JP2647543B2 - 形状測定法 - Google Patents
形状測定法Info
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- JP2647543B2 JP2647543B2 JP2235748A JP23574890A JP2647543B2 JP 2647543 B2 JP2647543 B2 JP 2647543B2 JP 2235748 A JP2235748 A JP 2235748A JP 23574890 A JP23574890 A JP 23574890A JP 2647543 B2 JP2647543 B2 JP 2647543B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は半導体レーザの複合共振作用を利用して、被
測定体の表面形状を測定する方法に関する。
測定体の表面形状を測定する方法に関する。
＜従来の技術＞ 従来、物の形状を高精度に測定する方法に関しては、
次の三つの方法が代表的である。
次の三つの方法が代表的である。
ダイヤモンド針で試料表面をなぞり、その変化を差動
変圧計で検出する方法 全反射の臨界角付近の急激な反射率変化を利用する方
法 顕微鏡対物レンズと被測定面との間に参照面として挿
入した平行平板ハーフミラーと被測定表面とのミウラ干
渉を利用する方法 ここで、上記の方法は、簡便でダイナミックレンジ
が大きいので広く利用されているが、検出器が大型とな
り接触圧が高圧となる欠点がある。
変圧計で検出する方法 全反射の臨界角付近の急激な反射率変化を利用する方
法 顕微鏡対物レンズと被測定面との間に参照面として挿
入した平行平板ハーフミラーと被測定表面とのミウラ干
渉を利用する方法 ここで、上記の方法は、簡便でダイナミックレンジ
が大きいので広く利用されているが、検出器が大型とな
り接触圧が高圧となる欠点がある。
また、上記の方法は、臨界角を利用しているので、
極めて感度が高く、Åオーダーの検出が可能であるもの
の、レンズ、プリズム、光検出器等の多くの光学部品を
使用しなければならず、前記と同様に検出器が小型に
出来なかった。また、光ビームのスポットを利用してい
るので、空間分解能が低く、更にダイナミックレンジが
１μｍ程度と小さかった。
極めて感度が高く、Åオーダーの検出が可能であるもの
の、レンズ、プリズム、光検出器等の多くの光学部品を
使用しなければならず、前記と同様に検出器が小型に
出来なかった。また、光ビームのスポットを利用してい
るので、空間分解能が低く、更にダイナミックレンジが
１μｍ程度と小さかった。
一方、上記の方法は、光干渉を利用し、計算機処理
によりÅ以下の高い分解能が得られるが、平行平板ハー
フミラー用のアクチュエータが必要で、光学系を中心に
装置が大型であった。つまり、これらの方法では、装置
が大型となり、応用に制限があった。
によりÅ以下の高い分解能が得られるが、平行平板ハー
フミラー用のアクチュエータが必要で、光学系を中心に
装置が大型であった。つまり、これらの方法では、装置
が大型となり、応用に制限があった。
これらの方法に対して、特開昭63−108202号公報で
は、半導体レーザの複合共振作用を利用する微小隙間の
測定方法が開示されている。即ち、第５図に示すよう
に、半導体レーザ１の一方の出力端面４からの出射光５
を、出力端面４から隔離して配置した被測定体６の表面
で反射させて、その反射光７を半導体レーザ１に帰還さ
せると、半導体レーザ内部光９と帰還光７により複合共
振する。その時の半導体レーザ１の他方の出力端面２か
らの光出力８を光検出器３で検出する。
は、半導体レーザの複合共振作用を利用する微小隙間の
測定方法が開示されている。即ち、第５図に示すよう
に、半導体レーザ１の一方の出力端面４からの出射光５
を、出力端面４から隔離して配置した被測定体６の表面
で反射させて、その反射光７を半導体レーザ１に帰還さ
せると、半導体レーザ内部光９と帰還光７により複合共
振する。その時の半導体レーザ１の他方の出力端面２か
らの光出力８を光検出器３で検出する。
ここで、半導体レーザ１の出力端面２、出力端面４及
び被測定体６は、いわゆる複合共振系を構成しているの
で、半導体レーザ１のIL特性（光出力対電流特性）は、
半導体レーザ１と被測定体６との微小隙間（スペーシン
グ）により、第６図に示すように変化する。即ち、レー
ザ発振閾値Ithは、出力端面４の反射率をR1、被測定体
６の表面反射率をRf、スペーシングをｈ、空間での光伝
