JP2007292650A - Optical interferometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学干渉計に関する。例えば、測定対象物の表面凹凸を測定する光学干渉計に関する。 The present invention relates to an optical interferometer. For example, the present invention relates to an optical interferometer that measures surface irregularities of a measurement object.
被検面の凹凸を測定するための装置として光学干渉計が知られ、広い面の凹凸を測定する際にフィゾー型の干渉計を利用できることが知られている(例えば、特許文献1)。そして、参照面を傾斜させて参照光と物体光とで波面に傾斜角をつけると、干渉縞の縞密度が高くなって分解能を向上させることができることが知られている。 An optical interferometer is known as a device for measuring unevenness of a test surface, and it is known that a Fizeau interferometer can be used when measuring unevenness of a wide surface (for example, Patent Document 1). It is known that when the reference plane is inclined and the wavefront is inclined with reference light and object light, the fringe density of the interference fringes is increased and the resolution can be improved.
図5は、参照面を傾斜させたフィゾー型の光学干渉計10を示す図である。
図5に示されるフィゾー型の干渉計における光の光路について簡単に説明する。
図5において、光源11から発射された光(L10)は、コリメートレンズ系12によって平行光束となり、途中のハーフミラー13で反射(L11)されてワーク表面Sに照射される。光源11から発射された光はコリメートレンズ系12を通過した後、偏光板18にて直線偏光となり、さらに、半波長板19を通過することにより任意の偏光軸(編波面)を有する光となる。
ここで、ハーフミラー13とワークWとの間にはリファレンス面を兼ねる1/4波長板14が配設されている。この1/4波長板14は、傾斜(チルト)された状態で配設されている。光源11からこの1/4波長板14に入射する光(L11)のうち一部は反射され、残りは透過する。1/4波長板14にて反射される光(L12)は参照光としてハーフミラー13に再帰する。1/4波長板14を透過する光(L13)はワーク表面Sに照射され、ワーク表面Sにて反射されて物体光(L14)として1/4波長板14に再帰した後、1/4波長板14を透過してハーフミラー13に入射する。
FIG. 5 is a view showing the Fizeau
An optical path of light in the Fizeau interferometer shown in FIG. 5 will be briefly described.
In FIG. 5, the light (L10) emitted from the
Here, a quarter-
このとき、ワーク表面Sからの物体光(L14)は1/4波長板を2回通過するので振動方向が90度回転され、参照光(L12)に対して直交する偏光方向を有する。従って、参照光(L12)と物体光(L14)とは干渉することなくハーフミラー13に再帰する。ハーフミラー13に再帰した光束は、ハーフミラー13を透過したのち、干渉縞取得部15に入射する。このとき、干渉縞取得部15に対して物体光(L14)は垂直に入射する一方、リファレンス面を兼ねる1/4波長板14が傾斜しているので参照光L12は干渉縞取得部15に対して傾斜角をもって入射する(図6参照)。干渉縞取得部15において、参照光L12と物体光L14とが偏光軸45度の偏光板16を通過することにより、参照光L12と物体光L14とが干渉して干渉縞が生成される。この干渉縞がCCDカメラ17にて撮像される。取得された干渉縞を解析することにより、ワーク表面Sの凹凸が検出される。
At this time, since the object light (L14) from the workpiece surface S passes through the quarter-wave plate twice, the vibration direction is rotated by 90 degrees and has a polarization direction orthogonal to the reference light (L12). Therefore, the reference light (L12) and the object light (L14) return to the
このとき、参照光(L12)と物体光(L14)とで入射角を異ならせ、互いの波面に角度をつけることにより干渉縞の密度を高くしている。よって、干渉縞の解析精度が向上する。 At this time, the incidence angle is made different between the reference beam (L12) and the object beam (L14), and the angle of the wavefronts is increased to increase the density of interference fringes. Therefore, the interference fringe analysis accuracy is improved.
しかしながら、干渉縞の密度を高めるためにリファレンス面としての1/4波長板14を傾斜させると、物体光(L14)と参照光(L12)とが共通の経路を通らなくなる。そして、リファレンス面を傾斜させているために、リファレンス面から干渉縞取得部15までの経路の長きにわたって物体光(L14)と参照光(L12)との経路が異なってきている。このように物体光(L14)と参照光(L12)とで経路が異なっていると、参照光(L12)と物体光(L14)とで光路差が生じてしまう。
すると、測定精度が低減するという問題が生じる。
However, if the quarter-
Then, there arises a problem that measurement accuracy is reduced.
