JPH10185510A - 干渉測定器 - Google Patents
干渉測定器Info
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- JPH10185510A JPH10185510A JP35005196A JP35005196A JPH10185510A JP H10185510 A JPH10185510 A JP H10185510A JP 35005196 A JP35005196 A JP 35005196A JP 35005196 A JP35005196 A JP 35005196A JP H10185510 A JPH10185510 A JP H10185510A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】干渉光学計を用いて被測定体に作用する物体光
の光路長に影響する物理量を測定する新たな手法の干渉
測定器を提供することを目的とする。 【解決手段】周波数が時間的に変化する光を用いた干渉
計を採用する。
の光路長に影響する物理量を測定する新たな手法の干渉
測定器を提供することを目的とする。 【解決手段】周波数が時間的に変化する光を用いた干渉
計を採用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉光学系を用い
て、被測定体に作用する物体光の光路長に影響する物理
量、例えば、その被測定体の寸法、凹凸等、長さのディ
メンションを持った物理量、あるいは屈折率等の光学的
性質を測定する干渉測定器に関する。
て、被測定体に作用する物体光の光路長に影響する物理
量、例えば、その被測定体の寸法、凹凸等、長さのディ
メンションを持った物理量、あるいは屈折率等の光学的
性質を測定する干渉測定器に関する。
【０００２】
【従来の技術】被測定体の長さのディメンションを有す
る物理量を測定する従来の手法として、接触式のリニア
ゲージが知られているが、非接触での測定が望ましい場
合もある。非接触の長さ測定器として、従来、その接触
式のリニアゲージに渦電流センサを固定し、その渦電流
センサをる被測定体表面に近づけ、その渦電流センサの
出力が一定となるように渦電流センサを移動させ、その
移動量を測定する方式が知られているが、被測定体の表
面の細かい凹凸は測定できず、また、その応答性にも問
題がある。
る物理量を測定する従来の手法として、接触式のリニア
ゲージが知られているが、非接触での測定が望ましい場
合もある。非接触の長さ測定器として、従来、その接触
式のリニアゲージに渦電流センサを固定し、その渦電流
センサをる被測定体表面に近づけ、その渦電流センサの
出力が一定となるように渦電流センサを移動させ、その
移動量を測定する方式が知られているが、被測定体の表
面の細かい凹凸は測定できず、また、その応答性にも問
題がある。
【０００３】また、光学的な寸法測定法として例えば干
渉計を用いる手法が考えられる。例えばレーザ光を二次
元的に広げた上で物体光と参照光とに二分し、物体光で
る被測定体を照射し、る被測定体から反射して戻ってき
た物体光と参照光とを重ねることにより物体光と参照光
を干渉させ、その干渉光の二次元的に分析するフリンジ
（明暗の縞）の数を数えることにより、そのる被測定体
の、物体光が照射された表面の、レーザ光の波長オーダ
の凹凸を測定することができる。
渉計を用いる手法が考えられる。例えばレーザ光を二次
元的に広げた上で物体光と参照光とに二分し、物体光で
る被測定体を照射し、る被測定体から反射して戻ってき
た物体光と参照光とを重ねることにより物体光と参照光
を干渉させ、その干渉光の二次元的に分析するフリンジ
（明暗の縞）の数を数えることにより、そのる被測定体
の、物体光が照射された表面の、レーザ光の波長オーダ
の凹凸を測定することができる。
【０００４】また干渉距離の短い、ＳＬＤを光源として
用い、その光源から出射した細かい光ビームを物体光と
参照光とに二分し、例えばＡＯＭ（音響光学素子）等を
用いて物体光の周波数と参照光の周波数を相対的にシフ
トさせ、物体光と被測定体表面に照射しそのる被測定体
から反射して戻ってきた物体光と参照光とを重ねて受光
素子で受光し、その相対的に異なる周波数差に対応した
周波数のビート信号が最大となるように例えば参照光の
光路長を調整する、いわゆる光ヘテロダイン法を用いる
ことにより、そのる被測定体の厚さ、表面の凹凸等、長
さのディメンションを有する物理量を知ることができ
る。あるいはこの光ヘテロダイン法を、位相物体である
る被測定体に適用し、そのる被測定体を透過した物体光
を、参照光と重畳することによりそのる被測定体の屈折
率や透過率を知ることができる。ところが、上記の二次
元的なフリンジを形成してその数を数える方式は物理的
には有効であっても、例えばそのフリンジを写真撮影し
