JPH0465612A - 光学式表面粗さ測定方法および装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は光学式の表面粗さ測定方法および装置に係り、
詳しくは、光の反射位置が表面の凹凸に応じて変化する
のに伴って反射光の収束発散状態が変化することを利用
して表面の凹凸を測定する方法および装置に関するもの
である。

従来の技術 縁測定物の表面粗さや微細な凹凸形状等を測定する光学
式表面粗さ測定法の一種に、光軸に対して交差する方向
へ相対移動させられる被測定物の表面にビームウェスト
が略位置する状態でその表面の微小範囲に計測光を集光
させるとともに、その表面で反射された計測光の収束発
散状態の変化を検出することにより、その表面の凹凸に
よる計測光の反射位置の変位量を測定する方式のものが
ある。上記収束発散状態の変化を検出する手段としては
、例えば特開昭６０−１８６７０５号公報に記載されて
いる非点収差法など、従来から幾つかの手法が提案され
ている。

上記非点収差法について第２図を参照しつつ具体的に説
明すると、Ｂ点から出射された光線ＬＡが対物レンズ１
０によって結像される位置はＱ点であるが、非点収差を
与えるために対物レンズ１０の後方に配置された円柱レ
ンズ１２により、ｙ軸上の結像位置はＰ点となる。そし
て、Ｐ点からＱ点へ向かうに従って、光線ＬＡの光束断
面はＸ軸方向に偏平な楕円からｙ軸方向に偏平な楕円へ
と変化し、それ等の間のＳ位置では断面が円形となる。

一方、光線Ｌａの出射位置がＢ点からＡ点に移動すると
、光線ＬＡはＢ点から出射された場合に比較して収束の
程度が弱くなるため、その結像位置はそれぞれ前記Ｐ点
、Ｑ点から２軸方向の＋側、すなわち対物レンズ１０や
円柱レンズ１２から離間する側へずれ、Ｓ位置における
光束断面はＸ軸方向に偏平な楕円となる。また、出射位
置がＢ点から０点に移動すると、光線ＬＡはＢ点から８
射された場合に比較して収束の程度が強くなるため、そ
の結像位置はそれぞれ前記Ｐ点、Ｑ点から２軸方向の一
側、すなわち対物レンズ１０や円柱レンズ１２に接近す
る側へずれ、Ｓ位置における光束断面はｙ軸方向に偏平
な楕円となる。

したがって、上記光束断面の変化に伴って光量が互いに
増減させられるｙ軸方向およびＸ軸方向に４個の受光部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および１４ｄが位置するよう
に４分割光センサ１６を上記Ｓ位置に配置し、それ等の
受光部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および１４ｄから出力
される計測信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、およびＳｄＯ差動を
例えば次式（１）に従って求めると、その差動信号ｅか
ら出射位置の変位量が求められる。すなわち、光ＩＩＡ
Ｌ。

の出射位置がＢ点の時には上記計測信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓ
ｃ、およびＳｄは略等しく差動信号ｅは略零であるが、
光線ＬＡの出射位置がＢ点からＡ点へ移動すると、Ｘ軸
方向の受光部１４ｂおよび１４Ｃの受光量は多くなる一
方ｙ軸方向の受光部１４ａおよび１４ｄの受光量は少な
くなって差動信号ｅは負となり、光線ＬＡの出射位置が
Ｂ点から０点へ移動すると、Ｘ軸方向の受光部１４ｂお
よび１４ｃの受光量は少なくなる電力ｙ軸方向の受光部
１４ａおよび１４ｄの受光量は多（なって差動信号ｅは
正となるのであり、また、その出射位置の移動量に応じ
て差動信号ｅの値も変化するのである。

非点収差法は、このように光の収束発散状態の変化から
光の当射位置を検出する方法であり、第３図はこの非点
収差法を利用して表面の凹凸を測定する装置の一例を示
す骨子図である。かかる第３図において、レーザ発振器
１８から出射された直線偏光レーザ光りは、コリメータ
レンズ２０゜ピンホール２２を経て偏光ビームスプリッ
タ２４に入射させられる。レーザ発振器１８の姿勢は、
レーザ光りの偏波面（電気ベクトルの振動面）が紙面と
直角となるよう４に設定されており、入射面が紙面と平
行になるように配置された偏光ビームスプリッタ２４に
よってレーザ光りは下方へ反射される。そして、その反
射されたレーザ光りは、１／４波長板２６を通過した後
前記対物レンズ１′０によって被測定物２８の表面３０
に照射される。

上記被測定物２８は、偏光ビームスプリッタ２４によっ
て反射されたレーザ光りの光軸上において、表面３０が
対物レンズｌＯによって集光されるレーザ光りのビーム
ウェストと略一致する位置に配置されているとともに、
駆動装置３２によってレーザ光りの光軸と直角な平面内
を移動させられる移動テーブル３４上に載置されている
。したがって、レーザ光りは表面３０の微小範囲に照射
されることとなり、被測定物２８が移動テーブル３４と
共に光軸と直角な方向へ移動させられることにより、そ
の表面３０上におけるレーザ光りの反射位置は表面３０
の凹凸に対応して光軸方向へ変位させられる。レーザ光
りは計測光に相当する。

表面３０で反射されたレーザ光りは、その後対物レンズ
１０を経て１７４波長板２Ｇを再び通過させられること
により、往路に比較して偏波面の向きが９０°回転させ
られ、偏光ビームスプリッタ２４を透過した後前記円柱
レンズ１２を経て４分割光センサ、１６に入射させられ
る。かかる４分割光センサ１６の受光部１４ａ〜１４ｄ
の受光量は、表面３０の凹凸によるレーザ光りの反射位
置の変位に伴って、前記第２図に示されている原理に従
って増減させられるため、その受光量に対応する計測信
号５ａ−３ｄが供給される測定回路３６においては、そ
れ等の信号を前記（１）式に従って演算処理することに
より差動信号ｅを求め、その差動信号ｅの値から例えば
データマツプ等により表面３０の凹凸を求める。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、かかる従来の測定方法においては、被測
定物を相対移動させる際の振動その他の外乱によりその
被測定物が計測光の光軸方向に変位させられると、その
変位量を含んで表面粗さが測定されるため、必ずしも充
分な測定精度が得られないという問題があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、被測定物の振動等による影響を排
除して測定精度を向上させることにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明は、光軸に対して
交差する方向へ相対移動させられる被測定物の表面にビ
ームウェストが略位置する状態でその表面の微小範囲に
計測光を集光させるとともに、その表面で反射されたそ
の計測光の収束発散状態の変化を検出することにより、
その表面の凹凸によるその計測光の反射位置の変位量を
測定する方式の光学式表面粗さ測定方法において、前記
表面の比較的広い範囲に参照光を集光させるとともに、
その表面で反射されたその参照光の収束発散状態の変化
を検出し、その参照光の収束発散状態の変化が表すその
参照光の反射位置の変位量と、前記計測光の収束発散状
態の変化が表すその計測光の反射位置の変位量との差に
基づいて、前記表面の凹凸を測定するようにしたことを
特徴とする特また、かかる測定方法を好適に実施し得る
本発明の測定装置は、光軸に対して交差する方向へ相対
移動させられる被測定物の表面にビームウェストが略位
置する状態でその表面の微小範囲に計測光を集光させる
とともに、その表面で反射されたその計測光の収束発散
状態の変化を検出することにより、その表面の凹凸によ
るその計測光の反射位置の変位量を測定する方式の光学
式表面粗さ測定装置であって、（ａ）光軸が同じで偏波
面が互いに直交する２種類の偏光成分を含む光を出射す
る光源装置と、（′ｂ）前記２種類の偏光成分をそれぞ
れ独立に集光し、その２・種類の偏光成分の一方を計測
光として、そのビームウェストが前記被測定物の表面と
略一致するようにその表面の微小範囲に照射するととも
に、その２種類の偏光成分の他方を参照光としてその被
測定物の表面の比較的広い範囲に照射する対物レンズと
、（Ｃ）前記表面で反射され且つ前記対物レンズを通過
させられた前記計測光および参照光を分離する偏光ビー
ムスプリッタと、（ｄ）その偏光ビームスプリッタによ
って分離された前記計測光に非点収差を与え、前記表面
におけるその計測光の反射位置の変位に応じてその計測
光の収束発散状態が変化させられるのに伴って、その計
測光の横断面形状を変化させる計測用光学素子と、（ｅ
）その計測用光学素子による前記計測光の横断面形状の
変化により光量が互いに増減させられる複数位置におい
てその計測光をそれぞれ検出する計測用光センサと、げ
）前記偏光ビームスプリッタによって分離された前記参
照光に非点収差を与え、前記表面におけるその参照光の
反射位置の変位に応じてその参照光の収束発散状態が変
化させられるのに伴って、その参照光の横断面形状を変
化させる参照用光学素子と、（匂その参照用光学素子に
よる前記参照光の横断面形状の変化により光量が互いに
増減させられる複数位置においてその参照光をそれぞれ
検出する参照用光センサと、（社）前記計測用光センサ
から出力される計測信号の差動をとるとともに、前記参
照用光センサから出力される参照信号の差動をとり、そ
れ等の差動信号の差に基づいて前記表面の凹凸を測定す
る測定手段とを有して構成される。

作用 上記本発明の光学式表面粗さ測定方法においては、計測
光による表面粗さ測定とは別に、被測定物表面の比較的
広い範囲に参照光が照射されて、その表面で反射された
参照光の収束発散状態の変化から参照光の反射位置の変
位量り、ｌ、換言すれば参照光が照射された部分の変位
量が求められ、この参照光によって測定された変位量り
、と計測光によって求められた変位量ＤＭとの差に基づ
いて、表面の凹凸が測定される。この場合に、参照光は
表面の比較的広い範囲に照射されるため、その表面の凹
凸による影響が平均化され、上記変位量り、は被測定物
の表面全体の変位すなわち被測定物の振動等による変位
置ｄ°と一致する一方、計測光は表面の微小範囲に照射
されるため、上記変位量Ｄｓは上記振動等による変位量
ｄ°と表面の凹凸による変位量ｄとを加えたものとなる
。したがって、それ等の変位量Ｄ１１　（＝ｄ“）とり
、４（＝ｄ＋ｄ”）との差は表面の凹凸のみによる変位
１ｄに相当し、振動等の外乱による影響が相殺されて、
表面の凹凸が高い精度で測定されることとなる。

なお、上記変位量Ｄ＊、Ｄ−は必ずしも長さ寸法として
求められる必要はなく、それ等の差である表面の凹凸が
最絆的に長さ寸法として求められれば良い。例えば、変
位量ＤＩおよびＤ９の何れか一方が零となるように対物
レンズと被測定物とを光軸方向に相対移動させれば、他
方の変位量り。

またはＤＲはＤイとＤＲとの差に相当し、その他方の変
位量り、またはり、を表面の凹凸として測定するように
しても良いのである。

一方、前述した本発明の測定装置においては、光軸が同
じで偏波面が互いに直交する２種類の偏光成分を含む光
が光源装置から出射され、対物レンズによって、上記２
種類の偏光成分の一方が計測光として被測定物の表面の
微小範囲に集光させられるとともに、２種類の偏光成分
の他方が参照光として被測定物の表面の比較的広い範囲
に集光させられる。そして、その表面で反射された計測
光および参照光は、上記対物レンズを通過させられた後
偏光ビームスプリッタによって分離され、それぞれ計測
用光学素子および参照用光学素子によって非点収差が与
えられる。

これにより、それ等の計測光および参照光は、それぞれ
被測定物の表面における反射位置の変位に応じて収束発
散状態が変化させられるのに伴って横断面形状が変化さ
せられ、その横断面形状の変化により光量が互いに増減
されられる複数位置にお′いて、それぞれ計測用光セン
サおよび・参照用光センサによってその光量が検出され
る。そして、測定手段により各光センサから出力される
信号の差動をとるとともに、それ等の差動信号の差から
被測定物の表面の凹凸が測定される。