また、物体光(L14)の波面と参照光(L12)との波面とに角度をつけるためにリファレンス面を傾斜させているが、干渉縞の密度を十分に高めるほどにリファレンス面を傾斜させると、物体光(L14)と参照光(L12)とで進行方向が大きくずれてきてしまう。そして、リファレンス面と干渉縞取得部15までの距離が長いため、物体光(L14)と参照光(L12)との進路が大きくずれてしまうと干渉縞取得部15において物体光(L14)と参照光(L12)とが重なる面積が小さくなってしまう。すると、干渉縞が生じる面積が小さくなるので、測定面積が小さくなってしまうという問題が生じる。
特に、例えば、フィゾー型では、測定面積の大きさが利点の一つに上げられるので、測定面積が小さくなることは大きなデメリットである。
In addition, the reference surface is inclined in order to make an angle between the wavefront of the object light (L14) and the wavefront of the reference light (L12). However, if the reference surface is inclined so as to sufficiently increase the density of interference fringes. The traveling direction is greatly shifted between the object beam (L14) and the reference beam (L12). Since the distance between the reference surface and the interference
In particular, in the Fizeau type, for example, since the size of the measurement area can be one of the advantages, it is a great disadvantage that the measurement area is reduced.
本発明の目的は、測定精度が向上しかつ測定面積が広い光学干渉計を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical interferometer with improved measurement accuracy and a wide measurement area.
本発明の光学干渉計は、被検面にて反射された物体光と参照面にて反射された参照光とを干渉させた干渉縞を撮像手段にて撮像してこの干渉縞に基づいて前記被検面を測定する光学干渉計において、前記物体光と前記参照光とは互いの偏光軸が直交する偏光であり、前記物体光と前記参照光とは無干渉光束として合波された状態で同一経路を通り、前記無干渉光束が前記撮像手段に入射する直前の位置には、前記無干渉光束の前記物体光と前記参照光との進行方向を異ならせて前記物体光と前記参照光とが前記撮像手段に入射する入射角に差をつける入射角差生成手段と、前記入射角差生成手段にて角度差がつけられた前記物体光と前記参照光とを干渉させる偏光子と、が配設されていることを特徴とする。 In the optical interferometer of the present invention, the interference fringe obtained by causing the object light reflected on the test surface and the reference light reflected on the reference surface to interfere with each other is picked up by the image pickup means, and the interference fringe is based on the interference fringe. In the optical interferometer for measuring the test surface, the object light and the reference light are polarized light whose polarization axes are orthogonal to each other, and the object light and the reference light are combined as a non-interfering light beam. The object light and the reference light are transmitted by changing the traveling directions of the object light and the reference light of the non-interfering light flux at a position immediately before the incoherent light flux enters the imaging unit through the same path. An incident angle difference generating unit that makes a difference in an incident angle incident on the imaging unit, and a polarizer that causes the object light and the reference light that have been given an angle difference by the incident angle difference generating unit to interfere with each other. It is characterized by being arranged.
このような構成において、まず、光源からの光を二光束に分離し、一方の光束は被検面に向けて照射し、他方の光束は参照面に照射する。すると、被検面に照射された光は被検面の位相情報(空間情報)をもった物体光として反射される。参照面に照射された光は参照光として反射される。そして、物体光と参照光とは合波されて同一経路によって撮像手段に向かう。このとき、物体光と参照光とはそれぞれ偏光であり、互いの偏光方向は直交関係にある。よって、物体光と参照光とが合波された光は無干渉の光束である。撮像手段に向かう無干渉光束が撮像手段に入射する前に、無干渉光束は入射角差生成手段に入射する。すると、入射角差生成手段により無干渉光束の物体光と参照光との進行方向が互いに異なる方向に分離され、物体光と参照光とは異なる角度で撮像手段に入射する。さらに、進行方向が異なる方向に分離された物体光と参照光とは、撮像手段に入射する前に偏光子によって干渉し、干渉縞が生成される。そして、この干渉縞が撮像手段に入射し、撮像手段によって干渉縞が撮像される。撮像された干渉縞に基づいて被検面の凹凸等の形状が解析される。 In such a configuration, first, the light from the light source is separated into two light beams, one light beam is irradiated toward the test surface, and the other light beam is irradiated onto the reference surface. Then, the light irradiated on the test surface is reflected as object light having phase information (spatial information) of the test surface. The light irradiated on the reference surface is reflected as reference light. Then, the object light and the reference light are combined and travel to the imaging unit through the same path. At this time, the object light and the reference light are respectively polarized light, and the polarization directions of each other are orthogonal. Therefore, the light obtained by combining the object light and the reference light is a non-interfering light beam. The non-interfering light beam enters the incident angle difference generating unit before the non-interfering light beam directed to the imaging unit enters the imaging unit. Then, the traveling directions of the object light and the reference light of the non-interfering light flux are separated into different directions by the incident angle difference generating means, and the object light and the reference light are incident on the imaging means at different angles. Further, the object light and the reference light separated in different traveling directions interfere with each other before entering the imaging unit, and interference fringes are generated. Then, the interference fringes enter the imaging unit, and the interference fringes are imaged by the imaging unit. Based on the imaged interference fringes, the shape of the surface to be inspected is analyzed.
