭＤＯとＬ
ＴＯ２３ＭＤＯのレーザダイオード素子である。
【００２９】光ファイバー１６はレーザーダイオード１
２、１４の発光を空間的にフィルターし、かつ別の測定
のための干渉計の光学系１８の機械的な取り付けを容易
にする。光ファイバー１６は、単一モードの偏光状態を
維持するファイバーが好ましい。光ファイバー１６から
の光源光は、光学素子１７によって対象物表面で集光さ
れ、かつ測定ビームまたは対象物ビーム（ＯＢ）と、参
照ビーム（ＲＢ）に分離される。参照ビームＲＢは、圧
電トランスデューサ−１８ｂと結合されたミラー１８ａ
に、反射鏡１９を介して向けられる。ミラー１８ａはト
ランスデューサー１８ｂによって振動され、かつ参照ビ
ームＲＢの位相調整として機能する。約０から約１００
０Ｈｚの範囲内の好適な振動周波数が使用されるべきで
ある。なお、本発明はその様な範囲に限定されるもので
はない。例えば、カーセルのような電気−光学装置を、
十分大きな振動速度を達成するために使うことができ
る。ＯＢとＲＢは、偏光ビームスプリッター１８Ｃによ
って、直交する偏光に調整されて与えられる。その結
果、２つのビームが反射後に光ファイバー１６内で再結
合されたとき、最終的な合成偏光ベクトルが位相変調に
よって回転する。干渉計の光学系１８からの光は、光フ
ァイバー１６を逆に通って光源の光ファイバー端部で偏
光ビームスプリッター３０へ伝送される。その反射光
は、ビームスプリッター３０を通過した後に分析され
る。その光はそれ自身の構成波長に回析格子２０によっ
て分離される。回析格子２０は、合成されている光スペ
クトルの個々の波長が、間隔をあけて別々の位置に連続
的に存在するように表す。ディテクター２２、２４、２
６は、３つの波長の各々の強度を検出するために、上記
別々の位置にそれぞれ配置されている。干渉計の光学系
１８の位相調整器の操作は、結果として発光の波長依存
および位相依存の大きさの変化を生じさせる。
２、１４の発光を空間的にフィルターし、かつ別の測定
のための干渉計の光学系１８の機械的な取り付けを容易
にする。光ファイバー１６は、単一モードの偏光状態を
維持するファイバーが好ましい。光ファイバー１６から
の光源光は、光学素子１７によって対象物表面で集光さ
れ、かつ測定ビームまたは対象物ビーム（ＯＢ）と、参
照ビーム（ＲＢ）に分離される。参照ビームＲＢは、圧
電トランスデューサ−１８ｂと結合されたミラー１８ａ
に、反射鏡１９を介して向けられる。ミラー１８ａはト
ランスデューサー１８ｂによって振動され、かつ参照ビ
ームＲＢの位相調整として機能する。約０から約１００
０Ｈｚの範囲内の好適な振動周波数が使用されるべきで
ある。なお、本発明はその様な範囲に限定されるもので
はない。例えば、カーセルのような電気−光学装置を、
十分大きな振動速度を達成するために使うことができ
る。ＯＢとＲＢは、偏光ビームスプリッター１８Ｃによ
って、直交する偏光に調整されて与えられる。その結
果、２つのビームが反射後に光ファイバー１６内で再結
合されたとき、最終的な合成偏光ベクトルが位相変調に
よって回転する。干渉計の光学系１８からの光は、光フ
ァイバー１６を逆に通って光源の光ファイバー端部で偏
光ビームスプリッター３０へ伝送される。その反射光
は、ビームスプリッター３０を通過した後に分析され
る。その光はそれ自身の構成波長に回析格子２０によっ
て分離される。回析格子２０は、合成されている光スペ
クトルの個々の波長が、間隔をあけて別々の位置に連続
的に存在するように表す。ディテクター２２、２４、２
６は、３つの波長の各々の強度を検出するために、上記
別々の位置にそれぞれ配置されている。干渉計の光学系
１８の位相調整器の操作は、結果として発光の波長依存
および位相依存の大きさの変化を生じさせる。
【００３０】本発明は、固定した偏光の３つの波長を理
想的には同一光路長を持つ２つのビーム（ＯＢとＲＢ）
に分離する、工学測定システムを提供する。２つのビー
ムは再結合されてセンサーへ与えられ、各波長の強度が
測定される。その強度の差はＯＢとＲＢの光路長の差及
び３つの返ってきた波長の偏光状態の関数を表してい
る。光路長の差は、図１の実施例の様に、測定されてい
る対象物の変位を表すことができる。以下に示すよう
に、光路長の差は、さらに図３の実施例のように参照表
面と試験表面との間の差を表わすことができ、又は図４
の実施例のように、対象物の断層の厚さを表わすことが
できる。
想的には同一光路長を持つ２つのビーム（ＯＢとＲＢ）
に分離する、工学測定システムを提供する。２つのビー
ムは再結合されてセンサーへ与えられ、各波長の強度が
測定される。その強度の差はＯＢとＲＢの光路長の差及
び３つの返ってきた波長の偏光状態の関数を表してい
る。光路長の差は、図１の実施例の様に、測定されてい
る対象物の変位を表すことができる。以下に示すよう
に、光路長の差は、さらに図３の実施例のように参照表
面と試験表面との間の差を表わすことができ、又は図４
の実施例のように、対象物の断層の厚さを表わすことが
できる。
【００３１】プロセッサー２８は、３つのディテクター
２２、２４、２６で測定した強度を記録している間に、
干渉計の光学系１８の位相調整を制御することができ
る。ある場合には、位相変調器は固定した速度で実行で
き、またプロセッサー２８は印加された全てのサンプル
のグループに公知の統計的手法を使用することができ
る。また他の場合には、好適な位相調整アルゴリズム
が、３つの波長λｉに対応する干渉縞次数（ｍｉ）を決
定するために使用される。１つの好適な位相復調アルゴ
リズムが５点アルゴリズムとして知られており、P.Hari
ham,B.F.Oreb,T.Eijuにより「応用光学」２６２５０４
（１９８７）に記載されている。以下に記述された
（６）式、（７）式、（８）式を含んでいる長さ演算
は、ソフトウエアで実行され、その演算結果はオペレー
タレータに表示することができ、および／またはデイス
クに記憶できる。
２２、２４、２６で測定した強度を記録している間に、
干渉計の光学系１８の位相調整を制御することができ
る。ある場合には、位相変調器は固定した速度で実行で
