JP6907064B2 - Displacement detector - Google Patents

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Description

本発明は、光を用いた非接触センサによって被測定物の厚みや位置を検出する変位検出装置に関する。 The present invention relates to a displacement detection device that detects the thickness and position of an object to be measured by a non-contact sensor using light.

従来から、被測定面の変位や形状を測定する装置として変位検出装置が広く利用されている。従来の変位検出装置では、光源から出射した光を対物レンズで被測定面に集光し、被測定面で反射した反射光を非点光学素子で集光して、受光素子に入射させて、非点収差法によりフォーカス信号を生成している。 Conventionally, a displacement detection device has been widely used as a device for measuring the displacement and shape of a surface to be measured. In the conventional displacement detection device, the light emitted from the light source is focused on the surface to be measured by the objective lens, the reflected light reflected on the surface to be measured is focused by the astigmatic optical element, and is incident on the light receiving element. The focus signal is generated by the astigmatism method.

そして、生成したフォーカス信号を用いてアクチュエータを駆動させ、対物レンズの焦点位置が被測定面となるように対物レンズを変位させる。このとき、対物レンズに連結部材を介して一体的に取り付けられたリニアスケールの目盛を読み取ることで、被測定面の変位を検出する(例えば、特許文献1参照)。 Then, the actuator is driven using the generated focus signal, and the objective lens is displaced so that the focal position of the objective lens is the surface to be measured. At this time, the displacement of the surface to be measured is detected by reading the scale of the linear scale integrally attached to the objective lens via the connecting member (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−300236号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-300236

しかしながら、特許文献1に記載された変位検出装置では、例えば磁石とコイルを用いたアクチュエータ等のような駆動機構により対物レンズをその光軸方向に上下運動させている。そのため、アクチュエータの構造や質量によって対物レンズの上下運動の機械的な応答周波数が制限されていた。その結果、特許文献1に記載された技術では、高い応答速度を得られない、という問題を有していた。 However, in the displacement detection device described in Patent Document 1, the objective lens is moved up and down in the optical axis direction by a drive mechanism such as an actuator using a magnet and a coil. Therefore, the mechanical response frequency of the vertical movement of the objective lens is limited by the structure and mass of the actuator. As a result, the technique described in Patent Document 1 has a problem that a high response speed cannot be obtained.

さらに、被測定物の厚みを測定するためには、被測定物の表面側の位置情報と、裏面側の位置情報を取得する必要がある。そのため、特許文献1に記載された変位検出装置では、表面側の位置情報と裏面側の位置情報を取得する際に、それぞれアクチュエータを駆動させる必要がある。その結果、特許文献1に記載された変位検出装置では、アクチュエータを駆動させる際の振動により測定誤差が発生し、被測定物の厚みを高精度に測定することができない、という問題を有していた。 Further, in order to measure the thickness of the object to be measured, it is necessary to acquire the position information on the front surface side and the position information on the back surface side of the object to be measured. Therefore, in the displacement detection device described in Patent Document 1, it is necessary to drive the actuators when acquiring the position information on the front surface side and the position information on the back surface side, respectively. As a result, the displacement detection device described in Patent Document 1 has a problem that a measurement error occurs due to vibration when driving the actuator, and the thickness of the object to be measured cannot be measured with high accuracy. rice field.

本発明の目的は、高精度に被測定物の高さ方向に対向する2つの面の間隔を測定でき、高速で安定した測定が可能な変位検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a displacement detection device capable of measuring the distance between two surfaces facing each other in the height direction of an object to be measured with high accuracy and capable of high-speed and stable measurement.

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の変位検出装置は、光源と、対物レンズと、分離光学系と、集光レンズと、非点収差発生部と、分割光学系と、第1受光ユニットと、第2受光ユニットと、第1絶対位置演算部と、第2絶対位置演算部と、比較器と、を備えている。
対物レンズは、光源から出射された光を被測定物に向けて集光させる。分離光学系は、被測定物の第1の面で反射された第1反射光及び被測定物の第1の面と対向する第2の面で反射された第2反射光の光路を、光源から出射された光の光路と分離させる。集光レンズは、分離光学系により光源から出射された光の光路と分離された第1反射光及び第2反射光を集光する。非点収差発生部は、集光レンズによって集光された第1反射光及び第2反射光に非点収差を発生させる。分割光学系は、非点収差発生部により非点収差が発生した第1反射光と第2反射光が重なり合った光を2つに分割する。第1受光ユニットは、分割光学系により2つに分割された光から第1反射光を受光する。第2受光ユニットは、分割光学系により2つに分割された光から第2反射光を受光する。
第1絶対位置演算部は、第1受光ユニットが受光した第1反射光の光量に基づいて被測定物の第1の面における第1の面と第2の面が対向する方向である高さ方向の絶対位置情報を演算する。第2絶対位置演算部は、第2受光ユニットが受光した第2反射光の光量に基づいて被測定物の第2の面における高さ方向の絶対位置情報を演算する。比較器は、第1絶対位置演算部が演算した第1の面の絶対位置情報と第2絶対位置演算部が演算した第2の面の絶対位置情報との差分から被測定物における第1の面と第2の面の高さ方向の間隔を演算する。そして、第1絶対位置演算部と第2絶対位置演算部は、互いに同期して第1の面の絶対位置情報と第2の面の絶対位置情報を演算する。
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the displacement detection device of the present invention includes a light source, an objective lens, a separation optical system, a condenser lens, an astigmatism generating portion, and a split optical system. A first light receiving unit, a second light receiving unit, a first absolute position calculation unit, a second absolute position calculation unit, and a comparer are provided.
The objective lens focuses the light emitted from the light source toward the object to be measured. The separation optical system uses the optical path of the first reflected light reflected by the first surface of the object to be measured and the second reflected light reflected by the second surface facing the first surface of the object to be measured as a light source. It is separated from the optical path of the light emitted from. The condenser lens collects the first reflected light and the second reflected light separated from the optical path of the light emitted from the light source by the separation optical system. The astigmatism generating unit generates astigmatism in the first reflected light and the second reflected light collected by the condenser lens. The split optical system divides the light in which the first reflected light and the second reflected light in which astigmatism is generated by the astigmatism generating portion overlap into two. The first light receiving unit receives the first reflected light from the light divided into two by the split optical system. The second light receiving unit receives the second reflected light from the light divided into two by the split optical system.
The height of the first absolute position calculation unit is the height in which the first surface and the second surface of the first surface of the object to be measured face each other based on the amount of the first reflected light received by the first light receiving unit. Calculate the absolute position information of the direction. The second absolute position calculation unit calculates the absolute position information in the height direction on the second surface of the object to be measured based on the amount of the second reflected light received by the second light receiving unit. The comparator is the first in the object to be measured from the difference between the absolute position information of the first surface calculated by the first absolute position calculation unit and the absolute position information of the second surface calculated by the second absolute position calculation unit. Calculate the distance between the surface and the second surface in the height direction. Then, the first absolute position calculation unit and the second absolute position calculation unit calculate the absolute position information of the first surface and the absolute position information of the second surface in synchronization with each other.

また、本発明の他の変位検出装置は、光源と、対物レンズと、分離光学系と、集光レンズと、分割光学系と、第1ナイフエッジと、第2ナイフエッジと、第1受光ユニットと、第2受光ユニットと、第1絶対位置演算部と、第2絶対位置演算部と、比較器と、を備えている。
対物レンズは、光源から出射された光を被測定物に向けて集光させる。分離光学系は、被測定物の第1の面で反射された第1反射光及び被測定物の第1の面と対向する第2の面で反射された第2反射光の光路を、光源から出射された光の光路と分離させる。集光レンズは、分離光学系により光源から出射された光の光路と分離された第1反射光及び第2反射光を集光する。分割光学系は、集光レンズによって集光された第1反射光と第2反射光が重なり合った光を2つに分割する。第1ナイフエッジは、分割光学系により2つに分割された光のうち一方の光の一部を遮光する。第2ナイフエッジは、分割光学系により2つに分割された光のうち残りの他方の光の一部を遮光する。
第1絶対位置演算部は、第1受光ユニットが受光した第1反射光の光量に基づいて被測定物の第1の面における第1の面と第2の面が対向する方向である高さ方向の絶対位置情報を演算する。第2絶対位置演算部は、第2受光ユニットが受光した第2反射光の光量に基づいて被測定物の第2の面における高さ方向の絶対位置情報を演算する。比較器は、第1絶対位置演算部が演算した第1の面の絶対位置情報と第2絶対位置演算部が演算した第2の面の絶対位置情報との差分から被測定物における第1の面と第2の面の高さ方向の間隔を演算する。そして、第1絶対位置演算部と第2絶対位置演算部は、互いに同期して第1の面の絶対位置情報と第2の面の絶対位置情報を演算する。
Further, other displacement detection devices of the present invention include a light source, an objective lens, a separation optical system, a condenser lens, a split optical system, a first knife edge, a second knife edge, and a first light receiving unit. A second light receiving unit, a first absolute position calculation unit, a second absolute position calculation unit, and a comparator are provided.
The objective lens focuses the light emitted from the light source toward the object to be measured. The separation optical system uses the optical path of the first reflected light reflected by the first surface of the object to be measured and the second reflected light reflected by the second surface facing the first surface of the object to be measured as a light source. It is separated from the optical path of the light emitted from. The condenser lens collects the first reflected light and the second reflected light separated from the optical path of the light emitted from the light source by the separation optical system. The dividing optical system divides the light in which the first reflected light and the second reflected light collected by the condensing lens overlap into two. The first knife edge blocks a part of the light divided into two by the dividing optical system. The second knife edge blocks a part of the remaining light of the light divided into two by the split optical system.
The height of the first absolute position calculation unit is the height in which the first surface and the second surface of the first surface of the object to be measured face each other based on the amount of the first reflected light received by the first light receiving unit. Calculate the absolute position information of the direction. The second absolute position calculation unit calculates the absolute position information in the height direction on the second surface of the object to be measured based on the amount of the second reflected light received by the second light receiving unit. The comparator is the first in the object to be measured from the difference between the absolute position information of the first surface calculated by the first absolute position calculation unit and the absolute position information of the second surface calculated by the second absolute position calculation unit. Calculate the distance between the surface and the second surface in the height direction. Then, the first absolute position calculation unit and the second absolute position calculation unit calculate the absolute position information of the first surface and the absolute position information of the second surface in synchronization with each other.

本発明の変位検出装置によれば、高精度に被測定物の高さ方向に対向する2つの面の間隔を測定でき、高速で安定した測定が可能となる。 According to the displacement detection device of the present invention, the distance between two surfaces facing each other in the height direction of the object to be measured can be measured with high accuracy, and high-speed and stable measurement becomes possible.

本発明の第1の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the displacement detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態例に係る変位検出装置の厚み検出部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the thickness detection part of the displacement detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態例に係る変位検出装置における被測定物に照射された光の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the light which irradiates the object to be measured in the displacement detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態例に係る変位検出装置における第1の受光部及び第2の受光部の位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the 1st light receiving part and the 2nd light receiving part in the displacement detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態例に係る変位検出装置における第1の受光部で検出された光量から得られるフォーカス信号の特性と、第1の受光部の受光面に照射される照射像の例を示す説明図である。The characteristics of the focus signal obtained from the amount of light detected by the first light receiving unit in the displacement detection device according to the first embodiment of the present invention, and the irradiation image irradiated on the light receiving surface of the first light receiving unit. It is explanatory drawing which shows an example. 本発明の第1の実施の形態例に係る変位検出装置における第2の受光部で検出された光量から得られるフォーカス信号の特性と、第2の受光部の受光面に照射される照射像の例を示す説明図である。The characteristics of the focus signal obtained from the amount of light detected by the second light receiving unit in the displacement detection device according to the first embodiment of the present invention, and the irradiation image irradiated on the light receiving surface of the second light receiving unit. It is explanatory drawing which shows an example. 本発明の第2の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the displacement detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the displacement detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態例に係る変位検出装置の厚み検出部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the thickness detection part of the displacement detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態例に係る変位検出装置における第1の受光部及び第2の受光部の受光面に照射される照射像の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the irradiation image which irradiates the light receiving surface of the 1st light receiving part and the 2nd light receiving part in the displacement detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態例に係る変位検出装置における第1の受光部及び第2の受光部で検出された光量から得られるフォーカス信号の特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the focus signal obtained from the amount of light detected by the 1st light receiving part and the 2nd light receiving part in the displacement detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the displacement detection apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態例に係る変位検出装置における第1受光側導光部材及び第2受光側導光部材の受光面に照射される照射像の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the irradiation image which irradiates the light receiving surface of the 1st light receiving side light guide member and the 2nd light receiving side light guide member in the displacement detection apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the displacement detection apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the displacement detection apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention.

以下、本発明の変位検出装置の実施の形態例について、図1〜図15を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
また、以下の説明において記載される各種のレンズは、単レンズであってもよいし、レンズ群であってもよい。
Hereinafter, examples of embodiments of the displacement detection device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 15. The common members in each figure are designated by the same reference numerals. Moreover, the present invention is not limited to the following forms.
Further, the various lenses described in the following description may be a single lens or a lens group.

1.第1の実施の形態例
まず、本発明の変位検出装置の第1の実施の形態例(以下、「本例」という。)の構成を図1〜図6に従って説明する。
1. 1. First Embodiment Example First, the configuration of the first embodiment example (hereinafter, referred to as “this example”) of the displacement detection device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

1−1.変位検出装置の構成例
図1は、変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
図1に示すように、変位検出装置1は、被測定物Tに対向するヘッド2と、被測定物Tの厚みA1を演算する厚み検出部3とを有している。ヘッド2は、光源11と、第1レンズ12と、分離光学系13と、対物レンズ14と、第2レンズ15と、非点収差発生部16と、分割光学系17と、第1の受光部18と、第2の受光部19とを有している。なお、厚み検出部3は、ヘッド2内に収容してもよく、あるいはヘッド2の外部に設けた携帯情報処理端末や、PC(パーソナルコンピュータ)に配置してもよい。
1-1. Configuration Example of Displacement Detection Device FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a displacement detection device.
As shown in FIG. 1, the displacement detection device 1 has a head 2 facing the object T to be measured and a thickness detecting unit 3 for calculating the thickness A1 of the object T to be measured. The head 2 includes a light source 11, a first lens 12, a separation optical system 13, an objective lens 14, a second lens 15, an astigmatism generating unit 16, a split optical system 17, and a first light receiving unit. It has 18 and a second light receiving unit 19. The thickness detection unit 3 may be housed in the head 2, or may be arranged in a portable information processing terminal or a PC (personal computer) provided outside the head 2.

被測定物Tは、光を透過可能な性質を有する材料によって略平板状に形成されている。被測定物Tは、第1の面を示す表面T1と、表面T1と対向する第2の面を示す裏面T2を有している。そして、変位検出装置1は、被測定物Tにおける表面T1と裏面T2が対向する方向である高さ方向Zの長さ、すなわち被測定物Tの厚みA1を検出する。 The object T to be measured is formed in a substantially flat plate shape by a material having a property of transmitting light. The object T to be measured has a front surface T1 showing a first surface and a back surface T2 showing a second surface facing the front surface T1. Then, the displacement detection device 1 detects the length in the height direction Z in which the front surface T1 and the back surface T2 of the object to be measured T face each other, that is, the thickness A1 of the object to be measured T.

