JPH04307316A - 表面粗さ計 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差動型干渉測長計を利用
した新規な表面粗さ計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面粗さ計としては、表面粗さを
触針の動きで測定する触針式と４５°の入射角で表面に
光を当てて表面の凹凸状態を反射光で投影する光切断式
とがある。いずれの方式も１／１００μｍ以下の細かい
精度で表面粗さを求めることは困難で、さらに触針式は
測定速度を早くすることができず、表面を傷付ける惧れ
があり、光切断式は表面粗さを数値化するのが面倒であ
ると言う問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
を解消するためになされたものであり、差動型干渉測長
計と同程度までの細かい精度で表面粗さを求めることが
でき、測定速度を早くできて、測定結果の数値化が容易
にできる新規な表面粗さ計の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光束を
参照光束と測長光束に分割して両分割光束を平行に出射
し、戻って来た両分割光束を両分割光束の光路差情報を
担持した干渉縞信号を与える情報光束として出射する前
記両分割光束の出射側のλ／４移相板を含む干渉光学系
と、該干渉光学系から出射した両分割光束のうちの一方
の光束のみを結像させる結像レンズと、該結像レンズの
結像位置において前記光学系からの両分割光束の出射方
向に直角で該直角の方向に移動可能の被測定反射平面と
を備えたことを特徴とする表面粗さ計にあり、この構成
によって前記目的を達成する。

【０００５】

【作用】すなわち、本発明の表面粗さ計は、差動型干渉
測長計を利用して、参照光束と測長光束のうちの一方が
結像され他方が結像されずに被測定反射平面で反射され
る両光束の光路差として表面粗さを求めるものであるか
ら、差動型干渉測長計の精度で表面粗さを求めることが
でき、測定速度も早くすることができて、測定結果の数
値化も容易である。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を図示例によって説明する。

【０００７】第１図，第２図は比較的構成が簡単な差動
型干渉プリズムを用いたそれぞれ本発明の表面粗さ計の
例を示す要部構成図、第３図，第４図は従来の差動型干
渉測長計の差動型干渉光学系を利用したそれぞれ本発明
の表面粗さ計の例を示す要部構成図である。

【０００８】第１図の表面粗さ計は、干渉縞計数方式に
用いられる単一波長の円偏光またはヘテロダイン方式に
用いられる互いに直交した直線偏光の２波長のレーザ光
束Ｌが干渉プリズム１の三角プリズム１ａに入射すると
、三角プリズム１ａが接合されているコーナーキューブ
プリズム１ｂの偏光ビームスプリットコートを施された
反射面であるコート面で反射する紙面に垂直な直線偏光
の参照光束Ｒとコート面を通過してコーナーキューブプ
リズム１ｂ内に入る紙面に平行な直線偏光の測長光束Ｍ
とに分割する。

【０００９】反射した参照光束Ｒは、λ／２移相板また
は９０°旋光板が用いられる変光板１ｃを透過して紙面
に平行な直線偏光に変換され、平行四辺形プリズム１ｄ
の反射面で反射されて平行四辺形プリズム１ｄが接合さ
れているコーナーキューブプリズム１ｂのコート面に入
射し、今度はコート面を通過する。そして参照光束Ｒは
コーナーキューブプリズム１ｂの通過面から出てλ／４
移相板２を透過することで円偏光に変換され、被測定反
射平面３で反射されて逆行し、λ／４移相板２を再び透
過することで紙面に垂直な直線偏光に変換されてコーナ
ーキューブプリズム１ｂ内に入射する。この参照光束Ｒ
は、コート面を含めたコーナーキューブプリズム１ｂの
反射面で２または３回反射して再び通過面から出て、被
測定反射平面３との間を往復する。その間λ／４移相板
を２度透過することで参照光束Ｒは紙面に平行な直線偏
光に変換される。したがってコーナーキューブプリズム
１ｂ内に入った参照光束Ｒは、反射面で反射した後、コ
ート面を通過して平行四辺形プリズム１ｄの変光板１ｃ
への接合面と平行な側面から干渉プリズム１外へ出射す
る。

【００１０】三角プリズム１ａからコート面を通過した
測長光束Ｍは、通過面からコーナーキューブプリズム１
ｂを出てλ／４移相板２を透過し、それによって円偏光
に変換されて結像レンズ４により被測定反射平面３上に
結像される。そして測長光束Ｍは、被測定反射平面３で
反射されて、再び結像レンズ４とλ／４移相板２を透過
してコーナーキューブプリズム１ｂ内に入る。この測長
光束Ｍは、λ／４移相板２を透過したことで紙面に垂直
な直線偏光に変換される。したがって、コーナーキュー
ブプリズム１ｂ内に入った測長光束Ｍは、コート面と反
射面とで２または３回反射して再びコーナーキューブプ
リズム１ｂの通過面から出てλ／４移相板２および結像
レンズ４を透過し被測定反射平面３との間を往復する。 その間２度λ／４移相板２を透過したことで、測長光束
Ｍは紙面に平行な直線偏光に変換される。したがって、
今回のコーナーキューブプリズム１ｂ内に入った測長光
束Ｍは、反射面で反射した後、コート面を通過して三角
プリズム１ａと変光板１ｃとを透過し、変光板１ｃでは
紙面に垂直な直線偏光に変換され、そして平行四辺形プ
リズム１ｄとコート面とで反射されて、前述のコート面
を通過した紙面に平行な垂直偏光の参照光束Ｒと同軸に
重疊した情報光束Ｉとして干渉プリズム１から出射する
。

