JPH0571959A - 光学式微小変位測定装置 - Google Patents
光学式微小変位測定装置Info
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- JPH0571959A JPH0571959A JP23044691A JP23044691A JPH0571959A JP H0571959 A JPH0571959 A JP H0571959A JP 23044691 A JP23044691 A JP 23044691A JP 23044691 A JP23044691 A JP 23044691A JP H0571959 A JPH0571959 A JP H0571959A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物が大きく傾いた場合でも、微小変位
や表面粗さの測定が可能な光学式微小変位測定装置を提
供する。 【構成】 光源１０１からの光束を被測定物１０６に照
射する照明光学系を有し、被測定物１０６からの反射光
束Ｌ1 に基づき被測定物１０６の微小変位を検出する光
学式微小変位測定装置において、被測定物１０６側と反
対側の開口角が被測定物１０６側の開口角より大きい対
物レンズ１７を介して導く反射光束Ｌ1 を、回転するポ
リゴンミラー１の１つの面で反射するとともに回動し、
このように回動走査される反射光束Ｌ1 をポリゴンミラ
ー１の回転軸１ａ方向に伸びるスリット３を介して光検
出器２に入射させることにより反射光束Ｌ1 の光束径を
検出することにより、被測定物１０６の傾きに影響され
ることなく被測定物１０６の微小変位を検出するように
したものである。
や表面粗さの測定が可能な光学式微小変位測定装置を提
供する。 【構成】 光源１０１からの光束を被測定物１０６に照
射する照明光学系を有し、被測定物１０６からの反射光
束Ｌ1 に基づき被測定物１０６の微小変位を検出する光
学式微小変位測定装置において、被測定物１０６側と反
対側の開口角が被測定物１０６側の開口角より大きい対
物レンズ１７を介して導く反射光束Ｌ1 を、回転するポ
リゴンミラー１の１つの面で反射するとともに回動し、
このように回動走査される反射光束Ｌ1 をポリゴンミラ
ー１の回転軸１ａ方向に伸びるスリット３を介して光検
出器２に入射させることにより反射光束Ｌ1 の光束径を
検出することにより、被測定物１０６の傾きに影響され
ることなく被測定物１０６の微小変位を検出するように
したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の微小変位や
表面粗さを光学的手段により測定する光学式微小変位測
定装置に関する。
表面粗さを光学的手段により測定する光学式微小変位測
定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、焦点に対する被測定物のずれ
量を検出して被測定物の微小変位や表面粗さを測定する
装置として、例えば臨界角法を用いたもの（特開昭５９
−９０００７号公報参照）、非点収差法を用いたもの
（特開昭６０−１８６７０５号公報参照）、あるいはフ
ーコー法を用いたもの（光技術コンタクトvol ２６，N
o.１１，１９８８，Ｐ７７３〜７８４）などが知られて
いる。
量を検出して被測定物の微小変位や表面粗さを測定する
装置として、例えば臨界角法を用いたもの（特開昭５９
−９０００７号公報参照）、非点収差法を用いたもの
（特開昭６０−１８６７０５号公報参照）、あるいはフ
ーコー法を用いたもの（光技術コンタクトvol ２６，N
o.１１，１９８８，Ｐ７７３〜７８４）などが知られて
いる。
【０００３】これらのうち、臨界角法は、プリズムの有
する固有の臨界角近傍に入射する光ビーム強度が微小な
角度変化に対して急激な変化を呈する性質を利用したも
のである。
する固有の臨界角近傍に入射する光ビーム強度が微小な
角度変化に対して急激な変化を呈する性質を利用したも
のである。
【０００４】かかる臨界角法による従来の光学式微小変
位測定装置の構成を図５に示す。同図中、１０１はレー
ザー光源、１０２はコリメートレンズ、１０３は偏光ビ
ームスプリッタ、１０４は１／４波長板、１０５は対物
レンズ、１０６は被測定物、１０７はビームスプリッ
タ、１０８ａ，１０８ｂは臨界角プリズム、１０９ａ，
１０９ｂは２分割受光素子である。
位測定装置の構成を図５に示す。同図中、１０１はレー
ザー光源、１０２はコリメートレンズ、１０３は偏光ビ
ームスプリッタ、１０４は１／４波長板、１０５は対物
レンズ、１０６は被測定物、１０７はビームスプリッ
タ、１０８ａ，１０８ｂは臨界角プリズム、１０９ａ，
１０９ｂは２分割受光素子である。
【０００５】レーザー光源１０１からのレーザ光はコリ
メートレンズ１０２により平行光束に変換され、Ｓ偏光
で偏光ビームスプリッタ１０３を介して１／４波長板１
０４へ導かれる。この１／４波長板１０４に導かれたレ
ーザ光は円偏光の光束に変換された後、対物レンズ１０