き、またプロセッサー２８は印加された全てのサンプル
のグループに公知の統計的手法を使用することができ
る。また他の場合には、好適な位相調整アルゴリズム
が、３つの波長λｉに対応する干渉縞次数（ｍｉ）を決
定するために使用される。１つの好適な位相復調アルゴ
リズムが５点アルゴリズムとして知られており、P.Hari
ham,B.F.Oreb,T.Eijuにより「応用光学」２６２５０４
（１９８７）に記載されている。以下に記述された
（６）式、（７）式、（８）式を含んでいる長さ演算
は、ソフトウエアで実行され、その演算結果はオペレー
タレータに表示することができ、および／またはデイス
クに記憶できる。
【００３２】図１には図示されていないが、システム１
は、レーザーダイオード電源、熱電気冷却装置、検出器
増幅器、圧電駆動装置、ディテクターの出力端をプロセ
ッサー２８に接続するアナログ入力インターフェースを
含んでいる。
は、レーザーダイオード電源、熱電気冷却装置、検出器
増幅器、圧電駆動装置、ディテクターの出力端をプロセ
ッサー２８に接続するアナログ入力インターフェースを
含んでいる。
【００３３】本発明の一つの局面によれば、３つの波長
λ１＜λ２＜λ３及び対応する２つの合成波長Λ１２＞
Λ１３が考慮されている。干渉測定分解能で絶対距離Ｌ
を測定するための手段は以下のようなものである。
λ１＜λ２＜λ３及び対応する２つの合成波長Λ１２＞
Λ１３が考慮されている。干渉測定分解能で絶対距離Ｌ
を測定するための手段は以下のようなものである。
【００３４】ＬはΛ１２／４より小さく、合成干渉縞次
数Ｍ１２の整数部分は０と仮定し、さらに、 Ｍ１２＝ｆ（Ｍ１２）＝ｆ（ｍ１）−ｆ（ｍ２） （６） と仮定する。
数Ｍ１２の整数部分は０と仮定し、さらに、 Ｍ１２＝ｆ（Ｍ１２）＝ｆ（ｍ１）−ｆ（ｍ２） （６） と仮定する。
【００３５】干渉縞次数ｍｉの分数部分ｆ（ｍｉ）は、
式（１）を変換し又はそれと同様の位相検出アルゴリズ
ムの実行によって得られる。次のステップは、測定値の
精度を上げるために、より短い合成波長Λ１３が使用さ
れる。以下の数式は、整数の不明瞭さのないＭ１２をＭ
１３の計算の中に使用する。
式（１）を変換し又はそれと同様の位相検出アルゴリズ
ムの実行によって得られる。次のステップは、測定値の
精度を上げるために、より短い合成波長Λ１３が使用さ
れる。以下の数式は、整数の不明瞭さのないＭ１２をＭ
１３の計算の中に使用する。
【００３６】 Ｍ１３＝ｆ（Ｍ１３）＋Ｉ（（Ｍ１２・Λ１２／Λ１３）−ｆ（Ｍ１３）） …（７） 数式（７）に現れる関数Ｉ（ａ）は、独立変数ａに最も
近い整数を与える。干渉縞次数ｍ１は（８）式から計算
される。
近い整数を与える。干渉縞次数ｍ１は（８）式から計算
される。
【００３７】 ｍ１＝ｆ（ｍ１）＋Ｉ（Ｍ１３・Λ１３／λ１）−ｆ（ｍ１）） …（８） 最終的なステップは、間隔Ｌを決定するために数式
（５）を使用する。Ｌの測定は、Ｍ１２がＭ１３の計算
の中で整数干渉縞次数の不明瞭さを取除くために使わ
れ、かつＭ１３がｍ１の計算に使われる３つのステップ
処理のようにして完了する。この技術は、結果として干
渉測定が正確になり、しかし従来の単一波長干渉計の干
渉縞次数の整数の不明瞭さはない。
（５）を使用する。Ｌの測定は、Ｍ１２がＭ１３の計算
の中で整数干渉縞次数の不明瞭さを取除くために使わ
れ、かつＭ１３がｍ１の計算に使われる３つのステップ
処理のようにして完了する。この技術は、結果として干
渉測定が正確になり、しかし従来の単一波長干渉計の干
渉縞次数の整数の不明瞭さはない。
【００３８】説明した実施例では、最大の合成波長は７
２０マイクロメータであり、間隔Ｌは、必ず０付近の±
１８０マイクロメータの範囲を越えて測定される。
２０マイクロメータであり、間隔Ｌは、必ず０付近の±
１８０マイクロメータの範囲を越えて測定される。
【００３９】Ｌが０のとき、干渉計の光学系１８内での
参照光と対象物光の間での光路差はない。Ｌの値が±１
８０マイクロメータの範囲を越えるとき、測定値は相対
的であり、３６０マイクロメータの間隔の不明瞭を持
つ。しかし、多くの測定の適用に関して、その不明瞭さ
を取除くため、測定下の対象物の十分な情報がある。
（１）式、（８）式で、整数誤差が挿入される可能性を
十分に除去するように、合成波長が選ばれる。
参照光と対象物光の間での光路差はない。Ｌの値が±１
８０マイクロメータの範囲を越えるとき、測定値は相対
的であり、３６０マイクロメータの間隔の不明瞭を持
つ。しかし、多くの測定の適用に関して、その不明瞭さ
を取除くため、測定下の対象物の十分な情報がある。
（１）式、（８）式で、整数誤差が挿入される可能性を
十分に除去するように、合成波長が選ばれる。
【００４０】この合成波長は、（７），（８）式の中で
整数の誤差が生じる可能性を十分に取り除くように、選
ばれる。
整数の誤差が生じる可能性を十分に取り除くように、選
ばれる。
【００４１】本発明の実施例による図が図３に示され、
同図は図１に示した干渉計の光学系に関する別の分布測
定の幾何配置が示されている。図３の実施例は、参照表
面４０ａと対象物表面４０ｂとの間の空気層の比較を実
行するのに適している。参照物および対象物の両方と
も、ステージの動きの機械的な誤差が分布測定に影響を
与えないような共通のＸＹステージ４２に取付けられて
いる。
同図は図１に示した干渉計の光学系に関する別の分布測
定の幾何配置が示されている。図３の実施例は、参照表
面４０ａと対象物表面４０ｂとの間の空気層の比較を実
行するのに適している。参照物および対象物の両方と
も、ステージの動きの機械的な誤差が分布測定に影響を
与えないような共通のＸＹステージ４２に取付けられて
いる。
【００４２】本実施例では図１の単一偏光ビームスプリ
ッター１８Ｃを一対の偏光ビームスプリッター４４、４
６に置き換えている。ミラー１８ａ、圧電アクチュェー
ター１８ｂ、反射鏡１９が、ＲＢとＯＢの光路長差を調
整するために並進移動ステージ４８に取付けられてい
る。１つの光路長は表面４０ａが参照される。
ッター１８Ｃを一対の偏光ビームスプリッター４４、４
６に置き換えている。ミラー１８ａ、圧電アクチュェー
