JPH08128806A - 光学式変位センサ - Google Patents
光学式変位センサInfo
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- JPH08128806A JPH08128806A JP26661894A JP26661894A JPH08128806A JP H08128806 A JPH08128806 A JP H08128806A JP 26661894 A JP26661894 A JP 26661894A JP 26661894 A JP26661894 A JP 26661894A JP H08128806 A JPH08128806 A JP H08128806A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 物体面の傾斜角によるＳＮ比の低下を小さく
して測定精度を高めることが可能な光学式変位センサを
提供する。 【構成】 物体面６からの反射光Ｂを光量可変手段２４
ａに導くことによって、その反射光Ｂの光軸Ｂｏの近傍
の光量を遮断又は減衰させ、信号検出光学系７において
検出される受光量の最大値と最小値との比を小さくして
ＳＮ比の低下を防ぐようにした。
して測定精度を高めることが可能な光学式変位センサを
提供する。 【構成】 物体面６からの反射光Ｂを光量可変手段２４
ａに導くことによって、その反射光Ｂの光軸Ｂｏの近傍
の光量を遮断又は減衰させ、信号検出光学系７において
検出される受光量の最大値と最小値との比を小さくして
ＳＮ比の低下を防ぐようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面粗さ計や、輪郭形
状測定器等の分野で利用される光学式変位センサに関す
る。
状測定器等の分野で利用される光学式変位センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の光学式変位センサの一例
を示すものである。光源としてのレーザ光源１から出射
した出射光Ａは、コリメートレンズ２によって平行光に
変換され、この平行光は光束分離手段としてのビームス
プリッタ３、１／４波長板４を順次透過し、対物レンズ
５により集光されて物体面６上に照射される。この物体
面６により反射された反射光Ｂは出射光Ａとは逆の経路
を辿っていき、１／４波長板４を再度透過し、その反射
光Ｂはビームスプリッタ３に入射することにより反射さ
れ、信号検出光学系７内に導かれる。この信号検出光学
系７に導かれた反射光Ｂは、プリズム８の反射面８ａで
反射され、受光素子９の２分割された受光面ａ，ｂに検
出される。この受光素子９に検出された信号をもとに物
体面６の形状が測定される。
を示すものである。光源としてのレーザ光源１から出射
した出射光Ａは、コリメートレンズ２によって平行光に
変換され、この平行光は光束分離手段としてのビームス
プリッタ３、１／４波長板４を順次透過し、対物レンズ
５により集光されて物体面６上に照射される。この物体
面６により反射された反射光Ｂは出射光Ａとは逆の経路
を辿っていき、１／４波長板４を再度透過し、その反射
光Ｂはビームスプリッタ３に入射することにより反射さ
れ、信号検出光学系７内に導かれる。この信号検出光学
系７に導かれた反射光Ｂは、プリズム８の反射面８ａで
反射され、受光素子９の２分割された受光面ａ，ｂに検
出される。この受光素子９に検出された信号をもとに物
体面６の形状が測定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したような光学式
変位測定装置を、表面粗さ計や輪郭形状測定機の非接触
プローブ等に利用する場合、物体面６の傾斜によって２
分割された受光面ａ，ｂをもつ受光素子９での総受光量
が変化し、その傾斜が急峻になるに従って、受光素子９
に検出される信号のＳＮ比が低下するという問題が生じ
る。
変位測定装置を、表面粗さ計や輪郭形状測定機の非接触
プローブ等に利用する場合、物体面６の傾斜によって２
分割された受光面ａ，ｂをもつ受光素子９での総受光量
が変化し、その傾斜が急峻になるに従って、受光素子９
に検出される信号のＳＮ比が低下するという問題が生じ
る。
【０００４】このＳＮ比が低下する原因の一つとして、
物体面６の面上の反射点における法線と、その物体面６
からの反射光の光軸との間の傾きによる測定精度の悪化
がある。すなわち、図７に示すように、物体面６が傾斜
している場合、その物体面６からの反射光Ｂの反射光軸
Ｂｏは、その物体面６に向かう出射光Ａの出射光軸Ａｏ
に対して傾き、反射光Ｂが対物レンズ５に再度入射する
際に光束の一部がそのレンズの開口にケラレる。このよ
うな場合、物体面６上の測定点での傾きが大きいときは
光軸から離れた周辺部のある一部分しか光が戻らず、受
光素子９での受光量は数％にまで落ち込み、ＳＮ比が低
下する。また、物体面６が傾いているときは、反射光Ｂ
の光量だけでなく、その光束内の光量分布も変化し、こ
の分布の変化によってもＳＮ比が低下し、これにより、
受光量による補正を行った後でも、ＳＮ比は２０％程度
に減少する。このようなことから、変位センサの性能
は、許容する最大傾斜での感度で決まり、±３０°程度
の大きな傾斜角を許容する必要のある形状測定などにお
いては、その信号検出光学系７におけるＳＮ比は、出射
光Ａが物体面６に垂直入射するときの１／５０倍程度に
なり、非常に悪い。
物体面６の面上の反射点における法線と、その物体面６
からの反射光の光軸との間の傾きによる測定精度の悪化
