JPH06102025A - 光学式変位計 - Google Patents
光学式変位計Info
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- JPH06102025A JPH06102025A JP24943192A JP24943192A JPH06102025A JP H06102025 A JPH06102025 A JP H06102025A JP 24943192 A JP24943192 A JP 24943192A JP 24943192 A JP24943192 A JP 24943192A JP H06102025 A JPH06102025 A JP H06102025A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、ダイナミックレンジが広く、高速で
信頼性の高い光学式変位計を提供することを目的とす
る。 【構成】光源１からの光は、ビームスプリッタ２及び電
気光学レンズからなる焦点可変レンズ７を経て物体表面
４をスポット照射し、この反射光は焦点可変レンズ７か
らビームスプリッタ２で反射され、焦点誤差検出系５に
入射する。この際、焦点誤差検出系５からの焦点誤差信
号が一定となるように、制御手段は焦点可変レンズ７の
焦点距離を制御し、この制御量から物体表面の変位が求
められる。
信頼性の高い光学式変位計を提供することを目的とす
る。 【構成】光源１からの光は、ビームスプリッタ２及び電
気光学レンズからなる焦点可変レンズ７を経て物体表面
４をスポット照射し、この反射光は焦点可変レンズ７か
らビームスプリッタ２で反射され、焦点誤差検出系５に
入射する。この際、焦点誤差検出系５からの焦点誤差信
号が一定となるように、制御手段は焦点可変レンズ７の
焦点距離を制御し、この制御量から物体表面の変位が求
められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被検査物の表面の変位
を非接触により計測するための光学式変位計に関するも
のであり、表面の粗さを非接触により計測する表面粗さ
計としても利用できる技術に関するものである。
を非接触により計測するための光学式変位計に関するも
のであり、表面の粗さを非接触により計測する表面粗さ
計としても利用できる技術に関するものである。
【０００２】従来の光学式変位計の原理、構成、動作を
一例として示す図６によって説明する。図６において、
光源１より放射された光は、ビームスプリッタ２を通過
した後、対物レンズ３によって物体表面４にスポット照
射され、その反射光は再び対物レンズ３に通ってビーム
スプリッタ２で反射され、焦点誤差検出系５に入射す
る。
一例として示す図６によって説明する。図６において、
光源１より放射された光は、ビームスプリッタ２を通過
した後、対物レンズ３によって物体表面４にスポット照
射され、その反射光は再び対物レンズ３に通ってビーム
スプリッタ２で反射され、焦点誤差検出系５に入射す
る。
【０００３】焦点誤差検出系５は、物体表面４の変位を
電気信号に変換し、通常図２で示されるような電気信
号、いわゆる焦点誤差信号を出力する。尚、焦点誤差検
出の方法は、これまでに幾つかの方法が提案されてお
り、ナイフエッジ法、非点収差法、臨界角法等が代表的
な手段として知られている。
電気信号に変換し、通常図２で示されるような電気信
号、いわゆる焦点誤差信号を出力する。尚、焦点誤差検
出の方法は、これまでに幾つかの方法が提案されてお
り、ナイフエッジ法、非点収差法、臨界角法等が代表的
な手段として知られている。
【０００４】このような従来の光学式変位計は、一般的
に、ダイナミックレンジが狭く、変位量によって物体表
面の光スポットの面積が変化する等の欠点を有してい
る。
に、ダイナミックレンジが狭く、変位量によって物体表
面の光スポットの面積が変化する等の欠点を有してい
る。
【０００５】従来の別の例を図７に示している。図６の
例と異なる点は、焦点誤差信号が一定になるように、物
体表面４の動きに合わせて、対物レンズ３はアクチュエ
ータ６を用いて光軸方向に駆動する構成となっている。
この場合、物体表面４の変位量は対物レンズ３の移動量
に等しくなり、従って、対物レンズ３の移動量を何らか
の方法により検出し、物体表面の変位量を求めることが