播定数をｋ（＝２π／λ）、光結合効率（反射光の半導
体レーザ出射口への帰還率）をηとすると、反射体がな
いときのレーザ発振閾値をIth（ｏ）として、次のよう
に表される（例えば、末松安晴：半導体レーザと光集積
回路、p.255,オーム社昭和59年）。
び被測定体６は、いわゆる複合共振系を構成しているの
で、半導体レーザ１のIL特性（光出力対電流特性）は、
半導体レーザ１と被測定体６との微小隙間（スペーシン
グ）により、第６図に示すように変化する。即ち、レー
ザ発振閾値Ithは、出力端面４の反射率をR1、被測定体
６の表面反射率をRf、スペーシングをｈ、空間での光伝
播定数をｋ（＝２π／λ）、光結合効率（反射光の半導
体レーザ出射口への帰還率）をηとすると、反射体がな
いときのレーザ発振閾値をIth（ｏ）として、次のよう
に表される（例えば、末松安晴：半導体レーザと光集積
回路、p.255,オーム社昭和59年）。
尚、レーザ光は拡散して広がるのでスペーシングｈが
大きい程、光結合効率ηは小さくなる。
大きい程、光結合効率ηは小さくなる。
現在市販されている通常の半導体レーザでは、帰還光
７と半導体レーザ内部光９が干渉するので、スペーシン
グｈが、これらの光の半波長（λ/2）を周期として光出
力は第７図に示すように変化する。これは、上記（１）
式の余弦項に対応している。
７と半導体レーザ内部光９が干渉するので、スペーシン
グｈが、これらの光の半波長（λ/2）を周期として光出
力は第７図に示すように変化する。これは、上記（１）
式の余弦項に対応している。
この光出力のピーク値Ｖp.fの逆数はスペーシングｈ
に対し、第８図及び下式（２）に示すように直線関係と
なるが、駆動バイアス電流Ｉに応じて、その勾配と縦軸
切片が異なる。
に対し、第８図及び下式（２）に示すように直線関係と
なるが、駆動バイアス電流Ｉに応じて、その勾配と縦軸
切片が異なる。
1/Vp.f＝ａ（Ｉ）ｈ＋ｂ（Ｉ） …（２） ここで、ａ（Ｉ）は駆動バイアス電流Ｉによって決ま
る本測定系の感度を表す定数である。従って、予めａ
（Ｉ）及びｂ（Ｉ）を測定しておけば、上記（２）式に
より、位相変化分を無視した場合のスペーシングｈを測
定できる訳である。位相変化分については、上記半導体
レーザ１或いは被測定体６を振幅幅λ/2（λは波長）で
強制振動した場合、各振動周期内で光出力が最大値とな
る振動位相から測定できる。
る本測定系の感度を表す定数である。従って、予めａ
（Ｉ）及びｂ（Ｉ）を測定しておけば、上記（２）式に
より、位相変化分を無視した場合のスペーシングｈを測
定できる訳である。位相変化分については、上記半導体
レーザ１或いは被測定体６を振幅幅λ/2（λは波長）で
強制振動した場合、各振動周期内で光出力が最大値とな
る振動位相から測定できる。
＜発明が解決しようとする課題＞ 第５図に示す方法は、微小隙間の静的及び動的な測定
が可能であり、構成が簡単で測定精度が高い等の利点を
有する。
が可能であり、構成が簡単で測定精度が高い等の利点を
有する。
しかし、その反面、光検出器３の出力はスペーシング
ｈの増大に伴って減少していくので、測定のダイナミッ
クレンジが制限されてしまう。このため、半導体レーザ
の照射領域が制限され、空間的な測定分解能がミクロン
オーダーで大きく、更に被測定体の反射率の影響をその
都度較正しなければならない等の欠点があった。
ｈの増大に伴って減少していくので、測定のダイナミッ
クレンジが制限されてしまう。このため、半導体レーザ
の照射領域が制限され、空間的な測定分解能がミクロン
オーダーで大きく、更に被測定体の反射率の影響をその
都度較正しなければならない等の欠点があった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであ
り、確実に形状を測定することが出来ると共に光検出器
からの出力が減少せず、ダイナミックレンジに制限のな
い形状測定法を提供することを目的とする。
り、確実に形状を測定することが出来ると共に光検出器
からの出力が減少せず、ダイナミックレンジに制限のな
い形状測定法を提供することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 斯かる目的を達成する本発明の形状測定法の構成は半
導体レーザの一方の出力端面から出射光を被測定体に照
射し、該被測定体からの反射光を当該半導体レーザに帰
還させることにより、帰還したその反射光と内部光によ
り複合共振させ、前記半導体レーザの光出力を前記被測