がある。すなわち、図７に示すように、物体面６が傾斜
している場合、その物体面６からの反射光Ｂの反射光軸
Ｂｏは、その物体面６に向かう出射光Ａの出射光軸Ａｏ
に対して傾き、反射光Ｂが対物レンズ５に再度入射する
際に光束の一部がそのレンズの開口にケラレる。このよ
うな場合、物体面６上の測定点での傾きが大きいときは
光軸から離れた周辺部のある一部分しか光が戻らず、受
光素子９での受光量は数％にまで落ち込み、ＳＮ比が低
下する。また、物体面６が傾いているときは、反射光Ｂ
の光量だけでなく、その光束内の光量分布も変化し、こ
の分布の変化によってもＳＮ比が低下し、これにより、
受光量による補正を行った後でも、ＳＮ比は２０％程度
に減少する。このようなことから、変位センサの性能
は、許容する最大傾斜での感度で決まり、±３０°程度
の大きな傾斜角を許容する必要のある形状測定などにお
いては、その信号検出光学系７におけるＳＮ比は、出射
光Ａが物体面６に垂直入射するときの１／５０倍程度に
なり、非常に悪い。
【０００５】また、従来の光学式変位センサとして、図
８（ａ）〜（ｃ）に示すような特開昭６０−３８６０６
号公報に開示されているものもある。まず、図８（ａ）
の例では、受光素子９の受光面ａ，ｂに検出された信号
が加算器１０で加算され、全受光量に比例した出力が差
動増幅器１１に供給され、その出力値が基準値設定回路
１２から送られた基準値と比較され偏差値が求められ、
その偏差値がレーザ駆動回路１３に供給される。これに
よって、受光素子９での総受光量を一定に保ち、ＳＮ比
の改善を図っている。また、図８（ｂ）の例では、受光
素子９の受光面ａ，ｂからの出力を加算器１０と減算器
１４とに送り、さらに、加算出力と減算出力とを除算器
１５に送り、減算出力を加算出力で割った商を除算出力
とする。この除算出力は全受光量に対する割合であり、
これにより、物体面６の表面粗さや反射率の差による光
量変化の影響を受けることなしに、単位受光量当たりの
表面変位又は粗さを知ることができる。また、図８
（ｃ）の例では、受光素子９の受光面ａ，ｂからの出力
を自動利得制御増幅器１６，１７で受け、さらに、その
自動利得制御増幅器１６，１７からの出力を加算器１０
と減算器１４とで受ける。この場合、加算器１０の出力
が常に一定になるように利得が制御され、減算器１４の
出力は全受光量一定とした場合の測定値となり、これに
より、図８（ｂ）と同様に、物体面６の表面粗さや反射
率の差による光量変化の影響を受けることなしに、単位
受光量当たりの表面変位又は粗さを知ることができる。
８（ａ）〜（ｃ）に示すような特開昭６０−３８６０６
号公報に開示されているものもある。まず、図８（ａ）
の例では、受光素子９の受光面ａ，ｂに検出された信号
が加算器１０で加算され、全受光量に比例した出力が差
動増幅器１１に供給され、その出力値が基準値設定回路
１２から送られた基準値と比較され偏差値が求められ、
その偏差値がレーザ駆動回路１３に供給される。これに
よって、受光素子９での総受光量を一定に保ち、ＳＮ比
の改善を図っている。また、図８（ｂ）の例では、受光
素子９の受光面ａ，ｂからの出力を加算器１０と減算器
１４とに送り、さらに、加算出力と減算出力とを除算器
１５に送り、減算出力を加算出力で割った商を除算出力
とする。この除算出力は全受光量に対する割合であり、
これにより、物体面６の表面粗さや反射率の差による光
量変化の影響を受けることなしに、単位受光量当たりの
表面変位又は粗さを知ることができる。また、図８
（ｃ）の例では、受光素子９の受光面ａ，ｂからの出力
を自動利得制御増幅器１６，１７で受け、さらに、その
自動利得制御増幅器１６，１７からの出力を加算器１０
と減算器１４とで受ける。この場合、加算器１０の出力
が常に一定になるように利得が制御され、減算器１４の
出力は全受光量一定とした場合の測定値となり、これに
より、図８（ｂ）と同様に、物体面６の表面粗さや反射
率の差による光量変化の影響を受けることなしに、単位
受光量当たりの表面変位又は粗さを知ることができる。
【０００６】この図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、受
光素子６の受光量は低下していても、単位受光量当たり
の信号を求めることによって、ＳＮ比の改善を図ってい
る。しかし、図８（ａ）の例では実際のところレーザ光
源１の出力不足の問題があり、図８（ｂ）（ｃ）の例で
は受光素子９や各種演算回路によって出力時のＳＮ比が
低下する。従って、いずれの場合にも、十分なＳＮ比を
得ることができず、分解能は劣り、高精度な測定を行う
ことができない。
光素子６の受光量は低下していても、単位受光量当たり
の信号を求めることによって、ＳＮ比の改善を図ってい
る。しかし、図８（ａ）の例では実際のところレーザ光
源１の出力不足の問題があり、図８（ｂ）（ｃ）の例で
は受光素子９や各種演算回路によって出力時のＳＮ比が
低下する。従って、いずれの場合にも、十分なＳＮ比を
得ることができず、分解能は劣り、高精度な測定を行う
ことができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、光源からの出射光をコリメートレンズにより平行光
とし、この平行光を対物レンズにより集光して物体面に
照射し、その物体面からの反射光を光束分離手段により
前記出射光と分離して信号検出光学系に導くことによ
り、前記物体面と前記対物レンズとの間の光軸方向の焦
点ずれを検出して前記物体面の表面形状を測定する光学
式変位測定装置において、前記光束分離手段と前記信号
検出光学系との間の光路上に、前記物体面により反射さ