できる。
例と異なる点は、焦点誤差信号が一定になるように、物
体表面４の動きに合わせて、対物レンズ３はアクチュエ
ータ６を用いて光軸方向に駆動する構成となっている。
この場合、物体表面４の変位量は対物レンズ３の移動量
に等しくなり、従って、対物レンズ３の移動量を何らか
の方法により検出し、物体表面の変位量を求めることが
できる。
【０００６】図７の方法では、アクチュエータ６のスト
ロークの分だけダイナミックレンジを稼ぐことができ、
しかも、物体表面４の光スポットの面積を一定にした状
態で変位を検出できる。しかし、この方法は機械的な可
動部を必要とするため、高速性、高信頼性に問題があ
る。
ロークの分だけダイナミックレンジを稼ぐことができ、
しかも、物体表面４の光スポットの面積を一定にした状
態で変位を検出できる。しかし、この方法は機械的な可
動部を必要とするため、高速性、高信頼性に問題があ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
この種の装置の欠点を解消するものであり、ダイナミッ
クレンジが広く、しかも高速で且つ信頼性の高い光学式
変位計を提供することを目的とするものである。
この種の装置の欠点を解消するものであり、ダイナミッ
クレンジが広く、しかも高速で且つ信頼性の高い光学式
変位計を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、光源と、該光源からの放射光を物体表面
に集光する集光手段と、物体表面からの反射光により該
物体表面の変位を焦点誤差信号として検出する焦点誤差
検出手段とを備えた光学式変位計において、前記集光手
段に焦点可変レンズを用い、該焦点可変レンズの焦点距
離を変えるための焦点距離制御手段を備えることを特徴
とするものである。
成するために、光源と、該光源からの放射光を物体表面
に集光する集光手段と、物体表面からの反射光により該
物体表面の変位を焦点誤差信号として検出する焦点誤差
検出手段とを備えた光学式変位計において、前記集光手
段に焦点可変レンズを用い、該焦点可変レンズの焦点距
離を変えるための焦点距離制御手段を備えることを特徴
とするものである。
【０００９】本発明は、前記構成を備えた光学式変位計
において、前記焦点誤差検出手段で得られる焦点誤差信
号が一定になるように焦点可変レンズの焦点距離を変化
させ、このときの焦点距離の変化量から物体表面の変位
量を求めることを特徴とし、また、前記焦点可変レンズ
には、電圧に応じて焦点距離が変化する電気光学レンズ
を用いることを特徴とするものである。
において、前記焦点誤差検出手段で得られる焦点誤差信
号が一定になるように焦点可変レンズの焦点距離を変化
させ、このときの焦点距離の変化量から物体表面の変位
量を求めることを特徴とし、また、前記焦点可変レンズ
には、電圧に応じて焦点距離が変化する電気光学レンズ
を用いることを特徴とするものである。
【００１０】また、本発明は、光源と焦点可変レンズと
の間の光路に、第１の光分離手段及び第１の焦点誤差検
出手段を備え、焦点可変レンズと物体表面との間の光路
に、第２の光分離手段及び第２の焦点誤差検出手段を備
えることを特徴とし、第１の焦点誤差検出手段の出力が
常に一定になるように、焦点可変レンズの焦点距離を変
化させ、第２の焦点誤差検出手段の出力に基づいて物体
表面の変位量を決定することを特徴とするものである。
の間の光路に、第１の光分離手段及び第１の焦点誤差検
出手段を備え、焦点可変レンズと物体表面との間の光路
に、第２の光分離手段及び第２の焦点誤差検出手段を備
えることを特徴とし、第１の焦点誤差検出手段の出力が
常に一定になるように、焦点可変レンズの焦点距離を変
化させ、第２の焦点誤差検出手段の出力に基づいて物体
表面の変位量を決定することを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】本発明の構成により、光源から放射された光は
ビームスプリッタを通過し、焦点可変レンズを通って物
体表面にスポット照射され、その反射光は再度焦点可変
レンズを通り、ビームスプリッタ２で反射され、焦点誤
差検出系に入射する。この場合、焦点可変レンズの焦点
距離は、焦点誤差検出系からの焦点誤差信号が常に一定
となるように、制御手段で制御され、焦点可変レンズへ
の制御量から物体表面の変位を求めることができる。
ビームスプリッタを通過し、焦点可変レンズを通って物
体表面にスポット照射され、その反射光は再度焦点可変
レンズを通り、ビームスプリッタ２で反射され、焦点誤
差検出系に入射する。この場合、焦点可変レンズの焦点
距離は、焦点誤差検出系からの焦点誤差信号が常に一定
となるように、制御手段で制御され、焦点可変レンズへ
の制御量から物体表面の変位を求めることができる。
【００１２】そのため、物体表面の変位量の如何に関係
することなく、物体表面の光スポットは常に同一面積を
照射することができ、機械的可動部を備えることがない
構成により自動焦点制御を可能とし、高速性、高信頼
性、広いダイナミックレンジの正確な変位計測を可能と
する。
することなく、物体表面の光スポットは常に同一面積を
照射することができ、機械的可動部を備えることがない
構成により自動焦点制御を可能とし、高速性、高信頼
性、広いダイナミックレンジの正確な変位計測を可能と
する。
【００１３】また、本発明の構成において、二つの焦点
誤差検出系を用い、第１の焦点誤差検出系からの信号が
一定になるように、焦点可変レンズの焦点距離が制御手
段により制御されて、物体表面に同一条件で光が照射さ
れ、この状態で物体表面の変位を第２の焦点誤差検出系
の出力により決定し、この場合、焦点可変レンズの特性
の変化に係わらず、正確な変位の検出ができる。
誤差検出系を用い、第１の焦点誤差検出系からの信号が
一定になるように、焦点可変レンズの焦点距離が制御手
段により制御されて、物体表面に同一条件で光が照射さ
れ、この状態で物体表面の変位を第２の焦点誤差検出系
の出力により決定し、この場合、焦点可変レンズの特性
の変化に係わらず、正確な変位の検出ができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１には、本発明の第１の実施例が示されており、
光源１より放射された光は、ビームスプリッタ２を通過
の後、焦点可変レンズ７を通って物体表面４にスポット
照射され、物体表面４からの反射光は再び焦点可変レン
ズ７を通ってビームスプリッタ２で反射され、ナイフエ
ッジ法の焦点誤差検出系５に入射する。焦点誤差検出系
５からは、図２に示すような焦点誤差信号が出力され
る。
る。図１には、本発明の第１の実施例が示されており、
光源１より放射された光は、ビームスプリッタ２を通過
の後、焦点可変レンズ７を通って物体表面４にスポット
照射され、物体表面４からの反射光は再び焦点可変レン
ズ７を通ってビームスプリッタ２で反射され、ナイフエ
ッジ法の焦点誤差検出系５に入射する。焦点誤差検出系
５からは、図２に示すような焦点誤差信号が出力され
る。
【００１５】焦点誤差検出系５における焦点誤差検出の
手段としては、前記実施例におけるようなナイフエッジ
法に限らず、非点収差法、臨界角法、その他の方式を用
いることができる。ナイフエッジ法とは、良く知られて
いるように、対物レンズの半分の領域を遮蔽するナイフ
エッジと、物点位置に２分割センサを配置した構成から
なり、焦点ずれによって像の形状が非対称になることに
より検知するものである。
手段としては、前記実施例におけるようなナイフエッジ
法に限らず、非点収差法、臨界角法、その他の方式を用
いることができる。ナイフエッジ法とは、良く知られて
いるように、対物レンズの半分の領域を遮蔽するナイフ
エッジと、物点位置に２分割センサを配置した構成から
なり、焦点ずれによって像の形状が非対称になることに
より検知するものである。
【００１６】また、焦点可変レンズ７とは、具体的に、
例えば印加電圧に応じて焦点距離が変化する電気光学レ
ンズを指す。図３には、ＰＬＺＴ電気光学セラミック使
用の電気光学レンズの構造を示している。公知の電気光
学レンズとは、直線偏光したビームＢ1 をＰＬＺＴ電気
光学結晶等からなる電気光学媒体に入射させ、該電気光
学媒体には、該ビームの透過方向を挟むように適宜電極
Ｄが設けられており、該電極Ｄに電圧を印加することに
よって、該電気光学媒体は通過するビームに対して所定
の方向に集束若しくは発散させるレンズ機能を与えるこ
とができる。Ｂ 2 は収束ビームを示す。
例えば印加電圧に応じて焦点距離が変化する電気光学レ
ンズを指す。図３には、ＰＬＺＴ電気光学セラミック使
用の電気光学レンズの構造を示している。公知の電気光
学レンズとは、直線偏光したビームＢ1 をＰＬＺＴ電気
光学結晶等からなる電気光学媒体に入射させ、該電気光
学媒体には、該ビームの透過方向を挟むように適宜電極
Ｄが設けられており、該電極Ｄに電圧を印加することに
よって、該電気光学媒体は通過するビームに対して所定
の方向に集束若しくは発散させるレンズ機能を与えるこ
とができる。Ｂ 2 は収束ビームを示す。
【００１７】このような電気光学レンズでは、作用する
電界の大きさに応じて屈折率が変化するため、電極の配
置と形状や、電極への電圧印加のオン・オフ及び電圧の
大きさによって、レンズ作用の強弱を変化させて、焦点
距離を連続的に変化することができる。
電界の大きさに応じて屈折率が変化するため、電極の配
置と形状や、電極への電圧印加のオン・オフ及び電圧の
大きさによって、レンズ作用の強弱を変化させて、焦点
距離を連続的に変化することができる。
【００１８】焦点可変レンズ７の焦点距離は、焦点誤差
検出系５からの焦点誤差信号が常に一定となるように、
図１に示されない制御手段により制御され、焦点可変レ
ンズへの制御量、例えば、印加電圧に基づいて、物体表
面の変位は求められる。
検出系５からの焦点誤差信号が常に一定となるように、
図１に示されない制御手段により制御され、焦点可変レ
ンズへの制御量、例えば、印加電圧に基づいて、物体表
面の変位は求められる。
【００１９】図４には、本発明の第２の実施例を示して
いる。焦点可変レンズの特性として、例えば、温度特性
に左右される易い欠点があるが、この実施例では、その
ような欠点のない、より高精度な変位計測を実現するこ
とができるものである。光源１より放射された光は、第
１のビームスプリッタ２１、焦点可変レンズ７を通過
後、第２のビームスプリッタ２２で二分割される。
いる。焦点可変レンズの特性として、例えば、温度特性
に左右される易い欠点があるが、この実施例では、その
ような欠点のない、より高精度な変位計測を実現するこ
とができるものである。光源１より放射された光は、第
１のビームスプリッタ２１、焦点可変レンズ７を通過
後、第２のビームスプリッタ２２で二分割される。
【００２０】二分割されたうちの一方の光である、第２
のビームスプリッタ２２を透過した光は、物体表面４に
スポット照射され、その反射光は、再び第２のビームス
プリッタ２２、焦点可変レンズ７を通って、第１のビー
ムスプリッタ２１で反射され、第１の焦点誤差検出系５
１に入射する。二分割されたうちの他方の光である、第
２のビームスプリッタ２２を反射した光は、第２の焦点
誤差検出系５２に入射する。
のビームスプリッタ２２を透過した光は、物体表面４に
スポット照射され、その反射光は、再び第２のビームス
プリッタ２２、焦点可変レンズ７を通って、第１のビー
ムスプリッタ２１で反射され、第１の焦点誤差検出系５
１に入射する。二分割されたうちの他方の光である、第
２のビームスプリッタ２２を反射した光は、第２の焦点
誤差検出系５２に入射する。
【００２１】この第２の実施例の構成は、図１に示した
第１の実施例の構成と対比すると、第１の実施例の構成
の焦点誤差検出系５と第２の実施例の構成の第１の焦点
誤差検出系５１とは同一の機能を果たすものであり、そ
の第１の実施例の構成における焦点可変レンズ７と物体
表面４との間に、第２のビームスプリッタ２２を配置
し、第２のビームスプリッタ２２を反射した光を導く第
２の焦点誤差検出系５２を設けたものである。
第１の実施例の構成と対比すると、第１の実施例の構成
の焦点誤差検出系５と第２の実施例の構成の第１の焦点
誤差検出系５１とは同一の機能を果たすものであり、そ
の第１の実施例の構成における焦点可変レンズ７と物体
表面４との間に、第２のビームスプリッタ２２を配置
し、第２のビームスプリッタ２２を反射した光を導く第
２の焦点誤差検出系５２を設けたものである。
【００２２】したがって、焦点誤差検出系５１からの焦
点誤差信号が、常に一定となるように、図示していない
制御手段により焦点可変レンズ７の焦点距離が制御さ
れ、物体表面４が変位しても、常に同一条件で光が物体
表面４上に照射される。この状態で物体表面４の変位を
第２の焦点誤差検出系５２の出力に基づいて決定する。
点誤差信号が、常に一定となるように、図示していない
制御手段により焦点可変レンズ７の焦点距離が制御さ