ター１８ｂ、反射鏡１９が、ＲＢとＯＢの光路長差を調
整するために並進移動ステージ４８に取付けられてい
る。１つの光路長は表面４０ａが参照される。
【００４３】集光要素１７は２つの別個の焦点を与える
２つの共役レンズであり、１つの焦点は参照表面４０ａ
であり、もう一つは対象物表面４０ｂである。光ファイ
バー１６は反対側の端部が３波長光源１０に結合され、
他端は図１で説明したように構成されている。
２つの共役レンズであり、１つの焦点は参照表面４０ａ
であり、もう一つは対象物表面４０ｂである。光ファイ
バー１６は反対側の端部が３波長光源１０に結合され、
他端は図１で説明したように構成されている。
【００４４】動作時には、ＸＹステージ４２はＯＢの光
軸と直交する方向に参照表面４０ａと対象物表面４０ｂ
とを移動させる。参照表面４０ａと対象物表面４０ｂと
の間隔の変化は参照ビーム０Ｂに関係して対象物ビーム
ＯＢの光路長の変化及びＲＢの位相に関係してＯＢの位
相の変化を生じさせる。参照表面４０ａと対象物表面４
０ｂとの光路長は、関心表面間の変位の関数または媒体
の屈折率の変化の関数である。その光路長の変化は、相
対的な干渉位相を３つの波長の各々で検出した後に
（７），（８），（２）式の適用により測定される。
軸と直交する方向に参照表面４０ａと対象物表面４０ｂ
とを移動させる。参照表面４０ａと対象物表面４０ｂと
の間隔の変化は参照ビーム０Ｂに関係して対象物ビーム
ＯＢの光路長の変化及びＲＢの位相に関係してＯＢの位
相の変化を生じさせる。参照表面４０ａと対象物表面４
０ｂとの光路長は、関心表面間の変位の関数または媒体
の屈折率の変化の関数である。その光路長の変化は、相
対的な干渉位相を３つの波長の各々で検出した後に
（７），（８），（２）式の適用により測定される。
【００４５】図３の図形は、ガラスの間（ブランク）の
ような対象物の相対的な厚さ分布を得るために図４に示
す変形を使用することができる。参照表面と対象物表面
との間の空気層の測定の代わりに、第１の表面５２ａか
ら対向する表面５２ｂに掛けての光路長が測定される。
集光要素１７は、上記したように、１つが表面５２ａで
もう１つが表面５２ｂである２つの別々の焦点位置を提
供する２つの共役レンズ要素からなる。例えば、要素１
７は＋２０ｍｍｆ．ｌレンズである。本例での−２００
ｍｍｆ．ｌの分散レンズ５０は、第２の焦点位置を延長
するために折り返した参照ビームの光路に配置し、かつ
上表面での屈折を補償する。レンズ５０による補償が必
要である。なぜならガラスの間の屈折率が検査中だから
である。動作時には、ＸＹステージ４２はＯＢの光軸と
直交するように対象物５２，第１，第２の参照表面５２
ａ，５２ｂを移動させる。対象物５２の厚さの変化は、
参照ビームＲＢに関連して光路長の変化を生じさせる。
光路長の変化は相対的な干渉位相を３つの波長の各々で
検出した後に（７），（８），（２）式の適用により測
定される。
ような対象物の相対的な厚さ分布を得るために図４に示
す変形を使用することができる。参照表面と対象物表面
との間の空気層の測定の代わりに、第１の表面５２ａか
ら対向する表面５２ｂに掛けての光路長が測定される。
集光要素１７は、上記したように、１つが表面５２ａで
もう１つが表面５２ｂである２つの別々の焦点位置を提
供する２つの共役レンズ要素からなる。例えば、要素１
７は＋２０ｍｍｆ．ｌレンズである。本例での−２００
ｍｍｆ．ｌの分散レンズ５０は、第２の焦点位置を延長
するために折り返した参照ビームの光路に配置し、かつ
上表面での屈折を補償する。レンズ５０による補償が必
要である。なぜならガラスの間の屈折率が検査中だから
である。動作時には、ＸＹステージ４２はＯＢの光軸と
直交するように対象物５２，第１，第２の参照表面５２
ａ，５２ｂを移動させる。対象物５２の厚さの変化は、
参照ビームＲＢに関連して光路長の変化を生じさせる。
光路長の変化は相対的な干渉位相を３つの波長の各々で
検出した後に（７），（８），（２）式の適用により測
定される。
【００４６】図５は、走査位置の関数としての研磨され
たZerodur 光学的平面の相対的な光学的厚さを示すグラ
フであり、そのデータが図４の装置によって得られる。
そのデータは平面の各走査位置を表しており、かつ−
２．３ｎｍ／ｍｍの傾斜を示している。
たZerodur 光学的平面の相対的な光学的厚さを示すグラ
フであり、そのデータが図４の装置によって得られる。
そのデータは平面の各走査位置を表しており、かつ−
２．３ｎｍ／ｍｍの傾斜を示している。
【００４７】図６，図７は、分離されていないビームの
本来の光軸を持つ分離ビームを、分離，再集光，位相調
整，及び再結合に関する他の実施例が図示されている。
特に図６には、２ビーム干渉計の光学系１８′の他の実
施例が示されている。干渉計の光学系１８′は、表面上
の近傍に配置されたレンズ６０ａ，６０ｂを有する偏光
ビームスプリッター５８を含んでいる。このビームスプ
リッター５８は圧電アクチュエータ１８ｂと共に使用さ
れ、その圧電アクチュエータ１８ｂは位相遅延１／４波
長板６２ａが付着された第１のミラーを持っている。位
相遅延１／４波長板が付着されている第２のミラーは、
ビームスプリッター５８の対向表面上に配置されてい
る。この構成は図示するような２つの焦点位置を持った
対象物ビームＯＢを提供する。この構成は、２つの直交
する偏光を含んだ単一のビームから別々の直線偏光ビー
ムに分離するために機能し、かつ分離されていないビー
ムの本来の光軸を持つ分離ビームを、再合焦，位相調
整，及び再結合するために機能する。既に説明したよう
に、焦点位置間の光路の変化の絶対値は公知の位相調整
により操作され、３つの波長の位相シフトの絶対値は各
ビームで共通している。図７は、対象物ビームＯＢの光
軸が入力／出力ビームの光軸と直交するように向けられ
る２ビーム干渉計の光学系１８′′を提供するための構
造のように変形された図６と同様の構成が示されてい
る。
本来の光軸を持つ分離ビームを、分離，再集光，位相調
整，及び再結合に関する他の実施例が図示されている。
特に図６には、２ビーム干渉計の光学系１８′の他の実
施例が示されている。干渉計の光学系１８′は、表面上
