JPS60501773A - 粗い表面の現在位置および／またはプロフイルを無接触測定する方法および装置 - 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】 租い表面の玩在泣直および／または　ソロ不兄明は粗い表面り）睨往位１日、お よび（了ムニはラブロフィル′ｆＩｒ：高相反で無候肛伸」足する万人ス・）よ び装置にし；１するＯ 表口を無扱触徂１ｊ足する値々Ｕ）ガムが公知でめる。多くの方法の揚会レーデ かし兄した丸味ぞ人聞の標準位置へ来光し、こσ）次面から反ガｊ１−た元詠乞 “九υ）強風？側層する受元器に送る。強反は表口がその煽準位置を占める除最 尚で必る。豪１Ｊ直ぞ甲ノＩノにしてのる性度の廁足見ｄを肯るため、受九器の 前Ｖこｂｅ直した叙りぞ周暇Ｊ市に■方間に動ρｚ　Ｌ　（Ａｐｐｌ、　０ｐ− ｃｉｃ　ｖｏｌ、５　、７１０１２．１９６６．１９６１〜１９６２ページ）、 またはレーｆ元腺を精琢するレンズの来光屹囲を軸力間にｆｉｌ、犬する（Ｆｅ ｉｎｗｅｒｋｔｅｃｈｎｉｋ　＆Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ　Ｂ　４　、Ｈｅ士゛ ｔ２．１９７６．７２〜７４ページ）ことは公知でのる。これらの方法によれは 表口の疋宜もプロフィル伸１＞ｉも用能であるけれど、多くの使用目日′シにヌ １し庇戟しプる相反は不十分である。

次面の形を′ｇ接旭御」足するもう１つの刀大によれはホログラフィ−が使用さ れる（　Ａｐｐｌ、　０ｐｔｉｃｓ　Ｖｏｌ　Ｉ　Ｕ、／＋６９．１９７１．２ １１６〜２１１８ページ）。こべ の場合被検体のインターフェログラムかつくら几、与共ｒｊ９に固足さ才１１　 ホログラムとして遡」矩装置へ仰人さ几る。仄に弔２波長の丸線で仰ｊボざｎｌ 、ての腺俵恢悴は元路同に笛まる。その際ｈ）なり正体７よ評価を口」能と１“ −るインターフェログラムが発生する。この刀伝ばしかし短時間に処理し侍７よ い人品ぞ勺Ｊ−る。

粗い表面を干渉計沃により両足することも丁でに佑［究された。この暮脅阪長１ Ｕ、６μｕ１の叡痢を使用した。

Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ　−ｆ”　＄　Ｊにこの礪台表＋ｎｉ　ＭさのＬ４大 とともにコントラストが旭、（なる干ｒ歩鵬か光４Ｌする（八ＰＩ）］。

ＱｐｔｉｃｓＶｏｌ−１９，Ａｉｌ　′Ｉ　、　１　１７′　８０．　１　６６ ３　〜１８６９ページ）。この力２人は／１汽町イ兄元脈でＹｂ　業−（６θ） で、干渉ｉ１の調節か力・席に伐雑で困姉で、わる入点ケ有する。

不兄明の１的は九ｗをに用して短時間に向い位置分解能のきわめて正確な也１」 定ゼ町舵にする、徂℃・表開馨無接側測足する方法忘よぴこの方法の尖細に逓す る装ｆｆを侍ることで必る。

この目ロソば、４１：弁明により山１水の牢９凹第１項α）Ｈ守諏昌すに記載の 方広匠よってｍ決さ７する。塊在まで一ノ、に音及している見解に反しこのよ′ ５な干渉詩法により美原に合理的かつ非常に正確ｌよ結呆が得す几る。そＡは・ １回個の両定かインターフェログラム＋１１１１同に冗生ずるレーサ゛スペック ルと同じ大きさのまたほそ７＋より小さし・点に、Ｕｌ」眠さｎ、−（−いる７ Ｊ′−らでめる。スペソノルパターン４ 、＝ｔｌ　１，１９７９．１７９７〜１８０６ペーゾに兄出さ牙１．る。

