JP3293666B2 - Non-contact optical type distance measuring device between two surfaces - Google Patents

Non-contact optical type distance measuring device between two surfaces

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JP3293666B2
JP3293666B2 JP27013692A JP27013692A JP3293666B2 JP 3293666 B2 JP3293666 B2 JP 3293666B2 JP 27013692 A JP27013692 A JP 27013692A JP 27013692 A JP27013692 A JP 27013692A JP 3293666 B2 JP3293666 B2 JP 3293666B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、波長を変更可能のコヒ
ーレントな測定光を用いた測定装置に関し、特に、測定
光の光被測定物からのそれぞれの反射光の干渉光を受光
する一対の測定光学系と、前記測定光の干渉光を受光し
て既知の基準光路差を求めるための基準干渉光学系とを
備え、ゴム、金属その他の物質からなる不透明体の厚
さ、段差等の不透明体の二面間距離測定装置を測定する
のに好適の非接触光学式の二面間距離測定装置に関す
る。
The present invention relates to a possible change the wavelength Kohi
Measurement equipment using transparent measurement light,
Receives the interference light of each reflected light from the DUT
A pair of measurement optical systems, and receives interference light of the measurement light.
And a reference interference optical system for obtaining a known reference optical path difference.
The present invention relates to a non-contact optical type two-surface distance measuring device suitable for measuring a two-surface distance measuring device for an opaque material such as a thickness, a step, etc. , made of rubber, metal or other substance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、物体の厚さを測定する測定装
置として接触式のマイクロメーターが知られている。こ
のマイクロメーターは、物体、例えば、金属板などの不
透明体である被測定物体をその両側から接触子を用いて
挟んでその厚さ、すなわち、二面間の距離を測定を行う
ものである。また、非接触光学式の二面間距離測定装置
として、干渉計を用いて平行平面板等の透明体である被
測定物体の厚さを測定するものも知られている。
2. Description of the Related Art A contact-type micrometer is conventionally known as a measuring device for measuring the thickness of an object. This micrometer measures the thickness, that is, the distance between two surfaces of an object, for example, an object to be measured, which is an opaque object such as a metal plate, by using a contact from both sides thereof. Further, as a non-contact optical type distance measuring apparatus between two surfaces, there is also known an apparatus which measures the thickness of an object to be measured which is a transparent body such as a plane parallel plate using an interferometer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マイクロメーターは、被測定物体の二面を挟んでその厚
さを測定するので、変形を受け易いもの、その二面に疵
を生じやすいものを測定するのに用いるのに望ましくな
い。一方、従来の非接触光学式の二面間距離測定装置
は、被測定物体が不透明体である場合にもその厚さを測
定できないという不都合がある。
However, since the conventional micrometer measures the thickness of the object to be measured across two surfaces thereof, the conventional micrometer is susceptible to deformation and is susceptible to flaws on the two surfaces. Undesirable to use for measuring. On the other hand, the conventional non-contact optical type distance measuring apparatus has a disadvantage that the thickness cannot be measured even when the object to be measured is an opaque body.

【0004】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
で、ゴム、金属その他の物質からなる不透明体であって
も非接触でその不透明体の厚さ、段差等の二面間の距離
を測定することができる非接触光学式の二面間距離測定
装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances. Even if an opaque body made of rubber, metal or other material is used, the distance between two surfaces such as the thickness of the opaque body and a step is obtained without contact. It is an object of the present invention to provide a non-contact optical type distance measuring device capable of measuring the distance between two surfaces.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる請求項1
に記載の非接触光学式の二面間距離測定装置は、上記の
課題を解決するため、被測定物体の一面と他面との間の
距離として定義される被測定物体の厚さを測定するため
に、該被測定物体を間に挟んで対向しかつ波長を変化可
能としたコヒーレントな測定光を各面にそれぞれ照射す
る一対の対向面用測定光学系と、前記測定光の干渉光を
受光して既知の基準光路差を求めるための基準干渉光学
系とを備え、前記一対の対向面用測定光学系はそれぞれ
参照反射面を有すると共に、前記被測定物体の各面から
の測定光の反射光束と参照反射面からの測定光束の参照
反射光とに基づく干渉光を受光する受光器をそれぞれ有
し、前記基準干渉光学系は前記既知の基準光路差に基づ
く基準干渉光を受光する受光器を有し、前記各受光器に
はその受光出力に基づいて前記被測定物体の厚さを測定
する測定処理回路が接続されており、該測定処理回路
は、前記測定光の波長を変化させて求められる前記基準
干渉光学系の前記受光器からの干渉光についての信号周
期数と前記一対の対向面用測定光学系の前記各受光器か
らの干渉光についての信号周期数の差との比の関係か
ら、前記基準光路差を用いて前記厚さ寸法を算出するこ
とを特徴とする。
A first aspect of the present invention.
In order to solve the above-mentioned problem, the non-contact optical type distance measurement device between two surfaces described in (1) measures the thickness of the measured object defined as the distance between one surface and the other surface of the measured object. Therefore, the object to be measured can be opposed and the wavelength can be changed.
A pair of opposing surface measurement optical systems for irradiating the respective surfaces with a functional coherent measurement light, and an interference light of the measurement light.
Reference interference optics for receiving and determining a known reference optical path difference
And a system, wherein the pair of opposing surfaces for measuring optical system which has a respective reference reflecting surface, and the reflected reference beam of the measuring beam from the reference reflecting surface and the reflected light beam of the measurement light from each surface of the object to be measured Each of which has a light receiver for receiving an interference light based on the reference light , wherein the reference interference optical system is based on the known reference optical path difference.
Has a light receiver for receiving Ku reference interference light, said each photodetector measuring process and circuit is connected to measure the thickness of the object to be measured based on the received light output, the measurement processing circuit
Is the reference obtained by changing the wavelength of the measurement light
Signal frequency of interference light from the light receiver of the interference optical system
The number of periods and the respective receivers of the pair of opposing surface measurement optical systems
The relationship between the ratio of the number of signal periods and the interference light
Calculating the thickness dimension using the reference optical path difference.
And features.

【0006】本発明に係わる請求項2に記載の非接触光
学式の二面間距離測定装置は、上記の課題を解決するた
め、被測定物体の一面と他面との間の距離として定義さ
れる被測定物体の段差を測定するために、互いに平行な
光軸を有して波長を変化可能としたコヒーレントな測定
光を照射する一対の測定光学系と、前記測定光の干渉光
を受光して既知の基準光路差を求めるための基準干渉光
学系とを備え、前記一対の測定光学系はそれぞれ参照反
射面を有すると共に、前記被測定物体の各面からの測定
光束の反射光束と参照反射面からの測定光束の参照反射
光とに基づく干渉光を受光する受光器をそれぞれ有し、
前記基準干渉光学系は前記既知の基準光路差に基づく基
準干渉光を受光する受光器を有し、前記各受光器にはそ
の受光出力に基づいて前記被測定物体の厚さを測定する
測定処理回路が接続されており、該測定処理回路は、前
記測定光の波長を変化させて求められる前記基準干渉光
学系の前記受光器からの干渉光についての信号周期数と
前記一対の測定光学系の前記各受光器からの干渉光につ
いての信号周期数の差との比の関係から、前記基準光路
差を用いて前記被測定物体の段差寸法を算出することを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a non-contact optical distance measuring apparatus between two surfaces, which is defined as a distance between one surface of an object to be measured and another surface. A pair of measurement optical systems for irradiating coherent measurement light having an optical axis parallel to each other and capable of changing the wavelength in order to measure a step of the measurement object, and interference light of the measurement light.
Reference interference light for detecting the known reference optical path difference
And a university system, which has a pair of measuring optical system reference reflecting surface respectively, based the on the reference reflected light of the measurement light beam from the reference reflecting surface and the reflected light beam of the measurement light beam from each surface of the object to be measured Each having a receiver for receiving the interference light,
The reference interference optical system is based on the known reference optical path difference.
Has a light receiver for receiving the quasi-interference light, wherein provided on each photodetector measurement processing circuit is connected to measure the thickness of the object to be measured based on the received light output, the measurement processing circuit, before
The reference interference light obtained by changing the wavelength of the measurement light
The number of signal periods for the interference light from the optical receiver
The interference light from each of the light receivers of the pair of measurement optical systems is
From the difference in the number of signal periods, the reference optical path
Calculating the step size of the measured object using the difference.
Features.

【0007】[0007]

【作 用】本発明の請求項1、2に記載の非接触光学式
の二面間距離測定装置によれば、一対の測定光学系は
測定物体の一面と他面とにそれぞれ測定光を照射する。
この一対の測定光学系の各受光器は前記各面からの反射
光とその参照反射面からの参照反射光とに基づく干渉光
を受光する。基準干渉光学系は前記基準光路差に基づく
基準干渉光を受光する。測定処理回路は、前記測定光の
波長を変化させて求められる前記基準干渉光学系の前記
受光器からの基準干渉光についての信号周期数と前記一
対の測定光学系の前記各受光器からの干渉光についての
信号周期数の差との比の関係から、既知の基準光路差を
用いて、前記被測定物体の厚さまたは段差を算出する。
従って、正確な測定が容易ではない前記測定光の波長変
化分についての情報を得ることなく、比較的容易に被測
定物体の正確な厚さあるいは段差が測定される。
According to a non-contact optical between dihedral distance measuring apparatus according to claim 1, 2 of the work for the present invention, a pair of measuring optical system is to be
One surface and the other surface of the measurement object are irradiated with measurement light.
Each light receiver of the pair of measurement optical systems receives interference light based on the reflected light from each of the surfaces and the reference reflected light from its reference reflecting surface. The reference interference optical system is based on the reference optical path difference
The reference interference light is received. The measurement processing circuit is configured to
The reference interference optical system obtained by changing the wavelength
The number of signal periods for the reference interference light from the
About the interference light from each of the receivers of the pair of measuring optics
From the ratio relationship with the difference in the number of signal periods, a known reference optical path difference is calculated.
To calculate the thickness or step of the measured object.
Therefore, it is not easy to accurately measure the wavelength of the measurement light.
Relatively easily measured without obtaining information about
The exact thickness or step of the constant object is measured.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明に係わる非接触光学式の二面間
距離測定装置の光学図を示すもので、この図1におい
て、1は単波長のコヒーレント光を被測定物体に向けて
出射する光源としての半導体レーザ、2はその半導体レ
ーザー1から出射された光束を平行光束にするコリメー
ターレンズ、3は光アイソレータである。半導体レーザ
1、コリメーターレンズ2、光アイソレータ3から測定
光出射光学系が構成されている。コリメーターレンズ2
は半導体レーザ1から射出されたレーザー光を平行光束
にする役割を果たす。その平行光束は測定光として用い
られる。光アイソレータ3は半導体レーザ1に向かって
の測定光の逆進を防止する。
1 shows an optical diagram of a non-contact optical type two-surface distance measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a single-wavelength coherent light emitted toward an object to be measured. A semiconductor laser 2 serving as a light source for performing the operation, a collimator lens 2 for converting a light beam emitted from the semiconductor laser 1 into a parallel light beam, and 3 an optical isolator. The semiconductor laser 1, the collimator lens 2, and the optical isolator 3 constitute a measurement light emission optical system. Collimator lens 2
Plays a role in turning the laser light emitted from the semiconductor laser 1 into a parallel light beam. The parallel light beam is used as measurement light. The optical isolator 3 prevents the measurement light from traveling backward to the semiconductor laser 1.