の近傍に配置されたレンズ６０ａ，６０ｂを有する偏光
ビームスプリッター５８を含んでいる。このビームスプ
リッター５８は圧電アクチュエータ１８ｂと共に使用さ
れ、その圧電アクチュエータ１８ｂは位相遅延１／４波
長板６２ａが付着された第１のミラーを持っている。位
相遅延１／４波長板が付着されている第２のミラーは、
ビームスプリッター５８の対向表面上に配置されてい
る。この構成は図示するような２つの焦点位置を持った
対象物ビームＯＢを提供する。この構成は、２つの直交
する偏光を含んだ単一のビームから別々の直線偏光ビー
ムに分離するために機能し、かつ分離されていないビー
ムの本来の光軸を持つ分離ビームを、再合焦，位相調
整，及び再結合するために機能する。既に説明したよう
に、焦点位置間の光路の変化の絶対値は公知の位相調整
により操作され、３つの波長の位相シフトの絶対値は各
ビームで共通している。図７は、対象物ビームＯＢの光
軸が入力／出力ビームの光軸と直交するように向けられ
る２ビーム干渉計の光学系１８′′を提供するための構
造のように変形された図６と同様の構成が示されてい
る。
【００４８】図６，図７に示された実施例では、位相遅
延板６２ａ，６２ｂが設けられたミラーが、偏光ビーム
スプリッター５８によって反射された（伝送した）ビー
ムを、偏光ビームスプリッター５８の同一表面によって
伝送された（反射した）ビームに変換する。この技術の
二重の適用は分離されたビームを一つの共通ビームに結
合する。また、位相変調ミラー６２ａはビームの焦点が
装置の最後の光学表面上にあるまで引き込めることがで
きる。この構成では、その装置はそれ自身により間隔の
絶対値を測定する非接触プローブとして機能する。
延板６２ａ，６２ｂが設けられたミラーが、偏光ビーム
スプリッター５８によって反射された（伝送した）ビー
ムを、偏光ビームスプリッター５８の同一表面によって
伝送された（反射した）ビームに変換する。この技術の
二重の適用は分離されたビームを一つの共通ビームに結
合する。また、位相変調ミラー６２ａはビームの焦点が
装置の最後の光学表面上にあるまで引き込めることがで
きる。この構成では、その装置はそれ自身により間隔の
絶対値を測定する非接触プローブとして機能する。
【００４９】図６，図７の実施例は、図３、４の実施例
の一方の偏光ビームスプリッターとルーフプリズムとし
て機能するミラー１８ａ、１９を削減できる。図６、７
の構成において、位相遅延板６２ｂが設けられたミラー
は、単一ユニットを形成するためにビームスプリッター
５８に光学的に接触している。これは外部に取り付ける
べき位相遅延板６２ａのみが単一ユニットに残されてい
る。
の一方の偏光ビームスプリッターとルーフプリズムとし
て機能するミラー１８ａ、１９を削減できる。図６、７
の構成において、位相遅延板６２ｂが設けられたミラー
は、単一ユニットを形成するためにビームスプリッター
５８に光学的に接触している。これは外部に取り付ける
べき位相遅延板６２ａのみが単一ユニットに残されてい
る。
【００５０】本発明を特定の波長や光学的構成要素に関
して記述したが、使用可能な他の波長や図面に示されて
いる数よりも多いまたは少ない数の光学的構成要素によ
っても実現することができ、同様の効果を得ることがで
きる。また、各種のレンズ要素が簡単なレンズ要素とし
て示されているが、それぞれ所望の機能を達成するため
の多くの光学的構成要素からなるもであっても実現でき
る。図６，７の本発明の変形例によれば、位相遅延板６
２ａが設けられたミラーは合焦反射鏡を提供するための
凹形状を得ることができ、それによりレンズ６０ｂの必
要性がなくなる。なお、本発明が各実施例に関連して図
示され説明されたが、本発明の原理及び概念の範囲内で
種々変形可能なのは当業者によれば理解されよう。
して記述したが、使用可能な他の波長や図面に示されて
いる数よりも多いまたは少ない数の光学的構成要素によ
っても実現することができ、同様の効果を得ることがで
きる。また、各種のレンズ要素が簡単なレンズ要素とし
て示されているが、それぞれ所望の機能を達成するため
の多くの光学的構成要素からなるもであっても実現でき
る。図６，７の本発明の変形例によれば、位相遅延板６
２ａが設けられたミラーは合焦反射鏡を提供するための
凹形状を得ることができ、それによりレンズ６０ｂの必
要性がなくなる。なお、本発明が各実施例に関連して図
示され説明されたが、本発明の原理及び概念の範囲内で
種々変形可能なのは当業者によれば理解されよう。
【図１】絶対間隔の測定と表面の分布の測定を実行する
ための３カラー干渉計の概略化されたブロック図。
ための３カラー干渉計の概略化されたブロック図。
【図２】２つのマルチモードレーザーダイオードの結合
した光スペクトルを示すグラフ。
した光スペクトルを示すグラフ。
【図３】参照表面と対象表面との比較を行なう実施例で
あって、図１に示す干渉計の光学上の一方の分布測定の
幾何学的配置を示す図。
あって、図１に示す干渉計の光学上の一方の分布測定の
幾何学的配置を示す図。
【図４】対象物の厚さ測定を行なう実施例であって、図
１に示す干渉計の光学上の一方の分布測定の幾何学的配
置を示す図。
１に示す干渉計の光学上の一方の分布測定の幾何学的配
置を示す図。
【図５】図４の配置によって得られたデータであって、
走査位置の関数として、光学的に平面上対する相対的な
光学的厚さを示しているグラフ。
走査位置の関数として、光学的に平面上対する相対的な
光学的厚さを示しているグラフ。
【図６】非分離ビーム本来の光軸で分離されたビーム
を、分離、再集光、位相修正、再結合するための光学装
置の他の実施例を示す図。
を、分離、再集光、位相修正、再結合するための光学装
置の他の実施例を示す図。
【図７】非分離ビームの光軸を持つ分離ビームを、分
離、再集光，位相調整，再結合するための光学装置のさ
らに他の実施例を示す図。
離、再集光，位相調整，再結合するための光学装置のさ
らに他の実施例を示す図。
１…干渉計、１０…光源、１２，１４…マルチモードレ
ーザーダイオード、１５…光学的分離器、１６…光ファ
イバー、１８…干渉計の光学系、２０…回折格子、２１