ント兄つ」の力？大の１記の旬オリな形ノ戎はｈ肖ツムυ）乾重量６爪）よひ７ 項からｔＪＪらかでりる。

、＋発明の方法の実施装置は８Ｍツ〈の乾１…第８項の刈入でめる。

この装置の場合スペックルパターンか発生するインターフェログラム平面は徂１ ｊ厘υ１仝の次回Ｋ　ＭＵ　Ｌ諭抹目づＥＸ仮に発生する。側矩叔りを皿汝イン ターンエロダラム半囲にｆＬ　ｄしｌヨいで少しデノオー刀ンングし、丁なわち この＋曲のクト側に目Ｃ直するのが何４０でめる。こσす易曾大きい表１］１］ 祁囲力）測だ叔り馨辿過３−る丸味Ｖこ佐立つ。位相差開廷により頂１４足吻坏 υ）この表面軸回Ｖこわｌ、二つて水めたプロフィル峙さがず紛ら７する。し１ こかっ又幽１ｊ足法はデフォーカシングに刈して凡戦的鈍感になるので、たとえ ば弯゛囲した物体衣囲の賜台、埋枕り９ニ魚点を祠Ｍａする必要か７エくなる。

不発明の方法により依械構這坏の伍い次曲τ干渉社法の硝反をもって創建するこ とカ）でざる。この方ぬは任意の表面の非常に正確な定量のために使用すること もできる。これは根株的走査による走：を技術水早に比してと（に軟い材料の場 合または走査を非常に早く来施しなけηばはら７よい場合に有利でのる。

不発明の方法によったとえば侯縁してい７よい光字表面をイｖｔ鰺弐面と同じｇ 置で測定することが司ｈ６になる。

特表昭ＧＯ−５０１７７３（３） ずへての光学表面を装造する除こび）表面は仙示削慕Ｑ＼には顕倣鋭的粗さ？有 するの−Ｃ１このような万広はと（に元学伐術上電俊で・りる。さら）にこの方 法は狸々０）形の光字表面を装造するための目動化法に対Ｊ゛る承要な一歩でも ある。

仄に不発明を碗付の第１〜４丙により旺細に、　１況す」する。

第１１ｙ８Ｉは本発明の装置の原理の説ヴ」に１更／ｆＪする人〃し例、 第２図はこの装置のもう１つの実施例、第６図は表面プロフィルの供」矩に使用 する本光り」の装置の夷ＭＡＬ １ｉ１４図は犬さい弯・Ｈ表面のプロフィル測定に匝用シている第３１に小す芙 施ｆｕτ示−ｊ′。

第１図で１は２億の成長λｌおよびλ２の元腺を発するレーｆを衣わｊ０レーず 丸線２はレンズ３により拡大され、平行光束として丸線分割器４に肖る。この分 割器はレーｆ元巌２を参照元路６と側厘九略９へ分割する。測定元線９は物体８ の測定する表面へ描る。参照九蛛６はたとえはミラーとして形成さ几た平らな参 照表面５へ当る。表面５および８によって反射された丸線は′ｙｃ線分線分割円 ４内流し、レンズ１０により参照表面５と共役のインターフェログラム平囲１１ へ集光される。

不発明の方法で測定する表面が租いＪＦｊ会、インターフエロダラム平面１１に は音道のインターフェログラムでなくてスペックルパターンが現れる。インター ンエログラム平面１１円に２つの御ｊ定絞り２１ａおよび２１１）が配置され、 その直径はそｎそれｅよはＳ二λ／αの犬ささでりる平均スペックルＩｔ径Ｓよ り小さい。

第１区装置の一合丸線労割器４と参照表面５の向に奈照元束６内の２つの成長の 周？＆数を側足元束９の周波叙に対しいわゆるヘテロダイン周敦畝たけシフトす る装置７が配置される。絢阪叔馨シフトする孜釣丞摩かう公知の多数の過当な方 法があり、その１つはＡｐｐｌ　。

０ｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ、１８．　Ａｌ　ｌ、１９７９．　１７シ７〜１８０６ペ ージの前記−又にもすでに記祇される。徂リボすべき位相はヘテロダイン周阪数 を有する信号内に見出されるので、伸」矩か部平になる。

測定叔り２１ａおよび２１ｂを辿って出る丸味は九線を２つの波長成分に分割す る２色性元株分帆立万体２２ａ、２２ｂへ入射する。第１阪長λ、の丸線はたと えは２つの受光器２３ａおよび２３ｂへ当り、第２彼長λ２の光線は２つの受光 器２４ａおよび２４ｂへ当る。

