專利名稱：用于低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于觀察樣本波前形狀的干涉儀設(shè)備，非相等光程長干涉儀設(shè)備，例如，斐索型干涉儀設(shè)備。具體地說，本發(fā)明涉及低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備，它可以同時干涉測量薄的平坦透明片，例如，液晶玻璃，和各種濾光片和窗口，以及球體，例如，球面透鏡，等樣本的表面波前形狀和透射波前形狀。
背景技術(shù)：
作為測量平面平行玻璃片技術(shù)的一個例子，已知的常規(guī)方法是利用安裝高相干激光光源的斐索(Fizeau)干涉儀。在這個技術(shù)中，由于利用高相干的激光，不但可以產(chǎn)生平面平行玻璃片中樣本面的干涉條紋，而且還可以產(chǎn)生與樣本面相對一側(cè)上非樣本面的干涉條紋。即，斐索干涉儀利用高相干激光的光通量，其中參考光和物光產(chǎn)生各自不同的光程長差(非相等光程長干涉儀)，因此，光的干涉可以發(fā)生在參考面與樣本面之間，參考面與非樣本面之間，以及樣本面與非樣本面之間。由于通常需要的僅僅是參考面與樣本面之間光的干涉，在其他表面之間發(fā)生的干涉條紋就成為噪聲，因此，很難高精確地測量樣本面的表面。
作為抑制這種干涉條紋噪聲的一種技術(shù)，已知的方法是用折射率匹配油涂敷非樣本面，并在其上面粘貼光散射片，為的是用光學(xué)方法區(qū)別非樣本面，并把如此粘貼的光散射片處理成非樣本面，從而防止非樣本面與其他表面之間光的干涉而產(chǎn)生干涉條紋。
然而，這種干涉條紋抑制技術(shù)要求折射率匹配油加到樣本的一個表面，雖然它是一個非樣本面，這不但是麻煩的，而且還玷污了樣本。此外，薄的樣本可能因這種處理，例如，涂敷油和粘貼光散射片，而使它的樣本面形狀發(fā)生變化。
在這方面，本發(fā)明的受讓人已建議一種在日本非審查專利號N0.HEI-9-21606中公開的技術(shù)(以下稱之為“專利對比文件1”)。
在公開的專利對比文件1中，用于測量透明薄片的干涉儀提供一種光程匹配光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)定測量光的相干長度小于預(yù)定的長度并旁路部分測量光，因此，除了沒有旁路從正向前進測量光中導(dǎo)出樣本面的反射光與從旁路測量光中導(dǎo)出參考光的反射光之間光干涉之外，不發(fā)生其他的光干涉，從而在十分簡單的配置中可以得到?jīng)]有噪聲的清晰干涉條紋。
在斐索干涉儀設(shè)備中，把來自光源的光被轉(zhuǎn)換成照明參考板的平行光，而利用透射通過參考板的平行光輻照樣本，樣本與參考板之間平行地隔開預(yù)定的距離，在參考板的參考面上反射光與樣本的樣本面上反射光之間形成干涉條紋。與諸如邁克爾遜(Michelson)型干涉儀設(shè)備的干涉儀設(shè)備比較，斐索干涉儀設(shè)備的優(yōu)點是在簡單的配置中可以實現(xiàn)高精確的測量，等等。它們最大的吸引力是，斐索干涉儀設(shè)備能夠測量透明樣本的透射波前，例如，透明樣本的內(nèi)部畸變和折射率分布。
然而，從操作方面考慮，上述專利對比文件1中的干涉儀測量透明樣本的透射波前是很難的，因此，不能充分地利用斐索干涉儀設(shè)備的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這些情況，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備，該設(shè)備能夠很好地測量透明樣本的透射波前，而在測量樣本面的表面波前時，防止樣本后表面反射光產(chǎn)生的干涉條紋，從而能夠產(chǎn)生無噪聲的清晰干涉條紋圖像。
在高精確測量光學(xué)元件的各個預(yù)定部分之間距離時，例如，我們已經(jīng)知道，利用低相干光通量輻照得到的干涉條紋對比度峰值位置作為參考面進行測量。然而，在僅僅利用低相干光通量時，找到出現(xiàn)干涉條紋的位置或它們的對比度峰值位置是很麻煩的，這就要求一種與高相干光通量結(jié)合使用以減輕這種麻煩的技術(shù)。
也是鑒于這些情況，本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于低相干性測量和高相干性測量的簡單配置干涉儀設(shè)備，與僅僅利用低相干光的情況比較，它可以大大減輕利用光波干涉實施高精確長度測量時的麻煩。
本發(fā)明提供一種用于低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備，該設(shè)備是斐索型干涉儀設(shè)備，它適合于利用光源的光輻照參考面，利用透射通過參考面的光輻照與參考面隔開預(yù)定距離的樣本，并根據(jù)參考面與樣本之間光的干涉，產(chǎn)生該樣本的波前信息；其中，在利用從光源輸出的低相干光通量實施低相干性測量時，利用干涉方式測量樣本，使低相干光通量傳輸通過把低相干光通量分成第一光程和第二光程的光程匹配通道，而傳輸通過這兩個光程的各自光通量之間光程長差等于干涉儀設(shè)備的參考面與樣本之間光程的兩倍；和其中，在利用從光源輸出的高相干光通量實施高相干性測量時，利用干涉方式測量樣本，在利用高相干光通量輻照參考面和樣本時，使高相干光通量在與低相干光通量同軸的位置上至少入射到光程匹配通道的樣本側(cè)。
光源可以包括發(fā)射低相干光通量的第一光源單元和發(fā)射高相干光通量的第二光源單元。
在這個情況下，最好是，在實施低相干性測量時，完成光通量交換操作以防止樣本被高相干光通量輻照。
第一光源單元可以包括超發(fā)光二極管。
最好是，在上述情況下，用于引導(dǎo)干涉光到達成像裝置的光偏轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在光程匹配通道與參考面之間，而利用設(shè)置在第一光源單元與光偏轉(zhuǎn)裝置之間的光通量選擇裝置實現(xiàn)光通量交換操作，在實施高相干性測量時，光通量選擇裝置僅允許高相干光通量輻照樣本，而在實施低相干性測量時，僅允許低相干光通量輻照樣本。
高相干光通量和低相干光通量可以傳輸通過光程匹配通道的光源側(cè)上公共光程。
在這個情況下，最好是，光程匹配通道的第一光程和第二光程中一個光程上配置擋光元件，用于防止實施高相干性測量時光通量的通過。