【0009】測定光の進行方向前方には、ビームスプリ
ッタ4、5、6が設けられている。ビームスプリッタ4
は測定光の一部を基準干渉光学系7に向けて反射する役
割を果たす。基準干渉光学系7はビームスプリッタ8、
反射鏡9、10、受光器PD1からなっている。ビーム
スプリッタ4により反射された反射光束は、ビームスプ
リッタ8によりその一部が反射鏡9に向けて反射され、
残りはビームスプリッタ8を透過して反射鏡10に導か
れる。反射鏡9に導かれた光束と反射鏡10に導かれた
光束とはその反射鏡9、10により反射されて再び元の
光路を逆進し、反射鏡9により反射された光束はビーム
スリッタ8を透過して受光器PD1に導かれ、反射鏡1
0により反射された反射光束はビームスプリッタ8によ
り更に反射されて受光器PD1に導かれる。反射鏡9に
より反射された光束と反射鏡10により反射された光束
とはビームスプリッタ8から受光器PD1までの光路に
おいて干渉し、干渉光束となる。ここで、ビームスプリ
ッタ8の点M1から反射鏡9の点M2までの光学距離を
L2、反射鏡の点M1から反射鏡10の点M3までの光
学距離をL1とすると、その互いに干渉する光束の光路
差は(L1−L2)となる。この光路差(L1−L2)
を基準光路差と定義し、記号Lbaseを用いて表わす。受
光器PD1にはこの基準光路差Lbaseに従って干渉縞が
形成される。
The beam splitters 4, 5, and 6 are provided in front of the measuring light in the traveling direction. Beam splitter 4
Serves to reflect a part of the measuring light toward the reference interference optical system 7. The reference interference optical system 7 includes a beam splitter 8,
It consists of reflecting mirrors 9, 10 and a light receiver PD1. A part of the light beam reflected by the beam splitter 4 is reflected by the beam splitter 8 toward the reflecting mirror 9,
The rest is transmitted through the beam splitter 8 and guided to the reflecting mirror 10. The light beam guided to the reflecting mirror 9 and the light beam guided to the reflecting mirror 10 are reflected by the reflecting mirrors 9 and 10 to reverse the original optical path again, and the light beam reflected by the reflecting mirror 9 is converted to a beam slitter 8. Is transmitted to the photodetector PD1 and reflected by the reflection mirror 1
The light beam reflected by 0 is further reflected by the beam splitter 8 and guided to the photodetector PD1. The light beam reflected by the reflecting mirror 9 and the light beam reflected by the reflecting mirror 10 interfere in the optical path from the beam splitter 8 to the light receiver PD1, and become an interference light beam. Here, assuming that the optical distance from the point M1 of the beam splitter 8 to the point M2 of the reflecting mirror 9 is L2, and the optical distance from the point M1 of the reflecting mirror to the point M3 of the reflecting mirror 10 is L1, The optical path difference is (L1-L2). This optical path difference (L1-L2)
Is defined as a reference optical path difference, and is represented using a symbol Lbase. Interference fringes are formed on the photodetector PD1 according to the reference optical path difference Lbase.

【0010】ビームスプリッタ4を透過した光束はビー
ムスプリッタ5に導かれる。ビームスプリッタ5はこの
光束を分割する役割を果たす。分割光束の一部はこのビ
ームスプリッタ5を透過して一方の対向面用測定光学系
12に導かれ、残りの光束はビームスプリッタ5により
反射されて他方の対向面用測定光学系13に導かれる。
対向面用測定光学系12はビームスプリッタ6と共に反
射ミラー14、集光レンズ15、参照反射面16、集光
レンズ17、空間フィルタ18、受光器PD2を有す
る。対向面用測定光学系13は反射ミラー20、ビーム
スプリッタ21、反射ミラー22、集光レンズ23、参
照反射面24、集光レンズ25、空間フィルタ26、受
光器PD3を有する。集光レンズ15と集光レンズ23
とは互いにその光軸O1、O2を一致させて配列され、
集光レンズ15と集光レンズ23との間が被測定物体2
8の設置空間29となっている。被測定物体28はここ
では不透明体とし、符号Pはその被測定物体28の一方
の面、符号Qはその被測定物体28の他方の面である。
この面P、Qは例えば鏡面状態に仕上げられており、面
Pと面Qとはほぼ平行である。
The light beam transmitted through the beam splitter 4 is guided to the beam splitter 5. The beam splitter 5 plays a role of splitting this light beam. Part of the split light beam passes through the beam splitter 5 and is guided to one of the opposing surface measurement optical systems 12, and the remaining light beam is reflected by the beam splitter 5 and is guided to the other opposing surface measurement optical system 13. .
The measurement optical system 12 for the opposing surface has a reflection mirror 14, a condenser lens 15, a reference reflection surface 16, a condenser lens 17, a spatial filter 18, and a light receiver PD2 together with the beam splitter 6. The opposing surface measurement optical system 13 includes a reflection mirror 20, a beam splitter 21, a reflection mirror 22, a condenser lens 23, a reference reflection surface 24, a condenser lens 25, a spatial filter 26, and a light receiver PD3. Condensing lens 15 and condensing lens 23
Are arranged so that their optical axes O1 and O2 coincide with each other,
The object 2 to be measured is between the condenser lens 15 and the condenser lens 23.
8 is an installation space 29. Here, the measured object 28 is an opaque body, and the symbol P is one surface of the measured object 28, and the symbol Q is the other surface of the measured object 28.
The surfaces P and Q are finished, for example, in a mirror state, and the surfaces P and Q are substantially parallel.

【0011】ビームスプリッタ6はビームスプリッタ5
を透過した光束を参照反射面16に向かう光束と反射ミ
ラー14に向かう光束とに分割する。参照反射面16に
向かう光束はその参照反射面16で再び反射されて元の
光路をビームスプリッタ6に向かって逆進する。反射ミ
ラー14に向かった光束はその反射ミラー14により集
光レンズ15に向けて反射される。集光レンズ15はそ
の光軸O1方向に前後動され、その光束はこの集光レン
ズ15により集光されて面Pに収束される。面Pにより
反射された光束は集光レンズ15により集光され、再び
元の光路を逆進してビームスプリッタ6に向かう。そし
て、面Pにより反射された光束は参照反射面16により
反射された光束と干渉し、この干渉光束が集光レンズ1
7、空間フィルタ18、受光器PD2に導かれる。集光
レンズ17はその干渉光束を空間フィルタ18に収束さ
せる役割を果たす。空間フィルタ18はこの空間フィル
タ18の点P1と共役な位置にある点(ここでは、面P
の点P1´)からの反射光に基づく干渉光束のみを通過
させる役割を果たす。これにより、外乱光がカットされ
る。ここで、ビームスプリッタ6の点M4から点P1´
までの光路長をLp、ビームスプリッタ6の点M4から
参照反射面16の点M5までの光路長をLref1とする
と、面Pにより反射された光束と参照反射面16により
反射された光束との光路差は、(Lref1−Lp)であ
る。受光器PD2にはこの光路差(Lref1−Lp)に従
った干渉光束に基づく干渉縞が形成される。
The beam splitter 6 is a beam splitter 5
Is divided into a light beam going to the reference reflection surface 16 and a light beam going to the reflection mirror 14. The light beam traveling toward the reference reflection surface 16 is reflected again by the reference reflection surface 16 and travels backward along the original optical path toward the beam splitter 6. The light beam directed to the reflection mirror 14 is reflected by the reflection mirror 14 toward the condenser lens 15. The condenser lens 15 is moved back and forth in the direction of the optical axis O1, and the light flux is condensed by the condenser lens 15 and converged on the surface P. The light flux reflected by the surface P is condensed by the condensing lens 15 and travels back to the original optical path again toward the beam splitter 6. Then, the light beam reflected by the surface P interferes with the light beam reflected by the reference reflection surface 16, and this interference light beam is
7, guided to the spatial filter 18 and the light receiver PD2. The condenser lens 17 plays a role of converging the interference light beam on the spatial filter 18. The spatial filter 18 is located at a point conjugate to the point P1 of the spatial filter 18 (here, the plane P
Of the reflected light from the point P1 ′). Thereby, disturbance light is cut. Here, from the point M4 of the beam splitter 6 to the point P1 '
Assuming that the optical path length from the point M4 of the beam splitter 6 to the point M5 of the reference reflecting surface 16 is Lref1, the optical path length between the light beam reflected by the surface P and the light beam reflected by the reference reflecting surface 16 is Lp1. The difference is (Lref1-Lp). An interference fringe based on the interference light beam according to the optical path difference (Lref1−Lp) is formed on the photodetector PD2.