このような構成によれば、撮像手段の手前において物体光と参照光とを分離して撮像手段に入射する際の入射角に差をつけるので、干渉縞の密度を高くすることができる。よって、干渉縞の解析精度を向上させることができる。また、物体光と参照光とは無干渉光束として合波された状態で同一の光路を進み、撮像手段の手前において入射角差生成手段によって物体光と参照光との進行方向が分離される。したがって、物体光と参照光とで光路差がほとんど生じない。その結果、安定した高い検出精度の光学干渉計とすることができる。 According to such a configuration, the object beam and the reference light are separated in front of the imaging unit, and the incident angle when entering the imaging unit is differentiated, so that the density of interference fringes can be increased. Therefore, the interference fringe analysis accuracy can be improved. Further, the object light and the reference light travel on the same optical path in a state of being combined as a non-interfering light beam, and the traveling directions of the object light and the reference light are separated by the incident angle difference generation means before the imaging means. Therefore, there is almost no optical path difference between the object light and the reference light. As a result, a stable and highly accurate optical interferometer can be obtained.
また、撮像手段の手前において物体光と参照光とを分離するので、撮像手段に入射するまでに物体光と参照光とが大きくそれてしまうことがなく、撮像手段に入射する際に物体光と参照光との重なり面積を十分に大きくすることができる。
従来は、参照面が傾斜していたので、参照光が撮像手段に入射するまでの光路が長くなって参照光が物体光から大きくそれてしまっていた。そのため、撮像手段に入射する際には物体光と参照光との重なり面積が小さくなってしまっていた。
Further, since the object light and the reference light are separated in front of the image pickup means, the object light and the reference light are not greatly deviated before entering the image pickup means. The overlapping area with the reference light can be made sufficiently large.
Conventionally, since the reference surface is inclined, the optical path until the reference light is incident on the imaging means becomes long, and the reference light is greatly deviated from the object light. For this reason, the overlapping area of the object beam and the reference beam has been reduced when entering the imaging means.
この点、本発明では、物体光と参照光とが分離されてから撮像手段に入射するまでの距離が短いので、撮像手段に入射するまでに物体光と参照光とが大きく離間することがない。よって、物体光と参照光との重なり面積を大きくして干渉縞が生成される面積を大きくすることができる。その結果、一回の測定面積を広くすることができる。また、分離してから撮像手段までの距離が短いので、干渉縞の密度が十分に高くなる程度に参照光と物体光とに角度をつけても重なり面積を十分に大きくすることができる。その結果、干渉縞密度を十分に高くしかつ干渉面積を広くすることができるという画期的な効果を奏することができる。 In this regard, in the present invention, since the distance from the separation of the object light and the reference light to the incidence on the imaging means is short, the object light and the reference light are not greatly separated before entering the imaging means. . Therefore, the area where the interference fringes are generated can be increased by increasing the overlapping area of the object light and the reference light. As a result, a single measurement area can be widened. Further, since the distance from the separation to the imaging means is short, the overlapping area can be sufficiently increased even if the reference light and the object light are angled so that the density of the interference fringes is sufficiently high. As a result, it is possible to achieve an epoch-making effect that the interference fringe density can be sufficiently increased and the interference area can be increased.
本発明では、前記入射格差生成手段は、ウォラストンプリズムにて構成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the incident disparity generating means is constituted by a Wollaston prism.
このような構成において、ウォラストンプリズムに光が入射すると、互いに直交する偏光軸の光が所定の開き角をもって射出される。すなわち、互いに直交する偏光軸を有する参照光と物体光とが合波された無干渉光束がウォラストンプリズムに入射すると、参照光と物体光とが所定の開き角をもって射出される。すると、撮像手段に対する参照光と物体光との入射角度が異なり、密度の高い干渉縞が得られる。このように入射角差生成手段をウォラストンプリズムによって構成することにより、入射角差生成手段が一つの部材で構成されるので、部品点数を少なくすることができる。
また、ウォラストンプリズムであれば物体光と参照光との開き角が所定の角度に決まっているので、あらためて角度調整の必要がなく、また、開き角が変わることがないので、安定した測定結果を得ることができる。
In such a configuration, when light enters the Wollaston prism, light having polarization axes orthogonal to each other is emitted with a predetermined opening angle. That is, when a non-interfering light beam obtained by combining reference light and object light having polarization axes orthogonal to each other enters the Wollaston prism, the reference light and object light are emitted with a predetermined opening angle. Then, the incident angles of the reference light and the object light with respect to the imaging unit are different, and a high-density interference fringe is obtained. By configuring the incident angle difference generating means with the Wollaston prism in this way, the incident angle difference generating means is configured with a single member, so that the number of parts can be reduced.
