WO2007108060A1 - 干渉計測方法およびこれを用いる干渉計測装置 - Google Patents

干渉計測方法およびこれを用いる干渉計測装置 Download PDF

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WO2007108060A1
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light
interference
wavelength filter
measurement
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PCT/JP2006/305341
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Inventor
Fumiyuki Takahashi
Hiroyuki Tsukahara
Original Assignee
Fujitsu Limited
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry

Definitions

  • the present invention relates to an interference measurement method and an interference measurement apparatus using the same, and more particularly to a method for measuring the surface shape of an optical component protected by a package with an optical window with high accuracy using an interference method. And an interference measurement apparatus using the same.
  • MEMS Micro
  • Micro with a microstructure and accompanying displacement such as translation and tilt
  • Electro Mechanical Systems includes optical filters, optical cross connectors, etc. that are used for wavelength division multiplexing in the example of optical components.
  • FIG. 1 is a view showing a cross section of a MEMS optical component 10 protected by a package 100 with an optical window 11.
  • an interferometer In order to evaluate the processing accuracy and dynamic characteristics of the powerful optical component 10, it is known to use an interferometer. (For example, Patent Documents 1 and 2).
  • the method using the interference measuring apparatus disclosed in Patent Documents 1 and 2 includes an interference optical system that causes object reflected light and reference light to interfere with each other, and observes interference fringes generated by the interference optical system. It is.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams for explaining a conventional method for measuring MEMS using such an interference measurement method.
  • FIG. 2A is a diagram showing an interference optical system that does not assume measurement through glass.
  • the illumination light Lo is input to the mirror 4 through the lens 2.
  • the incident irradiation light Lo is divided into two directions toward the reference mirror 8 and the measurement object 10.
  • the light reflected from the reference mirror 8 and the measurement object 10 are overlapped again by the half mirror 4 to generate interference fringes, which are output through the lens 15 as measurement light Lr.
  • lasers and other light sources are used for interference measurement, but lasers use light sources other than lasers because they have a very long coherence distance and cause interference in unnecessary parts. Often.
  • interference measurement through the optical window 11 may cause a problem that interference fringe contrast is reduced due to reflected light from the optical thin film (antireflection film, etc.) deposited on the optical window 11 and makes interference measurement difficult. Must be considered.
  • the optical component to be measured is for communication and the wavelength used is infrared.
  • the antireflection film deposited on the optical window 11 is designed not to reflect infrared light used for communication.
  • other wavelengths are indifferent.
  • the reflectance is kept low in the target wavelength region (in this case, infrared) I, but the other wavelength region (visible) In the optical region (II), the reflectivity is not taken into account, and the measurement target must be measured through the optical window 11 on which the antireflection film 11a having the characteristic of generating reflected light LrO is formed.
  • the reflected light Lrl from the measurement object 10 and the reference light Lr2 from the reference mirror 8 interfere with each other at the half mirror 4, and the interference light Lr is output. Since normal interference measurement is performed in the wavelength region of visible light region II, as shown in Fig. 3B, the portion surrounded by circles in Fig. 3A is enlarged, and the antireflection film 1 la of the optical window 11 Some LrO is reflected.
  • the optical window 11 is formed with an antireflection film 11a and is designed not to reflect infrared light as described above. Reflection at the fence It is not considered. Therefore, the reflected light Lro in the visible light region ⁇ ⁇ ⁇ is generated on the surface of the antireflection film 11a. Such reflected light Lro with power other than the measurement target 10 causes interference fringe contrast.
  • FIG. 4 is a diagram for further explaining problems in interference measurement through the optical window 11. As shown in Fig. 4a, when the interference measurement is performed by wavelength selection in the visible light region II,
  • the reflected light Lro from the film 11a increases and the interference fringe contrast decreases (Figs. 4d and 4e).
  • Patent Document 1 Antireflection film JP 2002-5619 A
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-177225
  • an object of the present invention is to provide an interference measuring method and an interference device using the same, which solve the problem caused by the reduction in the contrast of interference fringes caused by unnecessary reflected waves by a powerful antireflection film.
  • a first aspect of the present invention that achieves such an object is an interference measurement apparatus that measures the surface shape of a measurement object protected by an optical window in which an optical thin film is formed, and has a wide-band wavelength distribution.
  • a light filter that outputs light having characteristics, and the light output from the power of the light device can be switched, and a plurality of wavelength filters having different center wavelengths can be switched, and at least one wavelength light is selectively output.
  • the wavelength light selected by the wavelength filter selection means are branched into reference light and irradiation light directed to the measurement target, and further, the reflected light from the measurement target due to the irradiation light and interference by the reference light It has a half mirror that generates and outputs light,
  • the wavelength filter selection means is a means for comparing interference fringes in interference light from the half mirror. It is characterized in that it is configured to select a combination of wavelength filters that have a maximum or more than a predetermined threshold value.
  • the wavelength filter selecting unit selectively outputs a plurality of wavelength lights, and an average contrast of interference fringes of the interference light in the plurality of wavelength lights is greater than or equal to a predetermined threshold value. It may be configured to select a combination of wavelength filters.
  • the wavelength filter selection unit may perform another processing when the spatial average value of the interference fringe contrast acquired by the currently selected wavelength filter is equal to or less than a predetermined threshold value.
  • a wavelength filter may be selected, and a combination of wavelength filters with interference fringe contrast exceeding a predetermined threshold may be selected.
  • a spectroscope is further provided, the reflection characteristic from the optical window is evaluated in a state where the reference light is shielded, and the wavelength filter selecting means is evaluated by the spectroscope.
  • the optimum wavelength filter may be selected based on the reflected characteristics.
  • evaluation of reflection characteristics in the spectroscope is input to a control PC, and this PC causes the wavelength filter selection means to select an optimum wavelength selection filter based on the evaluation data of the reflection characteristics. It may be configured as follows.
  • the plurality of wavelength filters are wavelength cut filters each having a different center wavelength, and the wavelength component is removed by the wavelength cut filter selected by the wavelength filter selection means. You may comprise so that light may be input into the said Harmirror.
  • the illumination device includes a plurality of light emitting diodes that output light having different center wavelengths
  • the wavelength filter selecting means includes the plurality of light emitting diodes. It may be configured to selectively drive at least one light emitting diode and selectively output the corresponding one wavelength light from the selectively driven emitting diode.
  • a second aspect of the present invention that achieves the above object is an interference measurement method for measuring the surface shape of a measurement object protected by an optical window on which an optical thin film is formed, and includes a broadband wavelength distribution.
  • the light having the characteristic is input to the wavelength filter selection means, and the wavelength filter selection means Accordingly, at least one wavelength light is selectively output, and the selected wavelength light is branched into a reference light and an irradiation light directed to the measurement target, and the reflected light of the measurement target force by the irradiation light and the reference Interfering light is generated by light, and the wavelength filter selecting means selects a combination of wavelength filters in which the contrast of interference fringes in the interference light from the half mirror is greater than or equal to a predetermined threshold value.
  • Figure 1 shows a cross section of a MEMS optical component protected by a package with an optical window.
  • FIG. 2A is a diagram showing an interference optical system that does not assume measurement through glass.
  • FIG. 2B is a diagram showing a configuration that avoids the problem that the optical distance differs between the reference mirror side and the measurement target side.
  • FIG. 2C shows the visible light region and the wavelength region of the antireflection film.
  • Fig. 3A is a diagram (part 1) for explaining the problems in interference measurement through an optical window.
  • Fig. 3B is an enlarged view of the portion surrounded by a circle in Fig. 3A.
  • Fig. 4 is a diagram (part 2) illustrating the problems in interference measurement through an optical window.
  • FIG. 5A is a diagram showing a basic conceptual configuration of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining the selection of a specific wavelength in the relationship graph of wavelength and reflectance distribution.
  • FIG. 5C is a diagram for explaining the selection of a plurality of wavelength regions in the graph of the relationship between the wavelength and the reflectance distribution.
  • FIG. 5D is a diagram for explaining the cut in the wavelength region where there is a lot of unnecessary reflection in the graph of the relationship between wavelength and reflectance distribution.
  • FIG. 6 is a diagram showing an interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention in accordance with the principle of the present invention described with reference to FIGS. 5A to 5D.
  • FIG. 7 is an example flow of a selection method of a narrowband wavelength selection filter.
  • Fig.8 is a diagram showing a configuration in which interference fringes of two wavelengths are acquired independently. It is.
  • FIG. 9 is a diagram showing a multiple filter changer having filters each capable of arranging a plurality of wavelength cut filters on the optical path.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example in which an LED (light emitting element) is used as an illumination light source.
  • FIG. 5A is a diagram showing a basic conceptual configuration of the present invention.
  • Wavelength filter selection means (filter changer) 23 is provided.
  • interference reflection is measured by automatically selecting a wavelength filter with less unnecessary reflection and high interference fringe contrast. This solves the problems described above.
  • a specific wavelength range A (preferably, the wavelength filter 25 for extracting the wavelength region in which the reflectance is lowest is selected by the wavelength filter selection means 23 to perform interference measurement.
  • Fig. 5C The example in Fig. 5C is for two wavelengths A and B. Also, for example, when using illumination light with a broad wavelength range, such as a white light source, as in the case of vertical scanning interferometry, a filter that cuts out the wavelength regions X, Y, and Z with many unnecessary reflections as shown in Fig. 5D. It is also possible to improve the interference fringe contrast. [0035] According to the principle of the present invention as described above, even when the optical thin film 11a (see FIG. 3B) having a characteristic of mainly reflecting visible light is formed, an interference fringe with high contrast is formed. It can be acquired.
  • FIG. 6 is a diagram showing an interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention in accordance with the principle of the present invention described with reference to FIGS. 5A to 5D.
  • the selected wavelength light is guided in the direction of the measurement target 10 by the half mirror 4, and interference fringes between the measurement target 10 and the reference mirror 8 are generated by the interference objective lens 9.
  • the interference objective lens 9 includes an imaging lens 5 for condensing the measurement light on the measurement target 10 and the reference mirror 8, and a half mirror 6 for dividing the measurement light in the direction of the measurement target 10 and the reference mirror 8. It consists of a mirror 8, an optical distance compensator 7 to compensate for the increase in optical distance due to the optical window 11, and an optical path shield 36 that temporarily shields the measurement light with the reference side optical path.
  • the light reflected from the measurement object 10, the reference mirror 8 and the optical window 11 is again overlapped by the noise mirror 6 to cause interference.
  • the interference fringes imaged by the imaging lens 15 are imaged by a CCD camera 16 and recorded in a PC (personal computer) 17.
  • the PC 17 analyzes the interference fringe from the interference fringe image captured by the CCD camera 16 and calculates the surface shape of the measurement object 10.
  • the measurement visual field and the posture of the measurement target can be adjusted using the coarse movement stage 20.
  • FIG. 7 is an example flow of a method for selecting the narrowband wavelength selection filter 25 that works.
  • the wavelength selection filter 25 to be used is set on the optical path 3 (step Sl).
  • Interference fringe image Obtaining step S2
  • the average of the interference fringe contrast in a predetermined area or the entire field of view is calculated (step S3).
  • step S4 If the spatial average ⁇ ⁇ of interference fringe contrast is less than or equal to the threshold ⁇ that has been preliminarily set (step S4, NO), change to another wavelength selection filter 25 set in the filter changer 23 (step S6, NO, S7) Compare the interference fringe contrast average E with the threshold T as in the beginning.
  • the interference fringe contrast average E is larger than the threshold T (step S4, YES)
  • the surface shape of the measurement object 10 is calculated from the interference image obtained by assuming that the contrast is sufficient for the interference fringe analysis (Ste S5). For example, if 0.1 is set as the threshold T, it is considered that measurable interference fringes can be obtained.
  • step S6 If no contrast equal to or greater than the threshold value T is obtained for all wavelength selective filters 25 (step S6, YES), the wavelength selective filter 25 set in the filter changer 23 cannot measure. The monitor power of PC17 also sends a message to the worker.
  • wavelength selection filters 25 may be determined.
  • the characteristic data is input to the PC 17, and the optimum is based on the data. You may select a wavelength selection filter.
  • the optical system configured as shown in Figs. 8 and 9 is used. That is, when acquiring the interference fringes of two wavelengths independently, the configuration shown in Fig. 8 can be used. After obtaining the interference fringes with the wavelength selection filter 25 of the center wavelength A by the optical system including the half mirror 35, the interference fringes are separately obtained. Change to the center wavelength B of and acquire the interference fringes again.
  • a light source with two different wavelengths in addition to light source 1, another light source 1-2, light guide 2-2, filter changer 23-2, wavelength selective filter 23-2 Prepare half-mirror 34, 35 to create measurement light with multiple wavelengths.
  • the light source or wave Increase the number of changes to the long selection filter.
  • FIG. 5D when a plurality of wavelength bands X, ⁇ , and Z among wideband wavelengths are to be cut, it is necessary to cut a plurality of wavelengths simultaneously for one light source.
  • multiple filter changers 26 each having a filter 27 capable of arranging a plurality of wavelength cut filters on the optical path 3 may be used.
  • Figure 9 shows Italy 1 that can simultaneously focus on three wavelength regions.
  • PC 17 controls coarse copper stage 20 and piezo stage 18 by coarse motion stage controller 21 for changing the position and orientation of the measurement object 21, and piezo stage controller 19 used for high-accuracy phase shift method, respectively. To do. Furthermore, measurement is performed while controlling the illumination controller 22 to keep the amount of light changing when switching between the filter changer controller 24 and the wavelength selection filter 25 for selecting the required wavelength.
  • the wavelength selection filter 25 may use not only the visible light band but also, for example, light in the infrared or ultraviolet band as the measurement light.
  • the light source of the illumination device 1 having a broadband wavelength distribution and the wavelength selection filter 25 are used as the illumination light source.
  • the wavelength selection filter 25 are used as the illumination light source.
  • FIG. It is possible to prepare multiple LEDs 28 as light emitting elements with different center wavelengths as the illumination light source, and to switch the wavelength by using the LED controller 29 to emit light when switching the wavelength.
  • the light emission of the selected wavelength LED is adjusted to the half mirror 4 by the stage controller 31.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract

 光学薄膜が成膜された光学窓越しの干渉計測を行う場合において,光学薄膜からの反射光が少ない波長を計測光として使用することにより,コントラストの高い干渉縞を取得する干渉計測装置は,広帯域な波長分布特性を有する光を出力する照明装置と,前記照明装置から出力される光を入力し,中心波長の異なる複数の波長フィルタを切り替え可能で,少なくとも一の波長光を選択出力する,波長フィルタ選択手段と,前記波長フィルタ選択手段により選択された波長光を参照光と,前記計測対象向かう照射光とに分岐し,更に前記照射光による前記計測対象からの反射光と前記参照光による干渉光を生成出力するハーフミラーを有し,前記波長フィルタ選択手段は,前記ハーフミラーからの干渉光における干渉縞のコントラストが所定閾値以上若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択するように構成される。

Description

明 細 書
干渉計測方法およびこれを用いる干渉計測装置
技術分野
[0001] 本発明は,干渉計測方法及びこれを用いる干渉計測装置に関し,特に光学窓のつ いたパッケージで保護された光学部品の表面形状を,干渉法を使用して高精度に計 測する方法及びこれを用いる干渉計測装置に関する。
背景技術
[0002] 微細構造を有し,並進移動や傾き等の変位を伴う MEMS (Micro
Electro Mechanical Systems)として,光学部品の例では波長多重通信に使用される 光フィルタ,光クロスコネクタ一等がある。
[0003] 図 1は,光学窓 11のついたパッケージ 100で保護された MEMS光学部品 10の断 面を示す図である。力かる光学部品 10の加工精度や,動的特性を評価するために, 干渉計測装置を用いることが知られている。(例えば,特許文献 1, 2)。
[0004] かかる特許文献 1, 2に示される干渉計測装置を用いる方法は,物体反射光と参照 光を干渉させる干渉光学系を有し,前記干渉光学系により生成される干渉縞を観察 するものである。
[0005] 図 2A,図 2Bは,かかる干渉計測方法を使用して MEMSを計測する従来の方法を 説明する図である。
[0006] 図 2Aはガラス越し計測を前提としない干渉光学系を示す図である。まずレンズ 2を 通して照射光 Loをノヽーフミラー 4に入力する。ハーフミラー 4で,入射した照射光 Lo を参照ミラー 8と計測対象 10に向かう 2つの方向に分ける。
[0007] 参照ミラー 8と計測対象 10からそれぞれ反射した光はハーフミラー 4で再び重なり 干渉縞が発生し,計測光 Lrとしてレンズ 15を通して出力される。ここで,干渉計測に はレーザとそれ以外の光源が使用されるが,レーザは可干渉距離が非常に長く,不 要な部分での干渉が生じるなどの理由から,レーザ以外の光源が使用されることが 多い。
[0008] レーザ以外の光源では可干渉距離が比較的短いため,干渉縞を発生させるには 参照ミラー 8側と計測対象 10側の光学距離がおよそ等しくなくてはならない。ところが 図 2Aに示すように計測対象 10の前に光学窓 11がある場合,計測対象 10側の光学 距離は,(n-l)dだけ増える。なお, nは,光学窓材料の屈折率であり, dは光学窓の 厚みである。
[0009] したがって,ハーフミラー 4からの参照ミラー 8側と計測対象 10側で光学距離が異な つてしま!、干渉縞が生じなくなる。
[0010] このために,図 2Bに示すように,参照ミラー 8側にも両者の光学距離を同じにする ために,補償ガラス 7を挿入し,参照ミラー 8側と計測対象 10側で光学距離が異なつ てしまうという問題を回避することが考えられる。
[0011] ここで,図 2Aにおいては,問題点として光学距離の差のみを注目している。しかし ,光学窓 11越しの干渉計測では光学窓 11に成膜した光学薄膜 (反射防止膜等)か らの反射光が原因で干渉縞コントラストが落ちて干渉計測が困難となる問題が生じる ことも考慮しなければならな 、。
[0012] なお,ここでは説明のため計測対象である光学部品は通信用であり使用波長が赤 外であるとして説明する。このような場合,光学窓 11に成膜する反射防止膜は通信 に使用される赤外光を反射しないように設計されている。しかし,それ以外の波長域 につ ヽては無関心である場合がある。
[0013] 例えば,図 2Cに示す波長域と反射率の関係を示すグラフにおいて, 目的の波長 領域 (この場合赤外) Iでは,反射率を低く抑えているが,それ以外の波長域 (可視光 領域) IIで反射率は考慮されて ヽず,反射光 LrOを生じる特性を持つ反射防止膜 11 aが成膜された光学窓 11を通して計測対象を計測しなければならない場合が生じる
[0014] 図 3Aに示すように,計測対象 10からの反射光 Lrlと参照ミラー 8からの参照光 Lr2 がハーフミラー 4で干渉し,干渉光 Lrが出力される。通常干渉計測は,可視光領域 II の波長域で行うため,図 3Bに,図 3Aの〇で囲んだ部分を拡大して示すように,光学 窓 11の反射防止膜 1 laにより,照射光の一部 LrOが反射してしまう。