てそのフリンジの数を数えたり、あるいは受光素子を走
査しながらそのフリンジの数を数える必要があり、測定
に時間がかかり、かつ測定することのできるのはその表
面の２点の高さの差分であって絶対的な高さではない。
また、ＳＬＤやＬＥＤを光源とする手法は、まだ可干渉
距離が長く高精度な測定は困難である。可干渉距離の極
端に短い白色光を用いることも考えられるが、その場
合、可干渉距離が短か過ぎて測定光の光路長と参照光の
光路長をきわめて高精度に一致させた状態にする必要が
あり、測定自身が困難である。
用い、その光源から出射した細かい光ビームを物体光と
参照光とに二分し、例えばＡＯＭ（音響光学素子）等を
用いて物体光の周波数と参照光の周波数を相対的にシフ
トさせ、物体光と被測定体表面に照射しそのる被測定体
から反射して戻ってきた物体光と参照光とを重ねて受光
素子で受光し、その相対的に異なる周波数差に対応した
周波数のビート信号が最大となるように例えば参照光の
光路長を調整する、いわゆる光ヘテロダイン法を用いる
ことにより、そのる被測定体の厚さ、表面の凹凸等、長
さのディメンションを有する物理量を知ることができ
る。あるいはこの光ヘテロダイン法を、位相物体である
る被測定体に適用し、そのる被測定体を透過した物体光
を、参照光と重畳することによりそのる被測定体の屈折
率や透過率を知ることができる。ところが、上記の二次
元的なフリンジを形成してその数を数える方式は物理的
には有効であっても、例えばそのフリンジを写真撮影し
てそのフリンジの数を数えたり、あるいは受光素子を走
査しながらそのフリンジの数を数える必要があり、測定
に時間がかかり、かつ測定することのできるのはその表
面の２点の高さの差分であって絶対的な高さではない。
また、ＳＬＤやＬＥＤを光源とする手法は、まだ可干渉
距離が長く高精度な測定は困難である。可干渉距離の極
端に短い白色光を用いることも考えられるが、その場
合、可干渉距離が短か過ぎて測定光の光路長と参照光の
光路長をきわめて高精度に一致させた状態にする必要が
あり、測定自身が困難である。
【０００５】以上の光学的な手法を使った測定における
問題点は、被測定体の長さのディメンションを持つ物理
量の測定に限らず、光学的な手法を使った種々の物理量
の測定に一般に共通する問題点を含んでいる。
問題点は、被測定体の長さのディメンションを持つ物理
量の測定に限らず、光学的な手法を使った種々の物理量
の測定に一般に共通する問題点を含んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、被測定体に作用する物体光の光路長に影響する物
理量を干渉光学計を用いて測定する新たな方式の干渉測
定器を提供することを目的とする。
鑑み、被測定体に作用する物体光の光路長に影響する物
理量を干渉光学計を用いて測定する新たな方式の干渉測
定器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の干渉測定器のうちの第１の干渉測定器は、 （１＿１）時間経過に伴って周波数が変化する光を出射
する光源 （１＿２）上記光源から発せられた光を物体光と参照光
とに分け、各所定の光路を経た後の物体光と参照光とを
重畳する干渉光学系 （１＿３）被測定体を上記物体光の光路上に保持する被
測定体保持部 （１＿４）上記干渉光学系で重畳された後の光を受光し
て受光信号を得る受光素子 （１＿５）上記受光素子で得られた受光信号に基づい
て、上記被測定体保持部に保持された被測定体の、物体
光の光路長に作用する物理量を求める演算手段 を備えたことを特徴とする。
明の干渉測定器のうちの第１の干渉測定器は、 （１＿１）時間経過に伴って周波数が変化する光を出射
する光源 （１＿２）上記光源から発せられた光を物体光と参照光
とに分け、各所定の光路を経た後の物体光と参照光とを
重畳する干渉光学系 （１＿３）被測定体を上記物体光の光路上に保持する被
測定体保持部 （１＿４）上記干渉光学系で重畳された後の光を受光し
て受光信号を得る受光素子 （１＿５）上記受光素子で得られた受光信号に基づい
て、上記被測定体保持部に保持された被測定体の、物体
光の光路長に作用する物理量を求める演算手段 を備えたことを特徴とする。
【０００８】また、上記目的を達成する本発明の干渉測
定器のうちの第２の干渉測定器は、 （２＿１）時間経過に伴って周波数が変化する光を出射
する光源 （２＿２）上記光源から発せられた光を物体光と参照光
とに分け、各所定の光路を経た後の物体光と参照光とを
重畳する干渉光学系 （２＿３）被測定体を上記物体光の光路上に保持する被
測定体保持部 （２＿４）上記干渉光学系で重畳された後の光を受光し
て受光信号を得る受光素子 （２＿５）上記受光素子で得られた受光信号に基づい
て、上記物体光の光路長と上記参照光の光路長との差が
所定差を維持するように、上記物体光の光路長もしくは
