JP3477612B2 - 歪み量測定方法及び測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は歪み量測定方法及び
測定装置に関し、特に、微小物体における微小な歪み量
を測定するのに適した歪み量測定方法及び測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ワークにレーザ光を照射して歪み
を与えるレーザ加工装置が提案されている（例えば、特
願平１０−１０３９２０号）。このレーザ加工装置は、
板状のワークの一方の主面にレーザ光を照射することに
よって被照射部を局所加熱する。そして、局所加熱後の
冷却に伴う引張り（収縮）応力を被照射部に残留させ、
被照射部を含む側の主面が凹状になるようにワークを変
形させる。

【０００３】このような加工は、例えばハードディスク
ドライブのような磁気記録装置に使用される微小の磁気
ヘッドスライダに適用される。これは、磁気ヘッドスラ
イダは記録媒体への凝着を避けるために、記録媒体と対
向する面が凸になるように微小な曲率で湾曲させる必要
があるからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなレーザ加
工装置では、加工されたワークに対して歪み量の測定を
行う必要がある。この場合、加工した後、ワークを別場
所に搬送して歪み量を測定したのでは、歪み量測定のた
めの工程や搬送系、場所が増えることになり好ましくな
い。

【０００５】一方、測定対象物、すなわちワークが、上
記の磁気ヘッドのような微小物体である場合、歪み量は
数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であり、精密な測定精度が要求さ
れる。歪み量測定装置は、例えば干渉計を利用した走査
型白色干渉計と呼ばれるものが提供されている。この干
渉計では、参照光と測定光との光路の差から生じる明暗
線の干渉縞を利用している。すなわち、光源からの光束
を干渉計内で２つに分割し、一方を内部参照面に、他方
を測定対象物に照射する。内部参照面と測定対象物面か
ら反射された２つの反射光は干渉計内部で再結合し、合
成を経て干渉縞を生じる。この干渉縞を観察することで
歪み量が測定される。

【０００６】しかし、このような干渉計を利用した測定
装置は、コストが高く、測定速度が低い上に形状も大き
いという問題点を有している。

【０００７】そこで、本発明の課題は、コストが低く、
測定速度が速いと共に形状も小さくできる歪み量測定方
法及び測定装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の課題は、ワークの傾き角度の
影響を受けずに高精度で歪み量の測定を行うことのでき
る歪み量測定方法及び測定装置を提供することにある。

【０００９】本発明の更に他の課題は、レーザ加工と同
じステーションにおいて歪み量の測定が行えるインライ
ンタイプの歪み量判別装置を提供することにある。

【００１０】本発明のより他の課題は、レーザ加工装置
に組み込んだ状態で使用することのできる歪み量判別装
置を提供することにある。

【００１１】

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、測定光
源からの測定ビームをアイソレータ手段を通して測定対
象物に照射し、該測定対象物からの反射ビームをプリズ
ムを通すことで前記反射ビームと平行な角度で戻して前
記測定対象物に再照射させ、前記測定対象物からの再反
射ビームをビーム反射手段で折り返すことで、前記の経
路とは逆の経路で前記アイソレータ手段に戻して、該ア
イソレータ手段から戻りビームを抽出し、該戻りビーム
の基準位置からの位置ずれ量を測定することで測定対象
物の歪みを測定することを特徴とする歪み量測定方法が
提供される。

【００１３】

【００１４】本発明によれば更に、測定ビームを発生し
て測定対象物に照射するための測定光源と、前記測定光
源と前記測定対象物との間に配置されたアイソレータ手
段と、前記測定対象物からの前記測定ビームの反射ビー
ムを受け、該反射ビームをそれと平行な角度で戻して前
記測定対象物に再照射させるプリズムと、前記プリズム
により再照射された測定ビームの再反射ビームを受け
て、その入射角度で規定される方向に折り返すビーム反
射手段とを含み、前記ビーム反射手段で折り返されたビ
ームを前記の経路とは逆の経路で前記アイソレータ手段
に戻して、該アイソレータ手段から戻りビームを抽出す
るようにし、該戻りビームの基準位置からの位置ずれ量
を測定する手段を備えたことを特徴とする歪み量測定装
置が提供される。

【００１５】上記の歪み量測定方法及び歪み量測定装置
のいずれにおいても、前記アイソレータ手段は偏光ビー
ムスプリッタであり、さらに前記偏光ビームスプリッタ
を通過してから該偏光ビームスプリッタに戻るまでの経
路中に配置された位相差板を含み、位相がずれた戻りビ
ームを抽出することを特徴とする。

【００１６】また、上記の歪み量測定方法及び歪み量測
定装置のいずれにおいても、前記位相差板は（１／４）
・λ板（但し、λは測定ビームの波長）であり、かつ前
記抽出された戻りビームの位相は（１／２）・λだけず
れていることを特徴とする。

