JPH0339605A - 光学式表面形状測定装置 - Google Patents

光学式表面形状測定装置

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JPH0339605A
JPH0339605A JP1173743A JP17374389A JPH0339605A JP H0339605 A JPH0339605 A JP H0339605A JP 1173743 A JP1173743 A JP 1173743A JP 17374389 A JP17374389 A JP 17374389A JP H0339605 A JPH0339605 A JP H0339605A
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JP
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polarized light
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polarized
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JP1173743A
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Takuji Teramoto
寺本 卓司
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Brother Industries Ltd
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Brother Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、被測定物の表面形状を光学的に測定する光学
式表面形状測定装置に関するものである。
[従来技術] 第4図は従来一般に知られる光ヘテロダイン干渉方式の
表面形状測定装置を示したものであるが、この図では光
源であるゼーマン・レーザトOOから放射された直交2
周波の光が無偏光ビームスプリッタ101で分配され、
一方の光は偏光子102を介して検出器103で2周波
のうなり(ビート)周波数として検出される。他方の光
は、偏光ビームスプリッタ104でP偏光とS偏光の光
として分配される。S偏光の光は1/4波長板105を
介して鏡106で反射され再び1/4波長板105を通
過して偏光ビームスプリッタ104に入射する。P偏光
の光は1/4波長板107を介して対物レンズ108で
集光され被測定物109に照射される。照射された光は
被測定物109で反射され、対物レンズ108.1/4
波長板107を通過して偏光ビームスプリッタ104に
入射する。再び偏光ビームスプリッタ104に入射した
2つの光は偏光子110を介して検出器111でビート
周波数として検出される。検出器103で検出された信
号と検出器111で検出された信号との間には位相差が
存在する。この位相差は被測定物109の表面形状に応
じて変化するので、位相差の変化から被測定物109の
表面形状が測定されるものである。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、かかる従来の測定装置においては、被測
定物109の表面が粗い場合、被測定物109からの反
射光の波面が乱れて、光検出器111でのビート周波数
が検出できず、被測定物109の形状を正確に測定でき
ないという問題点があった。
一方、表面が粗い被測定物の表面形状を測定できるもの
として三角測量装置もあるが、測定精度の問題があり、
また高分解能を達成しようとすると装置の大型化を招く
などの弊害があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、光ヘテロダイン干渉による光学系と三角測量
による光学系とを融合した光学系とすることにより、被
測定物の表面形状を平滑面から粗面までの広範囲に亘っ
て精度良く測定できる光学式表面形状測定装置を提供す
ることを目的としている。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するために本発明の光学式表面形状測定
装置は、直交2周波光を放射する放射光源と、直交2周
波光を分配する2周波光分配手段と、該2周波光分配手
段により分配された一方の光のうなり周波数を検出する
第1の光検出手段と、前記2周波光分配手段により分配
された他方の光をP偏光とS偏光とに分配する偏光分割
手段と、該偏光分割手段により分割されたP偏光を被測
定物面に照射する照射光学手段と、該照射光学手段によ
り被測定物面に照射されたP偏光の反射光をP1偏光と
P2偏光とに分配するP偏光分配手段と、該P偏光分配
手段により分配されたP2偏光と前記S偏光との合波に
よるうなり周波数を検出する第2の光検出手段と、前記
P偏光分配手段により分配されたP1偏光を受光し、そ
の受光位置の変動により被測定物の表面高さ位置を検出
する高さ位置検出手段とを備える。
[作用] 上記の構成を有する本発明の光学測定装置によれば、2
周波光分配手段により分配された直交2周波光のうちの
一方は第1の光検出手段によってそのうなり周波数が検
出され、他方は、偏光分割手段により更にP偏光とS偏
光とに分配される。
モしてP偏光は被測定物面に照射されるが、その反射光
は更にP偏光分配手段によってP1偏光とP2偏光とに
分配される。ここで例えば被測定物の表面が平滑であれ
ば、P2偏光と前記S偏光との合波によるうなり周波数
が第2の光検出手段によって検出され、前記した第1の
光検出手段により検出されたうなり周波数との位相差の
ズレから被測定物の表面形状が測定される。
一方被測定物の表面が粗い場合には、被測定物面に照射