上記参照光の光路長を調整する光路長調整手段 （２＿６）上記光路長調整手段による光路長調整量に基
づいて、上記被測定体保持部に保持された被測定体の、
物体光の光路長に作用する物理量を求める演算手段 を備えたことを特徴とする。
定器のうちの第２の干渉測定器は、 （２＿１）時間経過に伴って周波数が変化する光を出射
する光源 （２＿２）上記光源から発せられた光を物体光と参照光
とに分け、各所定の光路を経た後の物体光と参照光とを
重畳する干渉光学系 （２＿３）被測定体を上記物体光の光路上に保持する被
測定体保持部 （２＿４）上記干渉光学系で重畳された後の光を受光し
て受光信号を得る受光素子 （２＿５）上記受光素子で得られた受光信号に基づい
て、上記物体光の光路長と上記参照光の光路長との差が
所定差を維持するように、上記物体光の光路長もしくは
上記参照光の光路長を調整する光路長調整手段 （２＿６）上記光路長調整手段による光路長調整量に基
づいて、上記被測定体保持部に保持された被測定体の、
物体光の光路長に作用する物理量を求める演算手段 を備えたことを特徴とする。
【０００９】ここで、上記（１＿１）ないし（２＿１）
の光源は、例えば半導体レーザのように発光体から直接
に周波数が時間的に変化する光を発することのできる光
源であってもよいが、それに限られず、発光体からは一
定の周波数の光を出射し、その出射した光を、例えばＡ
ＯＭ（音響光学素子）等を用いて周波数変調してもよ
い。その場合、周波数変調用の素子を含めたものが、本
発明にいう光源に相当する。
の光源は、例えば半導体レーザのように発光体から直接
に周波数が時間的に変化する光を発することのできる光
源であってもよいが、それに限られず、発光体からは一
定の周波数の光を出射し、その出射した光を、例えばＡ
ＯＭ（音響光学素子）等を用いて周波数変調してもよ
い。その場合、周波数変調用の素子を含めたものが、本
発明にいう光源に相当する。
【００１０】本発明の干渉測定器は、時間経過に伴って
周波数が変化する光を出射する光源を備えており、この
ため、物体光の光路長と参照光の光路長との光路長に応
じた周波数のビート信号を受光信号として得ることがで
きる。ここで、そのビート信号の周波数ｆb は、 ｆb ＝（Δｆ／ΔＴ）・Ｔd ＝（Δｆ／ΔＴ）・（Ｄ／Ｃ） ……（１） Δｆ／ΔＴ：光源から出射された光の周波数変化率 Ｔd ：光源から出射されてから受光素子に到達するまで
の物体光と参照光の時間差 Ｄ：光源から出射されてから受光素子に到達するまでの
物体光と参照光の光路長差 Ｃ：光速 で表わされる。このｆb を測定することにより光路長差
Ｄを求め（本発明の第１の干渉測定器）、あるいは、こ
のｆb がある一定値（例えばｆb ＝０）を保つように物
体光ないし参照光の光路長を調整してその光路長調整量
を求め（本発明の第２の干渉測定器）、ビート信号の周
波数ｆb ないしその光路長差Ｄないしその光路長調整量
に基づいて、被測定体の、物体光の光路長に影響を及ぼ
す物理量を求めることができる。
周波数が変化する光を出射する光源を備えており、この
ため、物体光の光路長と参照光の光路長との光路長に応
じた周波数のビート信号を受光信号として得ることがで
きる。ここで、そのビート信号の周波数ｆb は、 ｆb ＝（Δｆ／ΔＴ）・Ｔd ＝（Δｆ／ΔＴ）・（Ｄ／Ｃ） ……（１） Δｆ／ΔＴ：光源から出射された光の周波数変化率 Ｔd ：光源から出射されてから受光素子に到達するまで
の物体光と参照光の時間差 Ｄ：光源から出射されてから受光素子に到達するまでの
物体光と参照光の光路長差 Ｃ：光速 で表わされる。このｆb を測定することにより光路長差
Ｄを求め（本発明の第１の干渉測定器）、あるいは、こ
のｆb がある一定値（例えばｆb ＝０）を保つように物
体光ないし参照光の光路長を調整してその光路長調整量
を求め（本発明の第２の干渉測定器）、ビート信号の周
波数ｆb ないしその光路長差Ｄないしその光路長調整量
に基づいて、被測定体の、物体光の光路長に影響を及ぼ
す物理量を求めることができる。
【００１１】本発明者の試算では、ＳＬＤの波長幅をΔ
λをΔλ＝１〜２４ｎｍとするとＳＬＤの可干渉距離は
２５〜８００μｍ程度となり、また波長λ＝８２０ｎｍ
のＬＥＤの場合Δλ＝４０ｎｍであって可干渉距離は１
７μｍ程度となり、干渉強度を測定する方法ではこの可
干渉距離が分解能に対応することから、いずれも分解能
が不充分である。これに対し、ビート周波数を測定する
本発明によれば、例えば０．０１μｍ程度の光路長分解
能を得ることができ、分解能が何桁も向上する。
λをΔλ＝１〜２４ｎｍとするとＳＬＤの可干渉距離は
２５〜８００μｍ程度となり、また波長λ＝８２０ｎｍ
のＬＥＤの場合Δλ＝４０ｎｍであって可干渉距離は１
７μｍ程度となり、干渉強度を測定する方法ではこの可
干渉距離が分解能に対応することから、いずれも分解能