In the case of a Wollaston prism, the opening angle between the object beam and the reference beam is set to a predetermined angle, so there is no need to adjust the angle again, and the opening angle does not change. Can be obtained.
本発明では、前記入射角差生成手段は、前記無干渉光束の前記物体光と前記参照光との光路を分離する光路分離手段と、前記光路分離手段にて分離された前記物体光と前記参照光とを異なる角度で前記撮像手段に入射させる入射角調整手段と、を備えていることが好ましい。 In the present invention, the incident angle difference generating means includes an optical path separating means for separating an optical path between the object light and the reference light of the non-interfering light beam, the object light separated by the optical path separating means, and the reference. It is preferable to include an incident angle adjusting unit that causes light to enter the imaging unit at a different angle.
このような構成において、例えば、光路分離手段としては偏光ビームスプリッタを用いることができる。そして、偏光ビームスプリッタからの光をミラー等によって反射し、撮像手段への入射角を調整することができる。 In such a configuration, for example, a polarization beam splitter can be used as the optical path separation means. Then, the light from the polarization beam splitter can be reflected by a mirror or the like, and the incident angle to the imaging means can be adjusted.
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明の光学干渉計に係る第1実施形態について説明する。
図1は、この光学干渉計の構成を示す図である。
光学干渉計100は、光(L10)を発射する照明光学系110と、物体光(L14)と参照光(L12)とを無干渉状態で合波して無干渉光束(L15)とする無干渉光束生成部120と、無干渉光束(L15)を干渉させて干渉縞を生成する干渉縞生成手段130と、干渉縞を撮像するCCDカメラ140(撮像手段)と、照明光学系110からの光(L10)を無干渉光束生成部120に向けて反射するとともに無干渉光束生成部120からの無干渉光束(L15)を干渉縞生成手段130に向けて透過させるハーフミラー150と、を備える。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment according to the optical interferometer of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of this optical interferometer.
The
照明光学系110は、光源111と、コリメートレンズ系112と、偏光板113と、半波長板114と、を備える。
半波長板114は、回転可能に設けられている。そして、照明光学系110からの光(L10)は、ハーフミラー150に入射し、ハーフミラー150に入射した光の一部が直角に反射(L11)されて、無干渉光束生成部120およびワークWに向かう。
The illumination
The half-
無干渉光束生成部120は、ワイヤーグリッド120によって構成されている。
ワイヤーグリッド120は、光透過性板材121と、この光透過性板材121の一面において互いに平行に配列された複数のワイヤー122と、を有している。ワイヤー122の線幅は例えば60nm程度であり、ワイヤー同士の間隔は例えば140nm程度である。そして、ワイヤーグリッド120に入射する光(L11)のうち、ワイヤー122に平行な成分はワイヤーグリッド120にて反射(L12)され、ワイヤー122に垂直な成分はワイヤーグリッド120を透過(L13)する。
ここで、ワイヤーグリッド120にて光が反射(L12)されるとき、このワイヤーグリッド120の反射面が参照面(リファレンス面)123となる。
なお、ワイヤーグリッド120は、ワーク表面Sに対して略平行に配置されている。
The non-interference light
The
Here, when light is reflected (L12) by the
The
干渉縞生成手段130は、入射角差生成手段としてのウォラストンプリズム131と、偏光軸が45度の角度で配置された偏光板132と、と備えて構成されている。CCDカメラ140の直前にウォラストンプリズム131が配置され、さらに、CCDカメラ140とウォラストンプリズム131との間に偏光板132が配置されている。ウォラストンプリズム131に光が入射すると、互いに直交する偏光軸の光(L12、L14)が所定の開き角をもって射出される。そして、ウォラストンプリズム131から射出された互いに直交する偏光軸を有する2つの光束(L12、L14)が偏光板132に入射すると、2つの光束(L12、L14)が干渉して干渉縞が生成される。このように生成された干渉縞はCCDカメラ140に入射して、CCDカメラ140によって撮像される。