光Ｗ分割器２２ｂ７よらびに２つの受光器２３ｂ＊よび２４ｂかもなる検知糸１ ２は固だ旧であり、参照４Ｎ号Ｓ　ｉ　Ｒ：ｉｖよひＳ２Ｒン込る。元歌分割姑 ２２＆ならひに受光器２３　ａおよび２４　ａ　７Ｊ□らなる検８Ｉｌｌｌ］ホ １３は鳴動性でりり、也り足級り２１ａとともにインターフェログラム平面を疋 ｉする。この場合２つの受光器は徂１゜定信号ＳｉＭ：％よび５２Ｍ１送る。２ つの検出系１２および１３かも送られた信号はそ、ｉｌ、それ１つのロック−イ ン増＠器に送入され、そこρ）も本来の測定１１号を永めて表示するコンピュー タに左する。１面を〜単にするため第１図にはそれぞれの増幅器によびコンピュ ータは示されていない。しρ）しその配置は第２凶に示す増１陥器２５８よびコ ンピュータ２６の賜曾と同僚でるる。

第１図の装置の場合インターフェログラム平面１１に背進のインターフェログラ ムで７Ｚ　＜てスペックルパターンが発生するので、鉤足は阪長λｌおよびλ２ のそれぞれ１つのレーデスペックルρ−らなるレーサゝ′スペックル組合せによ り匂われる。本来の副足のためそれぞれ物体８の表面の同じ場所に尚るスペック ルのｍｌしか測定信号の犬足に使用されない。レーデスペックル組合せの選択に は平均スペックル直径θより小さい＝＆ｄを仔する２つの？１１１建秋り２１ａ および２１ｂが役立つ。２つの波長λ□およびλ２に刈し明るいレーずスペック ルが存在する点からの伸」定データのみが検知される。この条件が充足されない 場合、伸」定は行われない。受光器２３．２４の後方に配置したロック−イン珈 婦指はこの問題のために過当な位相の測定モードで動作する場合、明るいレーデ スペックルが測８ｉＥ叔りにｌよげｌば目ら音告侶号を発する。

本来の測定のためまず参照信号ＳＩＲと８２Ｈの位相差Δψを測定絞９２１ｂに よって検出した参照点のレーデスペックル甲のインターフェログラムλ、冥よび λ２の位相ψｌとψ２の差として＆１１　′ＡＥｆる。愼１」定点は副だ叔り２ １ａによって決定さｎ７、この枚りばそのインタ−７エログラム乎面′１１円の 速動の除はぼ物体８の表面を走査する。それぞれの駆足、６＜　ＰＡσ）０７相 はしたによって決足さｉ１５、ここＩＦ　ｋｈばそれぞｎ側丸ノ玄Ｗ謁ける物体 光−と診照元鈑の奈焦点における九路差に対する何〃１ｊげソ冗始詮でのる。し たρゝつてｈは０１１」疋物俸σ）次面プロフィルを参照ミラー５に刈して画く 。１８号ＳｉＭおよび８２Ｍの評１曲によってＩｉｌ屋、９円のインターフェロ グラム位相の差Δψ−ψ１−　ψ２か決し１゛する。したがって が得られる。この式から陶接点■］間がより太ぎくない限り、コンピュータ２６ で７０ロフイル晶さｈが一楓的に決定さ庇る。Ｈが大きい＠台、このプロフィル 高さは取羨に冷げた表現の以袷よで゛不足にｗまる。　偽 改良λ、およびλ２の遇択によって方法ン徂１ｊ丸吻坏８の表面の予御」さハ、 る非平囲・１″′Ｅに虐むさせることかでざる。

２つの波長による第１図と関埋して記載した伸ｊ足びくにより粗い入面ン足畳す る際、Δψか疋元人ＸからＡ二１Ｌ点まで土πより少ししか変化しない眠り、勤 矩９１Ｊ犀８の狭面プロフィルｈＫ過当な′直か覆っれる。七の取出はΔψが２ πの畝倍までしか御」足町舵でないことＫある。もう１つの敦艮λ３の迫力ｌ］ ＶＣよって方法の山すシε中已囲を走宜点向の大きいプロフィル高さの左の方向 ヘノ１−常に有効に拡大することができる。第６の成長λ３−１次式を光足しな け１１はならない： 所女の場合もう１つの付加目ｊ漱長を通旨な１忍６せ℃それぞれ存在する斜」足 口的に応じて使用することかできる。その際調節および測定過程を尚単にするた め、それぞれ少なくとも１つの波長が町伝スペクトル蛍域内にあることが必要で ある。

第１図の装置によれば測定物体８の全表１１１ｊン徂ｌ」足元祿９で照明するの で、非常に弱い徂１」疋・１８号しか侍ら：ｒないことは明らかでるる。ＦＡ１ 凶は前記のよ’）　＆１ｍ　”ｊす両足原理をｍｌ明するために役立つ。

