JP3516875B2 - 干渉計測装置 - Google Patents
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Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光の干渉を利用し
て試料の表面形状等を計測する干渉計測装置に係わり、
とりわけ、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響による計
測誤差を簡易に除去することができる干渉計測装置に関
する。
て試料の表面形状等を計測する干渉計測装置に係わり、
とりわけ、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響による計
測誤差を簡易に除去することができる干渉計測装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、試料の表面形状等を計測する
装置として、光の干渉を利用した干渉計測装置が知られ
ている。このような干渉計測装置は、試料の表面形状等
を非接触でかつ高感度に計測するものであり、精密計測
や精密加工等の分野で幅広く応用されている。
装置として、光の干渉を利用した干渉計測装置が知られ
ている。このような干渉計測装置は、試料の表面形状等
を非接触でかつ高感度に計測するものであり、精密計測
や精密加工等の分野で幅広く応用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
干渉計測装置においては、高感度な計測を実現できる一
方で、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響を受けやす
く、これにより計測誤差が生じやすいという問題があ
る。
干渉計測装置においては、高感度な計測を実現できる一
方で、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響を受けやす
く、これにより計測誤差が生じやすいという問題があ
る。
【０００４】このような問題点を解消するため、従来か
ら種々の方法が提案されている。このうち、最も簡単な
方法は、問題となる振動の周波数よりも十分に速いシャ
ッタースピードで干渉縞を撮影する方法である。
ら種々の方法が提案されている。このうち、最も簡単な
方法は、問題となる振動の周波数よりも十分に速いシャ
ッタースピードで干渉縞を撮影する方法である。
【０００５】しかしながら、この方法では、１回の撮影
で所望の干渉縞パターンを得ることが非常に困難であ
り、また光源として大出力のレーザが必要となり経済性
にかけるという問題がある。
で所望の干渉縞パターンを得ることが非常に困難であ
り、また光源として大出力のレーザが必要となり経済性
にかけるという問題がある。
【０００６】また、これ以外の別の方法は、干渉縞の検
出結果に基づいて光源や光学部材等に対して電気的なフ
ィードバック制御を施す方法である。具体的には例え
ば、光源として連続発振可能な半導体レーザを用い、振
動による干渉縞の強度変化を検出して、その検出信号に
基づいて半導体レーザの注入電流をフィードバック制御
することにより、干渉縞の強度を固定（ロック）する方
法が提案されている。また、干渉縞の位相を空間フィル
タ検出器で検出して、その検出信号に基づいて半導体レ
ーザの注入電流または光学部材の駆動部（ＰＺＴ（Piez
o electric transducer）等からなる圧電素子）の駆動
電圧をフィードバック制御することにより、干渉縞の位
相を固定するとともにそれを任意に制御する方法が提案
されている。さらに、空間フィルタ検出器を用いること
なく、半導体レーザの注入電流を変調して得られる干渉
縞のロックイン検出により、干渉縞の位相を検出しなが
ら半導体レーザの注入電流をフィードバック制御する方
法が提案されている。
出結果に基づいて光源や光学部材等に対して電気的なフ
ィードバック制御を施す方法である。具体的には例え
ば、光源として連続発振可能な半導体レーザを用い、振
動による干渉縞の強度変化を検出して、その検出信号に
基づいて半導体レーザの注入電流をフィードバック制御
することにより、干渉縞の強度を固定（ロック）する方
法が提案されている。また、干渉縞の位相を空間フィル
タ検出器で検出して、その検出信号に基づいて半導体レ
ーザの注入電流または光学部材の駆動部（ＰＺＴ（Piez
o electric transducer）等からなる圧電素子）の駆動