The interference
このような構成を備える第1実施形態において光源111からの光(レーザー光)がCCDカメラ140に到達するまでの光路について説明する。
光源111から発射された光(L10)は、コリメートレンズ系112によって平行光束とされて、さらに、偏光板113によって所定の偏光方向を有する偏光となる。そして、半波長板114によって偏光方向が所定角度で回転された状態でハーフミラー150に入射する。ハーフミラー150に入射した光の一部はワイヤーグリッド120に向けて反射(L11)される。
An optical path until light (laser light) from the
The light (L10) emitted from the
ハーフミラー150で反射された光(L11)は、ワイヤーグリッド120に入射する。すると、ワイヤーグリッド120に入射した光(L11)のうち、ワイヤーグリッド120のワイヤー122に直交する成分はワイヤーグリッド120を透過(L13)する。
ここで、ワイヤーグリッド120を透過する方向の偏光をS波とする。
ワイヤーグリッド120を透過したS波(L13)はワーク表面Sに照射された後、ワーク表面Sで反射されて物体光(L14)としてワイヤーグリッド120に再帰し、ワイヤーグリッド120を透過してハーフミラー150に向かう。
The light (L 11) reflected by the
Here, the polarized light passing through the
After the S wave (L13) transmitted through the
また、ハーフミラー150からワイヤーグリッド120に入射した光(L11)のうち、ワイヤーグリッド120のワイヤー122に平行な成分はワイヤーグリッド120にて反射(L12)される。
ここで、ワイヤーグリッド120にて反射される方向の偏光をP波とする。ワイヤーグリッド120にて反射されたP波は、参照光(L12)としてハーフミラー150に向かう。
In addition, among the light (L11) incident on the
Here, the polarized light in the direction reflected by the
ワイヤーグリッド120はワーク表面Sに対して略平行に配置されているので、ワーク表面Sによる反射光である物体光(L14)とワイヤーグリッド120による反射光である参照光(L12)との進行方向は同一となる。そして、ワークWからの反射光である物体光(S波、L14)とワイヤーグリッド120からの反射光である参照光(P波、L12)とは互いの偏光方向が直交しているので干渉せずに合波され、無干渉光束(L15)としてハーフミラー150に向かう。
Since the
無干渉光束(L15)は、ハーフミラー150を通過してウォラストンプリズム131に入射する。ウォラストンプリズム131に光が入射すると、互いに直交する偏光軸の光が所定の開き角をもって射出されるところ、互いに直交する偏光軸を有する参照光(L12)と物体光(L14)とが合波された無干渉光束(L15)がウォラストンプリズム131に入射すると、参照光(L12)と物体光(L14)とが所定の開き角をもって射出される。そして、参照光(L12)と物体光(L14)とが偏光板132によって干渉し、干渉縞が生成される。干渉縞はCCDカメラ140によって撮像される。撮像された干渉縞は、図示しない所定の解析手段に送られて縞解析が行われる。縞解析の結果に基づいてワーク表面Sの凹凸等の形状が求められる。
The non-interfering light beam (L15) passes through the
このような第1実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
(1)CCDカメラ140の手前においてウォラストンプリズム131によって物体光(L14)と参照光(L12)とを分離してCCDカメラ140に入射する際の入射角に差をつけるので、干渉縞の密度を高くすることができる。よって、干渉縞の解析精度を向上させることができる。
According to such 1st Embodiment, there can exist the following effects.
(1) Since the object light (L14) and the reference light (L12) are separated by the
(2)ワイヤーグリッド120はワーク表面Sに対し略平行に配置されているので、ワイヤーグリッド120からの反射光である参照光(L12)とワーク表面Sからの反射光である物体光(L14)とは無干渉光束(L15)として合波された状態で同一の光路を進む。そして、CCDカメラ140の手前においてウォラストンプリズム131によって物体光(L14)と参照光(L12)との進行方向が分離される。
このように物体光(L14)と参照光(L12)とが同一の光路を通るので、物体光(L14)と参照光(L12)とで光路差がほとんど生じず、その結果、安定した高い検出精度の光学干渉計100とすることができる。
(2) Since the
Since the object light (L14) and the reference light (L12) pass through the same optical path in this way, there is almost no optical path difference between the object light (L14) and the reference light (L12). An accurate
(3)CCDカメラ140の手前にウォラストンプリズム131が配置されており、物体光(L14)と参照光(L12)とが分離されてからCCDカメラ140に入射するまでの距離が短いので、CCDカメラ140に入射するまでに物体光(L14)と参照光(L12)とが大きく離間しない。よって、物体光(L14)と参照光(L12)との重なり面積を大きくして干渉縞が生成される面積を大きくすることができ、一回の測定面積を広くすることができる。