５を介して被測定物１０６の表面に集光される。被測定
物１０６で反射されたレーザ光は１／４波長板１０４で
Ｐ偏光にされた後、偏光ビームスプリッタ１０３を透過
してビームスプリッタ１０７に導かれ、分光される。分
光された光はそれぞれ、反射面が臨界角に設定されてい
る臨界角プリズム１０８ａ，１０８ｂで反射され、それ
ぞれ２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂに入射され、光
量が検出される。
メートレンズ１０２により平行光束に変換され、Ｓ偏光
で偏光ビームスプリッタ１０３を介して１／４波長板１
０４へ導かれる。この１／４波長板１０４に導かれたレ
ーザ光は円偏光の光束に変換された後、対物レンズ１０
５を介して被測定物１０６の表面に集光される。被測定
物１０６で反射されたレーザ光は１／４波長板１０４で
Ｐ偏光にされた後、偏光ビームスプリッタ１０３を透過
してビームスプリッタ１０７に導かれ、分光される。分
光された光はそれぞれ、反射面が臨界角に設定されてい
る臨界角プリズム１０８ａ，１０８ｂで反射され、それ
ぞれ２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂに入射され、光
量が検出される。
【０００６】このように、被測定物１０６が対物レンズ
１０５の焦点に位置している場合には、反射光は平行光
となり、臨界角プリズム１０８ａ，１０８ｂにおける反
射率は全光束で一定となり、２分割受光素子１０９ａ，
１０９ｂに受光される光量は等しくなる。しかし、被測
定物１０６が対物レンズ１０５の焦点より遠くに位置し
ている場合には反射光は収束光となるので臨界角プリズ
ム１０８ａ，１０８ｂに入る光束の入射角はその光軸に
対して臨界角プリズム１０８ａで図中下側、臨界角プリ
ズム１０８ｂで図中右側は臨界角より小さくなり、反射
率が低下して、２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂに受
光される光量に差が生じる。
１０５の焦点に位置している場合には、反射光は平行光
となり、臨界角プリズム１０８ａ，１０８ｂにおける反
射率は全光束で一定となり、２分割受光素子１０９ａ，
１０９ｂに受光される光量は等しくなる。しかし、被測
定物１０６が対物レンズ１０５の焦点より遠くに位置し
ている場合には反射光は収束光となるので臨界角プリズ
ム１０８ａ，１０８ｂに入る光束の入射角はその光軸に
対して臨界角プリズム１０８ａで図中下側、臨界角プリ
ズム１０８ｂで図中右側は臨界角より小さくなり、反射
率が低下して、２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂに受
光される光量に差が生じる。
【０００７】同様に被測定物１０６が対物レンズ１０５
の焦点より近い地点に位置している場合には反射光は発
散光となり、上述した場合とは逆になる。
の焦点より近い地点に位置している場合には反射光は発
散光となり、上述した場合とは逆になる。
【０００８】この結果、２分割受光素子１０９ａ，１０
９ｂに受光される光量に差が生じる。このような光量の
差から被測定物１０６の、対物レンズ１０５の焦点位置
からの変位を検出し、被測定物１０６の微小変位や表面
粗さを測定することができる。
９ｂに受光される光量に差が生じる。このような光量の
差から被測定物１０６の、対物レンズ１０５の焦点位置
からの変位を検出し、被測定物１０６の微小変位や表面
粗さを測定することができる。
【０００９】一方、非点収差法は、円筒レンズを用いて
検出像に非点収差を与え、測定対象物の位置の移動変位
量を像の変形に変換するものである。この方法による微
小変位測定装置では、被測定物が対物レンズの合焦点位
置にある場合には、受光ビームは円形状となるが、結像
位置が近い場合には縦長な楕円形状になり、また、遠い
場合には横長な楕円形状となるので、これを４分割フォ
トダイオードで光電変換し、縦方向，横方向のそれぞれ
の和を求め、更にそれらの差の出力信号を求め、被測定
物の移動変位量に比例した出力を得るものである。
検出像に非点収差を与え、測定対象物の位置の移動変位
量を像の変形に変換するものである。この方法による微
小変位測定装置では、被測定物が対物レンズの合焦点位
置にある場合には、受光ビームは円形状となるが、結像
位置が近い場合には縦長な楕円形状になり、また、遠い
場合には横長な楕円形状となるので、これを４分割フォ
トダイオードで光電変換し、縦方向，横方向のそれぞれ
の和を求め、更にそれらの差の出力信号を求め、被測定
物の移動変位量に比例した出力を得るものである。
【００１０】また、フーコー法による微小変位測定装置
は、光学的ナイフエッジ効果を持つ分割プリズムを用い
て被測定物からの反射光束を２光束に分割し、２分割フ
ォトダイオードに入射させるものであり、対物レンズと
被測定面との距離が変化すると被測定物からの反射光束
の広がり角が変化するため、２分割フォトダイオードの