定体との距離の変化に対して半波長周期で変化させ、該
半導体レーザの他方の出力端面からの光出力を検出し、
前記被測定体に対して前記半導体レーザを接近離反自在
に支持するアクチュエータを前記光出力に基づいて駆動
して該半導体レーザの一方の出力端面と該被測定体との
距離を一定に保ち、前記アクチュエータの移動量を前記
被測定体の表面形状として取り出すことを特徴とする。
導体レーザの一方の出力端面から出射光を被測定体に照
射し、該被測定体からの反射光を当該半導体レーザに帰
還させることにより、帰還したその反射光と内部光によ
り複合共振させ、前記半導体レーザの光出力を前記被測
定体との距離の変化に対して半波長周期で変化させ、該
半導体レーザの他方の出力端面からの光出力を検出し、
前記被測定体に対して前記半導体レーザを接近離反自在
に支持するアクチュエータを前記光出力に基づいて駆動
して該半導体レーザの一方の出力端面と該被測定体との
距離を一定に保ち、前記アクチュエータの移動量を前記
被測定体の表面形状として取り出すことを特徴とする。
＜作用＞ 半導体レーザの一方の出力端面からの出射光を被測定
体に照射し、その反射光を半導体レーザに帰還させる
と、半導体レーザは複合共振する。
体に照射し、その反射光を半導体レーザに帰還させる
と、半導体レーザは複合共振する。
その半導体レーザの他方の出力端面からの光出力を検
出すると、その光出力は、第２図に示すように、半導体
レーザの一方の出力端面と被測定体との距離に応じて半
波長周期で急峻に変化すると共に、その光出力のピーク
値は距離の増大に伴って緩やかに減少してゆく。そのピ
ーク値の変化（第６図の破線に相当）を利用するのが前
述した従来技術であるが、本発明はそのようなピーク値
の変化を利用するのではなく、そのようなピーク値とピ
ーク値との谷間の部分において、その光出力の傾きが距
離に対して急峻に変化する波の一部分、例えば、第２図
において、距離の変化δに対して光出力の変化δＰの比
が大きい部分を利用するのである。つまり、半導体レー
ザの出力端面と被測定体との距離が僅かに変化しただけ
でも、急峻に変化する半導体レーザの光出力の波の一部
分を計測すれば、制御量として充分に大きな変化が得ら
れる。従って、その光出力の変化を打ち消すように、ア
クチュエータを制御すれば、半導体レーザの出力端面と
被測定体との距離が殆ど一定（その距離の変化は光出力
の変化に対する距離の変化の比の逆数に応じて小さくな
る）に維持される結果となるのである。
出すると、その光出力は、第２図に示すように、半導体
レーザの一方の出力端面と被測定体との距離に応じて半
波長周期で急峻に変化すると共に、その光出力のピーク
値は距離の増大に伴って緩やかに減少してゆく。そのピ
ーク値の変化（第６図の破線に相当）を利用するのが前
述した従来技術であるが、本発明はそのようなピーク値
の変化を利用するのではなく、そのようなピーク値とピ
ーク値との谷間の部分において、その光出力の傾きが距
離に対して急峻に変化する波の一部分、例えば、第２図
において、距離の変化δに対して光出力の変化δＰの比
が大きい部分を利用するのである。つまり、半導体レー
ザの出力端面と被測定体との距離が僅かに変化しただけ
でも、急峻に変化する半導体レーザの光出力の波の一部
分を計測すれば、制御量として充分に大きな変化が得ら
れる。従って、その光出力の変化を打ち消すように、ア
クチュエータを制御すれば、半導体レーザの出力端面と
被測定体との距離が殆ど一定（その距離の変化は光出力
の変化に対する距離の変化の比の逆数に応じて小さくな
る）に維持される結果となるのである。
このように、半導体レーザの一方の出力端面と被測定
体との距離を一定に制御すると、半導体レーザを支持す
るアクチュエータの移動量は被測定体の表面形状或いは
表面粗さそのものを表していることになり、その移動量
を被測定体の表面形状として取り出すことにより、被測
定体の表面形状を測定できたことになる。
体との距離を一定に制御すると、半導体レーザを支持す
るアクチュエータの移動量は被測定体の表面形状或いは
表面粗さそのものを表していることになり、その移動量
を被測定体の表面形状として取り出すことにより、被測
定体の表面形状を測定できたことになる。
＜実施例＞ 以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図に本発明の第一の実施例に係る形状測定装置を
示す。同図に示すように半導体レーザ１と光検出器３は
ブロック12上に対向して配置されると共にこのブロック