光源11は、例えば、半導体レーザダイオードやスーパールミネッセンスダイオード、ガスレーザ、固体レーザ、発光ダイオード等が挙げられる。光源11は、ヘッド2に着脱可能に取り付けられている。光源11をヘッド2に着脱可能に取り付けることにより、ヘッド2を設置箇所から取り外さなくても、劣化した光源11を新しい光源11と交換することができる。これにより、光源11を交換する度にヘッド2の設置位置がずれる心配がなく、信頼性を必要とする測定や製造装置に変位検出装置1を使用する場合に有利となる。 Examples of the light source 11 include a semiconductor laser diode, a superluminescence diode, a gas laser, a solid-state laser, and a light emitting diode. The light source 11 is detachably attached to the head 2. By attaching the light source 11 to the head 2 detachably, the deteriorated light source 11 can be replaced with a new light source 11 without removing the head 2 from the installation location. As a result, there is no concern that the installation position of the head 2 will shift each time the light source 11 is replaced, which is advantageous when the displacement detection device 1 is used for a measurement or manufacturing device that requires reliability.

第1レンズ12は、光源11の出射側に配置されている。第1レンズ12は、例えば、コリメートレンズ等により構成されている。第1レンズ12は、光源11から出射された光Lを平行光にコリメートする。第1レンズ12により平行光にコリメートされた光Lは、分離光学系13に入射する。 The first lens 12 is arranged on the exit side of the light source 11. The first lens 12 is composed of, for example, a collimating lens or the like. The first lens 12 collimates the light L emitted from the light source 11 with parallel light. The light L collimated with the parallel light by the first lens 12 is incident on the separation optical system 13.

分離光学系13は、例えば、ビームスプリッタやハーフミラー等により構成されている。分離光学系13は、光源11から出射された光Lを透過させる。また、分離光学系13は、被測定物Tの表面T1によって反射された第1反射光L1と、被測定物Tの裏面T2によって反射された第2反射光L2を反射させる。すなわち、分離光学系13は、第1反射光L1及び第2反射光L2の光路を、光源11から出射された光Lの光路と分離させる。 The separation optical system 13 is composed of, for example, a beam splitter, a half mirror, and the like. The separation optical system 13 transmits the light L emitted from the light source 11. Further, the separation optical system 13 reflects the first reflected light L1 reflected by the front surface T1 of the object T to be measured and the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 of the object T to be measured. That is, the separation optical system 13 separates the optical paths of the first reflected light L1 and the second reflected light L2 from the optical paths of the light L emitted from the light source 11.

分離光学系13と被測定物Tの間には、対物レンズ14が配置されている。対物レンズ14は、光源11から出射され、かつ分離光学系13を透過した光Lを被測定物Tに向けて集光する。対物レンズ14は、その焦点位置f1が被測定物T内又は被測定物Tの近傍に合わせた状態でヘッド2に固定されている。これにより、対物レンズ14が固定されるため、対物レンズ14に不要な振動が発生することを防ぐことができる。 An objective lens 14 is arranged between the separation optical system 13 and the object T to be measured. The objective lens 14 collects the light L emitted from the light source 11 and transmitted through the separation optical system 13 toward the object T to be measured. The objective lens 14 is fixed to the head 2 with its focal position f1 aligned in the object T to be measured or in the vicinity of the object T to be measured. As a result, since the objective lens 14 is fixed, it is possible to prevent unnecessary vibration from being generated in the objective lens 14.

なお、本例の変位検出装置1では、対物レンズ14をヘッド2に固定する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、対物レンズ14を不図示のレンズ保持部を用いて対物レンズ14の光軸方向に移動可能に支持してもよい。これにより、被測定物Tが対物レンズ14の焦点位置f1から頻繁に外れる場合に、ヘッド2全体を移動させずに、対物レンズ14のみを移動させることができる。そして、対物レンズ14の焦点位置f1が被測定物T内又は被測定物Tの近傍に合わせた状態で、対物レンズ14は、レンズ保持部により所定の位置で固定される。そのため、対物レンズ14は、被測定物Tの厚みA1を検出する際は、所定の位置で固定される。 In the displacement detection device 1 of this example, an example of fixing the objective lens 14 to the head 2 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the objective lens 14 may be supported so as to be movable in the optical axis direction of the objective lens 14 by using a lens holding portion (not shown). As a result, when the object T to be measured frequently deviates from the focal position f1 of the objective lens 14, only the objective lens 14 can be moved without moving the entire head 2. Then, the objective lens 14 is fixed at a predetermined position by the lens holding portion in a state where the focal position f1 of the objective lens 14 is aligned with the inside of the object to be measured T or the vicinity of the object to be measured T. Therefore, the objective lens 14 is fixed at a predetermined position when detecting the thickness A1 of the object T to be measured.

また、被測定物Tの表面T1で反射された第1反射光L1と、被測定物Tの裏面T2で反射された第2反射光L2は、対物レンズ14による再び平行光にコリメートされるそして、第1反射光L1と第2反射光L2は、重なりながら再び分離光学系13に入射し、分離光学系13によって第2レンズに15向けて反射される。 Further, the first reflected light L1 reflected by the front surface T1 of the object T to be measured and the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 of the object T to be measured are collimated with the parallel light again by the objective lens 14. The first reflected light L1 and the second reflected light L2 are incident on the separation optical system 13 again while overlapping, and are reflected by the separation optical system 13 toward the second lens 15.

集光レンズの一例を示す第2レンズ15は、第1レンズ12と同様に、コリメータレンズ等により、構成されている。第2レンズ15は、分離光学系13によって反射された第1反射光L1と第2反射光L2を非点収差発生部16及び分割光学系17に向けて集光させる。 Like the first lens 12, the second lens 15 showing an example of the condenser lens is composed of a collimator lens and the like. The second lens 15 collects the first reflected light L1 and the second reflected light L2 reflected by the separation optical system 13 toward the astigmatism generating unit 16 and the split optical system 17.

なお、第1レンズ12、対物レンズ14及び第2レンズ15は、光源11の波長変動による焦点距離の変動を受けにくくする色消し対策(色収差補正)を施してもよい。これにより、光源11の波長や温度を監視しなくてもよく、被測定物Tの厚みA1を測定した測定値に補正を行う必要がなくなる。 The first lens 12, the objective lens 14, and the second lens 15 may be subjected to achromatic measures (chromatic aberration correction) that make it difficult for the focal length to fluctuate due to the wavelength fluctuation of the light source 11. As a result, it is not necessary to monitor the wavelength and temperature of the light source 11, and it is not necessary to correct the measured value obtained by measuring the thickness A1 of the object T to be measured.

非点収差発生部16は、第2レンズ15と分割光学系17との間に配置されている。非点収差発生部16は、第2レンズ15によって集光された第1反射光L1と第2反射光L2に非点収差を発生させる。非点収差発生部16としては、例えば、第2レンズ15から出射された第1反射光L1と第2反射光L2の光路中に斜めに配置された透明な基板により構成される。 The astigmatism generating unit 16 is arranged between the second lens 15 and the split optical system 17. The astigmatism generating unit 16 generates astigmatism in the first reflected light L1 and the second reflected light L2 collected by the second lens 15. The astigmatism generating unit 16 is composed of, for example, a transparent substrate obliquely arranged in the optical path of the first reflected light L1 and the second reflected light L2 emitted from the second lens 15.

非点収差発生部16としては、光路中に斜めに配置された透明な基板に限定されるものではなく、例えば、シリンドリカルレンズや、球面とシリンドリカル面を複合させたマルチレンズ等その他各種の光学部品を適用できるものである。 The astigmatism generating unit 16 is not limited to a transparent substrate diagonally arranged in the optical path, and is not limited to, for example, a cylindrical lens, a multi-lens in which a spherical surface and a cylindrical surface are combined, and various other optical components. Can be applied.

分割光学系17は、例えば、ビームスプリッタやハーフミラー等により構成されている。分割光学系17は、非点収差発生部16を通過した光を2つに分割する。分割光学系17で反射された光は、第1の受光部18に入射し、分割光学系17を透過した光は、第2の受光部19に入射する。また、第1の受光部18と分割光学系17の間隔h1(図3参照)と、第2の受光部19と分割光学系17の間隔h2(図3参照)は、異なる長さに設定されている。なお、第1の受光部18と第2の受光部19の詳細な位置関係については、後述する。 The split optical system 17 is composed of, for example, a beam splitter, a half mirror, and the like. The split optical system 17 divides the light that has passed through the astigmatism generating portion 16 into two. The light reflected by the split optical system 17 is incident on the first light receiving unit 18, and the light transmitted through the split optical system 17 is incident on the second light receiving unit 19. Further, the distance h1 between the first light receiving unit 18 and the split optical system 17 (see FIG. 3) and the distance h2 between the second light receiving unit 19 and the split optical system 17 (see FIG. 3) are set to different lengths. ing. The detailed positional relationship between the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 will be described later.

第1の受光部18と第2の受光部19のうち少なくとも一方は、分割光学系17から出射される光の光軸方向に沿って移動可能に支持されている。そして、第1の受光部18と第2の受光部19は、厚み測定を行う被測定物Tの基準となる厚みに応じて、その位置を調整することができる。 At least one of the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 is movably supported along the optical axis direction of the light emitted from the split optical system 17. Then, the positions of the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 can be adjusted according to the reference thickness of the object T to be measured for thickness measurement.

第1受光ユニットを示す第1の受光部18は、被測定物Tの表面T1で反射され、非点収差発生部16により非点収差が発生した第1反射光L1の光量を検出する。第1の受光部18は、第1反射光L1の光軸に直交する平面上に並ぶ4つの受光素子31、32、33、34から構成されている(図2及び図5B参照)。なお、4つの受光素子31、32、33、34に照射される照射像(照射スポット)P1の形状については、後述する。 The first light receiving unit 18 showing the first light receiving unit detects the amount of light of the first reflected light L1 that is reflected by the surface T1 of the object T to be measured and the astigmatism generating unit 16 generates astigmatism. The first light receiving unit 18 is composed of four light receiving elements 31, 32, 33, and 34 arranged on a plane orthogonal to the optical axis of the first reflected light L1 (see FIGS. 2 and 5B). The shape of the irradiation image (irradiation spot) P1 that irradiates the four light receiving elements 31, 32, 33, and 34 will be described later.

第2受光ユニットを示す第2の受光部19は、被測定物Tの裏面T2で反射され、非点収差発生部16により非点収差が発生した第2反射光L2の光量を検出する。第2の受光部19は、第2反射光L2の光軸に直交する平面上に並ぶ4の受光素子41、42、43、44から構成されている(図2及び図6B参照)。なお、4つの受光素子41、42、43、55に照射される照射像(照射スポット)P2の形状については、後述する。 The second light receiving unit 19 showing the second light receiving unit detects the amount of light of the second reflected light L2 that is reflected by the back surface T2 of the object T to be measured and the astigmatism generating unit 16 generates astigmatism. The second light receiving unit 19 is composed of four light receiving elements 41, 42, 43, 44 arranged on a plane orthogonal to the optical axis of the second reflected light L2 (see FIGS. 2 and 6B). The shape of the irradiation image (irradiation spot) P2 irradiated on the four light receiving elements 41, 42, 43, 55 will be described later.

第1の受光部18と第2の受光部19は、厚み検出部3に接続されている。そして、第1の受光部18と第2の受光部19は、得られたフォーカス信号を厚み検出部3に出力する。厚み検出部3は、第1の受光部18と第2の受光部19により得られるフォーカス信号を用いて被測定物Tの厚みA1を演算する。 The first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 are connected to the thickness detecting unit 3. Then, the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 output the obtained focus signal to the thickness detecting unit 3. The thickness detection unit 3 calculates the thickness A1 of the object T to be measured by using the focus signals obtained by the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19.

図2は、厚み検出部3を示すブロック図である。
図1及び2に示すように、厚み検出部3は、第1の受光部18に接続された第1絶対位置演算部21と、第2の受光部19に接続された第2絶対位置演算部22と、第1絶対位置演算部21と、第2絶対位置演算部22に接続された比較器23とを有している。
FIG. 2 is a block diagram showing a thickness detection unit 3.
As shown in FIGS. 1 and 2, the thickness detection unit 3 includes a first absolute position calculation unit 21 connected to the first light receiving unit 18 and a second absolute position calculation unit connected to the second light receiving unit 19. It has 22, a first absolute position calculation unit 21, and a comparator 23 connected to the second absolute position calculation unit 22.

図2に示すように、第1絶対位置演算部21は、第1加算器51と、第2加算器52と、差動増幅器53と、絶対位置演算器54とを有している。第1加算器51は、第1の受光部18の第1受光素子31と、第2受光素子32に接続されている。そして、第1加算器51は、第1受光素子31と第2受光素子32で光電変換された信号を加算する。第2加算器52は、第1の受光部18の第3受光素子33と、第4受光素子34に接続されている。そして、第2加算器52は、第3受光素子33と第4受光素子34で光電変換された信号を加算する。 As shown in FIG. 2, the first absolute position calculator 21 includes a first adder 51, a second adder 52, a differential amplifier 53, and an absolute position calculator 54. The first adder 51 is connected to the first light receiving element 31 of the first light receiving unit 18 and the second light receiving element 32. Then, the first adder 51 adds the signals photoelectrically converted by the first light receiving element 31 and the second light receiving element 32. The second adder 52 is connected to the third light receiving element 33 of the first light receiving unit 18 and the fourth light receiving element 34. Then, the second adder 52 adds the signals photoelectrically converted by the third light receiving element 33 and the fourth light receiving element 34.

差動増幅器53は、第1加算器51と第2加算器52に接続されている。差動増幅器53は、第1加算器51と第2加算器52で加算された信号を差動増幅する。差動増幅器53は、絶対位置演算器54に接続されている。絶対位置演算器54は、差動増幅器53で演算された信号から被測定物Tの表面T1における高さ方向Zの絶対位置情報を演算する。 The differential amplifier 53 is connected to the first adder 51 and the second adder 52. The differential amplifier 53 differentially amplifies the signals added by the first adder 51 and the second adder 52. The differential amplifier 53 is connected to the absolute position calculator 54. The absolute position calculator 54 calculates the absolute position information in the height direction Z on the surface T1 of the object T to be measured from the signal calculated by the differential amplifier 53.

第2絶対位置演算部22は、第1絶対位置演算部21と同様に、第1加算器61と、第2加算器62と、差動増幅器63と、絶対位置演算器64とを有している。第1加算器61は、第2の受光部19の第1受光素子41と、第2受光素子42に接続されている。そして、第1加算器61は、第1受光素子41と第2受光素子42で光電変換された信号を加算する。第2加算器62は、第2の受光部19の第3受光素子43と、第4受光素子44に接続されている。そして、第2加算器62は、第3受光素子43と第4受光素子44で光電変換された信号を加算する。 The second absolute position calculation unit 22 has a first adder 61, a second adder 62, a differential amplifier 63, and an absolute position calculation unit 64, similarly to the first absolute position calculation unit 21. There is. The first adder 61 is connected to the first light receiving element 41 of the second light receiving unit 19 and the second light receiving element 42. Then, the first adder 61 adds the signals photoelectrically converted by the first light receiving element 41 and the second light receiving element 42. The second adder 62 is connected to the third light receiving element 43 of the second light receiving unit 19 and the fourth light receiving element 44. Then, the second adder 62 adds the signals photoelectrically converted by the third light receiving element 43 and the fourth light receiving element 44.