(3) Since the
(4)ウォラストンプリズム131によって物体光(L14)と参照光(L12)とを分離してからCCDカメラ140までの距離が短いので、干渉縞の密度が十分に高くなる程度にウォラストンプリズム131によって参照光(L12)と物体光(L14)とに角度をつけた場合でも、物体光(L14)と参照光(L12)との重なり面積を十分に大きくすることができる。その結果、干渉縞密度を十分に高くしかつ干渉面積を広くすることができるという画期的な効果を奏することができる。
(4) Since the distance to the
(5)入射角差生成手段をウォラストンプリズム131の単体によって構成しているので、部品点数を少なくすることができる。また、ウォラストンプリズム131であれば物体光(L14)と参照光(L12)との開き角が所定の角度に決まっているので、あらためて角度調整の必要がなく、また、開き角が変わることがないので、安定した測定結果を得ることができる。
(5) Since the incident angle difference generating means is constituted by a
(変形例1)
次に、本発明の変形例1について図2を参照して説明する。
上記第1実施形態においては、ワイヤーグリッド120を用いたフィゾー型の光学干渉計100を例にして説明したが、本発明は図2に示されるように、マイケルソン型の光学干渉計200に対しても適用できる。
図2においては、マイケルソン型干渉計200であるので、無干渉光束生成手段210が偏光ビームスプリッタ(PBS)211とリファレンスミラー212とによって構成されている。そして、CCDカメラ140の手前において、ウォラストンプリズム131と偏光板132が配置されている点については、第1実施形態に同じである。このような構成において、光源111からの光がPBS211によってP波とS波とに分離されて、一方が物体光になり、他方が参照光になる。そして、物体光と参照光とが無干渉光束として合波される。無干渉光束は、CCDカメラ140の手前にてウォラストンプリズム131を通過して所定の開き角の参照光と物体光とに分離され、偏光板132によって干渉する。干渉縞はCCDカメラ140によって撮像される。
(Modification 1)
Next, Modification 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the Fizeau type
In FIG. 2, since it is a
このような変形例1においても、参照光と物体光との経路については第1実施形態と同様であり、上記第1実施形態と同様の効果を奏することができる。 Also in the first modification, the path between the reference light and the object light is the same as that in the first embodiment, and the same effect as that in the first embodiment can be obtained.
(変形例2)
次に、本発明の変形例2について図3を参照して説明する。
変形例2の基本的構成は第1実施形態と同様であるが、入射角差生成手段300の構成に特徴を有する。
上記第1実施形態においては、入射角差生成手段がウォラストンプリズム131で構成されている場合を説明したが、入射角差生成手段300は、図3に示されるように複数の部材によって構成してもよい。
図3において、入射角差生成手段300は、偏光ビームスプリッタ(光路分離手段)310と三角プリズム(入射角調整手段)320とによって構成されている。そして、参照光と物体光とが合波された無干渉光束が偏光ビームスプリッタ310に入射すると、参照光と物体光とのうち一方は偏光ビームスプリッタ310を透過して偏光板132に入射する。また、参照光と物体光とのうち他方は偏光ビームスプリッタ310によって直角方向に反射される。偏光ビームスプリッタ310にて反射された光は、さらに三角プリズム320の反射面によって反射されて偏光板132に入射する。
ここで、三角プリズム320の反射面の角度は、反射光を偏光板132に入射させ、かつ、参照光と物体光とに所定の入射角差がつくように調整されている。そして、参照光と物体光とが偏光板132によって干渉したのち、干渉縞がCCDカメラ140にて撮像される。
(Modification 2)
Next, a second modification of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of Modification 2 is the same as that of the first embodiment, but has a feature in the configuration of the incident angle
In the first embodiment, the case where the incident angle difference generating means is configured by the
In FIG. 3, the incident angle
Here, the angle of the reflection surface of the
このような変形例2によっても、参照光と物体光との経路については第1実施形態と略同様であり、上記第1実施形態と同様の効果(1)〜(4)を奏することができる。 Also in the second modification, the path between the reference light and the object light is substantially the same as that in the first embodiment, and the same effects (1) to (4) as in the first embodiment can be achieved. .
