特表 2024-525077 ３波長干渉測定デバイスおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-09

(54)【発明の名称】３波長干渉測定デバイスおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02002 20220101AFI20240702BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02002

G01B11/24 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024500171

(86)(22)【出願日】2022-07-07

(85)【翻訳文提出日】2024-02-08

(86)【国際出願番号】 EP2022068827

(87)【国際公開番号】W WO2023280961

(87)【国際公開日】2023-01-12

(31)【優先権主張番号】21184706.6

(32)【優先日】2021-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】597023868

【氏名又は名称】テイラー・ホブソン・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＴＡＹＬＯＲ ＨＯＢＳＯＮ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100127926

【弁理士】

【氏名又は名称】結田 純次

(74)【代理人】

【識別番号】100216105

【弁理士】

【氏名又は名称】守安 智

(72)【発明者】

【氏名】パーヴェル・ドラヴァレク

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン・アム・ヴェーク

(72)【発明者】

【氏名】ペーター・アイスヴィルト

(72)【発明者】

【氏名】ティロ・メイ

【テーマコード（参考）】

2F064

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F064AA09

2F064BB04

2F064FF01

2F064FF06

2F064GG22

2F064HH06

2F065AA06

2F065AA51

2F065CC22

2F065CC31

2F065GG04

2F065GG21

2F065GG23

2F065HH04

2F065JJ05

2F065LL02

(57)【要約】

本開示は、物体（１）の表面（２、４）またはプロファイルを測定するための干渉測定デバイス（１０）に関し、測定デバイス（１０）は：－ ５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を有する測定ビーム（ＢＭ）を生成するように動作可能であるビーム生成ユニット（２０）と、－ 測定ビーム（ＢＭ）から物体ビーム（ＢＯ）および基準ビーム（ＢＲ）を分岐させるためのスプリッタ（５５）と、－ ビーム生成ユニット（２０）に接続され、物体ビーム（ＢＯ）を表面（２、４）へ誘導し、物体ビームのうち表面（２、４）から信号ビーム（ＢＳ）として反射された部分を取り込むように構成された測定プローブ（５０）と、－ 検出器ユニット（７０）に接続され、信号ビーム（ＢＳ）および基準ビーム（ＢＲ）の再結合である解析ビーム（ＢＡ）から第１および第２の部分ビーム（ＢＰ１、ＢＰ２）を検出するように動作可能な第１および第２の検出器（７１、７２）から取得した信号に基づいて、測定プローブ（５０）と表面（２、４）との間の距離（Ｄ）を導出するように動作可能である信号アナライザ（８０）とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体（１）の表面（２、４）またはプロファイルを測定するための干渉測定デバイス（１０）であって：
少なくとも第１の光源（２１）を含むビーム生成ユニット（２０）であって、５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を有する測定ビーム（ＢＭ）を生成するように動作可能であるビーム生成ユニット（２０）と、
測定ビーム（ＢＭ）から物体ビーム（ＢＯ）および基準ビーム（ＢＲ）を分岐させるスプリッタ（５５）と、
光を透過するようにビーム生成ユニット（２０）に結合され、物体ビーム（ＢＯ）を表面（２、４）へ誘導し、物体ビームのうち表面（２、４）から信号ビーム（ＢＳ）として反射された部分を取り込むように構成された測定プローブ（５０）と、
信号ビーム（ＢＳ）および基準ビーム（ＢＲ）を解析ビーム（ＢＡ）に再結合するように動作可能な光ビーム再結合器（５６）と、
該再結合器（５６）に結合されたビーム分割器ユニット（６０）であって、解析ビーム（ＢＡ）から第１の中心波長λ_１の第１の部分ビーム（ＢＰ１）を抽出し、解析ビーム（ＢＡ）から第２の中心波長λ_２の第２の部分ビーム（ＢＰ２）を抽出するように動作可能であり、第２の中心波長λ_２は第１の中心波長λ_１とは異なる、ビーム分割器ユニット（６０）と、
該ビーム分割器ユニット（６０）に結合され、第１の部分ビーム（ＢＰ１）を検出するための少なくとも第１の検出器（７１）を含み、第２の部分ビーム（ＢＰ２）を検出するための少なくとも第２の検出器（７２）を含む検出器ユニット（７０）と、
該検出器ユニット（７０）に接続され、少なくとも第１の検出器（７１）および少なくとも第２の検出器（７２）から取得した信号に基づいて、測定プローブ（５０）と表面（２、４）との間の距離（Ｄ）を導出するように動作可能である信号アナライザ（８０）とを含む、前記測定デバイス。

【請求項2】

ビーム生成ユニット（２０）は、第２の光源（２２）を含み、該第２の光源（２２）は、第２の中心波長λ_２のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能である、請求項１に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項3】

ビーム分割器ユニット（６０）は、解析ビーム（ＢＡ）から第３の中心波長λ_３の第３の部分ビーム（ＢＰ３）を抽出するように動作可能であり、第３の中心波長λ_３は、第１の中心波長λ_１とは異なり、第２の中心波長λ_２とは異なり、検出器ユニット（７０）は、第３の部分ビーム（ＢＰ３）を検出するための第３の検出器（７３）を含む、請求項１または２に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項4】

ビーム生成ユニット（２０）は、第３の光源（２３）を含み、該第３の光源（２３）は、第３の中心波長λ_３のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能である、請求項３に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項5】

第１の光源（２１）は、レーザ（２７）およびスーパールミネッセントダイオードＳＬＤ（２６）のうちの１つを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項6】

少なくとも１つの光源（２１、２２、２３）は、スーパールミネッセントダイオード（２７）を含み、測定デバイス（１０）は、少なくとも１つの光源（２１、２２、２３）に結合された光学遅延ユニット（３０）をさらに含み、該光学遅延ユニット（３０）は、測定ビーム（ＢＭ）、信号ビーム（ＢＳ）、物体ビーム（ＢＯ）、および基準ビーム（ＢＲ）のうちの少なくとも１つに可変および調整可能サイズの位相シフトを与えるように動作可能である、請求項１～５のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項7】

第１の中心波長λ_１および第２の中心波長λ_２は、式：

【数1】

を満たし、ここで１≦ｎ、ｍ≦５０である、請求項１～６のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項8】

第３の中心波長λ_３ならびに第１および第２の中心波長λ_ｉのうちの１つは、式：

【数2】

を満たし、ここでｉ＝１または２であり、１０≦ｋ、ｌ≦２，５００である、請求項３～７のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項9】

第１の中心波長λ_１、第２の中心波長λ_２、および第３の中心波長λ_３は：
３８０ｎｍ～４９０ｎｍのスペクトル範囲内、
４００ｎｍ～４６０ｎｍのスペクトル範囲内、
４０４ｎｍ～４５５ｎｍのスペクトル範囲内、
４４９ｎｍ～５１１ｎｍのスペクトル範囲内、
４４９～４８９ｎｍのスペクトル範囲内、または
４０４～４７５ｎｍのスペクトル範囲内にある、請求項３～８のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項10】

物体（１）は、第１および第２の中心波長λ_１、λ_２のうちの少なくとも１つの電磁放射に対して実質的に吸収性を有する材料をその表面（２、４）に含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項11】

光を透過するようにビーム生成ユニット（２０）に結合され、測定プローブ（５０）に結合され、分割器ユニット（６０）に結合されたカプラユニット（４０）をさらに含み、カプラユニット（４０）は、測定ビーム（ＢＭ）をビーム生成ユニット（２０）から測定プローブ（５０）へ誘導し、解析ビーム（ＢＡ）を測定プローブ（５０）から分割器ユニット（６０）へ誘導するように構成される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項12】

分割器ユニット（６０）は：
ｉ）波長分割マルチプレクサＷＤＭ（６１）および
ｉｉ）ファイバスプリッタ（６２）のうちの少なくとも１つを含み、該ファイバスプリッタは、第１の光学フィルタ（６５）に接続された第１の出力（６３）および第２の光学フィルタ（６６）に接続された第２の出力（６４）を有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の測定デバイス（１０）。

【請求項13】

物体（１）の表面（２、４）またはプロファイル（Ｐ）を測定する方法であって：
表面材料（５）を含む物体（１）を提供する工程と、
ビーム生成ユニット（２０）によって測定ビーム（ＢＭ）を生成する工程と、
測定ビーム（ＢＭ）から物体ビーム（ＢＯ）および基準ビーム（ＢＲ）を分岐させ、光学プローブ（５０）によって測定ビーム（ＢＭ）を物体（１）の表面（２、４）へ誘導する工程であって、表面材料は、物体ビーム（ＢＯ）および測定ビーム（ＢＭ）のうちの１つに対して、１００μｍ未満、５０μｍ未満、２０μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、２μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満、または０．１μｍ未満の光貫入深さを含む、工程と、
測定ビーム（ＢＭ）のうち表面（２、４）によって信号ビーム（ＢＳ）として反射された部分を取り込む工程と、
信号ビーム（ＢＳ）および基準ビーム（ＢＲ）を解析ビーム（ＢＡ）に再結合する工程と、
検出器ユニット（７０）によって解析ビーム（ＢＡ）の干渉を検出し、検出器ユニット（７０）の信号を解析することによって、光学プローブ（５０）と表面（２、４）との間の距離（Ｄ）を導出する工程とを含む、前記方法。

【請求項14】

物体（１）は、表面材料（５）を含むコーティング（３）をその表面（２）に含み、コーティング（３）に入る物体ビーム（ＢＯ）の大部分は、コーティング（３）によって吸収される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

コーティング（３）は、シリコンもしくはダイヤモンドライクカーボンＤＬＣを含み、またはシリコンもしくはダイヤモンドライクカーボンＤＬＣからなる、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、物体、たとえば光学要素の表面またはプロファイルを測定するための干渉測定デバイスに関する。さらなる態様では、本開示は、物体の表面またはプロファイルを測定する方法に関する。別の態様では、本開示は、物体の表面またはプロファイルを測定する干渉測定デバイスおよびそれぞれの方法に関し、それぞれの表面はコーティングを備え、またはコーティングによって覆われる。

【背景技術】

【0002】

物体、たとえばレンズなどの光学要素の表面またはプロファイルの非接触測定は、当技術分野でそれ自体よく知られており、確立されている。干渉機構により、測定光ビームが基準ビームおよび物体ビームに分割され、物体ビームは、物体の表面へ誘導され、物体の表面から信号ビームとして反射される。信号ビームおよび基準ビームを再結合するとき、基準ビームと信号ビームとの間のランタイム差、したがって経路差を示す光学干渉を観察することができる。

【0003】

信号ビームと基準ビームとの間の測定可能な位相シフトは、波長の２分の１で画成される範囲内でのみ明白である。信号ビームと基準ビームとの間の経路差が測定ビームの波長の２分の１より大きいとき、信号ビームおよび基準ビームの再結合によって生成されるそれぞれの干渉パターンが繰り返す。したがって、そのような干渉機構の絶対距離範囲は、むしろ概して制限される。空間測定範囲を増大させるには、より長い波長、たとえば赤外スペクトル範囲内の波長を使用することができる。