…集光光学要素、２２，２４，２６…ディテクター、２
８…プロセッサー。
ーザーダイオード、１５…光学的分離器、１６…光ファ
イバー、１８…干渉計の光学系、２０…回折格子、２１
…集光光学要素、２２，２４，２６…ディテクター、２
８…プロセッサー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピー・ジェイ・デグルート アメリカ合衆国、ワシントン州 98008、 シアトル、サウスイースト・サーティーナ インス・プレイス 16449 (72)発明者 ジー・エイチ・ヘイズ アメリカ合衆国、コネチカット州 06098、 ウィンステッド、アールディー・ナンバー ２、ターンブル・ロード 59 (56)参考文献 特開 昭62−215803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−229004（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−500744（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも３つの別々の光波長からなる
出力ビームを有する光源手段と、 前記光源手段の出力に結合され、互いに決まった偏光関
係を有する参照ビームと測定ビームとに前記出力ビーム
を分離し、前記測定ビームを第１の関心表面及び第２の
関心表面に向ける偏向手段を含んでなる分離手段と、 参照ビームと各関心表面から反射する測定ビームの一部
とを一つの結合ビームに結合するための結合手段と、 前記結合ビーム内の３つの波長の各々の偏光状態に応答
して、前記関心表面間の変位の関数または前記関心表面
間の媒体の屈折率の変化の関数である、参照ビームの光
路長と測定ビームの光路長との光路差を検出するもの
で、前記３つの光波長から第１の合成波長と第２の合成
波長とを得る手段を有している検出手段と、を具備して
なる光学測定装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の光学測定装置において、
前記出力ビーム及び前記結合ビームを伝送するための光
ファイバーをさらに具備してなる光学測定装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の光学測定装置において、
前記光ファイバーが、単一モード光ファイバーであっ
て、かつ偏光を維持するファイバーからなる光学測定装
置。 - 【請求項４】 請求項１記載の光学測定装置において、
前記検出手段は、前記結合ビームを、前記３つの波長の
うちの１つの波長に対応する複数のビームに分離するた
めの波長分離手段を含んでなる光学測定装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の光学測定装置において、
前記複数のビームの個々のビーム強度を測定するために
前記複数の各ビームをそれぞれ受光するため個々に配置
された複数のフォトディテクターと、前記各フォトディ
テクターのそれぞれの出力に結合され、各フォトディテ
クターの出力を処理して前記第２の関心表面間の変位の
大きさを決定する手段と、を具備した光学測定装置。 - 【請求項６】 請求項１記載の光学測定装置において、
前記光源手段は、少なくとも２つの波長を供給する第１
のレーザー手段と、第３の波長を供給する第２のレーザ
ー手段と、をさらに具備し、少なくとも一方のレーザー
手段がマルチモードレーザーダイオードを含んでなる光
学測定装置。 - 【請求項７】 請求項１記載の光学測定装置において、
前記偏向手段は、各関心表面上に測定ビームを集光させ
るための集光手段と、同軸上に整列した２つの焦点を提
供し、一方の焦点が第１の関心表面に一致し、他の焦点
が第２の関心表面に一致するように測定ビームを偏光す
る２つの共役レンズ手段を含んだ光学測定装置。 - 【請求項８】 請求項７記載の光学測定装置において、
前記検出手段が関心表面間の変位を決定するための手段
を含み、各関心表面が試験対象物の対向サイドに配置さ
れたものである光学測定装置。 - 【請求項９】 請求項１記載の光学測定装置において、
前記分離手段が、前記光源手段の光出力を受光し、測定
ビームに関して参照ビームを直交偏光するために配置さ
れた２つの偏光ビームスプリッターとを含んだ光学測定
装置。 - 【請求項１０】 請求項１記載の光学測定装置におい
て、前記分離手段が、測定ビームに関して参照ビームを
直交偏光させるために互いに光学的に結合された第１、
第２の位相遅延１／４波長板を有する１つの偏光ビーム
スプリッタを含んでなる光学測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/676,049 US5159408A (en) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | Optical thickness profiler using synthetic wavelengths |
| US676049 | 1991-03-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587524A JPH0587524A (ja) | 1993-04-06 |
| JPH07111323B2 true JPH07111323B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=24713020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4068697A Expired - Fee Related JPH07111323B2 (ja) | 1991-03-27 | 1992-03-26 | 光学測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5159408A (ja) |
| EP (1) | EP0506296A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07111323B2 (ja) |