受光量に差が生ずるので、これにより被測定物の変位量
を求めるものである。
は、光学的ナイフエッジ効果を持つ分割プリズムを用い
て被測定物からの反射光束を２光束に分割し、２分割フ
ォトダイオードに入射させるものであり、対物レンズと
被測定面との距離が変化すると被測定物からの反射光束
の広がり角が変化するため、２分割フォトダイオードの
受光量に差が生ずるので、これにより被測定物の変位量
を求めるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述した光学式微小変
位測定装置において被測定物が傾いた場合には、反射光
束軸は入射光束軸に対して平行移動してしまう。例えば
図５に示す装置で被測定物１０６がθだけ傾いた場合、
図６に示すように、入射光束軸１１０に対して、反射光
束軸１１１はΔｘだけ平行移動することになる。そし
て、このとき被測定物１０６は対物レンズ１０５の焦点
距離をｆとすると、 Δｘ＝ｆ tan２θ の関係が成り立つ。
位測定装置において被測定物が傾いた場合には、反射光
束軸は入射光束軸に対して平行移動してしまう。例えば
図５に示す装置で被測定物１０６がθだけ傾いた場合、
図６に示すように、入射光束軸１１０に対して、反射光
束軸１１１はΔｘだけ平行移動することになる。そし
て、このとき被測定物１０６は対物レンズ１０５の焦点
距離をｆとすると、 Δｘ＝ｆ tan２θ の関係が成り立つ。
【００１２】ところで、図５に示した装置では反射光を
分光してそれぞれを２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂ
で受光するようにしており、上述した光軸のずれΔｘ
は、２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂにおいて互いに
逆向きに生じるので、Δｘによる受光光量の差は、原理
的には、相殺される構成となっている。
分光してそれぞれを２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂ
で受光するようにしており、上述した光軸のずれΔｘ
は、２分割受光素子１０９ａ，１０９ｂにおいて互いに
逆向きに生じるので、Δｘによる受光光量の差は、原理
的には、相殺される構成となっている。
【００１３】しかしながら、被測定物１０６の傾き角θ
が大きくなった場合、反射光束が２分割受光素子１０９
ａ，１０９ｂの受光面から外れてしまい、微小変位や表
面粗さを測定できなくなるという問題がある。
が大きくなった場合、反射光束が２分割受光素子１０９
ａ，１０９ｂの受光面から外れてしまい、微小変位や表
面粗さを測定できなくなるという問題がある。
【００１４】そして、従来の微小変位測定装置は全て同
様な問題を有している。
様な問題を有している。
【００１５】本発明は、このような事情に鑑み、被測定
物が大きく傾いた場合でも、微小変位や表面粗さの測定
が可能な光学式微小変位測定装置を提供することを目的
とする。
物が大きく傾いた場合でも、微小変位や表面粗さの測定
が可能な光学式微小変位測定装置を提供することを目的
とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、
明の構成は、
【００１７】光源からの光束を被測定物に照射するとと
もに、被測定物からの反射光束から、被測定物の焦点に
対するずれ量に基づく反射光束の収束、若しくは拡散の
程度を検出することにより、前記ずれ量に基づく被測定
物の微小変位を検出するようになっている光学式微小変
位測定装置であって、被測定物に対向して配設され、し
かも被測定物側の開口角が反対側の開口角よりも大きく
なるよう形成されて被測定物からの反射光束を収光する
ようになっている対物レンズと、対物レンズを介して入
射する前記反射光束を反射するとともに、この反射光束
が回動するよう回転駆動される多面鏡と、前記対物レン
ズの光軸に直交する線上に配設され多面鏡の回転軸の軸
方向と平行に伸びるスリットと、多面鏡の一面で反射さ
れて回動するとともにスリットを介して入射する反射光
束を検出し、この反射光束の光強度の最大値を記憶する
とともに、多面鏡の次の面で反射された反射光束の光強
度が前記最大値に対して所定の割合になる時間を記憶
し、この時間と多面鏡の回転速度とから反射光束の光束
径を求める光束径検出手段とを有することを特徴とす
る。
もに、被測定物からの反射光束から、被測定物の焦点に
対するずれ量に基づく反射光束の収束、若しくは拡散の
程度を検出することにより、前記ずれ量に基づく被測定
物の微小変位を検出するようになっている光学式微小変
位測定装置であって、被測定物に対向して配設され、し
かも被測定物側の開口角が反対側の開口角よりも大きく
なるよう形成されて被測定物からの反射光束を収光する
ようになっている対物レンズと、対物レンズを介して入
射する前記反射光束を反射するとともに、この反射光束
が回動するよう回転駆動される多面鏡と、前記対物レン