【００１１】以上から明らかなように、情報光束Ｉは、
参照光束Ｒと測長光束Ｍの光路差情報すなわち、被測定
反射平面３の測長光束Ｍの結像位置の凹凸情報である光
軸方向についての被測定反射平面３の参照光束Ｒの平均
入射位置に対する測長光束Ｍの結像位置の差情報を担持
している。したがって、被測定反射平面３を光軸と直角
の両矢印方向に移動することによって情報光束Ｉから被
測定反射平面３の表面粗さを測定できる。それは、情報
光束Ｉから従来公知の干渉縞係数方式またはヘテロダイ
ン方式で干渉縞検出信号を得ることから求められる。こ
の表面粗さ計においては、非差動成分が結像レンズ４の
集光角の１／２をθとすると１−ｃｏｓθに比例するの
で、θが０に近い程高精度で凹凸を測定でき、被測定反
射面の移動に伴う紙面に平行な成分の横ゆれを分離して
ｎｍ程度までの高精度で測定できる。

【００１２】第２図の表面粗さ計は、参照光束Ｒと測長
光束Ｍを第１図の例とは逆にして、結像レンズ４に孔あ
きレンズを用い、中心部の参照光束Ｒはレンズの孔を通
し、外側の測長光束Ｍを結像するようにした点が第１図
の例と異なる。この第２図の例は、結像レンズ４が高価
に付く点およびθが大となる点で第１図の例より不利で
あるが、被測定反射平面３として大きさが第１図の例の
半分以下のものも用いることができる点は有利である。

【００１３】第３図の表面粗さ計は、レーザ光束Ｌを偏
光ビームスプリッタ５で直進する参照光束Ｒと反射する
測長光束Ｍに分割する。偏光ビームスプリッタ５を通過
した参照光束Ｒは第１，２図の例と同様、λ／４移相板
２を透過して被測定反射面３までの間を往復し、偏光ビ
ームスプリッタ５に戻る。その間λ／４移相板２を２度
透過することで今度は偏光ビームスプリッタ５で反射さ
れるようになり、反射された参照光束Ｒはコーナーキュ
ーブプリズム６で折り返されて偏光ビームスプリッタ５
に入射し、偏光ビームスプリッタ５でまた反射されて、
再び第１，２図の例と同様、λ／４移相板２を透過して
被測定反射平面３までの間を往復する。その間またλ／
４移相板２を２度透過することで今度は偏光ビームスプ
リッタ５を通過するようになり、通過した参照光束Ｒは
ミラー７で反射されてλ／４移相板２１を透過し、コー
ナーキューブプリズム６１で折り返されてまたλ／４移
相板２１を透過してミラー７に戻る。そしてミラー７で
反射されて偏光ビームスプリッタ５に入射するが、その
前にλ／４移相板２１を２度透過したことで偏光ビーム
スプリッタ５で反射される偏光状態になっており、反射
した参照光束Ｒはコーナーキューブプリズム６２で折り
返されて再び偏光ビームスプリッタ５で反射され、レー
ザ光束Ｌと平行に反対方向に出射する。

【００１４】偏光ビームスプリッタ５で反射した測長光
束Ｍは、コーナーキューブプリズム６２で折り返して再
び偏光ビームスプリッタ５で反射し、ミラー７で反射し
てλ／４移相板２１を透過しコーナーキューブプリズム
６１で折り返してλ／４移相板２１を経てミラー７に戻
る。そしてミラー７で反射して偏光ビームスプリッタ５
に入射するが、その前にλ／４移相板２１を２度透過し
ているので、今度は偏光ビームスプリッタ５を通過し、
通過した測長光束Ｍは、第１図の例と同様λ／４移相板
２と結像レンズ４を透過して被測定反射平面３に結像す
る。さらに測長光束Ｍは、被測定反射平面３で反射して
、結像レンズ４とλ／４移相板２を透過し、偏光ビーム
スプリッタ５に戻る。この往復で測長光束Ｍはλ／４移
相板２を２度透過したので次は偏光ビームスプリッタ５
で反射される偏光状態になっている。したがって測長光
束Ｍは、偏光ビームスプリッタ５で反射し、コーナーキ
ューブプリズム６で折り返して再び偏光ビームスプリッ
タ５で反射し、再度第１図の例と同様、λ／４移相板２
と結像レンズ４を透過して被測定反射平面３までの間を
往復する。そして測長光束Ｍは、λ／４移相板２を２度
透過しているから、今度は偏光ビームスプリッタ５を通
過して、前述の参照光束Ｒと重疊し情報光束Ｉとなって
出射する。

【００１５】この表面粗さ計は、第１図や第２図の例に
比較すると、光学素子の数が多いから、コストが高くな
って、光学素子を精度よく配設するのが面倒であり、ま
た参照光束Ｒと測長光束Ｍの光路の引き回しが多いから
、温度変化等の環境変化で情報光束Ｉにノイズが入り易
いが、その点を別にすれば第１図や第２図の表面粗さ計
と同様に表面粗さを測定することができる。

【００１６】第４図の表面粗さ計は、レーザ光束Ｌを偏
光シエアリング板８で参照光束Ｒと測長光束Ｍに分割す
る。

【００１７】参照光束Ｒは、偏光シエアリング板８をそ
の内部で反射することなしに透過した後、偏光ビームス
プリッタ５を透過して第１〜３図の例と同様、λ／４移
相板２を透過し被測定反射平面３までの間を往復する。 この往復で参照光束Ｒはλ／４移相板２を２度透過する
から偏光ビームスプリッタ５で反射するようになり、反
射した参照光束Ｒは、コーナーキューブプリズム６で折
り返してまた偏光ビームスプリッタ５で反射し、再び第
１〜３図の例と同様、λ／４移相板２を透過し被測定反
射平面３までの間を往復する。この往復で参照光束Ｒは
偏光ビームスプリッタ５を通過するようになり、通過し
た参照光束Ｒはλ／２移相板９を透過して偏光シエアリ
ング板８内に入り、偏光シエアリング板８内で２回反射
して偏光シエアリング８板から出射する。

【００１８】測長光束Ｍは、偏光シエアリング板８をそ
の内部で２回反射してから透過し、λ／２移相板９１を
透過することによって偏光ビームスプリッタ５を通過す
る偏光状態となり、偏光ビームスプリッタ５を通過した
後、第１，３図の例と同様λ／４移相板２と結像レンズ
４を透過して被測定反射平面３までの間を往復する。そ
してλ／４移相板２を透過したことで偏光ビームスプリ
ッタ５で反射するようになり、反射した測長光束Ｍは、
コーナーキューブプリズム６で折り返してまた偏光ビー
ムスプリッタ５で反射し、再び第１，３図の例と同様λ
／４移相板２と結像レンズ４を透過して被測定反射平面
３までの間を往復する。この間またλ／４移相板２を２
度透過したことで今度は偏光ビームスプリッタ５を通過
するようになり、通過した測長光束Ｍは偏光シエアリン
グ板８をその内部で反射することなしに透過して、その
際前述の参照光束Ｒと一緒に合わさって情報光束Ｉとし
て偏光シエアリング板８から出射する。

【００１９】この例も光学素子が多くて参照光束Ｒや測
長光束Ｍの光路長が長くなることによる多少の問題はあ
るが、第１〜３図の例と同様に表面粗さを測定すること
ができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、差動型干渉測長計の精
度で表面粗さを求めることができ、測定速度も早くする
ことができて、容易に測定結果が数値化されると言う効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は比較的構成が簡単な差動型干渉プリズ
ムを用いたそれぞれ本発明の表面粗さ計の例を示す要部
構成図、第３図，第４図は従来の差動型干渉測長計の差
動型干渉光学系を利用したそれぞれ本発明の表面粗さ計
の例を示す要部構成図である。

【符号の説明】

Ｌ…レーザ光束、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　Ｒ…参照光束、Ｍ…測長光束、　　　　　　　　
１…干渉プリズム、１ａ…三角プリズム、　　　　　　
　　　　　　　　　　１ｂ…コーナーキューブプリズム
、１ｃ…変光板、　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１ｄ…平行四辺形プリズム、２，２１…λ／
４移相板、　　　　　　　　　　　　　　　　３…被測
定反射平面、４…結像レンズ、　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　５…偏光ビームスプリッタ、６，６
１，６２…コーナーキューブプリズム、７…ミラー、８
…偏光シエアリング板、　　　　　　　　　　　　９，
９１…λ／２移相板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光束を参照光束と測長光束に分割し
   て両分割光束を平行に出射し、戻って来た両分割光束を
   両分割光束の光路差情報を担持した干渉縞信号を与える
   情報光束として出射する前記両分割光束の出射側のλ／
   ４移相板を含む干渉光学系と、該干渉光学系から出射し
   た両分割光束のうちの一方の光束のみを結像させる結像
   レンズと、該結像レンズの結像位置において前記光学系
   からの両分割光束の出射方向に直角で該直角の方向に移
   動可能の被測定反射平面とを備えたことを特徴とする表
   面粗さ計。