(変形例3)
次に、本発明の変形例3について図4を参照して説明する。
変形例3の基本的構成は第1実施形態と同様であるが、入射角差生成手段300の構成に特徴を有する。
上記第1実施形態においては、入射角差生成手段がウォラストンプリズム131で構成されている場合を説明したが、入射角差生成手段300は、図4に示されるように複数の部材によって構成してもよい。
図4において、入射角差生成手段400は、偏光ビームスプリッタ(光路分離手段)410と二組の反射手段(入射角調整手段)420、430とによって構成されている。
反射手段としては、偏光ビームスプリッタ410からの反射光を反射して偏光ビームスプリッタ410に再帰させる第1反射手段420と、偏光ビームスプリッタ410からの透過光を反射して偏光ビームスプリッタ410に再帰させる第2反射手段430と、が設けられている。
第1反射手段420と第2反射手段430は、それぞれ反射ミラー421、431と1/4波長板422、432とを備える。そして、第1反射手段420の反射ミラー421はチルトされている一方、第2反射手段430の反射ミラー431は光軸に対して直角の反射面を有する。
(Modification 3)
Next, Modification 3 of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the third modification is the same as that of the first embodiment, but has a feature in the configuration of the incident angle
In the first embodiment, the case where the incident angle difference generating means is configured by the
In FIG. 4, the incident angle
As the reflecting means, the first reflecting means 420 that reflects the reflected light from the
The first reflecting means 420 and the second reflecting means 430 include reflecting
このような構成において、参照光と物体光とが合波された無干渉光束が偏光ビームスプリッタ410に入射すると、参照光と物体光とのうち一方は偏光ビームスプリッタ410により直角に反射されて第1反射手段420に入射し、他方は偏光ビームスプリッタ410を透過して第2反射手段430に入射する。
ここでは、参照光がP波であって偏光ビームスプリッタ410により反射され、物体光がS波であって偏光ビームスプリッタ410を透過するとする。
偏光ビームスプリッタによって反射された参照光(P波)は、第1反射ミラー421によって反射されて偏光ビームスプリッタ410に再帰する。このとき、光は第1反射手段420の1/4波長板422を2回通過することにより偏光軸が90度回転してS波となる。すると、偏光ビームスプリッタ410を通過してCCDカメラ140に向かう。
また、第1反射手段420の反射ミラー421はチルトされているので、この反射ミラー421による反射光はわずかに角度をもって反射され、CCDカメラ140への入射角は90度から少しずれる。
In such a configuration, when a non-interfering light beam obtained by combining the reference light and the object light is incident on the
Here, it is assumed that the reference light is a P wave and is reflected by the
The reference light (P wave) reflected by the polarization beam splitter is reflected by the
Further, since the reflecting
また、偏光ビームスプリッタ410を透過した物体光(S波)は、第2反射手段430の反射ミラー431によって反射されて偏光ビームスプリッタ410に再帰する。
このとき、光は第2反射手段430の1/4波長板432を2回通過することにより偏光軸が90度回転してP波となる。
すると、偏光ビームスプリッタ410によって反射されてCCDカメラ140に向かう。
The object light (S wave) transmitted through the
At this time, the light passes through the quarter-
Then, the light is reflected by the
偏光ビームプリッタ410からCCDカメラ140に向かう光は、S波である参照光とP波である物体光であるところ、偏光軸が45度の角度で配置された偏光板132を通過することにより干渉縞が生成される。このとき、参照光と物体光とで入射角差を有するので、干渉縞の密度が高くなる。
この干渉縞はCCDカメラ140によって撮像される。
The light traveling from the
This interference fringe is imaged by the
このような変形例3によっても、参照光と物体光との経路については第1実施形態と略同様であり、上記第1実施形態と同様の効果(1)〜(4)を奏することができる。 Even in the third modification, the path between the reference light and the object light is substantially the same as in the first embodiment, and the same effects (1) to (4) as in the first embodiment can be achieved. .
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
第1実施形態のフィゾー型光学干渉においてはワイヤーグリッドを用いた構成を例にして説明したが、ワイヤーグリッドに代えて1/4波長板を用いることもできる。
入射角差生成手段としては、ウォラストンプリズムの他に図3および図4の構成を示したが、この他、種々の構成が採用できる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the Fizeau-type optical interference of the first embodiment, a configuration using a wire grid has been described as an example, but a ¼ wavelength plate may be used instead of the wire grid.
As the incident angle difference generating means, the configurations of FIGS. 3 and 4 are shown in addition to the Wollaston prism, but various other configurations can be adopted.
なお、高い解像度を得るためには、干渉縞の幅がCCDカメラの受光素子の4つ分程度であることが好ましい。
例えば、波長が633nmのレーザー光を用い、CCDカメラの受光素子のサイズが6μmである場合、ウォラストンプリズムによる参照光と物体光との開き角を1.6度程度にする。すると、干渉縞の幅が約22.6μmとなり、CCDカメラの受光素子の4つ分程度となる。すると、良好な解像度が得られる。
また、CCDカメラにて干渉縞を良好に撮像するためには、CCDカメラの受光素子に対して干渉縞が斜め方向であることが好ましい。つまり、受光素子の並び方向に対して干渉縞の縞が斜線であることが好ましい。例えば、ウォラストンプリズムに対してCCDカメラを回転させて、ウォラストンプリズムの光軸に対してCCDカメラの受光素子の並び方向が45度になるようにするとよい。
In order to obtain a high resolution, it is preferable that the width of the interference fringes is about four of the light receiving elements of the CCD camera.
For example, when laser light having a wavelength of 633 nm is used and the size of the light receiving element of the CCD camera is 6 μm, the opening angle between the reference light and the object light by the Wollaston prism is set to about 1.6 degrees. Then, the width of the interference fringes is about 22.6 μm, which is about four of the light receiving elements of the CCD camera. Then, good resolution can be obtained.