12はアクチュエータ10に吊り下げられている。アクチュ
エータ10は、上下に伸縮自在な構造を有し、図示しない
構造物に支持され、第８図中で示すように被測定体６
の表面に対して平行な方向に移動可能になっている。半
導体レーザ１の一方の出力端面４は、ブロック12の出力
端面にから数十μｍ以上突き出していることが必要であ
り、その出力端面４と被測定体６との距離はh0とする。
半導体レーザ１の他方の出力端面２は光検出器３に向か
い合っている。
示す。同図に示すように半導体レーザ１と光検出器３は
ブロック12上に対向して配置されると共にこのブロック
12はアクチュエータ10に吊り下げられている。アクチュ
エータ10は、上下に伸縮自在な構造を有し、図示しない
構造物に支持され、第８図中で示すように被測定体６
の表面に対して平行な方向に移動可能になっている。半
導体レーザ１の一方の出力端面４は、ブロック12の出力
端面にから数十μｍ以上突き出していることが必要であ
り、その出力端面４と被測定体６との距離はh0とする。
半導体レーザ１の他方の出力端面２は光検出器３に向か
い合っている。
半導体レーザ１は、増幅器20を介してコントローラ24
に接続されており、コントローラ24から出力された電流
が増幅器20により増幅されて半導体レーザ１が発振され
るようになっている。
に接続されており、コントローラ24から出力された電流
が増幅器20により増幅されて半導体レーザ１が発振され
るようになっている。
光検出器３は電流電圧変換回路21、増幅器22を介して
コントローラ24に接続されており、光検出器３からの出
力電流が電流電圧変換回路21により電流から電圧に変換
され、更に増幅器22により増幅されてコントローラ24に
出力されるようになっている。
コントローラ24に接続されており、光検出器３からの出
力電流が電流電圧変換回路21により電流から電圧に変換
され、更に増幅器22により増幅されてコントローラ24に
出力されるようになっている。
コントローラ24は基準電圧発生器23と接続しており、
半導体レーザ１を駆動する電流を出力すると共に基準電
圧発生器23からの出力電圧VRと増幅器22からの出力電圧
V0との差分電圧（V0−VR）を演算するようになってい
る。
半導体レーザ１を駆動する電流を出力すると共に基準電
圧発生器23からの出力電圧VRと増幅器22からの出力電圧
V0との差分電圧（V0−VR）を演算するようになってい
る。
アクチュエータ10はアクチュエータ増幅器25を介して
コントローラ24に接続され、このコントローラ24からの
電圧（V0−VR）がアクチュエータ増幅器25により増幅さ
れて、アクチュエータ10が駆動されるようになってい
る。
コントローラ24に接続され、このコントローラ24からの
電圧（V0−VR）がアクチュエータ増幅器25により増幅さ
れて、アクチュエータ10が駆動されるようになってい
る。
半導体レーザ１と光検出器３とは一体構造となってい
ることが望ましいが、本実施例のように別個の部品とし
てブロック12上に固定されていても良い。
ることが望ましいが、本実施例のように別個の部品とし
てブロック12上に固定されていても良い。
上記構成を有する本実施例の形状計測装置により、被
測定体６の形状を測定する場合には、次のようにして行
う。
測定体６の形状を測定する場合には、次のようにして行
う。
先ず、コントローラ24からの信号を増幅器20を介して
増幅し、半導体レーザ１の一方の出力端面４からの出射
光を被測定体６に照射させて、その反射光を半導体レー
ザ１に帰還させる。半導体レーザ１では、内部光と反射
光との間で複合共振作用を生じ、半導体レーザ１の他方
の出力端面２からの光出力が光検出器３で検出されて出
力電流となる。光検出器３の出力電流は、半導体レーザ
１の出力端面４と被測定体６との距離h0に依存して第２
図に示すように変化する。第２図は、第７図の拡大図に
相当するものでる。第２図に示すように、光検出器３の
出力は、使用している半導体レーザ１の波長λに関連し
て、周期的に出力が変動する。ピーク点Ａは、出力端面
４と被測定体６の距離h0が波長λの整数倍となるときで
あり、最小点Ｂは整数倍から半波長ずれているときであ
る。
増幅し、半導体レーザ１の一方の出力端面４からの出射
光を被測定体６に照射させて、その反射光を半導体レー
ザ１に帰還させる。半導体レーザ１では、内部光と反射
光との間で複合共振作用を生じ、半導体レーザ１の他方
の出力端面２からの光出力が光検出器３で検出されて出
力電流となる。光検出器３の出力電流は、半導体レーザ