【００１７】本歪み量測定装置においては、前記プリズ
ムと前記ビーム反射手段とを含めてそれらの間の光学経
路を１つの光学媒体で形成しても良い。この光学媒体は
レーザビームを反射する面と、コーナキューブプリズム
を構成する３面とを含む多面体であることが好ましい
が、さらにレーザビームを透過する面を含み、該レーザ
ビームを透過する面と、前記レーザビームを反射する面
とが、１つの面を形成している光学媒体であっても良
い。

【００１８】本歪み量測定装置においてはまた、前記プ
リズムはコーナキューブプリズム、前記ビーム反射手段
は反射膜であり、前記光学媒体は、断面形状が少なくと
も上辺と下辺が平行な六角形で規定される多面体であっ
て、前記上辺に隣接する２つの辺のうち一方の辺で規定
される面の一部に反射膜が形成され、他方の辺で規定さ
れる面にはコーナキューブプリズムが一体的に形成され
ており、前記下辺側に測定対象物が配置され、前記反射
膜が形成されている面の残りの部分が前記測定ビームの
入射面とされていることを特徴とする。

【００１９】本発明によれば更に、測定ビームを発生し
て測定対象物に照射するための測定光源を有し、前記測
定光源と前記測定対象物との間に配置されたアイソレー
タ手段と、前記測定対象物からの前記測定ビームの反射
ビームを受け、該反射ビームをそれと平行な角度で戻し
て前記測定対象物に再照射させるプリズムと、前記プリ
ズムにより再照射された測定ビームの再反射ビームを受
けて、その入射角度で規定される方向に折り返すビーム
反射手段とを複数組含み、前記測定光源からの測定ビー
ムは光分岐手段により複数のビームに分岐され、それぞ
れの組の前記ビーム反射手段で折り返されたビームをそ
れぞれの組における前記の経路とは逆の経路でそれぞれ
の組の前記アイソレータ手段に戻して、該アイソレータ
手段から戻りビームを抽出するようにし、それぞれの組
における該戻りビームの基準位置からの位置ずれ量を測
定する手段を備え、測定対象物の歪みを複数軸にて測定
することを特徴とする歪み量測定装置が提供される。

【００２０】この歪み量測定装置においては、前記アイ
ソレータ手段は偏光ビームスプリッタであり、さらに前
記偏光ビームスプリッタを通過してから該偏光ビームス
プリッタに戻るまでの経路中に配置された位相差板を複
数組含み、ビームをそれぞれの組における位相差板に通
して、前記位相がずれた戻りビームを抽出するようにさ
れる。

【００２１】この歪み量測定装置においても、前記位相
差板は（１／４）・λ板（但し、λは測定ビームの波
長）であり、かつ前記抽出された戻りビームの位相は
（１／２）・λだけずれている。

【００２２】この歪み量測定装置においても、前記複数
組のプリズムと、前記複数組のビーム反射手段とを含め
てそれらの間の光学経路が１つの光学媒体で形成されて
も良い。そして、光学媒体はレーザビームを反射する面
と、コーナキューブプリズムを構成する３面とを含む多
面体であることが好ましいが、さらにレーザビームを透
過する面を含み、該レーザビームを透過する面と、前記
レーザビームを反射する面とが、１つの面を形成してい
る光学媒体であっても良い。

【００２３】この歪み量測定装置においては、前記複数
組は２組、前記プリズムはコーナキューブプリズム、前
記ビーム反射手段は反射膜であり、前記光学媒体は、上
面と下面が四角形でしかも互いに平行な多面体であっ
て、前記上面の互いに平行な２組の２辺のうち一方の組
の２辺に隣接する２つの面の一方の面の少なくとも一部
には反射膜が形成され、他方の面にはコーナキューブプ
リズムが一体的に形成されて一方の組の光学経路が形成
されており、前記上面の互いに平行な２組の２辺のうち
の他方の２辺に隣接する２つの面の一方の面の少なくと
も一部にも反射膜が形成され、他方の面にコーナキュー
ブプリズムが一体的に形成されて他方の組の光学経路が
形成されており、前記下面側に測定対象物が配置され、
それぞれの組の前記反射膜が形成されている面の残りの
部分がそれぞれの組における前記測定ビームの入射面と
されていることを特徴とする。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】本発明によれば更に、測定光源からの測定
ビームをアイソレータ手段を通して測定対象物に照射
し、該測定対象物からの反射ビームをプリズムを通すこ
とで前記反射ビームと平行な角度で戻して前記測定対象
物に再照射させ、前記測定対象物からの再反射ビームを
ビーム反射手段で折り返すことで、前記の経路とは逆の
経路で前記アイソレータ手段に戻して、該アイソレータ
手段から戻りビームを抽出し、該戻りビームの基準位置
からの位置ずれ量を測定することで測定対象物の変形を
測定することを特徴とする変形量測定方法が提供され
る。