【0012】ビームスプリッタ5により対向面用測定光
学系13に向けられた光束は、反射ミラー20により反
射されて、ビームスプリッタ21に導かれ、このビーム
スプリッタ21により参照反射面24に向かう光束と反
射ミラー22に向かう光束とに分割される。参照反射面
24に向かった光束はこの参照反射面24により反射さ
れて元の光路を逆進し、ビームスプリッタ21に戻る。
反射ミラー22に向かった光束は集光レンズ23に導か
れる。集光レンズ23はその光軸O2方向に前後動さ
れ、この集光レンズ23により被測定物体28の面Qに
集束される。面Qにより反射された光束は集光レンズ2
3により集光され、元の光路を逆進してビームスプリッ
タ21に戻る。参照反射面24により反射された光束と
面Qにより反射された光束とはビームスプリッタ21の
部分で干渉光束となり、集光レンズ25、空間フィルタ
26、受光器PD3に導かれる。集光レンズ25はその
干渉光束を空間フィルタ26に収束させる役割を果た
し、空間フィルタ26はこの空間フィルタ18の点Q1
と共役な位置にある点(ここでは、面Qの点Q1´)か
らの反射光に基づく干渉光束のみを通過させる役割を果
たす。これにより、外乱光がカットされる。ここで、ビ
ームスプリッタ21の点M6から参照反射面24の点M
7までの光路長をLref2、ビームスプリッタ21の点M
6から点Q1´までの光路長をLq´とすると、面Qに
より反射された光束と参照反射面24により反射された
光束との光路差は、(Lref2−Lq´)である。受光器
PD3にはこの光路差(Lref2−Lq´)に従った干渉
光束に基づく干渉縞が形成される。
The light beam directed by the beam splitter 5 to the opposing surface measurement optical system 13 is reflected by a reflection mirror 20 and guided to a beam splitter 21. The light beam and the light beam traveling toward a reference reflection surface 24 are reflected by the beam splitter 21. The light beam is split into a light beam directed to the mirror 22. The light beam heading toward the reference reflection surface 24 is reflected by the reference reflection surface 24, travels backward in the original optical path, and returns to the beam splitter 21.
The light beam directed to the reflection mirror 22 is guided to the condenser lens 23. The condenser lens 23 is moved back and forth in the direction of the optical axis O2, and is focused on the surface Q of the measured object 28 by the condenser lens 23. The light beam reflected by the surface Q is collected by the condenser lens 2
The light is condensed by 3 and returns to the beam splitter 21 by traveling backward in the original optical path. The light beam reflected by the reference reflection surface 24 and the light beam reflected by the surface Q become an interference light beam at the beam splitter 21, and are guided to the condenser lens 25, the spatial filter 26, and the light receiver PD3. The condenser lens 25 plays a role of converging the interference light beam to the spatial filter 26, and the spatial filter 26
And plays the role of passing only the interference light beam based on the reflected light from the point conjugated to the point (here, the point Q1 'on the surface Q). Thereby, disturbance light is cut. Here, from the point M6 of the beam splitter 21 to the point M of the reference reflection surface 24.
The optical path length up to 7 is Lref2, and the point M of the beam splitter 21 is
Assuming that the optical path length from 6 to the point Q1 'is Lq', the optical path difference between the light beam reflected by the surface Q and the light beam reflected by the reference reflecting surface 24 is (Lref2-Lq '). Interference fringes based on the interference light beam according to the optical path difference (Lref2−Lq ′) are formed on the photodetector PD3.

【0013】この受光器PD1、PD2、PD3におい
て観測される干渉光の強度Iはそれぞれ下記の式に従っ
て表わされる。
The intensity I of the interference light observed at the photodetectors PD1, PD2, PD3 is represented by the following equation.

【0014】 IPD1=2I±2√(I×I)cos(4πLbase/λ) IPD2=Ip+Iref1±2√(Ip×Iref1)cos{4π(Lref1−Lp)/λ} IPD3=Iq+Iref2±2√(Iq×Iref2)cos{4π(Lref2−Lq´)/λ } なお、上記各式において用いた記号の意味は下記の通り
である。
IPD1 = 2I ± 2√ (I × I) cos (4πLbase / λ) IPD2 = Ip + Iref1 ± 2√ (Ip × Iref1) cos {4π (Lref1-Lp) / λ} IPD3 = Iq + Iref2 ± 2√ (Iq × Iref2) cos {4π (Lref2-Lq ′) / λ} The meanings of the symbols used in the above formulas are as follows.

【0015】IPD1…受光器PD1における干渉光束の
強度; IPD2…受光器PD2における干渉光束の強度; IPD3…受光器PD3における干渉光束の強度; I…参照反射面9、10により反射された反射光束をそ
れぞれ単独に受光器PD1で受光したときの受光強度で
あり、参照反射面9により反射された反射光束の受光器
PD1における受光強度と参照反射面10により反射さ
れた反射光束の受光器PD1における受光強度とを等し
いと仮定した。
IPD1: the intensity of the interference light beam at the photodetector PD1; IPD2: the intensity of the interference light beam at the photodetector PD2; IPD3: the intensity of the interference light beam at the photodetector PD3; I: the reflected light beam reflected by the reference reflecting surfaces 9, 10 Are received by the photodetector PD1 alone, and the received light intensity of the reflected light beam reflected by the reference reflection surface 9 at the photodetector PD1 and the received light intensity of the reflected light beam reflected by the reference reflection surface 10 at the photodetector PD1 The received light intensity was assumed to be equal.

【0016】Ip…被測定物体28の面Pにより反射さ
れた反射光束を受光器PD2で単独に受光したときの受
光強度; Iref1…参照反射面16により反射された反射光束を受
光器PD2で単独に受光したときの受光強度; Iq…被測定物体28の面Qにより反射された反射光束
を受光器PD3で単独に受光したときの受光強度; Iref2…参照反射面24により反射された反射光束を受
光器PD3で単独に受光したときの受光強度; λ…測定光の波長 π…円周率 ここで、干渉項の振幅は測定光と参照光との振幅の積算
で決まるので、参照光を増加させることにより、干渉信
号の振幅を大きくできる。
Ip: Received light intensity when the light beam reflected by the surface P of the object 28 to be measured is received by the photodetector PD2 alone; Iref1: Light beam reflected by the reference reflection surface 16 is received by the photoreceiver PD2 alone Iq: the received light intensity when the reflected light beam reflected by the surface Q of the measured object 28 is received by the photodetector PD3 alone; Iref2: the reflected light beam reflected by the reference reflecting surface 24 Received light intensity when received by the photodetector PD3 alone; λ: wavelength of measurement light π: pi Here, since the amplitude of the interference term is determined by the integration of the amplitude of the measurement light and the reference light, the reference light is increased. By doing so, the amplitude of the interference signal can be increased.

【0017】このとき、測定光の波長をΔλだけ変化さ
せると、波長λに対してその変化量Δλが非常に小さい
という条件のもとで、干渉光の強度は、直流成分の記載
を省略して、下記の各式に従って変化する。
At this time, if the wavelength of the measurement light is changed by Δλ, the intensity of the interference light is omitted from the description of the DC component under the condition that the change Δλ is very small with respect to the wavelength λ. And changes according to the following equations.

【0018】 IPD1=2√(I×I)cos(4πLbase/λ−4πLbase×Δλ/λ2) IPD2=2√(Ip×Iref1) ×cos{4π(Lref1−Lp)/λ−4π(Lref1−Lp)×Δλ/λ2} IPD3=2√(Iq×Iref2) ×cos{4π(Lref2−Lq´)/λ−4π(Lref2−Lq´)×Δλ/λ2} 従って、波長をλからλ+Δλまで変化させる間に、継
続して干渉光の強度を観測すると、コサインcosの中括
弧{}内の第2項の4πLbase×Δλ/λ2、4π(Lr
ef1−Lp)×Δλ/λ2、4π(Lref2−Lq´)×Δ
λ/λ2に基づく周期だけ、周期的な強度変化を観測で
きる。そして、この強度変化の周期数は、光路差と波長
変化量Δλに比例している。即ち、受光器PD1、PD
2、PD3により得られる干渉光の信号の周期数は、2
πで1周期であるので、 受光器PD1により得られる周期数;2Lbase×Δλ/
λ2 受光器PD2により得られる周期数;2(Lref1−L
p)Δλ/λ2 受光器PD3により得られる周期数;2(Lref2−Lq
´)Δλ/λ2 となる。
[0018] IPD1 = 2√ (I × I) cos (4πLbase / λ-4πLbase × Δλ / λ 2) IPD2 = 2√ (Ip × Iref1) × cos {4π (Lref1-Lp) / λ-4π (Lref1- Lp) × Δλ / λ 2 IIPD3 = 2√ (Iq × Iref2) × cos {4π (Lref2-Lq ′) / λ-4π (Lref2-Lq ′) × Δλ / λ 2 } Therefore, the wavelength is changed from λ to λ + Δλ. When the intensity of the interference light is continuously observed during the change, the value of 4πLbase × Δλ / λ 2 , 4π (Lr
ef1−Lp) × Δλ / λ 2 , 4π (Lref2-Lq ′) × Δ
A periodic intensity change can be observed only for the period based on λ / λ 2 . The number of periods of this intensity change is proportional to the optical path difference and the wavelength change amount Δλ. That is, the photodetectors PD1, PD
2. The number of periods of the interference light signal obtained by the PD 3 is 2
Since π is one cycle, the number of cycles obtained by the photodetector PD1; 2Lbase × Δλ /
The number of periods obtained by the λ 2 light receiver PD2; 2 (Lref1−L
p) The number of periods obtained by the Δλ / λ 2 photodetector PD3; 2 (Lref2−Lq
') Δλ / λ 2 .

【0019】ここで、光路長Lpを適当な値に固定し、
被測定物体28の厚さが「0」であるときにビームスプ
リッタ21の点M6から面Pまでの光路長をLqとし
て、Lref1−Lp=Lq−Lref2となるように測定光学系
を構成するものとし、面Pを位置Xに厳密に合致させ
て、厚さdの被測定物体28を対向面測定光学系12、
13の間に挟んで置いた場合、受光器PD3により得ら
れる信号の周期数は下記の通りである。
Here, the optical path length Lp is fixed to an appropriate value,
When the thickness of the object to be measured 28 is “0”, an optical path length from the point M6 of the beam splitter 21 to the surface P is Lq, and a measuring optical system is configured so that Lref1−Lp = Lq−Lref2. The surface P is strictly matched with the position X, and the measured object 28 having the thickness d is moved to the facing surface measuring optical system 12.
13, the number of periods of the signal obtained by the photodetector PD3 is as follows.

【0020】受光器PD3により得られる信号の周期
数; 2(Lq´−Lref2)×Δλ/λ2=2{(Lq−d)−Lref2}×Δλ/λ2 このときの受光器PD2と受光器PD3とで得られた信
号の周期数の差は、下記の通りである。
The number of periods of the signal obtained by the photodetector PD3: 2 (Lq′−Lref2) × Δλ / λ 2 = 2 {(Lq−d) −Lref2} × Δλ / λ 2 The difference between the number of periods of the signal obtained with the device PD3 is as follows.

【0021】 信号の周期数の差 =PD2により得られる信号の周期数−PD3数により得られる信号の周期数 =2(Lref1−Lp)Δλ/λ2−2{(Lq−d)−Lref2}Δλ/λ2 =2dΔλ/λ2 従って、Δλ/λ2が既知であれば、受光器PD2によ
り得られる信号の周期数と受光器PD3により得られる
信号の周期数との差の周期数を求めることにより、被測
定物体28の厚さdを算出することができる。
Difference in the number of signal periods = Number of signal periods obtained by PD2−Number of signal periods obtained by PD3 number = 2 (Lref1−Lp) Δλ / λ 2 −2 (Lq−d) −Lref2} [Delta] [lambda] / [lambda] 2 = 2d [Delta] [lambda] / [lambda] 2 Therefore, if [Delta] [lambda] / [lambda] 2 is known, the period number of the difference between the period number of the signal obtained by the photodetector PD2 and the period number of the signal obtained by the photodetector PD3 is determined. Thus, the thickness d of the measured object 28 can be calculated.

【0022】ただし、実際には、Δλ/λ2の値を求め
るのは困難なことが多い。そこで、受光器PD1により
得られる信号の周期2LbaseΔλ/λ2の周期を同時に
測定し、Lbaseを既知の値として、その比を求めれば、
下記の式により厚さdを求めることができる。
However, in practice, it is often difficult to determine the value of Δλ / λ 2 . Therefore, if the period of the signal 2Lbase Δλ / λ 2 obtained by the photodetector PD1 is simultaneously measured and the ratio Lbase is determined as a known value,
The thickness d can be determined by the following equation.