【0004】

さらに、物体、たとえば光学要素が測定予定の表面にコーティングを備える場合、このコーティングは比較的薄いことがあり、わずか数マイクロメートルまたはさらには１μｍ未満の範囲内の厚さを含むことがある。このとき、コーティングが測定ビームの波長に対して実質的に透明であるとき、コーティングの外面で第１の反射が生じ、たとえば物体の外面に直接接触するコーティングの内面もしくは下面でまたは内面もしくは下面から第２の反射が生じることになる。干渉測定デバイスおよび方法にとって、そのようなコーティングの両面から生じるそれらの第１および第２の反射を区別することは、不可能でなくても非常に困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、物体が測定を行おうとするその表面にコーティングを備えるときでも、精密な表面またはプロファイル測定を可能にする、改善された干渉測定デバイス、および物体の表面またはプロファイルを測定する改善された方法を提供することが望ましい。さらに、干渉測定デバイスは、可視スペクトル範囲内の測定ビームとともに動作しなければならないことがある。したがって、コーティングされた表面の干渉測定を有効にするために、コスト効率的で信頼性が高く、長続きするロバストな解決策を提供することが望ましい。同時に、改善された干渉測定デバイスは、デバイスと物体の表面との間の絶対距離を測定するために、比較的大きい測定範囲を提供するべきである。

【0006】

干渉測定デバイスは、様々な可変の測定条件に整合または適用するために、広く適用可能であるべきであり、容易かつ明快に再構成可能であるべきである。干渉測定デバイスおよび方法は、環境的な影響および変動に対してもロバストであるべきである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

これらの要求は、独立請求項の主題による干渉測定デバイスおよび物体の表面またはプロファイルを測定する方法によって概して解決される。多数の実施形態は、従属請求項に準拠する。

【0008】

一態様において、光学要素、たとえばレンズまたはミラーなどの物体の表面またはプロファイルを測定するための干渉測定デバイスが提供される。干渉測定デバイスは、ビーム生成ユニットを含む。ビーム生成ユニットは、少なくとも第１の光源を含む。ビーム生成ユニット、したがって第１の光源は、測定ビームを生成するように動作可能である。測定ビームは、５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を含む。典型的には、測定ビームは、５００ｎｍ未満であり、典型的には３８０ｎｍより大きい領域内に中心波長を含む。測定ビームの波長は、典型的には、５５０ｎｍ未満の可視スペクトル範囲内である。

【0009】

干渉測定デバイスは、測定ビームから物体ビームおよび基準ビームを分岐させるスプリッタをさらに含む。いくつかの例では、スプリッタは、測定ビームを物体ビームおよび基準ビームに分割するように構成することができ、またはそのように動作可能とすることができる。測定デバイスは、光を透過するようにビーム生成ユニットに結合された測定プローブをさらに含む。いくつかの例では、測定プローブは、少なくとも１つの光ファイバによって、ビーム生成ユニットに光結合される。他の例では、測定プローブは、ビーム生成ユニットから測定プローブへの測定ビームの自由な伝播を提供する光学装置によって、ビーム生成ユニットに光結合される。

【0010】

測定プローブは、物体ビームを物体の表面へ誘導し、物体ビームのうち表面から信号ビームとして反射された部分を取り込むように構成される。

【0011】

典型的には、信号ビームは、測定予定の物体の表面で反射された物体ビームを含み、またはその一部分である。干渉測定デバイスは、信号ビームおよび基準ビームを解析ビームに再結合するように動作可能な光再結合器をさらに含む。典型的には、解析ビームは、反射された信号ビームおよび基準ビームの重畳を含む。解析ビームは干渉を受け、干渉フリンジまたは干渉パターンを示し、これは基準ビームと信号ビーム、したがって物体ビームのうち表面によって反射され、測定プローブによって取り込まれた部分との間の経路差を示す。

【0012】

いくつかの例では、光ビーム再結合器はスプリッタに一体化され、かつ／または他のスプリッタが光ビーム再結合器に一体化される。したがって、スプリッタおよび光ビーム再結合器の両方を提供する単一の光学構成要素または光ファイバを設けることができる。いくつかの例では、光ファイバのファイバ端面が、スプリッタおよび光ビーム再結合器の両方を提供する。典型的には、測定プローブの内側で終端するファイバ端面がスプリッタとして働き、測定ビームから基準ビームおよび物体ビームを生成し、物体の表面から反射された信号ビームを基準ビームと再結合する。

【0013】

干渉測定デバイスは、光を透過するように光ビーム再結合器および／または測定プローブに結合されたビーム分割器ユニットをさらに含む。いくつかの例では、ビーム分割器ユニットは、少なくとも１つの光ファイバによって、光ビーム再結合器および／または測定プローブに光結合される。他の例では、ビーム分割器ユニットは、それぞれの光ビームの自由な伝播を提供する光学装置によって、光ビーム再結合器および／または測定プローブに光結合される。

【0014】

ビーム分割器ユニットは、解析ビームから第１の中心波長の第１の部分ビームを抽出し、解析ビームから第２の中心波長の第２の部分ビームを抽出するように動作可能である。典型的には、第２の中心波長は第１の中心波長とは明確に異なる。干渉測定デバイスは、光を透過するように、たとえば少なくとも１つの光ファイバを通って、ビーム分割器ユニットに結合された検出器ユニットをさらに含む。他の例では、検出器ユニットは、それぞれの光ビームの自由な伝播を提供する光学装置によって、ビーム分割器ユニットに光結合される。検出器ユニットは、第１の部分ビームを検出するための少なくとも第１の検出器を含み、第２の部分ビームを検出するための少なくとも第２の検出器をさらに含む。

【0015】

典型的には、ビーム生成ユニットによって提供および生成される測定ビームが５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を含むため、第１の中心波長および第２の中心波長のうちの少なくとも１つは、５５０ｎｍ未満のスペクトル範囲内にある。いくつかの例では、第１の中心波長および第２の中心波長の両方が、５５０ｎｍ未満のスペクトル範囲内にある。

【0016】

最後に、干渉測定デバイスは、信号を伝達するように検出器ユニットに接続された信号アナライザを含む。信号アナライザは、少なくとも第１の検出器および少なくとも第２の検出器から取得した信号に基づいて、測定プローブと表面との間の距離を導出または計算するように動作可能である。

【0017】

典型的には、第１および第２の検出器の各々が、信号アナライザに別個に接続される。したがって、信号アナライザは、第１の検出器に接続された第１の入力を含み、第２の検出器に接続された第２の入力をさらに含む。信号アナライザの第１の入力は、第１の検出器から、第１の中心波長に関して測定された干渉信号を示す測定信号を受信するのに対して、信号アナライザは、第２の中心波長のそれぞれの光信号を検出したときに第２の検出器によって提供される信号を解析するように、第２の検出器に接続された第２の入力を含む。

【0018】

干渉測定デバイスは、物体の表面の多波長干渉測定を提供する。第１の波長および第２の波長を使用することによって、測定デバイスの全体的な測定範囲を増大させることができる。

【0019】

実質的には、第２のビームを使用することによって、または少なくとも２つの光周波数に基づく信号解析を使用することによって、２つの測定波長によって画成される合成波長を生み出すことができ、したがって干渉測定デバイスの空間範囲を増大させることができる。より大きい（合成）波長を使用することによって、空間分解能および測定精度を犠牲にして、明白な、したがって絶対的な距離測定のための範囲を増大させることができる。

【0020】

さらに、第１の中心波長および第２の中心波長に基づく別個の信号解析を有することによって、干渉測定デバイスの明白な測定範囲を増大させるために、第１および第２の波長より大きいまたははるかに大きい合成波長を提供することができる。さらに、測定ビームが５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を含むため、干渉測定デバイスは、可視スペクトル範囲内で動作する。ビーム生成ユニット、測定プローブ、ビーム分割器ユニット、および検出器ユニットのいずれかの間の光結合が、少なくとも１つの光ファイバによって提供されるとき、それぞれの光ファイバは、この特定の波長またはスペクトル範囲に対する光ビーム伝播およびビーム伝送のために特に構成される。

【0021】

干渉測定デバイスが可視スペクトル範囲内で動作することは、多くの態様で有益である。測定ビーム、したがって基準および物体ビームが可視スペクトル範囲内にあるため、干渉測定デバイスの操作者は、物体ビームが測定予定の物体の表面に正確に当たったかどうか、およびどの程度当たったかを、視覚的に検査することができる。したがって、可視放射の使用により、干渉測定デバイスの動作の容易かつ明快な制御が提供される。

【0022】

さらなる態様では、物体がたとえばシリコンまたはダイヤモンドライクカーボンＤＬＣのうちの少なくとも１つを含むコーティングでコーティングされるとき、コーティングがこの特定スペクトル範囲に対して実質的に吸収性を有するため、５５０ｎｍ未満のスペクトル範囲内の放射を使用することが特に有益である。次いで、コーティングと物体のそれぞれの外面との間の境界面からの不要なまたは望ましくない反射を実質的に抑制および弱力化または減衰することができる。

【0023】

物体によって反射される信号ビームは主に、コーティングの外面で発生する反射によって提供または構成される。物体ビームのうちコーティングに入りまたはコーティングを通って伝播する部分は、コーティングがこの特定の波長またはスペクトル範囲に対して実質的に吸収性を有するため、下にある物体の表面によってほとんど反射されない。

【0024】

今日、干渉用途で使用することのできる５５０ｎｍ未満の所望のスペクトル範囲内で動作する光源の利用可能性は制限されている。光源は、反射された信号ビームと基準ビームとの間の干渉測定を有効にするために、十分な空間コヒーレンスを提供するべきであり、または提供しなければならない。さらに、干渉用途の光源は、その中心波長に関して極めて安定しているべきであり、または安定していなければならない。さらに、光源は適度なまたは低いコストで市販されるべきである。

【0025】

概して、ビーム生成ユニットには１つの光源のみを提供することができる。ここでは、より広帯域の光源を実装および使用することができる。このとき、ビーム分割器ユニットは、第１の中心波長の第１の部分ビームおよび第２の中心波長の第２の部分ビームを抽出し、第１および第２の部分ビームを検出器ユニットへ別個に提供するように動作可能とすることができる。こうして、第１および第２の中心波長、したがって異なる中心波長に基づいて、信号解析を実施および実行することができ、したがって干渉測定デバイスの測定範囲を増大させることが可能になる。

【0026】

さらなる例によれば、スプリッタは、測定ビームから物体ビームおよび基準ビームを分岐させるように動作可能であり、ファイバ端面を含み、またはファイバ端面によって形成され、たとえば測定プローブ内または測定プローブ上に設けられる。

【0027】

いくつかの例では、測定プローブは、少なくとも１つの光ファイバを通ってビーム生成ユニットに接続される。ここでは、測定プローブ内に位置する光ファイバのファイバ端面は、スプリッタとして働くことができる。測定ビームのうち光ファイバを通って伝播する部分は、ファイバ端面を通って放出され、物体ビームとして物体の方へ伝播する。測定ビームのうち別の部分は、ファイバ端面における内部反射によって基準ビームとして反射される。

【0028】

いくつかの例では、ファイバ端面で反射される基準ビームの強度を増大させるために、ファイバ端面に反射コーティングが設けられ、またはファイバ端面は反射コーティングによってコーティングされる。典型的な使用シナリオでは、物体の表面が物体ビームに対して高い吸収性を有するとき、かつ／または物体が比較的大きい屈折率を含むとき、物体の表面で反射される信号ビームの強度を比較的大きくすることができる。解析ビームの干渉に対して良好な信号対雑音比を取得するために、物体ビームと比べて基準ビームの強度または割合を増大させることが特に有益である。