[0015] すなわち,図 3Bに示すように,光学窓 11に反射防止膜 11aが生膜されていて,上 記のように,赤外光を反射しないように設計されているが,可視光域 Πでの反射は考 慮されていない。したがって,反射防止膜 11a面で,可視光領域 Πでの反射光 Lroが 生じる。このような,計測対象 10以外力もの反射光 Lroは,干渉縞のコントラスト悪ィ匕 の原因となる。
[0016] 図 4は,光学窓 11越しによる干渉計測における問題点を更に説明する図である。い ま,図 4aに示すように,可視光域 IIにおける波長え とえで干渉計測を行った場合,
1 2
波長えでは反射率が低く不要反射が少ない。このために,コントラストの高い干渉縞
2
が取得できる(図 4b,図 4c)。一方,波長えを使用した場合,光学窓 11の反射防止
1
膜 11aによる反射光 Lroが多くなり干渉縞コントラストが低下する(図 4d,図 4e)。
[0017] このように,干渉縞のコントラストが低下すると,計測対象 10である MEMSの高さの 計測結果にノイズが増え,コントラスト低下の程度によっては計測自体が不可能とな る場合がある。
特許文献 1 :反射防止膜 特開 2002— 5619号公報
特許文献 2:特開 2004— 177225号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0018] したがって,本発明の目的は,力かる反射防止膜による不要反射波によって起きる 干渉縞のコントラストの低下による問題を解決する干渉計測方法およびこれを用いる 干渉装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0019] かかる目的を達成する本発明の第 1の側面は,光学薄膜が形成された光学窓で保 護された計測対象の表面形状を計測する干渉計測装置であって,広帯域な波長分 布特性を有する光を出力する照明装置と,前記照明装置力 出力される光を入力し ,中心波長の異なる複数の波長フィルタを切り替え可能で,少なくとも一の波長光を 選択出力す る,波長フィルタ選択手段と,前記波長フィルタ選択手段により選択さ れた波長光を参照光と,前記計測対象向かう照射光とに分岐し,更に前記照射光に よる前記計測対象からの反射光と前記参照光による干渉光を生成出力するハーフミ ラーを有し,
前記波長フィルタ選択手段は,前記ハーフミラーからの干渉光における干渉縞のコ ントラストが所定閾値以上若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択する ように構成されたことを特徴とする。
[0020] 前記第 1の側面において,前記波長フィルタ選択手段は,複数の波長光を選択出 力し,前記複数の波長光における干渉光の干渉縞の平均的コントラストが所定閾値 以上若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択するように構成してもよ 、。
[0021] また,前記第 1の側面において,前記波長フィルタ選択手段は,現在選択中の波長 フィルタで取得した干渉縞コントラストを空間的に平均した値が所定の閾値以下であ る場合,別の波長フィルタを選択し,干渉縞コントラストが所定の閾値以上となる波長 フィルタの組み合わせを選択するように構成してもよ 、。
[0022] 前記第 1の側面において,さらに,分光器を備え,前記参照光を遮蔽した状態で, 前記光学窓からの反射特性を評価し,前記波長フィルタ選択手段は,前記分光器に より評価される反射特性に基づき,最適な波長フィルタの選択を行うように構成しても よい。
[0023] さらに,前記において,前記分光器における反射特性の評価を制御 PCに入力し, この PCにより,前記反射特性の評価データに基づき,前記波長フィルタ選択手段に 最適な波長選択フィルタを選択させるように構成してもよ 、。
[0024] また,前記第 1の側面において,前記複数の波長フィルタは,それぞれ中心波長の 異なる波長カットフィルタであって,前記波長フィルタ選択手段により選択された波長 カットフィルタにより波長成分の除去された光を前記ハーミラーに入力するように構成 してちよい。
[0025] さらにまた,前記第 1の側面において,前記照明装置は,それぞれ中心波長の異な る発光を出力する複数の発光ダイオードを有し,前記波長フィルタ選択手段は,前記 少複数の発光ダイオードの少なくとも一つの発光ダイオードを選択駆動して,前記選 択駆動される発行ダイオードからの対応する一の波長光を選択出力するように構成 してちよい。
[0026] 上記目的を達成する本発明の第 2の側面は,光学薄膜が形成された光学窓で保 護された計測対象の表面形状を計測する干渉計測方法であって,広帯域な波長分 布特性を有する光を波長フィルタ選択手段に入力し,前記波長フィルタ選択手段に より,少なくとも一つの波長光を選択出力し,前記選択された波長光を参照光と,前 記計測対象向かう照射光とに分岐し,更に前記照射光による前記計測対象力 の反 射光と前記参照光による干渉光を生成し,前記波長フィルタ選択手段は,前記ハー フミラーからの干渉光における干渉縞のコントラストが所定閾値以上若しくは最大とな る波長フィルタの組み合わせを選択することを特徴とする。
図面の簡単な説明
[図 1]図 1は,光学窓のついたパッケージで保護された MEMS光学部品の断面を示 す図である。