【0023】周期数の比=(2dΔλ/λ2)/(2Lb
aseΔλ/λ2) =d/Lbase 又は 厚さd=周期数の比×Lbase これが、厚さdを測定するための原理であるが、この測
定原理に基づくより好ましい測定方法を測定処理回路と
共に説明する。
The ratio of the number of periods = (2dΔλ / λ 2 ) / (2Lb
aseΔλ / λ 2 ) = d / Lbase or thickness d = ratio of number of periods × Lbase This is the principle for measuring the thickness d. A more preferable measurement method based on this measurement principle will be described together with the measurement processing circuit. I do.

【0024】図2はその測定処理回路を示す図であっ
て、この図2において、33は同期制御回路である。同
期制御回路33は同期信号をクロック回路34と波長制
御回路35とに向かって出力する。波長制御回路35は
駆動回路36と波長制御手段37とに向かって出力す
る。
FIG. 2 is a diagram showing the measurement processing circuit. In FIG. 2, reference numeral 33 denotes a synchronization control circuit. The synchronization control circuit 33 outputs a synchronization signal to the clock circuit 34 and the wavelength control circuit 35. The wavelength control circuit 35 outputs to the drive circuit 36 and the wavelength control means 37.

【0025】ここでは、説明の簡単化のため、波長制御
手段37は図3の(1)に示すように、コヒーレント光
の波長λを時間に対して直線的に変化させるものとし、
波長をΔλだけ変化させるのに要する時間tmが1秒で
あるとする。
Here, for the sake of simplicity, the wavelength control means 37 changes the wavelength λ of the coherent light linearly with respect to time, as shown in FIG.
It is assumed that the time tm required to change the wavelength by Δλ is 1 second.

【0026】受光器PD1、PD2、PD3により得ら
れる信号出力は、増幅器38、39、40により増幅さ
れ、直流成分除去回路41、42、43に入力され、各
受光器により得られた信号の直流成分がそれぞれ除去さ
れる。
The signal outputs obtained by the photodetectors PD1, PD2 and PD3 are amplified by amplifiers 38, 39 and 40 and input to DC component removing circuits 41, 42 and 43, and the DC output of the signals obtained by each photodetector is obtained. Each component is removed.

【0027】この受光器PD2、PD3により得られる
信号の強度変化の周期数は周波数で表現され、 fPD2=2(Lref1−Lp)Δλ/λ2(Hz) fPD3=2{(Lq−d)−Lref2}Δλ/λ2(Hz) である。
The number of periods of the change in the intensity of the signal obtained by the photodetectors PD2 and PD3 is represented by a frequency: fPD2 = 2 (Lref1-Lp) Δλ / λ 2 (Hz) fPD3 = 2 {(Lq−d) − Lref2} Δλ / λ 2 (Hz).

【0028】ここで、(Lref1−Lp)=(Lq−Lref
2)式を用い、(Lref1−Lp)が厚さdよりも非常に大
きいという条件を満足するように光学系を構成すれば、
受光器PD2により得られる信号の周波数fPD2と受光
器PD3により得られる信号の周波数fPD3とは、ほぼ
近い値となり、ゲイン調整回路44、45により各信号
の振幅を調整して混合器46により混合すると、ビート
信号を生じることになる。ここで、ゲイン調整回路4
4、45はビート信号のコントラスト調整に用いられ
る。
Here, (Lref1-Lp) = (Lq-Lref)
If the optical system is configured so as to satisfy the condition that (Lref1−Lp) is much larger than the thickness d using the equation (2),
The frequency fPD2 of the signal obtained by the photodetector PD2 and the frequency fPD3 of the signal obtained by the photodetector PD3 are substantially close to each other. When the amplitude of each signal is adjusted by the gain adjustment circuits 44 and 45 and mixed by the mixer 46, A beat signal. Here, the gain adjustment circuit 4
Reference numerals 4 and 45 are used for adjusting the contrast of the beat signal.

【0029】周波数fPD2と周波数fPD3との差周波数f
btは、 fbt=|fPD3−fPD2|=2d×(Δλ/λ2)(Hz) となる。このビート信号は、合成周波数(搬送信号周波
数)f0が、 f0=(fpd2+fpd3)/2 であり、そのビート信号Sは、 S=Acos{2πd(Δλ/λ2)×t+(φ1−φ2)/
2}・cos{2πf0×t+(φ1−φ2)/2} である。
The difference frequency f between the frequency fPD2 and the frequency fPD3
bt becomes fbt = | fPD3−fPD2 | = 2d × (Δλ / λ 2 ) (Hz). In this beat signal, the synthetic frequency (carrier signal frequency) f0 is f0 = (fpd2 + fpd3) / 2, and the beat signal S is S = Acos {2πd (Δλ / λ 2 ) × t + (φ 1 −φ 2) ) /
2} · cos {2πf0 × t + (φ1−φ2) / 2}.

【0030】このビート信号Sが図3の(2)に示され
ている。
The beat signal S is shown in FIG.

【0031】なお、上記の式において、符号Aはビート
信号の振幅、φ1、φ2は各受光器PD2、PD3から出
力される信号の初期位相である。
In the above equation, the symbol A is the amplitude of the beat signal, and φ 1 and φ 2 are the initial phases of the signals output from the photodetectors PD2 and PD3.

【0032】このビート信号Sは検波回路47により検
波され、これにより、ビート信号Sの差周波数fbtが求
められる。この検波回路47から出力された検波信号S
´が図3の(3)に示されている。
The beat signal S is detected by the detection circuit 47, whereby the difference frequency fbt of the beat signal S is obtained. The detection signal S output from the detection circuit 47
'Is shown in (3) of FIG.

【0033】一方、PD1により得られる基準干渉信号
の周波数は、fPD1=2Lbase×Δλ/λ2(Hz)であ
るので、差の周波数fbtと周波数fPD1との周波数比fb
t/fPD1を求めると、fbt/fPD1=d/Lbaseとな
る。ここで、Lbaseは既知であるので、d=(fbt/f
PD1)×Lbaseの式により、被測定物体28の厚さdを
算出できる。
On the other hand, since the frequency of the reference interference signal obtained by PD1 is fPD1 = 2Lbase × Δλ / λ 2 (Hz), the frequency ratio fb between the difference frequency fbt and the frequency fPD1 is fb.
When t / fPD1 is obtained, fbt / fPD1 = d / Lbase. Here, since Lbase is known, d = (fbt / f
The thickness d of the measured object 28 can be calculated by the equation PD1) × Lbase.

【0034】つまり、測定光の波長を変化させ、ビート
信号Sの周波数を基準干渉信号の周波数と関連づけて測
定を行うことにより、被測定物体28の厚さdを測定で
きる。
That is, the thickness d of the measured object 28 can be measured by changing the wavelength of the measurement light and performing the measurement while relating the frequency of the beat signal S to the frequency of the reference interference signal.

【0035】測定処理回路は、このビート信号Sの周波
数を基準干渉信号の周波数に関連づけるために、クロッ
ク回路34から波長変調期間tmの間、タイミング信号
をA/D変換回路48、49に向かって出力する。A/
D変換回路48には直流成分除去回路41により直流成
分が除去された基準干渉信号(図3の(5)に示す信号
波形を参照)が入力され、A/D変換回路49には検波
回路47により検波された検波信号S´(図3の(3)
に示す信号波形を参照)が入力される。A/D変換回路
49はクロック回路34から出力されるタイミング信号
に基づいて検波信号S´をA/D変換する。波形メモリ
50にはA/D変換された検波信号S´が記憶される
(図3の(4)の信号波形を参照)。A/D変換回路4
8は同様にクロック回路34から出力されるタイミング
信号に基づいて直流成分が除去された基準干渉信号をA
/D変換する。波形メモリ51にはそのA/D変換され
た基準干渉信号が記憶される(図3の(6)の信号波形
を参照)。
In order to relate the frequency of the beat signal S to the frequency of the reference interference signal, the measurement processing circuit sends the timing signal from the clock circuit 34 to the A / D conversion circuits 48 and 49 during the wavelength modulation period tm. Output. A /
The reference interference signal (see the signal waveform shown in (5) of FIG. 3) from which the DC component has been removed by the DC component removal circuit 41 is input to the D conversion circuit 48, and the detection circuit 47 is input to the A / D conversion circuit 49. Signal S ′ ((3) in FIG. 3)
(Refer to the signal waveform shown in Fig. 2). The A / D conversion circuit 49 A / D converts the detection signal S ′ based on the timing signal output from the clock circuit 34. A / D-converted detection signal S 'is stored in the waveform memory 50 (see the signal waveform of (4) in FIG. 3). A / D conversion circuit 4
Reference numeral 8 denotes a reference interference signal from which the DC component has been removed based on the timing signal output from the clock circuit 34.
/ D conversion. The A / D converted reference interference signal is stored in the waveform memory 51 (see the signal waveform of (6) in FIG. 3).

【0036】ここで、A/D変換による波形メモリ5
0、51へのデータの取り込み周波数(A/D変換のク
ロック周波数;1秒当りのクロック波形の個数)をfad
とすると、1変調期間(tm)中のデータ個数Ndata
は、Ndata=fad×tmである。そこで、波形メモリ5
0、51に取り込んだデータを周期解析し、信号の1周
期を構成するデータ個数(端数を求める)を計算すれ
ば、信号周波数が算出できる。すなわち、一般に、信号
の1周期がnsignal個のデータで構成されているとする
と、信号の周波数fsignalは、fsignal=fad/nsign
alの式により求められる(1周期のデータ個数がnsign
alであり、信号の周波数がfsignalであるならば、1秒
当りの総データ個数はnsignal×fsignalであり、この
総データ個数はデータ取り込み周波数fadに等しいか
ら)。
Here, the waveform memory 5 by A / D conversion
The fetch frequency of the data into 0 and 51 (clock frequency of A / D conversion; number of clock waveforms per second) is fad
Then, the number of data Ndata in one modulation period (tm)
Is Ndata = fad × tm. Therefore, the waveform memory 5
The signal frequency can be calculated by analyzing the period of the data taken in 0 and 51 and calculating the number of data constituting one period of the signal (determining the fraction). That is, assuming that one cycle of a signal is generally composed of nsignal data, the frequency fsignal of the signal is fsignal = fad / nsign
al (The number of data in one cycle is nsign
al, and if the frequency of the signal is fsignal, the total number of data per second is nsignal * fsignal, since this total number of data is equal to the data acquisition frequency fad).