【0029】

いくつかの例では、第１および第２の中心波長のうちの少なくとも１つに関して、ファイバ端面上および／またはスプリッタ上もしくはスプリッタ内に設けられるコーティングは、測定ビームの強度の５％～６０％の強度を含む基準ビームを生成するように、測定ビームの強度の１７．５％～４５％の強度を含む基準ビームを生成するように、測定ビームの強度の２３．２５％～３７．５％の強度を含む基準ビームを生成するように、もしくは測定ビームの強度の２５％～３５％の強度を含む基準ビームを生成するように構成され、かつ／またはそのような基準ビームを生成するのに効果的である。

【0030】

このようにして、反射コーティングのない解決策と比べて、コーティングされた反射体、たとえばコーティングされたファイバ端面で反射される基準ビームの強度を増大させることができる。その結果、基準ビームの強度は、物体の表面で反射されて測定プローブによって取り込まれる信号ビームの強度に密接に整合することができる。

【0031】

さらなる例によれば、ビーム生成ユニットは、第２の光源を含む。第２の光源は、第２の中心波長のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能である。典型的には、ビーム生成ユニットに少なくとも２つの光源が設けられたとき、ビーム生成ユニットの第１の光源は、第１の中心波長のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能とすることができる。典型的には、さらなる例では、ビーム生成ユニットの第１および第２の光源は、それぞれの第１の中心波長および第２の中心波長の電磁放射をそれぞれ放出するように構成することができ、またはそのように動作可能とすることができる。

【0032】

したがって、第１および第２の光源のスペクトル特性は、ビーム分割器ユニットに適用することができ、ビーム分割器ユニットに密接に整合することができ、それによって第１および第２の中心波長の第１および第２の部分ビームが解析ビームから抽出される。

【0033】

他の例では、第１および第２の光源が広帯域または狭帯域の光源として実装されること、ならびに第１および第２の中心波長を有するそれぞれの第１および第２の部分ビームがビーム分割器ユニットによって特に抽出されることも考えられる。

【0034】

それにもかかわらず、解析ビームからそれぞれのスペクトル成分を抽出するように動作可能なビーム分割器ユニットに第１および第２の光源の放出スペクトルが密接に整合することで、干渉測定デバイスのビーム案内システム全体もまた、たとえばビーム生成ユニット、スプリッタ、測定プローブ、光ビーム再結合器、ビーム分割器ユニット、および検出器ユニットを結合または接続する様々な光ファイバを通って、より減衰されない無損失のビーム伝播を提供するように特に適用および構成することができる。

【0035】

さらなる例によれば、ビーム分割器ユニットは、解析ビームから第３の中心波長の第３の部分ビームを抽出するように動作可能である。第３の中心波長は第１の中心波長とは異なる。第３の中心波長は第２の中心波長とも異なる。精密な信号解析および測定プローブと測定予定の物体の表面との間の距離計算を提供するために、第１、第２、および第３の中心波長間の差は明確であり、信号アナライザには知られている。

【0036】

ビーム分割器ユニットが第１、第２、および第３の部分ビームを抽出するように動作可能であるとき、ビーム分割器ユニットに光結合された検出器ユニットはまた、第３の部分ビームを検出するための第３の検出器を含む。同様に、第３の検出器も信号アナライザに接続される。この例では、信号アナライザは、解析ビームの波長選択的または波長特有の干渉解析を有効にするように、検出器ユニットの第１、第２、および第３の検出器に個別に接続または結合される。

【0037】

さらに別の実施形態では、ビーム分割器ユニットは、解析ビームから第４の中心波長の第４の部分ビームを抽出するように動作可能である。第４の中心波長は、第１の中心波長、第２の中心波長、および第３の中心波長とは異なる。ここでも、検出器ユニットは、第４の部分ビームを検出するための第４の検出器を含む。概して、多波長干渉測定デバイスは、２つ、３つ、または４つの個別の波長のみに限定されるものではない。多波長干渉測定デバイスは、解析ビームの信号解析に対して５、６、７、８、もしくは最大１０、またはさらには最大１２、１４、１６、もしくは２０個の異なる個別の波長に基づいて実装することもできる。

【0038】

別の例によれば、ビーム生成ユニットは、第３の光源を含む。第３の光源は、第３の中心波長のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能である。第１および第２の光源と同様に、第３の光源もまた、第３の中心波長の実質的な光強度を有するまたは示す広帯域光源のうちの１つとすることができる。別法として、第３の光源は、第３の中心波長の実質的なビーム強度を放出するレーザなどの狭帯域光源とすることもできる。

【0039】

測定デバイスのさらなる例では、第１の光源は、レーザおよびスーパールミネッセントダイオードＳＬＤのうちの１つを含む。典型的には、レーザとして実装されるとき、第１の光源は、より小さいスペクトル範囲を有する測定ビームを提供する。ここでは、測定ビームは、たとえば数メートルの領域内のより長いコヒーレンス長を示す。レーザ、たとえば固体レーザまたは半導体レーザとして実装されるとき、第１の光源は、第１の中心波長の実質的な光強度を提供する。

【0040】

広帯域光源として実装されるとき、たとえばスーパールミネッセントダイオードとして実装されるとき、第１の光源は、レーザ光源と比べてより広帯域のスペクトルを放出する。ここでは、レーザとして実装される光源と比べて、空間コヒーレンス長ははるかに短い。ＳＬＤなどの広帯域光源は、妥当なコストで、５５０ｎｍ未満の所望のスペクトル範囲で利用可能である。レーザ光源ならびにスーパールミネッセント光源はどちらも、数時間の動作にわたって、十分な時間安定性を提供することができる。典型的には、本干渉測定デバイスとともに使用されるまたは使用可能な光源は、８時間で５ｐｍ未満、好ましくは８時間で３ｐｍ未満、またはさらには少なくとも８時間の時間間隔で２ｐｍ未満の、中心波長の長期安定性または長期ドリフトを示す。

【0041】

別の例によれば、第２の光源は、レーザおよびルミネッセントダイオードのうちの１つを含む。その限りにおいて、ビーム生成ユニットが第１の光源および第２の光源を含むとき、どちらの光源もレーザとして実装することができ、第１のレーザは、第１の中心波長の放射を放出するように動作可能であり、第２のレーザは、第２の中心波長の電磁放射を放出するように動作可能である。いくつかの例では、第１の光源をレーザとして実装することができ、第２の光源をスーパールミネッセントダイオードとして実装することができる。

【0042】

ここでは、第１の光源は、第１の中心波長の電磁放射を放出するように動作可能とすることができ、第２の光源は、第２の中心波長のスペクトル成分を含むスペクトル範囲内の電磁放射を放出する。いくつかの例では、第１および第２の光源の役割を切り換えることができ、したがって第１の光源がスーパールミネッセントダイオードとして実装され、第２の光源がレーザとして実装される。

【0043】

さらなる例によれば、第３の光源は、レーザおよびスーパールミネッセントダイオードのうちの１つを含む。ここでは、レーザとして実装されるとき、第３の光源は、第３の中心波長の電磁放射を放出するように動作可能である。スーパールミネッセントダイオードとして実装されるとき、第３の光源は、第３の中心波長のスペクトル成分を有する測定ビームを生成するように動作可能である。

【0044】

いくつかの例では、第１、第２、および第３の光源は各々、たとえばそれぞれ第１、第２、および第３の中心波長の電磁放射を放出するように動作可能なレーザとして実装される。いくつかの例では、第１、第２、および第３の光源のうちの１つは、レーザとして実装される。他の２つの光源は、個別のスーパールミネッセントダイオードとして実装される。さらなる例では、ビーム生成ユニットの光源のうちの少なくとも２つが各々、たとえばそれぞれ第１の中心波長および第２の中心波長の電磁放射を放出するためのレーザを含むことも考えられる。第３の光源は、スーパールミネッセントダイオードとして実装することができる。

【0045】

さらに別の例では、第１、第２、および第３の光源は各々、たとえば個別のスーパールミネッセントダイオードとして実装される。典型的には、スーパールミネッセントダイオードの各々は、スーパールミネッセントダイオードの他のものと比べて異なるまたは特徴的なスペクトル範囲を示すことができる。

【0046】

少なくとも１つ、２つ、または３つの個別の光源を含むビーム生成ユニットの特定の構成、およびたとえばレーザまたはスーパールミネッセントダイオードとして実装されたそれぞれの光源のそれぞれの構成に応じて、ビーム生成ユニットは、少なくとも１つまたはいくつかの光カプラを含むことができ、そのような光カプラによって、個別の光源によって生成されるそれぞれの電磁放射を単一の光ファイバ内で結合して、それぞれの多成分測定ビームを測定プローブの方へ伝送することができる。

【0047】

さらなる例によれば、少なくとも１つの光源は、スーパールミネッセントダイオードを含む。このとき測定デバイスは、光を透過するように、たとえば光ファイバを通って、または自由なビーム伝播を提供する光学装置によって、少なくとも１つの光源に結合された光学遅延ユニットをさらに含む。光学遅延ユニットは、測定ビーム、信号ビーム、物体ビーム、および基準ビームのうちの少なくとも１つに可変および調整可能サイズの位相シフトを与えるように動作可能である。

【0048】

典型的には、ビーム生成ユニット内の光源としてスーパールミネッセントダイオードを使用するとき、それぞれの測定ビームは、より短いコヒーレンス長を示すことができる。いくつかの例では、それぞれの測定ビームのコヒーレンス長は、スプリッタと光ビーム再結合器との間の経路差より短くすることができる。このとき、信号ビームおよび基準ビームの再結合が相互に干渉することができなくなる。

【0049】

遅延ユニットによって、少なくとも１つの測定ビーム、信号ビーム、物体ビーム、および基準ビームを非遅延ビーム部分および遅延ビーム部分に分割することができ、遅延ビーム部分のみに可変および調整可能サイズの位相シフトが与えられる。典型的には、非遅延ビーム部分と比べて、遅延ビーム部分への補助光路を与えることができる。このとき、遅延ビーム部分および非遅延ビーム部分は、それぞれの光ファイバを通って共伝播する。

【0050】

測定ビームが遅延ビーム部分および非遅延ビーム部分に分割されることで、対応する物体ビーム、基準ビーム、信号ビーム、および解析ビームが生成され、これらのビームの各々は、非遅延部分および遅延ビーム部分を有する。このとき、低コヒーレンスの光源によって、信号ビームの非遅延部分が、基準ビームの遅延部分に干渉することが可能になる。信号ビームおよび基準ビームのそれぞれの非遅延および遅延部分は、同じまたは実質的に同一の光路長を受け、したがって相互に干渉することが可能である。

【0051】

信号ビーム、物体ビーム、および基準ビームのうちの１つで与えられる遅延は、基準ビームと信号ビームとの間の経路差に対応するように選択および同調することができる。このようにして、最初により低いコヒーレンスを示す、またはたとえば１０ｃｍ未満、１ｃｍ未満、１ｍｍ未満、もしくはさらにはわずか数百マイクロメートルの範囲内の比較的短いコヒーレンス長を含む測定ビームを、それでもなお光源として使用することができる。光学遅延ユニットは、基準ビームと信号ビームとの間のランタイム差を補償するように好適に構成することができる。