が不充分である。これに対し、ビート周波数を測定する
本発明によれば、例えば０．０１μｍ程度の光路長分解
能を得ることができ、分解能が何桁も向上する。
【００１２】このように、本発明によれば、極めて高分
解能の測定を行なうことができる。
解能の測定を行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】ここでは、先ず、後述する実施形
態の原理について説明し、次いで本発明の実施形態につ
いて説明する。図１は、干渉計の原理説明図、図２は、
光源から出射される光の周波数の時間的な変化を示す波
形図である。光源、例えば半導体レーザ（ＬＤ）１１か
ら出射したレーザ光１１ａはハーフミラー１２で物体光
１１ｂと参照光１１ｃとに二分され、物体光１１ｂ、参
照光１１ｃはミラー１３，ミラー１４でそれぞれ反射さ
れ、ハーフミラー１２で再び重畳されて受光素子１５に
達する。
態の原理について説明し、次いで本発明の実施形態につ
いて説明する。図１は、干渉計の原理説明図、図２は、
光源から出射される光の周波数の時間的な変化を示す波
形図である。光源、例えば半導体レーザ（ＬＤ）１１か
ら出射したレーザ光１１ａはハーフミラー１２で物体光
１１ｂと参照光１１ｃとに二分され、物体光１１ｂ、参
照光１１ｃはミラー１３，ミラー１４でそれぞれ反射さ
れ、ハーフミラー１２で再び重畳されて受光素子１５に
達する。
【００１４】ここで、ハーフミラー１２で反射した物体
光１１ｂがミラー１３で反射されて再びハーフミラー１
２に戻るまでの間の物体光１１ｂの光路長をＬ1 ，ハー
フミラー１２を通過した参照光１１ｃがミラー１４で反
射して再びハーフミラー１２に戻るまでの間の参照光１
１ｃの光路長をＬ2 とし、半導体レーザ１１から出射さ
れるレーザ光の周波数が、図３に示すように、（ｆ0 −
Δｆ）〜（ｆ0 ＋Δｆ）の間を鋸歯状に繰り返すものと
する。半導体レーザの場合、注入電流により発振周波数
が変化するため、注入電流を変化させることにより、そ
の発振周波数を任意に変化させることができる。半導体
レーザ１１から出射されるレーザ光の波長をλとしたと
き、光路長差ΔＬ＝Ｌ1 −Ｌ2 がλ／２の偶数倍２ｍ・
（λ／２）のときは受光素子１５の位置で明るく観察さ
れ、光路長差ΔＬ＝Ｌ1 −Ｌ2 がλ／２の奇数倍（２ｍ
＋１）・（λ／２）のときは受光素子１５の位置で暗く
観察される。
光１１ｂがミラー１３で反射されて再びハーフミラー１
２に戻るまでの間の物体光１１ｂの光路長をＬ1 ，ハー
フミラー１２を通過した参照光１１ｃがミラー１４で反
射して再びハーフミラー１２に戻るまでの間の参照光１
１ｃの光路長をＬ2 とし、半導体レーザ１１から出射さ
れるレーザ光の周波数が、図３に示すように、（ｆ0 −
Δｆ）〜（ｆ0 ＋Δｆ）の間を鋸歯状に繰り返すものと
する。半導体レーザの場合、注入電流により発振周波数
が変化するため、注入電流を変化させることにより、そ
の発振周波数を任意に変化させることができる。半導体
レーザ１１から出射されるレーザ光の波長をλとしたと
き、光路長差ΔＬ＝Ｌ1 −Ｌ2 がλ／２の偶数倍２ｍ・
（λ／２）のときは受光素子１５の位置で明るく観察さ
れ、光路長差ΔＬ＝Ｌ1 −Ｌ2 がλ／２の奇数倍（２ｍ
＋１）・（λ／２）のときは受光素子１５の位置で暗く
観察される。
【００１５】ここで、Ｌ1 ≠Ｌ2 の場合、ハーフミラー
１２で二分され各ミラー１３，１４で反射されてハーフ
ミラー１２に戻ってきた物体光１１ｂと参照光１１ｃ
は、ハーフミラー１２に同時に戻ってきた物体光１１ｂ
と参照光１１ｃを比較すると、Ｌ1 ≠Ｌ2 のため、その
物体光１１ｂが半導体レーザ１から出射された時刻とそ
の参照光１１ｃが半導体レーザ１１から出射された時刻
が異なり、したがって、ハーフミラー１２に同時に戻っ
て来た物体光１１ｂと参照光１１ｃは互いに異なる周波
数の光であり、互いに異なる周波数の光どうしが干渉す
ることになる。この場合、光ヘテロダイン法、すなわ
ち、物体光１１ｂと参照光１１ｃのうちの一方もしくは
双方の光路にＡＯＭ等を配置して物体光１１ｂと参照光
１１ｃの周波数を互いに異ならせる手法の場合と同様、
受光素子１５では、物体光１１ｂの周波数と参照光１１
ｃの周波数との差の周波数に相当するビート周波数を持
ったビート信号が得られる。このビート周波数ｆb は、
以下の式で表わされる。
１２で二分され各ミラー１３，１４で反射されてハーフ
ミラー１２に戻ってきた物体光１１ｂと参照光１１ｃ
は、ハーフミラー１２に同時に戻ってきた物体光１１ｂ
と参照光１１ｃを比較すると、Ｌ1 ≠Ｌ2 のため、その
物体光１１ｂが半導体レーザ１から出射された時刻とそ
の参照光１１ｃが半導体レーザ１１から出射された時刻
が異なり、したがって、ハーフミラー１２に同時に戻っ
て来た物体光１１ｂと参照光１１ｃは互いに異なる周波
数の光であり、互いに異なる周波数の光どうしが干渉す