れた前記反射光の光軸近傍の透過光量を遮断又は減衰さ
せる光量可変手段を配設した。
は、光源からの出射光をコリメートレンズにより平行光
とし、この平行光を対物レンズにより集光して物体面に
照射し、その物体面からの反射光を光束分離手段により
前記出射光と分離して信号検出光学系に導くことによ
り、前記物体面と前記対物レンズとの間の光軸方向の焦
点ずれを検出して前記物体面の表面形状を測定する光学
式変位測定装置において、前記光束分離手段と前記信号
検出光学系との間の光路上に、前記物体面により反射さ
れた前記反射光の光軸近傍の透過光量を遮断又は減衰さ
せる光量可変手段を配設した。
【０００８】請求項２記載の発明では、光源からの出射
光をコリメートレンズにより平行光とし、この平行光を
対物レンズにより集光して物体面に照射し、その物体面
からの反射光を光束分離手段により前記出射光と分離し
て信号検出光学系に導くことにより、前記物体面と前記
対物レンズとの間の光軸方向の焦点ずれを検出して前記
物体面の表面形状を測定する光学式変位測定装置におい
て、前記信号検出光学系内の前記物体面により反射され
た前記反射光が入射する光学部材（例えば、集光レン
ズ）に、その入射する反射光の光軸近傍の透過光量を遮
断又は減衰させる光量可変手段を付加させた。
光をコリメートレンズにより平行光とし、この平行光を
対物レンズにより集光して物体面に照射し、その物体面
からの反射光を光束分離手段により前記出射光と分離し
て信号検出光学系に導くことにより、前記物体面と前記
対物レンズとの間の光軸方向の焦点ずれを検出して前記
物体面の表面形状を測定する光学式変位測定装置におい
て、前記信号検出光学系内の前記物体面により反射され
た前記反射光が入射する光学部材（例えば、集光レン
ズ）に、その入射する反射光の光軸近傍の透過光量を遮
断又は減衰させる光量可変手段を付加させた。
【０００９】請求項３記載の発明では、光源からの出射
光をコリメートレンズにより平行光とし、この平行光を
対物レンズにより集光して物体面に照射し、その物体面
からの反射光を光束分離手段により前記出射光と分離し
て信号検出光学系に導くことにより、前記物体面と前記
対物レンズとの間の光軸方向の焦点ずれを検出して前記
物体面の表面形状を測定する光学式変位測定装置におい
て、前記光束分離手段と前記信号検出光学系との間の光
路上に、前記物体面により反射された前記反射光の光軸
近傍の透過率が低くその光軸近傍から周辺部に離れるに
従って透過率が高くなるような分布をもつ透過率分布可
変手段を配設した。
光をコリメートレンズにより平行光とし、この平行光を
対物レンズにより集光して物体面に照射し、その物体面
からの反射光を光束分離手段により前記出射光と分離し
て信号検出光学系に導くことにより、前記物体面と前記
対物レンズとの間の光軸方向の焦点ずれを検出して前記
物体面の表面形状を測定する光学式変位測定装置におい
て、前記光束分離手段と前記信号検出光学系との間の光
路上に、前記物体面により反射された前記反射光の光軸
近傍の透過率が低くその光軸近傍から周辺部に離れるに
従って透過率が高くなるような分布をもつ透過率分布可
変手段を配設した。
【００１０】
【作用】請求項１記載の発明においては、物体面の傾き
が小さいときは、その物体面からの反射光は光軸近傍の
光量が多くなり、その光量の多い光軸近傍の部分は光量
可変手段によって遮断又は減衰させられて信号検出光学
系に向い、一方、物体面の傾きが大きくなってくると、
反射光の光量の多い部分は光軸近傍から周辺部に移動
し、その光量の多い周辺部は光量可変手段の影響を受け
ずにそのまま透過してほとんどの光量が信号検出光学系
に向かう。これによって、信号検出光学系における受光
量の最大値と最小値との比は、光量可変手段を光路上に
配設しないときよりも配設したときの方が小さくなる。
が小さいときは、その物体面からの反射光は光軸近傍の
光量が多くなり、その光量の多い光軸近傍の部分は光量
可変手段によって遮断又は減衰させられて信号検出光学
系に向い、一方、物体面の傾きが大きくなってくると、
反射光の光量の多い部分は光軸近傍から周辺部に移動
し、その光量の多い周辺部は光量可変手段の影響を受け
ずにそのまま透過してほとんどの光量が信号検出光学系
に向かう。これによって、信号検出光学系における受光
量の最大値と最小値との比は、光量可変手段を光路上に
配設しないときよりも配設したときの方が小さくなる。
【００１１】請求項２記載の発明においては、物体面の
傾きが小さいときは、その物体面からの反射光は光軸近
傍の光量が多くなり、その光量の多い光軸近傍の部分は
光学部材に付加された光量可変手段によって遮断又は減
衰させられて信号検出光学系内に向い、一方、物体面の
傾きが大きくなってくると、反射光の光量の多い部分は
光軸近傍から周辺部に移動し、その光量の多い周辺部は
光学部材に付加された光量可変手段の影響を受けずにそ
のまま透過してほとんどの光量が信号検出光学系内に向
かう。これによって、信号検出光学系における受光量の
最大値と最小値との比は、光量可変手段を光学部材に付
加しないときよりも付加したときの方が小さくなる。
傾きが小さいときは、その物体面からの反射光は光軸近
傍の光量が多くなり、その光量の多い光軸近傍の部分は
光学部材に付加された光量可変手段によって遮断又は減
衰させられて信号検出光学系内に向い、一方、物体面の
傾きが大きくなってくると、反射光の光量の多い部分は
光軸近傍から周辺部に移動し、その光量の多い周辺部は
光学部材に付加された光量可変手段の影響を受けずにそ