【0052】

いくつかの例では、光学遅延ユニットは、測定プローブの上流に設けられる。他の例では、遅延ユニットは、測定ビームおよびそこから導出されるすべてのさらなるビームの伝播に対して、測定プローブの下流に設けられる。

【0053】

概して、光学遅延ユニットは、干渉測定デバイス内の様々な位置に設置することができる。光学遅延ユニットは、ビーム生成ユニットとスプリッタとの間に配置することができる。光学遅延ユニットは、スプリッタと測定プローブとの間に配置することができる。光学遅延ユニットはまた、測定プローブとビーム分割器ユニットとの間に配置することができる。

【0054】

測定デバイスのさらなる例によれば、第１の中心波長λ_１および第２の中心波長λ_２は、式：

【数1】

を満たし、ここで１≦ｎ、ｍ≦５０である。

【0055】

いくつかの例では、５≦ｎ、ｍ≦３５である。さらなる例では、１０≦ｎ、ｍ≦２０である。

【0056】

典型的には、いくつかの例では、ｎおよびｍは整数である。λ_ＳＭは、それぞれ第１および第２の検出器の第１および第２の信号を解析したときに信号アナライザによって人為的に生成される第１の合成波長を画成する。典型的には、第１の合成波長は、第１の中心波長λ_１および第２の中心波長λ_２のいずれよりも約１～５０倍大きい。こうして、干渉測定デバイスによって提供される絶対距離測定に関する測定範囲を増大させることができる。

【0057】

好ましくは、第１の合成波長は、第１の中心波長λ_１および第２の中心波長λ_２のいずれよりも約５～３５倍大きい。ｎおよびｍのそのような選択によって、ロバスト性を改善し、測定の変動および測定の誤差を減少させるという利益のために、合成波長をわずかに減少させることができる。

【0058】

最も好ましくは、第１の合成波長は、第１の中心波長λ_１および第２の中心波長λ_２のいずれよりも約１０～２０倍大きい。ｎおよびｍのそのような選択によって、ロバスト性をさらに改善し、測定の変動および測定の誤差をさらに減少させるという利益のために、合成波長をさらに減少させることができる。

【0059】

信号アナライザは、第１の中心波長および第２の中心波長のうちの少なくとも１つに関する信号ビームと基準ビームとの間の相対位相を判定するように動作可能である。この種の解析は、最高の測定精度を提供するが、最短の絶対測定範囲を伴う。第１の合成波長に関する信号解析を実施するときは、測定分解能または測定精度を犠牲にして、絶対測定範囲を増大させることができる。

【0060】

典型的には、いくつかの例では、信号アナライザは、第１の中心波長および第２の中心波長のうちの少なくとも１つに関する解析ビームの干渉信号に基づいて、測定プローブと表面との間の距離を導出するように動作可能である。信号アナライザは、第１の合成波長に関する解析ビームの干渉信号を評価することによって、測定プローブと物体の表面との間の距離を判定するようにさらに動作可能である。

【0061】

一方では第１の合成波長に基づいて実施され、他方では第１の中心波長および第２の中心波長のうちの少なくとも１つに基づいて実施される別個の測定および別個の信号解析により、測定精度または測定分解能を失うことなく、絶対測定範囲の増大が提供される。

【0062】

測定デバイスのさらなる例によれば、第３の中心波長λ_３ならびに第１および第２の中心波長λ_１またはλ_２のうちの１つは、式：

【数2】

を満たし、ここでｉ＝１または２であり、１０≦ｋ、ｌ≦２，５００である。いくつかの例では、５０≦ｋ、ｌ≦１，０００である。さらなる例では、１００≦ｋ、ｌ≦５００である。したがって、パラメータｋ、ｌは、５０～１，０００の範囲内または１００～５００の範囲内とすることができる。

【0063】

ここでは、第３の中心波長λ_３は、第１および第２の中心波長のうちの少なくとも１つの比較的近くに位置する。こうして、第２の合成波長λ_ＳＧが生成され、第２の合成波長λ_ＳＧは第１の合成波長λ_ＳＭより大きい。いくつかの例では、第２の合成波長λ_ＳＧは、第１の合成波長λ_ＳＭより約１０～２０倍大きい。このようにして、干渉測定デバイスによって提供される距離測定の絶対測定範囲をさらに増大させることができる。この第２の合成波長は、数センチメートルまたはさらには数メートル程度の大きさとすることができる。

【0064】

少なくとも第１、第２、および第３の中心波長のうちの２つが互いにより近くに位置するとき、たとえば第１の中心波長および第３の中心波長が５ｎｍ未満、３ｎｍ未満、またはさらには２ｎｍ未満だけ異なるとき、より大きい第２の合成波長を提供することができ、それによって干渉測定デバイスによって提供される絶対距離測定の範囲を数ミリメートル、数センチメートル、またはさらには数メートルの範囲に増大させることができる。

【0065】

好ましくは、第２の合成波長は、第１の中心波長λ_１および第２の中心波長λ_２のいずれよりも約５０～４００倍大きい。ｋおよびｌのそのような選択によって、第２の合成波長を増大させることができ、したがって測定デバイスの全体的な絶対測定範囲のそれぞれの増大を提供することができる。

【0066】

最も好ましくは、第２の合成波長は、第１の中心波長λ_１および第２の中心波長λ_２のいずれよりも約５０～５００倍大きい。ｋおよびｌのそのような選択によって、第２の合成波長をさらに増大させることができ、したがって測定デバイスの全体的な絶対測定範囲のそれぞれの増大を提供することができる。

【0067】

測定デバイスのさらなる例によれば、ビーム分割器は、解析ビームから第４の中心波長λ_４の第４の部分ビームを抽出するように動作可能である。加えて、または別法として、ビーム生成ユニットは、第４の中心波長λ_４のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能な補助光源を含むことができる。

【0068】

典型的には、さらなる例によれば、第４の中心波長λ_４ならびに第１、第２、および第３の中心波長λ_１、λ_２およびλ_３のうちの１つは、式：

【数3】

を満たし、ここでｉ＝１、２、または３であり、１００≦ｈ、ｊ≦２５０，０００である。いくつかの例では、５００≦ｈ、ｊ≦１００，０００である。さらなる例では、１，０００≦ｈ、ｊ≦５，０００である。したがって、パラメータｈ、ｊは、５００～１００，０００の範囲内または１，０００～５，０００の範囲内とすることができる。

【0069】

ここでは、第４の中心波長λ_３は、第１、第２、および第３の中心波長のうちの少なくとも１つの比較的近くに位置する。こうして、第３の合成波長λ_ＳＬが生成され、第３の合成波長λ_ＳＬは、第１の合成波長λ_ＳＭおよび第２の合成波長λ_ＳＧのいずれよりも大きい。いくつかの例では、第３の合成波長λ_ＳＬは、第２の合成波長λ_ＳＬより約１０～２０倍大きい。このようにして、干渉測定デバイスによって提供される距離測定の絶対測定範囲をさらに増大させることができる。この第２の合成波長は、数センチメートルまたはさらには数メートル程度の大きさとすることができる。

【0070】

別の例によれば、第１の中心波長、第２の中心波長、および第３の中心波長は：
－ ３８０～４９０ｎｍのスペクトル範囲内、
－ ４００ｎｍ～４６０ｎｍのスペクトル範囲内、
－ ４０４ｎｍ～４５５ｎｍのスペクトル範囲内、
－ ４４９ｎｍ～５１１ｎｍのスペクトル範囲内、
－ ４４９～４８９ｎｍのスペクトル範囲内、または
－ ４０４～４７５ｎｍのスペクトル範囲内にある。

【0071】

典型的には、個別の第１、第２、および任意選択の第３、またはさらには第４の光源の選択および／または組合せは、測定の要求、ならびに市販の光源の品質およびコスト効率に依存する。

【0072】

好ましくは、さらなる例によれば、第１、第２、および第３の中心波長はすべて、青色スペクトル範囲内にある。これらの中心波長は、可視青色スペクトル範囲内に位置する。青色スペクトル範囲内、すなわち５１１ｎｍ未満または５００未満での物体の表面またはプロファイルの干渉測定のために測定ビームの少なくとも第１および第２の中心波長を使用することは、この特定のスペクトル範囲に対して実質的に吸収性を有するコーティングを備える物体を測定するのに特に有益である。

【0073】

いくつかの例では、ＳＬＤが第１の光源として実装され、レーザが第２の光源として使用されるとき、第１の中心波長を約４５０ｎｍとすることができ、第２の中心波長を約４７３ｎｍとすることができる。

【0074】

他の例では、第１および第２の光源がどちらもＳＬＤとして実装されるとき、第１の中心波長を約４０５ｎｍとすることができ、第２の中心波長を約４５０ｎｍとすることができる。別法として、第１の中心波長を約４５０ｎｍとすることができ、第２の中心波長を約５１０ｎｍとすることができる。

【0075】

さらに別法として、第１の光源がＳＬＤを含み、第２および第３の光源が各々レーザを含むとき、第１の中心波長を約４５０ｎｍとすることができ、第２の中心波長を約４７３ｎｍとすることができ、第３の中心波長を約４８０ｎｍとすることができる。

【0076】

さらに別法として、第１および第２の光源がどちらもＳＬＤとして実装され、第３の光源がレーザとして実装されるとき、第１の中心波長は約４０５ｎｍであり、第２の中心波長は約４５０ｎｍであり、第３の中心波長は約４７３ｎｍである。

【0077】

３つの個別の光源が使用され、これらの光源のうちの１つがＳＬＤとして実装されるとき、信号検出および後の信号解析のために、４つまたはさらには５つの異なる中心波長を容易に導出することができる。

【0078】

さらなる例によれば、測定デバイスによって測定予定の物体は、第１および第２の中心波長のうちの少なくとも１つの電磁放射に対して実質的に吸収性を有する材料をその表面に含む。典型的には、物体の材料は、第１、第２、および第３の中心波長のうちの少なくとも１つの電磁放射に対して高い吸収性を有する。いくつかの例では、物体は、コーティングまたはコーティング層でコーティングされた光学要素を含む。典型的には、物体のコーティングは、１μｍ～１０μｍ、１０μｍ～１００μｍ、２０μｍ～８０μｍ、または３０μｍ～５０μｍの領域内の層厚さを含むことができる。

【0079】

さらなる例では、測定予定の物体は、１０μｍ未満の層厚さを含むコーティングでコーティングされた表面を含む。コーティングの材料は、第１の中心波長、第２の中心波長、および任意選択の第３の中心波長のうちの少なくとも１つに対して実質的に吸収性を有することができる。典型的には、第１、第２、および任意選択の第３の中心波長の選択は、測定予定の物体のコーティングの材料の種類に依存する。所与のコーティングを有する所与の物体に対して、少なくとも第１および第２の中心波長は、それぞれのスペクトル成分がコーティングによって実質的に吸収されるように選択される。典型的には、特定の中心波長の電磁放射に対して「実質的に吸収性を有する」という用語によって、それぞれの材料またはコーティングを１μｍ伝播した後のそれぞれの中心波長の電磁放射の強度が、最初の強度の少なくとも５０％、少なくとも２０％、もしくは少なくとも１０％、またはさらには１０％未満に低下することが意味される。