１の出力端面４と被測定体６との距離h0に依存して第２
図に示すように変化する。第２図は、第７図の拡大図に
相当するものでる。第２図に示すように、光検出器３の
出力は、使用している半導体レーザ１の波長λに関連し
て、周期的に出力が変動する。ピーク点Ａは、出力端面
４と被測定体６の距離h0が波長λの整数倍となるときで
あり、最小点Ｂは整数倍から半波長ずれているときであ
る。
いま、任意の距離h0における、光検出器３の出力をP0
とする。第１図に示すようにアクチュエータ10を被測定
体６に対して、図中で示す方向に相対的に移動させる
と、被測定体６の表面粗さに応じて、被測定体６と出力
端面４との距離h0が変化する。例えば、この距離h0が減
少する方向、即ち表面が高くなる方向に変化すると、光
検出器３の出力P0は増大する。逆に、距離h0が増大する
方向、即ち表面が低くなる方向に変化すると、光検出器
３の出力P0は減少する。その出力P0の変化δＰは、第２
図に示すように距離h0の僅かな変化δに対しても大きな
ものとなる。
とする。第１図に示すようにアクチュエータ10を被測定
体６に対して、図中で示す方向に相対的に移動させる
と、被測定体６の表面粗さに応じて、被測定体６と出力
端面４との距離h0が変化する。例えば、この距離h0が減
少する方向、即ち表面が高くなる方向に変化すると、光
検出器３の出力P0は増大する。逆に、距離h0が増大する
方向、即ち表面が低くなる方向に変化すると、光検出器
３の出力P0は減少する。その出力P0の変化δＰは、第２
図に示すように距離h0の僅かな変化δに対しても大きな
ものとなる。
このように距離h0の僅かな変化に敏感に反応する光検
出器３の出力は、電流電圧変換回路21により、電流から
電圧に変換され、その後増幅器22により増幅されて電圧
V0としてコントローラ24に入力される。
出器３の出力は、電流電圧変換回路21により、電流から
電圧に変換され、その後増幅器22により増幅されて電圧
V0としてコントローラ24に入力される。
コントローラ24は、基準電圧発生器23からの電圧VRと
電圧V0とを比較し、差分電圧に等しい電圧（V0−VR）を
アクチュエータ増幅器25に出力する。アクチュエータ増
幅器25では、その電圧（V0−VR）によりアクチュエータ
10を駆動して伸縮させる。アクチュエータ10の伸縮によ
り半導体レーザ１の出力端面４と被測定体６との距離h0
が変化することになる。そこで、アクチュエータ10の伸
縮する方向は、出力端面４と被測定体６との距離h0の変
化δを打ち消す方向、つまり、出力P0が増大するなら
ば、減少させる方向に、出力P0が減少するならば、増大
する方向にする。この結果、前記基準電圧として適当な
値を選んでおくことにより、出力端面４と被測定体６と
の距離h0は時間的に一定に保たれることになる。
電圧V0とを比較し、差分電圧に等しい電圧（V0−VR）を
アクチュエータ増幅器25に出力する。アクチュエータ増
幅器25では、その電圧（V0−VR）によりアクチュエータ
10を駆動して伸縮させる。アクチュエータ10の伸縮によ
り半導体レーザ１の出力端面４と被測定体６との距離h0
が変化することになる。そこで、アクチュエータ10の伸
縮する方向は、出力端面４と被測定体６との距離h0の変
化δを打ち消す方向、つまり、出力P0が増大するなら
ば、減少させる方向に、出力P0が減少するならば、増大
する方向にする。この結果、前記基準電圧として適当な
値を選んでおくことにより、出力端面４と被測定体６と
の距離h0は時間的に一定に保たれることになる。
このように半導体レーザ１の出力端面４と被測定体６
との距離h0は時間的に一定に保たれる結果、アクチュエ
ータ10の伸縮量は被測定体６の表面形状そのものを表し
ていることになり、アクチュエータ10の伸縮量を取り出
すことで、被測定体６の表面形状又は粗さを測定できる
ことになる。しかも、光検出器３の出力Ｐの変化δＰ
は、距離h0の変化δに比べて大きく変化するので、微細
な形状測定が可能である。
との距離h0は時間的に一定に保たれる結果、アクチュエ
ータ10の伸縮量は被測定体６の表面形状そのものを表し
ていることになり、アクチュエータ10の伸縮量を取り出
すことで、被測定体６の表面形状又は粗さを測定できる
ことになる。しかも、光検出器３の出力Ｐの変化δＰ
は、距離h0の変化δに比べて大きく変化するので、微細
な形状測定が可能である。
尚、上記実施例では、半導体レーザ１の出力端面４か
ら被測定体６の表面に直接照射しているので、表面上で
