JPH05180643A - 表面形状測定装置 - Google Patents

表面形状測定装置

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JPH05180643A
JPH05180643A JP23492A JP23492A JPH05180643A JP H05180643 A JPH05180643 A JP H05180643A JP 23492 A JP23492 A JP 23492A JP 23492 A JP23492 A JP 23492A JP H05180643 A JPH05180643 A JP H05180643A
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JP
Japan
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wave beam
wave
reflected
measured
laser light
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Pending
Application number
JP23492A
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English (en)
Inventor
Mataichiro Kiso
又一郎 木曽
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 全体の調節機構を簡単にした表面形状測定装
置を提供する。 【構成】 振動方向が互に直交し、周波数の異なる2つ
の直線偏光波からなるレーザ光ビームをP波ビームとS
波ビームに分離し、その各光軸を平行にして、回転する
物体の被測定表面の回転中心点とこれから離れた測定点
に入射させ、反射したP波ビームとS波ビームを再び合
成して光電変換し、P波ビームとS波ビームの差の周波
数のビート信号を検出して、このビート信号の位相によ
り被測定表面の測定点がたどる円周上の微細な形状を測
定する表面形状測定装置において、直角プリズムの全反
射面に形成した偏光膜21a で入射するレーザ光ビームを
透過するP波ビームと反射するS波ビームとに分離する
偏光ビームスプリッタとS波ビームをP波ビームと光軸
を平行にして反射する反射鏡22とを備えたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は物体表面の粗さやうね
りなどの微細な形状を測定するのに用いる表面形状測定
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は例えば、谷田見豊彦著「応用光学
──光計測入門──」(丸善株式会社昭和63年8月30日
発行)の第124 頁に記載されたヘテロダイン法による従
来の表面形状測定装置の要部を示す断面図である。図に
おいて、1は表面の粗さやうねりなどの表面形状を測定
する供試物体、2は供試物体1を載せて回転させる回転
テーブル、11は入射するレーザ光ビームをP波ビームと
S波ビームに分離するウォラストンプリズム、12はウォ
ラストンプリズム11を出射したP波ビームとS波ビーム
を集光する対物レンズである。
【0003】従来の表面形状測定装置は以上のように構
成されており、光源のゼーマンレーザ発振器(図示せ
ず)で発振したレーザ光ビームをウォラストンプリズム
11に入射させる。このレーザ光ビームは振動方向が互に
直交し、周波数の異なる2つの直線偏光波からなり、ウ
ォラストンプリズム11に入射すると、P波ビームとS波
ビームに分かれ異なる方向に屈折して出射する。ウォラ
ストンプリズム11の接合面でレーザ光ビームの入射する
位置と回転テーブル2に載せた供試物体1の被測定表面
とはいずれも対物レンズ12の焦点位置にあるので、ウォ
ラストンプリズム11を出射したP波ビームとS波ビーム
は対物レンズ12で集光され、その光軸が平行になって、
供試物体1の被測定表面にそれぞれのスポットを形成す
る。S波ビームのスポットを供試物体1の回転中心点に
し、P波ビームのスポットをそれから離れた測定点にす
れば、供試物体1の回転により前者は回転中心点に固定
されるが、後者は被測定表面の円周上をたどり、その微
細な形状に応じて光路長が変化する。したがって、被測
定表面で反射するP波ビームはその位相が変化し、被測
定表面の微細な形状に対応した情報を含むことになる。
供試物体1の被測定表面で反射したP波ビームとS波ビ
ームを再び対物レンズ12で集光し、ウォラストンプリズ
ム11で合成して光電変換すると、P波ビームとS波ビー
ムは周波数が異なって互に干渉するので、その差の周波
数のビート信号が得られる。このビート信号には供試物
体1の被測定表面で反射したP波ビームとS波ビームの
位相差が現れるので、その位相を測定すれば、被測定表
面のP波がたどる円周上の微細な形状を測定することが
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の表面形状測定装
置は以上のように構成され、ウォラストンプリズム11の
接合面でレーザ光ビームの入射する位置と供試物体1の
被測定表面を対物レンズ12の焦点位置に置いてウォラス
トンプリズム11を出射したP波ビームとS波ビームを対
物レンズ12で集光し、その各光軸を平行にして、供試物
体1の被測定表面にそれぞれのスポットを形成するの
で、全体の調節機構が極めて複雑になると言う技術的課
題があった。
【0005】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、全体の調節機構を簡単にした表面
形状測定装置を得ることを目的とする。また、この目的
に加えて被測定表面の微細な形状の平均値を測定できる