Further, in order to image the interference fringes satisfactorily with the CCD camera, the interference fringes are preferably oblique with respect to the light receiving element of the CCD camera. That is, it is preferable that the fringes of the interference fringes are oblique with respect to the direction in which the light receiving elements are arranged. For example, the CCD camera may be rotated with respect to the Wollaston prism so that the alignment direction of the light receiving elements of the CCD camera is 45 degrees with respect to the optical axis of the Wollaston prism.
本発明は、光学干渉計に利用できる。 The present invention can be used for an optical interferometer.
10…光学干渉計、11…光源、12…コリメートレンズ系、13…ハーフミラー、14…波長板、15…干渉縞取得部、16…偏光板、17…CCDカメラ、100…光学干渉計、110…照明光学系、111…光源、112…コリメートレンズ系、113…偏光板、114…半波長板、120…ワイヤーグリッド(無干渉光束生成部)、121…光透過性板材、122…ワイヤー、130…干渉縞生成手段、131…ウォラストンプリズム、132…偏光板、140…CCDカメラ、150…ハーフミラー、200…マイケルソン型干渉計、210…無干渉光束生成手段、212…リファレンスミラー、300…入射角差生成手段、310…偏光ビームスプリッタ、320…三角プリズム、400…入射角差生成手段、410…偏光ビームスプリッタ、420…第1反射手段、421…反射ミラー、422…1/4波長板、430…第2反射手段、431…反射ミラー、432…1/4波長板、S…ワーク表面、W…ワーク。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記物体光と前記参照光とは互いの偏光軸が直交する偏光であり、
前記物体光と前記参照光とは無干渉光束として合波された状態で同一経路を通り、
前記無干渉光束が前記撮像手段に入射する直前の位置には、
前記無干渉光束の前記物体光と前記参照光との進行方向を異ならせて前記物体光と前記参照光とが前記撮像手段に入射する入射角に差をつける入射角差生成手段と、
前記入射角差生成手段にて角度差がつけられた前記物体光と前記参照光とを干渉させる偏光子と、が配設されている
ことを特徴とする光学干渉計。 Optical interference in which an interference fringe obtained by causing the object light reflected by the test surface and the reference light reflected by the reference surface to interfere with each other is imaged by an imaging means, and the test surface is measured based on the interference fringe In total
The object light and the reference light are polarized light whose polarization axes are orthogonal to each other,
The object light and the reference light pass through the same path in a combined state as a non-interfering light beam,
At the position immediately before the non-interfering light beam enters the imaging means,
Incident angle difference generating means for making the object light and the reference light enter the imaging means different in the traveling direction of the object light and the reference light of the incoherent light flux, and
An optical interferometer, comprising: a polarizer that causes interference between the object light and the reference light that have been given an angle difference by the incident angle difference generation unit.
前記入射格差生成手段は、ウォラストンプリズムにて構成されている
ことを特徴とする光学干渉計。 The optical interferometer according to claim 1.
The incident disparity generating means is configured by a Wollaston prism.
前記入射角差生成手段は、前記無干渉光束の前記物体光と前記参照光との光路を分離する光路分離手段と、
前記光路分離手段にて分離された前記物体光と前記参照光とを異なる角度で前記撮像手段に入射させる入射角調整手段と、を備えている
ことを特徴とする光学干渉計。 The optical interferometer according to claim 1.
The incident angle difference generating means is an optical path separating means for separating an optical path between the object light and the reference light of the non-interfering light beam,
An optical interferometer, comprising: an incident angle adjusting unit that causes the object light and the reference light separated by the optical path separating unit to enter the imaging unit at different angles.
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JP2006122055A JP2007292650A (en) | 2006-04-26 | 2006-04-26 | Optical interferometer |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2950425A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-25 | Sabban Youssef Cohen | Three-dimensional contactless nanotopography method for measurement of altitude of nanostructured object in e.g. micro-optical field by interferometric altitude sensor, involves fixing reference surface and inspected object with each other |
JP2011107139A (en) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Mitsutoyo Corp | Apparatus and method for measuring surface shape of object and part kit |
CN113588216A (en) * | 2021-08-02 | 2021-11-02 | 中国科学院光电技术研究所 | Rapid high-precision calibrating device and method for optical zero position of polaroid |
-
2006
- 2006-04-26 JP JP2006122055A patent/JP2007292650A/en not_active Withdrawn
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JP2011107139A (en) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Mitsutoyo Corp | Apparatus and method for measuring surface shape of object and part kit |
CN113588216A (en) * | 2021-08-02 | 2021-11-02 | 中国科学院光电技术研究所 | Rapid high-precision calibrating device and method for optical zero position of polaroid |
CN113588216B (en) * | 2021-08-02 | 2023-09-19 | 中国科学院光电技术研究所 | Quick high-precision calibrating device and method for optical zero position of polaroid |
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