電圧をフィードバック制御することにより、干渉縞の位
相を固定するとともにそれを任意に制御する方法が提案
されている。さらに、空間フィルタ検出器を用いること
なく、半導体レーザの注入電流を変調して得られる干渉
縞のロックイン検出により、干渉縞の位相を検出しなが
ら半導体レーザの注入電流をフィードバック制御する方
法が提案されている。
【０００７】しかしながら、これらの方法では、装置の
構造が複雑となり、またフィードバック制御のための電
気回路装置の応答性能等の制約から大きな振動に十分対
応することができないという問題がある。
構造が複雑となり、またフィードバック制御のための電
気回路装置の応答性能等の制約から大きな振動に十分対
応することができないという問題がある。
【０００８】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響による
計測誤差を簡易に除去することができる干渉計測装置を
提供することを目的とする。
ものであり、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響による
計測誤差を簡易に除去することができる干渉計測装置を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、光の干渉を利
用して試料の表面形状を計測する干渉計測装置におい
て、試料に対して光を投光するレーザ光源と、前記レー
ザ光源と前記試料との間に配置されたビームスプリッタ
と、前記試料と異なる位置に配置され前記ビームスプリ
ッタを通して導かれた光を反射する参照鏡と、前記ビー
ムスプリッタを通り前記試料で反射された光と、前記ビ
ームスプリッタを通り前記参照鏡で反射された光との干
渉光の干渉縞パターンを検出する検出器とを備え、前記
レーザ光源、前記ビームスプリッタおよび前記参照鏡
は、前記ビームスプリッタを通り前記試料で反射された
光と、前記ビームスプリッタを通り前記参照鏡で反射さ
れた光とが前記ビームスプリッタを介して前記レーザ光
源へ戻るよう配置され、前記レーザ光源がなす内部共振
器と、前記ビームスプリッタ、前記参照鏡および前記試
料がなす外部共振器とからなる複合共振器の共振波長の
モードが、前記外部共振器における光路差の変化に合わ
せてシフトするように構成されていることを特徴とする
干渉計測装置である。
用して試料の表面形状を計測する干渉計測装置におい
て、試料に対して光を投光するレーザ光源と、前記レー
ザ光源と前記試料との間に配置されたビームスプリッタ
と、前記試料と異なる位置に配置され前記ビームスプリ
ッタを通して導かれた光を反射する参照鏡と、前記ビー
ムスプリッタを通り前記試料で反射された光と、前記ビ
ームスプリッタを通り前記参照鏡で反射された光との干
渉光の干渉縞パターンを検出する検出器とを備え、前記
レーザ光源、前記ビームスプリッタおよび前記参照鏡
は、前記ビームスプリッタを通り前記試料で反射された
光と、前記ビームスプリッタを通り前記参照鏡で反射さ
れた光とが前記ビームスプリッタを介して前記レーザ光
源へ戻るよう配置され、前記レーザ光源がなす内部共振
器と、前記ビームスプリッタ、前記参照鏡および前記試
料がなす外部共振器とからなる複合共振器の共振波長の
モードが、前記外部共振器における光路差の変化に合わ
せてシフトするように構成されていることを特徴とする
干渉計測装置である。
【００１０】本発明によれば、試料および参照鏡でそれ
ぞれ反射された光の一部をビームスプリッタを介して光
源へ戻すとともに、レーザ光源がなす内部共振器と、ビ
ームスプリッタ、参照鏡および試料がなす外部共振器と
からなる複合共振器の共振波長のモードが、外部共振器
における光路差の変化に合わせてシフトするように構成
しているので、光源とその他の光学系とからなる複合共
振器の共振波長のモードが振動や空気のゆらぎ等の外乱
に合わせてシフトする。これにより、光学系の光路差の
変化に起因した干渉縞の位相の変化を小さく抑えること
ができ、このため、装置が定盤（オプティカルベンチ）
上に設置されていないような場合であっても、振動や空
気のゆらぎ等の外乱の影響による計測誤差を簡単な構造
で簡易に除去することができる。
ぞれ反射された光の一部をビームスプリッタを介して光
源へ戻すとともに、レーザ光源がなす内部共振器と、ビ
ームスプリッタ、参照鏡および試料がなす外部共振器と
からなる複合共振器の共振波長のモードが、外部共振器
における光路差の変化に合わせてシフトするように構成
しているので、光源とその他の光学系とからなる複合共
