一、基本原理

白色光干渉計は干渉原理に基づいて動作する測定ツールである。干渉現象とは、2つまたは複数の光波が出会うと、それらの位相が変化し、空間の異なる位置に明暗相間のストライプが形成されることを意味する。これらのストライプの変化は、光の位相差及び光路差と密接な関係がある。

白色光干渉計において使用される「白色光」とは、複数の波長を含む広いスペクトル光源を指す。従来の単色光干渉計に比べてスペクトル範囲が広いため、より高い測定分解能を提供することができる。このような光源の広いスペクトル特性により、高度に正確な測定を行う際に、単一の波長光源を使用することによる誤差を回避することができる。

干渉計の基本的な動作過程は、光源から発せられた白色光がビームスプリッタによって2つの光に分割され、そのうちの1つの光が測定対象物の表面に照射され、もう1つの光が参照鏡面反射によって干渉計の干渉領域に戻ることである。2つの光が再収束すると、位相が変化するため干渉縞が形成されます。これらの干渉縞を解析することにより、物体表面の微小変形や欠陥情報を正確に得ることができる。

二、作業メカニズム

白色光干渉計の動作メカニズムは、光源、ビームスプリッタ、リファレンスミラー、測定対象物、検出器を含む複数の重要な部分に関連している。各部分の機能は密接に協力し、共に物体表面の正確な測定を実現する。

1.光源とビームスプリッタ

その光源は通常、広いスペクトルの光を発することができる高輝度の白色LEDまたは白色光レーザーである。光源からの光はビームスプリッタを経て2つに分けられ、1つの光は物体の表面に照射され、もう1つの光は直接参照鏡に入る。

2.基準鏡と物体表面

1つの光は測定対象物の表面に導かれ、反射された後に別のビームが基準鏡で反射された光と出会う。測定対象物の表面の微小な凹凸や変形は、反射光の位相を変化させ、2つの光の干渉効果に影響を与える。

3.干渉縞の形成

この2つの光は干渉計の干渉領域で再収束し、干渉縞を生成する。広いスペクトル光源を使用しているため、干渉縞の形態は光の位相差、光路差などの要素と密接に関連している。これらのストライプの変化は、物体表面のわずかな変化を反映している。

4.プローブとデータ解析

検出器が捕捉した干渉縞をコンピュータで解析し、表面高さの変化と表面欠陥を正確に測定した。ストライプの変化を解析することにより、表面形態の3次元画像を得ることができ、それによって物体表面の詳細な形態解析を行うことができる。

三、優勢と応用

高精度の測定機器として、多くの顕著な利点がある。まず、高空間分解能を提供することができ、通常はナノスケールの表面変化を測定することができ、これにより、ミクロンとナノスケールの正確な測定においてかけがえのない利点を持つことができる。次に、広いスペクトルの白色光を使用しているため、単色光干渉計に発生する可能性のある分散誤差を回避し、より複雑な測定環境に適している。

応用面では、表面測定、光学素子の検出、フィルム厚さの測定及び材料のミクロ形態解析などの分野に広く応用されている。例えば、半導体業界では、チップ表面の平坦度と精度を確保するために、チップ表面の検出と測定に使用することができる。生物医学の分野では、細胞表面形態の観測と分析にも使用できる。