【００２８】

【００２９】本発明によれば更に、測定ビームを発生し
て測定対象物に照射するための測定光源と、前記測定光
源と前記測定対象物との間に配置されたアイソレータ手
段と、前記測定対象物からの前記測定ビームの反射ビー
ムを受け、該反射ビームをそれと平行な角度で戻して前
記測定対象物に再照射させるプリズムと、前記プリズム
により再照射された測定ビームの再反射ビームを受け
て、その入射角度で規定される方向に折り返すビーム反
射手段とを含み、前記ビーム反射手段で折り返されたビ
ームを前記の経路とは逆の経路で前記アイソレータ手段
に戻して、該アイソレータ手段から戻りビームを抽出す
るようにし、該戻りビームの基準位置からの位置ずれ量
を測定する手段を備えたことを特徴とする変形量測定装
置が提供される。

【００３０】前記プリズムと前記ビーム反射手段とを含
めてそれらの間の光学経路が１つの光学媒体で形成され
ても良い。そして、光学媒体はレーザビームを反射する
面と、コーナキューブプリズムを構成する３面とを含む
多面体であることが好ましいが、さらにレーザビームを
透過する面を含み、該レーザビームを透過する面と、前
記レーザビームを反射する面とが、１つの面を形成して
いる光学媒体であっても良い。

【００３１】前記プリズムはコーナキューププリズム、
前記ビーム反射手段は反射面であり、前記コーナキュー
ブプリズムを構成する面が３面、前記測定対象物に対向
する面、前記ビーム反射面、及びこれらに隣接する面が
２面の少なくとも７面を有する多面体からなる光学媒体
が、前記アイソレータ手段と前記測定対象物との間の経
路に配置される。

【００３２】なお、前記測定光源はＨｅ−Ｎｅレーザ光
源あるいは半導体レーザ光源であることが好ましい。

【００３３】また、前記位置ずれ量を測定する手段とし
て、ＣＣＤカメラを含んでも良い。

【００３４】更に、前記位置ずれ量を測定する手段とし
て、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅ
ｔｅｃｔｏｒ）を含んでも良い。

【００３５】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の第１の
実施の形態について説明する。図１において、この歪み
量測定装置は、波長λの測定ビームを発生するための測
定光源１１と、測定ビームの断面形状を拡大するための
ビームエキスパンダ１２と、拡大された測定ビームの断
面形状を所望の径まで絞り込むためのマスク１３と、絞
り込まれた測定ビームをそのまま通過させてワーク１
４、すなわち測定対象物にある角度θ１で照射する偏光
ビームスプリッタ１５とを含む。測定光源１１には、ポ
インティングレーザと呼ばれるＨｅ−Ｎｅレーザ光源あ
るいは半導体レーザ光源が使用される。

【００３６】ワーク１４に照射された測定ビームは、角
度θ２で反射される。この反射方向には、コーナキュー
ブプリズム１６が配置されている。コーナキューブプリ
ズム１６は、一例を言えば、良く知られているように、
円柱状のガラス体の一面側に三角錐状のガラス体が一体
に形成されているものであるが、以降で引用される図面
では、簡略化して示されている。

【００３７】ワーク１４からの測定ビームの反射ビーム
は、円柱状のガラス体の他面側から入射して三角錐の一
面で反射され、その反射光は隣り合う面に入射し、そこ
で反射されて更に隣り合う面に入射する。そして、その
面では円柱状のガラス体の他面側に反射される。このよ
うに、コーナキューブプリズム１６に入射した反射ビー
ムは、その内部で３回反射されることで入射した反射ビ
ームと平行な角度で戻されてワーク１４に角度θ３で再
照射される。

【００３８】再照射された測定ビームは、再びワーク１
４において角度θ４で反射される。この再反射ビームの
反射方向には（１／４）・λ板１７と、折り返しミラー
１８とが配置されている。（１／４）・λ板１７は、入
射したビームの位相を（１／４）・λだけずらすための
ものである。また、折り返しミラー１８は、後で詳しく
説明されるように、入射したビームをその入射角度で規
定される方向に反射するためのものである。この折り返
しミラー１８は特に、ワーク１４の上面が完全な平坦面
である場合には、（１／４）・λ板１７からのビームを
９０度の入射角度で受け、入射方向と同じ方向に反射さ
せるように配置されている。折り返しミラー１８で折り
返され、（１／４）・λ板１７を通過したビームは、
（１／２）・λの位相ずれを持つことになる。このよう
な板は位相差板と呼ばれる。

【００３９】別の観点から言えば、偏向ビームスプリッ
タ１５は、Ｓ偏向を透過し、Ｐ偏向を反射するものであ
る。一方、（１／４）・λ板１７は、例えばＳ偏向を右
回りの円偏向にし、左回り円偏向をＰ偏向にするための
ものである。このことにより、偏向ビームスプリッタ１
５にＳ偏向の測定ビームを入射させると、後述するスク
リーン２０側にＰ偏向を抽出することができる。

【００４０】ここで、ワーク１４の上面が完全な平坦面
であると仮定すると、θ１＝θ２＝θ３＝θ４となり、
折り返しミラー１８で折り返されたビームは、ワーク１
９−コーナキューブプリズム１６−ワーク１９の経路、
すなわち、その入射時の経路とまったく同じでしかも逆
向きの経路で偏光ビームスプリッタ１５に至ることにな
る。これは、ワーク１４が、これを載置しているテーブ
ル１９の傾きに起因して全体的に傾いていたとしても同
様（θ１＝θ２＝θ３＝θ４）である。言い換えれば、
上記のように構成された光学経路は、ワーク１４の傾き
の影響を受けないことを意味する。