第２図の装置によればレンズ系３はレーヤ゛丸線２が測定物体８の表面の１点へ 集光するように形成される。この点がそのつどＶ）測定点となる。元厭分割器４ と測定絞り２１の間にレンズ１４が配置され、このレンズにより参照ミラー５お よび！勿体表面８ρ）り反射さｎた丸線は測定絞り２１へ鯖館する。この側足散 りは固に的であるけれど、物体８は表面プロフィル両足のため２厘矢印の方向に 動かされる。

内示の装置は狭面プロフィル徂１１足のｅより”Ｊｊ＝　；じのべ囲の定食すな わち装置元軸１５上の物体８の表■の位置を決定するためにも遇する。

多くの場合入面プロフィルの参照次面に対するイＵメ」的触過のみが必要であり 、会照人へでの位札走Δψは−足すし貿まるので、奈照点ろの側足し１こがって 第１凶αノ検知器群１２はな（てもよい。こ才１はふ２凶の実施ν１ｊで実現さ れている。

沖」定紋り２１を辿る光線は元詠分割益２２によって２つの使用成長の丸線に分 割され、七〇）灰七、Ｔ’Ｌそｎの波長の光線は２つの受光器２３および２４へ 当る。この受光器から発する信号は位相差Δψ？測定するロック−イン増幅器に 送られる。このｆｉ号はコンピュータ２６で本床の測定１Ｈ号へ処理される。

紀２図装置〆の場合第２検知器群１２が省略されたので、物体８の入面プロフィ ルカ紅過は診ｊ）ｕ衣聞にメ■して測定される。たとえは処理の向ミラー（Ｉ） ように反射する′＄態にるる表面を測定する場合、検知器群１２の少なくとも１ つの受光器を残すのがノ向当でめる。というのはこの場合公知のへテロタイン干 ８−語法によって同じ装置および非常に高い干渉計７ｉ：８Ｉｌ弓を積属で…り 定できるからである。

前ｍｌのようＩｃ扉」定紋９２１ケ目己直したインターフェログラム平面１１は 測定物体８の次間と鮎稼九学的に共役でめる。台足の使用目的にＱヱ側ンと紋り ２′１をインタ−７エログラム乎而″１１の少し外押」Ｖｃ配直丁心ことができ る。その場合測足物体８の人ぎい−Ａ囲呪囲が硬」定紋り２１によって記録され る九縁に役立つ。での誠泣相測定により測定物体８θ）この六囲柁囲にυたつで 累めたプロフィル尚さｈが１存らオ上る。それによってｒｊｉ」３己徂：」π方 法はデフォ−カシ′ングＱτ局しじ毛役：　ｉ４９　Ｆｅ　ｒ’５’ｊ　ｔこ７ よるので、たとえはＷ曲した吻犀ぺ囲のＪ易付】果、ｔｔ的にピントを追跡する 必要がない。他面このよラン【予設−軸殊問題のため結像的にデフオーカンング した７Ｉ：竹θ）物置に有利である。

第１図の装置に比して元來拡大系３を省略ｊることによってすてに工不ルキ′− 歩貿りの渚しい改官が避ｊ戎される。この場合は第２図に仮称て示される。この 場合拡大しないレーサ゛光趣２′が測定物体８乞照明１゛る。

物体８が大ぎい場合、測定装置にメ−１しこ０）吻犀を荀ｆｊＫ病＃Ｊすること は困難である。このような匂・ｉ第６区の装置を有、ｇ　［選択子Φことかでざ る。ここ（でＱ工小さい九融分ｉｌＪ器１６が使用され、この分割器はヘテロダ イン装置１、芥ｔＩＮｔミラー５および果九レンズ１７とともに、図聞内バよび 図面と垂直に走りうる２仄元市に丘逢動を行う。物体８月俸は同定位置に笛まり 、またはマクロＦＪｊに表面のピントを追跡することができる。レンズ１８は陶 定元緘を恢知糸１３の伸」矩叔りへ集光する。レンズ′１７の（ｉ径は九未仏大 九３のメゴ吻レンズの直径より著しく小さいので、この揚曾ｊ、８２凶装置に比 してエネルギー損失か生ずるけ７１と、この魚失しよ第１凶装置の礒合より者し く小さい。

定置範囲より拡がりか大きい衣Ｄ１１￥！：：御ｊ足１゛るため、１１１１１足 物体六而の細小した１索および反ｘｑの編付拡大した像を走査することもでさる 。

第４凶はＨの衣＋ｕ＋２Ｕヶ側疋Ｊる仝晃す」の表置θ）人施例を示し、この表 面の仏りは蛍素１６．１７．７゜５の摺動６τよって決定される走査範囲より大 きい。１９は匈体表■２υの細小芙抹２０′ケつくる精１ゑ九４二禾を表わす。

