JPH04296609A - 変位測定装置 - Google Patents
変位測定装置Info
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- JPH04296609A JPH04296609A JP8448091A JP8448091A JPH04296609A JP H04296609 A JPH04296609 A JP H04296609A JP 8448091 A JP8448091 A JP 8448091A JP 8448091 A JP8448091 A JP 8448091A JP H04296609 A JPH04296609 A JP H04296609A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 7
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- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料表面の三次元観察
などに用いる変位測定装置に関するものである。
などに用いる変位測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非接触で試料の三次元観察を行う装置と
しては、例えば、レーザ光を用いたレーザ顕微鏡がある
。このレーザ顕微鏡は、レーザ光を所定の光学系（対物
レンズ）を介してスポットで試料表面に照射し、試料表
面からの反射光の受光量が最大になる点が該光学系の焦
点位置に一致するようにさせておき、常に受光量が最大
になるように光学系あるいは試料位置を機械的に移動さ
せながら試料表面上を走査させることで、試料表面のラ
インプロファイル情報を得、試料表面の三次元観察を行
っている。すなわち、光学系の焦点位置より試料表面位
置がｕだけ変位しているとすると、反射光の受光量Ｔは
下記の式に従って弱くなることを利用し、受光量が最大
になる点を求めている。 −Δｔ＝｛ｓｉｎ（ｕ／２）／（ｕ／２）｝２ ・
・・式（１）
しては、例えば、レーザ光を用いたレーザ顕微鏡がある
。このレーザ顕微鏡は、レーザ光を所定の光学系（対物
レンズ）を介してスポットで試料表面に照射し、試料表
面からの反射光の受光量が最大になる点が該光学系の焦
点位置に一致するようにさせておき、常に受光量が最大
になるように光学系あるいは試料位置を機械的に移動さ
せながら試料表面上を走査させることで、試料表面のラ
インプロファイル情報を得、試料表面の三次元観察を行
っている。すなわち、光学系の焦点位置より試料表面位
置がｕだけ変位しているとすると、反射光の受光量Ｔは
下記の式に従って弱くなることを利用し、受光量が最大
になる点を求めている。 −Δｔ＝｛ｓｉｎ（ｕ／２）／（ｕ／２）｝２ ・
・・式（１）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来のレーザ顕微鏡を用いた変位測定装置では、
光学系あるいは試料位置を機械的に移動させて焦点位置
を求めて変位量ｕを検出する必要があり、特に三次元観
察においてラインプロファイルを得る場合には、常に焦
点位置を求めながら試料表面上の走査が必要となり、機
械的な検出精度が要求されると共に検出速度が制限され
てしまう。また、試料が焦点位置にあるか否か、すなわ
ちｕ＝０か否かの判断はできるが、変位量ｕの正確な検
出ができない等の問題点があった。本発明はかかる課題
を解決するためになされたもので、機械的な移動機構を
持たず変位量ｕの正確な検出が行える変位測定装置を得
ることを目的としている。
点は、従来のレーザ顕微鏡を用いた変位測定装置では、
光学系あるいは試料位置を機械的に移動させて焦点位置
を求めて変位量ｕを検出する必要があり、特に三次元観
察においてラインプロファイルを得る場合には、常に焦
点位置を求めながら試料表面上の走査が必要となり、機
械的な検出精度が要求されると共に検出速度が制限され
てしまう。また、試料が焦点位置にあるか否か、すなわ
ちｕ＝０か否かの判断はできるが、変位量ｕの正確な検
出ができない等の問題点があった。本発明はかかる課題
を解決するためになされたもので、機械的な移動機構を
持たず変位量ｕの正確な検出が行える変位測定装置を得
ることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる変位測定
装置は、試料表面にコヒーレントなスポット光を照射し