のまま透過してほとんどの光量が信号検出光学系内に向
かう。これによって、信号検出光学系における受光量の
最大値と最小値との比は、光量可変手段を光学部材に付
加しないときよりも付加したときの方が小さくなる。
【００１２】請求項３記載の発明においては、物体面の
傾きが小さいときは、その物体面からの反射光は光軸近
傍の光量が多くなり、その光量の多い光軸近傍の部分は
透過率分布可変手段の透過率が低く設定された領域を通
過することによって遮断又は減衰させられて信号検出光
学系内に向い、一方、物体面の傾きが大きくなってくる
と、反射光の光量の多い部分は光軸近傍から周辺部に移
動し、その光量が多い周辺部は透過率分布可変手段の透
過率が高く設定された領域を通過することによってその
ほとんどの光量がそのまま透過して信号検出光学系内に
向かう。これによって、信号検出光学系における受光量
の最大値と最小値との比は、透過率分布可変手段を光路
上に配設しないときよりも配設したときの方が小さくな
る。
傾きが小さいときは、その物体面からの反射光は光軸近
傍の光量が多くなり、その光量の多い光軸近傍の部分は
透過率分布可変手段の透過率が低く設定された領域を通
過することによって遮断又は減衰させられて信号検出光
学系内に向い、一方、物体面の傾きが大きくなってくる
と、反射光の光量の多い部分は光軸近傍から周辺部に移
動し、その光量が多い周辺部は透過率分布可変手段の透
過率が高く設定された領域を通過することによってその
ほとんどの光量がそのまま透過して信号検出光学系内に
向かう。これによって、信号検出光学系における受光量
の最大値と最小値との比は、透過率分布可変手段を光路
上に配設しないときよりも配設したときの方が小さくな
る。
【００１３】
【実施例】本発明の第一の実施例を図１及び図２に基づ
いて説明する（請求項１記載の発明に対応する）。な
お、従来例（図６参照）と同一部分についての説明は省
略し、その同一部分については同一符号を用いる。
いて説明する（請求項１記載の発明に対応する）。な
お、従来例（図６参照）と同一部分についての説明は省
略し、その同一部分については同一符号を用いる。
【００１４】図１に示すように、物体面６からの反射光
Ｂがビームスプリッタ３により反射された光路上には、
信号検出光学系７が配設されている。この信号検出光学
系７は、集光レンズ１８と、ビームスプリッタ１９と、
ピンホールフィルタ２０，２１と、受光素子２２，２３
とから構成されている。ピンホールフィルタ２０はビー
ムスプリッタ１９により反射された光束の集光点の後方
に配置され、ピンホールフィルタ２１はビームスプリッ
タ１９を透過した光束の集光点の前方に配置されてい
る。そして、このような信号検出光学系７と、ビームス
プリッタ３との間の光路上には、空間フィルタ２４が配
設されている。この空間フィルタ２４の中央部付近に
は、光量可変手段としての遮蔽部２４ａが形成されてい
る。この遮蔽部２４ａは、物体面６により反射された反
射光Ｂの光軸Ｂｏの近傍の透過光量を遮断又は減衰させ
る。また、その遮蔽部２４ａの周辺部２４ｂの領域は、
光束を減衰させずにそのまま通過させる領域となってい
る。
Ｂがビームスプリッタ３により反射された光路上には、
信号検出光学系７が配設されている。この信号検出光学
系７は、集光レンズ１８と、ビームスプリッタ１９と、
ピンホールフィルタ２０，２１と、受光素子２２，２３
とから構成されている。ピンホールフィルタ２０はビー
ムスプリッタ１９により反射された光束の集光点の後方
に配置され、ピンホールフィルタ２１はビームスプリッ
タ１９を透過した光束の集光点の前方に配置されてい
る。そして、このような信号検出光学系７と、ビームス
プリッタ３との間の光路上には、空間フィルタ２４が配
設されている。この空間フィルタ２４の中央部付近に
は、光量可変手段としての遮蔽部２４ａが形成されてい
る。この遮蔽部２４ａは、物体面６により反射された反
射光Ｂの光軸Ｂｏの近傍の透過光量を遮断又は減衰させ
る。また、その遮蔽部２４ａの周辺部２４ｂの領域は、
光束を減衰させずにそのまま通過させる領域となってい
る。
【００１５】ここで、遮蔽部２４ａを有する空間フィル
タ２４の働きについて述べる。図２は、物体面６の傾き
と、受光素子２２，２３の受光量との関係を示す。波形
Ｐは、空間フィルタ２４を光路中に配置していないとき
の様子を示す。波形Ｑは、空間フィルタ２４を光路中に
配置したときの様子を示す。今、物体面６の傾きが小さ
い（０付近）ときは、空間フィルタ２４を配置した波形
Ｑの方が、空間フィルタ２４を配置しない波形Ｐよりも
受光量が大きく減少する。そして、物体面６の傾きが大
きくなっていくと（ｘ＝０付近から離れたｘ1，ｘ2付
近）、反射光Ｂの光束も傾いて光量の多い部分が光束周
辺部に移動する。この物体面６の傾きが大きくなった位
置で、光束周辺部に光量の多い分布をもつ反射光Ｂが空
間フィルタ２４に入射したときの受光量と、空間フィル
タ２４に入射しないときの受光量とを比較すると、空間
フィルタ２４の周辺部２４ｂは減衰領域とはなっていな
いため、両者の受光量はほとんど変わらない。このよう
なことから、空間フィルタ２４を配置した場合における
物体面６の傾きと受光量との関係は、波形Ｑに示すよう
に、傾きが徐々に大きくなるに従って受光量は一旦上昇
し、さらに、傾きが大きくなってくると下がってきて、
最大傾斜時（ｘ1，ｘ2よりも外側領域）には、空間フィ
ルタ２４がないときの波形Ｐと一致して何ら変わらない
値となる。これによって、空間フィルタ２４を配置した
場合における受光量の最小値（ｍ0 ）と最大値（ｍ1，