この場合′Ａ絵には株２０′内が０１１」疋さルろ。

マクロ［ｊジにぢ萌したべＯｉｊも伸ｊ矩（２うるように、吻捧２０、結像ＰＬ ＃：糸１９または集元九￥禾゛１７は林知の凪だげ元軸１５の方向に抱′励する ことができる。このｆａ動方向は第４図には両足物体２ｕの下に２厘矢印で示さ ｎる。

ζ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　粗い表面の現在位置８よび（またはノブロフィルｙ！″無接触測定する方 法において、少な（とも２檜の波長を有するレーず元触を平らな会照表面（５） へ回５参照元路（６）と測定すべき表面（８）へ回う測定九＊（９）へ分割し、 反射元腋のインターフェログラム平面（１１）に発生するスペックルパターン同 の、すべての波長に対して明るいそれそ７１，１つのレーサゝ゛スペックル内で 櫨々の波長の信号の間の位相差を測定し、そ八そ几の測足ノまの参照次面からの 距離りに比例する１Ｇ号へ俣算することを特徴とする粗い表面の睨仕装置および （または）プロフィルを無接触に演り足する方法。 ２．６つの波長の元服を使用すること乞特偵とする請求の範囲第１項記載の方法 。 ６、　硬ｊ定ケ種々の波長で同時ＶＣ実１１することを特徴とする請求の範囲第 １．１＋４および第２項記載の方法。 ４、　九／よる波長の丸線ン嗣次に測定に切用するここを特徴とするｎＪ１丞の 範囲第１項χよひ第２項記載の方法。 ５、　参照元路（６）の元服の周Ｖ叔馨ソフトし、発生じたヘデロダイン周波数 で抑」定ン天４’７することぞ舟偵とＪ−るｆｆ１ｉ’を氷の範囲第１項記載の 方ぬ。 ６、　測定丸線（９）乞勿体表面（８）へ来九することを特徴とする請求の範囲 第１項記載の方法。 Ｚ　吻体辰面（８）を測足九厳（９）に対し相附はソに摺＃することを特徴とす る簡３（の範囲第１項および第６項記載の方法。 ａ　粗い表面の睨在位瞳届よひ（ｆだ（１）プロフィル乞無接７！Ｉ！測定する 装置において、傭々の波長の九緘を発生するための１つまたは多重のレーデ九碑 （１）、レーデ元服を参照元路（６）と街・」疋元角（９）へ分割する１こめ九 源（１）とｖＤ体（８）の１司に目巳籠した光腺分割器（４）、参照元路（６） 内に目装置した平らノよン照衣面（５）、診照衣囲（５）に対し共役Ｑ）インタ ーフェログラム平面（１１）　ｇ−ｉに配置し１こ、この平囲内に発生するレー ナ゛スペックルの直径より小さい直径ぞ勺する抑ｊ定枚り（２１）、訓シ５元祢 σ）波火分励σ）ためこの伸］尾枚り（２１）の後方Ｋ１犯註した丸味分占り器 （２２）、榎々のＶ、艮の側だ元服によって負何さ名、る検知器（２３，２４） および検知器信号の間の位相差に比しｌＩづ−る街り足ｆｌ−ｉ′号を発生する ため、この検知器の液力に配置した装置（２５，２６）ン有すること馨特似とす る粗い表囲の現在１立置および（または）プロフィルを無接触測定する装置。 ９、　都照兄路（６）内に参照元称Ｊ）尚汲畝馨ヘテロダイン絢彼叔だけソフト する装置（７）力・目ｃ　１ｔｔさｆ７、碑」別装置がこのヘテロタ゛イン周奴 武に４ＧけるｉＭ　４１Ｊ　＊’：五の街ｉｊ犀のためンこ設定さ７１．ている ことを符似とするａ＋７水の１５ 範囲第８項記載の装置。 １０、測疋叔り（２１）がインターフェログラムｆ−ｍ（１１）の外側に配置さ れていることを符恒とするｍｌ累の範囲第８項および第９項記載の装置。 １１、光線分割器（１６）、多照表面（５）８よび九−分割器（１６）と物坏衣 面（８）の間に配置し７た焦魚調節レンズ（１１）が物体に対し箔動弓ｆｌＱで めることを行値とするめ水の範囲第８項および第９項記載の装置。