の空間分解能がμｍオーダーで低いが、本発明は、この
ようなものに限られない。
ら被測定体６の表面に直接照射しているので、表面上で
の空間分解能がμｍオーダーで低いが、本発明は、この
ようなものに限られない。
例えば、第３図に示す第二の実施例のように触針30を
利用すると、空間分解能の改善に有効である。
利用すると、空間分解能の改善に有効である。
即ち、半導体レーザ１と光検出器３とがブロック12に
設置されると共にこのブロック12がアクチュエータ10を
介してホルダ32に取り付けられている。ホルダ32の下部
には、バネ31が水平に支持され、このバネ31の先端下側
には触針30が固定され、この触針30は半導体レーザ１の
出力端面４の下方において被測定体６に接触している。
触針30としては、ダイアモンドのように硬く、耐磨耗性
の優れた材料で形成され、先端は0.1μｍ程度に細く加
工されている。触針30は、バネ31の先端に、例えば、エ
ポキシ系の接着剤で固定され、また、バネ31も同じく接
着剤でホルダ32に固定されている。バネ31の先端上側、
つまり、触針30の取り付けられた裏側の面は、半導体レ
ーザ１から照射される光を受ける面であり、半導体レー
ザ１の出力端面４との距離h0は10μｍ以下に固定されて
いる。
設置されると共にこのブロック12がアクチュエータ10を
介してホルダ32に取り付けられている。ホルダ32の下部
には、バネ31が水平に支持され、このバネ31の先端下側
には触針30が固定され、この触針30は半導体レーザ１の
出力端面４の下方において被測定体６に接触している。
触針30としては、ダイアモンドのように硬く、耐磨耗性
の優れた材料で形成され、先端は0.1μｍ程度に細く加
工されている。触針30は、バネ31の先端に、例えば、エ
ポキシ系の接着剤で固定され、また、バネ31も同じく接
着剤でホルダ32に固定されている。バネ31の先端上側、
つまり、触針30の取り付けられた裏側の面は、半導体レ
ーザ１から照射される光を受ける面であり、半導体レー
ザ１の出力端面４との距離h0は10μｍ以下に固定されて
いる。
本実施例において、被測定体６の形状を測定するに
は、先ずバネ31が自由に支持されている状態で、ホルダ
32を下降させ、触針30を被測定体６に接触させ、バネ31
が一定のたわみを持つようにする。この際、光検出器６
の出力は、第２図に示すように右方から左方に徐々にピ
ーク出力が増大するように変化する。適当な距離h0でホ
ルダ32の下降を停止した後、ホルダ32を第３図中で示
すように水平に移動させてゆけば、バネ31により付勢さ
れた触針30が被測定体６の表面をなぞって、その起伏に
応じて上下する。半導体レーザ１からの子出射光は、触
針30の取り付けられたバネ31の先端裏側に照射され、そ
の反射光が帰還し、光検出器３で光出力が検出されるの
は前述した実施例と同様である。そして、コントローラ
24からの出力をアクチュエータ増幅器25が増幅して、そ
れに対応してアクチュエータ10が伸縮し、前述したよう
に距離h0が一定となるように制御する。また、アクチュ
エータ増幅器25の出力を取り出せば、被測定体６の表面
形状、表面粗さが測定できる。
は、先ずバネ31が自由に支持されている状態で、ホルダ
32を下降させ、触針30を被測定体６に接触させ、バネ31
が一定のたわみを持つようにする。この際、光検出器６
の出力は、第２図に示すように右方から左方に徐々にピ
ーク出力が増大するように変化する。適当な距離h0でホ
ルダ32の下降を停止した後、ホルダ32を第３図中で示
すように水平に移動させてゆけば、バネ31により付勢さ
れた触針30が被測定体６の表面をなぞって、その起伏に
応じて上下する。半導体レーザ１からの子出射光は、触
針30の取り付けられたバネ31の先端裏側に照射され、そ
の反射光が帰還し、光検出器３で光出力が検出されるの
は前述した実施例と同様である。そして、コントローラ
24からの出力をアクチュエータ増幅器25が増幅して、そ
れに対応してアクチュエータ10が伸縮し、前述したよう
に距離h0が一定となるように制御する。また、アクチュ
エータ増幅器25の出力を取り出せば、被測定体６の表面
形状、表面粗さが測定できる。
このように、本実施例では触針30を被測定体６に付勢
すると共にこの触針30の裏側に半導体レーザ１からの照
射光を照射しているので、被測定体６に直接照射する場
合に比較し、空間分解能が向上する。
すると共にこの触針30の裏側に半導体レーザ１からの照
射光を照射しているので、被測定体６に直接照射する場