ズの光軸に直交する線上に配設され多面鏡の回転軸の軸
方向と平行に伸びるスリットと、多面鏡の一面で反射さ
れて回動するとともにスリットを介して入射する反射光
束を検出し、この反射光束の光強度の最大値を記憶する
とともに、多面鏡の次の面で反射された反射光束の光強
度が前記最大値に対して所定の割合になる時間を記憶
し、この時間と多面鏡の回転速度とから反射光束の光束
径を求める光束径検出手段とを有することを特徴とす
る。
【００１８】
【作用】上記構成の本発明によれば、反射光束の光強度
が、その最大値に対して所定の割合になる時間に基づ
き、光強度分布特性上における前記所定割合の幅を求め
ることができ、この幅により、反射光束の収束、若しく
は拡散の程度を反映した光束径を求めることができる。
が、その最大値に対して所定の割合になる時間に基づ
き、光強度分布特性上における前記所定割合の幅を求め
ることができ、この幅により、反射光束の収束、若しく
は拡散の程度を反映した光束径を求めることができる。
【００１９】このとき、対物レンズは、被測定物と反対
側の開口角が被測定物側の開口角に較べて大きいので、
被測定物の測定部位の変位に対して反射光束の光束径の
変化率が大きくなる。また、多面鏡の回動軸の軸方向に
関し対物レンズの光軸がずれていても、何ら支障なくス
リットを介して光束径検出手段に入射される。
側の開口角が被測定物側の開口角に較べて大きいので、
被測定物の測定部位の変位に対して反射光束の光束径の
変化率が大きくなる。また、多面鏡の回動軸の軸方向に
関し対物レンズの光軸がずれていても、何ら支障なくス
リットを介して光束径検出手段に入射される。
【００２０】さらに、本発明では、反射光束を回動して
いるので、被測定物の傾きに起因して反射光束が対物レ
ンズの中心からずれていても、この影響を受けることは
ない。
いるので、被測定物の傾きに起因して反射光束が対物レ
ンズの中心からずれていても、この影響を受けることは
ない。
【００２１】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。なお、図５と同一部分には同一符号を付し、重
複する説明は省略する。
明する。なお、図５と同一部分には同一符号を付し、重
複する説明は省略する。
【００２２】図１は本発明の実施例の構成の概略を示す
説明図である。同図に示すように、多面鏡であるポリゴ
ンミラー１はその一面の中心を通り、しかも回転軸１ａ
の軸方向（図面の紙面に直角な方向）に沿う中心線と、
対物レンズ１７の光軸とが、その回転に伴ない交叉する
ような位置に配設されて回転可能に構成してある。かく
して、ポリゴンミラー１は、被測定物１０６で反射し、
対物レンズ１７で集光するとともに、１／４波長板１０
４及び偏光ビームスプリッタ１０３を通過した反射光束
Ｌ1 を反射して回動する。このとき、対物レンズ１７は
被測定物１０６と反対側の開口角が被測定物１０６側の
開口角よりも大きくなるように形成してある。
説明図である。同図に示すように、多面鏡であるポリゴ
ンミラー１はその一面の中心を通り、しかも回転軸１ａ
の軸方向（図面の紙面に直角な方向）に沿う中心線と、
対物レンズ１７の光軸とが、その回転に伴ない交叉する
ような位置に配設されて回転可能に構成してある。かく
して、ポリゴンミラー１は、被測定物１０６で反射し、
対物レンズ１７で集光するとともに、１／４波長板１０
４及び偏光ビームスプリッタ１０３を通過した反射光束
Ｌ1 を反射して回動する。このとき、対物レンズ１７は
被測定物１０６と反対側の開口角が被測定物１０６側の
開口角よりも大きくなるように形成してある。
【００２３】光検出器２は、前記ポリゴンミラー１の一
面の図中上方で、この一面の中心を通り、前記光軸と直
交する線上に配設してあり、スリット３を介してポリゴ
ンミラー１で回動する反射光束Ｌ1 が入射するようにな
っている。このとき、スリット３は、図２に示すよう
に、回転軸１ａの軸方向Ａと平行に伸びる間隙となって
おり、光検出器２も同方向に関し、充分な長さを有する
ものとなっている。
面の図中上方で、この一面の中心を通り、前記光軸と直
交する線上に配設してあり、スリット３を介してポリゴ
ンミラー１で回動する反射光束Ｌ1 が入射するようにな
っている。このとき、スリット３は、図２に示すよう
に、回転軸１ａの軸方向Ａと平行に伸びる間隙となって
おり、光検出器２も同方向に関し、充分な長さを有する
ものとなっている。
【００２４】光源４、コリメートレンズ５及び光検出器
６は、測定のタイミングの同期をとるためのものであ
る。これらのうち、光源４及びコリメートレンズ５は、
ポリゴンミラー１の図中上下方向の中心線に対し線対象
となる位置にあるこのポリゴンミラー１の他の面の上方
に配設してある。かくして、コリメートレンズ５の光軸
は、ポリゴンミラー１の前記他の面の中心で対物レンズ
１７の光軸と直交するようになっている。また、光検出
器６は、その中心が対物レンズ１７の光軸上にくるよう
な位置に配設してある。かくして、光束Ｌ1 がポリゴン
ミラー１の前記一面で反射して光検出器２に入射する状
態と等価な状態を、光源４から出射した光束Ｌ2 が、ポ
リゴンミラー１の前記他の面で反射して光検出器６に入
射することで実現し得るようになっている。
６は、測定のタイミングの同期をとるためのものであ
る。これらのうち、光源４及びコリメートレンズ５は、
ポリゴンミラー１の図中上下方向の中心線に対し線対象
となる位置にあるこのポリゴンミラー１の他の面の上方
に配設してある。かくして、コリメートレンズ５の光軸
は、ポリゴンミラー１の前記他の面の中心で対物レンズ
１７の光軸と直交するようになっている。また、光検出
器６は、その中心が対物レンズ１７の光軸上にくるよう
な位置に配設してある。かくして、光束Ｌ1 がポリゴン
ミラー１の前記一面で反射して光検出器２に入射する状
態と等価な状態を、光源４から出射した光束Ｌ2 が、ポ
リゴンミラー１の前記他の面で反射して光検出器６に入
射することで実現し得るようになっている。
【００２５】図３は本実施例に係る光束径検出手段を示
すブロック線図である。この光束径検出手段は、ポリゴ
ンミラー１で反射されて回動する反射光束Ｌ1 を光検出
器２で検出し、この反射光束Ｌ1 の光強度の最大値を記
憶するとともに、ポリゴンミラー１の次の面で反射され
た反射光束Ｌ1の光強度が前記最大値に対して所定の割
合（本実施例では半分）になる時間を記憶し、この時間
とポリゴンミラー１の回転速度とから反射光束Ｌ1 の光
束径を求めるものであり、図１に示す光検出器２及び同
期系を構成する光源４、コリメートレンズ５、光検出器
６を含むものである。
すブロック線図である。この光束径検出手段は、ポリゴ
ンミラー１で反射されて回動する反射光束Ｌ1 を光検出
器２で検出し、この反射光束Ｌ1 の光強度の最大値を記
憶するとともに、ポリゴンミラー１の次の面で反射され
た反射光束Ｌ1の光強度が前記最大値に対して所定の割
合（本実施例では半分）になる時間を記憶し、この時間
とポリゴンミラー１の回転速度とから反射光束Ｌ1 の光
束径を求めるものであり、図１に示す光検出器２及び同
期系を構成する光源４、コリメートレンズ５、光検出器
６を含むものである。
【００２６】図３に示すように、光検出器２は、入射し
た反射光束Ｌ1 を電気信号に変換し、この反射光束Ｌ1
の光強度を表わす光強度信号Ｓ1 を、アンプ７を介して
Ａ／Ｄ変換器８に供給する。Ａ／Ｄ変換器８は、前記光
強度信号Ｓ1 をディジタル信号に変換してピークホール
ド回路９及び半値期間検出回路１０に供給する。発振器
１１は、サンプリングタイミングを規定するクロックパ
ルスＳ2 をＡ／Ｄ変換器８、ピークホールド回路９及び
半値期間検出回路１０に供給する。かくして、クロック
パルスＳ2 の立上りで光検出器２の出力信号である光強
度信号Ｓ1 がＡ／Ｄ変換器８に取り込まれてディジタル
信号に変換されるとともに、このディジタル信号がピー
クホールド回路９及び半値期間検出回路１０に供給され
る。ピークホールド回路９は、ポリゴンミラー１による
１回目の走査期間、すなわちポリゴンミラー１のある一
面で反射光束Ｌ1 を回動する期間における光強度信号Ｓ
1 の最大値を記憶する。半値期間検出回路１０は、ポリ
ゴンミラー１による次の走査期間、すなわちポリゴンミ
ラー１の次の一面で反射光束Ｌ1 を回動する期間におい
て漸増する光強度信号Ｓ1 の最大値の半分の値に達した
時点から最大値を経て漸減し、再度、最大値の半分の値
に達した時点迄の時間を、ピークホールド回路９の記憶
内容を参照して検出するとともに、この検出の結果得ら
れる光強度信号Ｓ1 の最大値の半分以上の値である時間
を表わす半値期間信号Ｓ3 を変位換算部１４に送出す
る。
た反射光束Ｌ1 を電気信号に変換し、この反射光束Ｌ1
の光強度を表わす光強度信号Ｓ1 を、アンプ７を介して
Ａ／Ｄ変換器８に供給する。Ａ／Ｄ変換器８は、前記光
強度信号Ｓ1 をディジタル信号に変換してピークホール
ド回路９及び半値期間検出回路１０に供給する。発振器
１１は、サンプリングタイミングを規定するクロックパ
ルスＳ2 をＡ／Ｄ変換器８、ピークホールド回路９及び
半値期間検出回路１０に供給する。かくして、クロック
パルスＳ2 の立上りで光検出器２の出力信号である光強
度信号Ｓ1 がＡ／Ｄ変換器８に取り込まれてディジタル
信号に変換されるとともに、このディジタル信号がピー
クホールド回路９及び半値期間検出回路１０に供給され
る。ピークホールド回路９は、ポリゴンミラー１による
１回目の走査期間、すなわちポリゴンミラー１のある一
面で反射光束Ｌ1 を回動する期間における光強度信号Ｓ
1 の最大値を記憶する。半値期間検出回路１０は、ポリ
ゴンミラー１による次の走査期間、すなわちポリゴンミ
ラー１の次の一面で反射光束Ｌ1 を回動する期間におい
て漸増する光強度信号Ｓ1 の最大値の半分の値に達した
時点から最大値を経て漸減し、再度、最大値の半分の値
に達した時点迄の時間を、ピークホールド回路９の記憶
内容を参照して検出するとともに、この検出の結果得ら