表面形状測定装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る表面形状
測定装置は振動方向が互に直交し、周波数の異なる2つ
の直線偏光波からなるレーザ光ビームをP波ビームとS
波ビームに分離し、その各光軸を平行にして回転する物
体の被測定表面の回転中心点とこれから離れた測定点に
入射させ、反射したP波ビームとS波ビームを再び合成
して光電変換し、P波ビームとS波ビームの差の周波数
のビート信号を検出して、このビート信号の位相により
被測定表面の測定点がたどる円周上の微細な形状を測定
する表面形状測定装置において、直角プリズムの全反射
面に偏光膜を形成して入射するレーザ光ビームを偏光膜
で透過するP波ビームと反射するS波ビームとに分離す
る偏光ビームスプリッタとS波ビームをP波ビームと光
軸を平行にして反射する反射鏡とを備えたものである。
【0007】また、上記の表面形状測定装置において、
上記の反射鏡に代えて偏光ビームスプリッタから入射す
るP波ビームの半分を透過し、半分を反射するハーフミ
ラと、このハーフミラで反射したP波ビームと偏光膜で
反射したS波ビームを反射してハーフミラを透過するP
波ビームと光軸を平行にする反射鏡とを備えたものであ
る。
【0008】
【作用】この発明は以上のように構成され、偏光ビーム
スプリッタは入射するレーザ光ビームを偏光膜で透過す
るP波ビームと反射するS波ビームとに分離し、反射鏡
はそのS波ビームをP波ビームと光軸を平行にして反射
する。
【0009】また、偏光ビームスプリッタは入射するレ
ーザ光ビームを偏光膜で透過するP波ビームと反射する
S波ビームとに分離し、ハーフミラは偏光ビームスプリ
ッタから入射するP波ビームの半分を透過し、半分を反
射する。さらに、反射鏡はハーフミラで反射したP波ビ
ームと偏光膜で反射したS波ビームを反射してハーフミ
ラを透過するP波ビームと光軸を平行にする。
【0010】
【実施例】
実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す断面図であ
る。21は偏光ビームスプリッタで2個の直角プリズムの
全反射面を合わせ、その一方に偏光膜21a を形成して接
合したものである。22は角形の反射鏡で2個の直角プリ
ズムの全反射面を合わせ、その一方に反射膜22a を形成
して接合したものである。23は偏光ビームスプリッタ21
を出射したP波ビームと反射鏡22を出射したS波ビーム
を集光する対物レンズである。
【0011】この実施例は上記のように構成されてお
り、振動方向が互に直交し、周波数の異なる2つの直線
偏光波からなるレーザ光ビームが偏光ビームスプリッタ
21に入射すると、偏光膜21a で透過するP波ビームと反
射するS波ビームとに分かれP波ビームはそのまま出射
するが、S波ビームは反射鏡22に入射し、反射膜22a で
反射して出射する。出射したP波ビームとS波ビームは
光軸が平行であり、その光軸上に配置した対物レンズ23
で集光されてその焦点位置にある供試物体1の被測定表
面にそれぞれスポットを形成する。S波ビームのスポッ
トを供試物体1の回転中心点とし、P波ビームのスポッ
トをそれから離れた測定点とすれば、供試物体1の回転
により、前者は回転中心点に固定されるが、後者は被測
定表面の円周上をたどり、その微細な形状に応じて光路
長が変化する。したがって、被測定表面で反射するP波
ビームはS波ビームに対しその位相が変化し、被測定表
面の微細な形状に対応した情報を含むことになる。供試
物体1の被測定表面で反射したP波ビームとS波ビーム
は入射するときと全く同じ光路を経て偏光ビームスプリ
ッタ21で合成されて出射する。この出射したレーザ光ビ
ームを光電変換すると、P波ビームとS波ビームは周波
数が異なり、互に干渉するので、その差の周波数のビー
ト信号が得られる。このビート信号には供試物体1の被
測定表面で反射したP波ビームとS波ビームの位相差が
現れるので、その位相を測定すれば、被測定表面のP波
ビームがたどる円周上の微細な形状を測定することがで
きる。なお、供試物体1の被測定表面に形成するスポッ
トの径は通常、2μm位であるので、この程度の微細な
形状の測定が可能である。この実施例によれば、供試物
体1の被測定表面を対物レンズ23の焦点位置に置かねば
ならないが、全体の調整機能はかなり簡単になる。
【0012】実施例2.図2はこの発明の他の実施例を
示す断面図であり、実施例1の対物レンズ23をはぶいて
偏光ビームスプリッタ21を出射したP波ビームと反射鏡
22を出射したS波ビームを供試物体1の被測定表面の測
定長と回転中心点にそれぞれ直接入射させるもので、こ
の実施例によれば、対物レンズ23で被測定表面にスポッ
トを形成する必要がないので、全体の調節機構は極めて
簡単になる。しかし、供試物体1の被測定表面に入射す
るP波ビームとS波ビームの径は通常0.1 〜1mm である
ので、この程度の形状の測定が可能である。
【0013】実施例3.図3は実施例2と類似の実施例
を示す断面図である。偏光ビームスプリッタ31は1個の
直角プリズムの全反射面に偏光膜31a を形成したもので
あり、反射鏡32も1個の直角プリズムの全反射面に反射
膜32a を形成している。この実施例によれば、実施例2
と同じ効果を期待できるほか、全体の軽量化が可能であ
る。
【0014】実施例4.図4はさらに異なる実施例を示
す断面図であり、振動方向が互いに直交し、周波数の異
なる2つの直線偏光波からなるレーザ光ビームが偏光ビ
ームスプリッタ41に入射すると、偏光膜41a で透過する
P波ビームと反射するS波ビームとに分かれる。P波ビ
ームは角形のハーフミラ44に入射し、その半分は部分反
射膜44aを透過して出射するが、残りの半分は反射膜44
a で反射し、偏光膜41a で反射したS波ビームとともに