最好是，當(dāng)光源包括發(fā)射低相干光通量的第一光源單元和發(fā)射高相干光通量的第二光源單元時，與反射件形成整體的光通量選擇裝置，用于引導(dǎo)高相干光通量和低相干光通量中的一個光通量到另一個光通量的光程上，和用于阻擋另一個光通量的擋光元件可拆卸地插入到光程上，光通量選擇裝置設(shè)置在發(fā)射干涉光到成像裝置的光偏轉(zhuǎn)裝置與光程匹配通道之間，光偏轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在光程匹配通道與參考面之間。
光源可以包括發(fā)射低相干光通量和高相干光通量的單個光源單元。
在這個情況下，最好是，光程匹配通道的第一光程和第二光程中一個光程上配置擋光元件，用于防止實施高相干性測量時光通量的通過。
干涉儀設(shè)備可以配置成這樣，輸出低相干光通量的至少一個光源能夠波長掃描，使單縱模的激光發(fā)生振蕩；來自光源的光被調(diào)制成多個波長，其周期遠遠小于接收干涉條紋裝置的光累積周期；利用調(diào)制成多個波長激光的測量光輻照參考面和樣本；來自樣本的光和來自參考面的光產(chǎn)生的干涉光被該裝置接收；并在光累積周期內(nèi)積分干涉光。
構(gòu)成光程匹配通道的兩個光程之間的光程長差是可變和可測量的。
干涉儀設(shè)備還可以包括光程長差改變裝置，用于改變構(gòu)成光程匹配通道的兩個光程之間光程長差；焦點位置調(diào)整裝置，用于調(diào)整成像系統(tǒng)的焦點位置，可以俘獲來自參考面和樣本的光引起的干涉條紋；和控制裝置，用于同步驅(qū)動光程長差改變裝置和焦點位置調(diào)整裝置，從而使光程長差和焦點位置獲得各自的最佳值。
最好是，干涉儀設(shè)備是適合于測量任何平面和球面樣本的斐索型干涉儀設(shè)備。
此外，本發(fā)明提供一種用于低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備中測量方法，它適合于測量球面樣本，該方法相繼包括以下步驟第一步驟，利用高相干光通量作為測量光經(jīng)干涉儀設(shè)備中參考透鏡的參考面輻照樣本，在如此輻照狀態(tài)下，沿光軸移動樣本以檢測這樣一個位置，該位置產(chǎn)生來自參考面和樣本的光引起最少數(shù)目的干涉條紋，并在如此檢測到的位置上設(shè)置樣本；第二步驟，交換測量光到低相干光，利用低相干光經(jīng)參考透鏡的參考面輻照樣本，改變傳輸通過光程匹配通道兩個光程上各自光通量之間光程長差以檢測對比度峰值位置，該位置產(chǎn)生所得干涉條紋的最大對比度，并確定第一調(diào)整量作為檢測時用于調(diào)整光程長差裝置的調(diào)整量；第三步驟，利用高相干光通量作為測量光經(jīng)參考透鏡的參考面輻照樣本，在如此輻照狀態(tài)下，沿光軸移動樣本以檢測這樣一個位置，該位置產(chǎn)生來自參考面和樣本的光引起最少數(shù)目的干涉條紋，并在如此檢測到的位置上設(shè)置樣本；第四步驟，交換測量光到低相干光，利用低相干光經(jīng)參考透鏡的參考面輻照樣本，改變傳輸通過光程匹配通道兩個光程上各自光通量之間光程長差以檢測對比度峰值位置，該位置產(chǎn)生所得干涉條紋的最大對比度，并確定第二調(diào)整量作為檢測時用于調(diào)整光程長差裝置的調(diào)整量；和第五步驟，計算第二步驟中得到的第一調(diào)整量與第四步驟中得到的第二調(diào)整量之差值，并根據(jù)計算結(jié)果獲得該樣本的曲率信息。


圖1是按照本發(fā)明第一個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備示意圖；圖2是按照本發(fā)明第二個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備示意圖；圖3A至3D是按照本發(fā)明第三個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備實施的測量步驟圖；圖4A和4B是按照本發(fā)明第四個實施例利用低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備解釋測量方法的視圖；和圖5是按照本發(fā)明第五個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備示意圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖解釋本發(fā)明的幾個實施例。
第一個實施例圖1是按照本發(fā)明第一個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備示意圖。
利用從低相干光源1輸出的低相干光通量，這個干涉儀設(shè)備實施樣本12的表面12a形狀的低相干性測量，利用從高相干光源21輸出的高相干光通量并引導(dǎo)其部分光程與低相干光通量同軸，還測量樣本12的透射波前，從而實現(xiàn)涉及內(nèi)折射率分布等的干涉測量。在利用從光源輸出的高相干光通量實施高相干性測量時，在與低相干光通量同軸的位置上，使高相干光通量至少入射到光程匹配通道的樣本12側(cè)。
利用在光程上插入/去掉全反射棱鏡24的一種操作，實現(xiàn)從低相干光源1輸出低相干光通量與從高相干光源21輸出高相干光通量之間的交換。
即，在利用低相干光源1輸出的低相干光通量輻照樣本12以實施低相干性測量時，沿箭頭B的方向移動全反射棱鏡24，為了使它從半反射鏡5與聚光鏡8之間的光程上撤回。
在利用從高相干光源21輸出的高相干光通量輻照樣本12以實施高相干性測量時，沿箭頭B的方向移動全反射棱鏡24，為了使它插入到半反射鏡5與聚光鏡8之間的光程上，從而使來自高相干光源21的光通量可以被全反射面24a反射到樣本12。
全反射棱鏡24的一個側(cè)面部分(當(dāng)全反射棱鏡24插入到光程上時朝向光源1的側(cè)面部分)的作用是作為擋光板部分，當(dāng)全反射棱鏡24插入到光程上時，防止從低相干光源1輸出的低相干光通量入射到樣本12。
最好是，在半反射鏡5與聚光鏡8之間光程上插入/去掉全反射棱鏡24的操作與操作員從外界完成低相干性測量與高相干性測量之間的交換操作是同步的。
設(shè)備配置在這個干涉儀設(shè)備中，準(zhǔn)直透鏡2把低相干光源1輸出的測量光轉(zhuǎn)換成平行光。這個平行光的光束直徑被聚光鏡8和準(zhǔn)直透鏡10放大。然后，利用光束直徑放大的光輻照透明參考板11和薄玻璃片12(厚度為t1的樣本)。