差動増幅器63は、第1加算器61と第2加算器62に接続されている。差動増幅器63は、第1加算器61と第2加算器62で加算された信号を差動増幅する。差動増幅器63は、絶対位置演算器64に接続されている。絶対位置演算器64は、差動増幅器63で演算された信号から被測定物Tの裏面T2における高さ方向Zの絶対位置情報を演算する。 The differential amplifier 63 is connected to the first adder 61 and the second adder 62. The differential amplifier 63 differentially amplifies the signals added by the first adder 61 and the second adder 62. The differential amplifier 63 is connected to the absolute position calculator 64. The absolute position calculator 64 calculates the absolute position information in the height direction Z on the back surface T2 of the object T to be measured from the signal calculated by the differential amplifier 63.

第1絶対位置演算部21及び第2絶対位置演算部22における詳細な絶対位置情報の演算方法については、後述する。 The detailed calculation method of the absolute position information in the first absolute position calculation unit 21 and the second absolute position calculation unit 22 will be described later.

比較器23は、第1絶対位置演算部21の絶対位置演算器54と、第2絶対位置演算部22の絶対位置演算器64に接続されている。比較器23は、第1絶対位置演算部21で演算された表面T1の絶対位置情報と、第2絶対位置演算部22で演算された裏面T2の絶対位置情報の差から被測定物Tの厚みA1を演算し、演算した厚みA1を出力する。 The comparator 23 is connected to the absolute position calculator 54 of the first absolute position calculator 21 and the absolute position calculator 64 of the second absolute position calculator 22. The comparator 23 is the thickness of the object T to be measured from the difference between the absolute position information of the front surface T1 calculated by the first absolute position calculation unit 21 and the absolute position information of the back surface T2 calculated by the second absolute position calculation unit 22. A1 is calculated and the calculated thickness A1 is output.

1−2.第1の受光部と第2の受光部の位置関係
次に、図3及び図4を参照して、第1の受光部18と第2の受光部19の詳細な位置関係について説明する。
図3は、被測定物Tに照射された光の状態を示す説明図、図4は、第1の受光部18と第2の受光部19の位置関係を示す説明図である。
1-2. Positional relationship between the first light receiving unit and the second light receiving unit Next, the detailed positional relationship between the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of light irradiated to the object T to be measured, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19.

まず、図3に示すように、被測定物Tは、照射された実線で示す光Lを表面T1で反射させ、また表面T1を透過した光Lを裏面T2で反射させている。そのため、被測定物Tに照射された光Lは、第1の面を示す表面T1で反射された一点鎖線で示す第1反射光L1と、第2の面を示す裏面T2で反射された二点鎖線で示す第2反射光L2となる。また、上述したように、対物レンズ14の焦点位置f1は、被測定物T内又は被測定物Tの近傍に合うように設定されている。そのため、第1反射光L1と第2反射光L2は、被測定物Tの厚みA1分の長さの違いで、わずかに波面が異なる。 First, as shown in FIG. 3, the object T to be measured reflects the light L indicated by the irradiated solid line on the front surface T1 and the light L transmitted through the front surface T1 on the back surface T2. Therefore, the light L applied to the object T to be measured is reflected by the first reflected light L1 indicated by the alternate long and short dash line reflected by the front surface T1 indicating the first surface and the second reflected light L indicated by the back surface T2 indicating the second surface. It becomes the second reflected light L2 indicated by the dotted line. Further, as described above, the focal position f1 of the objective lens 14 is set so as to be in the object T to be measured or in the vicinity of the object T to be measured. Therefore, the wavefronts of the first reflected light L1 and the second reflected light L2 are slightly different due to the difference in length of the thickness A1 of the object T to be measured.

図4に示すように、第1の受光部18は、第2レンズ15からその受光面までの光路長が、表面T1で反射された第1反射光L1が受光面で集光する長さに設定されている。そのため、第1の受光部18の受光面には、第1反射光L1の照射像P1が結像される。また、第1の受光部18における第2レンズ15からその受光面までの光路長は、裏面T2で反射された第2反射光L2が発散する長さに設定されている。そのため、第1の受光部18における第2レンズ15からその受光面までの光路長は、第1の受光部18で第1反射光L1のフォーカス信号を検出可能な範囲で、かつ第2反射光L2のフォーカス信号は検出不能な範囲に設定される。 As shown in FIG. 4, in the first light receiving unit 18, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface thereof is set to the length that the first reflected light L1 reflected on the surface T1 collects on the light receiving surface. It is set. Therefore, the irradiation image P1 of the first reflected light L1 is formed on the light receiving surface of the first light receiving unit 18. Further, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface of the first light receiving unit 18 is set to the length at which the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 is diverged. Therefore, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface of the first light receiving unit 18 is within a range in which the focus signal of the first reflected light L1 can be detected by the first light receiving unit 18, and the second reflected light. The focus signal of L2 is set in an undetectable range.

これに対して、第2の受光部19は、第2レンズ15からその受光面までの光路長が、裏面T2で反射された第2反射光L2が受光面で集光する長さの位置に配置されている。そのため、第2の受光部19の受光面には、第2反射光L2の照射像P2が結像される。また、第2の受光部19における第2レンズ15からその受光面までの光路長は、表面T1で反射された第1反射光L1が発散する長さに設定されている。そのため、第2の受光部19における第2レンズ15からその受光面までの光路長は、第2の受光部19で第2反射光L2のフォーカス信号を検出可能な範囲で、かつ第1反射光L1のフォーカス信号は検出不能な範囲に設定される。 On the other hand, in the second light receiving unit 19, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface thereof is set at a position where the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 is focused on the light receiving surface. Have been placed. Therefore, the irradiation image P2 of the second reflected light L2 is formed on the light receiving surface of the second light receiving unit 19. Further, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface of the second light receiving unit 19 is set to the length at which the first reflected light L1 reflected by the surface T1 is diverged. Therefore, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface of the second light receiving unit 19 is within a range in which the focus signal of the second reflected light L2 can be detected by the second light receiving unit 19, and the first reflected light. The focus signal of L1 is set in an undetectable range.

ここで、第1反射光L1と第2反射光L2における第2レンズ15から分割光学系17までの光路長が等しい。そのため、第1の受光部18の受光面から分割光学系17までの間隔h1と、第2の受光部19の受光面から分割光学系17までの間隔h2を調整することで、第1の受光部18と第2の受光部19までの光路長が上述した範囲に設定されている。なお、被測定物Tの厚みA1分の長さの違いで、第1の受光部18の受光面から分割光学系17までの間隔h1と、第2の受光部19の受光面から分割光学系17までの間隔h2は、異なる長さになる。 Here, the optical path lengths from the second lens 15 to the split optical system 17 in the first reflected light L1 and the second reflected light L2 are equal. Therefore, by adjusting the distance h1 from the light receiving surface of the first light receiving unit 18 to the split optical system 17 and the distance h2 from the light receiving surface of the second light receiving unit 19 to the split optical system 17, the first light receiving is received. The optical path lengths to the unit 18 and the second light receiving unit 19 are set in the above-mentioned range. The distance h1 from the light receiving surface of the first light receiving unit 18 to the split optical system 17 and the split optical system from the light receiving surface of the second light receiving unit 19 are different due to the difference in the thickness A1 of the object T to be measured. The intervals h2 up to 17 have different lengths.

1−3.第1絶対位置演算部及び第2絶対位置演算部の絶対位置情報の演算方法
次に、図5及び図6を参照して、第1絶対位置演算部及び第2絶対位置演算部の絶対位置情報の演算方法について説明する。
1-3. Calculation method of absolute position information of the first absolute position calculation unit and the second absolute position calculation unit Next, referring to FIGS. 5 and 6, the absolute position information of the first absolute position calculation unit and the second absolute position calculation unit The calculation method of is described.

図5Aは、第1の受光部18で得られるフォーカス信号の特性を示しており、図5Bは、第1の受光部18の受光面に照射される照射像の例を示している。なお、図5Aの横軸は、被測定物Tの表面T1と裏面T2と直交する高さ方向Zの位置を示し、縦軸は第1絶対位置演算部21の差動増幅器53から出力されるフォーカス信号を示している。 FIG. 5A shows the characteristics of the focus signal obtained by the first light receiving unit 18, and FIG. 5B shows an example of an irradiation image applied to the light receiving surface of the first light receiving unit 18. The horizontal axis of FIG. 5A indicates the position of the object T to be measured in the height direction Z orthogonal to the front surface T1 and the back surface T2, and the vertical axis is output from the differential amplifier 53 of the first absolute position calculation unit 21. Shows the focus signal.

図5Bに示すように、第1の受光部18は、第1受光素子31と、第2受光素子32と、第3受光素子33と、第4受光素子34が第1反射光L1の光軸周りに所定の間隔を開けて配置されている。第1受光素子31と第2受光素子32は、第1反射光L1の光軸を挟んで対向しており、第3受光素子33と第4受光素子34は、第1反射光L1の光軸を挟んで対向している。 As shown in FIG. 5B, in the first light receiving unit 18, the first light receiving element 31, the second light receiving element 32, the third light receiving element 33, and the fourth light receiving element 34 are the optical axes of the first reflected light L1. They are arranged around them at predetermined intervals. The first light receiving element 31 and the second light receiving element 32 face each other with the optical axis of the first reflected light L1 interposed therebetween, and the third light receiving element 33 and the fourth light receiving element 34 are the optical axes of the first reflected light L1. Are facing each other across.

上述したように、第1の受光部18は、第2レンズ15からその受光面までの光路長が、表面T1で反射された第1反射光L1が受光面で集光する長さで、かつ裏面T2で反射された第2反射光L2が発散する長さの位置に配置されている。そのため、図5Bに示すように、第1の受光部18の4つの受光素子31〜34には、第1反射光L1の照射像P1が結像され、その周囲には第2反射光L2の照射像P2が照射される。この第2反射光L2の照射像P2は、第1の受光部18の4つの受光素子31〜34では、検出不能な光量となっている。 As described above, in the first light receiving unit 18, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface thereof is such that the first reflected light L1 reflected by the surface T1 is focused on the light receiving surface. It is arranged at a position where the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 is diverged. Therefore, as shown in FIG. 5B, the irradiation image P1 of the first reflected light L1 is formed on the four light receiving elements 31 to 34 of the first light receiving unit 18, and the second reflected light L2 is formed around the irradiation image P1. The irradiation image P2 is irradiated. The irradiation image P2 of the second reflected light L2 has an amount of light that cannot be detected by the four light receiving elements 31 to 34 of the first light receiving unit 18.

また、第1反射光L1には、非点収差発生部16により非点収差が加えられている。そのため、対物レンズ14の焦点位置f1が被測定物Tの表面T1と裏面T2の中間付近に位置している場合、照射像P1が最も小さくなる。そして、表面T1の高さ方向Zの絶対位置が変化すると、第1の受光部18に照射される第1反射光L1の照射像P1は、第1受光素子31及び第2受光素子32側に延びた楕円形、または第3受光素子33及び第4受光素子34側に延びた楕円形に変化する。 Further, astigmatism is added to the first reflected light L1 by the astigmatism generating unit 16. Therefore, when the focal position f1 of the objective lens 14 is located near the middle between the front surface T1 and the back surface T2 of the object T to be measured, the irradiation image P1 becomes the smallest. Then, when the absolute position of the surface T1 in the height direction Z changes, the irradiation image P1 of the first reflected light L1 irradiated to the first light receiving unit 18 is moved to the first light receiving element 31 and the second light receiving element 32 side. It changes to an elongated elliptical shape or an elliptical shape extending toward the third light receiving element 33 and the fourth light receiving element 34.

第1受光素子31から出力される出力信号をA、第2受光素子32から出力される出力信号をB、第3受光素子33から出力される出力信号をC、第4受光素子34から出力される出力信号をDとすると、第1絶対位置演算部21の差動増幅器53から出力されるフォーカス信号Sは、下記式1によって表される。
[式1]
=(A+B)−(C+D)
The output signal output from the first light receiving element 31 is A, the output signal output from the second light receiving element 32 is B, the output signal output from the third light receiving element 33 is C, and the output signal output from the fourth light receiving element 34 is output. the output signal is D that the focus signal S F which is outputted from the differential amplifier 53 of the first absolute position computing section 21 is represented by the following formula 1.
[Equation 1]
SF = (A + B)-(C + D)

そして、第1絶対位置演算部21の差動増幅器53から出力されるフォーカス信号Sの特性は、図5Aに示すようになる。図5Aに示すフォーカス信号Sの値が「0」を通り、高さ方向Zの変化に対してフォーカス信号Sの変化が線形に変化する領域、すなわち一次関数で表現可能な領域が、第1の受光部18のフォーカス信号検出範囲S1となる。 The characteristics of the focus signal S F which is outputted from the differential amplifier 53 of the first absolute position computing section 21 is as shown in Figure 5A. The value of the focus signal S F shown in FIG. 5A through "0", a region where the change of the focus signals S F varies linearly with respect to changes in the height direction Z, that is, the area that can be represented by a linear function, the The focus signal detection range S1 of the light receiving unit 18 of 1.

そして、第1絶対位置演算部21の絶対位置演算器54は、差動増幅器53から出力されたフォーカス信号Sから、被測定物Tの表面T1の高さ方向Zの絶対位置情報に変換(演算)し、比較器23に出力する。 Then, the absolute position calculator 54 of the first absolute position computing unit 21, converts the focus signal S F which is outputted from the differential amplifier 53, the absolute position information in the height direction Z of the surface T1 of the object T ( (Calculation) and output to the comparator 23.

次に、第2絶対位置演算部22の絶対位置情報の演算方法について図6A及び図6Bを参照して説明する。
図6Aは、第2の受光部19で得られるフォーカス信号の特性を示しており、図6Bは、第2の受光部19の受光面に照射される照射像の例を示している。なお、図6Aの横軸は、高さ方向Zの位置を示し、縦軸は第2絶対位置演算部22の差動増幅器63から出力されるフォーカス信号を示している。
Next, a method of calculating the absolute position information of the second absolute position calculation unit 22 will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
FIG. 6A shows the characteristics of the focus signal obtained by the second light receiving unit 19, and FIG. 6B shows an example of an irradiation image applied to the light receiving surface of the second light receiving unit 19. The horizontal axis of FIG. 6A indicates the position in the height direction Z, and the vertical axis indicates the focus signal output from the differential amplifier 63 of the second absolute position calculation unit 22.

図6Bに示すように、第2の受光部19は、第1の受光部18と同様に、第1受光素子41と、第2受光素子42と、第3受光素子43と、第4受光素子44が第2反射光L2の光軸周りに所定の間隔を開けて配置されている。第1受光素子41と第2受光素子42は、第2反射光L2の光軸を挟んで対向しており、第3受光素子43と第4受光素子44は、第2反射光L2の光軸を挟んで対向している。 As shown in FIG. 6B, the second light receiving unit 19 has the same as the first light receiving unit 18, the first light receiving element 41, the second light receiving element 42, the third light receiving element 43, and the fourth light receiving element. 44s are arranged around the optical axis of the second reflected light L2 at predetermined intervals. The first light receiving element 41 and the second light receiving element 42 face each other with the optical axis of the second reflected light L2 interposed therebetween, and the third light receiving element 43 and the fourth light receiving element 44 are the optical axes of the second reflected light L2. Are facing each other across.