れる光強度信号Ｓ1 の最大値の半分以上の値である時間
を表わす半値期間信号Ｓ3 を変位換算部１４に送出す
る。
【００２７】同期系を構成する光検出器６は、入射した
光束Ｌ2 を電気信号に変換し、この光束Ｌ2 の光強度を
表わす光強度信号に基づくトリガ信号Ｓ3 を、アンプ１
２を介してＡ／Ｄ変換器８及びカウンタ１３に供給す
る。かくして、Ａ／Ｄ変換器８は、例えば光束Ｌ2 の入
射を検出した時点で発生するトリガ信号Ｓ3 の供給によ
り光強度信号Ｓ1 のサンプリングを開始するとともに、
カウンタ１３はトリガ信号Ｓ3 の供給毎に、すなわち反
射光束Ｌ1 の走査毎にその出力状態がＨｉｇｈ若しくは
Ｌｏｗ状態となる。
光束Ｌ2 を電気信号に変換し、この光束Ｌ2 の光強度を
表わす光強度信号に基づくトリガ信号Ｓ3 を、アンプ１
２を介してＡ／Ｄ変換器８及びカウンタ１３に供給す
る。かくして、Ａ／Ｄ変換器８は、例えば光束Ｌ2 の入
射を検出した時点で発生するトリガ信号Ｓ3 の供給によ
り光強度信号Ｓ1 のサンプリングを開始するとともに、
カウンタ１３はトリガ信号Ｓ3 の供給毎に、すなわち反
射光束Ｌ1 の走査毎にその出力状態がＨｉｇｈ若しくは
Ｌｏｗ状態となる。
【００２８】カウンタ１３の出力状態によりピークホー
ルド回路９若しくは半値期間検出回路１０の何れか一方
が動作する。すなわち、反射光束Ｌ1 のある走査期間
が、光強度信号Ｓ1 の最大値を検出する走査期間である
か、最大値の半値期間を検出する走査期間であるかを識
別する必要があるが、１回の走査毎にカウンタ１３の内
容を更新し、その出力信号をスイッチング信号とするこ
とにより前記走査期間の何れであるかを識別してピーク
ホールド回路９及び半値期間検出回路１０の何れか一方
を選択的に動作させている。
ルド回路９若しくは半値期間検出回路１０の何れか一方
が動作する。すなわち、反射光束Ｌ1 のある走査期間
が、光強度信号Ｓ1 の最大値を検出する走査期間である
か、最大値の半値期間を検出する走査期間であるかを識
別する必要があるが、１回の走査毎にカウンタ１３の内
容を更新し、その出力信号をスイッチング信号とするこ
とにより前記走査期間の何れであるかを識別してピーク
ホールド回路９及び半値期間検出回路１０の何れか一方
を選択的に動作させている。
【００２９】ドライバ１５はモータ１６を駆動するとと
もに、このモータ１６の回転速度を表わす回転速度信号
Ｓ4 を変位換算部１４に送出する。モータ１６は、ドラ
イバ１５により駆動されてポリゴンミラー１を回転させ
る。
もに、このモータ１６の回転速度を表わす回転速度信号
Ｓ4 を変位換算部１４に送出する。モータ１６は、ドラ
イバ１５により駆動されてポリゴンミラー１を回転させ
る。
【００３０】変位換算部１４は、半値期間信号Ｓ3 及び
回転速度信号Ｓ4 に基づき反射光束Ｌ1 の光束径を求
め、この光束径を被測定物１０６の変位に換算してこの
変位を表わす変位信号Ｓ5 を送出する。
回転速度信号Ｓ4 に基づき反射光束Ｌ1 の光束径を求
め、この光束径を被測定物１０６の変位に換算してこの
変位を表わす変位信号Ｓ5 を送出する。
【００３１】上記実施例によれば、反射光束Ｌ1 の光強
度が、その最大値に対して半分の値になる時間に基づ
き、前記反射光束Ｌ1 の光強度分布特性上における半値
幅を求めることができる。この半値幅は、反射光束Ｌ1
の光束径を反映したものとなっている。
度が、その最大値に対して半分の値になる時間に基づ
き、前記反射光束Ｌ1 の光強度分布特性上における半値
幅を求めることができる。この半値幅は、反射光束Ｌ1
の光束径を反映したものとなっている。
【００３２】さらに詳言すると、被測定物１０６の測定
部位が対物レンズ１７の焦点より対物レンズ１０５側に
ある場合、反射光束Ｌ1 は拡散光となる一方、対物レン
ズ１７の反対側にある場合、収束光となるが、これら拡
散及び収束の程度は焦点からの変位を反映したものとな
っている。このとき、光検出器２で検出する反射光束Ｌ
1 の光強度分布特性はポリゴンミラー１の回転に伴な
い、図４（ａ）〜同４（ｃ）に示すような特性となる。
したがって、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すような光強
度分布特性上で光強度が最大値の半分になる期間である
半値幅を検出して反射光束Ｌ1 の光束径を演算すること
ができる。
部位が対物レンズ１７の焦点より対物レンズ１０５側に
ある場合、反射光束Ｌ1 は拡散光となる一方、対物レン
ズ１７の反対側にある場合、収束光となるが、これら拡
散及び収束の程度は焦点からの変位を反映したものとな
っている。このとき、光検出器２で検出する反射光束Ｌ
1 の光強度分布特性はポリゴンミラー１の回転に伴な
い、図４（ａ）〜同４（ｃ）に示すような特性となる。
したがって、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すような光強
度分布特性上で光強度が最大値の半分になる期間である