て試料表面からの反射光を偏光フィルタと複屈折板とを
用い２つの偏光成分の光路長に僅かな差を生じさせた反
射光を生成し、この反射光の結像面近傍に光軸付近の光
だけを通過させるフィルタ設置し、このフィルタを通過
した反射光を偏光分離フィルタを用いて２つの偏光成分
を分離してそれぞれ光検出器で受け、各光検出器からの
検出信号の差により試料の変位量を算出する手段を設け
たことを最も主要な特徴としている。
装置は、試料表面にコヒーレントなスポット光を照射し
て試料表面からの反射光を偏光フィルタと複屈折板とを
用い２つの偏光成分の光路長に僅かな差を生じさせた反
射光を生成し、この反射光の結像面近傍に光軸付近の光
だけを通過させるフィルタ設置し、このフィルタを通過
した反射光を偏光分離フィルタを用いて２つの偏光成分
を分離してそれぞれ光検出器で受け、各光検出器からの
検出信号の差により試料の変位量を算出する手段を設け
たことを最も主要な特徴としている。
【０００５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は本発明の一実施例を示す図で、図において
、１は光源で、空間的にコヒーレントなレーザ，スーパ
ールミネッセントダイオード，ピンホールを前においた
ＬＥＤなどが用いられる。２は光源１からの出射光で、
この出射光２はビームスプリッタ５を通過して、対物レ
ンズ３で収束されてから試料４へ照射され、試料４表面
上に光スポットを形成する。そして、この光スポットか
らの反射光６が再び対物レンズ３を通り、今度はビーム
スプリッタ５で反射して偏光フィルタ７へ入射され、こ
の偏光フィルタ７で特定の偏光成分のみを通過させ、こ
れらの特定の偏光成分と所定の角度をなす光学軸を有す
る複屈折板８を通過させて、ピンホールフィルタ９へ入
射させる。なお、偏光フィルタ７は偏光ビームスプリッ
タやグラン・トムソンプリズム（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｓ
ｏｎ ｐｒｉｓｍ）などによって構成される。
する。図１は本発明の一実施例を示す図で、図において
、１は光源で、空間的にコヒーレントなレーザ，スーパ
ールミネッセントダイオード，ピンホールを前においた
ＬＥＤなどが用いられる。２は光源１からの出射光で、
この出射光２はビームスプリッタ５を通過して、対物レ
ンズ３で収束されてから試料４へ照射され、試料４表面
上に光スポットを形成する。そして、この光スポットか
らの反射光６が再び対物レンズ３を通り、今度はビーム
スプリッタ５で反射して偏光フィルタ７へ入射され、こ
の偏光フィルタ７で特定の偏光成分のみを通過させ、こ
れらの特定の偏光成分と所定の角度をなす光学軸を有す
る複屈折板８を通過させて、ピンホールフィルタ９へ入
射させる。なお、偏光フィルタ７は偏光ビームスプリッ
タやグラン・トムソンプリズム（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｓ
ｏｎ ｐｒｉｓｍ）などによって構成される。
【０００６】フィルタ９は複屈折板８を通過して複屈折
を起こした反射光６が結像する結像面近傍に設置されて
おり、複屈折による２つの偏光成分はそれぞれ光路長に
僅かな差を生じながら（各偏光成分の光路長をａ， ｂ
とし、ａ≠ｂとする）、フィルタ９を通過する。そして
、フィルタ９を通過した２つの偏光成分は偏光分離フィ
ルタ１０で各光学軸方向の偏光成分が別々に分離され、
それぞれ光検出器１１，１２へ入射され、光電子変換さ
れて演算装置１５へ送られる。なお、偏光分離フィルタ
１０は、偏光ビームスプリッタやウォラストンプリズム
（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ ｐｒｉｓｍ） 等で構成するこ
とができる。したがって、仮に光路長ａの偏光成分がフ
ィルタ９の位置で正確に結像している場合、光路長ｂの
偏光成分の結像面はフィルタ９の位置から僅かにズレる
ことになり、この場合、フィルタ９を通過する反射光量
ａは最大値を示し、反射光量ｂはこれより弱くなり、ａ
＞ｂとなる。
を起こした反射光６が結像する結像面近傍に設置されて
おり、複屈折による２つの偏光成分はそれぞれ光路長に
僅かな差を生じながら（各偏光成分の光路長をａ， ｂ
とし、ａ≠ｂとする）、フィルタ９を通過する。そして
、フィルタ９を通過した２つの偏光成分は偏光分離フィ
ルタ１０で各光学軸方向の偏光成分が別々に分離され、
それぞれ光検出器１１，１２へ入射され、光電子変換さ
れて演算装置１５へ送られる。なお、偏光分離フィルタ
１０は、偏光ビームスプリッタやウォラストンプリズム
（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ ｐｒｉｓｍ） 等で構成するこ
とができる。したがって、仮に光路長ａの偏光成分がフ
ィルタ９の位置で正確に結像している場合、光路長ｂの
偏光成分の結像面はフィルタ９の位置から僅かにズレる
ことになり、この場合、フィルタ９を通過する反射光量
ａは最大値を示し、反射光量ｂはこれより弱くなり、ａ
＞ｂとなる。
【０００７】そして、フォトダイオードや光電子像倍管
などで構成される各光検出器１１，１２でフィルタ９を
通過した反射光を光電変換し、それぞれの出力が検出信
号ａ１３，検出信号ｂ１４として演算装置１５へ送られ
、演算装置１５でａ−ｂ／ａ＋ｂの演算が行われ変位信
号１６を得る。
などで構成される各光検出器１１，１２でフィルタ９を
通過した反射光を光電変換し、それぞれの出力が検出信
号ａ１３，検出信号ｂ１４として演算装置１５へ送られ
、演算装置１５でａ−ｂ／ａ＋ｂの演算が行われ変位信
号１６を得る。
【０００８】図２は、本発明における各信号波形を示す
図で、図２（Ａ）は演算前の各検出信号波形，図２（Ｂ
）は変位信号波形１６を示し、横軸は変位量（ｕ），縦
軸は受光強度（Ｔ）を示す。
図で、図２（Ａ）は演算前の各検出信号波形，図２（Ｂ
）は変位信号波形１６を示し、横軸は変位量（ｕ），縦
軸は受光強度（Ｔ）を示す。
【０００９】図２（Ｂ）に示すように、演算装置１５で
上述の演算が行われると、変位信号１６が示す波形は上
述の式（１） の疑似微分波形となり、Ｔ＝０の位置を
光学系（対物レンズ）の焦点位置におくことにより、変
位信号１６がプラスあるいはマイナスどれだけの値を示
すかにより、試料４表面が焦点位置よりどれだけ変位し
ているかを容易に算出することができる。
上述の演算が行われると、変位信号１６が示す波形は上
述の式（１） の疑似微分波形となり、Ｔ＝０の位置を
光学系（対物レンズ）の焦点位置におくことにより、変
位信号１６がプラスあるいはマイナスどれだけの値を示
すかにより、試料４表面が焦点位置よりどれだけ変位し
ているかを容易に算出することができる。
【００１０】図３は本発明の第２の実施例を示す図で、
図１と同一符号は同一または相当部分を示し、３１はコ
リメートレンズ、３２は偏光ビームスプリッタ、３３は
１／４波長板、３４はフォーカシングレンズを示す。こ
の第２の実施例は、出射光２をコリメートレンズ３１に
より平行光とし、偏光ビームスプリッタ３２および１／
４波長板３３を通過させて試料４へ照射し、反射光を再
び１／４波長板３３を通過させることによって反射光６
を直線偏光とし、図１に示す偏光フィルタを省略したも
のである。
図１と同一符号は同一または相当部分を示し、３１はコ
リメートレンズ、３２は偏光ビームスプリッタ、３３は
１／４波長板、３４はフォーカシングレンズを示す。こ
の第２の実施例は、出射光２をコリメートレンズ３１に
より平行光とし、偏光ビームスプリッタ３２および１／
４波長板３３を通過させて試料４へ照射し、反射光を再
び１／４波長板３３を通過させることによって反射光６
を直線偏光とし、図１に示す偏光フィルタを省略したも
のである。
【００１１】図４は本発明の第３の実施例を示す図で、
図１と同一符号は同一または相当部分を示し、４０，４
１はそれぞれ偏波面保存光ファイバを示す。この実施例
では、光源１からの出射光をビームスプリッタ５まで導
くのに偏波面保存光ファイバ４０を用い、また、ビンホ
ールフィルタ９に替えて、その固有偏光軸方向が複屈折
板８の２つの光学軸方向と一致するように、その入射端
の位置が位置する偏波面保存光ファイバ４１を用いる構
成としたものであり、光ファイバの特性を利用して、ピ
ンホールフィルタ９の替わりを行わせ、装置の構成を簡
略化させると共に、光学経路の構成からくる製造上の制
約を緩和させることとしている。
図１と同一符号は同一または相当部分を示し、４０，４
１はそれぞれ偏波面保存光ファイバを示す。この実施例
では、光源１からの出射光をビームスプリッタ５まで導
くのに偏波面保存光ファイバ４０を用い、また、ビンホ
ールフィルタ９に替えて、その固有偏光軸方向が複屈折
板８の２つの光学軸方向と一致するように、その入射端
の位置が位置する偏波面保存光ファイバ４１を用いる構
成としたものであり、光ファイバの特性を利用して、ピ
ンホールフィルタ９の替わりを行わせ、装置の構成を簡
略化させると共に、光学経路の構成からくる製造上の制
約を緩和させることとしている。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の変位測定
装置は、機械的な移動機構を持たず変位量の正確な検出
でき、測定精度や耐久性の向上が図れると共に、検出速
度を向上させることができる等の利点がある。
装置は、機械的な移動機構を持たず変位量の正確な検出
でき、測定精度や耐久性の向上が図れると共に、検出速
度を向上させることができる等の利点がある。
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明における各信号波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す図である。
６ 反射光
７ 偏光フィルタ
８ 複屈折板
９ フィルタ
１０ 偏光分離フィルタ
１１，１２ それぞれ光検出器
１５ 演算装置
１６ 変位信号
３１ コリメートレンズ
３２ 偏光ビームスプリッタ
３３ １／４波長板
３４ フォーカシングレンズ
４０，４１ 偏波面保存光ファイバ
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの光を光学系を用いて試料表
面にスポット光として照射し、試料表面から得られた反
射光の強度を検出することにより試料表面位置を算出し
、この情報をもとにラインプロファイルを得て試料表面
の三次元観察を行う変位測定装置において、試料表面に
スポット光を照射して試料表面からの反射光を、偏光フ
ィルタと複屈折板とを用いて光路長に僅かな差を持つ２
つの偏光成分を持った反射光とし、この反射光の結像面
近傍に光軸付近の光だけを通過させるピンホールフィル
タ設置し、このピンホールフィルタを通過した反射光を
偏光分離フィルタを用いて各偏光成分の光に分離し、そ
れぞれ光検出器で受けて各光検出器からの検出信号の差
により試料の変位量を算出する手段、を備えたことを特
徴とする変位測定装置。 - 【請求項２】 上記偏光フィルタに替えて偏光ビーム
スプリッタと１／４波長板とを用い、上記複屈折板へ入
射させる反射光を直線偏光とすることを特徴とする請求
項１の変位測定装置。 - 【請求項３】 光源からのコヒーレントな光を偏波面
保存光ファイバを通過させて該光源からの散乱光を除去
する手段、別の偏波面保存光ファイバの入射端を用いて
上記ピンホールフィルタを構成する手段、を備えたこと
を特徴とする請求項１または請求項２の変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8448091A JPH04296609A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8448091A JPH04296609A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296609A true JPH04296609A (ja) | 1992-10-21 |
Family
ID=13831810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8448091A Pending JPH04296609A (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04296609A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100793922B1 (ko) * | 2005-10-28 | 2008-01-16 | 주식회사 루트로닉 | 광학계를 이용한 비접촉식 미소 변위 측정장치 |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP8448091A patent/JPH04296609A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100793922B1 (ko) * | 2005-10-28 | 2008-01-16 | 주식회사 루트로닉 | 광학계를 이용한 비접촉식 미소 변위 측정장치 |
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