上述したように、第2の受光部19は、第2レンズ15からその受光面までの光路長が、裏面T2で反射された第2反射光L2が受光面で集光する長さで、かつ表面T1で反射された第1反射光L1が発散する長さの位置に配置されている。そのため、図6Bに示すように、第2の受光部19の4つの受光素子41〜44には、第2反射光L2の照射像P2が結像され、その周囲には第1反射光L1の照射像P1が照射される。この第1反射光L1の照射像P1は、第2の受光部19の4つの受光素子41〜44では、検出不能な光量となっている。 As described above, in the second light receiving unit 19, the optical path length from the second lens 15 to the light receiving surface thereof is such that the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 is focused on the light receiving surface. It is arranged at a position where the first reflected light L1 reflected by the surface T1 is diverged. Therefore, as shown in FIG. 6B, the irradiation image P2 of the second reflected light L2 is formed on the four light receiving elements 41 to 44 of the second light receiving unit 19, and the first reflected light L1 is formed around the irradiation image P2. The irradiation image P1 is irradiated. The irradiation image P1 of the first reflected light L1 has an amount of light that cannot be detected by the four light receiving elements 41 to 44 of the second light receiving unit 19.

また、第2反射光L2には、第1反射光L1と同様に、非点収差発生部16により非点収差が加えられている。そのため、対物レンズ14の焦点位置f1が被測定物Tの表面T1と裏面T2の中間付近に位置している場合、照射像P2が最も小さくなる。そして、裏面T2の高さ方向Zの絶対位置が変化すると、第2の受光部19に照射される第2反射光L2の照射像P2は、第1受光素子41及び第2受光素子42側に延びた楕円形、または第3受光素子43及び第4受光素子44側に延びた楕円形に変化する。 Further, astigmatism is added to the second reflected light L2 by the astigmatism generating unit 16 as in the case of the first reflected light L1. Therefore, when the focal position f1 of the objective lens 14 is located near the middle between the front surface T1 and the back surface T2 of the object T to be measured, the irradiation image P2 becomes the smallest. Then, when the absolute position of the back surface T2 in the height direction Z changes, the irradiation image P2 of the second reflected light L2 irradiated to the second light receiving unit 19 is moved to the first light receiving element 41 and the second light receiving element 42 side. It changes to an elongated elliptical shape or an elliptical shape extending toward the third light receiving element 43 and the fourth light receiving element 44.

第1受光素子41から出力される出力信号をA、第2受光素子42から出力される出力信号をB、第3受光素子43から出力される出力信号をC、第4受光素子44から出力される出力信号をDとすると、第2絶対位置演算部22の差動増幅器63から出力されるフォーカス信号Sは、上述した式1によって表される。 The output signal output from the first light receiving element 41 is A, the output signal output from the second light receiving element 42 is B, the output signal output from the third light receiving element 43 is C, and the output signal output from the fourth light receiving element 44 is output. the output signal is D that the focus signal S F which is outputted from the differential amplifier 63 of the second absolute position computing section 22 is represented by formula 1 described above.

そして、第2絶対位置演算部22の差動増幅器63から出力されるフォーカス信号Sの特性は、図6Aに示すようになる。図6Aに示すフォーカス信号Sの値が「0」を通り、高さ方向Zの変化に対してフォーカス信号Sの変化が線形に変化する領域、すなわち一次関数で表現可能な領域が、第2の受光部19のフォーカス信号検出範囲S2となる。 The characteristics of the focus signal S F which is outputted from the differential amplifier 63 of the second absolute position computing section 22 is as shown in Figure 6A. The value of the focus signal S F shown in FIG. 6A through "0", a region where the change of the focus signals S F varies linearly with respect to changes in the height direction Z, that is, the area that can be represented by a linear function, the It is the focus signal detection range S2 of the light receiving unit 19 of 2.

そして、第2絶対位置演算部22の絶対位置演算器64は、差動増幅器63から出力されたフォーカス信号Sから、被測定物Tの裏面T2の高さ方向Zの絶対位置情報に変換(演算)し、比較器23に出力する。 Then, the absolute position calculator 64 of the second absolute position computing section 22, converts the focus signal S F which is outputted from the differential amplifier 63, the absolute position information in the height direction Z of the rear surface T2 of the measurement object T ( (Calculation) and output to the comparator 23.

1−4.変位検出装置の動作
次に、上述した構成を有する変位検出装置1の動作例、すなわち変位検出装置1を用いた被測定物Tの厚みA1の測定例について説明する。
1-4. Operation of Displacement Detection Device Next, an operation example of the displacement detection device 1 having the above-described configuration, that is, a measurement example of the thickness A1 of the object T to be measured using the displacement detection device 1 will be described.

まず、第1の受光部18及び第2の受光部19の取り付け位置を、厚み測定を行う被測定物Tの基準となる厚みに応じて調整する。具体的には、第1の受光部18及び第2の受光部19のうち少なくとも一方を、分割光学系17から出射される光の光軸方向に沿って移動させる。被測定物Tの厚みに応じて第1の受光部18及び第2の受光部19のうち少なくとも片側を調整することで、より多種な被測定物の厚みの測定が可能になる。 First, the mounting positions of the first light receiving portion 18 and the second light receiving portion 19 are adjusted according to the reference thickness of the object T to be measured for thickness measurement. Specifically, at least one of the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 is moved along the optical axis direction of the light emitted from the split optical system 17. By adjusting at least one side of the first light receiving portion 18 and the second light receiving portion 19 according to the thickness of the object to be measured T, it is possible to measure the thickness of a wider variety of objects to be measured.

また、高精度な平面ミラーを用いて、第1の受光部18と第2の受光部19で検出される値が同一面で同じ値になるように、比較器23で校正を行ってもよい。これにより、第1絶対位置演算部21及び第2絶対位置演算部22で出力されるフォーカス信号Sの値が「0」となる位置の校正を行うことができる。 Further, using a high-precision planar mirror, the comparator 23 may calibrate so that the values detected by the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 are the same on the same surface. .. Thus, it is possible to calibrate the position at which the value of the focus signal S F which is outputted at the first absolute position computing section 21 and the second absolute position computing section 22 becomes "0".

さらに、厚みと屈折率が高精度に管理された基準器を用いて、その表面と裏面で反射された反射光のファーカス信号Sの値が「0」となるように、第1の受光部18及び第2の受光部19のうち少なくとも一方を調整し、変位検出装置1で測定される厚みの絶対値を校正してもよい。 Furthermore, the thickness and refractive index using a reference unit that is controlled with high precision, so that the value of Farkas signal S F of the reflected light reflected at the surface and the back surface is "0", the first light receiving portion At least one of 18 and the second light receiving unit 19 may be adjusted to calibrate the absolute value of the thickness measured by the displacement detection device 1.

なお、第1の受光部18及び第2の受光部19を配置する位置は、図5A及び図6Aに示すように、照射される照射像P1、P2がフォーカス信号検出範囲S1、S2の範囲に収まればよい。そのため、対物レンズ14の焦点位置f1を厳密に調整する必要がなく、対物レンズ14を設置する際の取り付け精度の許容範囲を広げることができ、対物レンズ14の取り付け作業を容易に行うことができる。 As shown in FIGS. 5A and 6A, the irradiated irradiation images P1 and P2 are located within the focus signal detection ranges S1 and S2 at the positions where the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 are arranged. It should fit. Therefore, it is not necessary to precisely adjust the focal position f1 of the objective lens 14, the allowable range of mounting accuracy when installing the objective lens 14 can be widened, and the mounting work of the objective lens 14 can be easily performed. ..

次に、上述した第1の受光部18、第2の受光部19や厚み検出部3の初期設定を行った変位検出装置1の光源11から光Lを出射させて、ヘッド2から被測定物Tに向けて光Lを照射させる。被測定物Tに照射された光Lは、第1レンズ12によって平行光にコリメートされると共に分離光学系13を透過する。そして、光Lは、対物レンズ14によって集光されて被測定物Tに照射される。図1及び図3に示すように、光Lは、被測定物Tの表面T1で反射され、また、被測定物Tの表面T1を透過した光Lは、裏面T2で反射される。 Next, the light L is emitted from the light source 11 of the displacement detection device 1 in which the above-mentioned first light receiving unit 18, the second light receiving unit 19, and the thickness detecting unit 3 are initially set, and the object to be measured is emitted from the head 2. Light L is irradiated toward T. The light L applied to the object T to be measured is collimated with parallel light by the first lens 12 and passes through the separation optical system 13. Then, the light L is focused by the objective lens 14 and irradiated to the object T to be measured. As shown in FIGS. 1 and 3, the light L is reflected by the surface T1 of the object T to be measured, and the light L transmitted through the surface T1 of the object T to be measured is reflected by the back surface T2.

表面T1で反射された第1反射光L1と裏面T2で反射された第2反射光L2は、重なり合った状態で、対物レンズ14によって平行光にコリメートされて、分離光学系13に照射される。第1反射光L1と第2反射光L2は、分離光学系13によって反射されて、第2レンズ15に照射される。そして、第1反射光L1と第2反射光L2は、第2レンズによって集光され、非点収差発生部16を透過して分割光学系17に照射される。 The first reflected light L1 reflected by the front surface T1 and the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 are collimated with parallel light by the objective lens 14 in an overlapping state and irradiated to the separation optical system 13. The first reflected light L1 and the second reflected light L2 are reflected by the separation optical system 13 and irradiated to the second lens 15. Then, the first reflected light L1 and the second reflected light L2 are condensed by the second lens, transmitted through the astigmatism generating portion 16, and irradiated to the split optical system 17.

第1反射光L1と第2反射光L2は、それぞれ非点収差発生部16を透過することで、非点収差発生部16により、非点収差が加えられている。そして、第1反射光L1と第2反射光L2が重なり合った光は、分割光学系17によって2つに分割されて、第1の受光部18と、第2の受光部19に受光される。 The first reflected light L1 and the second reflected light L2 each pass through the astigmatism generating section 16, so that astigmatism is added by the astigmatism generating section 16. Then, the light in which the first reflected light L1 and the second reflected light L2 overlap is divided into two by the split optical system 17, and is received by the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19.

第1の受光部18は、第1反射光L1を受光し、第2の受光部19は、第2反射光L2を受光する。第1の受光部18は、受光した第1反射光L1を光電変換することで得られた信号を第1絶対位置演算部21に出力する。また、第2の受光部19は、受光した第2反射光L2を光電変換することで得られた信号を第2絶対位置演算部22に出力する。 The first light receiving unit 18 receives the first reflected light L1, and the second light receiving unit 19 receives the second reflected light L2. The first light receiving unit 18 outputs a signal obtained by photoelectrically converting the received first reflected light L1 to the first absolute position calculation unit 21. Further, the second light receiving unit 19 outputs a signal obtained by photoelectrically converting the received second reflected light L2 to the second absolute position calculation unit 22.

そして、第1絶対位置演算部21は、第1の受光部18からの信号に基づいて被測定物Tの表面T1の絶対位置情報、すなわち高さ方向Zの位置を演算し、比較器23に出力する。第2絶対位置演算部22は、第2の受光部19からの信号に基づいて被測定物Tの裏面T2の絶対位置情報、すなわち高さ方向Zの位置を演算し、比較器23に出力する。なお、第1絶対位置演算部21及び第2絶対位置演算部22での絶対位置情報の演算方法は、上述したため、ここではその説明は省略する。なお、第1絶対位置演算部21による絶対位置情報演算動作と、第2絶対位置演算部22による絶対位置情報演算動作は、互いに同期して行われる。 Then, the first absolute position calculation unit 21 calculates the absolute position information of the surface T1 of the object to be measured T1 based on the signal from the first light receiving unit 18, that is, the position in the height direction Z, and causes the comparator 23 to calculate the position. Output. The second absolute position calculation unit 22 calculates the absolute position information of the back surface T2 of the object to be measured T2 based on the signal from the second light receiving unit 19, that is, the position in the height direction Z, and outputs the calculation to the comparator 23. .. Since the method of calculating the absolute position information in the first absolute position calculation unit 21 and the second absolute position calculation unit 22 has been described above, the description thereof will be omitted here. The absolute position information calculation operation by the first absolute position calculation unit 21 and the absolute position information calculation operation by the second absolute position calculation unit 22 are performed in synchronization with each other.

次に、比較器23は、第1絶対位置演算部21で演算された表面T1の絶対位置情報と、第2絶対位置演算部22で演算された裏面T2の絶対位置情報の差から被測定物Tの厚みA1を演算し、演算した厚みA1を出力する。これにより、変位検出装置1を用いた被測定物Tの厚みA1の測定動作が完了する。 Next, the comparator 23 is the object to be measured from the difference between the absolute position information of the front surface T1 calculated by the first absolute position calculation unit 21 and the absolute position information of the back surface T2 calculated by the second absolute position calculation unit 22. The thickness A1 of T is calculated, and the calculated thickness A1 is output. As a result, the measurement operation of the thickness A1 of the object T to be measured using the displacement detection device 1 is completed.

本例の変位検出装置1によれば、被測定物Tの表面T1に入射する光と裏面T2に入射する光は、同じ光源11から出射され、同じ第1レンズ12、分離光学系13及び対物レンズ14を通過している。すなわち、表面T1に入射する光と裏面T2に入射する光は、光源11、第1レンズ12、分離光学系13及び対物レンズ14を共有している。 According to the displacement detection device 1 of this example, the light incident on the front surface T1 and the light incident on the back surface T2 of the object T are emitted from the same light source 11, and are emitted from the same first lens 12, the separation optical system 13, and the objective. It has passed through the lens 14. That is, the light incident on the front surface T1 and the light incident on the back surface T2 share the light source 11, the first lens 12, the separation optical system 13, and the objective lens 14.

また、被測定物Tの表面T1から反射される第1反射光L1と、裏面T2から反射される第2反射光L2は、同じ対物レンズ14、分離光学系13、第2レンズ15、非点収差発生部16及び分割光学系17を通過している。すなわち、第1反射光L1と第2反射光L2は、対物レンズ14、分離光学系13、第2レンズ15、非点収差発生部16及び分割光学系17を共有している Further, the first reflected light L1 reflected from the front surface T1 of the object T to be measured and the second reflected light L2 reflected from the back surface T2 are the same objective lens 14, separation optical system 13, second lens 15, astigmatism. It has passed through the aberration generating section 16 and the split optical system 17. That is, the first reflected light L1 and the second reflected light L2 share the objective lens 14, the separation optical system 13, the second lens 15, the astigmatism generating unit 16, and the split optical system 17.

そのため、光源11、第1レンズ12、分離光学系13、対物レンズ14、第2レンズ15、非点収差発生部16及び分割光学系17に生じる振動や、設置位置の誤差は、被測定物Tの表面T1に入射する光と裏面T2に入射する光や、第1反射光L1と第2反射光L2に対して等しく作用する。 Therefore, vibrations generated in the light source 11, the first lens 12, the separation optical system 13, the objective lens 14, the second lens 15, the non-point aberration generating portion 16 and the split optical system 17, and the error of the installation position are caused by the object T to be measured. It acts equally on the light incident on the front surface T1 and the light incident on the back surface T2, and the first reflected light L1 and the second reflected light L2.

