专利名称：多波长干涉仪、测量设备以及测量方法
技术领域：
本发明涉及多波长干涉仪、测量设备以及测量方法。
背景技术：
一般已经知道外差(heterodyne)干涉测量方法作为用于精确地测量测量表面的形状的设备。在单波长干涉仪(参考日本专利申请公开No. 10-185529)中，如果测量表面粗糙，则由表面粗糙度引起的斑纹图案(speckle pattern)具有随机相位,该随机相位具有比2 π大的标准偏差，从而增大了测量的不精确性，使得难以执行精确测量。日本专利申请公开No. 05-71918讨论了用于解决上述问题的方法，在该方法中，在用于利用激光束照射物体表面以便对反射光成像的设备中，成像透镜的光阑的位置被改变为使斑纹图案的随机相位不相干地平均化。作为另一种解决方法，已经知道多波长干涉仪，在该多波长干涉仪中基于对多个不同波长的干涉测量的结果合成波长的相位(参考文献1:A.F. Fercher等人的“Rough-surface interferometry with a two-wavelength heterodyne speckleinterferometer”，Applied Optics, 1985, vol. 24, issue 14,pp 2181-2188)。根据文献 I，如果两个波长的斑纹彼此相关，则基于这两个波长之间的相位差获取关于宏观的表面轮廓和微观的表面粗糙度的信息。已经知道两个波长之间的斑纹图案的相关性取决于两个波长被合成的波长(参考文献2 :U. Vry和F. Fercher,“High_order statistical properties of speckle fieldsand their applicatio n to rough-surface interferometryJ. Opt. Soc. Am. A, 1986,vol. 3, issue 7,pp988-1000)。假设两个斑纹图案越一致，相关程度就越高。根据文献2，合成波长Λ越�。礁霾ǔぶ涞陌呶仆及傅南喙匦跃驮叫�。另一方面，合成波长Λ越大，两个波长之间的斑纹图案的相关性就越大。术语“合成波长Λ ”指的是由Λ = λ1Χλ2/(λ1- λ 2)表示的量，其中两个波长为λ I和λ 2 ( λ I > λ 2)。因此，多波长干涉仪能够精确地测量难以用单波长干涉仪来测量的粗糙的测量表面。根据文献2，两个波长之间的斑纹图案的相关性取决于合成波长的幅度、测量表面的粗糙度以及测量表面的倾斜度(参考数值表达式(I))。
权利要求
1.一种多波长干涉仪，使用各具有不同波长的至少两个光束，所述多波长干涉仪包括 分束器，被配置为将光束分割成基准射束和测量射束； 频率偏移器，被配置为偏移基准射束的频率或者测量射束的频率，或者偏移基准射束和测量射束的频率，以便使得基准射束和测量射束的频率彼此不同； 光学系统，被配置为使得测量射束入射在测量表面上并且使得从测量表面反射的测量射束与基准射束干涉以便获得干涉光，基准射束和测量射束的频率通过频率偏移器而彼此不同； 分割单元，被配置为将干涉光分割成多个光束；以及 检测单元，被配置为对于每个波长检测通过分割单元分割成的所述多个光束。
2.根据权利要求1所述的多波长干涉仪，还包括处理单元，所述处理单元被配置为根据由检测单元检测的干涉光的信号来获取复振幅，获取多个光束中的每个光束中的对于每个波长的复振幅的复相关性，对于每个波长根据复相关性获取用于计算相位的光瞳位置，以及根据与获取的对于每个波长的光瞳位置中的相位有关的信息来获取波长之间的相位差。
3.根据权利要求1所述的多波长干涉仪，还包括处理单元，所述处理单元被配置为获取与测量表面的倾斜有关的信息，根据与倾斜有关的信息对于每个波长获取用于计算相位的光瞳位置，以及根据与获取的对于每个波长的光瞳位置中的相位有关的信息来获取波长之间的相位差。
4.根据权利要求1所述的多波长干涉仪，其中所述分割单元是能移动的。
5.一种用于测量测量表面的形状或者位置的测量设备，所述测量设备包括 使用在波长方面彼此不同的多个光束的多波长干涉仪；以及 处理单元，被配置为通过使用利用多波长干涉仪获取的信号来获取测量表面的形状或者位置， 其中多波长干涉仪包括 分束器，被配置为将光束分割成基准射束和测量射束； 频率偏移器，被配置为偏移基准射束的频率或者测量射束的频率，或者偏移基准射束和测量射束的频率，以便使得基准射束和测量射束的频率彼此不同； 光学系统，被配置为使得测量射束入射在测量表面上并且使得从测量表面反射的测量射束与基准射束干涉以便获得干涉光，基准射束和测量射束的频率通过频率偏移器而彼此不同； 能移动的光阑，布置在位于测量表面的共轭面处的光瞳上；以及 检测单元，被配置为在共轭面上移动光阑时检测经过光阑的基准射束和测量射束之间的干涉光，以及 其中处理单元被配置为通过利用来自检测单元的干涉光的信号来获取波长之间的关于复振幅的信息的相关程度，基于获取的相关程度来获取测量表面的光瞳共轭面上的用于获得干涉光的信号的相位的位置，以及通过利用与获取的位置处的干涉光的信号的相位有关的信息来获取测量表面的形状或者位置。
6.一种用于测量测量表面的形状或者位置的测量方法，所述测量方法包括将在波长方面彼此不同的多个光束分割成基准射束和测量射束，使得基准射束和测量射束的频率彼此不同，并且使得测量射束入射在测量表面上以及使得从测量表面反射的测量射束与基准射束干涉； 对于多个光束的每个波长获取测量射束和基准射束之间的干涉光的信号； 根据获取的信号来获取关于复振幅的信息，并且通过利用在波长之间的关于复振幅的信息在测量表面的光瞳共轭面中偏移的情况下的关于复振幅的信息来获取波长之间的关于复振幅的信息的相关程度；以及 基于获取的相关程度来获取测量表面的光瞳共轭面上的用于获得干涉光的信号的相位的位置，以及通过利用与获取的位置处的干涉光的信号的相位有关的信息来获取测量表面的形状或者位置。
7.根据权利要求6所述的测量方法，还包括根据与偏移到使相关程度最大化的位置的复振幅有关的信息来获取干涉光的信号的波长之间的相位差，其中使相关程度最大化的位置作为测量表面的光瞳共轭面上的用于获得干涉光的信号的相位的位置。
全文摘要
本发明涉及多波长干涉仪、测量设备以及测量方法。该多波长干涉仪包括分束器，被配置为将多个光束分割成基准射束和测量射束；频率偏移器，被配置为偏移基准射束和测量射束中的至少一个的频率，以便使得基准射束和测量射束的频率彼此不同；光学系统，被配置为使得测量射束入射在测量表面上并且使得从测量表面反射的测量射束与基准射束干涉以便获得干涉光；分割单元，被配置为将干涉光分割成多个光束；以及检测单元，被配置为检测通过分割单元分割成的多个光束。
文档编号G01B11/00GK103063129SQ20121040810
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者山田显宏 申请人:佳能株式会社
专业数控铣床产品供应商
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