【0037】従って、演算回路52を用いて、基準干渉
光学系7からの基準干渉信号とビート信号を検波した後
の出力信号とについて同時にこの処理を実施すれば、デ
ータの取り込み周波数fadが不明でも、周波数比fbt/
fpd1を求めることができる(周波数比を求めるとき、
分母と分子に含まれるデータの取り込み周波数fadは約
分される)。
Accordingly, if this processing is simultaneously performed on the reference interference signal from the reference interference optical system 7 and the output signal after detecting the beat signal by using the arithmetic circuit 52, even if the data fetch frequency fad is unknown. , Frequency ratio fbt /
fpd1 can be obtained (when calculating the frequency ratio,
The denominator and the fetching frequency fad of the data contained in the numerator are reduced approximately).

【0038】ここで、1変調期間tmのデータ個数Ndat
aを一定にすれば、nsignalは1変調期間tmに含まれる
信号の周期数によって決まる。すなわち、ビート信号の
1変調期間tm内の周期数をFbt、ビート信号の1周期
のデータ数をnb、基準干渉信号の1変調期間tm内の周
期数をNbase、基準干渉信号の1周期のデータ数をnba
se、とすれば、ビート信号について、Ndata=Fbt×n
bであり、基準干渉信号について、Ndata=Nbase×nb
aseである。
Here, the number of data Ndat in one modulation period tm
If a is fixed, nsignal is determined by the number of periods of the signal included in one modulation period tm. That is, the number of periods in one modulation period tm of the beat signal is Fbt, the number of data in one period of the beat signal is nb, the number of periods in one modulation period tm of the reference interference signal is Nbase, and the number of data in one period of the reference interference signal is Nbase. Number nba
se, then Ndata = Fbt × n for the beat signal
b, and Ndata = Nbase × nb for the reference interference signal
ase.

【0039】従って、Fbt×nb=Nbase×nbaseとな
り、Fbt/Nbase=nbase/nb となる。
Therefore, Fbt × nb = Nbase × nbase, and Fbt / Nbase = nbase / nb.

【0040】よって、 fbt/fPD1=nbase/nb=(ビート信号の周期数/基
準干渉信号の周期数) 従って、fbt/fPD1、nbase/nb、ビート信号の周期
数/基準干渉信号の周期数のうち、解析時に最も求めや
すいものを計算すれば良い。
Therefore, fbt / fPD1 = nbase / nb = (number of cycles of beat signal / number of cycles of reference interference signal) Therefore, fbt / fPD1, nbase / nb, number of cycles of beat signal / number of cycles of reference interference signal Of these, the one that is most easily obtained at the time of analysis may be calculated.

【0041】ところで、以上の説明においては、被測定
物体28の面Pを位置Xに厳密に合致させて被測定物体
28を光路内に置いたとして説明したが、被測定物体2
8の面Pを位置Xに厳密に合致させて光路内に置く必要
はなく、例えば、被測定物体28の面Pは位置Xから光
軸の前後方向にずれていてもよい。
In the above description, the measurement object 28 is placed in the optical path with the surface P of the measurement object 28 exactly matching the position X.
It is not necessary that the surface P of the object 8 be exactly aligned with the position X and placed in the optical path. For example, the surface P of the measured object 28 may be shifted from the position X in the front-back direction of the optical axis.

【0042】例えば、被測定物体28の面Pが位置Xか
ら集光レンズ15に近づく方向にずれているものとし、
このずれ量をδとすると、被測定物体28の面Pは位置
Xから集光レンズ15に近づく方向にδだけ平行移動し
たと考えられるので、受光器PD2により得られる信号
の周波数fPD2は、 fPD2=2{Lref1−(Lp−δ)}Δλ/λ2 =2{Lref1−Lp+δ}Δλ/λ2 となる。また、受光器PD3により得られる信号の周波
数fPD3は、 fPD3=2(Lq´−Lref2)Δλ/λ2 =2{(Lq−d+δ)−Lref2}Δλ/λ2 となる。従って、面P2が集光レンズ15に近づく方向
にδだけずれたときの受光器PD2により得られる信号
の周波数fPD2と受光器PD3により得られる信号の周
波数fPD3との差周波数fbtは、 fbt=|fPD3−fPD2|=2d×(Δλ/λ2)(Hz) となる。
For example, it is assumed that the surface P of the measured object 28 is shifted from the position X in a direction approaching the condenser lens 15;
Assuming that this shift amount is δ, it is considered that the surface P of the measured object 28 has been translated from the position X in a direction approaching the condenser lens 15 by δ, so that the frequency fPD2 of the signal obtained by the photodetector PD2 is fPD2 = 2 {Lref1- (Lp-δ )} becomes Δλ / λ 2 = 2 {Lref1 -Lp + δ} Δλ / λ 2. Further, the frequency fPD3 of the signal obtained by the photodetector PD3 is fPD3 = 2 (Lq′−Lref2) Δλ / λ 2 = 2λ (Lq−d + δ) −Lref2} Δλ / λ 2 Therefore, the difference frequency fbt between the frequency fPD2 of the signal obtained by the photodetector PD2 and the frequency fPD3 of the signal obtained by the photodetector PD3 when the plane P2 is shifted by δ in the direction approaching the condenser lens 15 is fbt = | fPD3−fPD2 | = 2d × (Δλ / λ 2 ) (Hz)

【0043】また、面Pが集光レンズ15から遠ざかる
方向に位置Xからδだけずれているときには、受光器P
D2により得られる信号の周波数fPD2は、 fPD2=2{Lref1−(Lp+δ)}Δλ/λ2 =2{Lref1−Lp−δ} となる。また、受光器PD3により得られる信号の周波
数fPD3は、 fPD3=2(Lq´−Lref2)Δλ/λ2 =2{(Lq−d−δ)−Lref2}Δλ/λ2 となる。従って、差周波数fbtは、 fbt=|fPD3−fPD2|=2d×(Δλ/λ2)(Hz) となる。
When the surface P is shifted from the position X by δ in the direction away from the condenser lens 15, the light receiving device P
Frequency FPD 2 of the signal obtained by D2 becomes fPD2 = 2 {Lref1- (Lp + δ)} Δλ / λ 2 = 2 {Lref1-Lp-δ}. Further, the photodetector PD3 frequency FPD 3 of the signal obtained by becomes fPD3 = 2 (Lq'-Lref2) Δλ / λ 2 = 2 {(Lq-d-δ) -Lref2} Δλ / λ 2. Therefore, the difference frequency fbt is as follows: fbt = | fPD3−fPD2 | = 2d × (Δλ / λ 2 ) (Hz)

【0044】上記の式から明らかなように、被測定物体
28の面Pが基準位置Xからずれていたとしても、被測
定物体28の厚さdを測定することができる。なお、集
光レンズ15は光軸方向に可動可能であるので、被測定
物体28の面Pが基準位置Xからずれている場合でも、
測定光をその面Pに集束させることができる。
As is clear from the above equation, the thickness d of the measured object 28 can be measured even if the surface P of the measured object 28 is shifted from the reference position X. Since the condenser lens 15 is movable in the optical axis direction, even if the surface P of the measured object 28 is shifted from the reference position X,
The measuring light can be focused on its plane P.

【0045】以上の実施例では、半導体レーザー1のコ
ヒーレント光の波長を時間tに対してリニアーに変化さ
せる場合について説明したが、コヒーレント光の波長を
時間tに対してリニアーに変化させる制御は困難である
ので、より好ましい実施例を以下に説明する。
In the above embodiment, the case where the wavelength of the coherent light of the semiconductor laser 1 is changed linearly with respect to time t has been described. However, it is difficult to control the wavelength of the coherent light to change linearly with respect to time t. Therefore, a more preferred embodiment will be described below.

【0046】図4において、52はクロック回路であ
る。このクロック回路52は同期制御回路33によって
制御される。半導体レーザー1は、この実施例では、パ
ルス駆動され、コヒーレント光の波長は時間tに対して
非線形に変化される。駆動回路36はクロック制御回路
52によって制御され、矩形パルス電流(図5の(1)
参照)を出力し、半導体レーザー1を駆動する。半導体
レーザー6は矩形信号が入力されてオンになると、発振
が始まると共にそのチップ温度Tが図5の(2)に示す
ように変化する。半導体レーザー1のチップ温度が変化
すると発振波長が変化する。温度と波長の関係はモード
ホップ位置以外の位置では1対1に対応する。この温度
変化は、発振開始直後の変化が急激で、次第に収斂す
る。一定時間後、半導体レーザー1をオフして温度を元
の状態に復帰させると共に、コヒーレント光の照射を停
止する。矩形パルスの幅Kは波長変化の幅Δλを考慮し
て定める。例えば、1KHZの周波数で半導体レーザー1
をパルス駆動すると、温度変化に対して波長変化の主要
特性部分を利用でき、再現性もある。この半導体レーザ
ー1には、モードホップ間隔が波長変化幅よりも広いも
のを使用し、波長変調期間内でモードホップが起きない
ように、半導体レーザー1の基準温度を図4に示す温度
制御回路53により制御する。波長変化は温度変化に対
応しており、温度変化と同様に直線的ではなく初めに大
きく変化し、次第にその変化量が小さくなる。なお、発
振出力の変動は非常に小さいので、パルス幅K内での発
振出力の変化は無視できる。
In FIG. 4, reference numeral 52 denotes a clock circuit. The clock circuit 52 is controlled by the synchronization control circuit 33. In this embodiment, the semiconductor laser 1 is pulse-driven, and the wavelength of the coherent light is changed nonlinearly with respect to time t. The drive circuit 36 is controlled by the clock control circuit 52, and outputs a rectangular pulse current ((1) in FIG. 5).
) To drive the semiconductor laser 1. When the semiconductor laser 6 is turned on upon input of a rectangular signal, oscillation starts and the chip temperature T changes as shown in FIG. 5 (2). When the chip temperature of the semiconductor laser 1 changes, the oscillation wavelength changes. The relationship between the temperature and the wavelength has a one-to-one correspondence at positions other than the mode hop position. This temperature change is abrupt immediately after the start of oscillation, and gradually converges. After a certain time, the semiconductor laser 1 is turned off to return the temperature to the original state, and the irradiation of the coherent light is stopped. The width K of the rectangular pulse is determined in consideration of the wavelength change width Δλ. For example, a semiconductor laser 1 at a frequency of 1 kHz
When pulse driving is performed, the main characteristic portion of the wavelength change with respect to the temperature change can be used, and there is also reproducibility. A semiconductor laser 1 having a mode hop interval wider than the wavelength change width is used, and the reference temperature of the semiconductor laser 1 is set to a temperature control circuit 53 shown in FIG. Is controlled by The wavelength change corresponds to the temperature change. Like the temperature change, the wavelength change is not linear, but changes greatly at first, and the amount of change gradually decreases. Since the fluctuation of the oscillation output is very small, the fluctuation of the oscillation output within the pulse width K can be ignored.