さらに、第1絶対位置演算部21による表面T1の絶対位置情報演算動作と第2絶対位置演算部22による裏面T2の絶対位置情報演算動作は、互いに同期して行われる。そのため、表面T1の絶対位置情報や裏面T2の絶対位置情報を演算する際に、光源11や非点収差発生部16等の部品による振動や設置位置の誤差による影響をキャンセルすることができ、安定した測定を行うことができる。 Further, the absolute position information calculation operation of the front surface T1 by the first absolute position calculation unit 21 and the absolute position information calculation operation of the back surface T2 by the second absolute position calculation unit 22 are performed in synchronization with each other. Therefore, when calculating the absolute position information of the front surface T1 and the absolute position information of the back surface T2, it is possible to cancel the influence of vibration by parts such as the light source 11 and the astigmatism generating portion 16 and the error of the installation position, and it is stable. Can be measured.

さらに、比較器23において被測定物Tの表面T1と裏面T2の絶対位置情報の差分を演算することで被測定物Tの厚みA1を演算するため、対物レンズ14の焦点位置f1を被測定物Tの表面T1や裏面T2に合わせる必要がない。そのため、本例の変位検出装置1では、被測定物Tの測定を行う間は、対物レンズ14をヘッド2に固定することができ、対物レンズ14をその光軸方向に移動させるアクチュエータ等の移動機構を設ける必要がない。その結果、従来の変位検出装置のように対物レンズ14を移動させる際に生じる機械的な振動が発生することがないため、高精度に被測定物Tの厚みA1を測定することができ、高速で安定した測定を行うことができる。 Further, in order to calculate the thickness A1 of the object to be measured T by calculating the difference between the absolute position information of the front surface T1 and the back surface T2 of the object to be measured T in the comparator 23, the focal position f1 of the objective lens 14 is set to the object to be measured. It is not necessary to match the front surface T1 and the back surface T2 of T. Therefore, in the displacement detection device 1 of this example, the objective lens 14 can be fixed to the head 2 while the object T to be measured is measured, and the actuator or the like that moves the objective lens 14 in the optical axis direction is moved. There is no need to provide a mechanism. As a result, unlike the conventional displacement detection device, mechanical vibration generated when the objective lens 14 is moved does not occur, so that the thickness A1 of the object to be measured T can be measured with high accuracy, and the speed is high. Stable measurement can be performed with.

また、被測定物Tがヘッド2からの光Lの照射範囲から外れた場合、測定を行うことはできなくなる。しかしながら、本例の変位検出装置1では、対物レンズ14の焦点位置f1を合わせる動作を必要としないため、再び被測定物Tが光Lの照射範囲、すなわち対物レンズ14の焦点位置f1の近傍に被測定物Tが配置された際、即座に被測定物Tの厚みA1を測定することができる。 Further, when the object T to be measured deviates from the irradiation range of the light L from the head 2, the measurement cannot be performed. However, in the displacement detection device 1 of this example, since it is not necessary to adjust the focal position f1 of the objective lens 14, the object T to be measured again is in the irradiation range of the light L, that is, in the vicinity of the focal position f1 of the objective lens 14. When the object T to be measured is placed, the thickness A1 of the object T to be measured can be measured immediately.

また、第1絶対位置演算部21と第2絶対位置演算部22の差動増幅器53、63は、被測定物Tの反射率の変化で出力値が変化するおそれがある。この場合、第1絶対位置演算部21は、第1の受光部18で得られる絶対位置情報に対して、第1の受光部18の総受光量で割ってもよい。この総受光量とは、第1の受光部18の4つの受光素子31、32、33、34で得られる光量の総和である。 Further, the output values of the differential amplifiers 53 and 63 of the first absolute position calculation unit 21 and the second absolute position calculation unit 22 may change due to a change in the reflectance of the object T to be measured. In this case, the first absolute position calculation unit 21 may divide the absolute position information obtained by the first light receiving unit 18 by the total light receiving amount of the first light receiving unit 18. The total light receiving amount is the total amount of light obtained by the four light receiving elements 31, 32, 33, and 34 of the first light receiving unit 18.

同様に、第2絶対位置演算部22は、第2の受光部19で得られる絶対位置情報に対して、第2の受光部19の総受光量で割ってもよい。この総受光量とは、第2の受光部19の4つの受光素子41、42、43、44で得られる光量の総和である。これにより、被測定物Tからの反射光量の影響を抑制することができ、光量の変化による第1絶対位置演算部21と第2絶対位置演算部22で演算される絶対位置情報の変化を抑えることができる。 Similarly, the second absolute position calculation unit 22 may divide the absolute position information obtained by the second light receiving unit 19 by the total light receiving amount of the second light receiving unit 19. The total light receiving amount is the total amount of light obtained by the four light receiving elements 41, 42, 43, 44 of the second light receiving unit 19. As a result, the influence of the amount of reflected light from the object T to be measured can be suppressed, and the change in the absolute position information calculated by the first absolute position calculation unit 21 and the second absolute position calculation unit 22 due to the change in the amount of light can be suppressed. be able to.

第2反射光L2は、被測定物Tの表面T1を透過して被測定物T内を通過する。そのため、例えば、裏面T2の絶対位置情報を演算する第2絶対位置演算部22や比較器23に、被測定物Tの屈折率の係数を予め代入可能にしてもよい。さらに、実際の被測定物Tの厚みA1は、被測定物Tの屈折率で割った値に近くなるため、比較器23において演算した厚みA1を屈折率に基づいて補正してもよい。 The second reflected light L2 passes through the surface T1 of the object T to be measured and passes through the object T to be measured. Therefore, for example, the coefficient of the refractive index of the object to be measured T may be substituted in advance into the second absolute position calculation unit 22 or the comparator 23 that calculates the absolute position information of the back surface T2. Further, since the actual thickness A1 of the object T to be measured is close to the value divided by the refractive index of the object T to be measured, the thickness A1 calculated by the comparator 23 may be corrected based on the refractive index.

また、比較器23から出力される情報は、被測定物Tの厚みA1に対応したデジタルの厚み情報と、被測定物Tの厚みA1をアナログの電圧値に変換した情報と、で選択可能にしてもよい。比較器23から出力される情報が、アナログの電圧値であれば、より高速でデータ遅延の被測定物Tの厚みA1情報を出力することができる。 Further, the information output from the comparator 23 can be selected between digital thickness information corresponding to the thickness A1 of the object T to be measured and information obtained by converting the thickness A1 of the object T to be measured into an analog voltage value. You may. If the information output from the comparator 23 is an analog voltage value, the thickness A1 information of the object T to be measured with a data delay can be output at a higher speed.

2.第2の実施の形態例
次に、図7を参照して第2の実施の形態例に係る変位検出装置について説明する。
図7は、第2の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
2. Example of Second Embodiment Next, the displacement detection device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 7.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the second embodiment.

この第2の実施の形態例に係る変位検出装置101が、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と異なる点は、分離光学系の構成である。そのため、ここでは、分離光学系について説明し、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。 The displacement detection device 101 according to the second embodiment is different from the displacement detection device 1 according to the first embodiment in the configuration of the separation optical system. Therefore, here, the separation optical system will be described, and the same reference numerals will be given to the parts common to the displacement detection device 1 according to the first embodiment, and duplicate description will be omitted.

図7に示すように、変位検出装置101は、被測定物Tに対向するヘッド102と、厚みを演算する厚み検出部103とを有している。ヘッド102は、光源11と、第1レンズ12と、偏光ビームスプリッタ113と、位相板125と、対物レンズ14と、第2レンズ15と、非点収差発生部16と、分割光学系17と、第1の受光部18と、第2の受光部19とを有している。 As shown in FIG. 7, the displacement detection device 101 includes a head 102 facing the object T to be measured and a thickness detection unit 103 for calculating the thickness. The head 102 includes a light source 11, a first lens 12, a polarizing beam splitter 113, a phase plate 125, an objective lens 14, a second lens 15, an astigmatism generator 16, a split optical system 17, and the like. It has a first light receiving unit 18 and a second light receiving unit 19.

変位検出装置101では、偏光ビームスプリッタ113と位相板125により、分離光学系が構成される。なお、第1レンズ12、対物レンズ14、第2レンズ15、非点収差発生部16、分割光学系17、第1の受光部18及び第2の受光部19は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と同一であるため、その説明は省略する。 In the displacement detection device 101, the separation optical system is configured by the polarization beam splitter 113 and the phase plate 125. The first lens 12, the objective lens 14, the second lens 15, the astigmatism generating section 16, the split optical system 17, the first light receiving section 18, and the second light receiving section 19 are examples of the first embodiment. Since it is the same as the displacement detection device 1 according to the above, the description thereof will be omitted.

偏光ビームスプリッタ113は、s偏光の光を反射して、p偏光の光を透過させる。そして、光源11から出射された光Lは、偏光ビームスプリッタ113に入射する前に、p偏光に変換されている。そのため、偏光ビームスプリッタ113に入射した光Lは、偏光ビームスプリッタ113を透過する。偏光ビームスプリッタ113と対物レンズ14の間には、位相板125が配置されている。 The polarization beam splitter 113 reflects s-polarized light and transmits p-polarized light. Then, the light L emitted from the light source 11 is converted into p-polarized light before it is incident on the polarizing beam splitter 113. Therefore, the light L incident on the polarizing beam splitter 113 passes through the polarizing beam splitter 113. A phase plate 125 is arranged between the polarizing beam splitter 113 and the objective lens 14.

位相板125は、例えば、1/4波長板等から構成されている。そのため、位相板125は、通過する光がp偏光の場合、進行方向を中心軸として第1の向きに回転する円偏光に変換させる。また、通過する光が第1の向きに回転する円偏光の場合、s偏光に変換させる。さらに、通過する光がs偏光の場合、進行方向を中心軸として第1の方向とは反対である第2の向きに回転する円偏光に変換させる。そして、通過する光が第2の向きに回転する円偏光の場合、p偏光に変換させる。 The phase plate 125 is composed of, for example, a 1/4 wave plate or the like. Therefore, when the passing light is p-polarized light, the phase plate 125 converts it into circularly polarized light that rotates in the first direction with the traveling direction as the central axis. Further, when the passing light is circularly polarized light that rotates in the first direction, it is converted into s-polarized light. Further, when the passing light is s-polarized light, it is converted into circularly polarized light that rotates in a second direction opposite to the first direction with the traveling direction as the central axis. Then, when the passing light is circularly polarized light that rotates in the second direction, it is converted into p-polarized light.

そして、偏光ビームスプリッタ113を透過して光Lの偏光方向は、p偏光であるため、位相板125を通過することで、進行方向を中心軸として第1の向きに回転する円偏光に変換する。また、被測定物Tの表面T1で反射された第1反射光L1と裏面T2で反射された第2反射光L2の偏光方向は、位相板125を通過する前では、進行方向を中心軸として第1の向きに回転する円偏光である。そのため、第1反射光L1と第2反射光L2が位相板125を通過すると、その偏光方向は、s偏光に変換される。 Since the polarization direction of the light L passing through the polarization beam splitter 113 is p-polarized light, it is converted into circularly polarized light that rotates in the first direction with the traveling direction as the central axis by passing through the phase plate 125. .. Further, the polarization directions of the first reflected light L1 reflected by the front surface T1 of the object T to be measured and the second reflected light L2 reflected by the back surface T2 are centered on the traveling direction before passing through the phase plate 125. It is circularly polarized light that rotates in the first direction. Therefore, when the first reflected light L1 and the second reflected light L2 pass through the phase plate 125, the polarization direction thereof is converted into s-polarized light.

そして、第1反射光L1と第2反射光L2は、その偏光方向がs偏光であるため、偏光ビームスプリッタ113によって反射されて、第2レンズ15に照射される。 Since the polarization direction of the first reflected light L1 and the second reflected light L2 is s-polarized light, the first reflected light L1 and the second reflected light L2 are reflected by the polarization beam splitter 113 and irradiated to the second lens 15.

その他の構成は、第1の実施の形態に係る変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置101によっても、上述した第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。 Since other configurations are the same as those of the displacement detection device 1 according to the first embodiment, their description will be omitted. The displacement detection device 101 having such a configuration can also obtain the same effects as the displacement detection device 1 according to the first embodiment described above.

また、被測定物Tが複屈折等の偏光特性が無い場合、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1よりも第2の実施の形態例に係る変位検出装置101のほうが、被測定物Tに照射させる光Lの光量を多くすることができ、ノイズレベル等の信号品質を向上させることができる。 Further, when the object T to be measured does not have polarization characteristics such as birefringence, the displacement detection device 101 according to the second embodiment is more to be measured than the displacement detection device 1 according to the first embodiment. The amount of light L to irradiate the object T can be increased, and signal quality such as noise level can be improved.

3.第3の実施の形態例
次に、図8〜図11を参照して第3の実施の形態例に係る変位検出装置について説明する。
図8は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。図9は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置の厚み検出部を示すブロック図である。図10は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置における第1の受光部及び第2の受光部の受光面に照射される照射像の例を示す説明図である。図11は、第3の実施の形態例に係る変位検出装置の第1の受光部及び第2の受光部で検出された光量から得られるフォーカス信号の特性を示す説明図である。
3. 3. Example of Third Embodiment Next, the displacement detection device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the third embodiment. FIG. 9 is a block diagram showing a thickness detection unit of the displacement detection device according to the third embodiment. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of an irradiation image irradiated on the light receiving surfaces of the first light receiving unit and the second light receiving unit in the displacement detection device according to the third embodiment. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the characteristics of the focus signal obtained from the amount of light detected by the first light receiving unit and the second light receiving unit of the displacement detection device according to the third embodiment.

この第3の実施の形態例に係る変位検出装置201は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1における非点収差発生部に代えてナイフエッジ法を用いたものである。そのため、ここでは、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。 The displacement detection device 201 according to the third embodiment uses the knife edge method instead of the astigmatism generating portion in the displacement detection device 1 according to the first embodiment. Therefore, here, the same reference numerals are given to the parts common to the displacement detection device 1 according to the first embodiment, and duplicate description will be omitted.

変位検出装置201は、被測定物Tに対向するヘッド202と、厚みを演算する厚み検出部203とを有している。ヘッド202は、光源211と、第1レンズ212と、分離光学系213と、対物レンズ214と、第2レンズ215と、分割光学系217と、第1ナイフエッジ226と、第2ナイフエッジ227と、第1の受光部218と、第2の受光部219とを有している。光源211、第1レンズ212、分離光学系213、対物レンズ214、第2レンズ215及び分割光学系217は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と同様であるため、その説明は省略する。 The displacement detection device 201 has a head 202 facing the object T to be measured and a thickness detection unit 203 for calculating the thickness. The head 202 includes a light source 211, a first lens 212, a separation optical system 213, an objective lens 214, a second lens 215, a split optical system 217, a first knife edge 226, and a second knife edge 227. It has a first light receiving unit 218 and a second light receiving unit 219. Since the light source 211, the first lens 212, the separation optical system 213, the objective lens 214, the second lens 215, and the split optical system 217 are the same as the displacement detection device 1 according to the first embodiment, the description thereof will be described. Omit.