角形の反射鏡42に入射して反射膜42a で反射する。ハー
フミラ44を出射するP波ビームの半分と反射鏡42を出射
するS波ビームならびにP波ビームの半分は各光軸が平
行で、S波ビームハーフミラ44からのP波ビームの半分
と反射鏡42からのP波ビームの半分の中間位置にあるの
で、S波ビームを供試物体1(図1参照)の回転中心点
に入射させると、供試物体1の被測定表面でP波ビーム
の半分の両方がたどる円周上の微細な形状の平均値を測
定することができる。
【0015】
【発明の効果】この発明は以上説明したように直角プリ
ズムの全反射面に偏光膜を形成して入射するレーザ光ビ
ームを偏光膜で透過するP波ビームと反射するS波ビー
ムとに分離する偏光ビームスプリッタとS波ビームをP
波ビームと光軸を平行にして反射する反射鏡とを備えた
ので、全体の調整機構が簡単になる効果がある。
【0016】また、直角プリズムの全反射面に偏光膜を
形成して入射するとレーザ光ビームを偏光膜で透過する
P波ビームと反射するS波ビームとに分離する偏光ビー
ムスプリッタと、この偏光ビームスプリッタから入射す
るP波ビームの半分を透過し、半分を反射するハーミラ
と、このハーフミラで反射したP波ビームと偏光膜で反
射したS波ビームを反射してハーフミラを透過するP波
ビームと光軸を平行にする反射鏡とを備えたので、全体
の調整機構が簡単になるほか、被測定表面の微細な形状
の平均値が測定できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す断面図である。
【図2】この発明の他の実施例を示す断面図である。
【図3】実施例2と類似の実施例を示す断面図である。
【図4】上記のいずれとも異なる実施例を示す断面図で
ある。
【図5】従来の表面形状測定装置の要部を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1 供試物体 21 偏光ビームスプリッタ 21a 偏光膜 22 反射鏡 22a 反射膜 31 偏光ビームスプリッタ 31a 偏光膜 32 反射鏡 32a 反射膜 41 偏光ビームスプリッタ 41a 偏光膜 42 反射鏡 42a 反射膜 44 ハーフミラ 44a 部分反射膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動方向が互に直交し、周波数の異なる
    2つの直線偏光波からなるレーザ光ビームをP波ビーム
    とS波ビームに分離し、その各光軸を平行にして、回転
    する物体の非測定表面の回転中心点とこれから離れた測
    定点に入射させ、反射した上記P波ビームと上記S波ビ
    ームを再び合成して光電変換し、上記P波ビームと上記
    S波ビームの差の周波数のビート信号を検出して、この
    ビート信号の位相により上記被測定表面の上記測定点が
    たどる円周上の微細な形状を測定する表面形状測定装置
    において、直角プリズムの全反射面に偏光膜を形成して
    入射する上記レーザ光ビームを上記偏光膜で透過するP
    波ビームと反射するS波ビームとに分離する偏光ビーム
    スプリッタと、上記S波ビームを上記P波ビームと光軸
    を平行にして反射する反射鏡とを備えたことを特徴とす
    る表面形状測定装置。
  2. 【請求項2】 振動方向が互に直交し、周波数の異なる
    2つの直線偏光波からなるレーザ光ビームをP波ビーム
    とS波ビームに分離し、その各光軸を平行にして、回転
    する物体の非測定表面の回転中心点とこれから離れた測
    定点に入射させ、反射した上記P波ビームと上記S波ビ
    ームを再び合成して光電変換し、上記P波ビームと上記
    S波ビームの差の周波数のビート信号を検出して、この
    ビート信号の位相により上記被測定表面の上記測定点が
    たどる円周上の微細な形状を測定する表面形状測定装置
    において、直角プリズムの全反射面に偏光膜を形成して
    入射する上記レーザ光ビームを上記偏光膜で透過するP
    波ビームと反射するS波ビームとに分離する偏光ビーム
    スプリッタと、この偏光ビームスプリッタから入射する
    P波ビームの半分を透過し、半分を反射するハーフミラ
    と、このハーフミラで反射した上記P波ビームと上記偏
    光膜で反射したS波ビームを反射して上記ハーフミラを
    透過する上記P波ビームと光軸を平行にする反射鏡とを
    備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
JP23492A 1992-01-06 1992-01-06 表面形状測定装置 Pending JPH05180643A (ja)

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JP23492A JPH05180643A (ja) 1992-01-06 1992-01-06 表面形状測定装置

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JP (1) JPH05180643A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009503613A (ja) * 2005-08-03 2009-01-29 アルセス テクノロジー,インコーポレイテッド 微分干渉法の光変調器及び画像表示システム
JP2016075659A (ja) * 2014-03-27 2016-05-12 株式会社ニューフレアテクノロジー 曲率測定装置及び曲率測定方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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