| IL (1) | IL101159A (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5418612A (en) * | 1992-02-27 | 1995-05-23 | Renishaw, Plc | Method of and apparatus for determining surface contour of diffusely reflecting objects |
| JPH05302816A (ja) * | 1992-04-28 | 1993-11-16 | Jasco Corp | 半導体膜厚測定装置 |
| DE69325799T2 (de) * | 1992-05-05 | 2000-04-13 | Microe Inc | Apparat zum detektieren einer relativen bewegung |
| DE4231069A1 (de) * | 1992-09-17 | 1994-03-24 | Leica Mikroskopie & Syst | Variabler Auflicht-Interferenzansatz nach Mirau |
| US5416587A (en) * | 1993-07-09 | 1995-05-16 | Northeast Photosciences | Index interferometric instrument including both a broad band and narrow band source |
| US5506672A (en) * | 1993-09-08 | 1996-04-09 | Texas Instruments Incorporated | System for measuring slip dislocations and film stress in semiconductor processing utilizing an adjustable height rotating beam splitter |
| US5637458A (en) * | 1994-07-20 | 1997-06-10 | Sios, Inc. | Apparatus and method for the detection and assay of organic molecules |
| US5739906A (en) * | 1996-06-07 | 1998-04-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Interferometric thickness variation test method for windows and silicon wafers using a diverging wavefront |
| US5974019A (en) * | 1997-05-05 | 1999-10-26 | Seagate Technology, Inc. | Optical system for two-dimensional positioning of light beams |
| US6212151B1 (en) | 1997-11-12 | 2001-04-03 | Iolon, Inc. | Optical switch with coarse and fine deflectors |
| JP4438111B2 (ja) * | 1998-07-02 | 2010-03-24 | ソニー株式会社 | 計測装置及び計測方法 |
| SE521927C2 (sv) * | 1998-10-01 | 2003-12-16 | Delsing Jerker | Metod och anordning för interferometrimätning |
| US6181430B1 (en) * | 1999-03-15 | 2001-01-30 | Ohio Aerospace Institute | Optical device for measuring a surface characteristic of an object by multi-color interferometry |
| WO2002025643A2 (en) * | 2000-09-19 | 2002-03-28 | Microesystems, Inc. | Interface component a positioning system and method for designing an interface component |
| AUPR086100A0 (en) * | 2000-10-20 | 2000-11-16 | Q-Vis Limited | Improved surface profiling apparatus |
| US6657714B2 (en) | 2001-09-24 | 2003-12-02 | Applied Materials, Inc. | Defect detection with enhanced dynamic range |
| KR100647493B1 (ko) * | 2004-04-16 | 2006-11-23 | (주)펨트론 | 두께 및 형상 측정방법 및 측정장치 |
| DE102004026193B4 (de) * | 2004-05-28 | 2012-03-29 | Carl Mahr Holding Gmbh | Messverfahren zur Formmessung |
| GB0415766D0 (en) * | 2004-07-14 | 2004-08-18 | Taylor Hobson Ltd | Apparatus for and a method of determining a characteristic of a layer or layers |
| JP2006053116A (ja) * | 2004-08-13 | 2006-02-23 | Sei Tsunezo | 複数レーザービーム結合する光学系構造 |