振器の共振波長のモードが振動や空気のゆらぎ等の外乱
に合わせてシフトする。これにより、光学系の光路差の
変化に起因した干渉縞の位相の変化を小さく抑えること
ができ、このため、装置が定盤（オプティカルベンチ）
上に設置されていないような場合であっても、振動や空
気のゆらぎ等の外乱の影響による計測誤差を簡単な構造
で簡易に除去することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明による干渉計
測装置の一実施の形態を示す図である。
施の形態について説明する。図１は本発明による干渉計
測装置の一実施の形態を示す図である。
【００１２】図１に示すように、干渉計測装置１０は、
試料２０の凹面２０ａの表面形状を計測するものであ
る。干渉計測装置１０は、試料２０に対してレーザ光を
投光する半導体レーザ（光源）１と、半導体レーザ１と
試料２０との間に配置されたビームスプリッタ２と、半
導体レーザ１と試料２０とを結ぶ直線と略直交する直線
上においてビームスプリッタ２の一側および他側にそれ
ぞれ配置された参照鏡３および検出器４とを備えてい
る。ここで、ビームスプリッタ２においては、半導体レ
ーザ１からレンズ７を介して投光されたレーザ光の一部
を対物レンズ８を介して試料２０へ導くとともに、残り
を参照鏡３へ導くことができるようになっている。ま
た、ビームスプリッタ２においては、試料２０へ導かれ
て反射されたレーザ光と、参照鏡３へ導かれて反射され
たレーザ光とを合成して干渉光を形成し、その一部をレ
ンズ９を介して検出器４へ導くとともに、残りをレンズ
７を介して半導体レーザ１へ戻すことができるようにな
っている。
試料２０の凹面２０ａの表面形状を計測するものであ
る。干渉計測装置１０は、試料２０に対してレーザ光を
投光する半導体レーザ（光源）１と、半導体レーザ１と
試料２０との間に配置されたビームスプリッタ２と、半
導体レーザ１と試料２０とを結ぶ直線と略直交する直線
上においてビームスプリッタ２の一側および他側にそれ
ぞれ配置された参照鏡３および検出器４とを備えてい
る。ここで、ビームスプリッタ２においては、半導体レ
ーザ１からレンズ７を介して投光されたレーザ光の一部
を対物レンズ８を介して試料２０へ導くとともに、残り
を参照鏡３へ導くことができるようになっている。ま
た、ビームスプリッタ２においては、試料２０へ導かれ
て反射されたレーザ光と、参照鏡３へ導かれて反射され
たレーザ光とを合成して干渉光を形成し、その一部をレ
ンズ９を介して検出器４へ導くとともに、残りをレンズ
７を介して半導体レーザ１へ戻すことができるようにな
っている。
【００１３】また、干渉計測装置１０は、検出器４によ
る検出結果を分析するための干渉縞分析装置５を備えて
いる。ここで、検出器４は干渉光の位相分布（干渉縞パ
ターン）を検出するものであり、例えばＣＣＤ（Charge
Coupled Device ）からなっている。また、干渉縞分析
装置５は検出器４により検出された干渉縞パターンに基
づいて試料２０の凹面２０ａの表面形状に対応する３次
元画像を生成するものであり、例えばＣＰＵ（中央演算
処理装置）とメモリとを有する一般的なコンピュータ上
においてメモリに記憶されている所定のプログラムをＣ
ＰＵで実行することにより実現することができる。な
お、干渉縞分析装置５においては、検出器４により検出
された干渉縞パターンを基準面（例えば放物面）にフィ
ットさせる機能を有しており、試料２０の凹面２０ａの
中心軸の位置を補正して集束ずれ（defocus ）の影響を
除去することができるようになっている。
る検出結果を分析するための干渉縞分析装置５を備えて
いる。ここで、検出器４は干渉光の位相分布（干渉縞パ
ターン）を検出するものであり、例えばＣＣＤ（Charge
Coupled Device ）からなっている。また、干渉縞分析
装置５は検出器４により検出された干渉縞パターンに基
づいて試料２０の凹面２０ａの表面形状に対応する３次
元画像を生成するものであり、例えばＣＰＵ（中央演算
処理装置）とメモリとを有する一般的なコンピュータ上
においてメモリに記憶されている所定のプログラムをＣ
ＰＵで実行することにより実現することができる。な
お、干渉縞分析装置５においては、検出器４により検出
された干渉縞パターンを基準面（例えば放物面）にフィ
ットさせる機能を有しており、試料２０の凹面２０ａの
中心軸の位置を補正して集束ずれ（defocus ）の影響を
除去することができるようになっている。
【００１４】さらに、干渉計測装置１０は、半導体レー