在低相干性測量時，來自參考板11參考面11a和從測量光中導(dǎo)出的樣本12樣本面12a的各自反射光分量互相干涉，并被半棱鏡9的半反射鏡面9a垂直反射，為的是經(jīng)成像透鏡13在攝像機14內(nèi)CCD上形成干涉條紋圖像。根據(jù)CCD光電轉(zhuǎn)換之后的干涉圖像信息，干涉條紋圖像形成在圖像顯示單元(未畫出)上，例如，CRT。根據(jù)這個圖像，測量樣本面12a的表面形狀，等等。
另一方面，在高相干性測量時，利用來自激光二極管(LD)構(gòu)成高相干光源21的測量光輻照樣本12，而利用透射通過樣本12并被樣本側(cè)上放置的參考反射面20反射的光分量，為的是在再次傳輸通過樣本12之后到達參考面11a。即，根據(jù)來自參考板11參考面11a和參考反射面30各自反射光分量造成的干涉光，得到如同上述低相干性測量中的干涉條紋圖像。根據(jù)如此得到的干涉條紋圖像，測量樣本的透射波前信息，即，樣本12的內(nèi)應(yīng)力或折射率分布。
在利用斐索干涉儀設(shè)備測量樣本時，在參考面與樣本面之間不可避免地形成間隙，這就需要利用有很長相干長度的測量光。所以，在測量由薄玻璃片制成的樣本12時，來自樣本12后表面12b的反射光相對于來自樣本面12a的反射光產(chǎn)生約兩倍于樣本12沿厚度方向光程長nt的光程長差，該反射光與來自參考面11a的反射光和來自樣本面12a的反射光發(fā)生干涉。這種來自樣本12后表面12b反射光產(chǎn)生的干涉條紋疊加到原始干涉條紋上，從而降低測量的精確度。
所以，在低相干性測量時，這個實施例設(shè)定來自光源1的測量光，使它的相干長度小于樣本12兩側(cè)12a與12b之間光程的兩倍。光源1的具體例子包括SLD(超發(fā)光二極管)，鹵素?zé)簦透邏汗療?例如，相干長度為1μm)。
在準(zhǔn)直透鏡2與聚光鏡8之間平行光通量區(qū)插入光程匹配光學(xué)系統(tǒng)(以下稱之為光程匹配通道60)，它是由兩個半反射鏡4，5和兩個全反射鏡6，7構(gòu)成，用于旁路一部分測量光(兩個光程)。
一部分測量光被半反射鏡4垂直反射，從而使它與其余的測量光分開。如此的反射光分量相繼地被全反射鏡6，7垂直反射，然后被半反射鏡5反射，為的是與其余的測量光重新組合。此處，從半反射鏡4到半反射鏡5的旁路測量光的光程長L2(L2＝l1+l2+l3)比透射通過半反射鏡4與5之間半反射鏡4的測量光的光程長L1大l1+l3(l1＝l3)長度，因為兩個半反射鏡4與5之間的長度L1等于兩個全反射鏡6與7之間的距離。如上所述，調(diào)整l1+l3長度到等于參考板11的參考面11a與樣本12的樣本面12a之間距離L的兩倍。
現(xiàn)在相繼解釋第一個實施例中的高相干性測量和低相干性測量。
高相干性測量在利用高相干光源21輸出的高相干光通量輻照樣本12以實施高相干性測量時，全反射棱鏡24初始設(shè)置在半反射鏡5與聚光鏡8之間光程中的位置。
在這個干涉儀設(shè)備中，準(zhǔn)直透鏡22把高相干光源21輸出的測量光轉(zhuǎn)換成平行光。平行光的光束直徑被聚光鏡8和準(zhǔn)直透鏡10放大。利用光束直徑放大的光輻照透明參考板11，薄玻璃片制成的樣本12，和參考反射面30。此處，參考板11的參考面11a和參考反射面30設(shè)置成與光軸Z垂直，而樣本12表面12a，12b的各自法線相對于光軸Z略微傾斜。因此，來自參考反射面30的反射光返回到輸入光程，從而與來自參考面11a的反射光發(fā)生干涉。與此對比，來自樣本12表面12a，12b的各個反射光分量并不回到它們的輸入光程，因此不與來自參考面11a的反射光發(fā)生干涉。
來自參考面11a的反射光和來自參考反射面30反射光造成的干涉光被半棱鏡9的半反射鏡面9a垂直反射，為的是經(jīng)成像透鏡13在成像攝像機14內(nèi)的CCD上形成干涉條紋圖像。根據(jù)CCD光電轉(zhuǎn)換之后的干涉圖像信息，干涉條紋圖像形成在圖像顯示單元(未畫出)上，例如，CRT。
來自參考反射面30的反射光傳輸通過樣本12兩次，因此攜帶該樣本內(nèi)的透射波前信息，例如，有關(guān)內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變和折射率分布的信息，因此，這種透射波前信息出現(xiàn)在圖像顯示單元(未畫出)，例如，CRT，顯示的干涉條紋圖像中。
低相干性測量在利用低相干光源1輸出的低相干光通量實施低相干性測量時，全反射棱鏡24初始設(shè)置在從半反射鏡5與聚光鏡8之間光程撤回的位置。
現(xiàn)在解釋從測量光中導(dǎo)出的反射面11a，12a，12b上反射光分量之間的干涉。在以下的表達式中，我們假設(shè)，從半反射鏡5到參考板11參考面11a的光程長為L3，樣本12的折射率為n，和樣本12的厚度為t。
雖然沒有具體說明，在這個情況下，可以考慮來自參考反射面30的反射光與來自樣本后表面12b的反射光相同。
此處，從半反射鏡4到半反射鏡5(從半反射鏡4經(jīng)各自表面11a，12a，12b到半反射鏡5；以下同上)直線前進的測量光中導(dǎo)出反射面11a，12a，12b上反射光分量的各個光程長是如下的表達式來自反射面11a的反射光，光程長＝L1+L3(1)來自反射面12a的反射光，光程長＝L1+L3+2L (2)來自樣本后表面12b的反射光，光程長＝L1+L3+2L+2nt (3)
從半反射鏡4到半反射鏡5旁路的測量光中導(dǎo)出反射面11a，12a，12b上反射光分量的各個光程長是如下的表達式來自反射面11a的反射光，光程長＝L2+L3(4)來自反射面12a的反射光，光程長＝L2+L3+2L (5)來自樣本后表面12b的反射光，光程長＝L2+L3+2L+2nt (6)此處，如上所述，L2＝L1+2L(7)在利用表達式(7)替代上述表達式(1)至(6)中的L2時，我們發(fā)現(xiàn)，從兩個半反射鏡4與5之間直線前進的測量光中導(dǎo)出樣本面12a上反射光和測量光旁路兩個半反射鏡4與5之間直線路徑的參考面11a上反射光有完全相等的光程長。
另一方面，上述替代說明從兩個半反射鏡4與5之間直線前進的測量光中導(dǎo)出樣本面12a上反射光與其他類型反射光之間至少有2nt的光程長差。
由于這個實施例中使用的測量光是這樣的，其相干長度Lc小于2nt，來自樣本面12a的反射光與其他反射光之間的光程長差不小于相干長度。
所以，從兩個半反射鏡4與5之間直線前進的測量光中導(dǎo)出的樣本面12a上反射光不與旁路兩個半反射鏡4與5之間直線路徑的測量光中導(dǎo)出反射光之外的反射光發(fā)生干涉，因此，理想的無噪聲干涉條紋可以形成在成像攝像機14內(nèi)CCD上，從而可以高精確地測量薄玻璃片的表面形狀。
由于厚度可能隨樣本12發(fā)生變化，理想的是，光程匹配光學(xué)系統(tǒng)可以精細(xì)地整體移動兩個全反射鏡6，7，因此，可以精細(xì)地調(diào)整旁路測量光的光程長。
此外，如圖所示，波長可選濾光片3可以設(shè)置在這個實施例中的準(zhǔn)直透鏡2與半反射鏡4之間。
在波長可選濾光片3中，整個波長透射部分，紅光透射部分，綠光透射部分，和藍光透射部分以90°的間隔安裝在轉(zhuǎn)塔板上，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)塔板轉(zhuǎn)動預(yù)定角度時，可以選取所需顏色的光分量作為測量光。這在要求選取預(yù)定波長光作為測量光的情況下是有用的，例如，在樣本12是用于反射預(yù)定波長光的分色反射鏡的情況。
在完全不需要這種波長可選濾光片時，當(dāng)然，可以沿圖1中箭頭A的方向移動濾光片3，使它撤回到光程之外。此外，可以省略這種波長可選濾光片3。
最好是，在光程匹配通道60中，直線路徑與旁路之間的光程長差是可變的。在這個實施例中，全反射鏡6，7是沿上述l1和l3相等增大和減小的方向整體地移動，因此，在替換樣本12之后，可以容易地實現(xiàn)光程長的調(diào)整。
可以引導(dǎo)高相干光通量和低相干光通量，使它們在光程匹配通道60的光源側(cè)變成互相同軸。在這個情況下，光程匹配通道60的兩個光程中的一個光程上配置快門元件(擋光元件)，在實施低相干性測量時，可以防止高相干光通量傳輸通過，因此，高相干光通量單獨傳輸通過其他的路徑。
可以引導(dǎo)高相干光通量到光程匹配通道60的一個光程中低相干光通量的光程上。在這個情況下，理想的是，用于阻擋低相干光通量的元件在高相干性測量時插入到光程匹配通道60的光源側(cè)。此外，作為光程匹配通道60的組成部分，任何的半反射鏡4，5和全反射鏡6，7可以配置成引導(dǎo)高相干光通量。
用于輸出低相干光通量的光源1可以是這樣的光源，它基本上相當(dāng)于利用波長可變激光器輸出低相干光通量的光源，以下解釋這種光源。即，光源可以是能夠波長掃描的光源，使單縱模激光發(fā)生振蕩，把來自光源的激光調(diào)制成多個波長，利用調(diào)制成多個波長的激光，來自樣本面12a的物光和來自參考面11a的參考光產(chǎn)生的干涉光可以被成像裝置接收，并在光累積周期內(nèi)積分干涉光。
如上所述，在構(gòu)成光程匹配通道60的兩個光程之間光程長差是可變時，最好是，利用測微計，激光長度測量裝置等測量光程長。
如上所述，在構(gòu)成光程匹配通道60的兩個光程之間光程長差是可變時，最好是，為了便于測量時的調(diào)整，可以同步調(diào)整成像透鏡13的焦點。
最好是，本發(fā)明的設(shè)備不僅可以測量平坦樣本，而且也可以測量球面樣本。在測量球面樣本時，如以后所解釋的，利用與樣本面一致的球面參考透鏡代替參考板。
不限制于上述的實施例，可以按照各種方式改變本發(fā)明的干涉儀設(shè)備。例如，在光程匹配光學(xué)系統(tǒng)中，可以采用單個立體角反射器以代替光程匹配光學(xué)系統(tǒng)中的兩個全反射鏡6，7，立體角反射器可以把來自半反射鏡4的測量光返回到半反射鏡5。
這種立體角反射器可以使調(diào)整旁路測量光光程長的移運動操作變得很容易。
可以交換半反射鏡4的透射光和反射光，使它們分別變成旁路測量光和前進測量光。
若在樣本面12a側(cè)支承樣本12，則樣板12的支承裝置可以有保持它固定的結(jié)構(gòu)。若在后表面12b側(cè)支承樣本12，則要求支承裝置有這樣的結(jié)構(gòu)，它可以根據(jù)樣板12的厚度沿光軸方向移動樣板12。在后一情況下，最好是，根據(jù)獲得干涉條紋時樣本12的厚度信息，樣本12自動地移動到合適的位置。
可以利用半反射鏡代替半棱鏡9。然而，當(dāng)半棱鏡9用這個實施例中的發(fā)散光通量時，可以有較好的像散性。當(dāng)然，可以利用半棱鏡代替每個半反射鏡4，5。
按照本發(fā)明干涉儀設(shè)備測試的樣本不限于薄的玻璃片，也可以是各種薄的透明片，例如，塑料和石英制成的透明片。
第二個實施例圖2是按照本發(fā)明第二個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備示意圖。
這個干涉儀設(shè)備150利用光源111實施低相干性測量和高相干性測量，光源111可以有選擇地輸出低相干光通量和高相干光通量。即，利用來自光源111的低相干光通量實施低相干性測量，它可以獲得諸如樣本117的表面117a形狀的信息(反射波前信息)，而利用高相干光通量實施高相干性測量，它可以獲得諸如樣本117內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變和折射率分布的信息(透射波前信息)。
通過改變光源111輸出光波長的操作，實施從光源111輸出的低相干光通量與高相干光通量之間的交換。
最好是，改變輸出光波長的操作與操作員從外界完成低相干性測量與高相干性測量之間的交換操作是同步的。
設(shè)備配置如圖2所示，用于低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備150包括斐索干涉儀110，根據(jù)干涉條紋觀察透明平面平行玻璃片(樣本厚度為t2)117樣本面117a的表面形狀；計算機120；監(jiān)視器121，半導(dǎo)體激光器光源111使用的電源(LD電源)122；和函數(shù)發(fā)生器123，用于產(chǎn)生控制信號以調(diào)節(jié)電源(LD電源)122的輸出電流值。
干涉儀110包括準(zhǔn)直透鏡112，用于把半導(dǎo)體激光器光源111的相干光轉(zhuǎn)換成平行光；發(fā)散透鏡113；半棱鏡114；準(zhǔn)直透鏡115，參考板116，其參考面116a與相對的樣本117之間有工作空間；以及成像透鏡118和CCD成像設(shè)備119，用于俘獲光干涉產(chǎn)生的干涉條紋。
在這個實施例中，光程匹配光學(xué)系統(tǒng)(以下也稱之為光程匹配通道160)包含兩個半反射鏡104，105和兩個全反射鏡106，107，用于旁路一部分測量光(有兩個光程)，光程匹配通道160插入在準(zhǔn)直透鏡130與聚光鏡113之間平行光通量區(qū)，如同上述第一個實施例。
一部分測量光被半反射鏡104垂直反射，使它與其余的測量光分開。如此反射的光分量相繼地被全反射鏡106，107垂直反射，然后被半反射鏡105反射，為的是與其余的測量光重新組合。此處，從半反射鏡104到半反射鏡105的旁路測量光的光程長L2(L2＝l1+l2+l3)比透射通過半反射鏡104與105之間半反射鏡104的測量光的光程長L1大l1+l3(l1＝l3)長度，因為兩個半反射鏡104與105之間的距離L1等于兩個全反射鏡106與107之間的距離。調(diào)整長度l1+l3，使它等于參考板116參考面116a與樣本117樣本面117a之間距離L的兩倍。因此，光程匹配通道160的配置與上述第一個實施例中光程匹配通道60的配置相同。
在干涉儀110中的低相干性測量時，使半導(dǎo)體激光器光源111的激光130垂直入射到參考板116的參考面116a上，為的是在參考面116a上分成透射光通量和反射光通量。使透射光通量入射到平面平行玻璃片117的樣本面117a，而采用從樣本面117a反射的光作為物光。采用從參考面116a反射的光作為參考光。物光與參考光之間光的干涉產(chǎn)生的干涉光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡115，半棱鏡114，和成像透鏡118被引導(dǎo)到CCD成像設(shè)備119，因此，CCD成像設(shè)備119俘獲干涉條紋。
計算機120分析如此俘獲的干涉條紋，從而可以測量樣本面117a的表面形狀。在監(jiān)測器121上顯示俘獲的干涉條紋和樣本面117a的分析表面形狀。
另一方面，在高相干性測量時，利用測量光輻照樣本117，以及利用透射通過樣本117，被其樣本側(cè)放置的參考反射面140反射，然后再透射通過樣本117以到達參考面116a的部分光。即，如同在低相干性測量中，根據(jù)來自參考板116參考面116a和參考反射面140的各自反射光分量造成的干涉光，得到干涉條紋圖像。
在高相干性測量時，快門元件170可拆卸地插入到光程匹配通道160中的一個光程。
經(jīng)連接到未畫出的PZT驅(qū)動電路的壓電裝置124，參考板116是由未畫出的參考板支承件支承。根據(jù)來自計算機120的指令，預(yù)定的電壓加到壓電裝置124以驅(qū)動壓電裝置124，從而使參考板116沿光軸Z的方向移動預(yù)定的相位。在這個運動之后干涉條紋變化的圖像數(shù)據(jù)輸出到計算機120，對如此得到的多片圖像數(shù)據(jù)進行條紋圖像分析。
現(xiàn)在相繼解釋第二個實施例中的高相干性測量和低相干性測量。
高相干性測量在利用從半導(dǎo)體激光器光源111輸出的高相干光通量輻照樣本112實施高相干性測量時，來自光源111的輸出光初始設(shè)置成固定在預(yù)定的波長(例如，λ＝660nm，約為60mW)。此外，快門元件170沿箭頭C的方向移動，為的是插入到光程匹配通道160中的一個光程。最好是，移動快門元件170的這個操作與操作員從外界完成低相干性測量與高相干性測量之間的交換操作是同步的。
在這個干涉儀設(shè)備中，準(zhǔn)直透鏡112把半導(dǎo)體激光器光源111輸出的測量光轉(zhuǎn)換成平行光。平行光的光束直徑被聚光鏡117和準(zhǔn)直透鏡115放大。利用光束直徑放大的光輻照透明參考板116，薄玻璃片制成的樣本117，和參考反射面140。此處，參考板116的參考面116a和參考反射面140設(shè)置成與光軸Z垂直，而樣本117的表面117a，117b相對于光軸Z略微傾斜。因此，來自參考反射面140的反射光返回到輸入光程，從而與來自參考面116a的反射光發(fā)生干涉。與此對比，來自樣本117表面117a，117b的各個反射光分量并不回到它們的輸入光程，因此不與來自參考面116a的反射光發(fā)生干涉。
來自參考面116a和參考反射面140的各自反射光分量造成的干涉光被半棱鏡114的半反射鏡面垂直反射，以便經(jīng)成像透鏡118在成像攝像機119內(nèi)的CCD上形成干涉條紋圖像。根據(jù)CCD光電轉(zhuǎn)換之后得到的干涉圖像信息，計算機120使干涉條紋圖像形成在監(jiān)視器121上，例如，CRT。
來自參考反射面140的反射光傳輸通過樣本117兩次，從而攜帶樣本內(nèi)的透射波前信息，例如，有關(guān)內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變和折射率分布的信息，因此，這種透射波前信息出現(xiàn)在監(jiān)視器121，例如，CRT，顯示的干涉條紋圖像中。
低相干性測量在利用能夠改變波長的半導(dǎo)體激光器光源111輸出低相干光通量實施低相干性測量時，光源111的輸出光設(shè)置成交替地采用兩個(或三個或更多)波長值。此外，沿箭頭C的方向移動快門元件170，為的是從光程匹配通道160的一個光程中撤回。最好是，移動快門元件170的這個操作與操作員從外界完成低相干性測量與高相干性測量之間的交換操作是同步的。
現(xiàn)在解釋注意力集中到半導(dǎo)體激光器光源111時實施低相干性測量的情況。
作為半導(dǎo)體激光器光源111，可以利用配置溫度控制功能的光源，以便能夠使單縱模的激光(例如，λ＝約660nm)發(fā)生振蕩。此外，半導(dǎo)體激光器光源111有普通半導(dǎo)體激光器光源的特征，在改變注入電流時，輸出激光的波長和光強都發(fā)生變化。
CCD成像攝像機119利用光累積周期為1/30秒的CCD。
從函數(shù)發(fā)生器123輸出的控制信號是矩形波(包括分段矩形波)，例如，其頻率約為200Hz，為的是設(shè)置成這樣的速度，在再現(xiàn)CCD俘獲的圖像信息時不發(fā)生閃爍。
在這個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備150中，利用單縱模的半導(dǎo)體激光器光源111，為的是把光源111輸出的激光在足夠短的周期內(nèi)交替地調(diào)制成多個波長(例如，波長λ＝660.00nm和660.01nm)，該周期遠遠小于接收干涉條紋的裝置(CCD成像攝像機119中CCD)的光累積周期，而來自樣本117的干涉光被該裝置接收，并在光累積周期內(nèi)積分干涉光。
如上所述，該半導(dǎo)體激光器光源有這樣的特征，其波長隨注入電流的改變?yōu)榘l(fā)生變化。由于接收干涉條紋的裝置有預(yù)定的光累積周期，在以足夠高于光累積周期的速度下掃描波長時，可以同時得到類似于利用輸出多個光波長光源觀察干涉條紋情況下的效應(yīng)。基于這種發(fā)現(xiàn)，在1995年5月的Proceedings of Meeting on LightwaveSensing Technology中公開一種用于合成相干性函數(shù)的技術(shù)，見pP.75-82。根據(jù)這種技術(shù)，注入電流可以由控制信號調(diào)節(jié)，在使它從參考電平(DC電平)上升和下降的同時，通過改變矩形波以得到如斜坡那樣的注入電流。
本發(fā)明者還公開一種改進前一技術(shù)的技術(shù)(日本專利申請?zhí)朜o.2002-192619)。
低相干性測量時的其他技術(shù)與上述第一個實施例中低相干性測量時的其他技術(shù)相同，此處不再給以解釋。
雖然快門元件170配置在半反射鏡104與105之間，但是，它也可以設(shè)置在光程匹配通道160內(nèi)的其他位置上。
第三個實施例圖3A至3D是用于解釋按照本發(fā)明第三個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備圖，該設(shè)備配置成利用按照上述第一個或第二個實施例設(shè)備的基本配置以測量光學(xué)器件的曲率半徑。
此處，樣本217是樣本面217a為凹面的光學(xué)器件，我們測量凹面217a的曲率半徑。
所以，利用參考透鏡216代替上述第一個和第二個實施例中采用的參考板11，116。
現(xiàn)在參照圖3A至3D解釋測量過程。
首先，如圖3A所示，利用高相干光通量作為測量光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡215(對應(yīng)于上述的準(zhǔn)直透鏡10，115)和參考透鏡216輻照樣本217的樣本面217a。
在這個狀態(tài)下，在沿箭頭D方向移動樣本217的同時，找到來自參考透鏡216參考面216a和樣本217樣本面217a各自的反射光分量造成的干涉條紋，并尋找干涉條紋數(shù)目最少的貓眼點。在檢測到貓眼點時，設(shè)定樣本217在這個位置。
隨后，如圖3B所示，測量光交換到低相干光通量，利用這個低相干光通量經(jīng)準(zhǔn)直透鏡215和參考透鏡216輻照樣本217的樣本面217a。此處，半棱鏡204，205和全反射鏡206，207構(gòu)成光程匹配通道260，而兩個全反射鏡231，232設(shè)置在光程匹配通道260與準(zhǔn)直透鏡215之間。
在這個狀態(tài)下，在沿箭頭E方向整體移動光程匹配通道260的全反射鏡206，207(以下稱之為活動反射鏡單元270)的同時，觀察監(jiān)視器121上顯示的干涉條紋，并尋找干涉條紋對比度最大的對比度峰值位置。當(dāng)檢測到這個對比度峰值位置時，讀出此時活動反射鏡單元270的位置(第一標(biāo)度)。
然后，如圖3C所示，測量光交換到高相干光通量，利用這個高相干光通量經(jīng)準(zhǔn)直透鏡215和參考透鏡216輻照樣本217的樣本面217a。在這個狀態(tài)下，沿箭頭F的方向移動樣本217，使來自參考透鏡216參考面216a和樣本217樣本面217a各自反射光分量形成的干涉條紋出現(xiàn)在監(jiān)視器121上，并尋找干涉條紋數(shù)目最少的位置。
此后，如圖3D所示，測量光交換到低相干光通量，并利用這個低相干光通量輻照樣本217的樣本面217a。在這個狀態(tài)下，在沿箭頭G方向移動活動反射鏡單元270的同時，觀察監(jiān)視器121上顯示的干涉條紋，并尋找干涉條紋對比度最大的對比度峰值位置。當(dāng)檢測到這個對比度峰值位置時，讀出此時活動反射鏡單元270的位置(第二標(biāo)度)。
最后，計算以上過程中得到的第一標(biāo)度與第二標(biāo)度之差值，并根據(jù)計算結(jié)果，得到樣本217樣本面217a的曲率半徑。
由于在利用低相干光通量檢測各個位置的操作(圖3B和3D所示步驟中的操作)之前，利用高相干光通量實施樣本217的位置調(diào)整操作(圖3A和3C所示步驟中的操作)，可以容易地快速完成測量操作。如上所述，實現(xiàn)這種操作是由于該設(shè)備的基本配置中包含互相同軸的高相干性測量系統(tǒng)和低相干性測量系統(tǒng)，因此，測量時可以方便地交換低相干光通量和高相干光通量。
如上所述，雖然可以利用測微計，激光長度測量裝置等測量活動反射鏡單元270的位置，但利用干涉儀設(shè)備可以檢測活動反射鏡單元的移動距離或角偏移，并根據(jù)如此的檢測值，可以定標(biāo)讀出位置。
雖然這個實施例涉及測量凹面構(gòu)成樣本面217a的情況，但是，本發(fā)明的設(shè)備同樣可用于測量平坦薄片的厚度或各個元件之間的距離。
第四個實施例圖4A和4B是利用按照第四個實施例低的相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備解釋測量方法的視圖，在采用按照第一個或第二個實施例的設(shè)備基本配置的同時，該設(shè)備配置成定標(biāo)利用低相干光源時發(fā)生的光程匹配通道60，160中的系統(tǒng)誤差。
現(xiàn)在參照圖4A和4B解釋定標(biāo)過程。
首先，如圖4A所示，定標(biāo)樣本330設(shè)定在平臺(未畫出)上，并利用從低相干光源(低相干光源和光程匹配通道的附圖標(biāo)記為301)發(fā)射之后透射通過光程匹配通道(兩個分支光程)的低相干光通量經(jīng)準(zhǔn)直透鏡315和參考板316輻照定標(biāo)樣本330。
在這個狀態(tài)下，沿箭頭H的方向(沿光軸)移動定標(biāo)樣本330以產(chǎn)生干涉條紋。測量這些干涉條紋，并把測量結(jié)果定義為測量數(shù)據(jù)1。
隨后，如圖4B所示，測量光交換到高相干光通量(此處，高相干光源的附圖標(biāo)記為302)，并利用高相干光通量經(jīng)準(zhǔn)直透鏡315和參考板316輻照定標(biāo)樣本330。測量這個狀態(tài)下產(chǎn)生的干涉條紋，并把測量結(jié)果定義為測量數(shù)據(jù)2。得到的測量數(shù)據(jù)2沒有分支到光程匹配通道，因此，它可以考慮成沒有光程匹配通道的系統(tǒng)誤差。所以，把測量數(shù)據(jù)2作為定標(biāo)的參考。
其次，從測量數(shù)據(jù)1中減去測量數(shù)據(jù)2的算術(shù)運算是由沒有畫出的計算機執(zhí)行，把算術(shù)運算的結(jié)果作為光程匹配通道的系統(tǒng)誤差。
此后，在實施低相干性測量時，執(zhí)行從測量結(jié)果中減去上述算術(shù)運算得到系統(tǒng)誤差的修正運算，為的是定標(biāo)測量數(shù)據(jù)。
在低相干光通量和高相干光通量有各自不同波長的情況下，系統(tǒng)誤差的確定也考慮到這個波長差。
在已得到參考面316絕對形狀的情況下，測量數(shù)據(jù)的定標(biāo)也考慮到這個絕對形狀造成的誤差(參考面的系統(tǒng)誤差)。
這個實施例可以容易地定標(biāo)光程匹配通道的系統(tǒng)誤差，因此，可以最后獲得高精確和可靠的測量數(shù)據(jù)。
在這個實施例中，低相干光源和高相干光源可以是互相獨立的光源，如同第一個實施例，或可以是單個光源，如同第二個實施例。
第五個實施例圖5是按照本發(fā)明第五個實施例的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備示意圖。由于這個實施例的設(shè)備是基于圖1所示第一個實施例的設(shè)備或圖2所示第二個實施例的設(shè)備，與圖2中元件功能基本相同的圖5中元件采用的附圖標(biāo)記是在圖2所示元件的附圖標(biāo)記上添加數(shù)字300，因此，不再對它們作詳細(xì)的解釋。
在圖5所示的設(shè)備中，構(gòu)成光程匹配通道460的兩個全反射鏡406，407安裝到可沿箭頭I方向移動的第一X平臺470上，而成像透鏡418(被半棱鏡414分出并傳輸通過中繼透鏡435的相干光通量入射到成像透鏡418)和CCD成像設(shè)備419安裝到可沿箭頭J方向移動的第二X平臺480上。在初始設(shè)定之后的測量時，以后解釋初始設(shè)定，根據(jù)計算機421的指令，平臺控制器420使兩個X平臺470，480同步移動。(實際上，平臺控制器420驅(qū)動X平臺470和480各自的驅(qū)動電機。)作為光源411，利用能夠輸出低相干光通量的光源，例如，上述的SLD(超發(fā)光二極管)。雖然這個實施例可應(yīng)用于配置有多個光源的設(shè)備，例如，上述第一個實施例中設(shè)備，和有單個光源的設(shè)備，例如，上述第二個實施例中設(shè)備，以下解釋僅僅利用從光源411輸出低相干光通量的測量，不詳細(xì)描述(和展示)高相干光通量。
例如，初始設(shè)定有臺階形狀的樣本417是這樣的，來自參考面416a和第一樣本面417a的各自反射光分量產(chǎn)生干涉條紋。即，在初始設(shè)定中，相對于給定位置設(shè)置的第一樣本面417a，例如，設(shè)置在由上述兩個表面416a，417a產(chǎn)生干涉條紋的位置，沿箭頭I的方向移動第一X平臺470。隨后，沿箭頭J的方向移動第二X平臺480，使它設(shè)置在焦點位置。此處，兩個X平臺470，480的驅(qū)動是互相獨立的運動。
當(dāng)這種初始設(shè)定把狀態(tài)轉(zhuǎn)換到觀察第二樣本面417b的干涉條紋狀態(tài)時，產(chǎn)生干涉條紋的兩個表面之間距離增大p(光輻照樣本面的光程長增大2p)，其中p是第一樣本面417a與第二樣本面417b之間的距離。所以，不會產(chǎn)生干涉條紋，除非光程匹配通道460中兩個光程之間的光程長差增大2p。
因此，沿箭頭I的方向使第一X平臺470移動p，為了使兩個光程之間光程長差增大2p。然后，響應(yīng)于第一X平臺470的移動，根據(jù)計算機421的指令，第二X平臺480自動地受平臺控制器420的控制，使它移動到成像系統(tǒng)的焦點位置。此處，第二X平臺480沿箭頭J方向的移動量為p/α，其中α是光學(xué)設(shè)計確定的系數(shù)。
計算機421計算第二X平臺480的移動量。上述系數(shù)α預(yù)先存儲在計算機421的存儲器中。當(dāng)從平臺控制器420輸入第一X平臺470的移動量p時，計算機421計算p/α。根據(jù)這個計算值，平臺控制器420使第二X平臺480移動p/α。
雖然以上涉及自動調(diào)整第二X平臺480的運動以響應(yīng)第一X平臺470運動的情況，但是，可以自動控制第一X平臺470的運動以響應(yīng)第二X平臺480的運動。
兩個X平臺470，480各自移動量之間的關(guān)系可以作為圖表預(yù)先存儲在計算機421的存儲器中，且可以根據(jù)這個圖表實施上述的控制。
在以上情況中，雖然CCD成像設(shè)備419安裝在第二X平臺480，可以利用CCD成像設(shè)備419中的焦點調(diào)整裝置以代替第二X平臺480。
因此，這個實施例的設(shè)備是這樣配置的，產(chǎn)生指定樣本面上干涉條紋的光學(xué)調(diào)整和成像系統(tǒng)的焦點調(diào)整是自動地同步實現(xiàn)的，從而可以容易和有利地觀察有臺階的樣本面上每個區(qū)域中的干涉條紋。
不受上述各個實施例的限制，可以按照各種方式改動本發(fā)明的干涉儀設(shè)備。例如，與參考面16a相對側(cè)上的樣本17表面(后表面17b)可以用作樣本面17a。
當(dāng)然，本發(fā)明的干涉儀設(shè)備還可以配置成斜入射型干涉儀設(shè)備。
光源不局限于半導(dǎo)體激光器光源，也可以利用其他的激光器光源。還可以利用適合在連續(xù)波激光(高相干光通量)與脈沖波激光(低相干光通量)之間交換的光源。不但可以通過改變注入電流而改變激光的振蕩波長，也可以利用其他的技術(shù)，例如，改變外諧振腔的諧振頻率。
以上解釋的本發(fā)明干涉儀設(shè)備是低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備，該設(shè)備是斐索型干涉儀設(shè)備，它適合于利用光源的光輻照參考面和利用透射通過參考面的光輻照與參考面隔開預(yù)定距離的樣本，并根據(jù)參考面與樣本之間的光干涉產(chǎn)生該樣本的波前信息。在這個干涉儀設(shè)備中，在利用光源輸出的低相干光通量實施低相干性測量時，可以干涉測量樣本，使低相干光通量傳輸通過把低相干光通量分成第一光程和第二光程的光程匹配通道，而傳輸通過這兩個光程的各自光通量之間的光程長差等于干涉儀設(shè)備的參考面與樣本之間光程的兩倍。另一方面，在利用光源輸出的高相干光通量實施高相干性測量時，在利用高相干光通量輻照參考面和樣本的同時，使高相干光通量至少入射到與低相干光通量同軸的位置上光程匹配通道的樣本側(cè)。
所以，在測量樣本面的形狀時，利用傳輸通過光程匹配通道的低相干光通量，因此，在防止來自樣本后表面反射光產(chǎn)生的干涉條紋的同時，可以得到無噪聲的清晰干涉條紋。另一方面，在測量透明樣本的透射波前時，利用高相干光通量可以容易地實現(xiàn)快速的測量。在交換這些測量操作時，不需要移動參考板和樣本，從而可以連續(xù)和容易地實施低相干性測量和高相干性測量。
此外，在需要高精確度測量長度時，利用本發(fā)明的低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備，在低相干性測量之前可以容易地實施高相干性測量，從而大大減輕找到出現(xiàn)干涉條紋或其對比度峰值位置的麻煩。
權(quán)利要求
1.一種用于低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備，該設(shè)備是斐索型干涉儀設(shè)備，它適合于利用光源的光輻照參考面，利用透射通過參考面的光輻照與參考面隔開預(yù)定距離的樣本，并根據(jù)參考面與樣本之間光的干涉，產(chǎn)生該樣本的波前信息；其中，在利用從光源輸出的低相干光通量實施低相干性測量時，利用干涉方式測量樣本，使低相干光通量傳輸通過把低相干光通量分成第一光程和第二光程的光程匹配通道，而傳輸通過這兩個光程的各自光通量之間光程長差等于干涉儀設(shè)備的參考面與樣本之間光程的兩倍；和其中，在利用從光源輸出的高相干光通量實施高相干性測量時，利用干涉方式測量樣本，在利用高相干光通量輻照參考面和樣本時，使高相干光通量在與低相干光通量同軸的位置上至少入射到光程匹配通道的樣本側(cè)。
2.按照權(quán)利要求1的干涉儀設(shè)備，其中光源包括發(fā)射低相干光通量的第一光源單元和發(fā)射高相干光通量的第二光源單元；和其中在實施低相干性測量時，完成光通量交換操作以防止樣本被高相干光通量輻照。
3.按照權(quán)利要求2的干涉儀設(shè)備，其中第一光源包括超發(fā)光二極管。
4.按照權(quán)利要求2的干涉儀設(shè)備，其中用于引導(dǎo)干涉光到達成像裝置的光偏轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在光程匹配通道與參考面之間；和其中利用設(shè)置在第一光源單元與光偏轉(zhuǎn)裝置之間的光通量選擇裝置實現(xiàn)光通量交換操作，在實施高相干性測量時，光通量選擇裝置僅允許高相干光通量輻照樣本，而在實施低相干性測量時，僅允許低相干光通量輻照樣本。
5.按照權(quán)利要求1的干涉儀設(shè)備，其中高相干光通量和低相干光通量傳輸通過光程匹配通道的光源側(cè)上公共光程；和其中光程匹配通道的第一光程和第二光程中一個光程上配置擋光元件，用于防止實施高相干性測量時光通量的通過。
6.按照權(quán)利要求1的干涉儀設(shè)備，其中光源包括發(fā)射低相干光通量的第一光源單元和發(fā)射高相干光通量的第二光源單元；和其中與反射件形成整體的光通量選擇裝置，用于引導(dǎo)高相干光通量和低相干光通量中的一個光通量到另一個光通量的光程上，和用于阻擋另一個光通量的擋光元件可拆卸地插入到光程上，光通量選擇裝置設(shè)置在發(fā)射干涉光到成像裝置的光偏轉(zhuǎn)裝置與光程匹配通道之間，光偏轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在光程匹配通道與參考面之間。
7.按照權(quán)利要求6的干涉儀設(shè)備，其中第一光源包括超發(fā)光二極管。
8.按照權(quán)利要求1的干涉儀設(shè)備，其中光源包括發(fā)射低相干光通量和高相干光通量的單個光源單元；和其中光程匹配通道的第一光程和第二光程中一個光程上配置擋光元件，用于防止實施高相干性測量時光通量的通過。
9.按照權(quán)利要求1的干涉儀設(shè)備，其中用于輸出低相干光通量的至少一個光源能夠波長掃描，使單縱模的激光發(fā)生振蕩；其中把光源的激光調(diào)制成多個波長，其周期遠遠小于接收干涉條紋裝置的光累積周期；和其中利用調(diào)制成多個波長激光的測量光輻照參考面和樣本；來自樣本的光和來自參考面的光產(chǎn)生的干涉光被該裝置接收；并在光累積期間內(nèi)積分干涉光。
10.按照權(quán)利要求1的干涉儀設(shè)備，其中構(gòu)成光程匹配通道的兩個光程之間光程長差是可變和可測量的。
11.按照權(quán)利要求6的干涉儀設(shè)備，還包括光程長差改變裝置，用于改變構(gòu)成光程匹配通道的兩個光程之間光程長差；焦點位置調(diào)整裝置，用于調(diào)整成像系統(tǒng)的焦點位置，可以俘獲來自參考面和樣本的光引起的干涉條紋；和控制裝置，用于同步驅(qū)動光程長差改變裝置與焦點位置調(diào)整裝置，從而使光程長差和焦點位置獲得各自的最佳值。
12.按照權(quán)利要求1的干涉儀設(shè)備，其中干涉儀設(shè)備適合于測量任何的平面和球面樣本。
13.一種用于低相干性測量和高相干性測量的干涉儀設(shè)備中測量方法，它適合于測量按照權(quán)利要求12的球面樣本，該方法相繼包括以下步驟第一步驟，利用高相干光通量作為測量光經(jīng)干涉儀設(shè)備中參考透鏡的參考面輻照樣本，在如此輻照狀態(tài)下沿光軸移動樣本以檢測這樣一個位置，該位置產(chǎn)生來自參考面和樣本的光引起最少數(shù)目的干涉條紋，并在如此檢測到的位置上設(shè)置樣本；第二步驟，交換測量光到低相干光，利用低相干光經(jīng)參考透鏡的參考面輻照樣本，改變傳輸通過光程匹配通道的兩個光程上各自光通量之間光程長差以檢測對比度峰值位置，該位置產(chǎn)生所得干涉條紋的最大對比度，并確定第一調(diào)整量作為檢測時用于調(diào)整光程長差裝置的調(diào)整量；第三步驟，利用高相干光通量作為測量光經(jīng)參考透鏡的參考面輻照樣本，在如此輻照狀態(tài)下沿光軸移動樣本以檢測這樣一個位置，該位置產(chǎn)生來自參考面和樣本的光引起最少數(shù)目的干涉條紋，并在如此檢測的位置上設(shè)置樣本；第四步驟，交換測量光到低相干光，利用低相干光經(jīng)參考透鏡的參考面輻照樣本，改變傳輸通過光程匹配通道的兩個光程上各自光通量之間光程長差以檢測對比度峰值位置，該位置產(chǎn)生所得干涉條紋的最大對比度，并確定第二調(diào)整量作為檢測時用于調(diào)整光程長差裝置的調(diào)整量；和第五步驟，計算第二步驟中得到的第一調(diào)整量與第四步驟中得到的第二調(diào)整量之差值，并根據(jù)計算結(jié)果獲得該樣本的曲率信息。
全文摘要
斐索型干涉儀設(shè)備用于低相干性測量和高相干性測量。在利用低相干光通量輻照參考面和樣本時，光程匹配通道把低相干光通量分成第一光程和第二光程，而傳輸通過這兩個光程的各自光通量之間光程長差等于參考面與樣本之間光程的兩倍。在利用高相干光通量輻照參考面和樣本時，在與低相干光通量同軸的位置上，使高相干光通量入射到光程匹配通道的樣本側(cè)。
文檔編號G01B9/02GK1517672SQ200410002479
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者植木伸明 申請人:富士寫真光機株式會社