【0080】

物体のコーティング材料が実質的に吸収性を有する解析ビームの解析において第１の中心波長および第２の中心波長を使用することによって、コーティングとコーティングされた物体の外面との間の境界面で場合により生じるあらゆる反射を実質的に回避することができる。物体の表面から反射された信号ビームは、コーティングの外面からのみ実質的に反射される。物体ビームのうちコーティング内へ伝播する部分は実質的に吸収され、それ以上反射される可能性はない。

【0081】

したがって、コーティングされた物体のコーティングの吸収特性に応じて適当な波長を選択することは、コーティングされた物体の外面に直接接触するコーティングの下面からのあらゆる反射を回避するのに最終的に有益である。

【0082】

さらなる例によれば、測定デバイスは、光を透過するように、たとえば光ファイバを通って、ビーム生成ユニットに結合されたカプラユニットを含む。カプラユニットは、別の光ファイバを通って測定プローブにさらに接続することができ、さらなる光ファイバを通って分割器ユニットにさらに接続することができる。カプラユニットは、ビーム生成ユニットによって提供される測定ビームをビーム生成ユニットから測定プローブへ誘導し、あらゆる取り込まれたビームを測定プローブから分割器ユニットへ伝送または誘導するように構成される。典型的には、いくつかの例では、測定プローブは、カプラユニットを介してビーム生成ユニットに接続または結合され、測定プローブは、カプラユニットを介してビーム分割器ユニットに接続または結合される。他の例では、カプラユニットと、測定プローブと、分割器ユニットとの間の光結合のうちの少なくとも１つは、自由なビーム伝播を支持する光路として実装される。この光路は、光ファイバを含まなくてよく、自由なビーム伝播を支持することができる。

【0083】

いくつかの例では、スプリッタならびに光ビーム再結合器は、測定プローブ内または測定プローブ上に実装される。

【0084】

解析ビームが測定プローブ内に直接生成される場合、カプラユニットは、解析ビームを測定プローブから分割器ユニットへ誘導するように構成される。他の例では、解析ビームが測定プローブの下流で生成されるとき、光ユニットは、信号ビームを測定プローブから分割器ユニットへ誘導するように構成することができる。カプラユニットは、光ファイバカプラを含むことができ、それによって測定ビームを測定プローブへ誘導することができ、測定プローブによって取り込まれたあらゆるビームを分割器ユニットへ転送または誘導することができる。

【0085】

いくつかの例では、光ユニットは、光サーキュレータとして実装される。さらなる例では、光ユニットは、所与の中心波長の電磁放射の異なるビームを結合および再誘導するように特に適用される。典型的には、カプラユニットは、少なくとも第１および第２の中心波長、ならびに場合により第３の中心波長の電磁放射を１つの光ファイバまたは光学要素から別の光ファイバまたは光学要素へ結合および再誘導するように最適化される。

【0086】

測定デバイスのさらなる例によれば、分割器ユニットは、波長分割マルチプレクサＷＤＭおよびファイバスプリッタのうちの少なくとも１つを含む。ファイバスプリッタは、第１の光学フィルタに接続された第１の出力を含む。ファイバスプリッタは、第２の光学フィルタに接続された第２の出力をさらに含む。いくつかの例では、分割器ユニットは、実質的に波長分割マルチプレクサからなる。そのような波長分割マルチプレクサは、解析ビームを異なるスペクトル成分に、たとえば第１の中心波長の第１のスペクトル成分および第２の中心波長の第２のスペクトル成分に分割するように動作可能である。場合により、波長分割マルチプレクサはまた、解析ビームをそれぞれ第１の中心波長、第２の中心波長、および第３の中心波長の３つの部分ビームに分割するように動作可能とすることができる。

【0087】

波長分割マルチプレクサによって、強度の損失を最小まで低減させることができる。このとき、分割器ユニットの下流に位置する検出器ユニットの第１および第２の検出器には、解析ビームの利用可能なスペクトル強度の最大値を提供することができる。

【0088】

ファイバスプリッタとして実装され、第１の出力が第１の光学フィルタに接続され、第２の出力が第２の光学フィルタに接続されるとき、それぞれの光学フィルタは、第１および第２の中心波長に整合する透過率を含むことができる。典型的には、第１の光学フィルタは、第１の中心波長のみを透過する。第２の光学フィルタは、第２の中心波長のみを透過する。ファイバスプリッタは、入ってくるビームを少なくとも第１の部分ビームおよび第２の部分ビームに分割するように動作可能であり、第１および第２の部分ビームは、ある程度同一または実質的に等しいスペクトル分布を含む。

【0089】

別のファイバスプリッタをさらに提供することができ、それによって測定プローブまたはカプラユニットによって提供される入ってくる解析ビームが、第１、第２、および第３の部分ビームに分割される。次いで、第１、第２、および第３の部分ビームを、それぞれの第１、第２、および第３の光学フィルタへ誘導することができる。それぞれの光学フィルタによって、よりぴったりの中心波長を入射電磁放射から選択することができる。光学フィルタの使用は、電磁強度の実質的な減少を必然的に伴う。しかし、光学フィルタの使用は、さらなる信号解析のためにより短帯域で精密な中心波長を提供する。

【0090】

別の態様によれば、本開示は、コーティングでコーティングすることができる物体、たとえば光学要素の表面またはプロファイルを測定する方法に関する。この方法は、物体を提供する工程を含み、物体は表面材料を含む。いくつかの例では、表面材料は、物体の表面に設けられたコーティングを含む。さらなる工程で、ビーム生成ユニットによって測定ビームが生成される。測定ビームから物体ビームおよび基準ビームが分岐させられる。次いで物体ビームは、光学プローブによって物体の表面へ誘導される。

【0091】

物体ビームおよび測定ビームのうちの少なくとも１つの所与の波長に対して、表面材料は、１００μｍ未満、５０μｍ未満、２０μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、２μｍ未満、１μｍ未満、０．５μｍ未満、または０．１μｍ未満の光吸収または光貫入深さを含む。ここでは、光貫入深さは、ビーム強度が１／ｅに、すなわち最初のビーム強度の約３６％に低下した材料の厚さによって画成される。

【0092】

別法として、別の例によれば、表面材料は吸収係数ＡＣを含み、ＡＣは、物体ビームおよび測定ビームのうちの少なくとも１つに対して、５００，０００ｃｍ^－１～５，０００ｃｍ^－１（すなわち、１ｃｍ^－１当たり５０万～５千）である。

【0093】

測定ビームのうち物体の表面によって信号ビームとして反射された部分がさらに取り込まれる。その後、物体の表面、たとえば光学要素のコーティングの外面によって反射された信号ビームが、基準ビームと再結合される。再結合された信号ビームおよび基準ビームが、解析ビームを構成する。次いで、解析ビームの干渉が検出器ユニットによって検出され、検出器ユニットの信号を解析することによって、光学プローブと表面との間の距離が導出される。

【0094】

典型的には、さらなる例によれば、物体ビームおよび／または測定ビームの波長は、干渉測定デバイスから離れる方を向いている物体の下面で反射されて少なくとも部分的に吸収された信号ビームの強度が、物体の上面で反射された信号ビームの強度の５％未満、２％未満、１％未満、または０．５％未満になるように選択される。

【0095】

ここでは、少なくとも部分的に吸収された信号ビームは、物体の上面から表面材料に入り、表面材料を通る伝播を受ける。この信号ビームは、干渉測定デバイスから離れる方を向いている表面材料の下面で内部反射され、再び表面材料を通って伝播し、あるいは少なくとも部分的に吸収された信号ビームとして、再び測定プローブに入る。

【0096】

典型的には、所与の表面材料および物体の表面に設けられた表面材料のコーティングに対して、測定プローブに再び入る信号ビームより、物体の表面材料の上面によってまたは物体の表面材料の上面で反射された放射が優先するように、測定ビームの第１および第２の中心波長のうちの少なくとも１つが選択される。こうして、物体ビームのうち表面材料に入る部分が実質的に吸収され、反射された信号ビーム部分が、表面材料の上面で反射される信号ビーム部分に干渉または重複しなくなる。

【0097】

さらなる態様では、コーティングでコーティングされた物体の表面および／またはプロファイルを測定する方法が提供され、コーティングは表面材料を含む。表面を測定する方法は干渉による方法であり、物体ビームおよび基準ビームが測定ビームから分岐させられる。物体ビームの中心波長は、物体ビームが物体の表面材料によって実質的に吸収されるように選択される。このようにして、物体のコーティングの上面または外面から反射された光のみが、さらなる干渉信号解析のために再び測定プローブに入ることを保証することができる。

【0098】

その限りにおいて、この方法は、物体の表面材料が実質的に吸収性を有する所望の中心波長を有する測定ビームを選択または提供することを特徴とする。このようにして、表面材料のコーティングがより薄い場合、または測定予定の物体を比較的薄くするべきであるとき、たとえば物体が１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、または１ｍｍ未満の厚さを含むべきであるとき、測定ビームの中心波長は、表面材料の吸収係数または光貫入深さに関して選択される。これは、コーティングの下面または測定予定の物体の下面からのあらゆる反射を実質的に回避または抑制することができるため、特に有益である。

【0099】

いくつかの例では、上述した方法は、上述した干渉測定デバイスによって実施される予定である。その限りにおいて、干渉測定デバイスに関連して上述したすべての構成、効果、および利益は、物体の表面またはプロファイルを測定する方法にも等しく適用することができる。逆も同様であり、上述した測定デバイスはまた、上述した物体の表面またはプロファイルを測定する方法を実施するように構成および適用することができる。

【0100】

さらなる例によれば、測定予定の物体は、表面にコーティングを含む。ここでは、物体のコーティングが表面材料を含む。典型的には、物体のコーティング全体が表面材料から作られる。他の例では、コーティングの外層または上層が表面材料から作られる。物体ビームが物体の表面へ誘導されるとき、コーティングに入る物体ビームの大部分がコーティングによって吸収される。このようにして、コーティングの下面からのあらゆる反射または測定プローブから離れる方を向いている物体の下面からの反射を実質的に回避および抑制することができる。

【0101】

さらなる例によれば、物体のコーティングは、シリコンもしくはダイヤモンドライクカーボンＤＬＣを含み、またはシリコンもしくはダイヤモンドライクカーボンＤＬＣからなる。たとえばレンズまたはミラーなどの光学要素の形態の物体が、たとえばシリコン層でコーティングされたとき、この方法および測定デバイスは、典型的には、５５０ｎｍ未満の波長の実質的なスペクトル成分、すなわち無視できないスペクトル成分を含む測定ビームを提供するように実装される。好ましくは、測定ビームは、たとえば第１の中心波長および第２の中心波長のいくつかのスペクトル成分を含み、第１および第２の中心波長はどちらも５５０ｎｍ未満である。

【0102】

典型的な例では、測定予定の物体がシリコンでコーティングまたはＤＬＣでコーティングされるとき、測定ビームは、第１および第２の中心波長、ならびに場合により第３の中心波長のスペクトル成分を含み、第１、第２、および第３の中心波長は３８０ｎｍ～４８０ｎｍである。このようにして、物体ビームのうちコーティングに入る部分が実質的に吸収され、コーティングの下面からのあらゆる反射を実質的に抑制または回避することができる。

【0103】

以下、測定デバイスならびに光学要素などの物体の表面および／またはプロファイルを測定する方法の多数の例について、図面を参照することによってより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0104】