れ、物体表面４が変位しても、常に同一条件で光が物体
表面４上に照射される。この状態で物体表面４の変位を
第２の焦点誤差検出系５２の出力に基づいて決定する。
【００２３】また、焦点可変レンズ７の焦点距離を周期
的に変化させ、第１の焦点誤差検出系５１の出力が所定
の値になったときの、第２の焦点誤差検出系５２の出力
に基づいて物体表面４の変位量を決定することもでき
る。このような構成により、焦点可変レンズ７の温度特
性によりレンズ特性が変化しても、その影響を受けるこ
となく正確な変位の計測が可能となる。
的に変化させ、第１の焦点誤差検出系５１の出力が所定
の値になったときの、第２の焦点誤差検出系５２の出力
に基づいて物体表面４の変位量を決定することもでき
る。このような構成により、焦点可変レンズ７の温度特
性によりレンズ特性が変化しても、その影響を受けるこ
となく正確な変位の計測が可能となる。
【００２４】二つの焦点誤差検出系を備えた光学式変位
計において、第１の焦点誤差検出系は、その焦点誤差信
号により焦点可変レンズ７の焦点距離を制御し、物体表
面に同一条件で光を照射するため、第２の焦点誤差検出
系と比べて高感度のものが使用される。
計において、第１の焦点誤差検出系は、その焦点誤差信
号により焦点可変レンズ７の焦点距離を制御し、物体表
面に同一条件で光を照射するため、第２の焦点誤差検出
系と比べて高感度のものが使用される。
【００２５】図５には、本発明の第３の実施例が示され
ている。この第３の実施例の構成は基本的には第２の実
施例の構成と共通するが、焦点可変レンズ７の位置と物
体表面４とを共役関係にすることにより、変位検出可能
な物体表面の傾斜限界を向上させることができる。
ている。この第３の実施例の構成は基本的には第２の実
施例の構成と共通するが、焦点可変レンズ７の位置と物
体表面４とを共役関係にすることにより、変位検出可能
な物体表面の傾斜限界を向上させることができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の構成により、光学式変位計とし
て、機械的な可動部を必要としない自動焦点制御によっ
て、物体表面の変位を高速且つ高信頼性のもとに、広ダ
イナミックレンジの手段を提供できる効果を有し、そし
て、物体表面の光スポットは、物体表面の変位量に影響
されず、常に略同一面積を照射でき、また、焦点可変レ
ンズの特性の変化に影響されることのなく、物体表面の
変位を検出できる効果を有する。
て、機械的な可動部を必要としない自動焦点制御によっ
て、物体表面の変位を高速且つ高信頼性のもとに、広ダ
イナミックレンジの手段を提供できる効果を有し、そし
て、物体表面の光スポットは、物体表面の変位量に影響
されず、常に略同一面積を照射でき、また、焦点可変レ
ンズの特性の変化に影響されることのなく、物体表面の
変位を検出できる効果を有する。
【図１】本発明の光学式変位計の第一の実施例を示す平
面図である。
面図である。
【図２】本発明の焦点誤差検出系から出力される焦点誤
差信号を示すグラフである。
差信号を示すグラフである。
【図３】本発明の焦点可変レンズとして使用される電気
光学レンズを示す概略斜視図である。
光学レンズを示す概略斜視図である。
【図４】本発明の光学式変位計の第二の実施例を示す平
面図である。
面図である。
【図５】本発明の光学式変位計の第三の実施例を示す平
面図である。
面図である。
【図６】従来の光学式変位計の一例を示す図面である。
【図７】従来の光学式変位計の他の一例を示す図面であ
る。
る。
１ 光源 ２ ビームスプリッタ ２１ 第１のビームスプリッタ ２２ 第２のビームスプリッタ ３ 対物レンズ ４ 物体表面 ５ 焦点誤差検出系 ５１ 第１の焦点誤差検出系 ５２ 第２の焦点誤差検出系 ７ 焦点可変レンズ（電気光学レンズ）
Claims (7)
- 【請求項１】 光源と、該光源からの放射光を物体表面
に集光する集光手段と、物体表面からの反射光により該
物体表面の変位を焦点誤差信号として検出する焦点誤差
検出手段とを備えた光学式変位計において、前記集光手
段に焦点可変レンズを用い、該焦点可変レンズの焦点距
離を変えるための焦点距離制御手段を備えることを特徴
とする光学式変位計。 - 【請求項２】 前記焦点誤差検出手段で得られる焦点誤
差信号が一定になるように焦点可変レンズの焦点距離を