| US7630085B2 (en) * | 2005-04-19 | 2009-12-08 | Texas Instruments Incorporated | Interferometers of high resolutions |
| US7372577B1 (en) * | 2005-05-31 | 2008-05-13 | Lockheed Martin Corporation | Monolithic, spatially-separated, common path interferometer |
| RU2300077C1 (ru) * | 2005-11-10 | 2007-05-27 | Научно Исследовательский Институт Радиоэлектроники и лазерной техники (НИИ РЛ) Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана | Дистанционный способ измерения толщины толстых пленок нефтепродуктов на поверхности воды |
| US7796267B2 (en) * | 2006-09-28 | 2010-09-14 | Si-Ware Systems | System, method and apparatus for a micromachined interferometer using optical splitting |
| KR20130107818A (ko) * | 2012-03-23 | 2013-10-02 | 삼성전자주식회사 | 레이저 간섭계 및 이 레이저 간섭계를 이용한 변위 측정 시스템 |
| DE102014004697B4 (de) * | 2014-03-31 | 2018-03-29 | Baden-Württemberg Stiftung Ggmbh | System und Verfahren zur Distanzmessung |
| CN107525465B (zh) * | 2016-06-21 | 2021-04-02 | 中国计量科学研究院 | 一种可直接溯源的高精度齿轮误差测量方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2245932A1 (en) * | 1973-06-15 | 1975-04-25 | Orszag Alain | Distance measuring interferometric instrument - has molecular laser for measuring distances of several hundred metres |
| US4627731A (en) * | 1985-09-03 | 1986-12-09 | United Technologies Corporation | Common optical path interferometric gauge |
| JPS62215803A (ja) * | 1986-03-18 | 1987-09-22 | Yokogawa Electric Corp | 測長器 |
| JPS62229004A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-07 | Japan Aviation Electronics Ind Ltd | ヘテロダイン形光フアイバ変位計 |
| JPS6347606A (ja) * | 1986-08-13 | 1988-02-29 | Asahi Optical Co Ltd | 非球面形状測定装置 |
| DE3841742A1 (de) * | 1988-12-10 | 1990-06-13 | Hueser Teuchert Dorothee | Koordinatenmesstaster mit absolutinterferometrischem beruehrungslosem messprinzip |
| JP2808136B2 (ja) * | 1989-06-07 | 1998-10-08 | キヤノン株式会社 | 測長方法及び装置 |
| US5054924A (en) * | 1989-06-12 | 1991-10-08 | California Institute Of Technology | Method for extracting long-equivalent wavelength interferometric information |
-
1991
- 1991-03-27 US US07/676,049 patent/US5159408A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-03-05 IL IL10115992A patent/IL101159A/en not_active IP Right Cessation
- 1992-03-19 EP EP19920302361 patent/EP0506296A3/en not_active Withdrawn
- 1992-03-26 JP JP4068697A patent/JPH07111323B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL101159A0 (en) | 1992-11-15 |
| EP0506296A3 (en) | 1993-05-26 |
| JPH0587524A (ja) | 1993-04-06 |
| EP0506296A2 (en) | 1992-09-30 |
| US5159408A (en) | 1992-10-27 |
| IL101159A (en) | 1994-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH07111323B2 (ja) | 光学測定装置 | |