第1ナイフエッジ226は、分割光学系217と第1の受光部218の間に配置され、第2ナイフエッジ227は、分割光学系217と第2の受光部219の間に配置されている。第1ナイフエッジ226は、分割光学系217で反射された第1反射光L1と第2反射光L2が重なり合った光のうち光軸と直交する平面の領域の略半分の領域を遮蔽する。同様に、第2ナイフエッジ227は、分割光学系217を透過した第1反射光L1と第2反射光L2が重なり合った光のうち光軸と直交する平面の領域の略半分の領域を遮蔽する。 The first knife edge 226 is arranged between the split optical system 217 and the first light receiving unit 218, and the second knife edge 227 is arranged between the split optical system 217 and the second light receiving unit 219. The first knife edge 226 shields substantially half of the area of the plane orthogonal to the optical axis of the light in which the first reflected light L1 and the second reflected light L2 reflected by the split optical system 217 overlap. Similarly, the second knife edge 227 shields approximately half of the area of the plane in which the first reflected light L1 and the second reflected light L2 transmitted through the split optical system 217 overlap each other and is orthogonal to the optical axis. ..

さらに、第1ナイフエッジ226と分割光学系217の間隔h3は、第1反射光L1が第1ナイフエッジ226の近傍で結像され、第2反射光L2が第1の受光部218の受光面で発散する長さに設定されている。また、第2ナイフエッジ227と分割光学系217の間隔h4は、第2反射光L2が第2のナイフエッジ227の近傍で結像され、第1反射光L1が第2の受光部219の受光面で発散する長さに設定されている。なお、第1ナイフエッジ226と第2ナイフエッジ227を配置する位置は、被測定物Tの厚みA1に応じて、調整される。 Further, in the distance h3 between the first knife edge 226 and the split optical system 217, the first reflected light L1 is formed in the vicinity of the first knife edge 226, and the second reflected light L2 is the light receiving surface of the first light receiving portion 218. It is set to the length that diverges in. Further, in the distance h4 between the second knife edge 227 and the split optical system 217, the second reflected light L2 is formed in the vicinity of the second knife edge 227, and the first reflected light L1 is received by the second light receiving portion 219. The length is set to diverge on the surface. The positions where the first knife edge 226 and the second knife edge 227 are arranged are adjusted according to the thickness A1 of the object T to be measured.

図9に示すように、厚み検出部203は、第1の受光部218に接続された第1絶対位置演算部221と、第2の受光部219に接続された第2絶対位置演算部222と、第1絶対位置演算部221と、第2絶対位置演算部222に接続された比較器223とを有している。 As shown in FIG. 9, the thickness detection unit 203 includes a first absolute position calculation unit 221 connected to the first light receiving unit 218 and a second absolute position calculation unit 222 connected to the second light receiving unit 219. , A first absolute position calculation unit 221 and a comparator 223 connected to the second absolute position calculation unit 222.

第1絶対位置演算部221は、差動増幅器253と、絶対位置演算器254とを有している。差動増幅器253は、第1の受光部218の第1受光素子231と、第2受光素子232に接続されている。差動増幅器253は、第1受光素子231と第2受光素子232で光電変換された信号を差動増幅する。差動増幅器253は、絶対位置演算器254に接続されている。そして、絶対位置演算器254は、差動増幅器253からの信号に基づいて被測定物Tの表面T1における高さ方向Zの絶対位置情報を演算する。 The first absolute position calculator 221 has a differential amplifier 253 and an absolute position calculator 254. The differential amplifier 253 is connected to the first light receiving element 231 of the first light receiving unit 218 and the second light receiving element 232. The differential amplifier 253 differentially amplifies the signal photoelectrically converted by the first light receiving element 231 and the second light receiving element 232. The differential amplifier 253 is connected to the absolute position calculator 254. Then, the absolute position calculator 254 calculates the absolute position information in the height direction Z on the surface T1 of the object T to be measured based on the signal from the differential amplifier 253.

第2絶対位置演算部222は、第1絶対位置演算部221と同様に、差動増幅器263と、絶対位置演算器264とを有している。差動増幅器263は、第2の受光部219の第1受光素子241と、第2受光素子242に接続されている。差動増幅器263は、第1受光素子241と第2受光素子242で光電変換された信号を差動増幅する。差動増幅器263は、絶対位置演算器264に接続されている。そして、絶対位置演算器264は、差動増幅器263からの信号に基づいて被測定物Tの裏面T2における高さ方向Zの絶対位置情報を演算する。 The second absolute position calculation unit 222 has a differential amplifier 263 and an absolute position calculation unit 264, similarly to the first absolute position calculation unit 221. The differential amplifier 263 is connected to the first light receiving element 241 of the second light receiving unit 219 and the second light receiving element 242. The differential amplifier 263 differentially amplifies the signal photoelectrically converted by the first light receiving element 241 and the second light receiving element 242. The differential amplifier 263 is connected to the absolute position calculator 264. Then, the absolute position calculator 264 calculates the absolute position information in the height direction Z on the back surface T2 of the object T to be measured based on the signal from the differential amplifier 263.

比較器223は、第1絶対位置演算部221の絶対位置演算器254と、第2絶対位置演算部222の絶対位置演算器264に接続されている。比較器223は、第1絶対位置演算部221で演算された表面T1の絶対位置情報と、第2絶対位置演算部222で演算された裏面T2の絶対位置情報の差から被測定物Tの厚みを演算し、演算した厚みを出力する。 The comparator 223 is connected to the absolute position calculator 254 of the first absolute position calculator 221 and the absolute position calculator 264 of the second absolute position calculator 222. The comparator 223 has the thickness of the object T to be measured from the difference between the absolute position information of the front surface T1 calculated by the first absolute position calculation unit 221 and the absolute position information of the back surface T2 calculated by the second absolute position calculation unit 222. Is calculated, and the calculated thickness is output.

図10に示すように、第1の受光部218及び第2の受光部219の第1受光素子231、241、第2受光素子232、242は、光軸を挟んで対向している。第1の受光部218及び第2の受光部219のそれぞれ2つの受光素子231、241、232、242には、第1反射光L1又は第2反射光L2の照射像Pが結像される。具体的には、第1の受光部218の2つの受光素子231、232には、第1反射光L1の照射像が結像され、第2の受光部219の2つの受光素子241、242には、第2反射光L2の照射像が照射される。 As shown in FIG. 10, the first light receiving elements 231 and 241 and the second light receiving elements 232 and 242 of the first light receiving unit 218 and the second light receiving unit 219 face each other with the optical axis interposed therebetween. An irradiation image P of the first reflected light L1 or the second reflected light L2 is formed on the two light receiving elements 231, 241, 232, and 242 of the first light receiving unit 218 and the second light receiving unit 219, respectively. Specifically, an irradiation image of the first reflected light L1 is formed on the two light receiving elements 231 and 232 of the first light receiving unit 218, and the two light receiving elements 241 and 242 of the second light receiving unit 219 are formed. Is irradiated with the irradiation image of the second reflected light L2.

第1反射光L1及び第2反射光L2は、第1ナイフエッジ226及び第2ナイフエッジ227によって光軸と直交する平面の略半分が遮光されている。そのため、表面T1又は裏面T2の高さ方向Zの絶対位置が変化すると、第1の受光部218又は第2の受光部219に照射される照射像Pは、第1受光素子231、241側、または第2受光素子232、242側に移動する。 In the first reflected light L1 and the second reflected light L2, approximately half of the plane orthogonal to the optical axis is shielded by the first knife edge 226 and the second knife edge 227. Therefore, when the absolute position of the front surface T1 or the back surface T2 in the height direction Z changes, the irradiation image P irradiated to the first light receiving unit 218 or the second light receiving unit 219 is the first light receiving element 231 or 241 side. Alternatively, it moves to the second light receiving element 232, 242 side.

そのため、第1絶対位置演算部221及び第2絶対位置演算部222は、それぞれ、2つの受光素子231、241、232、242で光電変換された信号を差動増幅器253、263で差増増幅することで、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と同様な、図11に示すような、フォーカス信号を得ることができる。 Therefore, the first absolute position calculation unit 221 and the second absolute position calculation unit 222 differentially amplify the signals photoelectrically converted by the two light receiving elements 231, 241, 232, and 242 by the differential amplifiers 253 and 263, respectively. As a result, it is possible to obtain a focus signal as shown in FIG. 11, which is similar to the displacement detection device 1 according to the first embodiment.

その他の構成は、第1の実施の形態に係る変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このようなナイフエッジ法を用いた構成を有する変位検出装置201によっても、上述した第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。 Since other configurations are the same as those of the displacement detection device 1 according to the first embodiment, their description will be omitted. The displacement detection device 201 having such a configuration using the knife edge method can also obtain the same operation and effect as the displacement detection device 1 according to the above-described first embodiment.

4.第4の実施の形態例
次に、図12及び図13を参照して第4の実施の形態例に係る変位検出装置について説明する。
図12は、第4の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。図13は、第4の実施の形態例に係る変位検出装置における第1受光側導光部材及び第2受光側導光部材の受光面に照射される照射像の例を示す説明図である。
4. Example of Fourth Embodiment Next, the displacement detection device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the fourth embodiment. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of an irradiation image irradiated on the light receiving surfaces of the first light receiving side light guide member and the second light receiving side light guide member in the displacement detection device according to the fourth embodiment.

この第4の実施の形態例に係る変位検出装置301は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1における光源11、第1の受光部18及び第2の受光部19をヘッド2の外側に配置したものである。そのため、ここでは、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。 The displacement detection device 301 according to the fourth embodiment has a head 2 with a light source 11, a first light receiving unit 18, and a second light receiving unit 19 in the displacement detection device 1 according to the first embodiment. It is placed on the outside. Therefore, here, the same reference numerals are given to the parts common to the displacement detection device 1 according to the first embodiment, and duplicate description will be omitted.

図12に示すように、変位検出装置301は、光源11と、ヘッド302と、第1受光ユニット325と、第2受光ユニット326と、厚み検出部3とを有している。ヘッド302には、第1レンズ12と、分離光学系13と、対物レンズ14と、第2レンズ15と、非点収差発生部16と、分割光学系17が配置されている。 As shown in FIG. 12, the displacement detection device 301 includes a light source 11, a head 302, a first light receiving unit 325, a second light receiving unit 326, and a thickness detecting unit 3. The head 302 is arranged with a first lens 12, a separation optical system 13, an objective lens 14, a second lens 15, an astigmatism generating unit 16, and a split optical system 17.

また、変位検出装置301は、照射側導光部材304と、第1受光側導光部材305と、第2受光側導光部材306とを有している。照射側導光部材304は、例えば、光ファイバにより構成されている。照射側導光部材304は、光源11から照射された光Lをヘッド302の第1レンズ12まで導光する。 Further, the displacement detection device 301 includes an irradiation side light guide member 304, a first light receiving side light guide member 305, and a second light receiving side light guide member 306. The irradiation side light guide member 304 is made of, for example, an optical fiber. The irradiation side light guide member 304 guides the light L emitted from the light source 11 to the first lens 12 of the head 302.

第1受光側導光部材305は、分割光学系17によって反射された第1反射光L1を第1の受光部18まで導光する。そして、第2受光側導光部材306は、分割光学系17を透過した第2反射光L2を第2の受光部19まで導光する。また、第1受光側導光部材305と第1の受光部18で第1受光ユニット325を構成し、第2受光側導光部材306と第2の受光部19で第2受光ユニット326を構成している。そのため、第1受光側導光部材305における光を受光する受光面が、第1受光ユニット325の受光面となる。また、第2受光側導光部材306における光を受光する受光面が、第2受光ユニット326の受光面となる。 The first light receiving side light guide member 305 guides the first reflected light L1 reflected by the split optical system 17 to the first light receiving unit 18. Then, the second light receiving side light guide member 306 guides the second reflected light L2 transmitted through the split optical system 17 to the second light receiving unit 19. Further, the first light receiving side light guide member 305 and the first light receiving unit 18 form a first light receiving unit 325, and the second light receiving side light guide member 306 and the second light receiving unit 19 form a second light receiving unit 326. is doing. Therefore, the light receiving surface of the first light receiving side light guide member 305 that receives light becomes the light receiving surface of the first light receiving unit 325. Further, the light receiving surface of the second light receiving side light guide member 306 that receives light becomes the light receiving surface of the second light receiving unit 326.

第1受光側導光部材305の受光面と分割光学系17の間隔h1は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1における第1の受光部18の受光面と分割光学系17の間隔h1と等しく設定されている。そのため、第1受光側導光部材305の受光面には、第1反射光L1の照射像P1が結像され、第2反射光L2は発散する。そのため、第1受光側導光部材305は、第1反射光L1を第1の受光部18まで導光することができる。 The distance h1 between the light receiving surface of the first light receiving side light guide member 305 and the split optical system 17 is the light receiving surface of the first light receiving unit 18 and the split optical system 17 in the displacement detection device 1 according to the first embodiment. It is set to be equal to the interval h1. Therefore, the irradiation image P1 of the first reflected light L1 is formed on the light receiving surface of the first light receiving side light guide member 305, and the second reflected light L2 is diverged. Therefore, the first light receiving side light guide member 305 can guide the first reflected light L1 to the first light receiving unit 18.

第2受光側導光部材306の受光面と分割光学系17の間隔h2は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1における第2の受光部19の受光面と分割光学系17の間隔h1と等しく設定されている。そのため、第2受光側導光部材306の受光面には、第2反射光L2の照射像P2が結像され、第1反射光L1は発散する。そのため、第2受光側導光部材306は、第2反射光L2を第2の受光部19まで導光することができる。 The distance h2 between the light receiving surface of the second light receiving side light guide member 306 and the split optical system 17 is the light receiving surface of the second light receiving unit 19 and the split optical system 17 in the displacement detection device 1 according to the first embodiment. It is set to be equal to the interval h1. Therefore, the irradiation image P2 of the second reflected light L2 is formed on the light receiving surface of the second light receiving side light guide member 306, and the first reflected light L1 is diverged. Therefore, the second light receiving side light guide member 306 can guide the second reflected light L2 to the second light receiving unit 19.

図13に示すように、第1受光側導光部材305及び第2受光側導光部材306は、それぞれ第1光ファイバ321と、第2光ファイバ322と、第3光ファイバ323と、第4光ファイバ324とを有している。第1光ファイバ321、第2光ファイバ322、第3光ファイバ323、第4光ファイバ324は、光の光軸周りに配置されている。第1光ファイバ321と第2光ファイバ322は、光軸を挟んで対向しており、第3光ファイバ323と第4光ファイバ324は、光軸を挟んで対向している。 As shown in FIG. 13, the first light receiving side light guide member 305 and the second light receiving side light guide member 306 are the first optical fiber 321 and the second optical fiber 322, the third optical fiber 323, and the fourth, respectively. It has an optical fiber 324. The first optical fiber 321 and the second optical fiber 322, the third optical fiber 323, and the fourth optical fiber 324 are arranged around the optical axis of light. The first optical fiber 321 and the second optical fiber 322 face each other with the optical axis interposed therebetween, and the third optical fiber 323 and the fourth optical fiber 324 face each other with the optical axis interposed therebetween.

第1光ファイバ321における光の出射端は、受光部18、19の第1受光素子31、41(図6B、図7B参照)に対向している。第2光ファイバ322における光の出射端は、受光部18、19の第2受光素子32、42に対向し、第3光ファイバ323における光の出射端は、受光部18、19の第3受光素子33、43に対向している。そして、第4光ファイバ324は、受光部18、19の第4受光素子34、44に対向している。 The light emitting end of the first optical fiber 321 faces the first light receiving elements 31 and 41 (see FIGS. 6B and 7B) of the light receiving units 18 and 19. The light emitting end of the second optical fiber 322 faces the second light receiving elements 32 and 42 of the light receiving units 18 and 19, and the light emitting end of the third optical fiber 323 is the third light receiving end of the light receiving units 18 and 19. It faces the elements 33 and 43. The fourth optical fiber 324 faces the fourth light receiving elements 34 and 44 of the light receiving units 18 and 19.

表面T1や、裏面T2の高さ方向Zの絶対位置が変化すると、第1受光側導光部材305や第2受光側導光部材306の受光面に照射される第1反射光L1の照射像P1や第2反射光L2の照射像P2は、第1光ファイバ321及び第2光ファイバ322側に延びた楕円形、または第3光ファイバ323及び第4光ファイバ324側に延びた楕円形に変化する。 An irradiation image of the first reflected light L1 that is applied to the light receiving surfaces of the first light receiving side light guide member 305 and the second light receiving side light guide member 306 when the absolute positions of the front surface T1 and the back surface T2 in the height direction Z change. The irradiation image P2 of P1 and the second reflected light L2 has an elliptical shape extending toward the first optical fiber 321 and the second optical fiber 322, or an elliptical shape extending toward the third optical fiber 323 and the fourth optical fiber 324. Change.

その他の構成は、第1の実施の形態に係る変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置301によっても、上述した第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。 Since other configurations are the same as those of the displacement detection device 1 according to the first embodiment, their description will be omitted. The displacement detection device 301 having such a configuration can also obtain the same effects as the displacement detection device 1 according to the first embodiment described above.

この第4の実施の形態例に係る変位検出装置401によれば、熱源となる光源11を他の部材から離すことができる。また、ヘッド302から離れた場所で、光源11や第1の受光部18及び第2の受光部19のメンテナンスが可能となり、作業性が向上する。さらに、外部からの強磁界によって光や、第1の受光部18や、第2の受光部19に与える影響を防止することができる。 According to the displacement detection device 401 according to the fourth embodiment, the light source 11 as a heat source can be separated from other members. In addition, maintenance of the light source 11, the first light receiving unit 18, and the second light receiving unit 19 becomes possible at a place away from the head 302, and workability is improved. Further, it is possible to prevent the light and the influence on the first light receiving unit 18 and the second light receiving unit 19 due to the strong magnetic field from the outside.

5.第5の実施の形態例
次に、図14を参照して第5の実施の形態例に係る変位検出装置について説明する。
図14は、第5の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
5. Example of Fifth Embodiment Next, the displacement detection device according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the fifth embodiment.

この第5の実施の形態例に係る変位検出装置401は、第4の実施の形態例に係る変位検出装置301と同様に、第3の実施の形態例に係る変位検出装置201における光源211、第1の受光部218及び第2の受光部219をヘッド202の外側に配置してものである。そのため、ここでは、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1及び第3の実施の形態例に係る変位検出装置201と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 The displacement detection device 401 according to the fifth embodiment is the light source 211 in the displacement detection device 201 according to the third embodiment, similarly to the displacement detection device 301 according to the fourth embodiment. The first light receiving unit 218 and the second light receiving unit 219 are arranged outside the head 202. Therefore, here, the parts common to the displacement detection device 1 according to the first embodiment and the displacement detection device 201 according to the third embodiment are designated by the same reference numerals and duplicated description will be given. Omit.

図14に示すように、変位検出装置401は、光源211と、ヘッド402と、第1受光ユニット425と、第2受光ユニット426と、厚み検出部203とを有している。ヘッド402には、第1レンズ212と、分離光学系213と、対物レンズ214と、第2レンズ215と、分割光学系217と、第1ナイフエッジ226と、第2ナイフエッジ227が配置されている。 As shown in FIG. 14, the displacement detection device 401 includes a light source 211, a head 402, a first light receiving unit 425, a second light receiving unit 426, and a thickness detecting unit 203. A first lens 212, a separation optical system 213, an objective lens 214, a second lens 215, a split optical system 217, a first knife edge 226, and a second knife edge 227 are arranged on the head 402. There is.

また、変位検出装置401は、照射側導光部材404と、第1受光側導光部材405と、第2受光側導光部材406とを有している。照射側導光部材404は、例えば、光ファイバにより構成されている。照射側導光部材404は、光源211から照射された光Lをヘッド402の第1レンズ212まで導光する。 Further, the displacement detection device 401 includes an irradiation side light guide member 404, a first light receiving side light guide member 405, and a second light receiving side light guide member 406. The irradiation side light guide member 404 is made of, for example, an optical fiber. The irradiation side light guide member 404 guides the light L emitted from the light source 211 to the first lens 212 of the head 402.

第1受光側導光部材405は、第1反射光L1を第1の受光部218まで導光し、第2受光側導光部材406は、第2反射光L2を第2の受光部219まで導光する。また、第1受光側導光部材405と第1の受光部218で第1受光ユニット425を構成し、第2受光側導光部材406と第2の受光部219で第2受光ユニット426を構成している。 The first light receiving side light guide member 405 guides the first reflected light L1 to the first light receiving unit 218, and the second light receiving side light guide member 406 guides the second reflected light L2 to the second light receiving unit 219. Guide light. Further, the first light receiving side light guide member 405 and the first light receiving unit 218 constitute the first light receiving unit 425, and the second light receiving side light guide member 406 and the second light receiving unit 219 form the second light receiving unit 426. is doing.

第1受光側導光部材405は、第1光ファイバ431と、第2光ファイバ432と、三角形状の反射プリズム433とを有している。反射プリズム433の頂点は、分割光学系217で反射された第1反射光L1の光軸と一致している。また、反射プリズム433の頂点を間に挟んで配置される2つの反射面は、被測定物Tの表面T1の高さ方向に変位した際に移動する照射像の移動方向に沿って配置されている。 The first light receiving side light guide member 405 includes a first optical fiber 431, a second optical fiber 432, and a triangular reflection prism 433. The apex of the reflection prism 433 coincides with the optical axis of the first reflected light L1 reflected by the split optical system 217. Further, the two reflecting surfaces arranged with the apex of the reflecting prism 433 sandwiched between them are arranged along the moving direction of the irradiation image that moves when the surface T1 of the object to be measured is displaced in the height direction. There is.

第1光ファイバ431及び第2光ファイバ432における光を受光する受光面は、反射プリズム433を間に挟んで対向している。また、第1光ファイバ431における光の出射端は、第1の受光部218の第1受光素子231(図10参照)と対向し、第2光ファイバ432における光の出射端は、第1の受光部218の第2受光素子232(図10参照)と対向している。 The light receiving surfaces of the first optical fiber 431 and the second optical fiber 432 that receive light face each other with the reflection prism 433 in between. Further, the light emitting end of the first optical fiber 431 faces the first light receiving element 231 (see FIG. 10) of the first light receiving unit 218, and the light emitting end of the second optical fiber 432 is the first. It faces the second light receiving element 232 (see FIG. 10) of the light receiving unit 218.

第2受光側導光部材406は、第1受光側導光部材405と同様に、第1光ファイバ441と、第2光ファイバ442と、三角形状の反射プリズム443とを有している。反射プリズム443の頂点は、分割光学系217を透過した第2反射光L2の光軸と一致している。また、反射プリズム443の頂点を間に挟んで配置される2つの反射面は、被測定物Tの裏面T2の高さ方向に変位した際に移動する照射像の移動方向に沿って配置されている。 The second light receiving side light guide member 406 has a first optical fiber 441, a second optical fiber 442, and a triangular reflection prism 443, similarly to the first light receiving side light guide member 405. The apex of the reflection prism 443 coincides with the optical axis of the second reflected light L2 transmitted through the split optical system 217. Further, the two reflecting surfaces arranged with the apex of the reflecting prism 443 sandwiched between them are arranged along the moving direction of the irradiation image that moves when the back surface T2 of the object T to be measured is displaced in the height direction. There is.

第1光ファイバ441及び第2光ファイバ442における光を受光する受光面は、反射プリズム443を間に挟んで対向している。また、第1光ファイバ441における光の出射端は、第2の受光部219の第1受光素子241(図10参照)と対向し、第2光ファイバ442における光の出射端は、第2の受光部219の第2受光素子242(図10参照)と対向している。 The light receiving surfaces of the first optical fiber 441 and the second optical fiber 442 that receive light face each other with the reflection prism 443 in between. Further, the light emitting end of the first optical fiber 441 faces the first light receiving element 241 (see FIG. 10) of the second light receiving unit 219, and the light emitting end of the second optical fiber 442 is the second light receiving end. It faces the second light receiving element 242 (see FIG. 10) of the light receiving unit 219.

その他の構成は、第3の実施の形態に係る変位検出装置201と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置401によっても、上述した第3の実施の形態例に係る変位検出装置201や第4の実施の形態例に係る変位検出装置301と同様の作用効果を得ることができる。 Since other configurations are the same as those of the displacement detection device 201 according to the third embodiment, their description will be omitted. The displacement detection device 401 having such a configuration also obtains the same effects as the displacement detection device 201 according to the third embodiment and the displacement detection device 301 according to the fourth embodiment described above. Can be done.

6.第6の実施の形態例
次に、図15を参照して第6の実施の形態例に係る変位検出装置について説明する。
図15は、第6の実施の形態例に係る変位検出装置の構成を示す概略構成図である。
6. Example of Sixth Embodiment Next, the displacement detection device according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the displacement detection device according to the sixth embodiment.

この第6の実施の形態例に係る変位検出装置501は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1のヘッド2を用いて、高さ方向Zと直交する方向、すなわち被測定物の表面や裏面と平行する横方向Xの絶対位置を検出する装置である。そのため、ここでは、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。 The displacement detection device 501 according to the sixth embodiment uses the head 2 of the displacement detection device 1 according to the first embodiment, and is in a direction orthogonal to the height direction Z, that is, an object to be measured. It is a device that detects the absolute position of the lateral direction X parallel to the front surface and the back surface. Therefore, here, the same reference numerals are given to the parts common to the displacement detection device 1 according to the first embodiment, and duplicate description will be omitted.

図15に示すように、変位検出装置501は、ヘッド2と、変位測定部503と、スケール505とを有している。ヘッド2とスケール505は、互いに対向しており、少なくとも一方が横方向Xに移動可能に配置されている。なお、ヘッド2の構成は、第1の実施の形態例に係る変位検出装置1のヘッド2と同一であるため、ここではその説明は省略する。 As shown in FIG. 15, the displacement detection device 501 includes a head 2, a displacement measurement unit 503, and a scale 505. The head 2 and the scale 505 face each other, and at least one of them is arranged so as to be movable in the lateral direction X. Since the configuration of the head 2 is the same as that of the head 2 of the displacement detection device 1 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted here.

スケール505は、略平板状に形成されている。スケール505は、ヘッド2と対向する表面505aと、表面505aと対向する裏面505bとを有している。スケール505は、ヘッド2から照射された光Lを透過可能な部材で形成されている。さらに、スケール505は、ヘッド2から照射された光Lを表面505a及び裏面505bで反射する。 The scale 505 is formed in a substantially flat plate shape. The scale 505 has a front surface 505a facing the head 2 and a back surface 505b facing the front surface 505a. The scale 505 is made of a member capable of transmitting the light L emitted from the head 2. Further, the scale 505 reflects the light L emitted from the head 2 on the front surface 505a and the back surface 505b.

表面505a及び裏面505bは、互いに対向する方向である高さ方向Zと直交する横方向Xと略平行に配置されている。スケール505の高さ方向Zの厚みA1、すなわち表面505aと裏面505bの間隔は、横方向Xに沿って連続的に一定の傾斜、又は段階的に変化している。 The front surface 505a and the back surface 505b are arranged substantially parallel to the lateral direction X orthogonal to the height direction Z, which is a direction facing each other. The thickness A1 of the scale 505 in the height direction Z, that is, the distance between the front surface 505a and the back surface 505b is continuously constantly inclined or gradually changed along the lateral direction X.

変位測定部503は、第1絶対位置演算部521と、第2絶対位置演算部522と、比較器523と、変位変換器524とを有している。 The displacement measuring unit 503 includes a first absolute position calculation unit 521, a second absolute position calculation unit 522, a comparator 523, and a displacement converter 524.

第1絶対位置演算部521は、第1の受光部18で光電変換された信号に基づいて、スケール505の表面505aにおける高さ方向Zの絶対位置情報を演算する。第2絶対位置演算部522は、第2の受光部19で光電変換された信号に基づいてスケール505の裏面505bにおける高さ方向Zの絶対位置情報を演算する。なお、第1絶対位置演算部521及び第2絶対位置演算部522における表面505a及び裏面505bの絶対位置情報の演算方法は、第1の実施の形態例に係る第1絶対位置演算部21及び第2絶対位置演算部22における被測定物Tの表面T1及び裏面T2の絶対位置情報の演算方法と同一である。 The first absolute position calculation unit 521 calculates the absolute position information in the height direction Z on the surface 505a of the scale 505 based on the signal photoelectrically converted by the first light receiving unit 18. The second absolute position calculation unit 522 calculates the absolute position information in the height direction Z on the back surface 505b of the scale 505 based on the signal photoelectrically converted by the second light receiving unit 19. The method of calculating the absolute position information of the front surface 505a and the back surface 505b in the first absolute position calculation unit 521 and the second absolute position calculation unit 522 is the first absolute position calculation unit 21 and the first absolute position calculation unit 21 according to the first embodiment. 2 It is the same as the calculation method of the absolute position information of the front surface T1 and the back surface T2 of the object T to be measured in the absolute position calculation unit 22.

比較器523は、第1絶対位置演算部521で演算されたスケール505の表面505aの絶対位置情報と、第2絶対位置演算部522で演算されたスケール505の裏面505bの絶対位置情報の差からスケール505の厚みA2を演算する。そして、比較器523は、変位変換器524に接続されており、演算したスケール505の厚みA2情報を変位変換器524に出力する。 The comparator 523 is based on the difference between the absolute position information of the front surface 505a of the scale 505 calculated by the first absolute position calculation unit 521 and the absolute position information of the back surface 505b of the scale 505 calculated by the second absolute position calculation unit 522. The thickness A2 of the scale 505 is calculated. Then, the comparator 523 is connected to the displacement converter 524, and outputs the calculated thickness A2 information of the scale 505 to the displacement converter 524.

変位変換器524には、スケール505における厚みA2情報とスケール505の横方向Xにおける絶対位置情報とを対向付けしたテーブルが格納されている。変位変換器524は、予め格納されたテーブルを参照し、比較器523から出力されたスケール505の厚みA2情報を、横方向Xの絶対位置情報に変換する。これにより、この第6の実施の形態例に係る変位検出装置501によれば、スケール505の厚みA2からスケール505の横方向Xの絶対位置を検出することができる。 The displacement transducer 524 stores a table in which the thickness A2 information on the scale 505 and the absolute position information on the scale 505 in the lateral direction X are opposed to each other. The displacement transducer 524 refers to the table stored in advance and converts the thickness A2 information of the scale 505 output from the comparator 523 into the absolute position information in the lateral direction X. As a result, according to the displacement detection device 501 according to the sixth embodiment, the absolute position of the scale 505 in the lateral direction X can be detected from the thickness A2 of the scale 505.

例えば、スケール505の厚みA2を1mmとし、表面505aを横方向Xに10μm/mmの傾斜を持たせた場合について説明する。すなわち、スケール505は、横方向Xに1mm変位すると、厚みA2は、10μm変化する。この場合、フォーカス信号の検出範囲を±50μmとすることで、横方向Xの測定範囲の長さは10mmとなる。このときの高さ方向Zの検出分解能は、フォーカス信号検出範囲の1/10000である5nm程度になり、横方向Xの検出分解能は0.5μmとなる。 For example, a case where the thickness A2 of the scale 505 is 1 mm and the surface 505a is provided with an inclination of 10 μm / mm in the lateral direction X will be described. That is, when the scale 505 is displaced by 1 mm in the lateral direction X, the thickness A2 changes by 10 μm. In this case, by setting the detection range of the focus signal to ± 50 μm, the length of the measurement range in the lateral direction X becomes 10 mm. At this time, the detection resolution in the height direction Z is about 5 nm, which is 1/10000 of the focus signal detection range, and the detection resolution in the lateral direction X is 0.5 μm.

その他の構成は、第1の実施の形態に係る変位検出装置1と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する変位検出装置501によっても、上述した第1の実施の形態例に係る変位検出装置1と同様の作用効果を得ることができる。 Since other configurations are the same as those of the displacement detection device 1 according to the first embodiment, their description will be omitted. The displacement detection device 501 having such a configuration can also obtain the same effects as the displacement detection device 1 according to the first embodiment described above.

なお、第6の実施の形態例に係る変位検出装置501のヘッドとしては、第2〜第4の実施の形態例に係る変位検出装置101〜401のヘッドを用いてもよい。 As the head of the displacement detection device 501 according to the sixth embodiment, the heads of the displacement detection devices 101 to 401 according to the second to fourth embodiments may be used.

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。上述した実施の形態例では、光源から照射される光は、気体中だけでなく、液体中又は真空中の空間を飛ばして光を供給するようにしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention described in the claims. In the above-described embodiment, the light emitted from the light source may be supplied by flying not only in a gas but also in a space in a liquid or a vacuum.

さらに、上述した実施の形態例に係る変位検出装置では、被測定物の表面と裏面の絶対位置情報から被測定物の厚さを測定する例を説明したが、これに限定されるものではない。本発明の変位検出装置は、例えば、被測定物における互いに対向する任意の2つの面の絶対位置情報から2つの面の間隔を測定してもよい。 Further, in the displacement detection device according to the above-described embodiment, an example of measuring the thickness of the object to be measured from the absolute position information of the front surface and the back surface of the object to be measured has been described, but the present invention is not limited to this. .. The displacement detection device of the present invention may, for example, measure the distance between two surfaces from the absolute position information of any two surfaces facing each other in the object to be measured.

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。 Although words such as "parallel" and "orthogonal" have been used in the present specification, these do not mean only strict "parallel" and "orthogonal", but include "parallel" and "orthogonal". Further, it may be in a "substantially parallel" or "substantially orthogonal" state within a range in which the function can be exhibited.

1…変位検出装置、 2…ヘッド、 3…厚み検出部、 11…光源、 12…第1レンズ、 13…分離光学系、 14…対物レンズ、 15…第2レンズ(集光レンズ)、 16…非点収差発生部、 17…分割光学系、 18…第1の受光部(第1受光ユニット)、 19…第2の受光部(第2受光ユニット)、 21…第1絶対位置演算部、 22…第2絶対位置演算部、 23…比較器、 31、32、33、34、41、42、43、44…受光素子、 226…第1ナイフエッジ、 227…第2ナイフエッジ、 304…照射側導光部材、 305…第1受光側導光部材、 306…第2受光側導光部材、 325…第1受光ユニット、 326…第2受光ユニット、 505…スケール、 505a…表面(第1の面)、 505b…裏面(第2の面)、 524…変位変換器、 A1…厚み、 f1…焦点位置、 L…光、 L1…第1反射光、、 L2…第2反射光、 P1、P2…照射像、 T…被測定物、 T1…表面(第1の面)、 T2…裏面(第2の面)、 X…横方向、 Z…高さ方向 1 ... displacement detection device, 2 ... head, 3 ... thickness detector, 11 ... light source, 12 ... first lens, 13 ... separation optical system, 14 ... objective lens, 15 ... second lens (condensing lens), 16 ... Non-point aberration generating unit, 17 ... Split optical system, 18 ... First light receiving unit (first light receiving unit), 19 ... Second light receiving unit (second light receiving unit), 21 ... First absolute position calculation unit, 22 ... 2nd absolute position calculation unit, 23 ... Comparer, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44 ... Light receiving element, 226 ... 1st knife edge, 227 ... 2nd knife edge, 304 ... Irradiation side Light guide member, 305 ... 1st light receiving side light guide member, 306 ... 2nd light receiving side light guide member, 325 ... 1st light receiving unit, 326 ... 2nd light receiving unit, 505 ... Scale, 505a ... Surface (first surface) ), 505b ... Back surface (second surface), 524 ... Displacement converter, A1 ... Thickness, f1 ... Focus position, L ... Light, L1 ... First reflected light ,, L2 ... Second reflected light, P1, P2 ... Irradiation image, T ... object to be measured, T1 ... front surface (first surface), T2 ... back surface (second surface), X ... lateral direction, Z ... height direction

Claims (10)

光源と、
前記光源から出射された光を被測定物に向けて集光させる対物レンズと、
前記被測定物の第1の面で反射された第1反射光及び前記被測定物の前記第1の面と対向する第2の面で反射された第2反射光の光路を、前記光源から出射された前記光の光路と分離させる分離光学系と、
前記分離光学系により前記光源から出射された前記光の光路と分離された前記第1反射光及び前記第2反射光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズによって集光された前記第1反射光及び前記第2反射光に非点収差を発生させる非点収差発生部と、
前記非点収差発生部により非点収差が発生した前記第1反射光と前記第2反射光が重なり合った光を2つに分割する分割光学系と、
前記分割光学系により2つに分割された光から前記第1反射光を受光する第1受光ユニットと、
前記分割光学系により2つに分割された光から前記第2反射光を受光する第2受光ユニットと、
前記第1受光ユニットが受光した前記第1反射光の光量に基づいて前記被測定物の前記第1の面における前記第1の面と前記第2の面が対向する方向である高さ方向の絶対位置情報を演算する第1絶対位置演算部と、
前記第2受光ユニットが受光した前記第2反射光の光量に基づいて前記被測定物の前記第2の面における高さ方向の絶対位置情報を演算する第2絶対位置演算部と、
前記第1絶対位置演算部が演算した前記第1の面の絶対位置情報と前記第2絶対位置演算部が演算した前記第2の面の絶対位置情報との差分から前記被測定物における前記第1の面と前記第2の面の高さ方向の間隔を演算する比較器と、を備え、
前記第1絶対位置演算部と前記第2絶対位置演算部は、互いに同期して前記第1の面の絶対位置情報と前記第2の面の前記絶対位置情報を演算し、
前記第1反射光と第2反射光は、前記分離光学系、前記集光レンズ、前記非点収差発生部及び前記分割光学系を共有し、同じ前記分離光学系、前記集光レンズ、前記非点収差発生部及び前記分割光学系を通過する
変位検出装置。
Light source and
An objective lens that collects the light emitted from the light source toward the object to be measured, and
The optical path of the first reflected light reflected by the first surface of the object to be measured and the second reflected light reflected by the second surface facing the first surface of the object to be measured is transmitted from the light source. A separation optical system that separates the emitted light from the optical path,
A condenser lens that collects the first reflected light and the second reflected light separated from the optical path of the light emitted from the light source by the separation optical system.
An astigmatism generating portion that causes astigmatism in the first reflected light and the second reflected light collected by the condensing lens, and
A split optical system that divides the light in which the first reflected light and the second reflected light, in which astigmatism is generated by the astigmatism generating portion, into two.
A first light receiving unit that receives the first reflected light from the light divided into two by the divided optical system, and a first light receiving unit.
A second light receiving unit that receives the second reflected light from the light divided into two by the divided optical system, and a second light receiving unit.
In the height direction in which the first surface and the second surface of the first surface of the object to be measured face each other based on the amount of the first reflected light received by the first light receiving unit. The first absolute position calculation unit that calculates absolute position information,
A second absolute position calculation unit that calculates absolute position information in the height direction of the second surface of the object to be measured based on the amount of the second reflected light received by the second light receiving unit.
The first in the object to be measured is based on the difference between the absolute position information of the first surface calculated by the first absolute position calculation unit and the absolute position information of the second surface calculated by the second absolute position calculation unit. A comparator for calculating the distance between the first surface and the second surface in the height direction is provided.
The first absolute position calculation unit and the second absolute position calculation unit calculate the absolute position information of the first surface and the absolute position information of the second surface in synchronization with each other.
The first reflected light and the second reflected light share the separation optical system, the condensing lens, the astigmatism generating portion, and the dividing optical system, and the same separation optical system, the condensing lens, and the non-pointing optical system. A displacement detection device that passes through the astigmatism generating portion and the divided optical system.
前記第1受光ユニットの受光面は、前記第1反射光の照射像が前記第1受光ユニットの受光面で結像され、前記第2反射光が発散する位置に配置され、
前記第2受光ユニットの受光面は、前記第2反射光の照射像が前記第2受光ユニットの受光面で結像され、前記第1反射光が発散する位置に配置される
請求項1に記載の変位検出装置。
The light receiving surface of the first light receiving unit is arranged at a position where an irradiation image of the first reflected light is formed on the light receiving surface of the first light receiving unit and the second reflected light is emitted.
The first aspect of the present invention, wherein the light receiving surface of the second light receiving unit is arranged at a position where an irradiation image of the second reflected light is formed on the light receiving surface of the second light receiving unit and the first reflected light is diverged. Displacement detector.
前記対物レンズを当該対物レンズの光軸方向に移動可能に支持するレンズ保持部を有し、
前記レンズ保持部は、測定する際は前記対物レンズを所定の位置で固定する
請求項1又は2に記載の変位検出装置。
It has a lens holding portion that supports the objective lens so as to be movable in the optical axis direction of the objective lens.
The displacement detection device according to claim 1 or 2, wherein the lens holding portion fixes the objective lens at a predetermined position when measuring.
前記第1受光ユニットの受光面及び前記第2受光ユニットの受光面のうち少なくとも一方は、前記分割光学系から出射される光の光軸方向に沿って移動可能に支持される
請求項1から3のいずれか1項に記載の変位検出装置。
Wherein at least one of the light receiving surface of the light receiving surface and the second light receiving unit of the first light receiving unit 3 from claim 1, which is supported movably along the optical axis direction of the light emitted from the splitting optical system The displacement detection device according to any one of the above items.
前記非点収差発生部は、前記集光レンズから出射される前記第1反射光及び前記第2反射光の光路に対して斜めに配置された透明は基板、又はシリンドリカルレンズである
請求項1から4のいずれか1項に記載の変位検出装置。
The astigmatism generating unit claims 1 transparent arranged obliquely a substrate, or a cylindrical lens with respect to the optical path of the first reflected light and the second reflected light is emitted from the condenser lens The displacement detection device according to any one of 4.
前記対物レンズには、色消し対策が施されている
請求項1から5のいずれか1項に記載の変位検出装置。
The displacement detection device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the objective lens is provided with an achromatic measure.
前記第1絶対位置演算部は、演算した前記第1の面の絶対位置情報を前記第1受光ユニットで得られる総受光量で割り、
前記第2絶対位置演算部は、演算した前記第2の面の絶対位置情報を前記第2受光ユニットで得られる総受光量で割る
請求項1から6のいずれか1項に記載の変位検出装置。
The first absolute position calculation unit divides the calculated absolute position information of the first surface by the total amount of light received by the first light receiving unit.
The displacement detection device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the second absolute position calculation unit divides the calculated absolute position information of the second surface by the total light receiving amount obtained by the second light receiving unit. ..
前記第2の面には、前記第1の面を透過した前記光が反射され、
前記第2絶対位置演算部及び前記比較器のうちいずれか一方は、前記被測定物の屈折率の係数が予め代入され、
前記比較器は、前記屈折率に基づいて演算した前記被測定物における前記第1の面と前記第2の面の高さ方向の間隔を補正する
請求項1から7のいずれか1項に記載の変位検出装置。
The light transmitted through the first surface is reflected on the second surface, and the light is reflected on the second surface.
The coefficient of the refractive index of the object to be measured is substituted in advance in either one of the second absolute position calculation unit and the comparator.
The comparator according to any one of claims 1 to 7 , wherein the comparator corrects the distance between the first surface and the second surface in the height direction of the object to be measured, which is calculated based on the refractive index. Displacement detector.
前記光源から出射された光を前記対物レンズに導光する照射側導光部材と、を備え、
前記第1受光ユニットは、
複数の受光素子を有する第1の受光部と、
前記分割光学系から出射された光を前記第1の受光部まで導光する第1受光側導光部材と、を有し、
前記第2受光ユニットは、
複数の受光素子を有する第2の受光部と、
前記分割光学系から出射された光を前記第2の受光部まで導光する第2受光側導光部材と、を有する
請求項1から8のいずれか1項に記載の変位検出装置。
An irradiation-side light guide member that guides the light emitted from the light source to the objective lens is provided.
The first light receiving unit is
A first light receiving unit having a plurality of light receiving elements and
It has a first light receiving side light guide member that guides the light emitted from the split optical system to the first light receiving portion.
The second light receiving unit is
A second light receiving unit having a plurality of light receiving elements and
The displacement detection device according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a second light receiving side light guide member that guides light emitted from the split optical system to the second light receiving portion.
前記被測定物は、前記第1の面と前記第2の面の高さ方向の間隔が、高さ方向と直交する横方向に沿って連続的、又は段階的に変化するスケールであり、
前記スケールにおける前記第1の面と前記第2の面における高さ方向の間隔の情報と、前記横方向の絶対位置情報とを対応付けしたテーブルが格納された変位変換器をさらに備え、
前記変位変換器は、前記比較器で演算された前記第1の面と前記第2の面の高さ方向の間隔を前記横方向の絶対位置情報に変換し、前記スケールの前記横方向の絶対位置情報を出力する
請求項1から9のいずれか1項に記載の変位検出装置。
The object to be measured is a scale in which the distance between the first surface and the second surface in the height direction changes continuously or stepwise along the lateral direction orthogonal to the height direction.
Further provided with a displacement transducer in which a table in which information on the distance between the first surface and the second surface in the scale in the height direction and absolute position information in the lateral direction are associated with each other is stored.
The displacement converter converts the height distance between the first surface and the second surface calculated by the comparator into the absolute position information in the lateral direction, and the absolute position in the lateral direction of the scale. The displacement detection device according to any one of claims 1 to 9 , which outputs position information.
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