ザ１とビームスプリッタ２との間に配置されビームスプ
リッタ２およびレンズ７を介して半導体レーザ１へ戻る
レーザ光の量を調節する光量調節器６を備えている。こ
こで、光量調節器６は、半導体レーザ１から投光された
レーザ光をほぼ完全に透過させつつビームスプリッタ２
を介して半導体レーザ１へ戻るレーザ光の量のみを調節
するものであり、例えば偏光状態を変えることが可能な
偏光子からなっている。
ザ１とビームスプリッタ２との間に配置されビームスプ
リッタ２およびレンズ７を介して半導体レーザ１へ戻る
レーザ光の量を調節する光量調節器６を備えている。こ
こで、光量調節器６は、半導体レーザ１から投光された
レーザ光をほぼ完全に透過させつつビームスプリッタ２
を介して半導体レーザ１へ戻るレーザ光の量のみを調節
するものであり、例えば偏光状態を変えることが可能な
偏光子からなっている。
【００１５】なお、干渉計測装置１０のうち半導体レー
ザ１、ビームスプリッタ２、参照鏡３、検出器４、光量
調節器６およびレンズ７，９は第１テーブル１１上に設
置され、試料２０および対物レンズ８は第２テーブル１
２上に設置されている。
ザ１、ビームスプリッタ２、参照鏡３、検出器４、光量
調節器６およびレンズ７，９は第１テーブル１１上に設
置され、試料２０および対物レンズ８は第２テーブル１
２上に設置されている。
【００１６】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について説明する。
態の作用について説明する。
【００１７】まず、半導体レーザ１からレンズ７を介し
てレーザ光が投光される。このレーザ光はビームスプリ
ッタ２において２つに分けられ、一部は対物レンズ８を
介して試料２０へ導かれ、残りは参照鏡３へ導かれる。
てレーザ光が投光される。このレーザ光はビームスプリ
ッタ２において２つに分けられ、一部は対物レンズ８を
介して試料２０へ導かれ、残りは参照鏡３へ導かれる。
【００１８】次に、試料２０および参照鏡３へそれぞれ
導かれたレーザ光は試料２０および参照鏡３でそれぞれ
反射される。
導かれたレーザ光は試料２０および参照鏡３でそれぞれ
反射される。
【００１９】その後、試料２０および参照鏡３でそれぞ
れ反射されたレーザ光はビームスプリッタ２に戻され、
ビームスプリッタ２において、これらのレーザ光が合成
されて干渉光が形成され、その一部はレンズ９を介して
検出器４へ導かれ、残りはレンズ７および光量調節器６
を介して半導体レーザ１へ戻される。
れ反射されたレーザ光はビームスプリッタ２に戻され、
ビームスプリッタ２において、これらのレーザ光が合成
されて干渉光が形成され、その一部はレンズ９を介して
検出器４へ導かれ、残りはレンズ７および光量調節器６
を介して半導体レーザ１へ戻される。
【００２０】なお、検出器４により検出された干渉縞パ
ターンは干渉縞分析装置５に入力され、干渉縞分析装置
５において、試料２０の凹面２０ａの表面形状に対応す
る３次元画像が生成される。
ターンは干渉縞分析装置５に入力され、干渉縞分析装置
５において、試料２０の凹面２０ａの表面形状に対応す
る３次元画像が生成される。
【００２１】ところで、このような干渉計測装置１０に
おいては、第１テーブル１１および第２テーブル１２上
に設置された半導体レーザ１、ビームスプリッタ２、参
照鏡３、検出器４、光量調節器６、レンズ７，８，９お
よび試料２０に対して振動等の外乱が加えられると、試
料２０を経てビームスプリッタ２へ戻るレーザ光の光路
長と、参照鏡３を経てビームスプリッタ２へ戻るレーザ
光の光路長とが変動し、これによりビームスプリッタ２
において形成される干渉縞パターンの位相が変化する。
しかしながら、図１に示す干渉計測装置１０において
は、ビームスプリッタ２を介してレーザ光の一部を半導
体レーザ１へ戻すことにより、このような干渉縞パター
ンの位相の変化を固定（ロック）することができる。
おいては、第１テーブル１１および第２テーブル１２上
に設置された半導体レーザ１、ビームスプリッタ２、参
照鏡３、検出器４、光量調節器６、レンズ７，８，９お
よび試料２０に対して振動等の外乱が加えられると、試
料２０を経てビームスプリッタ２へ戻るレーザ光の光路
長と、参照鏡３を経てビームスプリッタ２へ戻るレーザ
光の光路長とが変動し、これによりビームスプリッタ２
において形成される干渉縞パターンの位相が変化する。
しかしながら、図１に示す干渉計測装置１０において
は、ビームスプリッタ２を介してレーザ光の一部を半導
体レーザ１へ戻すことにより、このような干渉縞パター