[図 2A]図 2Aは,ガラス越し計測を前提としない干渉光学系を示す図である。
[図 2B]図 2Bは,参照ミラー側と計測対象側で光学距離が異なってしまうという問題を 回避する構成を示す図である。
[図 2C]図 2Cは,可視光領域と,反射防止膜の波長域を示す図である。
[図 3A]図 3Aは,光学窓越しによる干渉計測における問題点を説明する図(その 1)で ある。
[図 3B]図 3Bは,図 3Aの〇で囲んだ部分の拡大図である。
[図 4]図 4は,光学窓越しによる干渉計測における問題点を説明する図(その 2)であ る。
[図 5A]図 5Aは,本発明の基本的概念構成を示す図である。
[図 5B]図 5Bは,波長と反射率分布の関係グラフにおいて,特定波長の選択を説明 する図である。
[図 5C]図 5Cは,波長と反射率分布の関係グラフにおいて,複数の波長域の選択を 説明する図である。
[図 5D]図 5Dは,波長と反射率分布の関係グラフにおいて,不要反射の多い波長領 域のカットを説明する図である。
[図 6]図 6は,図 5A〜5Dを用いて説明した本発明原理に従う,本発明の実施例の干 渉計測装置を示す図である。
[図 7]図 7は,挟帯域波長選択フィルタの選択方法の一例フローである。
[図 8]図 8は, 2つの波長の干渉縞をそれぞれ独立して取得する場合の構成を示す図 である。
[図 9]図 9は,光路上に複数の波長カットフィルタを配置できるそれぞれフィルタを有 する多連のフィルタチェンジャを示す図である。
[図 10]図 10は,照明光源として LED (発光素子)を用いる例を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下に,図面に従い,本発明の実施の形態例を説明する。なお,実施の形態例は ,本発明の理解のためのものであり,本発明の技術的範囲はこれに限定されるもの ではない。
[0029] 図 5Aは,本発明の基本的概念構成を示す図である。
[0030] 本発明では,図 2Bに示した干渉計測装置における照明光 Loの照明装置 1と,ハ 一フミラー 4との間に,中心波長の異なる複数の波長フィルタ 25を切り替えることが可 能な波長フィルタ選択手段 (フィルタチェンジャー) 23を備える。
[0031] それら複数の波長フィルタ 25のうち不要反射が少なく干渉縞コントラストが高くなる 波長フィルタを自動的に選んで干渉計測を行う。これにより,先に述べた問題点を解 決する。
[0032] 例えば照明装置 1から出射する広帯域な波長分布を持った照射光 Loのうち図 5B に示す波長と反射率分布の関係グラフにおける可視光城 Π中の選択された特定の 波長域 A (好ましくは,反射率が最も低くなる波長領域)を取り出す波長フィルタ 25を ,波長フィルタ選択手段 23により選択して干渉計測を行う。
[0033] これにより,図 4b,図 4cに示したように,コントラストが良好な干渉縞画像を得ること が可能となる。また単一波長の光を使った干渉ではなく,複数の波長域 A, Bを選択 使用して,干渉を行うような場合,図 5Cに示すように,波長と反射率分布グラフにお いて,使用する複数の波長域 A, Bにより平均的にコントラストが向上するような波長 フィルタのペアを自動的に選ぶようにする。
[0034] 図 5Cの例は 2波長 A, Bの場合である。また例えば垂直走査干渉法のように, 白色 光源のような広帯域の波長域を持つ照明光を使用する場合,図 5Dに示すように不 要反射の多い波長領域 X, Y, Zをカットするフィルタを使用することで干渉縞コントラ ストを改善することも可能となる。 [0035] 上記の様な本発明原理により,主に可視光を反射する特性を持った光学薄膜 11a (図 3B参照)が成膜された光学窓越しであっても,コントラストの高い干渉縞が取得 可能となる。
[実施例]
図 6は,上記図 5A〜5Dを用いて説明した本発明原理に従う,本発明の実施例の 干渉計測装置を示す図である。
[0036] キセノン光源などの広帯域な波長分布を持つ照明装置 1から出射した光をライトガ イド 2で,波長フィルタ選択手段(フィルタチェンジャ) 23により選択された一のフィル タ 25に導き,計測に使用する波長を選択する。
[0037] 選択した波長光をハーフミラー 4により計測対象 10方向に導き,干渉対物レンズ 9 で計測対象 10と参照ミラー 8の干渉縞を発生させる。干渉対物レンズ 9は計測対象 1 0と参照ミラー 8に計測光を集光させるための結像レンズ 5と,計測光を計測対象 10と 参照ミラー 8の方向に分割するためのハーフミラー 6,参照ミラー 8,光学窓 11による 光学距離の増加を補償するための光学距離補償板 7,計測光を一時的に参照側光 路で遮蔽する光路遮蔽板 36から構成される。
[0038] 計測対象 10と参照ミラー 8および光学窓 11から反射した光は再びノヽーフミラー 6で 重なり干渉が生じる。結像レンズ 15で結像させた干渉縞を CCDカメラ 16で撮像し P C (パーソナルコンピュータ) 17に記録する。 PC 17では CCDカメラ 16で撮像した干 渉縞画像から干渉縞の解析を行い計測対象 10の表面形状を算出する。
[0039] 干渉縞力 高精度に高さを算出する方法として公知の技術である位相シフト法を行 う場合,ピエゾステージ 18で計測対象 10を垂直方向に一定距離動力しつつ複数の 干渉縞画像を取得し,その複数の干渉縞画像から計測対象 10の表面形状を求める
[0040] 計測視野や計測対象の姿勢は粗動ステージ 20を用いて調整することができる。
[0041] フィルタチェンジャ 23には,あら力じめ中心波長の異なる複数の挟帯域波長選択フ イノレタ 25をセッ卜してお
[0042] 図 7は力かる挟帯域波長選択フィルタ 25の選択方法の一例フローである。最初に 使用する波長選択フィルタ 25を光路 3上にセットする (ステップ Sl)。干渉縞画像を 取得し (ステップ S 2) ,視野の所定領域あるいは全体における干渉縞コントラストの平 均 Εを算出する (ステップ S3)。
[0043] 干渉縞コントラストの空間平均 Εがあら力じめ設定した閾値 Τ以下の場合 (ステップ S 4, NO) ,フィルタチェンジャ 23にセットされている別の波長選択フィルタ 25に変更し て (ステップ S6, NO, S7) ,初めと同様に干渉縞コントラスト平均 Eを閾値 Tと比較す る。
[0044] もし干渉縞コントラスト平均 Eが閾値 Tより大きい場合 (ステップ S4, YES)にはコント ラストが干渉縞解析に十分であるとして取得した干渉画像から計測対象 10の表面形 状を算出する (ステップ S5)。閾値 Tとして例えば 0. 1を設定すれば計測可能な干渉 縞が得られると考えられる。
[0045] 全ての波長選択フィルタ 25に対して閾値 T以上のコントラストが得られない場合 (ス テツプ S6, YES)には,フィルタチェンジャー 23にセットした波長選択フィルタ 25で は計測が不可能として, PC17のモニター力も作業者にメッセージを送る。
[0046] 図 7に示した波長選択の方法の他に,光路遮蔽板 36で一時的に計測対象 10と光 学窓 11からの反射光のみを,ハーフミラー 12及び結像レンズ 13で分光器 14に集光 し,光学窓 11の分光特性を評価した結果力 最良な波長選択フィルタ 25の組み合 わせを決定するようにしてもょ 、。
[0047] また,その他の波長選択方法として,光学窓 11からの反射特性がデータとしてあら 力じめ分力つている場合には, PC 17に特性データを入力し,そのデータを基に最適 な波長選択フィルタを選択してもよ ヽ。
[0048] 図 5Cに示したように複数波長の選択を行う場合には,図 8,図 9の構成の光学系を 使用する。すなわち, 2つの波長の干渉縞をそれぞれ独立して取得する場合は図 8 の構成が使用でき,ハーフミラー 35を含む光学系により中心波長 Aの波長選択フィ ルタ 25で干渉縞を取得後,別の中心波長 Bに変更して再度干渉縞を取得する。
[0049] 2つの異なる波長が混じった光源が必要な場合は図 8において,光源 1の他に別の 光源 1— 2,ライトガイド 2— 2,フィルタチェンジャ 23— 2,波長選択フィルタ 23— 2を 用意し,ハーフミラー 34, 35を使用して複数波長が混じった計測光を作る。
[0050] 2以上の波長を使用する場合も上記 2つの波長の場合と同様に光源,あるいは波 長選択フィルタの変更回数を増やせばょ ヽ。
[0051] 図 5Dに示したように広帯域波長のうち複数の波長帯域 X, Υ, Zをカットしたい場合 は一つの光源に対して同時に複数の波長をカットする必要がある。この場合は図 9に 示すように光路 3上に複数の波長カットフィルタを配置できるそれぞれフィルタ 27を有 する多連のフィルタチェンジャ 26を使用すればよい。図 9は同時に 3つの波長域を力 ットすることができる伊 1である。
[0052] PC17は計測対象の位置や姿勢を変えるための粗動ステージコントローラ 21,高精 度位相シフト法を行う際に使用するピエゾステージコントローラ 19により,それぞれ粗 銅ステージ 20及びピエゾステージ 18を制御する。さらに,必要な波長を選択するた めのフィルタチェンジャコントローラ 24,波長選択フィルタ 25を切り替える場合に変化 する光量を適切に保っための照明コントローラ 22をそれぞれ制御しながら計測を行
[0053] また,波長選択フィルタ 25は可視光帯域のみでなく,例えば計測光に赤外や紫外 領域の帯域の光を使用してもよい。
[0054] ここで,上記説明では波長選択を行うために,照明光源として広帯域波長分布の照 明装置 1の光源と波長選択フィルタ 25を使用する例を説明したが,図 10に示すよう に,照明光源として中心波長の異なる発光素子として LED28を複数個用意し,波長 を切り替えたい場合には使用する LED28を LEDコントローラ 29で発光させて切り替 えるようにしてもよい。選択された波長の LEDの発光は,ステージコントローラ 31によ りハーフミラー 4に合わせされる。
産業上の利用可能性
[0055] 上記に説明したように,光学薄膜が成膜された光学窓越しの干渉計測を行う場合 において,光学薄膜からの反射光が少ない波長を計測光として使用することにより, コントラストの高 、干渉縞を取得することができ,その結果計測ノイズが減少した高精 度な表面形状計測が可能となり,産業上寄与するところ大である。

Claims

請求の範囲
[1] 光学薄膜が形成された光学窓で保護された計測対象の表面形状を計測する干渉 計測装置であって,
広帯域な波長分布特性を有する光を出力する照明装置と,
前記照明装置から出力される光を入力し,中心波長の異なる複数の波長フィルタを 切り替え可能で,少なくとも一の波長光を選択出力する,波長フィルタ選択手段と, 前記波長フィルタ選択手段により選択された波長光を参照光と,前記計測対象向 力う照射光とに分岐し,更に前記照射光による前記計測対象からの反射光と前記参 照光による干渉光を生成出力するハーフミラーを有し,
前記波長フィルタ選択手段は,前記ハーフミラーからの干渉光における干渉縞のコ ントラストが所定閾値以上若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択する, ように構成されたことを特徴とする干渉計測装置。
[2] 請求項 1において,
前記波長フィルタ選択手段は,複数の波長光を選択出力し,
前記複数の波長光における干渉光の干渉縞の平均的コントラストが所定閾値以上 若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択する,ことを特徴とする干渉計 測装置。
[3] 請求項 1において,
前記波長フィルタ選択手段は,現在選択中の波長フィルタで取得した干渉縞コント ラストを空間的に平均した値が所定の閾値以下である場合,別の波長フィルタを選択 し,干渉縞コントラストが所定の閾値以上となる波長フィルタの組み合わせを選択す ることを特徴とする干渉計測装置。
[4] 請求項 1において,
さらに,分光器を備え,前記参照光を遮蔽した状態で,前記光学窓からの反射特 性を評価し,前記波長フィルタ選択手段は,前記分光器により評価される反射特性 に基づき,最適な波長フィルタの選択を行うことを特徴とする干渉計測装置。
[5] 請求項 4において,
前記分光器における反射特性の評価を制御 PCに入力し, 該 PCにより,前記反射特性の評価データに基づき,前記波長フィルタ選択手段に 最適な波長選択フィルタを選択させることを特徴とする干渉計測装置。
[6] 請求項 1において,
前記複数の波長フィルタは,それぞれ中心波長の異なる波長カットフィルタであつ て,
前記波長フィルタ選択手段により選択された波長カットフィルタにより波長成分の除 去された光を前記ハーミラーに入力することを特徴とする干渉計測装置。
[7] 請求項 1において,
前記照明装置は,それぞれ中心波長の異なる発光を出力する複数の発光ダイォ 一ドとを有し,
前記波長フィルタ選択手段は,前記少複数の発光ダイオードの少なくとも一つの発 光ダイオードを選択駆動して,前記選択駆動される発行ダイオードからの対応する一 の波長光を選択出力することを特徴とする干渉計測装置。
[8] 光学薄膜が形成された光学窓で保護された計測対象の表面形状を計測する干渉 計測方法であって,
広帯域な波長分布特性を有する光を波長フィルタ選択手段に入力し, 前記し波長フィルタ選択手段により,少なくとも一の波長光を選択出力し, 前記選択された波長光を参照光と,前記計測対象向かう照射光とに分岐し, 更に前記照射光による前記計測対象からの反射光と前記参照光による干渉光を生 成し,
前記波長フィルタ選択手段は,前記ハーフミラーからの干渉光における干渉縞のコ ントラストが所定閾値以上若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択する, ことを特徴とする干渉計測方法。
[9] 請求項 8において,
前記波長フィルタ選択手段により,複数の波長光を選択出力し,
前記複数の波長光における干渉光の干渉縞の平均的コントラストが所定閾値以上 若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択する,
ことを特徴とする干渉計測方法。
[10] 請求項 8において,
前記波長フィルタ選択手段により,現在選択中の波長フィルタで取得した干渉縞コ ントラストを空間的に平均した値が所定の閾値以下である場合,別の波長フィルタを 選択し,干渉縞コントラストが所定の閾値以上となる波長フィルタの組み合わせを選 択することを特徴とする干渉計測方法。
[11] 光学薄膜が形成された光学窓で保護された光学部品の表面形状を計測する工程 を有してなり、該光学部品を製造する方法であって,該表面形状を計測する工程は, 広帯域な波長分布特性を有する光を波長フィルタ選択手段に入力し, 前記し波長フィルタ選択手段により,少なくとも一の波長光を選択出力し, 前記選択された波長光を参照光と,前記光学部品に向かう照射光とに分岐し, 更に前記照射光による前記光学部品からの反射光と前記参照光による干渉光を生 成し,
前記波長フィルタ選択手段は,前記ハーフミラーからの干渉光における干渉縞のコ ントラストが所定閾値以上若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択する, ことを特徴とする光学部品の製造方法。
[12] 請求項 11において,
前記波長フィルタ選択手段により,複数の波長光を選択出力し,
前記複数の波長光における干渉光の干渉縞の平均的コントラストが所定閾値以上 若しくは最大となる波長フィルタの組み合わせを選択する,
ことを特徴とする光学部品の製造方法。
[13] 請求項 11において,
前記波長フィルタ選択手段により,現在選択中の波長フィルタで取得した干渉縞コ ントラストを空間的に平均した値が所定の閾値以下である場合,別の波長フィルタを 選択し,干渉縞コントラストが所定の閾値以上となる波長フィルタの組み合わせを選 択することを特徴とする光学部品の製造方法。
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