【0047】従って、受光器PD1により得られる基準
干渉信号の周波数fPD1、受光器PD2により得られる
信号の周波数fPD2、受光器PD3により得られる信号
の周波数fPD3、ビート信号の周波数fbtは最初は周波
数が高く、次第に周波数が低下する。
Accordingly, the frequency fPD1 of the reference interference signal obtained by the photodetector PD1, the frequency fPD2 of the signal obtained by the photodetector PD2, the frequency fPD3 of the signal obtained by the photodetector PD3, and the frequency fbt of the beat signal initially have a frequency of High, gradually decreasing frequency.

【0048】従って、基準干渉信号、ビート信号を一定
周波数のトリガー回路を用いてA/D変換回路54を用
いてA/D変換することにすると、初期は周波数が高く
暫時周波数が低下するデータとして波形メモリに記録さ
れることになり、このままでは、信号の周期を算出する
ことができない。
Therefore, when the reference interference signal and the beat signal are A / D-converted using the A / D conversion circuit 54 using a trigger circuit having a fixed frequency, data having a high frequency at the initial stage and a temporarily lowering the frequency are obtained. This is recorded in the waveform memory, and the cycle of the signal cannot be calculated as it is.

【0049】そこで、ビート信号の周波数fbtと基準干
渉信号の周波数fPD1との間には、fbt=fPD1×d/L
baseの関係があることに着目すると、厚さd、基準光路
差Lbaseが一定であるので、周波数fbtは周波数fPD1
の定数倍であることがわかる。そこで、図5の(6)に
示す基準干渉信号の波形をトリガー回路52´が有する
所定のしきい値Vでスライスして、トリガー回路53´
に図5の(7)に示すトリガー信号Gを発生させる。こ
のトリガー信号GをA/D変換器54の変換タイミング
信号として用いる。また、そのトリガー信号Gを分周器
55を介してアナログスイッチ回路56に入力させる。
アナログスイッチ駆動回路56は後述の周波数可変ロー
パスフィルタ58のカットオフ周波数の切り換えに用い
る。
Therefore, between the frequency fbt of the beat signal and the frequency fPD1 of the reference interference signal, fbt = fPD1 × d / L
Focusing on the relation of base, since the thickness d and the reference optical path difference Lbase are constant, the frequency fbt is equal to the frequency fPD1.
It can be seen that this is a constant multiple of. Therefore, the waveform of the reference interference signal shown in (6) of FIG. 5 is sliced by a predetermined threshold value V of the trigger circuit 52 ', and the trigger circuit 53' is sliced.
Then, a trigger signal G shown in (7) of FIG. 5 is generated. The trigger signal G is used as a conversion timing signal of the A / D converter 54. Further, the trigger signal G is input to the analog switch circuit 56 via the frequency divider 55.
The analog switch drive circuit 56 is used for switching a cutoff frequency of a variable frequency low-pass filter 58 described later.

【0050】周波数可変ローパスフィルタ58は、自乗
回路57と共に検波回路47を構成している。この周波
数可変ローパスフィルタ58は、一変調期間tmの初期
(矩形パルスの立ち上がり直後の期間)のビート信号の
周波数fbtが終期(矩形パルスの立ち下がり直前の期
間)の合成周波数f0よりも高いことが考えられ、一波
長変調期間tmの初期のビート信号を通過できるように
フィルタを構成した場合、終期では周波数f0の搬送信
号そのものを透過させることになり、検波を確実に行う
ことができないことになるからである。その周波数可変
ローパスフィルタ58はその周波数変化に同調してカッ
トオフ周波数が変化されることになる。その周波数可変
フィルタ58は、例えば、図6に示すように、異なる抵
抗値を有する抵抗R1、R2、…、R6の直列体と抵抗
R1、R2、…、R6に並列に接続されて、その抵抗R
1、R2、…、R6を短絡させるアナログスイッチS
1、S2、…、S6とコンデンサCとを有する。アナロ
グスイッチ駆動回路56はそのアナログスイッチS1、
S2、…、S6をオン・オフさせる機能を有する。一例
として、抵抗R1、R2、…、R6の抵抗値の比率を
1、2、4、8、16、32に設定し、6ビット構成と
すると、カットオフ周波数fcutは、 fcut=定数×{1/(C・R)} ただし、Cはコンデンサの容量、Rは合成抵抗値であ
る。
The variable frequency low-pass filter 58 forms a detection circuit 47 together with the squaring circuit 57. The frequency variable low-pass filter 58 is such that the frequency fbt of the beat signal at the beginning of the one modulation period tm (period immediately after the rise of the rectangular pulse) is higher than the composite frequency f0 at the end (period immediately before the fall of the rectangular pulse). If the filter is configured to pass the initial beat signal of the one-wavelength modulation period tm, the carrier signal itself at the frequency f0 will be transmitted at the end, and the detection cannot be performed reliably. Because. The cut-off frequency of the variable frequency low-pass filter 58 is changed in synchronization with the frequency change. For example, as shown in FIG. 6, the frequency variable filter 58 is connected in parallel to a series body of resistors R1, R2,..., R6 having different resistance values and resistors R1, R2,. R
Analog switch S for shorting 1, R2, ..., R6
, S6,..., S6 and a capacitor C. The analog switch driving circuit 56 includes the analog switch S1,
S2,..., S6 are turned on / off. As an example, when the ratio of the resistance values of the resistors R1, R2,..., R6 is set to 1, 2, 4, 8, 16, and 32 and the configuration is 6 bits, the cutoff frequency fcut is: fcut = constant × {1 / (C · R)} where C is the capacitance of the capacitor and R is the combined resistance value.

【0051】従って、初期に高い周波数にカットオフ周
波数を設定し、基準干渉信号の周波数の低下に伴って、
カットオフ周波数を低下させる。数値「1」に相当する
抵抗値のみをオフさせて、fcutの最大設定値を「1」
とし、この最大設定値「1」から全てのアナログスイッ
チをオフさせたときの設定値「1/63」まで、カット
オフ周波数fcutを変化させることができ、図7に示す
ように分周信号を分周器55から出力させると、図8に
示すようにカットオフ周波数を変化させることができ
る。
Therefore, the cutoff frequency is set to a high frequency initially, and as the frequency of the reference interference signal decreases,
Decrease cutoff frequency. Only the resistance value corresponding to the numerical value “1” is turned off, and the maximum set value of fcut is set to “1”.
The cutoff frequency fcut can be changed from the maximum set value “1” to the set value “1/63” when all the analog switches are turned off. As shown in FIG. When output from the frequency divider 55, the cutoff frequency can be changed as shown in FIG.

【0052】検波回路47を通過した信号(図5の
(4)の波形参照)はA/D変換器54に入力される。
A/D変換器54は図5の(7)に示すトリガー信号G
をタイミング信号として用いてデータを取り込む。トリ
ガー信号Gは図5の(7)に示すように周波数変化に伴
ってその発生間隔が変化する。A/D変換器54により
A/D変換されるビート信号の周波数も基準干渉信号の
周波数と同じように変化していて、その比は一定である
ので、A/D変換器54を通して波形メモリ50に記憶
される波形は見かけ上、一定周期の信号になる。従っ
て、メモリ50には、図5の(5)に示す波形が記憶さ
れる。この得られた信号の1周期のデータ個数を測定す
ると、fPD1/fbtである。
The signal passing through the detection circuit 47 (see the waveform (4) in FIG. 5) is input to the A / D converter 54.
The A / D converter 54 receives the trigger signal G shown in (7) of FIG.
Is used as a timing signal to capture data. The generation interval of the trigger signal G changes as the frequency changes, as shown in FIG. The frequency of the beat signal A / D-converted by the A / D converter 54 also changes in the same manner as the frequency of the reference interference signal, and the ratio is constant. Is a signal having a constant period apparently. Therefore, the waveform shown in (5) of FIG. 5 is stored in the memory 50. When the number of data in one cycle of the obtained signal is measured, it is fPD1 / fbt.

【0053】従って、d=(fbt/fPD1)×Lbaseの
式により、厚さdを求めることができる。
Therefore, the thickness d can be obtained from the equation d = (fbt / fPD1) × Lbase.

【0054】第9図は本発明に係わる非接触光学式の二
面間距離測定装置の第2実施例を示すもので、被測定物
体28の一面Pと他面Qとを観察し、集光レンズ15、
23の合焦調節の容易化を図ったものである。
FIG. 9 shows a second embodiment of the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the present invention, in which one surface P and the other surface Q of the object 28 to be measured are observed and condensed. Lens 15,
The focus adjustment of 23 is facilitated.

【0055】この第2実施例では、反射ミラー14と集
光レンズ15との間に観察光学系の一部を構成するダイ
クロイックミラー63が設けられ、反射ミラー22と集
光レンズ23との間にダイクロイックミラー64が設け
られている。このダイクロイックミラー63、64は測
定光を透過させその他の光を反射する特性を有する。ダ
イクロイックミラー63の反射方向には、合焦レンズ6
5、撮像素子66が設けられ、ダイクロイックミラー6
4の反射方向前方には結像レンズ67、撮像素子68が
設けられている。この構成によると、被測定物体28の
一面Pと他面Qとの表面を観察しつつ集光レンズ15、
23の調節を行うことができる。
In the second embodiment, a dichroic mirror 63 constituting a part of the observation optical system is provided between the reflection mirror 14 and the condenser lens 15, and between the reflection mirror 22 and the condenser lens 23. A dichroic mirror 64 is provided. The dichroic mirrors 63 and 64 have a characteristic of transmitting measurement light and reflecting other light. The direction of reflection of the dichroic mirror 63 is
5, an image sensor 66 is provided, and a dichroic mirror 6 is provided.
An imaging lens 67 and an image sensor 68 are provided in front of the reflection direction 4. According to this configuration, while observing the surfaces of one surface P and the other surface Q of the measured object 28, the condenser lens 15,
Twenty-three adjustments can be made.

【0056】第10図は本発明に係わる非接触光学式の
二面間距離測定装置の第3実施例を示すものである。第
1実施例、第2実施例では被測定物体28が不透明体で
あり、その表面Pと裏面Qとが完全に切り離されている
ものとして説明した。しかしながら、本発明に係わる非
接触光学式の二面間距離測定装置は、等方な透明体にも
適用できるものである。この透明体の場合には、一方の
面Pに照射された測定光が透明体の中を透過して他方の
面Qから出射され、他方の面Qに照射された測定光が透
明体の中を透過して一方の面Pから出射され、一方の対
向面測定用光学系の測定光と他方の対向面測定用光学系
の測定光とが僅かではあるが混じり合う可能性がある。
FIG. 10 shows a third embodiment of the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the present invention. In the first and second embodiments, it has been described that the measured object 28 is an opaque body, and the front surface P and the back surface Q are completely separated. However, the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the present invention can also be applied to an isotropic transparent body. In the case of this transparent body, the measurement light applied to one surface P passes through the inside of the transparent body and is emitted from the other surface Q, and the measurement light applied to the other surface Q is applied to the inside of the transparent body. , And is emitted from one surface P, and there is a possibility that the measurement light of the one opposing surface measuring optical system and the measuring light of the other opposing surface measuring optical system are mixed, albeit slightly.

【0057】そこで、この第3実施例では、ビームスプ
リッタ6、21の代わりに偏光ビームスプリッタ6´、
21´を用い、参照反射面16と偏光ビームスプリッタ
6´との間に1/4波長板70を設け、参照反射面24
と偏光ビームスプリッタ21´との間に1/4波長板7
1を設ける。更に、集光レンズ15と被測定物体28の
一面Pとの間に1/4波長板72を設け、集光レンズ2
3と被測定物体28の他面Qとの間に1/4波長板73
を設ける。この1/4波長板72と1/4波長板73と
の光学軸は直交配置とする。偏光ビームスプリッタ6
´、21´はP偏光のコヒーレント光を透過させ、S偏
光のコヒーレント光を反射させるものとする。更に、集
光レンズ17と偏光ビームスプリッタ6´との間にP偏
光、S偏光に対して45度の角度を為す偏光板74を設
け、集光レンズ25と偏光ビームスプリッタ21´との
間にP偏光、S偏光に対して45度の角度を為す偏光板
75を設ける。
Therefore, in the third embodiment, instead of the beam splitters 6 and 21, the polarization beam splitter 6 ',
21 ', a quarter-wave plate 70 is provided between the reference reflection surface 16 and the polarization beam splitter 6'.
波長 wavelength plate 7 between the light beam and the polarizing beam splitter 21 ′
1 is provided. Further, a 波長 wavelength plate 72 is provided between the condenser lens 15 and one surface P of the measured object 28, and the condenser lens 2
1 / wavelength plate 73 between the third surface Q and the other surface Q of the measured object 28
Is provided. The optical axes of the quarter-wave plate 72 and the quarter-wave plate 73 are orthogonally arranged. Polarizing beam splitter 6
'And 21' transmit P-polarized coherent light and reflect S-polarized coherent light. Further, a polarizing plate 74 is provided between the condenser lens 17 and the polarization beam splitter 6 ′ so as to make an angle of 45 degrees with respect to the P-polarized light and the S-polarized light. A polarizing plate 75 that forms an angle of 45 degrees with respect to P-polarized light and S-polarized light is provided.

【0058】まず、一方の対向面用測定光学系12に導
かれる測定光束について説明する。
First, the measurement light beam guided to one of the opposing surface measurement optical systems 12 will be described.

【0059】半導体レーザー1からのコヒーレント光の
偏光方向を偏光ビームスプリッタ6´、21´に対して
45度の角度に保っておくと、偏光ビームスプリッタ6
´に導かれた測定光のうちP偏光成分の測定光はこの偏
光ビームスプリッタ6´を透過し、このP偏光成分が集
光レンズ15を介して1/4波長板72に導かれる。一
方、S偏光成分の測定光は偏光ビームスプリッタ6´に
より反射されて、1/4波長板70に導かれる。そし
て、このP偏光成分の測定光は1/4波長板72により
円偏光となる。被測定物体28の面Pはこの円偏光の測
定光により照明される。この円偏光の測定光はその一部
が面Pにより反射されるが、その一部は被測定物体28
を透過して他面Qから洩れ出る。その面Pにより反射さ
れた円偏光の測定光は1/4波長板72に導かれてP偏
光と直交するS偏光となり、偏光ビームスプリッタ6´
により反射されて集光レンズ17に導かれる。また、偏
光ビームスプリッタ6´により反射されたS偏光の測定
光は1/4波長板70により円偏光となり、参照反射面
16により反射されて再び1/4波長板70に導かれ、
S偏光と直交するP偏光として偏光ビームスプリッタ6
´に導かれて、この偏光ビームスプリッタ6´を透過
し、集光レンズ17に導かれる。集光レンズ17と偏光
ビームスプリッタ6´との間には偏光板74が配置され
ているので、S偏光の測定反射光とP偏光の参照反射光
とはその一部の偏光方向が合致し、受光器PD2におい
て干渉する。
When the polarization direction of the coherent light from the semiconductor laser 1 is maintained at an angle of 45 degrees with respect to the polarization beam splitters 6 'and 21', the polarization beam splitter 6
The measurement light of the P-polarized component among the measurement light guided to ′ passes through the polarization beam splitter 6 ′, and the P-polarized component is guided to the 波長 wavelength plate 72 via the condenser lens 15. On the other hand, the measurement light of the S-polarized component is reflected by the polarization beam splitter 6 ′ and guided to the 1 / wavelength plate 70. Then, the measurement light of the P-polarized light component is converted into circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 72. The plane P of the measured object 28 is illuminated by the circularly polarized measurement light. A part of the circularly polarized measurement light is reflected by the surface P, but a part thereof is
And leaks out of the other surface Q. The circularly polarized measurement light reflected by the surface P is guided to the 波長 wavelength plate 72 to become S-polarized light orthogonal to the P-polarized light, and the polarization beam splitter 6 ′
And is guided to the condenser lens 17. The S-polarized measurement light reflected by the polarization beam splitter 6 ′ becomes circularly polarized light by the 1 / wavelength plate 70, is reflected by the reference reflection surface 16, and is again guided to the 波長 wavelength plate 70.
Polarizing beam splitter 6 as P polarized light orthogonal to S polarized light
′, Passes through the polarization beam splitter 6 ′, and is guided to the condenser lens 17. Since the polarizing plate 74 is disposed between the condenser lens 17 and the polarizing beam splitter 6 ′, the polarization directions of the S-polarized measurement reflected light and the P-polarized reference reflected light partially match, Interference occurs in the light receiver PD2.

【0060】次に、他方の対向面用測定光学系13に導
かれた測定光束について説明する。
Next, the measurement light beam guided to the other opposing surface measurement optical system 13 will be described.

【0061】ビームスプリッタ5により反射された測定
光のうち、P偏光成分の測定光は偏光ビームスプリッタ
21´を透過し、このP偏光成分が集光レンズ23を介
して1/4波長板73に導かれる。一方、S偏光成分の
測定光は偏光ビームスプリッタ21´により反射され
て、1/4波長板71に導かれる。そして、このP偏光
成分の測定光は1/4波長板73により円偏光となる。
被測定物体28の面Qはこの円偏光の測定光により照明
される。この円偏光の測定光はその一部が面Qにより反
射されるが、その一部は被測定物体28を透過して面P
から洩れ出る。その面Qにより反射された円偏光の測定
光は1/4波長板73に導かれてP偏光と直交するS偏
光となり、偏光ビームスプリッタ21´により反射され
て集光レンズ25に導かれる。また、偏光ビームスプリ
ッタ21´により反射されたS偏光の測定光は1/4波
長板71により円偏光となり、参照反射面24により反
射されて再び1/4波長板71に導かれ、S偏光と直交
するP偏光として偏光ビームスプリッタ21´に導かれ
て、この偏光ビームスプリッタ21´を透過し、集光レ
ンズ25に導かれる。集光レンズ25と偏光ビームスプ
リッタ21´との間には偏光板75が配置されているの
で、S偏光の測定反射光とP偏光の参照反射光とはその
一部の偏光方向が受光器PD3において干渉する。
The measurement light of the P-polarized light component of the measurement light reflected by the beam splitter 5 passes through the polarization beam splitter 21 ′, and the P-polarized light component is transmitted to the 波長 wavelength plate 73 via the condenser lens 23. Be guided. On the other hand, the measurement light of the S polarization component is reflected by the polarization beam splitter 21 ′ and guided to the 導 か wavelength plate 71. Then, the measurement light of the P-polarized light component is converted into circularly-polarized light by the 板 wavelength plate 73.
The surface Q of the measured object 28 is illuminated with the circularly polarized measurement light. A part of the circularly polarized measurement light is reflected by the surface Q, but a part of the light is transmitted through the object to be measured 28 and the surface P
Leaks from The circularly polarized measurement light reflected by the surface Q is guided to the 波長 wavelength plate 73 to become S-polarized light orthogonal to the P-polarized light, and is reflected by the polarization beam splitter 21 ′ to be guided to the condenser lens 25. The S-polarized measurement light reflected by the polarization beam splitter 21 ′ becomes circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 71, is reflected by the reference reflection surface 24, is again guided to the 波長 wavelength plate 71, and becomes S-polarized light. The light is guided to the polarizing beam splitter 21 ′ as orthogonal P-polarized light, passes through the polarizing beam splitter 21 ′, and is guided to the condenser lens 25. Since the polarizing plate 75 is disposed between the condenser lens 25 and the polarizing beam splitter 21 ′, the polarization directions of the S-polarized measurement reflected light and the P-polarized reference reflected light are partially changed to the light receiver PD3. Interfere at

【0062】次に、面Pから入射して被測定物体28を
透過して面Qから洩れ出た円偏光の測定光、面Qから入
射して被測定物体28を透過して面Pから洩れ出た円偏
光の測定光について説明する。
Next, the circularly polarized measurement light incident from the surface P and transmitted through the object to be measured 28 and leaked from the surface Q, and the incident light from the surface Q and transmitted through the object to be measured 28 and leaked from the surface P The emitted circularly polarized measurement light will be described.

【0063】面Pから入射して被測定物体28を透過し
て面Qから洩れ出た円偏光の測定光は1/4波長板72
と1/4波長板73との光学軸が直交する配置であるの
で、面Pを透過して面Qから洩れ出た円偏光の測定光は
1/4波長板73を通過することによりP偏光となる。
このP偏光の測定光は反射ミラー22によって偏光ビー
ムスプリッタ21´に導かれるが、偏光ビームスプリッ
タ21´はP偏光を透過させる性質を有するので、集光
レンズ25に導かれず、他方の対向面用測定光学系13
の測定光束と干渉を起こすことが防止される。同様の理
由で、面Qから入射して被測定物体28を透過して面P
から洩れ出た円偏光の測定光も一方の対向面用測定光学
系12の測定光束と干渉を起こすことが防止される。
The circularly polarized measurement light that has entered from the surface P, transmitted through the object to be measured 28 and leaked from the surface Q is a 波長 wavelength plate 72.
Since the optical axes of the light and the quarter-wave plate 73 are orthogonal to each other, the circularly-polarized measurement light that has passed through the surface P and leaked out of the surface Q passes through the quarter-wave plate 73 to become P-polarized light. Becomes
The measurement light of the P-polarized light is guided to the polarization beam splitter 21 ′ by the reflection mirror 22. However, the polarization beam splitter 21 ′ has a property of transmitting the P-polarized light. Measurement optical system 13
Interference with the measurement light beam is prevented. For the same reason, the light enters from the surface Q, passes through the measured object 28, and
The measurement light of the circularly polarized light leaked from the measurement light beam is prevented from interfering with the measurement light flux of the measurement optical system 12 for one of the opposed surfaces.