ンの位相の変化を固定（ロック）することができる。
【００２２】以下、図２（ａ）（ｂ）により、図１に示
す干渉計測装置１０における干渉縞固定（ロック）現象
の原理について説明する。図２（ａ）は図１に示す干渉
計測装置１０の系を多層膜モデルとして表したものであ
り、半導体レーザ１に対応する内部共振器３０と、半導
体レーザ１以外のその他の光学系（ビームスプリッタ
２、参照鏡３および試料２０等）に対応する外部共振器
４０とからなる複合共振器をなしている。図２（ｂ）は
図２（ａ）に示す系の等価的共振器モデルであり、各光
学部材（ミラーやビームスプリッタ等）の境界条件を用
いて定常状態の解として求めた共振器（ファブリー・ペ
ロー共振器）である。なお、図２（ａ）（ｂ）におい
て、ｎ，ｇ，Ｌはそれぞれ内部共振器３０の屈折率、利
得、共振器長である。また、ρ，ρ′，ρ0 ，ρ0 ′，
ρe ，ρ1 ，ρ2 は各光学部材での電場反射係数、τ，
τ′，τ0 ，τ0 ′は各光学部材での透過係数である。
さらに、Ｌ1 ，Ｌ2 は外部共振器４０におけるレーザ光
の光路長である。
す干渉計測装置１０における干渉縞固定（ロック）現象
の原理について説明する。図２（ａ）は図１に示す干渉
計測装置１０の系を多層膜モデルとして表したものであ
り、半導体レーザ１に対応する内部共振器３０と、半導
体レーザ１以外のその他の光学系（ビームスプリッタ
２、参照鏡３および試料２０等）に対応する外部共振器
４０とからなる複合共振器をなしている。図２（ｂ）は
図２（ａ）に示す系の等価的共振器モデルであり、各光
学部材（ミラーやビームスプリッタ等）の境界条件を用
いて定常状態の解として求めた共振器（ファブリー・ペ
ロー共振器）である。なお、図２（ａ）（ｂ）におい
て、ｎ，ｇ，Ｌはそれぞれ内部共振器３０の屈折率、利
得、共振器長である。また、ρ，ρ′，ρ0 ，ρ0 ′，
ρe ，ρ1 ，ρ2 は各光学部材での電場反射係数、τ，
τ′，τ0 ，τ0 ′は各光学部材での透過係数である。
さらに、Ｌ1 ，Ｌ2 は外部共振器４０におけるレーザ光
の光路長である。
【００２３】図２（ｂ）に示すモデルにおいて、共振器
の共振条件を考慮して外部共振器４０の２つの光路長Ｌ
1，Ｌ2の差（光路差）の変動量Δｄと共振波長（発振波
長）λとの関係を求めると、発振波長λはΔｄの変化に
対応して周期的に変化することが分かる。なお、このよ
うな変化の周期は発振波長λのほぼ半分である。
の共振条件を考慮して外部共振器４０の２つの光路長Ｌ
1，Ｌ2の差（光路差）の変動量Δｄと共振波長（発振波
長）λとの関係を求めると、発振波長λはΔｄの変化に
対応して周期的に変化することが分かる。なお、このよ
うな変化の周期は発振波長λのほぼ半分である。
【００２４】ここで、このような１つの周期内で大きな
モードホップが起こる。このモードホップの間隔は０．
２３ｎｍであり、これは内部共振器３０のモード間隔に
相当している。なお、図１に示す干渉計測装置１０につ
き、光路差の変動量と発振波長（レーザ波長）との関係
を波長計（ＯＳＡ：Optical Spectrum Analyzer）で測
定したところ、上述した計算式と良く一致していた。
モードホップが起こる。このモードホップの間隔は０．
２３ｎｍであり、これは内部共振器３０のモード間隔に
相当している。なお、図１に示す干渉計測装置１０につ
き、光路差の変動量と発振波長（レーザ波長）との関係
を波長計（ＯＳＡ：Optical Spectrum Analyzer）で測
定したところ、上述した計算式と良く一致していた。
【００２５】また、このような１つの周期内ではさらに
細かなモードホップが起こる。ここで、この細かなモー
ドホップの間隔は０．０００７ｎｍであり、これは外部
共振器４０のモード間隔、すなわち Δλ＝λ2 ／２（Ｌ2 −Ｌ1 ）＝０．０００７ｎｍ に相当している。
細かなモードホップが起こる。ここで、この細かなモー
ドホップの間隔は０．０００７ｎｍであり、これは外部
共振器４０のモード間隔、すなわち Δλ＝λ2 ／２（Ｌ2 −Ｌ1 ）＝０．０００７ｎｍ に相当している。
【００２６】なお、外部共振器４０の２つの光路長
Ｌ1 ，Ｌ2 の差（光路差）に対応する干渉縞パターンの
位相は、振動等の外乱により各光学素子が移動するのに
伴って変化するが、この干渉縞パターンの位相は上述し
たモードホップにより相殺される。すなわち、外部共振
器４０の光路差の変化に対応して複合共振器の共振波長
がシフトし、これにより干渉縞パターンの位相の変化が
２πに比べて小さく抑えられる。なお、モードホップを