されたP偏光のうちのP、偏光が高さ位置検出手段に受
光され、三角測量の原理によりその被測定物の表面粗さ
状態が測定される。
[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。
第1図は本発明にかかる光学式測定装置の概略構成を示
したもので、He−Neレーザ光源1から出射された光
は直線偏光であるがこの光は光周波数シフタ2に入射し
、このシフタ2において偏光面が直交し、かつ周波数の
異なる光、すなわち直交2周波の光として出射される。
この直交2周波光は無偏光ビームスプリッタ3で分配さ
れ、−方の光は偏光子4を通ることにより干渉を起こし
、光検出器5で2周波のビート(うなり)周波数の信号
として検出される。一方前記無偏光ビームスプリッタ3
で分配された他方の光は偏光ビームスプリッタ6でP偏
光とS偏光とに分配され、S偏光は鏡7で反射されたの
ち偏光ビームスプリッタ8に入射する。またP偏光は凸
型対物レンズ9を介して収束され、被測定物10面に照
射される。
この被測定物10面に照射された光は反射され集光レン
ズ11を介して無偏光ビームスプリッタ12に入射され
る。□そしてこの無偏光ビームスプリッタ12により更
に二つの光に分配され、一方の光(P1偏光)は位置検
出器13に入射されることにより被測定物10の表面高
さ位置が検出される。また他方の光(P2偏光)は光学
レンズ14で平行光とされ、前記偏光ビームスプリッタ
8に入射される。したがって偏光ビームスプリッタ8に
は前記したS偏光と被測定物10面で反射されてきたP
偏光とが入射されることとなり、このP2偏光とS偏光
とが合波されて次に偏光子15を通ることにより干渉光
となり、光検出器16で2周波のビート周波数の信号と
して検出される。
この場合の光検出器5及び16の出力は、例えば第2図
に示す如くであるがここで、被測定物10面に入射する
光の入射角度をθとすると、波形の1周期長は1/2波
長xcosθとなる。2信号の位相差の変化量が被測定
物10の高さの変化量に相当するので、被測定物10の
高さの変化分ΔXallは、レーザの波長をλ關1位相
差の変化分をΔφ度とすると、幾何学的な関係から次式
(1)%式% (1) 一方被測定物10の表面が粗い場合、第3図に示すよう
に、被測定物10の高さの変化に従って位置検出器13
に照射される位置が変化する。そしてこの場合の被測定
物10の高さの変化分ΔX關は、レンズ11の横倍率を
M1位置検出器13における位置の変化分をΔdmmと
すると、次式%式% (2) 本発明は以上に記述された実施例に限定されるものでは
なく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の偏光を
加えることができる。
例えば、レーザ光源1と光周波数シフタ2の代わりに、
直交2周波の光を出射できるゼーマン・レーザに置き換
えることも可能である。
[発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、光ヘテロダインによる光学系と三角測量による光学系
を融合して構成されているので、簡単な構成で平滑面か
ら粗面までの広範囲に亘って被測定物の表面形状を測定
可能とするものである。
【図面の簡単な説明】 第1図から第3図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図は本実施例が適用された光学式測定装
置の光学系を示す図、第2図は上記光学式測定装置の光
検出器からの波形信号を示す図、第3図は上記光学式測
定装置における粗面測定の原理を示す図である。 また、第4図は従来技術が適用された光学式測定装置の
光学系を示す図である。 図中、1はレーザ光源、2は光周波数シック、3は無偏
光ビームスプリッタ(2周波光分配手段)5は第1の光
検出器、6は偏光ビームスプリッタ(偏光分割手段)、
8は偏光ビームスプリッタ、9は対物レンズ(照射光学
手段)、12は無偏光ビームスプリッタ(P偏光分割手
段)、13は高さ位置検出器、16は第2の光検出器で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、直交2周波光を放射する放射光源と、 直交2周波光を分配する2周波光分配手段と、該2周波
    光分配手段により分配された一方の光のうなり周波数を
    検出する第1の光検出手段と、前記2周波光分配手段に
    より分配された他方の光をP偏光とS偏光とに分配する
    偏光分割手段と、該偏光分割手段により分割されたP偏
    光を被測定物面に照射する照射光学手段と、該照射光学
    手段により被測定物面に照射されたP偏光の反射光をP
    _1偏光とP_2偏光とに分配するP偏光分配手段と、
    該P偏光分配手段により分配されたP_2偏光と前記S
    偏光との合波によるうなり周波数を検出する第2の光検
    出手段と、前記P偏光分配手段により分配されたP_1
    偏光を受光し、その受光位置の変動により被測定物の表
    面高さ位置を検出する高さ位置検出手段とを備えること
    を特徴とする光学式表面形状測定装置。
JP1173743A 1989-07-05 1989-07-05 光学式表面形状測定装置 Pending JPH0339605A (ja)

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JP1173743A JPH0339605A (ja) 1989-07-05 1989-07-05 光学式表面形状測定装置
US07/540,708 US5076693A (en) 1989-07-05 1990-06-20 Optical contour measuring apparatus

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