合に比較し、空間分解能が向上する。
更に、光検出器３の出力をより大きく安定化するに
は、第４図に示すように触針30の取り付けられるバネ31
の先端上側に、Au等の高反射率で化学的に安定な薄膜を
蒸着、スパッタリング等で付着した微小ブロック34を取
り付けるようにすると良い。
は、第４図に示すように触針30の取り付けられるバネ31
の先端上側に、Au等の高反射率で化学的に安定な薄膜を
蒸着、スパッタリング等で付着した微小ブロック34を取
り付けるようにすると良い。
この様にすると、半導体レーザ１からの出射光が微小
ブロック34で効率的に反射するので、光検出器３の出力
が更に安定する。
ブロック34で効率的に反射するので、光検出器３の出力
が更に安定する。
また、空間分解能を改善するには、特許願昭和62−14
0104号に記載される溝付半導体レーザを利用しても良
い。
0104号に記載される溝付半導体レーザを利用しても良
い。
＜発明の効果＞ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本
発明は、半導体レーザの一方の出力端面と被測定体との
距離を一定となるようにアクチュエータを駆動するの
で、アクチュエータの移動量を被測定体の形状或いは表
面粗さとして検出することが出来る。また、半導体レー
ザの一方の出力端面と被測定体との距離を一定となるよ
うに制御するので、その距離が大きくならず、従って、
光検出器の出力の減少を回避することが出来る。
発明は、半導体レーザの一方の出力端面と被測定体との
距離を一定となるようにアクチュエータを駆動するの
で、アクチュエータの移動量を被測定体の形状或いは表
面粗さとして検出することが出来る。また、半導体レー
ザの一方の出力端面と被測定体との距離を一定となるよ
うに制御するので、その距離が大きくならず、従って、
光検出器の出力の減少を回避することが出来る。
第１図は本発明の形状測定法の一実施例を示す構成図、
第２図は光検出器の出力電流に対する半導体レーザの出
力端面と被測定体との距離との関係を示すグラフ、第３
図は本発明の形状測定法の第二の実施例を示す構成図、
第４図は本発明の形状測定法の第三の実施例の要部を示
す構成図、第５図は先願に開示された形状測定装置の構
成図、第６図は半導体レーザの光出力に対する電流特性
を示すグラフ、第７図は複合共振する半導体レーザの光
出力に対するスペーシング／発振波長の関係を示すグラ
フ、第８図は複合共振する半導体レーザの光出力のピー
ク値の逆数に対するスペーシングの関係を示すグラフで
ある。 図面中、 １は半導体レーザ、 2,4は半導体レーザの出力端面、 ３は光検出器、 ６は被測定体、 10はアクチュエータ、 12,32はブロック、 20は増幅器、 21は電流電圧変換回路、 22は増幅器、 23は基準電圧発生器、 24はコントローラ、 25はアクチュエータ増幅器、 30は触針、 31はバネ、 34は微小ブロックである。
第２図は光検出器の出力電流に対する半導体レーザの出
力端面と被測定体との距離との関係を示すグラフ、第３
図は本発明の形状測定法の第二の実施例を示す構成図、
第４図は本発明の形状測定法の第三の実施例の要部を示
す構成図、第５図は先願に開示された形状測定装置の構
成図、第６図は半導体レーザの光出力に対する電流特性
を示すグラフ、第７図は複合共振する半導体レーザの光
出力に対するスペーシング／発振波長の関係を示すグラ
フ、第８図は複合共振する半導体レーザの光出力のピー
ク値の逆数に対するスペーシングの関係を示すグラフで
ある。 図面中、 １は半導体レーザ、 2,4は半導体レーザの出力端面、 ３は光検出器、 ６は被測定体、 10はアクチュエータ、 12,32はブロック、 20は増幅器、 21は電流電圧変換回路、 22は増幅器、 23は基準電圧発生器、 24はコントローラ、 25はアクチュエータ増幅器、 30は触針、 31はバネ、 34は微小ブロックである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 宏 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−282752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−108202（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195301（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−116412（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−120405（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−141359（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−501004（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザの一方の出力端面から出射光