半値幅を検出して反射光束Ｌ1 の光束径を演算すること
ができる。
【００３３】ちなみに、図４（ａ）は被測定物１０６の
測定部位が対物レンズ１７の焦点より対物レンズ１０５
側にある場合、図４（ｂ）は焦点上にある場合、図４
（ｃ）は焦点より対物レンズ１７の反対側にある場合を
それぞれ示している。これら図４（ａ）〜図４（ｃ）に
示すように、それぞれの場合の半値幅Ｗ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3
は、光束径、すなわち反射光束Ｌ1 の拡散・収束の程度
を反映して異なっている。
測定部位が対物レンズ１７の焦点より対物レンズ１０５
側にある場合、図４（ｂ）は焦点上にある場合、図４
（ｃ）は焦点より対物レンズ１７の反対側にある場合を
それぞれ示している。これら図４（ａ）〜図４（ｃ）に
示すように、それぞれの場合の半値幅Ｗ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3
は、光束径、すなわち反射光束Ｌ1 の拡散・収束の程度
を反映して異なっている。
【００３４】上述の如き光束径の検出は、光検出器６に
基づくトリガ信号Ｓ3 の立上りにより開始され、モータ
１６により回転駆動されるポリゴンミラー１の１つの面
による反射光束Ｌ1 の１回目の回動・走査の際、カウン
タ１３の出力状態で規定される、例えばピークホールド
期間では、反射光束Ｌ1 の最大値を検出するとともに、
ポリゴンミラー１の次の面による反射光束Ｌ1 の２回目
の回動・走査の際には、カウンタ１３の出力状態が変化
するので、例えば半値幅検出期間となり、半値期間検出
回路１０によりクロックパルスＳ2 に基づき半値期間を
検出して半値期間信号Ｓ3 を送出する。その後、変位換
算部１４で、反射光束Ｌ1 の光束径を求め、この光束径
に基づき被測定物１０６の変位を検出する。
基づくトリガ信号Ｓ3 の立上りにより開始され、モータ
１６により回転駆動されるポリゴンミラー１の１つの面
による反射光束Ｌ1 の１回目の回動・走査の際、カウン
タ１３の出力状態で規定される、例えばピークホールド
期間では、反射光束Ｌ1 の最大値を検出するとともに、
ポリゴンミラー１の次の面による反射光束Ｌ1 の２回目
の回動・走査の際には、カウンタ１３の出力状態が変化
するので、例えば半値幅検出期間となり、半値期間検出
回路１０によりクロックパルスＳ2 に基づき半値期間を
検出して半値期間信号Ｓ3 を送出する。その後、変位換
算部１４で、反射光束Ｌ1 の光束径を求め、この光束径
に基づき被測定物１０６の変位を検出する。
【００３５】このとき、対物レンズ１７は、被測定物１
０６と反対側の開口角が被測定物１０６側の開口角に較
べて大きいので被測定物１０６の測定部位の変位に対し
て反射光束Ｌ1 の光束径の変化率が大きくなる。また、
光検出器２及びスリット３は回転軸１ａの軸方向に関し
充分な長さを有しているので、対物レンズ１７の光軸が
同方向にずれていても確実に反射光束Ｌ1 を光検出器２
に入射させることができる。
０６と反対側の開口角が被測定物１０６側の開口角に較
べて大きいので被測定物１０６の測定部位の変位に対し
て反射光束Ｌ1 の光束径の変化率が大きくなる。また、
光検出器２及びスリット３は回転軸１ａの軸方向に関し
充分な長さを有しているので、対物レンズ１７の光軸が
同方向にずれていても確実に反射光束Ｌ1 を光検出器２
に入射させることができる。
【００３６】さらに、本実施例では、反射光束Ｌ1 を回
動しているので、被測定物１０６の傾きに起因して反射
光束Ｌ1 が対物レンズ１７の中心からずれていても、こ
の影響を受けることはない。
動しているので、被測定物１０６の傾きに起因して反射
光束Ｌ1 が対物レンズ１７の中心からずれていても、こ
の影響を受けることはない。
【００３７】
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに、本発明によれば、被測定物が傾いていても、この
傾きに影響されることなく、正確に、反射光束の光束径
を求めることができ、この光束径により一義的に決定さ
れる被測定物の微小変位を正確に検出し得る。このと
き、対物レンズは、被測定物と反対側の開口角が被測定
物１０６側の開口角に較べて大きいので、被測定物の変
位に対して反射光束の変化率が大きくなる。したがっ
て、その分測定の感度が向上する。また、スリットは多
面鏡の軸方向に対し伸びているので、同方向の対物レン
ズの光軸のずれに影響されることなく良好な所定の測定
をなし得る
うに、本発明によれば、被測定物が傾いていても、この
傾きに影響されることなく、正確に、反射光束の光束径
を求めることができ、この光束径により一義的に決定さ
れる被測定物の微小変位を正確に検出し得る。このと
き、対物レンズは、被測定物と反対側の開口角が被測定
物１０６側の開口角に較べて大きいので、被測定物の変
位に対して反射光束の変化率が大きくなる。したがっ
て、その分測定の感度が向上する。また、スリットは多
面鏡の軸方向に対し伸びているので、同方向の対物レン
ズの光軸のずれに影響されることなく良好な所定の測定
をなし得る
【図１】本発明の実施例の構成の概略を示す説明図であ
る。
る。
【図２】前記実施例に係る光束検出手段を示すブロック
線図である。
線図である。
【図３】スリット及び光検出器を下方から見た状態で示
す説明図である。
す説明図である。
【図４】対物レンズの焦点位置に対する被測定物の位置
により変化する反射光束の光強度分布特性を示すグラフ
である。
により変化する反射光束の光強度分布特性を示すグラフ
である。
【図５】従来技術に係る光学式微小変位測定装置の構成
の概略を示す説明図である。
の概略を示す説明図である。
【図６】被測定物が傾いた場合の反射光束の様子を示す
説明図である。
説明図である。
１ ポリゴンミラー ２，６ 光検出器 ３ スリット ４，１０１ 光源 １７ 対物レンズ １０３ 偏光ビームスプリッタ １０６ 被測定物 Ｌ1 反射光束
Claims (1)
- 【請求項１】 光源からの光束を被測定物に照射すると
ともに、被測定物からの反射光束から、被測定物の焦点
に対するずれ量に基づく反射光束の収束、若しくは拡散
の程度を検出することにより、前記ずれ量に基づく被測
定物の微小変位を検出するようになっている光学式微小
変位測定装置であって、 被測定物に対向して配設され、しかも被測定物と反対側
の開口角が被測定物側の開口角よりも大きくなるよう形
成されて被測定物からの反射光束を収光するようになっ
ている対物レンズと、 対物レンズを介して入射する前記反射光束を反射すると
ともに、この反射光束が回動するよう回転駆動される多
面鏡と、 前記対物レンズの光軸に直交する線上に配設され多面鏡
の回転軸の軸方向と平行に伸びるスリットと、 多面鏡の一面で反射されて回動するとともにスリットを
介して入射する反射光束を検出し、この反射光束の光強
度の最大値を記憶するとともに、多面鏡の次の面で反射
された反射光束の光強度が前記最大値に対して所定の割
合になる時間を記憶し、この時間と多面鏡の回転速度と
から反射光束の光束径を求める光束径検出手段とを有す
ることを特徴とする光学式微小変位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23044691A JPH0571959A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 光学式微小変位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23044691A JPH0571959A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 光学式微小変位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0571959A true JPH0571959A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=16908016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23044691A Withdrawn JPH0571959A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 光学式微小変位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0571959A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5879869A (en) * | 1993-12-15 | 1999-03-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd | Silver halide color photographic light-sensitive material |
| KR100444913B1 (ko) * | 2002-01-28 | 2004-08-21 | 한국과학기술원 | 변위측정센서 |
-
1991
- 1991-09-10 JP JP23044691A patent/JPH0571959A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5879869A (en) * | 1993-12-15 | 1999-03-09 | Fuji Photo Film Co., Ltd | Silver halide color photographic light-sensitive material |
| KR100444913B1 (ko) * | 2002-01-28 | 2004-08-21 | 한국과학기술원 | 변위측정센서 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |