JPH0486514A

JPH0486514A - 光学式変位計

Info

Publication number: JPH0486514A
Application number: JP20111290A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Sato; 榮一佐藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-19

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〕この発明は、例えば試料の表面形状を測定するのに用い
るに好適な光学式変位計に関する。

〔従来の技術〕

従来の光学式変位計として、例えは第５図に示すような
ものかある。この光学式変位計は、Ｙ、Ｆａｉｎｍａｎ
、　Ｅ、Ｌｅｎｚ、ａｎｄ　Ｊ、Ｓｈａｍｉｒ：０ｐｔ
ｉｃａｌ　ｐｒｏｔｉｌｏｍｅｔｅｒａ　ｎｅｗ　ｍｅ
ｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ　５ｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ
、　Ａｐｐ、ＯＰｔ、２１゜１７、　Ｓｅｐｔｅｍｂｅ
ｒ（１９８２）　３２００〜３２０７、において開示さ
れたもので、平行光の測定光束をビームスプリッタｌを
経て対物レンズ２により試料３に投射するようにしてい
る。試料３ての反射光は、対物レンズ２を経てビームス
プリッタ１て反射させた後、アパーチャ４およびレンズ
５を経てビームスプリッタ６に入射させて２光束に分離
し、その−方をフーリエ変換フィルタ７ａを経て受光素
子８ａて受光し、他方をフーリエ変換フィルタ７ｂを経
て受光素子８ｂで受光するようにして、これら受光素子
８ａおよび８ｂから試料３の変位に応じて第６図に示す
ように変化する出力を得るようにしている。これら受光
素子８ａおよび８ｂの出力は、差動増幅器９に供給して
第７図に示すような差動出力を得、この差動出力に基づ
いて試料３の変位を測定するようにしている。

また、他の光学式変位計として、例えば米国特許第３．
７８８．７４１号明細書および同第３．７１９．４２１
号明細書には、第５図に示すフーリエ変換フィルタ７ａ
、　７ｂに代えてそれぞれピンホールを設けたものが開
示されている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の光学式変位計にあっては
、試料３からの戻り光をレンズ５て収束してビームスプ
リッタ６で２光束に分離し、それらの収束光をそれぞれ
フーリエ変換フィルタやピンホールを介して受光素子８
ａおよび８ｂで受光するようにしているため、高精度の
測定を行うためには、各収束光路中に配置するフーリエ
変換フィルタやピンホールを同一構成で、しかも所定の
位置に正確に配置する必要がある。このため、フーリエ
変換フィルタやピンホールの素子の選択や、その光学的
位置調整が極めて面倒となり、コスト高になるという問
題がある。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、簡単かつ安価にてき、しかも高精度の測定か
できるよう適切に構成した光学式変位計を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では、光源と、この光源からの直
線偏光からＰ偏光成分およびＳ偏光成分を取り出す手段
と、これらＰ偏光成分およびＳ偏光成分の光をそれらの
収束位置を異ならせて試料に投射する複屈折光学系と、
この複屈折光学系の像側焦点位置に配置した微小開口手
段と、前記試料で反射され、前記複屈折光学系および微
小開口手段を経たそれぞれの偏光成分の戻り光を分離す
る手段と、その分離されたそれぞれの偏光成分の戻り光
を受光する２個の受光素子とを具え、これら２個の受光
素子の出力に基づいて前記試料の変位を測定するよう構
成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。この
実施例では、半導体レーザ１１からの直線偏光を、コリ
メータレンズ１２により平行光とじた後、偏光ビームス
プリッタ１３に入射させてＰ偏光成分とＳ偏光成分とを
分離して取り出す。偏光ビームスプリッタ１３を透過し
たＰ偏光は、ファラディ回転子１４により偏光面を右４
５°回転させ、さらに１７２波長板１５により偏光面を
右４５°回転させてＳ偏光に変換し、これをミラー１６
を経て偏光ビームスプリッタ１７で反射させるようにす
る。

また、偏光ビームスプリッタ１３て反射されたＳ偏光は
、ミラー１８て反射させた後、ファラディ回転子１９に
より偏光面を右４５°回転させ、さらに１／２波長板２
０により偏光面を右４５°回転させてＰ偏光に変換し、
これを偏光ビームスプリッタ１７に入射させて、該偏光
ビームスプリッタ１７を透過させるようにする。

偏光ビームスプリッタ１７から得られるＰ偏光およびＳ
偏光は、偏光面を調整するための偏光回転子２１、集光
レンズ２２、ピンホール２３および複屈折光学系２４を
経て試料２５に投射する。なお、ピンホール２３は複屈
折光学系２４の像側焦点位置に配置すると共に、複屈折
光学系２４は平板またはレンズ状の複屈折をもつ結晶材
料よりなる一枚または複数枚の光学素子をもって構成す
る。

ここで、試料２５に投射される光のうち、偏光面か複屈
折光学系２４の結晶の光軸と平行な光をＰ偏光とすると
、このＰ偏光はｆｏに焦点を結び、このＰ偏光と直交す
る偏光面を有するＳ偏光はｆ。

に焦点を結ぶことになり、Ｐ偏光およびＳ偏光てそれら
の収束位置か異なることになる。

試料２５て反射されるＰ偏光およびＳ偏光の戻り光は、
複屈折光学系２４を経てピンホール２３に入射させ、こ
のピンホール２３を透過するそれぞれの偏光を集光レン
ズ２２および偏光回転子２１を経て偏光ビームスプリッ
タ１７に入射させて、戻り光のＰ偏光とＳ偏光とを分離
し、Ｓ偏光をミラー１６．１／２波長板１５およびファ
ラディ回転子１４を経て偏光ビームスプリッタ１３に入
射させる。なお、１７２波長板１５に入射する戻り光の
Ｓ偏光は、該１／２波長板１５を透過することにより偏
光面か右４５°回転するが、次のファラディ回転子１４
においては戻り光は左４５°回転するので、偏光ビーム
スプリッタ１３にはＳ偏光のまま入射することになる。

また、偏光ビームスプリッタ１７で分離された戻り光の
Ｐ偏光は、１／２波長板２０、ファラディ回転子１９お
よびミラー１８を経て同様の作用によりＰ偏光のまま偏
光ビームスプリッタ１３に入射させ、この偏光ビームス
プリッタ１３から得られる戻り光のＰ偏光およびＳ偏光
を偏光ビームスプリッタ２６で分離してそれぞれ受光素
子２７および２８で受光する。

ここで、受光素子２７から得られる戻り光のＰ偏光の信
号強度は、第２図に符号Ｅｌ）で示すように、試料２５
の表面が焦点位置ｆ。に位置するとき最大となり、焦点
位置ｆ。から離れるに従って減少する。同様に、受光素
子２８から得られる戻り光のＳ偏光の信号強度は、第２
図に符号Ｅｓで示すように、試料２５の表面が焦点位置
ｆ、に位置するとき最大となり、焦点位置ｆ、から離れ
るに従って減少し、試料２５０表面がｆｏとｆ、どの中
間に位置するとき、ＥｐとＥｓとが等しくなる。

そこで、この実施例では受光素子２７．２８の出力Ｅｐ
、　Ｅｓを差動増幅器２９に供給して、試料２５０表面
の変位に応じて第３図に示すように変化する（ＥｓＨｐ
）の差動信号を得ると共に、Ｅｐ、　Ｅｓを加算器３０
に供給して（１：ｐ＋Ｅｓ）の加算信号を得、これら差
動信号および加算信号を割り算器３１に供給して、（Ｅ
ｓ−Ｅｌ））／（Ｅｌ）＋Ｅｓ）を演算することにより
、試料表面の反射率をキャンセルした変位信号を得るよ
うにする。

このように、この実施例によれば、Ｐ偏光およびＳ偏光
を２重焦点を有する複屈折光学系２４により試料２５に
投射し、それらの反射光を複屈折光学系２４およびピン
ホール２３を経て平行光として取り出した後、偏光ビー
ムスプリッタ２６て分離して受光素子２７および２８で
受光するようにしたので、各光学素子の位置調整を容易
にてき、したかって簡単かつ安価にできると共に、高精
度の測定を行うことかできる。

第４図はこの発明の第２実施例を示すものである。この
実施例は、第１実施例のピンホール２３に代えて偏波面
保存ファイバ３２を用い、これにより半導体レーザ１１
や受光素子２７．２８等を有する信号処理部と、複屈折
光学系２４を有するヘッド部とを分離したもので、その
他の構成は第１実施例と同様である。このように構成す
れば、第１実施例の効果に加え、複屈折光学系２４を有
するヘッド部を小型、軽量にてき、しかも任意の位置に
配置することかできる。また、信号処理部とヘッド部と
を離して配置できるので、信号処理部からの熱によるヘ
ッド部の温度ドリフトを小さくてきると共に、信号処理
部を電気的ノイズを受けない位置に配置できるのて、よ
り精度の高い測定を行うことができる。

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
てはなく、幾多の変形または変更か可能である。例えば
、上述した実施例では、偏光回転子２１を用いて、複屈
折光学系２４あるいは偏波面保存ファイバ３２に対して
入射光の偏光面を調整するようにしたか、この偏光回転
子２１は省略することもできる。また、上述した実施例
では、試料２５での反射光か半導体レーザ１１に戻るの
を防止するために、ファラディ回転子および１７２波長
板を用いて、往路においては偏光ビームスプリッタ１３
て分離されたＰおよびＳ偏光を逆転して偏光ビームスプ
リッタ１７に入射させ、復路においては偏光ビームスプ
リッタ１７で分離されたＰおよびＳ偏光を逆転させるこ
となく偏光ビームスプリッタ１３に入射させるようにし
たが、半導体レーザＵへの戻り光による影響か無視てき
る場合には、ファラディ回転子および１／２波長板を用
いることなく、往路においては偏光ビームスプリッタ１
３て分離されたＰおよびＳ偏光を逆転させることなくミ
ラー等を介して偏光ビームスプリッタ１７に入射させて
同一面から出射させるようにし、復路においては偏光ビ
ームスプリッタ１３および１７間のＰおよびＳ偏光の各
光路中にハーフミラ−を配置して戻り光のＰおよびＳ偏
光をそれぞれ反射させて受光したり、あるいは偏光ビー
ムスプリッタ１７と集光レンズ２２との間にハーフミラ
−を配置して戻り光を反射させ、その反射光を偏光ビー
ムスプリッタに入射させてＰおよびＳ偏光をそれぞれ分
離して受光するように構成することもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、光源からの直線偏光
からＰ偏光成分およびＳ偏光成分を取り出してこれらを
複屈折光学系により収束位置を異ならせて試料に投射し
、それらの反射光を複屈折光学系およびこの複屈折光学
系の像側焦点位置に配置した微小開口を経て取り出した
後、その各偏光成分を分離してそれぞれ受光素子で受光
するようにしたので、各光学素子の位置調整を容易にで
き、したかって簡単かつ安価にてきると共に、高精度の
測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２図および
第３図はその動作を説明するための図、第４図は二の発明の第２実施例を示す図、第５図、第６
図および第７図は従来の技術を説明するための図である
。１１・・・半導体レーザ　　　１２・・・コリメータレ
ンズ１３、１７．２６・・・偏光ビームスプリッタ１４
．１９・・・ファラディ回転子１５．２０・・・１／２波長板　　１６．１８・・・ミ
ラー２１・・・偏光回転子　　　　２２・・・集光レン
ズ２３・・・ピンホール　　　　２４・・・複屈折光学
系２５・・・試料　　　　　　　２７．２８・・・受光
素子２９・・・差動増幅器　　　　３０・・・加算器３
１・・・割り算器　　　　　３２・・・偏波面保存ファ
イバ寥式濃４７６υ（ｔＬ１第４図第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

１、光源と、この光源からの直線偏光からＰ偏光成分お
よびＳ偏光成分を取り出す手段と、これらＰ偏光成分お
よびＳ偏光成分の光をそれらの収束位置を異ならせて試
料に投射する複屈折光学系と、この複屈折光学系の像側
焦点位置に配置した微小開口手段と、前記試料で反射さ
れ、前記複屈折光学系および微小開口手段を経たそれぞ
れの偏光成分の戻り光を分離する手段と、その分離され
たそれぞれの偏光成分の戻り光を受光する２個の受光素
子とを具え、これら２個の受光素子の出力に基づいて前
記試料の変位を測定するよう構成したことを特徴とする
光学式変位計。