加味して干渉縞パターンの位相の変化を計算したとこ
ろ、干渉縞パターンの位相のばらつきは０．２π以内に
抑えられることが分かった。
Ｌ1 ，Ｌ2 の差（光路差）に対応する干渉縞パターンの
位相は、振動等の外乱により各光学素子が移動するのに
伴って変化するが、この干渉縞パターンの位相は上述し
たモードホップにより相殺される。すなわち、外部共振
器４０の光路差の変化に対応して複合共振器の共振波長
がシフトし、これにより干渉縞パターンの位相の変化が
２πに比べて小さく抑えられる。なお、モードホップを
加味して干渉縞パターンの位相の変化を計算したとこ
ろ、干渉縞パターンの位相のばらつきは０．２π以内に
抑えられることが分かった。
【００２７】このように本実施の形態によれば、試料２
０および参照鏡３でそれぞれ反射されたレーザ光の一部
がビームスプリッタ２を介して半導体レーザ１へ戻るの
で、上述した原理に従い、半導体レーザ１とその他の光
学系（ビームスプリッタ２、参照鏡３および試料２０
等）とからなる複合共振器の共振波長のモードが振動や
空気のゆらぎ等の外乱に合わせてシフトする。これによ
り、光学系の光路差の変化に起因した干渉縞の位相の変
化を小さく抑えることができ、このため、装置が定盤
（オプティカルベンチ）上に設置されていないような場
合であっても、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響によ
る計測誤差を簡単な構造で簡易に除去することができ
る。
０および参照鏡３でそれぞれ反射されたレーザ光の一部
がビームスプリッタ２を介して半導体レーザ１へ戻るの
で、上述した原理に従い、半導体レーザ１とその他の光
学系（ビームスプリッタ２、参照鏡３および試料２０
等）とからなる複合共振器の共振波長のモードが振動や
空気のゆらぎ等の外乱に合わせてシフトする。これによ
り、光学系の光路差の変化に起因した干渉縞の位相の変
化を小さく抑えることができ、このため、装置が定盤
（オプティカルベンチ）上に設置されていないような場
合であっても、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響によ
る計測誤差を簡単な構造で簡易に除去することができ
る。
【００２８】また、本実施の形態によれば、ビームスプ
リッタ２およびレンズ７を介して半導体レーザ１へ戻る
レーザ光の量を調節する光量調節器６を設けているの
で、光学系の配置状態や光学部材の動作状態等に合わせ
て半導体レーザ１へ戻るレーザ光の量を最適な状態に設
定することができ、このため、振動や空気のゆらぎ等の
外乱の影響による計測誤差を正確かつ柔軟に除去するこ
とができる。
リッタ２およびレンズ７を介して半導体レーザ１へ戻る
レーザ光の量を調節する光量調節器６を設けているの
で、光学系の配置状態や光学部材の動作状態等に合わせ
て半導体レーザ１へ戻るレーザ光の量を最適な状態に設
定することができ、このため、振動や空気のゆらぎ等の
外乱の影響による計測誤差を正確かつ柔軟に除去するこ
とができる。
【００２９】さらに、本実施の形態によれば、試料２０
と対物レンズ８とを同一のテーブル（第２テーブル１
２）上に設置しているので、光軸方向（図中の左右方
向）への振動等が生じた場合でも凹面２０ａと対物レン
ズ８との位置関係を一定に保つことができる。半導体レ
ーザ１へ戻るレーザ光の量を常に一定に保つことがで
き、このため、半導体レーザ１へ戻るレーザ光の量に依
存して変化するモードホップの現象を安定化させ、振動
や空気のゆらぎ等の外乱の影響による計測誤差を安定的
に除去することができる。
と対物レンズ８とを同一のテーブル（第２テーブル１
２）上に設置しているので、光軸方向（図中の左右方
向）への振動等が生じた場合でも凹面２０ａと対物レン
ズ８との位置関係を一定に保つことができる。半導体レ
ーザ１へ戻るレーザ光の量を常に一定に保つことがで
き、このため、半導体レーザ１へ戻るレーザ光の量に依
存して変化するモードホップの現象を安定化させ、振動
や空気のゆらぎ等の外乱の影響による計測誤差を安定的
に除去することができる。
【００３０】なお、上述した実施の形態においては、干
渉計測装置１０の光学系の配置をトワイマン・グリーン
干渉計と同様の配置としたが、これに限らず、例えばフ
ィゾー干渉計等と同様の配置とすることも可能である。
渉計測装置１０の光学系の配置をトワイマン・グリーン
干渉計と同様の配置としたが、これに限らず、例えばフ
ィゾー干渉計等と同様の配置とすることも可能である。
