JPS61181922A - 干渉計における光路差の自動的測定装置 - 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】 イ３　日日　ｎ）　日　白ガ 〔産業上の利用分野〕 本発明は、種々の干渉計、中でも干渉顕微鏡において光
路差を自動的に測定するための装置に関する。この装置
は、干渉計によって検査しようとする対象物の光学的特
性の時間的な変化により作り出され、或いはまたこのよ
うな対象物の光学的特性の局部的な違いを調べるために
対象物を系統的にスライドさせることとの組み合わせに
おいてもたらされる干渉状態の時間的な変化を、迅速に
検出するために使用される。このような検査は中でも医
学、生物学、化学、半導体工学等において利用される。

〔従来の技術〕

進相装置内で光路差を電気機械的にサイン函数に従って
変調し、そして位相アナライザによってその変調作動の
非直線性を除くような、干渉顕微鏡における光路差を自
動的に測定する装置と方法とが公知である。この方法が
正しく機能するためにはその駆動作動が調波を含まない
こと、その運動作動がこの駆動作動の中実な写像である
こと、およびその位相アナライザが高い光路差解像度と
再現性とを確実にするために充分に安定で高感度でなけ
ればならないと言うことが前提条件である。

このような条件を満たすための技術的煩労は比較的大き
くてしかもその装置の時間的な恒常性に対して特別な要
求条件が課せられる。

東ドイツ経済特許第１４９９６８号には、進相装置の運
動作動が時間的に直線化されていることによって光路差
の検出を可能にする装置が記述されている。光路差が時
間に対して或る一定的な関係にあると言う条件を満たす
ことは制御技術的に著しい煩労を伴う。

ギーセンの病理学研究所のＪ、　Ｐｏｅｒｔｎｅｒの学
位論文「走査干渉顕微鏡の構造と作動Ｊ　　（１９６４
）に一つの装置が記述されているが、このものの用途は
偏光で操作する走査顕微鏡だけに限定されている。この
場合に光路差の変化は偏光子の回転によって作り出され
、そしてその回転角に比例している。この装置は全体的
な特性の制御円によって作動するので限られた作業速度
しか許容しない。

その上にこの装置では等方性の対象物しか検査できない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は上述した諸欠点を除くことであり、そし
て上述のような公知の各装置に比して簡単な構造を有し
、しかも装置技術的に高度のものを必要とせずに光路差
の変化の迅速で正確な検出が保証されるような装置を作
り出すことである。

本発明に従う装置は、中でも、周期的に振動する光路差
変調装置と、各入力にそれぞれ一つづつ光の実強度およ
び平均強度に比例する電気信号が供給されるコンパレー
タを有する検出ロジックとを備えた干渉顕微鏡において
、種々の干渉対象物についての光路差を自動的に測定す
るために用いられる。

本発明の課題は、上記のような装置を、偏光に関係なく
中間値の或る最小値を用い、そして諸障害因子（光の変
動、光電子的コンバータの感度変動）の排除のもとに光
路差変調装置の光路差変化値に変換するように構成する
ことである。

発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば上述の課題は上記光路差変調装置がその
振動方向においてこの干渉光路の外部に或る周期的な尺
度実体化手段を備えていて、このものの分割周期が光路
差の変化に対して或る一定の関係にあることによって解
決される。また光路差変調装置がその振動周期の或る予
め与えられた時点から上記コンパレータの切り換えまで
に或る予め与えられた方向へ移動してしまった分だけの
分割周期の数を数え、これを記憶させ、および／または
表示する手段が備えられている。更にまた上記光路差変
調器に、上記尺度実体化手段に従属する始点マークが設
けられていて、このマークの位置が位置検出系によって
出発ポジションにおいて信号化される。

尺度実体化手段は光学格子として構成されているのが有
利であり、これが公知のように或る光源求めるために補
助対物レンズを用いて参照格子を通してフォトダイオー
ドの上に結像される。

尺度実体化手段が周期的に分割されたコンデンサ板とし
て構成されている場合に光路差変調装置の相対位置の、
同様に有利な検出が可能である。

第２の、周期的に分割されたコンデンサ板がこの装置の
中で、上記第１のコンデンサ板と向き合って固定配置さ
れる。また尺度実体化手段の周期として単色光線の波長
を用いるならば有利である。

〔実施例〕

以下、本発明を添付の図式図によって詳細に説明する。

第１図において、顕微鏡の結像光路１はマツハーツエン
ダー干渉計２を通過し、そして測定オリフィス３を通っ
て光電子的コンバータ４の上に入射する。この干渉計２
の部分光路内に補償プリズム５が、そして第２部分光路
内に光路差変調装置６が設けられている。この光路差変
調装置６は第２の案内要素としての板ばね８を有するピ
エゾ電気的曲げ振動体７によって周期的振動状態に置が
れており、その時間的経過に対してはこれが絶えず作動
していると言う条件だけしか必要でない。

時間的な恒常性に対する要求条件は不必要である。

この振動の振幅に関しては、光路差変調装置６がその干
渉計の操作に用いる光の波長よりも若干大きな光路差変
化を生ずることが確保される必要がある。

光路差変調装置６はガラスプリズムであって、これは１
μｍのストロークに際して１　ｎｍの光路差変化を生ず
るように形成されていることができる。評価ロジックは
光路差が１波長よりも若干大きく変調されることを必要
とし、従って実際には光路差変調装置の１ストロークは
約０．６　ｒｍで充分である。

干渉計の光路から側方に外れて運動の方向に格子目盛９
が存在し、これは運動方向に直角な一連の等間隔の透明
および不透明の筋条よりなっていることができる。実際
のためには４μｍの筋条および間隙の幅が有利である。

発光ダイオード１゜が集光器１１　を介して格子９を照
明する。補助対物レンズ１２によってこの格子の構造が
４つの象限に分割された参照格子１３の上に結像される
。

それら象限の各構造は公知のようにそれぞれ１／４格子
常数だけ互いにずれている。参照格子１３の各象限を通
して出てくる光の流れは４つのフォトダイオード１４に
よって検出され、そしてそれとアナログな電流が計数ロ
ジック１８に送り込まれる（第２図）。このロジックは
運動の方向を検出して参照格子の一つの象限の前を通り
過ぎる格子の筋条の数をパルスの形で８倍にして検出す
る。

それぞれがその干渉計の干渉状態の１　ｎｏづつの変化
を表わすそれらのパルスは光路差変調装置６の運動方向
に従ってカウンタ１９（第２図）の順方向計数部か、ま
たは逆方向計数部に導かれる。

格子９の下方に始点マーク１５が設けられており、これ
が出発ポジションにおいて補助対物レンズ１２により絞
り１６を通して受光装置１７の上に結像される。

第２図には干渉計２内の光路差変化を検出するる。第１
図に示す装置の各構成要素を説明するのに用いたと同一
の参照数字を使用しである。

サイン電圧発振器２０が光路差変調装置６を運動させる
電圧を供給する。始点マーク１５が受光装置１７の上に
結像されることによって作動されて、トリガ２１がこの
ものからある電圧を受は取り、それによってこれは、こ
れと固定的に予め与えられた光路差変調装置６の或るポ
ジションにおいて短時間”Ｈ”の状態にセットされる。

′″Ｌ″から”Ｈ”への切り換えに際してカウンタ１９
は”０”の状態にセットされる。同時にＲ５−フリップ
フロップ２２がｔｔＨ”へ切り換えられ、そしてカウン
タ１９を切り離し、それによってこの変調点により計数
ロジック１８から到着したパルスの数がその符号と無関
係に検出される。計数ロジック１８のトリガ２１との結
合は光路差変調装置６の後退運動に際して始点マーク１
５から送り出された信号がトリガ２１によってもう一度
切り換えられるのを阻止する。

墨抽”！＋９１−上＋”１　ｆ　Ｎ　ＰＩ　’１　ｈ、
　ｆ　沼ｎ　’Ｆｉ？　＋　０７ノｘ　＊を通して出て
来る光の流れは光電的コンバータ４（ＳＥＶ、フォトダ
イオード等）によって電気信号に変換され、そして増幅
器２３によって一定的に増幅される。最大値記憶装置２
４に光電電圧の最大値が同じ増幅率で増幅されて記憶さ
れ、またこの光電電圧の最小値は最小値記憶装置２５に
記憶される。これら両方の値からコンパレータ２６にお
いて平均値が作り出される。この平均光強度に比例する
電圧値はこの干渉計の光源による光強度変動の影響また
は光路差測定に際しての対象物の透過状態の変動による
影響を除くことを可能にする。