【0064】この第3実施例においては、1/4波長板
72と1/4波長板73との光学軸を直交する配置とし
たが、1/4波長板72と1/4波長板73との光学軸
を平行配置とし、偏光ビームスプリッタ21´をS偏光
を透過し、P偏光を反射するのと同等の構成とすれば、
面Pから入射して被測定物体28を透過して面Qに洩れ
出た円偏光の測定光は1/4波長板73を透過すること
によりS偏光となるが、このS偏光の測定光は偏光ビー
ムスプリッタ21´を透過することになるので、面Pか
ら入射して被測定物体28を透過して面Qから洩れ出た
円偏光の測定光が他方の対向面用測定光学系13の測定
光束と干渉することが防止される。面Qから入射して被
測定物体28を透過して面Pに洩れ出た円偏光の測定光
については、1/4波長板72を透過することによりP
偏光となるが、このP偏光の測定光は偏光ビームスプリ
ッタ6´を透過することになるので、面Qから入射して
被測定物体28を透過して面Pから洩れ出た円偏光の測
定光が一方の対向面用測定光学系12の測定光束と干渉
することが防止される。
In the third embodiment, the optical axes of the quarter-wave plate 72 and the quarter-wave plate 73 are arranged orthogonal to each other. Are arranged in parallel, and the polarization beam splitter 21 'has a configuration equivalent to transmitting S-polarized light and reflecting P-polarized light.
The circularly polarized measurement light incident from the surface P and transmitted through the object to be measured 28 and leaked to the surface Q is converted into S-polarized light by transmitting through the quarter-wave plate 73. Since the light passes through the polarization beam splitter 21 ′, the measurement light of the circularly polarized light which enters from the surface P, passes through the object to be measured 28, and leaks from the surface Q is measured by the measurement optical system 13 for the other opposing surface. Interference with the light beam is prevented. The circularly polarized measurement light incident from the surface Q and transmitted through the object to be measured 28 and leaked to the surface P is transmitted through the 波長 wavelength plate 72 to generate P.
Since the P-polarized measurement light is transmitted through the polarization beam splitter 6 ′, the circularly-polarized measurement light that enters from the surface Q, transmits through the object to be measured 28, and leaks from the surface P is polarized. Is prevented from interfering with the measurement light beam of the measurement optical system 12 for one facing surface.

【0065】図11は本発明に係わる非接触光学式の二
面間距離測定装置の第4実施例を示すもので、被測定物
体28の段差d´を測定する光学構成を示すもので、一
方の対向面用測定光学系12の光軸O1と他方の対向面
用測定光学系13の光軸O2とを平行に配置する構成と
したものであり、その他の構成は第1実施例と大略同一
であるのでその詳細な説明は省略する。
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the present invention, which shows an optical configuration for measuring a step d 'of an object 28 to be measured. The optical axis O1 of the measuring optical system 12 for the opposite surface and the optical axis O2 of the measuring optical system 13 for the other opposite surface are arranged in parallel, and other configurations are substantially the same as those of the first embodiment. Therefore, the detailed description is omitted.

【0066】以上、実施例について説明したが、被測定
物体28の一面Pと他面Qとが光学的に清浄な滑らかな
面であり、一面Pと他面Qとの平行度が充分に良好な場
合には、集光レンズ15、23を用いなくとも、被測定
物体28の厚さd、段差d´を測定することができる。
Although the embodiment has been described above, one surface P and the other surface Q of the measured object 28 are optically clean and smooth surfaces, and the parallelism between the one surface P and the other surface Q is sufficiently good. In such a case, the thickness d and the step d ′ of the measured object 28 can be measured without using the condenser lenses 15 and 23.

【0067】[0067]

【効 果】本発明に係わる請求項1に記載の非接触光学
式の二面間距離測定装置は、以上説明したように構成し
たので、ゴム、金属その他の物質からなる不透明体であ
っても非接触でその不透明体の厚さを測定することがで
きる。
According to the first aspect of the present invention, since the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the first aspect is constructed as described above, even if it is an opaque body made of rubber, metal or other substance. The thickness of the opaque body can be measured without contact.

【0068】本発明に係わる請求項2に記載の非接触光
学式の二面間距離測定装置によれば、被測定物体の段差
を測定できる。
According to the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the second aspect of the present invention, it is possible to measure a step of an object to be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる非接触光学式の二面間距離測定
装置の光学系を示す図である。
FIG. 1 is a view showing an optical system of a non-contact optical type distance measuring apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示す光学系を用いて段差を求めるための
測定処理回路図である。
FIG. 2 is a measurement processing circuit diagram for obtaining a step using the optical system shown in FIG. 1;

【図3】図2に示す測定処理回路の信号波形の説明図で
ある。
3 is an explanatory diagram of signal waveforms of the measurement processing circuit shown in FIG.

【図4】測定処理回路の他の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the measurement processing circuit.

【図5】図4に示す処理回路の信号波形の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of signal waveforms of the processing circuit shown in FIG.

【図6】周波数ローパスフィルタの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a frequency low-pass filter.

【図7】分周器の作用を説明するためのタイミングチャ
ートである。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the frequency divider.

【図8】カットオフ周波数の変化を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a change in cutoff frequency.

【図9】本発明に係わる非接触光学式の二面間距離測定
装置の第2実施例の光学系を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an optical system of a second embodiment of the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the present invention.

【図10】本発明に係わる非接触光学式の二面間距離測
定装置の第3実施例の光学系を示す図である。
FIG. 10 is a view showing an optical system of a third embodiment of the non-contact optical type distance measuring apparatus according to the present invention.

【図11】本発明に係わる非接触光学式の二面間距離測
定装置の第4実施例の光学系を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an optical system of a fourth embodiment of the non-contact optical distance measuring apparatus between two surfaces according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 基準干渉光学系 12、13 対向面用測定光学系 16、24 参照反射面 28 被測定物体 P 一面 Q 他面 PD1、PD2、PD3 受光器 7 Reference interference optical system 12, 13 Opposing surface measurement optical system 16, 24 Reference reflection surface 28 Object to be measured P One surface Q Other surface PD1, PD2, PD3 Receiver

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定物体の一面と他面との間の距離と
して定義される被測定物体の厚さを測定するために、該
被測定物体を間に挟んで対向しかつ波長を変化可能とし
コヒーレントな測定光を各面にそれぞれ照射する一対
の対向面用測定光学系と、前記測定光の干渉光を受光し
て既知の基準光路差を求めるための基準干渉光学系と
備え、前記一対の対向面用測定光学系はそれぞれ参照反
射面を有すると共に、前記被測定物体の各面からの測定
光の反射光束と参照反射面からの測定光束の参照反射光
とに基づく干渉光を受光する受光器をそれぞれ有し、
記基準干渉光学系は前記既知の基準光路差に基づく基準
干渉光を受光する受光器を有し、前記各受光器にはその
受光出力に基づいて前記被測定物体の厚さを測定する測
定処理回路が接続されており、該測定処理回路は、前記
測定光の波長を変化させて求められる前記基準干渉光学
系の前記受光器からの干渉光についての信号周期数と前
記一対の対向面用測定光学系の前記各受光器からの干渉
光についての信号周期数の差との比の関係から、前記基
準光路差を用いて前記厚さ寸法を算出することを特徴と
する非接触光学式の二面間距離測定装置。
1. A device for measuring the thickness of an object to be measured, which is defined as the distance between one surface of the object to be measured and the other surface thereof, and having a wavelength that can be opposed to the object to be measured. age
A pair of opposing surface measurement optical systems for irradiating each surface with coherent measurement light, and receiving interference light of the measurement light.
And a known reference path difference reference interference optical system for obtaining the Te, the which has a pair of opposing surfaces for measuring optical system reference reflecting surface respectively, the reflected light beam of the measurement light from each surface of the object to be measured receiving an interference light based on the reference reflected light of the measurement light beam from the reference reflecting surface and has the light receiver, respectively, before
The reference interference optical system is a reference based on the known reference optical path difference.
It has a light receiver for receiving the interference light, a measurement processing circuit for measuring the thickness of the object to be measured based on the light reception output of each of the light receivers, the measurement processing circuit,
The reference interference optics determined by changing the wavelength of the measurement light
The number of signal periods for interference light from the
Interference from each of the photodetectors of the pair of opposed surface measurement optical systems
From the relationship of the ratio with the difference in the number of signal periods for light,
A non-contact optical type distance measuring apparatus between two surfaces, wherein the thickness dimension is calculated using a quasi-optical path difference .
【請求項2】 被測定物体の一面と他面との間の距離と
して定義される被測定物体の段差を測定するために、互
いに平行な光軸を有して波長を変化可能としたコヒーレ
ントな測定光を照射する一対の測定光学系と、前記測定
光の干渉光を受光して既知の基準光路差を求めるための
基準干渉光学系とを備え、前記一対の測定光学系はそれ
ぞれ参照反射面を有すると共に、前記被測定物体の各面
からの測定光の反射光束と参照反射面からの測定光束の
参照反射光とに基づく干渉光を受光する受光器をそれぞ
れ有し、前記基準干渉光学系は前記既知の基準光路差に
基づく基準干渉光を受光する受光器を有し、前記各受光
器にはその受光出力に基づいて前記被測定物体の段差を
測定する測定処理回路が接続されており、該測定処理回
路は、前記測定光の波長を変化させて求められる前記基
準干渉光学系の前記受光器からの干渉光についての信号
周期数と前記一対の測定光学系の前記各受光器からの干
渉光についての信号周期数の差との比の関係から、前記
基準光路差を用いて前記被測定物体の段差寸法を算出す
ことを特徴とする非接触光学式の二面間距離測定装
置。
2. A coherent device having optical axes parallel to each other and having a variable wavelength for measuring a step of an object to be measured, which is defined as a distance between one surface of the object to be measured and another surface thereof. br /> and a pair of measuring optical system for irradiating the cement measurement light, the measurement
To obtain a known reference optical path difference by receiving the light interference light
And a reference interference optical system, the pair of measuring optical system which has a respective reference reflecting surface, and the reflected reference beam of the measuring beam from the reference reflecting surface and the reflected light beam of the measurement light from each surface of the object to be measured Each having a light receiver for receiving an interference light based on the reference interference optical system , the reference interference optical system
A light receiving device for receiving a reference interference light based on the light beam, and each light receiving device is connected to a measurement processing circuit for measuring a step of the object to be measured based on a light receiving output thereof;
The path is determined by changing the wavelength of the measurement light.
The signal about the interference light from the receiver of the quasi-interference optical system
The number of periods and the amount of light from each of the receivers of the pair of measurement optical systems.
From the relationship between the ratio of the difference between the number of signal periods and the
Calculating the step size of the measured object using a reference optical path difference
Non-contact optical dihedral distance measuring apparatus characterized by that.
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