ｍ2）との比は、空間フィルタ２４を配置しない場合に
比べて小さくなる。従って、レーザ光源１からの出射光
量や受光素子２２，２３の感度を適当に設定することに
より、受光量を波形Ｑの状態から波形Ｒの状態にまで高
めることができ、これにより、物体面６の傾斜に伴う受
光量の変化によるＳＮ比の低下を大幅に抑えることがで
きる。この受光量を波形Ｑ→波形Ｒの状態に移行させる
ための具体的な手段としては、空間フィルタ２４の遮蔽
部２４ａの大きさを調節することによって行うことがで
き、許容する傾斜各に応じた受光量の特性（波形Ｒの分
布）を得ることができる。
タ２４の働きについて述べる。図２は、物体面６の傾き
と、受光素子２２，２３の受光量との関係を示す。波形
Ｐは、空間フィルタ２４を光路中に配置していないとき
の様子を示す。波形Ｑは、空間フィルタ２４を光路中に
配置したときの様子を示す。今、物体面６の傾きが小さ
い（０付近）ときは、空間フィルタ２４を配置した波形
Ｑの方が、空間フィルタ２４を配置しない波形Ｐよりも
受光量が大きく減少する。そして、物体面６の傾きが大
きくなっていくと（ｘ＝０付近から離れたｘ1，ｘ2付
近）、反射光Ｂの光束も傾いて光量の多い部分が光束周
辺部に移動する。この物体面６の傾きが大きくなった位
置で、光束周辺部に光量の多い分布をもつ反射光Ｂが空
間フィルタ２４に入射したときの受光量と、空間フィル
タ２４に入射しないときの受光量とを比較すると、空間
フィルタ２４の周辺部２４ｂは減衰領域とはなっていな
いため、両者の受光量はほとんど変わらない。このよう
なことから、空間フィルタ２４を配置した場合における
物体面６の傾きと受光量との関係は、波形Ｑに示すよう
に、傾きが徐々に大きくなるに従って受光量は一旦上昇
し、さらに、傾きが大きくなってくると下がってきて、
最大傾斜時（ｘ1，ｘ2よりも外側領域）には、空間フィ
ルタ２４がないときの波形Ｐと一致して何ら変わらない
値となる。これによって、空間フィルタ２４を配置した
場合における受光量の最小値（ｍ0 ）と最大値（ｍ1，
ｍ2）との比は、空間フィルタ２４を配置しない場合に
比べて小さくなる。従って、レーザ光源１からの出射光
量や受光素子２２，２３の感度を適当に設定することに
より、受光量を波形Ｑの状態から波形Ｒの状態にまで高
めることができ、これにより、物体面６の傾斜に伴う受
光量の変化によるＳＮ比の低下を大幅に抑えることがで
きる。この受光量を波形Ｑ→波形Ｒの状態に移行させる
ための具体的な手段としては、空間フィルタ２４の遮蔽
部２４ａの大きさを調節することによって行うことがで
き、許容する傾斜各に応じた受光量の特性（波形Ｒの分
布）を得ることができる。
【００１６】そして、今、上述したような遮蔽部２４ａ
を有する空間フィルタ２４を光路上に配置した状態にお
いて、物体面６からの反射光Ｂは、ビームスプリッタ３
により反射され、空間フィルタ２４に入射する。この空
間フィルタ２４では、遮蔽部２４ａにより光軸Ｂｏ近傍
のみの光束が遮蔽され、光軸Ｂｏから離れた領域の光束
は周辺部２４ｂをそのまま通過する。この空間フィルタ
２４を通過した時点での光束は、波形Ｒのような傾きな
し（ｘ＝０）とその周辺（ｘ＝ｘ1，ｘ2）とで最小値と
最大値との差がほとんどない分布となり、物体面６の傾
きの影響をほとんど受けない状態となる。そして、波形
Ｒのような分布をもった反射光Ｂは、集光レンズ１８を
通過してビームスプリッタ１９により２分割される。こ
のビームスプリッタ１９により反射された光束はピンホ
ールフィルタ２０を介して受光素子２２に検出され、ビ
ームスプリッタ１９を透過した光束はピンホールフィル
タ２１を介して受光素子２３に検出され、それぞれ検出
された受光量に対応した電気信号に変換される。図示し
ない演算回路では、その検出された受光量の差をその受
光量の和で割算して無次元化された出力値を求める。こ
の出力値は、合焦点近傍ではほぼ線形に変化し、合焦点
位置からの変位信号とすることができる。これにより、
物体面６の傾斜角によるＳＮ比の低下を最小限に抑え
て、物体面６の光軸方向の変位量すなわち物体面６の表
面形状を測定することができる。
を有する空間フィルタ２４を光路上に配置した状態にお
いて、物体面６からの反射光Ｂは、ビームスプリッタ３
により反射され、空間フィルタ２４に入射する。この空
間フィルタ２４では、遮蔽部２４ａにより光軸Ｂｏ近傍
のみの光束が遮蔽され、光軸Ｂｏから離れた領域の光束
は周辺部２４ｂをそのまま通過する。この空間フィルタ
２４を通過した時点での光束は、波形Ｒのような傾きな
し（ｘ＝０）とその周辺（ｘ＝ｘ1，ｘ2）とで最小値と
最大値との差がほとんどない分布となり、物体面６の傾
きの影響をほとんど受けない状態となる。そして、波形
Ｒのような分布をもった反射光Ｂは、集光レンズ１８を
通過してビームスプリッタ１９により２分割される。こ
のビームスプリッタ１９により反射された光束はピンホ
ールフィルタ２０を介して受光素子２２に検出され、ビ
ームスプリッタ１９を透過した光束はピンホールフィル
タ２１を介して受光素子２３に検出され、それぞれ検出
された受光量に対応した電気信号に変換される。図示し
ない演算回路では、その検出された受光量の差をその受
光量の和で割算して無次元化された出力値を求める。こ
の出力値は、合焦点近傍ではほぼ線形に変化し、合焦点
位置からの変位信号とすることができる。これにより、
物体面６の傾斜角によるＳＮ比の低下を最小限に抑え
て、物体面６の光軸方向の変位量すなわち物体面６の表
面形状を測定することができる。
【００１７】次に、本発明の第二の実施例を図３に基づ
いて説明する（請求項２記載の発明に対応する）。な