上記計測用光センサから出力される計測信号の差動は前
記変位量り。に相当するもので、計測光が被測定物の表
面の微小範囲に照射されることから、被測定物全体の振
動等による変位量ｄ”と表面の凹凸による変位量ｄとを
合わせた変位量（ｄ＋ｄ′）に対応する。また、参照用
光センサから出力される参照信号の差動は前記変位量り
、Ｉに相当するもので、参照光が被測定物の表面の比較
的広い範囲に照射されることから、表面の凹凸による影
響が平均化されて振動等による被測定物全体の変位置ｄ
゛に対応する。したがって、それ等の差動信号の差は、
被測定物の表面の凹凸のみによる変位量ｄに相当し、振
動等の外乱による影響が相殺されて表面の凹凸が高い精
度で測定されるのである。

なお、かかる本発明の測定装置においても、前記測定方
法と同様に、差動信号の差から最終的に表面の凹凸が長
さ寸法として求められるようになっておれば良く、何れ
か一方の差動信号が零となるように対物レンズと被測定
物とを光軸方向へ相対移動させて、他方の差動信号から
表面の凹凸を求めるようにすることもできる。

発明の効果 このように、本発明の光学式表面粗さ測定方法または装
置によれば、振動等の外乱による影響が相殺されて被測
定物の表面の凹凸が高い精度で測定されるようになるの
である。特に、測定装置においては、反射位置の変位に
よって光量が互いに増減する複数位置で光を検出すると
ともに、それ等の差動をとるようになっているため、光
源装置の出力変動等に起因するノイズが除去される利点
がある。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、以下の実施例において前記第３図の従来例と
共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略
する。

第１図において、レーザ発振器１８の姿勢はレーザ光り
の偏波面が紙面に対して４５°傾斜するように設定され
ており、このレーザ発振器１８から出射されたレーザ光
りは、コリメータレンズ２０およびピンホール２２を通
過した後無偏光ビームスプリッタ４０によって下方へ反
射され、二重焦点レンズ４２に入射させられる。二重焦
点レンズ４２は、光学ガラスと複屈折性材料とを含んで
構成されており、入射する光線の偏波面の方向によって
屈折率が異なる特性を輯えている。具体的には、レーザ
光りのうち偏波面が紙面と平行なＰ偏光成分のレーザ光
ＬＰについては、前記被測定物２８の表面３０上にビー
ムウェストが略位置して表面３０の微小範囲に照射され
るように集光する一方、偏波面が紙面に直角なＳ偏光成
分のレーザ光り、については、ビームウェストが表面３
゜よりも下方となって表面３０の比較的広い範囲に照射
されるように集光するようになっている。上記レーザ発
振器１Ｂ、コリメータレンズ２０．−ピンホール２２．
および無偏光ビームスプリッタ４０によって光源装置４
４が構成されており、二重焦点レンズ４２は対物レンズ
に相当する。また、レーザ光ＬＰ、ＬＳはそれぞれ計測
光、参照光に相当する。、 上記レーザ光り、は表面３０の微小範囲に照射されるこ
とから、被測定物２８が移動テーブル３４と共に光軸と
直角方向へ移動させられることにより、その反射位置が
表面３ｏの凹凸に応じて光軸方向へ変位させられるとと
もに、移動テーブル３４の振動などにより被測定物２日
が上下に移動した場合にも反射位置は光軸方向へ変位す
る。

方、レーザ光り、は表面３０の比較的広い範囲に照射さ
れることから、被測定物２８の上下移動に応じてその反
射位置は変位させられるものの、表面３０による凹凸の
影響は平均化されて反射位置の変位には殆ど影響しない
。すなわち、レーザ光り、の表面３０における反射位置
の変位量り、は、その表面３０の凹凸による変位量ｄと
被測定物２８全体の振動等による変位量ｄ°とを合わせ
た変位量（ｄ＋ｄ’）となり、レーザ光Ｌｓの表面３０
における反射位置の変位量ＤＩは、振動等による被測定
物２８全体の変位量ｄ“となるのである。

表面３０で反射されたレーザ光ＬＰおよびり。

は、二重焦点レンズ４２を逆に通過して無偏光ビー４ス
プリツタ４０を透過させられ、偏光ビームスプリッタ４
６に入射させられる。偏光ビームスプリッタ４６の入射
面は紙面と平行で、偏波面が紙面と平行なレーザ光ＬＰ
はその偏光ビームスプリッタ４６を透過させられる一方
、偏波面が紙面と直角なレーザ光り、はその偏光ビーム
スプリンタ４６により右方へ反射される。

そして、偏光ビームスプリッタ４６を透過したレーザ光
り、には、前記円柱レンズ１２によって非点収差が与え
られ、４分割光センサ１６に入射させられる。４分割光
センサ１６は、レーザ光り。

のビームウェストが表面３０と略一致させられた状態に
おいて、その４分割光センサ１６に入射させられるレー
ザ光り、の横断面形状が略円形となり、４個の受光部１
４ａ〜１４ｄの受光量が略等しくなる位置に配置されて
いる。また、レーザ光り、の光軸まわりにおける４分割
光センサ１６の姿勢は、表面３０における反射位置が変
化さセられてレーザ光り、の集光発散状態が変化させら
れ、その４分割光センサ１６が配置された位置における
レーザ光ＬＰの横断面形状が非点収差によって変化させ
られることにより、受光部１４ａおよび１４ｄ、受光部
１４ｂおよび１４ｃに入射させられるレーザ光ＬＰの光
量が互いに増減させられるように定められている。上記
円柱レンズ１２は計測用光学素子に相当し、４分割光セ
ンサ１６は計測用光センサに相当する。

一方、偏光ビームスプリッタ４６によって反射されたレ
ーザ光り、には、上記円柱レンズエ２と同様な円柱レン
ズ４８によって非点収差が与えられ、４分割光センサ５
０に入射させられる。４分割光センサ５０は、レーザ光
り、のビームウェストが表面３０と略一致させられた状
態において、その４分割光センサ５０に入射させられる
レーザ光り、の横断面形状が略円形となり、４個の受光
部５２ａ〜５２ｄの受光量が略等しくなる位置に配置さ
れている。また、レーザ光り、の光軸まゎりにおける４
分割光センサ５ｏの姿勢は、表面３０における反射位置
が変化させられてレーザ光り。

の集光発散状態が変化させられ、その４分割光センサ５
０が配置された位置におけるレーザ光り。

の横断面形状が非点収差によって変化させられることに
より、受光部５２ａおよび５２ｄ、受光部５２ｂおよび
５２ｃに入射させられるレーザ光り。

の光量が互いに増減させられるように定められている。

上記円柱レンズ４Ｂは参照用光学素子に相当し、４分割
光センサ５０は参照用光センサに相当する。なお、この
レーザ光し、は、二重焦点レンズ４２によるビームウェ
ストが表面３ｏよりも下方に位置しているため、その表
面３ｏで反射されて二重焦点レンズ４２を逆方向に通過
した光の収束の程度は前記レーザ光り、よりも弱く、４
分割光センサ５ｏの配設位置は４分割光センサ１６より
も遠くなる。

そして、上記４分割光センサ１６の各受光部１４ａ〜１
４ｄから出力される計測信号Ｓ　ａ　−Ｓ　ｄ、および
４分割光センサ５ｏの各受光部５２ａ〜５２ｄから出力
される参照信号Ｓ　Ｒａ　−Ｓ　Ｒｄは、測定回路５４
に供給される６測定回路５４は、例えばマイクロコンピ
ュータを備えて構成され、予め定められたプログラムに
従って信号処理を行うことにより、前記（２）式に従っ
て計測信号５ａ−５ｄの差動をとるとともに、その（１
）式と同様な次式（２）に従って参照信号５Ｒａ−３Ｒ
ｄの差動をとり、それ等の差動信号ｅとＲｅとの差から
、予め記憶されたデータマツプや演算式等により表面３
０の凹凸を求める。このデータマツプや演算式は、レー
ザ光ＬＰ、ＬＳの反射位置と差動信号ｅ、Ｒｅとの関係
を実験等により求めて定められる。この測定回路５４は
測定手段に相当する。

Ｓ・Ｒａ＋ＳＲｂ＋ＳＲｃ＋ＳＲｄ ・　・　・（２） ここで、上記差動信号ｅは前記変位量ＤＮすなわち被測
定物２８全体の振動等による変位量ｄ。

と表面３０の凹凸による変位量ｄとを合わせた変位量（
ｄ＋ｄ″、）に対応し、差動信号Ｒｅは前記変位量Ｄ１
１すなわち被測定物２８全体の振動等による変位量ｄ′
に対応するため、それ等の差動信号ｅとＲｅとの差は、
被測定物２８の表面３０の凹凸のみによる変位量ｄに対
応し、振動等の外乱による影響が相殺されて表面３０の
凹凸が高い精度で測定される。

また、本実施例の測定装置では４分割光センサ１６．５
０が用いられ、レーザ光Ｌｐ、Ｌｓの光量がそれぞれ反
射位置の変位に伴って互いに増減する複数位置で光を検
出し、それ等の差動をとるようになっているため、光源
袋２４４の出力変動等に起因するノイズが除去される利
点がある。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例ではレーザ光Ｌｔ；Ｌｓをそれぞれ
１つの４分割光センサ１６．５０で受光しているが、前
記特開昭６０−１８６’７０５号公報に記載されている
ように、それ等のレーザ光り。

Ｌ、をそれぞれビームスプリッタで２分割し、それぞれ
２つの４分割光センサを用いて受光することにより、回
折光や被測定物２８の傾きの影響を除去することも可能
である。

また、前記実施例では差動信号ｅとＲｅとの差から凹凸
を測定するようになっているが、例えば二重焦点レンズ
４２を上下方向へ駆動する駆動装置を設け、差動信号ｅ
およびＲｅの何れか一方が零となるように上記駆動装置
をフィードバック制御して、他方の差動信号Ｒｅまたは
ｅから表面３０の凹凸を求めるようにすることもできる
。二重焦点レンズ４２を上下方向べ移動させる替わりに
被測定物２８を上下方向へ移動させるようにしても良い
。

また、前記実施例ではピンホール２２から発散させられ
たレーザ光りが二重焦点レンズ４２に入射させられるよ
うになっているが、横断面が円形の平行光を入射させる
ようにしても良い。その場合には、表面３０で反射され
たレーザ光Ｌｐ、Ｌｓに非点収差を与えるため、偏光ビ
ームスプリッタ４６と円柱レンズ１２．４８との間に集
光レンズを設ければ良い。

また、前記実施例ではレーザ光゛ＬＰのビームウェスト
４＜表面３０と略一致する時に４分割光センサ゛５０の
受光部５２ａ〜５２ｄにレーザ光り、が略均等に入射す
るように、その４分割光センサ５０の配設位置が定めら
れているが、この４分割光センサ５０を偏光ビームスプ
リッタ４６に接近させて配置するとともに、レーザ光Ｌ
ｐのビームウェストが表面３０と略一致する時に参照信
号ＳＲａ　−Ｓ　Ｒｄが互いに等しくなるように予めバ
イアスをかけるようにしたり、集光レンズを介挿して結
像位置を近づけるようにしたりすることも可能である。

また、前記実施例では対物レンズとして二重焦点レンズ
４２が用いられているが、偏波面の向きに応じて屈折作
用を為す複数のレンズを組み合わせて用いることもでき
る。

また、焦点距離が異なる複数の二重焦点レンズを回転式
のレボルバ等に取り付け、二重焦点レンズを交換量゛る
ことによって測定倍率を変化させたり、二重焦点レンズ
と被測定物２８との間に別の対物レンズを入れてそれ等
の組合せにより表面３０上に大小のスポットを形成した
り、レーザ発振器１８と無偏光ビームスプリッタ４０と
の間に光アイソレータを入れたりすることもできる。