そのようにして得られた電圧平均値は平均的光強度を表
わし、そしてコンパレータ２６のところで増幅器２３か
らやってくる実際の電圧と比較される。実際の電圧値が
この平均値よりも小さくなったときは常にこのコンパレ
ータ　２６は３１　Ｌ　Ｉｓの状態に切り換え、Ｒ３−
フリップフロップ２２は元へ戻されてそれにより計数ロ
ジック１８から送り出されたパルスの計数は停止される
。そのようにカウンタ　１９によって検出されたパルス
の数は干渉計を出発点より出発して、実際の光強度と平
均光強度との一致を達成させるため、言い換えるならば
予め与えられた干渉状態に到達するためにそれだけ移動
させなければならないその光路差を表わす、この干渉計
の移動は対象物の光路差には無関係であって従ってこれ
を測定することができる。

カウンタ１９の中で検出されたパルスは中間記憶装置２
７中に記憶され、表示装置２８によってデジタル式に表
示され、そして通常の態様で更に処理することができる
。

本発明に従う装置はその機能が広い限度内で操作速度に
無関係であって且つ光路差変調装置の時間的な運動の経
過に殆ど完全に無関係であること、およびその干渉計内
で運動する部分の質量が小さいと言うことによって優れ
ている。

以上に記述した諸条件のもとで光路差の測定は１波長の
長さまで可能である。

種々の波長に対して反応する２つの受光装置を設け、そ
してそのロジックを対応的に拡張することによってこの
方法はまた１波長長さよりも太きな光路差の測定に対し
ても可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う装置とピエゾ電気的に作動する進
相装置とを備えた変形態様のマツハ−ツエンダ干渉計を
示す。第２図は本発明に従う装置を用いて干渉計の光路
差を測定するためのブロック線図を示す。 １・・・結像光路 ２・・・マツハ−ツエンダ干渉計 ３・・・測定オリフィス ４・・・コンバータ　　５・・・補償プリズム６・・・
光路差変調装置 ７・・・曲げ振動体　　８・・・板ばね９・・・格子　
　　　　１０・・・発光ダイオード１１・・・集光装置
　　　１２・・・補助対物レンズ１３・・・参照格子 １４・・・フォトダイオード １５・・・始点マーク　　１６・・・絞り１７・・・受
光装置　　　１８・・・計数ロジック２０・・・サイン
電圧発振器 ２１・・・トリガ ２２・・・Ｒ３−フリップフロップ ２３・・・増幅器　　　　２４・・・最大値記憶装置２
５・・・最小値記憶装置 ２６・・・コンパレータ　２７・・・中間記憶装置２８
・・・表示装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）種々の干渉計、中でも、周期的に振動する光路差
   変調装置と、各入力にそれぞれ一つづつ光の実強度およ
   び平均強度に比例する電気信号が供給されるコンパレー
   タを有する検出ロジックとを備えた干渉顕微鏡において
   種々の干渉対象物についての光路差を自動的に測定する
   ための装置において、 一方の干渉光路内に配置された上記光路差 変調装置がその振動方向においてこの干渉光路の外部に
   或る周期的な尺度実体化手段を備えていて、このものの
   分割周期が光路差の変化に対して或る一定の関係にある
   こと、また光路差変調装置がその振動周期の或る予め与
   えられた時点から上記コンパレータの切り換えまでに或
   る予め与えられた方向へ移動してしまった分だけの分割
   周期の数を数え、これを記憶させ、および／または表示
   する手段が備えられていること、そしてまた上記光路差
   変調器の上に上記尺度実体化手段に従属する始点マーク
   が設けられていることを特徴とする、上記装置。
2. （２）尺度実体化手段が光学格子であり、これが公知の
   ように或る光源によって照明され、補助対物レンズによ
   って参照格子を通してフォトダイオードの上に結像され
   る、特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）尺度実体化手段が周期的に分割されたコンデンサ
   板であり、これに対面して、対応的に周期的に分割され
   た第２のコンデンサ板がこの装置内に固定配置されてい
   る、特許請求の範囲第１項記載の装置。
4. （４）尺度実体化手段の周期として、単色光線の波長を
   使用する、特許請求の範囲第１項記載の装置。