【００３１】また、上述した実施の形態においては、光
源として半導体レーザを用いているが、上述した干渉縞
ロック現象を利用できる光源であれば、例えばＣＯ2レ
ーザ等の任意の光源を用いることができる。
源として半導体レーザを用いているが、上述した干渉縞
ロック現象を利用できる光源であれば、例えばＣＯ2レ
ーザ等の任意の光源を用いることができる。
【００３２】
【実施例】次に、上述した実施の形態の具体的実施例に
ついて述べる。
ついて述べる。
【００３３】本実施例においては、図１に示す干渉計測
装置において、光源として、発振波長が６９０．０ｎ
ｍ、発振出力が３０ｍＷの半導体レーザを用い、曲率半
径が１５０ｍｍ、直径が１３０ｍｍの凹面を有する試料
の表面形状を計測した。なお、干渉計測装置の本体（半
導体レーザ、ビームスプリッタ、参照鏡、検出器、光量
調節器およびレンズ）は木製の机の上に設置した。ま
た、試料および対物レンズは同一の基台に固定した状態
で上記机とは分離した別の机の上に設置した。そして、
この状態で、各光学部材の配置状態や、光量調節器を調
整することにより、ビームスプリッタにおいて、試料へ
導かれて反射されたレーザ光と、参照鏡へ導かれて反射
されたレーザ光との干渉光のうち０．１％以上が半導体
レーザへ戻るようにした。
装置において、光源として、発振波長が６９０．０ｎ
ｍ、発振出力が３０ｍＷの半導体レーザを用い、曲率半
径が１５０ｍｍ、直径が１３０ｍｍの凹面を有する試料
の表面形状を計測した。なお、干渉計測装置の本体（半
導体レーザ、ビームスプリッタ、参照鏡、検出器、光量
調節器およびレンズ）は木製の机の上に設置した。ま
た、試料および対物レンズは同一の基台に固定した状態
で上記机とは分離した別の机の上に設置した。そして、
この状態で、各光学部材の配置状態や、光量調節器を調
整することにより、ビームスプリッタにおいて、試料へ
導かれて反射されたレーザ光と、参照鏡へ導かれて反射
されたレーザ光との干渉光のうち０．１％以上が半導体
レーザへ戻るようにした。
【００３４】図３は本実施例により試料の凹面の表面形
状を計測した結果を示す図であり、Ｐ−Ｖ値（Peak-Val
ley value）の分布を３次元表示で表したものである。
状を計測した結果を示す図であり、Ｐ−Ｖ値（Peak-Val
ley value）の分布を３次元表示で表したものである。
【００３５】図３に示すように、試料の凹面の表面形状
のＰ−Ｖ値はλ／６程度であり、再現性はλ／１００程
度であった。また、そのｒｍｓ値（root-mean-square v
alue）はλ／２１程度であり、再現性はλ／４００程度
であった。なお、この結果は、同一の試料を定盤（オプ
ティカルベンチ）上で測定した結果とほぼ一致してお
り、定盤でない木製の机の上に干渉計測装置を設置した
場合でも計測誤差のない良好な計測が可能であることが
分かった。
のＰ−Ｖ値はλ／６程度であり、再現性はλ／１００程
度であった。また、そのｒｍｓ値（root-mean-square v
alue）はλ／２１程度であり、再現性はλ／４００程度
であった。なお、この結果は、同一の試料を定盤（オプ
ティカルベンチ）上で測定した結果とほぼ一致してお
り、定盤でない木製の机の上に干渉計測装置を設置した
場合でも計測誤差のない良好な計測が可能であることが
分かった。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、干
渉計測装置が定盤（オプティカルベンチ）上に設置され
ないような場合であっても、振動や空気のゆらぎ等の外
乱の影響による計測誤差を簡単な構造で簡易に除去する
ことができる。
渉計測装置が定盤（オプティカルベンチ）上に設置され
ないような場合であっても、振動や空気のゆらぎ等の外
乱の影響による計測誤差を簡単な構造で簡易に除去する
ことができる。
【図１】本発明による干渉計測装置の一実施の形態を示
す図。
す図。
【図２】本発明による干渉計測装置における干渉縞ロッ
ク現象の原理を説明するための図。
ク現象の原理を説明するための図。
【図３】図１に示す干渉計測装置による具体的な計測結
果を示す図。
果を示す図。
１ 半導体レーザ（光源）
２ ビームスプリッタ
３ 参照鏡
４ 検出器
５ 干渉縞分析装置
６ 光量調節器
７，８，９ レンズ
１０ 干渉計測装置
１１，１２ テーブル
２０ 試料
２０ａ 凹面
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 9/00 - 11/30
Claims (4)
- 【請求項１】光の干渉を利用して試料の表面形状を計測