お、前述した第一の実施例と同一部分についての説明は
省略し、その同一部分については同一符号を用いる。
いて説明する（請求項２記載の発明に対応する）。な
お、前述した第一の実施例と同一部分についての説明は
省略し、その同一部分については同一符号を用いる。
【００１８】信号検出光学系７を構成する集光レンズ１
８には、光量可変手段としての遮蔽部１８ａが形成され
ている。この遮蔽部１８ａは、前述した遮蔽部２４ａ
（図１参照）と同様に、反射光Ｂの光軸近傍の透過光量
を遮断又は減衰させる働きがある。従って、このように
集光レンズ１８に光軸近傍の透過光量を可変する機能を
直接持たせることによって、光路上に配置される光学部
材の部品点数を増やすことなく、ＳＮ比の低下を大幅に
抑えることができる。これにより、光学系全体の構成の
小型化、軽量化を図り、生産コストを削減することがで
きる。なお、本実施例では、光量可変手段の機能が付加
される信号検出光学系７内の光学部材として集光レンズ
１８を用いたが、これに限るものではなく、例えばビー
ムスプリッタ１９に直接付加させるようにしてもよい。
８には、光量可変手段としての遮蔽部１８ａが形成され
ている。この遮蔽部１８ａは、前述した遮蔽部２４ａ
（図１参照）と同様に、反射光Ｂの光軸近傍の透過光量
を遮断又は減衰させる働きがある。従って、このように
集光レンズ１８に光軸近傍の透過光量を可変する機能を
直接持たせることによって、光路上に配置される光学部
材の部品点数を増やすことなく、ＳＮ比の低下を大幅に
抑えることができる。これにより、光学系全体の構成の
小型化、軽量化を図り、生産コストを削減することがで
きる。なお、本実施例では、光量可変手段の機能が付加
される信号検出光学系７内の光学部材として集光レンズ
１８を用いたが、これに限るものではなく、例えばビー
ムスプリッタ１９に直接付加させるようにしてもよい。
【００１９】次に、本発明の第三の実施例を図４及び図
５に基づいて説明する（請求項３記載の発明に対応す
る）。なお、前記各実施例と同一部分についての説明は
省略し、その同一部分については同一符号を用いる。
５に基づいて説明する（請求項３記載の発明に対応す
る）。なお、前記各実施例と同一部分についての説明は
省略し、その同一部分については同一符号を用いる。
【００２０】ビームスプリッタ３と信号検出光学系７と
の間の光路上には、図４に示すように、透過率分布可変
手段としての透過率分布型空間フィルタ２５が配設され
ている。この透過率分布型空間フィルタ２５は、中心部
付近の透過率が低く、その周辺部に離れるに従って透過
率が高くなるような分布をもっている。図５は、物体面
６の傾きに対する透過率分布型空間フィルタ２５の透過
率分布の特性を示すものである。傾きがほとんどないと
ころ（ｘ＝０の付近）では、反射光Ｂのうち光量が多い
光軸中心付近の光束が減衰され、また、傾きが大きくな
ったところ（ｘ＝ｘ1，ｘ2）では、反射光Ｂのうち光量
が多くなる周辺部付近の光束が減衰される。これによ
り、透過率分布型空間フィルタ２５を通過した時点の反
射光Ｂを、前述した図２の波形Ｒのような最小値と最大
値との差が小さな分布をもつ光束とすることができ、受
光量の変化によるＳＮ比の低下を大幅に抑えることがで
きる。しかも、ここでは、透過率分布型空間フィルタ２
５を用いて光束全体の透過率分布を変えるようにしてい
るため、前述した遮蔽部２４ａ，１８ａのように光軸付
近のみを単に遮蔽する場合よりも、光束加工の自由度を
一段と大きくすることができる。
の間の光路上には、図４に示すように、透過率分布可変
手段としての透過率分布型空間フィルタ２５が配設され
ている。この透過率分布型空間フィルタ２５は、中心部
付近の透過率が低く、その周辺部に離れるに従って透過
率が高くなるような分布をもっている。図５は、物体面
６の傾きに対する透過率分布型空間フィルタ２５の透過
率分布の特性を示すものである。傾きがほとんどないと
ころ（ｘ＝０の付近）では、反射光Ｂのうち光量が多い
光軸中心付近の光束が減衰され、また、傾きが大きくな
ったところ（ｘ＝ｘ1，ｘ2）では、反射光Ｂのうち光量
が多くなる周辺部付近の光束が減衰される。これによ
り、透過率分布型空間フィルタ２５を通過した時点の反
射光Ｂを、前述した図２の波形Ｒのような最小値と最大
値との差が小さな分布をもつ光束とすることができ、受
光量の変化によるＳＮ比の低下を大幅に抑えることがで
きる。しかも、ここでは、透過率分布型空間フィルタ２
５を用いて光束全体の透過率分布を変えるようにしてい
るため、前述した遮蔽部２４ａ，１８ａのように光軸付
近のみを単に遮蔽する場合よりも、光束加工の自由度を
一段と大きくすることができる。
【００２１】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、光束分離手段と
信号検出光学系との間の光路上に、物体面により反射さ
れた反射光の光軸近傍の透過光量を遮断又は減衰させる
光量可変手段を配設したので、信号検出光学系における
受光量の最大値と最小値との比を光量可変手段が光路中
にないときに比べて小さくさせることができ、これによ
り、光源からの出射光量や受光素子の検出感度を適宜設
定することによって、受光量の変化によるＳＮ比の低下
を大幅に抑えることができ、検出感度が優れた装置を提
供することができる。
信号検出光学系との間の光路上に、物体面により反射さ
れた反射光の光軸近傍の透過光量を遮断又は減衰させる
光量可変手段を配設したので、信号検出光学系における
受光量の最大値と最小値との比を光量可変手段が光路中
にないときに比べて小さくさせることができ、これによ
り、光源からの出射光量や受光素子の検出感度を適宜設
定することによって、受光量の変化によるＳＮ比の低下
を大幅に抑えることができ、検出感度が優れた装置を提
供することができる。
【００２２】請求項２記載の発明は、信号検出光学系内
の物体面により反射された反射光が入射する光学部材
に、その入射する反射光の光軸近傍の透過光量を遮断又
は減衰させる光量可変手段を付加させたので、請求項１
記載の発明と同様に、光源からの出射光量や受光素子の
検出感度を適宜設定することによって、受光量の変化に
よるＳＮ比の低下を大幅に抑えることができる。また、
この場合、信号検出光学系内の既存の光学部材に直接光
量可変手段を施しているため、光学系内の部品点数を削
減することができ、これにより、小型で軽量しかも低コ
ストな装置を得ることができる。
の物体面により反射された反射光が入射する光学部材
に、その入射する反射光の光軸近傍の透過光量を遮断又
は減衰させる光量可変手段を付加させたので、請求項１
記載の発明と同様に、光源からの出射光量や受光素子の
検出感度を適宜設定することによって、受光量の変化に
よるＳＮ比の低下を大幅に抑えることができる。また、
この場合、信号検出光学系内の既存の光学部材に直接光
量可変手段を施しているため、光学系内の部品点数を削
減することができ、これにより、小型で軽量しかも低コ
ストな装置を得ることができる。
【００２３】請求項３記載の発明は、光束分離手段と信
号検出光学系との間の光路上に、物体面により反射され
た反射光の光軸近傍の透過率が低くその光軸近傍から周
辺部に離れるに従って透過率が高くなるような分布をも
つ透過率分布可変手段を配設したので、請求項１，２記
載の発明と同様に、光源からの出射光量や受光素子の検
出感度を適宜設定することによって、受光量の変化によ
るＳＮ比の低下を大幅に抑えることができる。また、こ
の場合、透過率分布可変手段によって、物体面からの反
射光の光束全体の透過率分布を変えるようにしているた
め、単に光軸付近のみの光束を遮蔽する場合に比べて、
光束加工の自由度をさらに大きくとることができ、測定
精度を一段と高めることができる。
号検出光学系との間の光路上に、物体面により反射され
た反射光の光軸近傍の透過率が低くその光軸近傍から周
辺部に離れるに従って透過率が高くなるような分布をも
つ透過率分布可変手段を配設したので、請求項１，２記
載の発明と同様に、光源からの出射光量や受光素子の検
出感度を適宜設定することによって、受光量の変化によ
るＳＮ比の低下を大幅に抑えることができる。また、こ
の場合、透過率分布可変手段によって、物体面からの反
射光の光束全体の透過率分布を変えるようにしているた
め、単に光軸付近のみの光束を遮蔽する場合に比べて、
光束加工の自由度をさらに大きくとることができ、測定
精度を一段と高めることができる。
【図１】本発明の第一の実施例である光学式変位センサ
の光学系を示す構成図である。
の光学系を示す構成図である。
【図２】物体面の傾きに対する受光量分布を示す特性図
である。
である。
【図３】本発明の第二の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の第三の実施例を示す構成図である。
【図５】物体面の傾きに対する透過率分布を示す特性図
である。
である。
【図６】従来の光学式変位センサの光学系を示す構成図
である。
である。
【図７】傾斜した物体面へ入射する光束と反射する光束
との関係を示す模式図である。
との関係を示す模式図である。
【図８】（ａ）は他の従来例を示す構成図、（ｂ）
（ｃ）はその信号を検出する手段の変形例を示す回路図
である。
（ｃ）はその信号を検出する手段の変形例を示す回路図
である。
１ 光源 ２ コリメートレンズ ５ 対物レンズ ６ 物体面 ７ 信号検出光学系 １８ａ，２４ａ 光量可変手段 ２５ 透過率分布可変手段
Claims (3)
- 【請求項１】 光源からの出射光をコリメートレンズに
より平行光とし、この平行光を対物レンズにより集光し
て物体面に照射し、その物体面からの反射光を光束分離
手段により前記出射光と分離して信号検出光学系に導く
ことにより、前記物体面と前記対物レンズとの間の光軸
方向の焦点ずれを検出して前記物体面の表面形状を測定
する光学式変位測定装置において、前記光束分離手段と
前記信号検出光学系との間の光路上に、前記物体面によ
り反射された前記反射光の光軸近傍の透過光量を遮断又
は減衰させる光量可変手段を配設したことを特徴とする
光学式変位センサ。 - 【請求項２】 光源からの出射光をコリメートレンズに
より平行光とし、この平行光を対物レンズにより集光し
て物体面に照射し、その物体面からの反射光を光束分離
手段により前記出射光と分離して信号検出光学系に導く
ことにより、前記物体面と前記対物レンズとの間の光軸
方向の焦点ずれを検出して前記物体面の表面形状を測定
する光学式変位測定装置において、前記信号検出光学系
内の前記物体面により反射された前記反射光が入射する
光学部材に、その入射する反射光の光軸近傍の透過光量
を遮断又は減衰させる光量可変手段を付加させたことを
特徴とする光学式変位センサ。 - 【請求項３】 光源からの出射光をコリメートレンズに
より平行光とし、この平行光を対物レンズにより集光し
て物体面に照射し、その物体面からの反射光を光束分離
手段により前記出射光と分離して信号検出光学系に導く
ことにより、前記物体面と前記対物レンズとの間の光軸
方向の焦点ずれを検出して前記物体面の表面形状を測定