| US5153669A (en) | Three wavelength optical measurement apparatus and method | |
| US5349440A (en) | Interferometric laser profilometer including a multimode laser diode emitting a range of stable wavelengths | |
| US4872755A (en) | Interferometer for measuring optical phase differences | |
| US6490046B1 (en) | Modulation interferometer and fiberoptically divided measuring probe with light guided | |
| KR100631060B1 (ko) | 백색광 간섭계를 이용한 투명박막의 두께 및 형상을측정하는 장치 및 방법 | |
| JP2003232608A (ja) | 凹面及びホログラムを有する非球面測定装置及び方法 | |
| US5995224A (en) | Full-field geometrically-desensitized interferometer employing diffractive and conventional optics | |
| CN109324333B (zh) | 用于干涉式距离测量的装置 | |
| EP0534795A2 (en) | Method and apparatus for producing multiple light beams in a multiple wavelength interferometer | |
| US20120105861A1 (en) | Device and method for determining optical path lengths | |
| Claus et al. | Snap-shot topography measurement via dual-VCSEL and dual wavelength digital holographic interferometry | |
| JPH10332355A (ja) | 干渉測定装置 | |
| US20090073459A1 (en) | Wavefront measuring apparatus for optical pickup | |
| EP0158505B1 (en) | Active mirror wavefront sensor | |
| JPH11183116A (ja) | 光波干渉測定方法および装置 | |
| CN114046733B (zh) | 一种激光同时测量三自由度线性几何误差系统与方法 | |
| JP2554363B2 (ja) | 光干渉測定装置 | |
| JP2805045B2 (ja) | 空間位置決め方法 | |
| JP3054469B2 (ja) | 回折格子の直線性評価方法及びその装置 | |
| Dobosz et al. | Beamsplitter path equalization for white-light interferometry | |
| JPH0283422A (ja) | レーザ周波数計 | |
| Baklagin et al. | Two-wavelength heterodyne interferometer with extended measurement range | |
| WO2002088629A1 (en) | Phase-based wavelength measurement apparatus | |
| JPH02259506A (ja) | 縞走査型干渉測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071220 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 6 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081220 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 7 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091220 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 7 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091220 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101220 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101220 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 9 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111220 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 9 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111220 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121220 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121220 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131220 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |