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フリンジスキャンとレーザー入射角度について
 
発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp/
 
連載「知って得する干渉計測定技術！」
2020年4月15日号　VOL.158
 
平素は格別のお引き立てを賜り、厚く御礼申し上げます。
干渉計による精密測定やアプリケーション例などをテーマに、
無料にてメールマガジンとして配信いたします。
 
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こんにちは。営業技術グループの落合です。

今回は、
Tropel社製平面度測定機FlatMasterシリーズの

　　フリンジスキャンとレーザー入射角度

についてお話ししたいと思います。

前回までのメルマガ(VOL.155、VOL.157)で、

“ FlatMasterは干渉計の中にあるガルボと呼ばれている
　平行平面板を微小に回転させることによって干渉の条件を変え、
　縞を流す作業(フリンジスキャン)を行っています。

　縞が流れるスピードは、  

　　１縞感度(入射角度)、２ガルボの回転速度、そして３ギャップに依存します。”

と記載しました。


今回は「１縞感度(入射角度)」に着目します。

フリンジスキャンのとき、
入射角度θはどれくらい微小に(Δθ)動いているのでしょうか。
確かめてみます。

パラメータは下記です。

　　・ギャップ　　　　：t
　　・レーザー波長　　：λ
　　・レーザー入射角度：θ 
　　・入射角度の変動　：θ ⇒ θ + Δθ
　　・光路長差の変動　：2tcosθ ⇒ 2tcos(θ+Δθ)　

　　　　　　・ギャップ　　　　　：参照面(プリズム表面)と測定面の距離(隙間)
　　　　　　・レーザー入射角度　：測定面へのレーザー入射角度 
　　　　　　・光路長差　　　　　：参照光(プリズム表面での反射光)と
　　　　　　　　　　　　　　　　　テスト光(測定面での反射光)との光路長差

必要な式を2つ記します。

　　・縞感度		：S = λ / 2cosθ　[μm/fr]　式(1)
　　・光路長差の変動とサンプリング周期
　　　　　　　　　　　　：2tcos(θ+Δθ) - 2tcosθ = 1.5λ　[μm]　式(2)
　　　　　　　
波長1.5周期からサンプリングする設定のため、
式(2)からΔθが求まります。

例えば、

　　λ = 0.635[μm]
　　 t = 200[μm]、
　　入射角度θで縞感度S = 1.8[μm/fr]

の場合、
式(1)、式(2)から計算すると、入射角度の変動は

　　θ = 79.840[deg] ⇒ θ + Δθ = 79.702[deg]
　　Δθ＝ -0.148[deg]

です。

次に、ギャップをt = 200[μm]から 300[μm]
と変更した場合はどうでしょうか。
同じく式(1)、式(2)から

　　θ = 79.840[deg] ⇒ θ + Δθ = 79.748[deg]
　　Δθ＝ -0.092[deg]

と、装置は入射角度の変動幅を変えます。


ここで、装置にいじわるな事をします。
仮に、

　　装置(ソフトウェア)に、t = 300[μm]の設定を教えて、
　　実機のギャップがt = 200[μm]になっていたら、

どうなるでしょうか。

答えは、式(2)から、
光路長差の変動を1.5λにしたいのに、1.0λになってしまい、
装置で想定するサンプリングを正しく行えなくなってしまいます。
（実際には、設定ミスを検知する機能があります。）

入射角の変動幅|Δθ|が0.148[deg]か0.092[deg]か、微小な差ですよね。
仮に人の目で認識しようとしても不可能な量です。
しかしFlatMasterにとっては、意味のある大きな差です。

今回は、
フリンジスキャン中のレーザー入射角度について追ってみました。
干渉計の世界のスケールを少しでも感じ取って頂けましたら幸いです。



最後までお読みいただきありがとうございました。


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Y.O