を被測定体に照射し、該被測定体からの反射光を当該半
導体レーザに帰還させることにより、帰還したその反射
光と内部光により複合共振させ、前記半導体レーザの光
出力を前記被測定体との距離の変化に対して半波長周期
で変化させ、該半導体レーザの他方の出力端面からの光
出力を検出し、前記被測定体に対して前記半導体レーザ
を接近離反自在に支持するアクチュエータを前記光出力
に基づいて駆動して該半導体レーザの一方の出力端面と
該被測定体との距離を、該距離に対する前記光出力の傾
きが急峻に変化する波の一部分を用いて、一定に保ち、
前記アクチュエータの移動量を前記被測定体の表面形状
として取り出すことを特徴とする形状測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2235748A JP2647543B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 形状測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2235748A JP2647543B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 形状測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04116412A JPH04116412A (ja) | 1992-04-16 |
| JP2647543B2 true JP2647543B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=16990645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2235748A Expired - Fee Related JP2647543B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 形状測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647543B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0697261B2 (ja) * | 1984-06-01 | 1994-11-30 | シャープ株式会社 | 半導体レ−ザを用いた微小変位測定装置 |
| JPH07104135B2 (ja) * | 1986-10-27 | 1995-11-13 | 日本電信電話株式会社 | 微少隙間の測定方法及びその測定装置 |
| JPH01141359A (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-02 | Agency Of Ind Science & Technol | 光学式偏位検出装置 |
| JPH079363B2 (ja) * | 1988-01-29 | 1995-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 表面機械特性測定装置 |
| JPH02128109A (ja) * | 1988-11-08 | 1990-05-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 表面形状測定装置 |
-
1990
- 1990-09-07 JP JP2235748A patent/JP2647543B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04116412A (ja) | 1992-04-16 |
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