する干渉計測装置において、 試料に対して光を投光するレーザ光源と、 前記レーザ光源と前記試料との間に配置されたビームス
プリッタと、 前記試料と異なる位置に配置され前記ビームスプリッタ
を通して導かれた光を反射する参照鏡と、 前記ビームスプリッタを通り前記試料で反射された光
と、前記ビームスプリッタを通り前記参照鏡で反射され
た光との干渉光の干渉縞パターンを検出する検出器とを
備え、 前記レーザ光源、前記ビームスプリッタおよび前記参照
鏡は、前記ビームスプリッタを通り前記試料で反射され
た光と、前記ビームスプリッタを通り前記参照鏡で反射
された光とが前記ビームスプリッタを介して前記レーザ
光源へ戻るよう配置され、前記レーザ光源がなす内部共
振器と、前記ビームスプリッタ、前記参照鏡および前記
試料がなす外部共振器とからなる複合共振器の共振波長
のモードが、前記外部共振器における光路差の変化に合
わせてシフトするように構成されていることを特徴とす
る干渉計測装置。 - 【請求項２】前記レーザ光源と前記ビームスプリッタと
の間に配置され前記ビームスプリッタを介して前記レー
ザ光源へ戻る光の量を調節する光量調節器をさらに備え
たことを特徴とする、請求項１に記載の干渉計測装置。 - 【請求項３】前記レーザ光源は半導体レーザであること
を特徴とする、請求項１または２に記載の干渉計測装
置。 - 【請求項４】前記レーザ光源、前記ビームスプリッタお
よび前記参照鏡が第１のテーブル上に設置され、前記試
料が第２のテーブル上に設置されていることを特徴とす
る、請求項１乃至３のいずれかに記載の干渉計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35674098A JP3516875B2 (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 干渉計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35674098A JP3516875B2 (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 干渉計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000180135A JP2000180135A (ja) | 2000-06-30 |
| JP3516875B2 true JP3516875B2 (ja) | 2004-04-05 |
Family
ID=18450543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35674098A Expired - Fee Related JP3516875B2 (ja) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | 干渉計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3516875B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100547344C (zh) * | 2007-02-07 | 2009-10-07 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 实时测量表面形貌的正弦相位调制干涉仪 |
| JP2010069517A (ja) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Disco Abrasive Syst Ltd | 加工装置および加工方法 |
| CN106705886B (zh) * | 2017-02-24 | 2019-02-22 | 中国科学院光电研究院 | 一种减小球面镜面形误差测量中机械移相误差的方法 |
-
1998
- 1998-12-15 JP JP35674098A patent/JP3516875B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000180135A (ja) | 2000-06-30 |
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|---|---|---|---|
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