変化させ、このときの焦点距離の変化量から物体表面の
変位量を求めることを特徴とする請求項１記載の光学式
変位計。 - 【請求項３】 前記焦点可変レンズには、電圧に応じて
焦点距離が変化する電気光学レンズを用いることを特徴
とする請求項１記載の光学式変位計。 - 【請求項４】 光源と焦点可変レンズとの間の光路に、
第１の光分離手段及び第１の焦点誤差検出手段を備え、
焦点可変レンズと物体表面との間の光路に、第２の光分
離手段及び第２の焦点誤差検出手段を備えることを特徴
とする請求項１記載の光学式変位計。 - 【請求項５】 第１の焦点誤差検出手段は第２の焦点誤
差検出手段に比べて高感度であることを特徴とする請求
項４記載の光学式変位計。 - 【請求項６】 第１の焦点誤差検出手段の出力が常に一
定になるように、焦点可変レンズの焦点距離を変化さ
せ、第２の焦点誤差検出手段の出力に基づいて物体表面
の変位量を決定することを特徴とする請求項４記載の光
学式変位計。 - 【請求項７】 焦点可変レンズの焦点距離を周期的に変
化させ、第１の焦点誤差検出手段の出力が所定値になっ
たとき、第２の焦点誤差検出手段の出力に基づいて物体
表面の変位量を決定することを特徴とする請求項４記載
の光学式変位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24943192A JPH06102025A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 光学式変位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24943192A JPH06102025A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 光学式変位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102025A true JPH06102025A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=17192872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24943192A Withdrawn JPH06102025A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 光学式変位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06102025A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002188903A (ja) * | 2000-09-07 | 2002-07-05 | Heidelberger Druckmas Ag | 並列処理光学距離計 |
| JP2010181247A (ja) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Nokodai Tlo Kk | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2016139725A (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-04 | 株式会社東京精密 | レーザーダイシング装置 |
| JP2018072097A (ja) * | 2016-10-27 | 2018-05-10 | パイオニア株式会社 | 測定装置および測定方法 |
| JP2019062238A (ja) * | 2018-12-27 | 2019-04-18 | 株式会社東京精密 | レーザーダイシング装置 |
| JP2020024126A (ja) * | 2018-08-07 | 2020-02-13 | 株式会社ミツトヨ | 非接触式変位計 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24943192A patent/JPH06102025A/ja not_active Withdrawn
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