【００４１】偏光ビームスプリッタ１５は、入射したビ
ームから（１／２）・λだけずれた戻りビームを抽出す
る機能を持つ。抽出された戻りビームは９０度角度を変
えて出射される。この出射方向には、スクリーン２０が
配置されており、戻りビームがスポットとして投影され
る。スクリーン２０に隣接して顕微鏡付きのＣＣＤカメ
ラ２１が配置されている。ＣＣＤカメラ２１は、スクリ
ーン２０に投影されたスポットを撮像する。

【００４２】ところで、ワーク１４が歪んでいると、そ
の上面は平坦面ではなくなる。この場合、角度θ２、θ
３、θ４は、角度θ１と異なることになり、折り返しミ
ラー１８で折り返されたビームは、その入射時の経路と
は少し異なる逆向きの経路でＣＣＤ２１に至ることにな
る。従って、ワーク１４が歪んでいる場合には、投影さ
れるスポットの位置は、ワーク１４の上面が平坦面であ
る場合の位置からややずれることになる。ワーク１４の
上面が平坦面である場合の位置は、基準位置として設定
される。

【００４３】撮像された画像は、図示しない画像処理装
置に送られ、画像内でのスポットの位置、すなわち基準
位置からの位置ずれ量から歪み量が算出される。

【００４４】図２を参照して、歪み量と位置ずれ量との
関係について説明する。ここでは、便宜上、偏光ビーム
スプリッタ１５からの測定ビームがワーク１４に二点鎖
線で示す経路で入射及び反射し、コーナキューブプリズ
ム１６からのビームが太い線で示す経路で再びワーク１
４に入射するものとする。図２中、細い線は、ワーク１
４に歪みが無い場合にワーク１４から折り返しミラー１
８に入射する再反射ビームの経路を示す。一方、太い線
はワーク１４がθ（＝０．００５５度で歪み量にして２
４ｎｍ）の歪み量を持つ場合にワーク１４から折り返し
ミラー１８に入射し、反射される再反射ビームの経路を
示す。

【００４５】前に述べたように、ワーク１４に歪みが無
い場合には、再反射ビームは折り返しミラー１８に９０
度の角度で入射し、入射方向とまったく逆の方向に反射
される。一方、ワーク１４が歪みを持つ場合には、ワー
ク１４に対する入射方向と反射方向との間の角度は２θ
であり、折り返しミラー１８に対する入射方向と反射方
向との間の角度は４θ（＝０．０２２０度）となる。４
θ＝Δθとし、コーナキューブプリズム１６の出射端面
からスクリーン２０までの光路長を５００ｍｍとする
と、位置ずれ量は、１０００×ｓｉｎΔθ＝０．３８４
ｍｍとなる。このようにして、位置ずれ量から歪み角
度、ひいては歪み量を逆算することができる。勿論、ワ
ーク１４の種類別に歪み量と位置ずれ量との対応関係を
あらかじめ測定しておいて、この対応関係とテーブルに
して記憶装置に記憶させておくことにより、位置ずれ量
から即時に歪み量を知ることもできる。

【００４６】ここで、例えばワーク１４が正方形であれ
ば、このワーク１４に対する測定ビームの照射位置を、
図３（ａ）に示すように、そのコーナに近いＡ１、Ａ
２、Ｂ１、Ｂ２のいずれかにする。すると、図３（ｂ）
あるいは図３（ｃ）に示されるような、主面が凸あるい
は凹の歪み量を測定することができる。

【００４７】なお、ＣＣＤカメラ２１に代えて、ＰＳＤ
（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）と呼ばれるものを使用しても良い。このＰＳＤは、
スクリーン２０上のスポットの位置を、Ｘ−Ｙ座標上で
計測し、基準位置座標（ｘ＝０，ｙ＝０）からの座標デ
ータ（ｘ₁ ，ｙ₁ ）で表して出力するものである。ま
た、（１／４）・λ板１７は、偏光ビームスプリッタ１
５の出射側の近くに配置されても良い。

【００４８】なお、偏向ビームスプリッタ１５と（１／
４）・λ板１７及び折り返しミラー１８は省略されても
良い。これは、これらを使用するのは、入射時の測定ビ
ームの経路と反射時の測定ビームの経路をほぼ同一の光
軸となるようにして装置構成を小型化を図るようにして
いるからである。このために、入射時の測定ビームと反
射時の測定ビームとをアイソレートするためのアイソレ
ータ手段の一例として上記の構成要素が用いられてい
る。小型化という点を無視できるのであれば、偏向ビー
ムスプリッタ１５、（１／４）・λ板１７、及び折り返
しミラー１８を省略し、折り返しミラー１８の位置にス
クリーン２０及びＣＣＤカメラ２１を配置すれば良い。

【００４９】図４〜図６を参照して、本発明の第２の実
施の形態について説明する。図４において、第２の実施
の形態による歪み量測定装置は、第１の実施の形態にお
ける（１／４）・λ板１７を、偏光ビームスプリッタ１
５の出射側の近くに配置した上で、測定ビームが（１／
４）・λ板１７を出てからそこに戻るまでの経路を多角
形の光学媒体により形成したものである。これは、図１
の構成では、コーナキューブプリズム１６と折り返しミ
ラー１８とは正確な位置関係をもって配置することが要
求され、ワーク１９から離れるにつれてアライメント作
業が難しくなることを考慮したものである。

【００５０】すなわち、コーナキューブプリズム１６、
折り返しミラー１８を含めてそれらの間の光学経路を１
つのガラスによる光学媒体３０で形成している。このた
めに、光学媒体３０は、断面形状が少なくとも上辺と下
辺が平行な六角形で規定される九面体であって、上辺に
隣接する２つの辺のうち一方の辺で規定される面３０−
１の半分に反射膜３２が形成され、他方の辺で規定され
る面にはコーナキューブプリズム３３が一体的に形成さ
れて成る。そして、面３０−１の残り半分は（１／４）
・λ板１７からの測定ビームの入射面３４とされる。更
に、六角形の下辺で規定される面の下側にワークが配置
される。

【００５１】（１／４）・λ板１７から出射された測定
ビームは入射面３４から光学媒体３０を透過してその下
方に配置されたワークに照射される。ワークに照射され
た測定ビームは、ワークで反射してコーナキューブプリ
ズム３３に入射する。コーナキューブプリズム３３は、
前に述べたように、ワークからの反射ビームを受け、こ
の反射ビームを３回反射させることで入射した反射ビー
ムと平行な角度で戻してワークに再照射させる。

【００５２】再照射された測定ビームは、再びワークに
おいて反射され、この再反射ビームは折り返しミラーと
して作用する反射膜３２で反射される。反射されたビー
ムは、上記とは逆向きの経路で光学媒体３０内を進み、
入射面３４から出射される。出射されたビームは（１／
４）・λ板１７を通して偏光ビームスプリッタ１５に入
射する。以降の経路における構成要素及びそれらの動作
は、図１とまったく同じである。

【００５３】図６を参照して、この第２の実施の形態
は、本歪み量測定装置をレーザ加工装置に組み込んだ状
態で使用することができるようにしている。これは、上
述した六角形の断面形状における上辺で規定される上面
３０−２をワーク１４に歪みを与えるためのレーザビー
ム（例えば、ＹＡＧレーザビーム）の入射面とすること
で実現される。なお、この場合に測定される歪み量は、
上面が凹状になるような歪み量である。なお、図６に
は、レーザ加工装置に組み込む場合の光学媒体３０の具
体的なサイズの例を記入している。長さの単位は、ｍｍ
である。このような光学媒体３０を使用することで、レ
ーザビームによる歪み加工を行った直後に、それにより
生じた歪み量の計測を行うことができる。これにより、
歪み量の計測値が基準値よりも小さければ、レーザビー
ムの追加照射を行わせるというようなことも実現でき
る。

【００５４】なお、この第２の実施の形態でも、偏向ビ
ームスプリッタ１５及び（１／４）・λ板１７は省略さ
れても良い。但し、この場合には、光学媒体３０におけ
る反射膜３２は削除し、ワークからの再反射ビームを図
１で説明したスクリーン２０に入射させるように構成す
る。実際には、光学媒体３０に入射する測定ビームと光
学媒体３０から出てくる測定ビームの経路は非常に接近
しているので、光学媒体３０から出てきた測定ビームを
反射ミラーのような手段で、光軸に対して一旦９０度角
度を変えたうえでスクリーンに導くような構成が必要に
なる。

【００５５】ところで、図３で説明したように、第１、
第２の実施の形態では、ワーク１４に対する測定ビーム
の照射は１箇所だけである。これは、測定できる歪み量
が、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示されるような１軸方向
に関するものであることを意味する。これに対し、ワー
ク１４に、１軸方向の歪みではなく、直交する２軸方向
の合成、いわばねじれを与えるような加工を行う場合が
ある。このようなねじれの歪み量を測定するためには、
図７（ａ）に示されるように、測定ビームの照射をＡ１
とＢ１あるいはＡ２とＢ２の２箇所にする必要がある。
このような２箇所の照射によれば、図７（ｂ）に示され
るようなねじれの歪み量を測定することができる。

【００５６】図８、図９を参照して、２軸に関する歪み
量を計測できるようにした第３の実施の形態について説
明する。この第３の実施の形態の原理は、図１に示され
た歪み量計測装置を２組備えるものと考えて良い。但
し、測定光源１１は共用とすることができる。この場
合、測定光源１１からの測定ビームは、半透過ミラーの
ような光分岐手段により２つに分岐してそれぞれの組に
おける偏光ビームスプリッタに入射するように構成すれ
ば良い。

【００５７】この第３の実施の形態による歪み量測定装
置も、第１の実施の形態における（１／４）・λ板１７
を、各組の偏光ビームスプリッタ１５の出射側の近くに
配置したうえで、各組の測定ビームが各組の（１／４）
・λ板１７を出てからそこに戻るまでの経路を２組に共
通の多角形の光学媒体により形成したものである。すな
わち、２組のコーナキューブプリズム１６、２組の折り
返しミラー１８を含めてそれらの間の光学経路を１つの
ガラスによる光学媒体４０で形成したものである。

【００５８】このために、光学媒体４０は、上面４０−
１と下面４０−２が正方形でしかも互いに平行な多面
体、例えば十八面体であって、上面４０−１の互いに平
行な２組の２辺のうち一方の組の２辺に隣接する２つの
面４０−３、４０−４の一方４０−３にはその半分に反
射膜４２が形成され、他方の面４０−４にはコーナキュ
ーブプリズム４３が一体的に形成されて一方の組の光学
経路が形成されている。また、上面４０−１の互いに平
行な２組の２辺のうちの他方の２辺に隣接する２つの面
４０−５、４０−６の一方の面４０−５にもその半分に
反射膜が形成され、他方の面４０−６にコーナキューブ
プリズム４４が一体的に形成されて他方の組の光学経路
が形成されている。それぞれの組の面４０−３、４０−
５の残り半分はそれぞれの組における（１／４）・λ板
１７からの測定ビームの入射面４５（一方のみ図示）と
される。また、光学媒体４０の下面４０−２の下側にワ
ークが配置される。

【００５９】この光学媒体４０は、上面４０−１と下面
４０−２との間の媒体を２組の光学経路で共用している
ことになる。なお、図９に示される十八面体は、例えば
面４０−３及びその下方に連なる面と、面４０−６及び
その下方に連なる面との間にも媒体が介在しているが、
この部分は光学経路としては作用しないので無くても良
い。この場合、図９に破線で示されるように、面４０−
３及びその下方に連なる面とで規定される三角柱状体
と、面４０−６及びその下方に連なる面とで規定される
三角柱状体との間は空間とされる。残りの部分について
も同様であり、このような形状でも多面体であることに
変わりは無い。

【００６０】この光学媒体４０によれば、一方の組にお
いては、図８に示される矢印Ｉ１で示す経路で入射面４
５に入射した測定ビームがワークを経由しコーナキュー
ブプリズム４３で反射されて反射膜４２に至り、そこで
反射されて逆の経路で入射面４５から出射する。他方の
組においては、図８に示される矢印Ｉ２で示す経路で入
射面に入射した測定ビームがワークを経由しコーナキュ
ーブプリズム４４で反射されて反射膜に至り、そこで反
射されて逆の経路で同じ入射面から出射する。出射した
ビームはそれぞれの組の（１／４）・λ板を通してそれ
ぞれの偏光ビームスプリッタに入射する。

【００６１】以降の経路における構成要素及びそれらの
動作は、図１とまったく同じである。但し、ＣＣＤカメ
ラ２１、画像処理装置は１軸につき１台設置することが
望ましく、２つのＣＣＤカメラ２１はそれぞれスクリー
ン２０に投影されるスポットを撮像する。画像処理装置
ではそれぞれのスポットについて設定されている基準位
置からの位置ずれ量を検出し、これら２つの位置ずれ量
から２軸に関する歪み量を算出される。勿論、ＰＳＤの
場合も１軸につき１台が好ましい。

【００６２】いずれにしても、２本の測定ビームの照射
位置を、図７（ａ）で説明した、例えばＡ１、Ｂ１に設
定することで、２軸に関する歪み量、例えばねじれ量を
計測することができる。

【００６３】また、この光学媒体４０も、図６で説明し
たように、上面４０−１をワークに歪みを与えるための
レーザビームの入射面とすることで、本歪み量測定装置
をレーザ加工装置に組み込んだ状態で使用することがで
きる。

【００６４】更に、この第３の実施の形態でも、偏向ビ
ームスプリッタ１５及び（１／４）・λ板１７は省略さ
れても良い。その理由は、前に述べたのと同じである。

【００６５】以上、本発明の実施の形態を歪み量の測定
装置及び測定方法について説明したが、本発明は歪み量
のみならず、他の変形量の測定にも適用され得る。

【００６６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ばコストが低く、測定速度が速いと共に形状も小さくで
きる歪み量測定装置を提供することができる。また、ワ
ークの傾き角度の影響を受けずに高精度で歪み量の測定
を行うことができる。更に、レーザ加工装置に組み込ん
だ状態でも使用することができるので、レーザ加工と同
じステーションにおいて歪み量の測定を行うインライン
タイプの歪み量判別装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による歪み量測定装
置の構成を示した図である。

【図２】図１の装置により歪み量を算出する原理を説明
するための図である。

【図３】ワークの歪み量を計測するためにワークに対す
る計測ビームの照射位置と歪みの関係を説明するための
図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による歪み量測定装
置の構成を示した図である。

【図５】図４に示された光学媒体の斜視図である。

【図６】図５に示された光学媒体の縦断面図である。

【図７】ワークの歪み量を２軸方向に関して計測するた
めにワークに対する計測ビームの照射位置と歪みの関係
を説明するための図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態による歪み量測定装
置に使用される光学媒体を示した図である。

【図９】図８に示された光学媒体の分解斜視図である。

【符号の説明】

１１ 測定光源 １２ ビームエキスパンダ １３ マスク １４ ワーク １５ 偏光ビームスプリッタ １６、３３、４３、４４ コーナキューブプリズム １７ （１／４）・λ板 １８ 折り返しミラー １９ テーブル ２０ スクリーン ２１ ＣＣＤカメラ ３０、４０ 光学媒体 ３２、４２ 反射膜 ３４、４５ 入射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−8193（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−285869（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−5059（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−38535（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−70649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−228102（ＪＰ，Ａ) 特開2001−74425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/16

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定光源からの測定ビームをアイソレー
   タ手段を通して測定対象物に照射し、該測定対象物から
   の反射ビームをプリズムを通すことで前記反射ビームと
   平行な角度で戻して前記測定対象物に再照射させ、前記
   測定対象物からの再反射ビームをビーム反射手段で折り
   返すことで、前記の経路とは逆の経路で前記アイソレー
   タ手段に戻して、該アイソレータ手段から戻りビームを
   抽出し、該戻りビームの基準位置からの位置ずれ量を測
   定することで測定対象物の歪みを測定することを特徴と
   する歪み量測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の歪み量測定方法におい
   て、前記アイソレータ手段は偏光ビームスプリッタであ
   り、さらに前記偏光ビームスプリッタを通過してから該
   偏光ビームスプリッタに戻るまでの経路中には位相差板
   を介在させることで、位相がずれた戻りビームを抽出す
   ることを特徴とする歪み量測定方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の歪み量測定方法におい
   て、前記位相差板は（１／４）・λ板（但し、λは測定
   ビームの波長）であり、かつ前記抽出された戻りビーム
   の位相は（１／２）・λだけずれていることを特徴とす
   る歪み量測定方法。
4. 【請求項４】 測定ビームを発生して測定対象物に照射
   するための測定光源と、 前記測定光源と前記測定対象物との間に配置されたアイ
   ソレータ手段と、 前記測定対象物からの前記測定ビームの反射ビームを受
   け、該反射ビームをそれと平行な角度で戻して前記測定
   対象物に再照射させるプリズムと、 前記プリズムにより再照射された測定ビームの再反射ビ
   ームを受けて、その入射角度で規定される方向に折り返
   すビーム反射手段とを含み、 前記ビーム反射手段で折り返されたビームを前記の経路
   とは逆の経路で前記アイソレータ手段に戻して、該アイ
   ソレータ手段から戻りビームを抽出するようにし、 該戻りビームの基準位置からの位置ずれ量を測定する手
   段を備えたことを特徴とする歪み量測定装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の歪み量測定装置におい
   て、前記アイソレータ手段は偏光ビームスプリッタであ
   り、さらに前記偏光ビームスプリッタを通過してから該
   偏光ビームスプリッタに戻るまでの経路中に配置された
   位相差板を含み、位相がずれた戻りビームを抽出するこ
   とを特徴とする歪み量測定装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の歪み量測定装置におい
   て、前記位相差板は（１／４）・λ板（但し、λは測定
   ビームの波長）であり、かつ前記抽出された戻りビーム
   の位相は（１／２）・λだけずれていることを特徴とす
   る歪み量測定装置。
7. 【請求項７】 請求項４〜６のいずれかに記載の歪み量
   測定装置において、前記プリズムと前記ビーム反射手段
   とを含めてそれらの間の光学経路を１つの光学媒体で形
   成したことを特徴とする歪み量測定装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の歪み量測定装置におい
   て、前記プリズムはコーナキューブプリズム、前記ビー
   ム反射手段は反射膜であり、前記光学媒体は、断面形状
   が少なくとも上辺と下辺が平行な六角形で規定される多
   面体であって、前記上辺に隣接する２つの辺のうち一方
   の辺で規定される面の一部に反射膜が形成され、他方の
   辺で規定される面にはコーナキューブプリズムが一体的
   に形成されており、前記下辺側に測定対象物が配置さ
   れ、前記反射膜が形成されている面の残りの部分が前記
   測定ビームの入射面とされていることを特徴とする歪み
   量測定装置。
9. 【請求項９】 測定ビームを発生して測定対象物に照射
   するための測定光源を有し、 前記測定光源と前記測定対象物との間に配置されたアイ
   ソレータ手段と、 前記測定対象物からの前記測定ビームの反射ビームを受
   け、該反射ビームをそれと平行な角度で戻して前記測定
   対象物に再照射させるプリズムと、 前記プリズムにより再照射された測定ビームの再反射ビ
   ームを受けて、その入射角度で規定される方向に折り返
   すビーム反射手段と、 を複数組含み、 前記測定光源からの測定ビームは光分岐手段により複数
   のビームに分岐され、 それぞれの組の前記ビーム反射手段で折り返されたビー
   ムをそれぞれの組における前記の経路とは逆の経路でそ
   れぞれの組の前記アイソレータ手段に戻して、該アイソ
   レータ手段から戻りビームを抽出するようにし、 それぞれの組における該戻りビームの基準位置からの位
   置ずれ量を測定する手段を備え、測定対象物の歪みを複
   数軸にて測定することを特徴とする歪み量測定装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の歪み量測定装置におい
    て、前記アイソレータ手段は偏光ビームスプリッタであ
    り、さらに前記偏光ビームスプリッタを通過してから該
    偏光ビームスプリッタに戻るまでの経路中に配置された
    位相差板を複数組含み、ビームをそれぞれの組における
    位相差板に通して、前記位相がずれた戻りビームを抽出
    するようにしたことを特徴とする歪み量測定装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の歪み量測定装置にお
    いて、前記位相差板は（１／４）・λ板（但し、λは測
    定ビームの波長）であり、かつ前記抽出された戻りビー
    ムの位相は（１／２）・λだけずれていることを特徴と
    する歪み量測定装置。
12. 【請求項１２】 請求項９〜１１のいずれかに記載の歪
    み量測定装置において、前記複数組のプリズムと、前記
    複数組のビーム反射手段とを含めてそれらの間の光学経
    路を１つの光学媒体で形成したことを特徴とする歪み量
    測定装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の歪み量測定装置にお
    いて、前記複数組は２組、前記プリズムはコーナキュー
    ブプリズム、前記ビーム反射手段は反射膜であり、前記
    光学媒体は、上面と下面が四角形でしかも互いに平行な
    多面体であって、前記上面の互いに平行な２組の２辺の
    うち一方の組の２辺に隣接する２つの面の一方の面の少
    なくとも一部には反射膜が形成され、他方の面にはコー
    ナキューブプリズムが一体的に形成されて一方の組の光
    学経路が形成されており、前記上面の互いに平行な２組
    の２辺のうちの他方の２辺に隣接する２つの面の一方の
    面の少なくとも一部にも反射膜が形成され、他方の面に
    コーナキューブプリズムが一体的に形成されて他方の組
    の光学経路が形成されており、前記下面側に測定対象物
    が配置され、それぞれの組の前記反射膜が形成されてい
    る面の残りの部分がそれぞれの組における前記測定ビー
    ムの入射面とされていることを特徴とする歪み量測定装
    置。
14. 【請求項１４】 測定光源からの測定ビームをアイソレ
    ータ手段を通して測定対象物に照射し、該測定対象物か
    らの反射ビームをプリズムを通すことで前記反射ビーム
    と平行な角度で戻して前記測定対象物に再照射させ、前
    記測定対象物からの再反射ビームをビーム反射手段で折
    り返すことで、前記の経路とは逆の経路で前記アイソレ
    ータ手段に戻して、該アイソレータ手段から戻りビーム
    を抽出し、該戻りビームの基準位置からの位置ずれ量を
    測定することで測定対象物の変形を測定することを特徴
    とする変形量測定方法。
15. 【請求項１５】 測定ビームを発生して測定対象物に照
    射するための測定光源と、 前記測定光源と前記測定対象物との間に配置されたアイ
    ソレータ手段と、 前記測定対象物からの前記測定ビームの反射ビームを受
    け、該反射ビームをそれと平行な角度で戻して前記測定
    対象物に再照射させるプリズムと、 前記プリズムにより再照射された測定ビームの再反射ビ
    ームを受けて、その入射角度で規定される方向に折り返
    すビーム反射手段とを含み、 前記ビーム反射手段で折り返されたビームを前記の経路
    とは逆の経路で前記アイソレータ手段に戻して、該アイ
    ソレータ手段から戻りビームを抽出するようにし、 該戻りビームの基準位置からの位置ずれ量を測定する手
    段を備えたことを特徴とする変形量測定装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の変形量測定装置にお
    いて、前記プリズムと前記ビーム反射手段とを含めてそ
    れらの間の光学経路を１つの光学媒体で形成したことを
    特徴とする変形量測定装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の変形量測定装置にお
    いて、前記プリズムはコーナキューププリズム、前記ビ
    ーム反射手段は反射面であり、前記コーナキューブプリ
    ズムを構成する面が３面、前記測定対象物に対向する
    面、前記ビーム反射面、及びこれらに隣接する面が２面
    の少なくとも７面を有する多面体からなる光学媒体が、
    前記アイソレータ手段と前記測定対象物との間の経路に
    配置されたことを特徴とする変形量測定装置。
18. 【請求項１８】 請求項７、１２、１６のいずれかに記
    載の光学媒体であって、レーザビームを反射する面と、
    コーナキューブプリズムを構成する３面とを含む多面体
    であることを特徴とする光学媒体。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載の光学媒体において、
    さらにレーザビームを透過する面を含み、該レーザビー
    ムを透過する面と、前記レーザビームを反射する面と
    が、１つの面を形成していることを特徴とする光学媒
    体。