【図1】本開示による干渉測定デバイスの一例を示す図である。

【図2】干渉測定デバイスのさらなる実装を示す図である。

【図3】結合器ユニットを備えたビーム生成ユニットの一実施形態を示す図である。

【図4】さらなる例におけるビーム生成ユニットおよび結合器ユニットのさらなる例を示す図である。

【図5】光学遅延ユニットを示す図である。

【図6】測定プローブの一例を示す図である。

【図7】物体の表面材料の光吸収を示す図である。

【図8】ビーム生成ユニットの別の例を示す図である。

【図9】ビーム生成ユニットのさらなる例を示す図である。

【図10】測定ビームのスペクトル分布を示す図である。

【図11】ビーム分割器ユニットと検出器ユニットの組合せを示す図である。

【図12】測定ビームのスペクトル分布の別の例を示す図である。

【図13】光学ダイオード配置の一例を示す図である。

【図14】干渉測定デバイスによって表面を測定する方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0105】

図１に、物体１の表面２、４またはプロファイルを測定するための干渉測定デバイス１０が概略的に示されている。干渉測定デバイス１０は、少なくとも第１の光源２１を含むビーム生成ユニット２０を含む。第１の光源２１は、５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を有する測定ビームＢＭを生成するように動作可能である。典型的には、第１の光源２１は、５５０ｎｍ未満かつ３８０ｎｍを超える視覚スペクトル範囲内の測定ビームを生成するように動作可能である。

【0106】

干渉測定デバイスは、少なくとも１つの光ファイバ９１、９２、９３、９４を通ってビーム生成ユニット２０に接続された測定プローブ５０をさらに含む。図６により詳細に示すように、測定プローブ５０はスプリッタ５５を含み、ビーム生成ユニット２０によって提供される測定ビームＢＭは、スプリッタ５５によって物体ビームＢＯおよび基準ビームＢＲに分離される。

【0107】

物体ビームＢＯのみが、物体１の表面２、４の方へ誘導される。そこで、すなわち物体１の表面２、４で、物体ビームＢＯは信号ビームＢＳとして反射され、再結合器５６によって基準ビームＢＲと再結合される。基準ビームＢＲと再結合された信号ビームＢＳは、解析ビームＢＡを構成または形成する。解析ビームＢＡは、図１に示すように、測定プローブ５０からビーム分割器ユニット６０の方へ伝送される。

【0108】

分割器ユニット６０は、少なくとも１つの光ファイバ９４、９５を通って測定プローブ５０に接続されており、解析ビームＢＡから第１の中心波長λ_１の第１の部分ビームＢＰ１を抽出し、第２の中心波長λ_２の第２の部分ビームＢＰ２を導出するように動作可能である。第１および第２の部分ビームＢＰ１およびＢＰ２は、検出器ユニット７０の第１の検出器７１および第２の検出器７２へ別個に提供および伝送される。そこで、解析ビームＢＡの干渉の波長選択的な検出を提供することができる。

【0109】

検出器ユニット７０の個別の検出器７１、７２は、伝送線９８を介して信号アナライザ８０に接続される。信号アナライザ８０は、少なくとも第１の検出器７１および少なくとも第２の検出器７２から取得した信号に基づいて、測定プローブ５０と表面２、４との間の距離Ｄを導出または計算するように構成される。

【0110】

図６に示す例では、測定プローブ５０をビーム生成ユニット２０に接続する光ファイバ９４のファイバ端面５２が、スプリッタ５５として作用する。したがって、ビーム生成ユニット２０によって提供された測定ビームＢＭの一部分が反射され、すなわち光ファイバ９４内でファイバ端面５２から内部反射される。測定ビームＢＭの別の部分は、ファイバから光学要素５１を通って伝播し、物体ビームＢＯとして物体１の表面４、２に向かって表面４、２へ誘導される。典型的には、物体ビームＢＯは、それぞれの表面２、４の一部に集束させられる。ファイバ端面５２の内部反射率を増大させるために、ファイバ端面５２、したがってスプリッタ５５にコーティング５３を設けることができる。こうして、物体ビーム、したがって信号ビームの強度を犠牲にして、基準ビームＢＲの強度を増大させることができる。

【0111】

物体ビームＢＯの一部分は、測定予定の表面２、４から反射され、信号ビームＢＳとして再び測定プローブ５０に入る。典型的には、信号ビームＢＳは、物体ビームＢＯを逆方向に伝播する。信号ビームＢＳは光ファイバ９４に入り、基準ビームＢＲと再結合される。それに応じて、基準ビームＢＲと信号ビームＢＳとの間の、位相オフセットして反射するランタイム差が生じる。このランタイム差は、スプリッタ５５と再結合器５６との間、したがってスプリッタ５５と物体１の表面４、２との間の光路差、したがって距離Ｄに直接相関する。

【0112】

可変の距離によって、その結果得られる解析ビームＢＡのそれぞれの干渉信号は測定可能な変化を受け、これは個別の検出器７１、７２によって検出可能であり、次いで検出器７１、７２からの信号はさらなる信号解析を受け、それによって測定プローブ５０と物体１の表面４、２との間の距離Ｄを導出または計算する。

【0113】

いくつかの例では、測定予定の物体１にコーティング３または表面材料５が設けられる。コーティング３および／または表面材料５は、シリコンまたはダイヤモンドライクカーボンＤＬＣを含むことができる。測定プローブ５０の方を向いているコーティング３、したがって表面材料５の層は、５～１０μｍ、１０～２０μｍ、１０μｍ～１００μｍ、５０μｍ～１５０μｍ、１００μｍ～２００μｍ、１５０μｍ～２５０μｍ、または１００μｍ～３００μｍなど、わずか数マイクロメートルの範囲内の厚さを含むことができる。赤外スペクトル範囲内の測定ビームＢＭを使用すると、コーティング３がこのスペクトル範囲内の電磁放射に対して実質的に透過性を有するため、多数の問題を招く可能性がある。このとき、コーティング３の外面４上またはコーティング３の外面４からの反射だけでなく、物体１または光学要素の外面に接触して直接隣接するコーティング３の内面２からも反射が生じることがある。このとき、外面４から反射された信号ビームＢＳと、下面２または物体１とコーティング３との間の境界面から反射された信号ビームＢＳ’とを区別するのはより困難である。

【0114】

５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を含むように測定ビームを選択または設計することによって、コーティング３内へコーティング３を通って伝播するそれぞれの物体ビームＢＯが実質的に吸収される。こうして、物体１とコーティング３との間の境界面で反射される信号ビームＢＳ’の強度が最小まで低減され、反射された信号ビームＢＳおよび基準ビームＢＲの再結合によってもたらされる解析ビームＢＡの干渉の検出および解析を妨げることがなくなる可能性がある。

【0115】

典型的には、ビーム分割器ユニット６０は、第１および第２の部分ビームＢＰ１、ＢＰ２を生成または導出するように動作可能であり、それぞれの部分ビームは、３８０ｎｍ～５５０ｎｍの第１および第２の中心波長λ_１、λ_２を含む。このようにして、物体１のコーティング３の外面４から反射されたそのような物体ビームのみが検出および後の信号解析を受けるようになることを確実にすることができる。コーティングの内面２からの内部反射が実質的に抑制される。

【0116】

いくつかの例では、測定プローブ５０はハウジング５４を含む。ハウジング５４は、光学要素５１、たとえば視準または集束用光レンズのための取付具として働く。ファイバ端面５２、したがってファイバ９４全体を、ハウジング５４に取り付けて固定することができる。場合により、測定ビームＢＭの位相を周期的に修正することができる圧電トランスデューサなどのトランスデューサ５８、または何らかの他の種類の位相変調器を設けることができる。測定ビーム、したがって基準ビームおよび信号ビームの位相のそのような周期的な変調は、基準ビームＢＲと信号ビームＢＳとの間の相対位相の精密な測定にとって有益である。

【0117】

図１に示す干渉測定デバイス１０は、光ファイバ構成要素によって実装される。干渉測定デバイス１０の個別の構成要素は、個別の光ファイバ９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９９を通って光学的に接続される。光ファイバの実装および個別の構成要素のそれぞれの光ファイバ接続によって、干渉測定デバイス全体がよりロバストで安定したものになる。干渉測定デバイスは、典型的には光カプラユニット４０を含み、光カプラユニット４０は、光ファイバ９３を通ってビーム生成ユニット２０に接続され、別の光ファイバ９４を通って測定プローブ５０に接続され、さらなる光ファイバ９５によって分割器ユニット６０に接続される。カプラユニット４０は、光サーキュレータとして実装することができる。いくつかの実施形態または例では、カプラユニット４０は、Ｘカプラなどの光ファイバカプラを含む。

【0118】

光ファイバ９３によって提供された電磁放射は、さらなる光ファイバ９４を通って測定プローブ５０へ伝送される。測定プローブ５０によって取り込まれ提供される解析ビームＢＡは、同じ光ファイバ９４を通って伝送され、逆方向に伝播する。解析ビームＢＡは、カプラユニット４０によってビーム分割器ユニット６０へ再誘導される。

【0119】

測定ビームＢＭから物体ビームＢＯおよび基準ビームＢＲへの分割は、測定プローブ５０内で行われる。また、信号ビームＢＳと基準ビームＢＲの再結合は、測定プローブ５０のファイバ端面５２で行われる。他の例では、測定ビームＢＭの分割ならびに信号ビームＢＳおよび基準ビームＢＲの再結合を、干渉測定デバイス１０の他の構成要素によって行うことができる。たとえば、測定ビームＢＭから物体ビームＢＯおよび基準ビームＢＲへの分割を、ビーム生成ユニット２０およびカプラユニット４０のうちの１つによって行うことができる。他の例では、基準ビームＢＲおよび信号ビームＢＳの再結合を、カプラユニット４０またはビーム分割器ユニット６０によって行うことができる。

【0120】

概して、ビーム生成ユニット２０は、５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を含む少なくとも１つの光源２１を含む。いくつかの例では、光源２１はより広帯域の光源であり、電磁放射のより大きいスペクトル分布を提供する。このとき、ビーム分割器ユニット６０は、第１の光源２１によって提供されるスペクトル分布から、第１および第２の中心波長の第１および第２の部分ビームＢＰ１、ＢＰ２を導出または抽出するように動作可能である。

【0121】

他の例では、ビーム生成ユニット２０は、第１の中心波長λ_１のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能な第１の光源２１を含み、第２の中心波長λ_２のスペクトル成分を含む電磁放射を放出するように動作可能な第２の光源２２をさらに含む。このようにして、ビーム生成ユニット２０によってもたらされるまたは生成される電磁放射のスペクトル分布は、ビーム分割器ユニット６０によって抽出される第１および第２の部分ビームＢＰ１、ＢＰ２の第１および第２の中心波長に密接に適用されており、それらの第１および第２の中心波長に厳密に整合することができる。

【0122】

好ましくは、第１の光源２１は、第１の中心波長の電磁放射を生成および放出するように動作可能であり、第２の光源２２は、第２の中心波長の電磁放射を生成および放出するように動作可能である。このようにして、検出器ユニット７０における信号対雑音比を改善することができ、干渉測定デバイス１０の全体的な効率および有効性を高めることができる。

【0123】

図１にさらに示すように、ビーム生成ユニット２０は、結合器ユニット２５を含むことができ、または結合器ユニット２５に接続することができる。図１に示すように、第１の光源２１は、光ファイバ９１によってまたは光ファイバ９１を通って、結合器ユニット２５に接続される。第２の光源２２は、別の光ファイバ９２を通って、結合器ユニット２５に個別にかつ別個に接続される。結合器ユニット２５内では、第１および第２の光源２１、２２によって生成され、それぞれの光ファイバ９１、９２によって提供される個別の光ビームが、カプラユニット４０に入る単一の光ファイバ９３内で結合される。

【0124】

図２に示すさらなる例では、図１による干渉測定デバイス１０の機構が、第３の中心波長λ_３に拡大されている。ここでは、検出器ユニット７０は、第１の中心波長λ_１のための第１の検出器ユニット７１と、第２の中心波長λ_２のための第２の検出器ユニット７２と、第３の中心波長λ_３のための第３の検出器７３とを含み、それぞれの中心波長は互いに対して異なる。

【0125】

個別の検出器７１、７２、７３は、電気信号線９８を通って信号アナライザ８０に別個にまたは一緒に接続することができ、個別の検出器７１、７２、７３によって生成される電子または電気信号は、電気信号線９８によって、電子信号アナライザまたは電子的に実装される信号アナライザ８０へ伝送される。

【0126】

図２からさらに明らかなように、解析ビームＢＡの多波長選択的な解析を提供するために、ビーム分割器ユニット６０は、光ファイバ９５によって提供される解析ビームから、第１および第２の部分ビームだけでなく第３の部分ビームＢＰ３も抽出するように動作可能である。３つの部分ビームＢＰ１、ＢＰ２、およびＢＰ３は、個別の光ファイバ９６、９７、９９を通ってそれぞれの第１、第２、および第３の検出器７１、７２、７３へ個別に伝送される。生成ユニット２０によって実装される光源２１、２２、２３の種類に応じて、異なる中心波長を解析ビームＢＡから抽出することができる。

【0127】

図２の例では、ビーム生成ユニット２０は、３つの個別の光源２１、２２、２３を含む。ここでは、第１の光源２１は、第１の中心波長の電磁放射を生成および放出するように動作可能である。第２の光源２２は、第２の中心波長の電磁放射を生成および放出するように動作可能であり、第３の光源２３は、第３の中心波長の電磁放射を生成および放出するように動作可能である。

【0128】

別個の光源２１、２２、２３は、それぞれの光ファイバ９０、９１、９２によって結合器ユニット２５に個別に結合される。結合器ユニット２５内で、または結合器ユニット２５によって、個別の光源および３つの個別の光ファイバ９０、９１、９２によって提供される電磁放射が単一の光ファイバ９３内で結合され、結合または重畳された電磁放射は、光ファイバ９３によってカプラユニット４０へ伝送される。

【0129】

光結合器ユニット２５は、たとえば図８に示すように光ファイバ結合器１４として実装された光カプラ１５を含むことができる。結合器ユニット、したがって光結合器１４によって、第１および第２の光ファイバによって提供される電磁光強度を、単一の出力ファイバ内で結合することができる。

【0130】

いくつかの例では、個別の光源２１、２２、２３は、レーザ光源２７またはスーパールミネッセントダイオードＳＬＤ２６として実装される。図１の例では、光源２１、２２はどちらも、レーザ光源２７として実装される。同様に、図２および図４の例では、光源２１、２２、２３のうちの少なくとも１つがレーザ２７として実装される。別法として、光源２１、２２、２３のうちの少なくとも１つを、ＳＬＤまたは白色光源として実装することができる。

【0131】

図３の例では、第１の光源２１および第２の光源２２がどちらも、ＳＬＤとして実装される。ここでは、第１の光源２１によって生成される放射が、光ファイバ９１を通って結合器ユニット２５へ伝送される。第２のＳＬＤ光源２２によって生成される光は、別の光ファイバ９２を通って結合器ユニット２５内へ結合器ユニット２５の方へ伝送される。結合器ユニット２５内で、別個の光ファイバ９１、９２によって提供されたそれぞれのビームが結合され、さらなる光ファイバ９１ａを通って光学遅延ユニット３０内へ共伝播する。

【0132】

光学遅延ユニット３０は、干渉測定デバイス１０の任意選択の構成要素であり、典型的には、少なくとも１つの光源２１、２２、２３がＳＬＤなどの比較的低い空間コヒーレンスの光源として実装されるデバイス１０の例に提供される。遅延ユニット３０は、前述の光ファイバ９３を介してカプラユニット４０にさらに接続される。

【0133】

図４に示すさらなる例では、ビーム生成ユニット２０は、レーザ光源２７として実装された第１の光源２１を含む。ビーム生成ユニット２０は、ＳＬＤ２６として実装された第２の光源２２をさらに含む。ここでは、第１の光源２１の出力は、光ファイバ９１を通って結合器ユニット２５に直接接続される。第２の光源２２の出力は、光ファイバ９２を介して遅延ユニット３０に接続される。遅延ユニット３０の出力は、結合器ユニット２５に接続される。

【0134】

遅延ユニット３０は、低コヒーレンスの光源２２によって生成された測定ビームＢＭのスペクトル成分に人為的な位相または遅延を与える働きをする。典型的には、低コヒーレンス光を使用するとき、基準ビームＢＲと信号ビームＢＳとの間の光路差Ｄを、それぞれの光源によってもたらされる電磁放射のコヒーレンス長より大きくすることができる。

【0135】

このとき、２つのビームが干渉しなくなり、それぞれの干渉距離測定は可能ではなくなるはずである。図５により詳細に示す光学遅延ユニット３０では、基準ビームに人為的かつ調整可能な遅延を与えて、基準ビームのうち人為的な遅延を与えられた部分が、測定された測定プローブ５０と表面２、４との間の距離Ｄに実質的に整合するようにすることができる。

【0136】

図５に示す遅延ユニット３０は入力３１を含み、入力３１は、図３に示すように光ファイバ９１ａに接続され、または図４に示すように光ファイバ９２に接続される。内部では、遅延ユニット３０は光ファイバカプラ３３を含み、入射光は、光ファイバカプラ３３によって遅延ヘッド３５内へ誘導される。遅延ヘッド３５は、集束レンズなどの光学要素３７を含むことができ、入射光は光学要素３７によって、たとえばミラーまたは再帰反射要素として実装された反射体３４へ誘導される。遅延ヘッド３５は、別の光ファイバ３９によって、入力３１および／または光ファイバカプラ３３に接続される。遅延ヘッド３５と反射体３４との間で、それぞれの光ビームは自由な伝播を受ける。

【0137】

遅延ヘッド３５内で終端する光ファイバ３９のファイバ端面３６が、遅延ヘッド３５に固定される。遅延ヘッド３５は、光軸に沿って、または反射体３４に対して可動である。この場合も、測定プローブ５０に関連して上述したものと同様に、光ファイバ３９の端面３６は、光ファイバ３９によって提供される電磁放射に対するスプリッタとして働く。電磁放射の一部分は、ファイバ端面３６によって再帰反射され、それぞれの電磁放射の別の部分は、反射体３４によって反射され、遅延ヘッド３５によって取り込まれる。場合により、遅延ヘッド３５は、トランスデューサ３８または任意の他の種類の位相変調器による周期的な変調を受けることができる。測定ビームＢＭが光学遅延ユニット３０を通って完全に伝播するとき、トランスデューサ３８または位相変調器は、測定プローブ５０のトランスデューサ５８または位相変調器５８に取って代わることができ、またはそれに置き換わることができる。

【0138】

こうして、調整可能かつ修正可能な遅延Δｄを基準ビームＢＲに与えることができる。反射体３４から反射された光は、遅延ヘッド３５によって取り込まれ、再びカプラ３３に入る。そこから、取り込まれた光は、カプラ３３から出力３２の方へ伝播し、出力３２は、光を通すように光ファイバ９３に接続され、したがって図３に示すようにカプラユニット４０に直接接続される。

【0139】

別法として、図４に示すように、遅延ユニット３０の出力３２は、光ファイバ９１ａに接続することができ、結合器ユニット２５に入って、レーザ光源２７によって提供されるさらなるスペクトル成分に再結合することができる。図７に、物体１の表面２に設けられたコーティング３の吸収を示すグラフ１００が概略的に示されている。コーティング３は表面材料５を含む。表面材料５は、厚さＣを有する層を含む。層厚さＣは、数マイクロメートルの範囲内とすることができる。いくつかの例では、層厚さは、５μｍ未満、１０μｍ未満、２０μｍ未満、５０μｍ未満、または１００μｍ未満である。いくつかの例では、コーティング３の厚さＣは、さらに１μｍ未満とすることができる。

【0140】

典型的には、いくつかの例では、測定ビームＢＭは、５５０ｎｍ未満の波長の中心波長、または少なくともスペクトル成分を含む。このスペクトル範囲内で、表面材料５は、それぞれの電磁放射に対して実質的に吸収性を有する。図７のグラフ１００に示すように、層厚さＣにわたって伝送される光強度は、表面材料５を約１μｍ伝播した後に約１％に低下する。実質的には、５５０ｎｍ未満の波長のスペクトル成分を有する測定ビームを使用することによって、コーティング３およびたとえばシリコンまたはＤＬＣの形態のそれぞれの表面材料５は実質的に吸収性を有し、したがってコーティング３の下面２から信号ビームＢＳ’として反射される光の寄与が無視できるほどわずかになる。

【0141】

図８は、図４による実施形態をより詳細な図で示す。ここでは、ビーム生成ユニット２０は、レーザ２７として実装された第１の光源２１を含む。ビーム生成ユニット２０は、ＳＬＤ２６として実装された第２の光源２２を含む。ＳＬＤ２６は、光源２２内へのあらゆる反射または後方散乱を回避するために、光アイソレータまたは光ダイオード２４に接続される。光ダイオード２４の出力は、光学遅延ユニット３０に接続される。ここでは、第２の光源２２によって生成される光ビームが、図５に関連して上述したように、可変かつ同調可能な光学遅延を受ける。

【0142】

第１の光源２１はレーザ光源２７である。第１の光源２１は、光ファイバカプラ１１によって光ファイバ９１に接続される。遅延ユニット３０の出力には光ファイバ９２が設けられる。２つの光ファイバ９１、９２は、結合器ユニット２５に入る。結合器ユニット２５は、たとえば光ファイバ結合器１４として実装された光ファイバカプラ１５を含む。光ファイバカプラ１５は、典型的には結合器として実装されており、光源２１、２２の種類が異なるため、クロストークまたは光ファイバ結合の程度に関して非対称とすることができる。

【0143】

この例では、第１の光源２１によって提供される光強度は、第２の光源２２によって提供される光強度より約１０倍大きい。光ファイバ結合器１４の混合比は、様々な光源２１、２２の異なる光強度に従って、別の光ファイバカプラ１１を通ってまたは別の光ファイバカプラ１１によって光結合器ユニット２５の出力に接続される出力光ファイバ９３内で、個別の光源２１、２２のスペクトル成分が実質的に等しく分散されるように、適当に設計および構成される。

【0144】

図９に示すさらなる例では、ビーム生成ユニット２０は、第１の光源２１および第２の光源２２を含み、光源２１、２２はどちらも、ＳＬＤ２６として実装されている。ここでは、個別の光源２１、２２がどちらも光ダイオード２４を備えており、光ダイオード２４は、結合器ユニット２５とそれぞれの光源２１、２２との間に設けられる。光ダイオード２４は、光ファイバによって実装される。光ダイオード２４は、それぞれの光ファイバカプラ１１によって、光源２１、２２の光ファイバならびに結合器ユニット２５の光ファイバに接続される。

【0145】

結合器ユニット２５の出力は、たとえば光ファイバｘカプラ１５として実装されたカプラ３３を含む遅延ユニット３０に接続される。カプラ１５の出力は、光ファイバ３９を介して遅延ヘッド３５に接続される。カプラ１５の別の出力は、光ファイバ９３に接続することができ、光ファイバ９３は、カプラユニット４０および／または測定プローブ５０に接続されており、または接続可能である。カプラ１５のさらなる出力には、ビームトラップ１２を設けることができる。

【0146】

異なる光源２１、２２、２３およびそれらの相互光結合の特有の選択は、測定予定の物体１のコーティング３の種類に依存する。この特有の選択は、市販の光源ならびに投影光を案内する光学構成要素、たとえば光ファイバ、カプラ、および結合器の利用可能性にさらに依存することができる。

【0147】

図１０の例では、第１の光源２１としてスーパールミネッセントダイオード２６を使用し、第２の光源２２としてレーザ２７を使用するときの測定ビームのスペクトルを示すグラフ１１０が示されている。示されているように、スーパールミネッセントダイオード２６、したがって第１の光源２１は、５５０ｎｍの領域内でより広帯域のスペクトルを提供する。ＳＬＤによって生成および提供される電磁放射のスペクトル幅は、３ｄＢで約６ｎｍとすることができる。

【0148】

それと比べて、第２の光源２１は、第２の中心波長、たとえば４７２．９ｎｍの電磁放射を放出するように構成される。レーザ光源によって放出される放射は、比較的長いコヒーレンスであり、たとえば１ＭＨｚ未満のより小さい帯域幅（ＦＷＨＭ）を示す。

【0149】

第１の光源２１はより広帯域の光信号を提供するため、放出されたスペクトルから第１の中心波長および第３の中心波長を選択することができる。これは、それぞれの中心波長、たとえば４４８．２ｎｍおよび４５０．４ｎｍを有し、したがって第１および第３の中心波長を画成する適当なフィルタによって行うことができる。ここでは、第３の中心波長は、第１の中心波長のより近くに位置し、したがって比較的大きい合成波長が第１および第３の中心波長から構成される。

【0150】

第２の中心波長は、第１および第３の中心波長のうちの少なくとも１つから明確なスペクトル距離をあけて提供される。ここでは、解析ビームＢＡの干渉解析のために、たとえば第１の中心波長および第３の中心波長に基づく別の合成波長を人為的に生成することができる。

【0151】

図１１に、スーパールミネッセントダイオード２６の電磁放射ならびにレーザ２７によって生成および放出される電磁放射から構成される測定ビームの波長分割のために特に実装された分割器ユニット６０の一例が示されている。ここでは、分割器ユニット６０は、第１の出力６９ａおよび第２の出力６９ｂを有する波長分割マルチプレクサ６１を含む。第１の出力６９ａは、第２の中心波長の放射、したがってレーザ２７によってもたらされる放射を伝送するように構成された光学フィルタ６８に接続される。光学フィルタ６８の下流には、検出器ユニット７０の第２の検出器７２が設けられる。

【0152】

ＷＤＭ６１の第２の分岐または第２の出力６９ｂは、光ファイバカプラ１１を介して、さらなる光ファイバによって光ファイバスプリッタ６２に接続され、光ファイバスプリッタ６２は、第２の出力６９ｂによって提供されるビームを等しいまたは異なる分岐または部分に分割するように動作可能である。ここでは、スプリッタ６２の第１の出力は、フィルタ６５へ誘導され、次に第１の検出器７１へ誘導される。スプリッタ６２の第２の出力６４は、フィルタ６６へ、さらにフィルタ６７へ誘導され、最終的に第３の検出器７３へ誘導される。第２の検出器７２の前に位置するフィルタ６８は、検出器７２のための保護フィルタとして実装される。フィルタ６８は、ＳＬＤによって生成されるスペクトル成分を抑制するように動作可能であり、および／またはそのように構成される。同様に、第１の検出器７１の前に位置するフィルタ６５は、レーザ光源２７のスペクトル成分を抑制するように動作可能である。第３の検出器７３の前に位置する光学フィルタ６６、６７の示されているカスケード接続は、それぞれの検出器をあらゆる混乱から保護する働きをする。ここでは、第３の中心波長が第１の中心波長よりレーザ光源の第２の中心波長に近いため、光学フィルタ６６が、レーザ光源２７のスペクトル成分を抑制するように実装される。

【0153】

このとき、さらなる光学フィルタ６７は、第３の中心波長外にある光のあらゆるさらなるスペクトル成分を抑制するように構成される。

【0154】

多数のグラフ１１１、１１２、１１３、および１１４に、図１１に関連して上述した様々なフィルタ６５、６６、６７、および６８の伝送およびフィルタ効率の例が提供されている。フィルタ６５は、４５０ｎｍより大きい波長のスペクトル成分を抑制するように動作可能である。フィルタ６６は、４２０ｎｍ前後のスペクトル領域内の波長の電磁放射を抑制するように動作可能である。光学フィルタ６７は、４５０ｎｍ～４９０ｎｍの範囲内のスペクトル成分を伝送するように動作可能である。光学フィルタ６７は、第３の中心波長、たとえば４５０ｎｍ前後の第３の部分ビームを提供および伝送するように動作可能である。

【0155】

グラフ１１４に示す光学フィルタ６８は、４６０ｎｍ未満の波長のあらゆるスペクトル成分を抑制するように特に動作可能である。

【0156】

図１２に示すさらなる例では、どちらもＳＬＤとして実装された２つの個別の第１および第２の光源２１、２２が提供される。ここでは、第１の光源２１は、４０５ｎｍ前後のスペクトル領域内の電磁放射を放出するように動作可能である。第２のＳＬＤ光源２２は、約４５０ｎｍの電磁放射を放出するように動作可能である。図１２のグラフ１２０に示すように、第１の中心波長は約４０５ｎｍであり、第２の中心波長は約４４９ｎｍであり、第３の中心波長は約４５１ｎｍである。ここでは、第２および第３の中心波長は、やや大きい合成波長を生成するように動作可能であり、したがって干渉測定デバイスの絶対測定範囲を増大させることが可能である。

【0157】

ビーム分割器ユニット６０および図１２に示すビーム生成ユニット２０の機構は、図１１の概略図とある程度同一とすることができる。当然ながら、それぞれの光学フィルタは、ビーム生成ユニット２０の中心波長に密接に対応して選択される。

【0158】

本明細書に記載および提案するスーパールミネッセントダイオードＳＬＤ２６は、干渉測定デバイス１０内で発生しうる内部反射の影響をより受けやすい。ＳＬＤ内へ後方伝播するあらゆる反射または内部反射を抑制するために、図１３に示す光学ダイオード配置８５を設けることができる。光学ダイオード配置８５は、ビーム生成ユニット２０と測定プローブ５０およびカプラユニット４０のうちのいずれか１つとの間に設けることができる。光学ダイオード配置８５は、波長分割マルチプレクサ６１を含むことができ、それによって入ってくる光を第１の光ファイバ分岐および第２の光ファイバ分岐に分離することができる。第１の分岐は光ダイオード２４を含むことができ、第２の分岐は別の光ダイオード２４’を含むことができる。

【0159】

光ダイオード２４、２４’は、波長分割マルチプレクサ６１に接続されており、波長分割マルチプレクサ６１は、測定ビームＢＭの少なくとも２つのスペクトル成分を２つの別個の光ファイバおよびそれぞれの光ファイバカプラ１１に分離する。光ダイオード２４、２４’の出力は、別のＷＤＭ６１’によって再結合される。ＷＤＭ６１’の出力は、光ファイバ９３、９４を通って、カプラユニット４０および測定プローブ５０のうちの１つに結合または接続することができる。図１３に示す光学ダイオード配置８５は、入ってくる光が第１のスペクトル成分および第２のスペクトル成分に分離され、第１のスペクトル成分は第１の分岐および第１の光ダイオード２４を通って伝播し、第２の光学構成要素は第２の分岐、したがって第２の光ダイオード２４’を通って伝播するため、特に有益である。

【0160】

このようにして、スペクトル成分の各々に対する光ファイバシステム内のあらゆる後方反射またはあらゆる後方散乱を防止する働きをする波長選択的な光学ダイオード配置が提供される。

【0161】

図１４に、物体１の表面２、４またはプロファイルを測定する方法が概略的に示されている。ここでは、第１の工程２００で、上述したビーム生成ユニット２０によって測定ビームＢＭが生成される。さらなる工程２０２で、前の工程２００で提供された測定ビームから物体ビームＢＯおよび基準ビームＢＲが分岐される。

【0162】

工程２０４で、物体ビームＢＯは測定予定の物体１の表面２、４へ誘導される。工程２０６で、物体ビームＢＯのうち物体１の表面材料５内へ伝播する部分が吸収され、工程２０８で、物体ビームＢＯのうち物体１またはコーティング３の外面から反射された部分のみが、再び測定プローブ５０に入る。その後、工程２１０で、物体ビームＢＯのうち信号ビームＢＳとして再び測定プローブに入る反射部分が基準ビームＢＲと再結合され、次いで光学プローブ５０と物体の表面との間の距離Ｄを判定または導出するために干渉信号解析に使用される。

【符号の説明】

【0163】

１ 物体
２ 表面
３ コーティング
４ コーティング面
５ 表面材料
１０ 測定デバイス
１１ カプラ
１２ ビームトラップ
１４ 結合器
１５ カプラ
２０ ビーム生成ユニット
２１ 光源
２２ 光源
２３ 光源
２４ 光ダイオード
２５ 結合器ユニット
２６ スーパールミネッセントダイオード
２７ レーザ
３０ 光学遅延ユニット
３１ 入力
３２ 出力
３３ カプラ
３４ 反射体
３５ 遅延ヘッド
３６ ファイバ端面
３７ 光学要素
３８ トランスデューサ
３９ 光ファイバ
４０ カプラユニット
５０ 測定プローブ
５１ 光学要素
５２ ファイバ端面
５３ コーティング
５４ ハウジング
５５ スプリッタ
５６ 再結合器
５８ トランスデューサ
６０ 分割器ユニット
６１ ＷＤＭ
６２ スプリッタ
６３ 出力
６４ 出力
６５ フィルタ
６６ フィルタ
６７ フィルタ
６８ フィルタ
６９ 出力
７０ 検出器ユニット
７１ 検出器
７２ 検出器
７３ 検出器
８０ 信号アナライザ
８５ 光学ダイオード配置
９０ 光ファイバ
９１ 光ファイバ
９２ 光ファイバ
９３ 光ファイバ
９４ 光ファイバ
９５ 光ファイバ
９６ 光ファイバ
９７ 光ファイバ
９８ 伝送線、電気信号線
９９ 光ファイバ
１００ グラフ
１１０ グラフ
１１１ グラフ
１１２ グラフ
１１３ グラフ
１１４ グラフ
１２０ グラフ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【国際調査報告】