また、前記実施例では非点収差法により光の収束発散状
態の変化を検出して反射位置の変位量を測定する場合に
ついて説明したが、臨界角プリズムを用いた臨界角法や
光束の半分をナイフェツジによって遮光するナイフェツ
ジ法、或いは頂点が光軸上に位置する光分割プリズムを
利用したフーコー法など、他の手法で光の収束発散状態
の変化を検出する装置にも本発明方法は同様に適用され
得る。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である光学式表面粗さ測定装
置の構成を説明する骨子図である。第２図は非点収差に
より光の出射位置に応じて光束の断面形状が変化するこ
とを説明する図である。第３図は非点収差を利用した従
来の光学式表面粗さ測定装置の一例を説明する骨子図で
ある。 二重焦点レンズ（対物レンズ） 光源装置 偏光ビームスプリッタ 円柱レンズ（参照用光学素子） ４分割光センサ（参照用光センサ） 測定回路（測定手段） 計測光　　　　　し５　：参照光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光軸に対して交差する方向へ相対移動させられる
   被測定物の表面にビームウェストが略位置する状態で該
   表面の微小範囲に計測光を集光させるとともに、該表面
   で反射された該計測光の収束発散状態の変化を検出する
   ことにより、該表面の凹凸による該計測光の反射位置の
   変位量を測定する方式の光学式表面粗さ測定方法におい
   て、 前記表面の比較的広い範囲に参照光を集光させるととも
   に、該表面で反射された該参照光の収束発散状態の変化
   を検出し、該参照光の収束発散状態の変化が表す該参照
   光の反射位置の変位量と、前記計測光の収束発散状態の
   変化が表す該計測光の反射位置の変位量との差に基づい
   て、前記表面の凹凸を測定するようにしたことを特徴と
   する光学式表面粗さ測定方法。
2. （２）光軸に対して交差する方向へ相対移動させられる
   被測定物の表面にビームウェストが略位置する状態で該
   表面の微小範囲に計測光を集光させるとともに、該表面
   で反射された該計測光の収束発散状態の変化を検出する
   ことにより、該表面の凹凸による該計測光の反射位置の
   変位量を測定する方式の光学式表面粗さ測定装置であっ
   て、 光軸が同じで偏波面が互いに直交する２種類の偏光成分
   を含む光を出射する光源装置と、前記２種類の偏光成分
   をそれぞれ独立に集光し、該２種類の偏光成分の一方を
   計測光として、そのビームウェストが前記被測定物の表
   面と略一致するように該表面の微小範囲に照射するとと
   もに、該２種類の偏光成分の他方を参照光として該被測
   定物の表面の比較的広い範囲に照射する対物レンズと、 前記表面で反射され且つ前記対物レンズを通過させられ
   た前記計測光および参照光を分離する偏光ビームスプリ
   ッタと、 該偏光ビームスプリッタによって分離された前記計測光
   に非点収差を与え、前記表面における該計測光の反射位
   置の変位に応じて該計測光の収束発散状態が変化させら
   れるのに伴って、該計測光の横断面形状を変化させる計
   測用光学素子と、該計測用光学素子による前記計測光の
   横断面形状の変化により光量が互いに増減させられる複
   数位置において該計測光をそれぞれ検出する計測用光セ
   ンサと、 前記偏光ビームスプリッタによって分離された前記参照
   光に非点収差を与え、前記表面における該参照光の反射
   位置の変位に応じて該参照光の収束発散状態が変化させ
   られるのに伴って、該参照光の横断面形状を変化させる
   参照用光学素子と、該参照用光学素子による前記参照光
   の横断面形状の変化により光量が互いに増減させられる
   複数位置において該参照光をそれぞれ検出する参照用光
   センサと、 前記計測用光センサから出力される計測信号の差動をと
   るとともに、前記参照用光センサから出力される参照信
   号の差動をとり、それ等の差動信号の差に基づいて前記
   表面の凹凸を測定する測定手段と を有することを特徴とする光学式表面粗さ測定装置。