する光学式変位測定装置において、前記光束分離手段と
前記信号検出光学系との間の光路上に、前記物体面によ
り反射された前記反射光の光軸近傍の透過率が低くその
光軸近傍から周辺部に離れるに従って透過率が高くなる
ような分布をもつ透過率分布可変手段を配設したことを
特徴とする光学式変位センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26661894A JPH08128806A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 光学式変位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26661894A JPH08128806A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 光学式変位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08128806A true JPH08128806A (ja) | 1996-05-21 |
Family
ID=17433323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26661894A Pending JPH08128806A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 光学式変位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08128806A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2345761A (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-19 | Samsung Electronics Co Ltd | Optical attenuating isolator |
| JP2007335863A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Asml Netherlands Bv | グレーフィルタを有する波面センサおよびそれを含むリソグラフィ装置 |
| EP2075550A2 (en) | 2007-12-25 | 2009-07-01 | Mitutoyo Corporation | Optical displacement measuring instrument |
| EP2133660A1 (en) | 2008-06-13 | 2009-12-16 | Mitutoyo Corporation | Optical displacement measuring instrument |
-
1994
- 1994-10-31 JP JP26661894A patent/JPH08128806A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2345761A (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-19 | Samsung Electronics Co Ltd | Optical attenuating isolator |
| GB2345761B (en) * | 1999-01-14 | 2001-04-25 | Samsung Electronics Co Ltd | Optical attenuating isolator |
| US6297901B1 (en) | 1999-01-14 | 2001-10-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical attenuating isolator |
| JP2007335863A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Asml Netherlands Bv | グレーフィルタを有する波面センサおよびそれを含むリソグラフィ装置 |
| EP2075550A2 (en) | 2007-12-25 | 2009-07-01 | Mitutoyo Corporation | Optical displacement measuring instrument |
| JP2009156613A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Mitsutoyo Corp | 光学式変位測定器 |
| EP2075550A3 (en) * | 2007-12-25 | 2016-01-20 | Mitutoyo Corporation | Optical displacement measuring instrument |
| EP2133660A1 (en) | 2008-06-13 | 2009-12-16 | Mitutoyo Corporation | Optical displacement measuring instrument |
| US8134718B2 (en) | 2008-06-13 | 2012-03-13 | Mitutoyo Corporation | Optical displacement measuring instrument |
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