ることになる。この場合、光ヘテロダイン法、すなわ
ち、物体光１１ｂと参照光１１ｃのうちの一方もしくは
双方の光路にＡＯＭ等を配置して物体光１１ｂと参照光
１１ｃの周波数を互いに異ならせる手法の場合と同様、
受光素子１５では、物体光１１ｂの周波数と参照光１１
ｃの周波数との差の周波数に相当するビート周波数を持
ったビート信号が得られる。このビート周波数ｆb は、
以下の式で表わされる。
【００１６】 ｆb ＝（Δｆ／ΔＴ）・Ｔd ＝（Δｆ／ΔＴ）・（ΔＬ／Ｃ） ……（２） ここで、 ｆb ：ビート周波数 Δｆ／ΔＴ：光源から出射されるレーザ光の周波数変化
率 ΔＬ：物体光の光路長Ｌ1 と参照光の光路長Ｌ2 との光
路長差 Ｃ：光速 ここで、物体光１１ｂの光路上に被測定用の物体を配置
し、それに起因してその物体光１１ｂの光路長Ｌ1 が変
化すると光路長差ΔＬが変化し、したがってビート周波
数ｆb が変化する。このビート周波数ｆb の変化を捉え
ることにより、光路長差ΔＬを知ることができ、参照光
１１ｃの光路長Ｌ2 を一定とすると物体光１１ｂの光路
長Ｌ1 の変化分を知ることができ、物体光１１の光路長
Ｌ1 に変化を生じさせた被測定物体の物理量、例えば寸
法、凹凸や、その他の物理量、例えば屈折率等を知るこ
とができる。
率 ΔＬ：物体光の光路長Ｌ1 と参照光の光路長Ｌ2 との光
路長差 Ｃ：光速 ここで、物体光１１ｂの光路上に被測定用の物体を配置
し、それに起因してその物体光１１ｂの光路長Ｌ1 が変
化すると光路長差ΔＬが変化し、したがってビート周波
数ｆb が変化する。このビート周波数ｆb の変化を捉え
ることにより、光路長差ΔＬを知ることができ、参照光
１１ｃの光路長Ｌ2 を一定とすると物体光１１ｂの光路
長Ｌ1 の変化分を知ることができ、物体光１１の光路長
Ｌ1 に変化を生じさせた被測定物体の物理量、例えば寸
法、凹凸や、その他の物理量、例えば屈折率等を知るこ
とができる。
【００１７】尚、上記の説明では、ビート周波数ｆb の
変化を捉えその変化分から被測定物体の物理量を知るこ
とができる旨説明したが、ビート周波数ｆb が常に一定
の周波数となるようにミラー１３を矢印Ｚ方向に移動
し、その移動量に基づいて被測定物体の物理量を求めて
もよい。ミラー１３を移動させる代わりにミラー１４を
参照光１１ｃの光軸方向に移動させて参照光１１ｃの光
路長Ｌ2 を調整してもよい。
変化を捉えその変化分から被測定物体の物理量を知るこ
とができる旨説明したが、ビート周波数ｆb が常に一定
の周波数となるようにミラー１３を矢印Ｚ方向に移動
し、その移動量に基づいて被測定物体の物理量を求めて
もよい。ミラー１３を移動させる代わりにミラー１４を
参照光１１ｃの光軸方向に移動させて参照光１１ｃの光
路長Ｌ2 を調整してもよい。
【００１８】図３は、本発明の干渉測定器の一実施形態
である非接触リニアゲージの構成図である。半導体レー
ザ１１からは、信号処理部１６から送られてきた注入電
流に応じて周波数が図２に示すように変化するレーザ光
１１ａが出射される。半導体レーザ１１から出射したレ
ーザ光１１ａは偏光ビームスプリッタ１２１により、そ
の偏光方向に応じて物体光１１ｂと参照光１１ｃとに二
分される。物体光１１ｂは、λ／４板２１を経由し反射
ミラー２２で反射して光軸に垂直な二方向に移動自在な
Ｘ−Ｙステージ２３上に配置された被測定物体１の上面
で反射し、反射ミラー２２で反射しλ／４板２１を経由
して、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。ここで、
偏光ビームスプリッタ１２１に戻った物体光は、偏光ビ
ームスプリッタ１２１から出射した直後の物体光と比
べ、λ／４板２１を２回経由することにより偏光方向が
９０°異なる物体光となって偏光ビームスプリッタ１２
１に入射し、その偏光ビームスプリッタ１２１で反射
し、λ／４板２４を経由しさらに偏光子２５を経由して
受光素子１５に至る。Ｘ−Ｙステージ２３の移動座標
（Ｘ，Ｙ）は、信号処理部１６に入力される。
である非接触リニアゲージの構成図である。半導体レー
ザ１１からは、信号処理部１６から送られてきた注入電
流に応じて周波数が図２に示すように変化するレーザ光
１１ａが出射される。半導体レーザ１１から出射したレ
ーザ光１１ａは偏光ビームスプリッタ１２１により、そ
の偏光方向に応じて物体光１１ｂと参照光１１ｃとに二
分される。物体光１１ｂは、λ／４板２１を経由し反射
ミラー２２で反射して光軸に垂直な二方向に移動自在な
Ｘ−Ｙステージ２３上に配置された被測定物体１の上面
で反射し、反射ミラー２２で反射しλ／４板２１を経由
して、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。ここで、
偏光ビームスプリッタ１２１に戻った物体光は、偏光ビ
ームスプリッタ１２１から出射した直後の物体光と比
べ、λ／４板２１を２回経由することにより偏光方向が
９０°異なる物体光となって偏光ビームスプリッタ１２
１に入射し、その偏光ビームスプリッタ１２１で反射
し、λ／４板２４を経由しさらに偏光子２５を経由して
受光素子１５に至る。Ｘ−Ｙステージ２３の移動座標
（Ｘ，Ｙ）は、信号処理部１６に入力される。
【００１９】一方、偏光ビームスプリッタ１２１から出
射した参照光１１ｃは、λ／４板２６を経由し、光軸方
向（Ｚ方向）に移動自在なＺステージ２７上のミラー２
８で反射し再びλ／４板２６を経由し偏光ビームスプリ
ッタに入射する。偏光ビームスプリッタ１２１に戻って
きた参照光１１ｃは、偏光ビームスプリッタ１２１から
Ｚステージ２７側に出射したときの参照光と比べその偏
光方向が９０°回転しているため偏光ビームスプリッタ
１２１を透過し、λ／４板２４を経由し、偏光子２５に
より、その偏光子２５を通過した物体光と干渉する成分
のみが抽出され、その物体光とともに受光素子１５に入
射する。受光素子１５で得られたビート信号Ｓは、信号
処理部１６に入力される。
射した参照光１１ｃは、λ／４板２６を経由し、光軸方
向（Ｚ方向）に移動自在なＺステージ２７上のミラー２
８で反射し再びλ／４板２６を経由し偏光ビームスプリ
ッタに入射する。偏光ビームスプリッタ１２１に戻って
きた参照光１１ｃは、偏光ビームスプリッタ１２１から
Ｚステージ２７側に出射したときの参照光と比べその偏
光方向が９０°回転しているため偏光ビームスプリッタ
１２１を透過し、λ／４板２４を経由し、偏光子２５に
より、その偏光子２５を通過した物体光と干渉する成分
のみが抽出され、その物体光とともに受光素子１５に入
射する。受光素子１５で得られたビート信号Ｓは、信号
処理部１６に入力される。
【００２０】Ｚステージ２７は、信号処理部１６による
指令に応じて、ステージ駆動部２９によりＺ方向に自在
に移動される。また、Ｚステージ２７上のミラー２８
は、圧電アクチュエータ３０に固定されており、その圧
電アクチュエータ３０の作用によりＺ軸方向に微小移動
（Δｚ）される。この圧電アクチュエータ３０は、信号
処理部１６からの指令に応じて圧電素子駆動部３１によ
り駆動される。
指令に応じて、ステージ駆動部２９によりＺ方向に自在
に移動される。また、Ｚステージ２７上のミラー２８
は、圧電アクチュエータ３０に固定されており、その圧
電アクチュエータ３０の作用によりＺ軸方向に微小移動
（Δｚ）される。この圧電アクチュエータ３０は、信号
処理部１６からの指令に応じて圧電素子駆動部３１によ
り駆動される。
【００２１】また、この非接触リニアゲージには、レー
ザ変位計３２が備えられており、レーザ変位計３２から
出射された測定光３２ａは２枚の反射ミラー３３，３４
を経由して反射ミラー２８の裏面に照射され、その反射
ミラー２８の裏面で反射して反射ミラー３４，３３を経
由してレーザ変位計３２に戻り、このレーザ変位計３２
により反射ミラー２８のＺ方向の位置が計測される。こ
の反射ミラー２８の位置情報も信号処理部１６に入力さ
れる。
ザ変位計３２が備えられており、レーザ変位計３２から
出射された測定光３２ａは２枚の反射ミラー３３，３４
を経由して反射ミラー２８の裏面に照射され、その反射
ミラー２８の裏面で反射して反射ミラー３４，３３を経
由してレーザ変位計３２に戻り、このレーザ変位計３２
により反射ミラー２８のＺ方向の位置が計測される。こ
の反射ミラー２８の位置情報も信号処理部１６に入力さ
れる。
【００２２】信号処理部１６では、受光素子１５からビ
ート信号Ｓが出力されないように、すなわち物体光１１
ｂとの光路長と参照光１１ｃの光路長とが等しくなるよ
うに、ステージ駆動部２９および圧電素子駆動部３１に
指令を出してＺステージ２７および圧電アクチュエータ
５０を駆動させ、そのときの反射ミラー２８のＺ方向の
位置を測定し、被測定物体１の上面の高さに換算する。
ート信号Ｓが出力されないように、すなわち物体光１１
ｂとの光路長と参照光１１ｃの光路長とが等しくなるよ
うに、ステージ駆動部２９および圧電素子駆動部３１に
指令を出してＺステージ２７および圧電アクチュエータ
５０を駆動させ、そのときの反射ミラー２８のＺ方向の
位置を測定し、被測定物体１の上面の高さに換算する。
【００２３】具体的には、Ｘ−Ｙステージ２３上に被測
定物体１を配置しない状態でビート周波数ｆb ＝０とな
るように、Ｚステージ２７をＺ方向に移動させ、ｆb ＝
０となった後、Ｘ−Ｙステージ２３上に被測定物体１を
配置して再びｆb ＝０となるようにＺステージ２７を移
動する。そのときの反射ミラー２８の移動量により、被
測定物体１の高さを知ることができる。この求められた
高さは、表示器３５に表示される。被測定物体１の上面
の凹凸を知る必要があるときは、Ｘ−Ｙステージ２３が
Ｘ方向ないしＹ方向に移動する間、ｆb ＝０を維持する
ように圧電アクチュエータ３０が駆動され、その時その
時の反射ミラー２８のＺ方向の移動量から被測定物体１
の凸凹が求められる。信号処理部１６で求められた被測
定物体１の各測定点の高さ（凹凸）も、表示器３５に表
示される。
定物体１を配置しない状態でビート周波数ｆb ＝０とな
るように、Ｚステージ２７をＺ方向に移動させ、ｆb ＝
０となった後、Ｘ−Ｙステージ２３上に被測定物体１を
配置して再びｆb ＝０となるようにＺステージ２７を移
動する。そのときの反射ミラー２８の移動量により、被
測定物体１の高さを知ることができる。この求められた
高さは、表示器３５に表示される。被測定物体１の上面
の凹凸を知る必要があるときは、Ｘ−Ｙステージ２３が
Ｘ方向ないしＹ方向に移動する間、ｆb ＝０を維持する
ように圧電アクチュエータ３０が駆動され、その時その
時の反射ミラー２８のＺ方向の移動量から被測定物体１
の凸凹が求められる。信号処理部１６で求められた被測
定物体１の各測定点の高さ（凹凸）も、表示器３５に表
示される。
【００２４】本実施形態によれば原理的には約０．０１
μｍの分解能での測定が可能である。尚、図３に示す実
施形態では、物体光１１ｂと参照光１１ｃが同一の光路
長となるように参照光１１ｃの光路長を調整したが、参
照光１１ｃの光路長を調整することに代わり例えばＸ−
Ｙステージ２３を物体光１１ｂの光軸方向に移動して物
体光の光路長を調整してもよい。また、上記の実施形態
では物体光の光路長と参照光の光路長が等しくなるよう
に光路長を調整する旨説明したが、常に一定の周波数の
ビート信号が出力されるように、すなわち物体光１１ｂ
の光路長と参照光１１ｃの光路長との差分が常に一定と
なるように光路長を調整してもよい。あるいは、光路長
の調整機構を備えることなく、受光素子１５で得られる
ビート信号の周波数ないし周波数変化に基づいて被測定
物体１の高さないし凹凸を求めてもよい。その場合、レ
ーザ変位計３２およびそれに付属する要素は不要とな
る。
μｍの分解能での測定が可能である。尚、図３に示す実
施形態では、物体光１１ｂと参照光１１ｃが同一の光路
長となるように参照光１１ｃの光路長を調整したが、参
照光１１ｃの光路長を調整することに代わり例えばＸ−
Ｙステージ２３を物体光１１ｂの光軸方向に移動して物
体光の光路長を調整してもよい。また、上記の実施形態
では物体光の光路長と参照光の光路長が等しくなるよう
に光路長を調整する旨説明したが、常に一定の周波数の
ビート信号が出力されるように、すなわち物体光１１ｂ
の光路長と参照光１１ｃの光路長との差分が常に一定と
なるように光路長を調整してもよい。あるいは、光路長
の調整機構を備えることなく、受光素子１５で得られる
ビート信号の周波数ないし周波数変化に基づいて被測定
物体１の高さないし凹凸を求めてもよい。その場合、レ
ーザ変位計３２およびそれに付属する要素は不要とな
る。
【００２５】また、上記の実施形態は、本発明を被測定
物体１の長さのディメンション（高さないし凹凸）の測
定に適用した例であるが、物体光の光路上に位相物体を
配置しその位相物体の屈折率を求めるなど、本発明は、
長さのディメンションの測定に限られるものではなく、
物体光の光路長に作用する物理量であればどのような物
理量の測定にも適用することができる。
物体１の長さのディメンション（高さないし凹凸）の測
定に適用した例であるが、物体光の光路上に位相物体を
配置しその位相物体の屈折率を求めるなど、本発明は、
長さのディメンションの測定に限られるものではなく、
物体光の光路長に作用する物理量であればどのような物
理量の測定にも適用することができる。
【００２６】さらに、上記実施形態では、マイケルソン
型の干渉計を採用した例について説明したが、本発明に
いう干渉光学系は、マイケルソン型干渉計を採用した光
学系に限定されるものではなく、例えばマッハツュンダ
ー型干渉計やその他の干渉計を採用してもよい。さら
に、上記の実施形態では半導体レーザ１１から出射され
るレーザ光の周波数は図２に示すように鋸歯状に変化す
るものとして説明したが、光周波数の時間関数は鋸歯状
波形に限られるものではなく、三角波やサイン波等であ
ってもよい。
型の干渉計を採用した例について説明したが、本発明に
いう干渉光学系は、マイケルソン型干渉計を採用した光
学系に限定されるものではなく、例えばマッハツュンダ
ー型干渉計やその他の干渉計を採用してもよい。さら
に、上記の実施形態では半導体レーザ１１から出射され
るレーザ光の周波数は図２に示すように鋸歯状に変化す
るものとして説明したが、光周波数の時間関数は鋸歯状
波形に限られるものではなく、三角波やサイン波等であ
ってもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
周波数が時間的に変化する光を用いた干渉計により、被
測定体の、光路長に作用する種々の物理量を高精度に測
定することができる。
周波数が時間的に変化する光を用いた干渉計により、被
測定体の、光路長に作用する種々の物理量を高精度に測
定することができる。
【図１】干渉計の原理説明図である。
【図２】光源から出射される光の周波数の時間的な変化
を示す波形図である。
を示す波形図である。
【図３】本発明の干渉測定器の一実施形態である非接触
リニアゲージの構成図である。
リニアゲージの構成図である。
１ 被測定物体 １１ 半導体レーザ １１ａ レーザ光 １１ｂ 物体光 １１ｃ 参照光 １２ ハーフミラー １６ 信号処理部 ２１，２４，２６ λ／４板 ２３ Ｘ−Ｙステージ ２７ Ｚステージ ２８ ミラー ３０ 圧電アクチュエータ
Claims (2)
- 【請求項１】 時間経過に伴って周波数が変化する光を
出射する光源と、 前記光源から発せられた光を物体光と参照光とに分け、
各所定の光路を経た後の物体光と参照光とを重畳する干
渉光学系と、 被測定体を前記物体光の光路上に保持する被測定体保持
部と、 前記干渉光学系で重畳された後の光を受光して受光信号
を得る受光素子と、 前記受光素子で得られた受光信号に基づいて、前記被測
定体保持部に保持された被測定体の、前記物体光の光路
長に作用する物理量を求める演算手段とを備えたことを
特徴とする干渉測定器。 - 【請求項２】 時間経過に伴って周波数が変化する光を
出射する光源と、 前記光源から発せられた光を物体光と参照光とに分け、
各所定の光路を経た後の物体光と参照光とを重畳する干
渉光学系と、 被測定体を前記物体光の光路上に保持する被測定体保持
部と、 前記干渉光学系で重畳された後の光を受光して受光信号
を得る受光素子と、 前記受光素子で得られた受光信号に基づいて、前記物体
光の光路長と前記参照光の光路長との差が所定差を維持
するように、前記物体光の光路長もしくは前記参照光の
光路長を調整する光路長調整手段と、 前記光路長調整手段による光路長調整量に基づいて、前
記被測定体保持部に保持された被測定体の、前記物体光
の光路長に作用する物理量を求める演算手段とを備えた
ことを特徴とする干渉測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35005196A JPH10185510A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 干渉測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35005196A JPH10185510A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 干渉測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10185510A true JPH10185510A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18407897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35005196A Pending JPH10185510A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 干渉測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10185510A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009008421A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Kobe Steel Ltd | 形状測定装置 |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35005196A patent/JPH10185510A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009008421A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Kobe Steel Ltd | 形状測定装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050808 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051220 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060411 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |